《金属材料》ppt课件

1、第五章第五章 金属元素与金属资料金属元素与金属资料 Chapter 5 Metallic Elements Chapter 5 Metallic Elements and Metallic Materialsand Metallic Materials5.1 金属元素概述金属元素概述在知的在知的112种元素中，有种元素中，有90种金属元素种金属元素一、金属的物理性质及分类工程技术上分：黑色金属：Fe、Mn、Cr 有色金属,又分: “重、轻、贵、稀、放化学性质上分：活泼金属、中等活泼金属、不活泼金属。金属最主要的化学性质是容易失去电子变成正离子：“金属性是指： M-ze-MZ+ 二、金属元素的化

2、学性质不同的金属，在与氧、水、酸、碱的反响，金属间反响中表现出不同的性质。1. 与氧空气的作用普通情况： s区极易反响； p区反响程度较差； d区4周期，高温下可反响； 5、6周期，稳定。2mnnm+O2MOM钝化(passivation):是使金属外表转化为不易被氧化的形状易被钝化的金属有： Cr、Fe、Ni、Zn、Al、Si、Sn等。能否钝化和金属外表构成的氧化膜的致密度有关水中水中b(H+)=10-7molkg-1，按能斯特方程式按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V 2. 金属与H2O的反响M + nH2O M(OH)n + H2假设假设E(Mn+/M)10-7mol.kg-

3、1。 所以,假设金属的E(Mn+/M) 二、三过渡系二、三过渡系 BB特殊：特殊：； 密度大，属重金属；密度大，属重金属； 导电、导热良好。导电、导热良好。3、 化学性质都有可变氧化值都有可变氧化值(间隔间隔1，3d5后降低后降低)； 易成配合物，作中心离子易成配合物，作中心离子 有电子未满的有电子未满的(n-1)d轨道；轨道； 水合离子大多有色水合离子大多有色 与未对与未对d d电子有关电子有关部分过渡元素水合离子的颜色：部分过渡元素水合离子的颜色：Cu2+、Co3+、Ni2+及其氨合物的颜色及其氨合物的颜色：Co(H2O)6Cl2 CoCl2 +6H2O粉红色粉红色 兰色兰色其中其中Co2

4、+有以下平衡：有以下平衡： 根据根据Co2+的这种特性，把它用于硅胶的这种特性，把它用于硅胶小制造：“晴雨花枯燥剂：枯燥剂： 金属特别是过渡金属元素的水合离子有色的缘由是由于这些元素的离子外层电子构型中都有未成对d电子。例如未成对未成对d电子数电子数水水 合合 离离 子子 颜颜 色色012345Ag+、Zn2+、Cd2+、Sc3+、Ti4+（无色）（无色）Cu2+（蓝色）、（蓝色）、Ti3+（紫色）（紫色）Ni2+（绿色）（绿色）Cr3+（蓝紫）、（蓝紫）、Co2+（粉红）（粉红）Fe2+（淡绿）（淡绿）*Mn2+（淡红）（淡红）*、Fe3+（淡紫）（淡紫）* Fe2+、Mn2+常无色，常无色

5、，Fe3+常呈黄或褐色。常呈黄或褐色。 钛 轻、强、高、稳，无磁性，去 TiO2 TiO2 金红石、钛白粉可做白色金红石、钛白粉可做白色 铬 硬度最大硬度最大(9),(9),熔点高；耐蚀；熔点高；耐蚀；5.2 几种重要金属元素及化合物 Cr2O3 Cr2O3 铬绿，颜料、磨料；铬绿，颜料、磨料； CrO3 CrO3 铬酐，强氧化性；铬酐，强氧化性；气剂；气剂；填料。填料。2CrO42- +2H+HCrO4-Cr2O72-+H2OCr2O72- Cr3+K2Cr2O7 红矾钾，是常用氧化剂。 Cr6+的化合物皆有毒，2Cr2O72-+3C2H5OH+16H+ 3CH3COOH+4Cr3+11H2

6、O检查能否酒后开车：检查能否酒后开车：而而Cr3+的化合物毒性较小。的化合物毒性较小。在溶液中与在溶液中与K2CrO4K2CrO4存在如下平衡：存在如下平衡：KMnO4不稳定,其分解反响: 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2(g) 4KMnO4+4H+4MnO2(s)+2H2O+3O2(g) 硬而脆；硬而脆； KMnO4 KMnO4 常用氧化剂。常用氧化剂。 锰KMnO4的复原产物与介质有关：KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4 2MnSO4+5Na2SO4+K2SO4+3H2O (浅粉色或无色)KMnO4+3Na2SO3+H2O MnO2+3Na2SO4+2KOH (棕色)MnO4

7、 Mn2+ 锰的比色分析法分光光度法就是根据MnO4的紫红色来进展鉴定的。2Mn2+14H+5BiO3 2MnO4+5Bi3+7H2O2KMnO4+Na2SO3+2KOH 2K2MnO4+K2SO4+H2O (绿色)稀土元素 电子层构造电子层构造 B B：(n-1)d1 ns2(n-1)d1 ns2 Ln Ln：(n-2)f1-14(n-1)d0-1 ns2(n-2)f1-14(n-1)d0-1 ns21 1 通性通性 原子和离子半径原子和离子半径镧系收缩：镧系收缩： 是指是指LnLn的原子和离子半径比过渡元素更缓的原子和离子半径比过渡元素更缓慢减少。慢减少。如：如：57La71Lu 15个元

8、素半径减少14pm;55Cs 56Ba 2个元素半径减少45pm; 镧系收缩的后果是：6周期的原子半径与5周期的非常相近；二、三过渡系元素性质类似而有别于一过渡系。(2)吸气性好。 LaNi5是优良贮氢资料。(1)活泼金属。强复原剂，活泼性相当于Mg；易氧化，氧化物无维护作用存于煤油；燃点低200，熄灭时放热量大。2 2 化学性质化学性质(3) RE(OH)3碱性如M(OH)2 。溶解度更小。(4) RE的硝、硫、溴酸盐、氯化物可溶；草、碳酸盐、氟化物难溶。 运用混合稀土RE可大大改善合金性能：脱O、S、H；氮化物细化，石墨球化；改善延展性，提高抗氧化才干、可锻性等。3 3 运用运用 冶金工业

9、的“维生素 稀土元素电子构造特殊，化学活性极强，同时，又具有较大的原子半径(为0.173-0.204nm)，因此对于普通合金及陶瓷有着优良的性能改良潜力 ，详细表现如下：l蜕变作用。合金中参与稀土以后，其组织明显细化，尤其是二次枝晶间距显著减小。l净化作用。稀土元素非常活泼，且具有界面吸附性。因此，该元素常与金属中的杂质元素如P、S、O等相互作用，生成稳定的化合物分布在晶界上，从而，降低固溶体中杂质的含量，使金属的力学性能和物理性能得到改善。l强化作用。参与稀土的合金，因组织得到细化，晶界面积添加，致使其变形抗力及断裂抗力增大。l改善高温力学性能。稀土元素不仅细化合金组织，还能阻止加热过程中晶

10、粒长大，因此，可以提高金属及合金的高温断裂抗力。l改善高温抗腐蚀及抗氧化性能。 石油化工中主要用做催化剂晶体、晶体、 玻璃、陶瓷工业中玻璃、陶瓷工业中激光晶体激光晶体稀土荧光粉稀土荧光粉氧化铈抛光粉氧化铈抛光粉稀土玻璃稀土玻璃氧化钇陶瓷刀氧化钇陶瓷刀 其他其他 此外，稀土在核工业、环保方面皆有运用。此外，稀土在核工业、环保方面皆有运用。 在金属资料中，有许多具有特殊性能的合金，如：轻质合金、硬质合金、贮氢合金、外形记忆合金等等。 外形记忆合金被称为金属中的“魔术师，由于它有一种神奇的特性：它、像人有记忆力一样“记住本人的外形。 我们这里看到的就是外形记忆合金的一我们这里看到的就是外形记忆合金的

11、一种奇特表现。他能想象到，它的这种性质种奇特表现。他能想象到，它的这种性质可以为人类作什么事吗？我们再看另一个可以为人类作什么事吗？我们再看另一个同样有趣的实验：同样有趣的实验： 这种合金是由Ti和Ni各50%组成的。这种合金具有立方体和菱形两种晶体构造这两种晶体有一转变温度。所以，温度变化时便会有对应的晶形出现:T1T2T2轻轻 质质 合合 金金轻质合金以轻金属为主要成分的合金(1)铝合金：密度小，强度高。 “硬铝耐蚀，可用于车，不用于船。(2)钛合金：密度不大，强度很高， 抗蚀性好,耐高、低温-200-500 无磁性，可用于船；飞机的很多部件都用了轻质合金：硬质合金硬质合金以硬质化合物以硬质化合物TiNTiN、AlNAlN、TiCTiC、WCWC、SiCSiC为硬质相，以合金为黏为硬质相，以合金为黏结相的复合资料。结相的复合资料。硬质合金用于制造刀具、