应用广泛的金属材料

第六章物理学与材料学123应用广泛的金属材料功能材料纳米技术及纳米材料丰富多彩的生活材料6.1应用广泛的金属材料金属的性质及其应用常见合金的组成及应用金属的腐蚀与防护应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史①人类使用材料的进化顺序②材料的分类石器时代铜器时代铁器时代材料金属材料非金属材料合成高分子材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史旧石器时代人们利用燧石、鹿角和石头制作的工具。

石器时代应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史新石器时代的石砚环顾你家里的日常生活用品，如锅、壶、刀、锄、水龙头等，它们都是由金属材料制成的。金属材料包括纯金属以及它们的合金。人类从石器时代进入青铜器时代，继而进入铁器时代，铜和铁作为金属材料一直被广泛地应用着。应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史青铜极品·尊与盘人类从石器时代进入青铜器时代。司母戊鼎商代的青铜礼器四羊方尊战国初期曾侯乙铜钟应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史进入铁器时代，铜和铁作为金属材料一直被广泛地应用着。铁刃铜钺越王勾践剑应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史涂料合成橡胶(塑胶跑道)陶瓷材料钢铁材料合成纤维胶黏剂第二次世界大战后，对材料提出一系列新要求，具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏剂等都得到了相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，从此，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。金属材料的资源比较丰富，生产技术成熟，有大规模生产的经验，质量稳定、价格低廉、性能优异。这节课我们就来学习金属材料。

金属材料非铁合金钢铁应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史金属材料非铁合金铁合金钢铁铝合金镁合金铜合金金银铂合金……铝合金轮毂镁合金笔记本电脑铂合金首饰青铜器钢铁航母钢铁材料应用广泛的金属材料人类应用金属材料简史你知道吗？

下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的?各利用了金属的哪些性质?

金属制品

金属成分

应用的金属性质

“钢精锅”

电线

灯泡中的灯丝

熔断器中的保险丝

18K金首饰

硬币或纪念币

Al导热性

Cu或Al导电性

W高熔点、导电Sn、Pb

、Bi、Cd

导电、低熔点Au、Cu、Zn延展性、金属光泽Cu、Zn、Al、Ni等延展性、有光泽18K约含75%Au；24K含99%的Au应用广泛的金属材料金属的性质及其应用

1．铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅?

我们在使用铝制炊具时应注意什么问题?

表面有致密氧化物保护膜，保护里面的铝不与氧气等物质反应；注意不要破坏保护膜，同时不能盛放酸性或碱性食物，也不要用来盛放含盐食物。洗涤铝炊具时也不宜使用酸性或碱性的洗涤剂。铝在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时会产生钝化现象（表面生成致密保护膜）

改变金属内部结构；涂保护层（抹油、油漆、烧搪瓷、镀其它金属、烤蓝等）；采用电化学保护（牺牲阳极的阴极保护法如与锌块用导线相连、将铁与直流电流的负极相连等）2．为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸?3．铁是活泼金属，易被腐蚀。为了延长铁制品的使用寿命，人们常用什么方法加以处理?应用广泛的金属材料金属的性质及其应用实验实验步骤现象实验1用坩埚钳夹持一块薄铝片在酒精灯上加热片刻实验21）铝片浸入CuSO4溶液中，1～2min后观察现象2）铝片浸入CH3COOH溶液中，几分钟后观察现象3）铝片浸入NaOH溶液中，片刻后取出用蒸馏水洗净后浸入CuSO4溶液中，1～2min后观察现象4）铝片浸入浓HNO3中，片刻后取出用蒸馏水洗净后浸入CuSO4溶液中，1～2min后观察现象无现象无现象无现象铝片表面有气泡产生铝片表面析出红色固体结论：铝是一种比较活泼的金属，能与酸、碱溶液发生反应；常温下遇冷浓硫酸、冷浓硝酸发生钝化。应用广泛的金属材料金属的性质及其应用金属的一些物理性质及应用应用广泛的金属材料金属的性质及其应用一些金属的物理性质的比较物理性质物理性质比较导电性（以银的导电性为100作标准）银铜金铝锌铁铅(优)10099746127177.9(良)

密度/（g·cm）金铅银铜铁锌铅(大)19.311.310.58.927.867.142.7(小)应用广泛的金属材料金属的性质及其应用一些金属的物理性质的比较物理性质物理性质比较熔点/℃钨铁铜金银铝锡(高)3410153510831064962660232(低)硬度(以金刚石的硬度为10作标准)铬铁银铜金铝铅(大)94-52.5-42.5-32.5-32-2.91.5(小)应用广泛的金属材料金属的性质及其应用讨论：

1、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？

2、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？

3、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？

4、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？应用广泛的金属材料金属的性质及其应用物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。应用广泛的金属材料金属的性质及其应用合金应用广泛的金属材料金属的性质及其应用铁不锈钢铜铁锅铝锅火锅第一单元应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用学与问？钢铁和非铁合金都是合金，什么是合金？合金有那些优良的性质？答：合金是有两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成具有金属特性的物质。合金的硬度一般比它各成分的金属的大，熔点一般比它的各成分的金属的低。应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用知识卡片

硬度一般比它各成分的金属的大，熔点一般比它的各成分的金属的低。

焊锡(18℃)67%锡(232.1℃)33%铅(327.7℃

)保险丝(70℃)12.5%锡(232.1℃)25%铅(327.7℃

)50%铋(271.4

℃)应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用合金种类主要组成元素常用生活器件碳钢铁、碳刀具黄铜铜、锌门锁及家庭装修材料等青铜铜、锡青铜器白铜铜、镍餐具坚铝铝、铜、镁、锰门窗框架镁铝合金镁、铝计算机和照相机外壳武德合金铅、锡、铋、镉保险丝焊锡铅、锡焊接时使用的材料应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用含碳量钢铁（2%－4%）生铁（低于0.03%）熟铁（0.03%－2%）碳素钢钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用钢的分类应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用二、常见合金的重要应用1、钢2、非铁合金2、铝及铝合金

3、钛和稀土金属

铜合金从金属的活泼性思考，为什么青铜是我国使用最早的合金？

KCaNaMgAlZnFeSn

Pb(H)CuHgAgPtAu

金属活动顺序Cu靠后，性质不活泼容易冶炼，使用最早；像Au更不活泼，自然界中就有游离态的金，不需化学方法冶炼，水洗即可。

铜合金青铜黄铜白铜主要成分铜和锡铜和锌铜和镍1、铜合金1、含碳量2、钢的分类

应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用二、常见合金的重要应用1、钢1、含碳量2、钢的分类

2、非铁合金2、铝及铝合金

3、钛和稀土金属

名称组成主要性质主要用途铝合金含有10%－30%镁硬度和强度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含有Cu－

4%Mg－

0.5%Mn

－

0.5%Si－

0.7%强度和硬度都比纯铝大铝及铝合金

1、铜合金应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用铝的利用要比铜和铁晚得多，那仅仅是100多年前的事情。铝制品应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用由于铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，现在世界上铝的年产量已超过了铜，位于铁之后，居第二位。应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用2、铝及铝合金

3、钛和稀土金属

钛和稀土金属

（1）钛：具有银白色金属光泽，密度4.5g/cm3，熔点很高（1725℃），沸点3260℃。具有良好的延性和展性。在常温下，钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，而重量只有同样大小的钢铁的一半。安然无恙的“躺”在各种强酸、强碱中；连最凶猛的酸—王水，也不能腐蚀它。金属钛目前，钛主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。这是因为钛的冶炼比较困难，冶炼钛要在高温条件下，而高温时钛的化学性质变得活泼，需用惰性气体保护，还要使用不含氧的材料，工艺要求，冶炼成本高于铁或铝。“发现”号航天飞机人造卫星应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用钛合金——“21世纪金属”用钛合金制成的人造关节

由于它有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性，对人体无毒和无不良反应，还可作为人造骨的材料，因而又被称为“亲生物金属”。现在，钛合金已广泛应用于膝关节、肩关节、头盖骨的修复或再造。

应用广泛的金属材料常见合金的组成及应用神奇的形状记忆合金

记忆合金制成的眼镜框架

具有形状记忆功能的记忆合金在高科技领域、工业和民用部门发挥着独特的作用。镍记忆合金除了可以制作飞船的发射和接收天线外，还可用于制造玻璃暖房顶部窗户的启闭装置：当温度较高时，装置的弹簧自动伸长，顶冒打开，使之通风；气温降低时，弹簧自动收缩，使顶窗关闭。在医学方面，对脊椎骨弯曲的患者进行脊椎校直时，可将形状记忆合金制成的器件固定在脊椎骨上，受热时因器件伸长，而使脊椎被校直。用形状记忆合金制成的高级眼镜框架，扭曲折弯后，能够自动恢复成原来的形状，弹性好，经久耐用。

应用广泛的金属材料练习1．下列物质，不属于合金的是（）

A．硬铝B．黄铜C．钢铁D．水银2．我国使用最早的合金是是（）

A．青铜B．白铜C．生铁D．石块3．下列几种合金硬度最大的是（）

A．生铁B．低碳钢C．中碳钢D．高碳钢4．合金有许多特点，如：Na－K合金为液体，而单质的Na、K均为固态。据此推测生铁、铁、碳三种物质中，熔点最低的是。（）

A．生铁B．纯铁C．碳D．无法确定DAAA应用广泛的金属材料练习5．除去铜粉中的铝粉，不可选用的试剂是（）

A．稀硫酸B．CuSO4溶液

C．NaOH溶液D．AgNO3溶液6．铝在人体内引起慢性中毒，引起老年痴呆症，1989年世界卫生组织将铝确定为“食品污染源之一”而加以控制。铝在下列使用场合一般无需控制的是（）

A．电线电缆B．牙膏皮

C．制造炊具餐具D．糖果香烟包装DA7．古代的药金与金相似，常被误认为金子，冶炼的方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热到800℃，得到金光闪闪的“药金”。（1）冶炼的化学方程式______________________（2）药金的主要成分____________Cu和ZnC+ZnCO3+Cu2O=2Cu+Zn+2CO2↑800℃应用广泛的金属材料应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因是什么?为什么炒过菜的铁锅没有及时清洗容易生锈?

铁合金在使用过程中发生锈蚀，是因为在潮湿环境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀，属于电化学腐蚀，其本质是形成了原电池。炒过菜的铁锅残留有烹饪用的食盐等电解质，溶解在水中形成了电解质溶液，如不及时洗净很容易发生电化学腐蚀。应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护金属的腐蚀现象非常普遍：1、钢铁生锈：铁锈的主要成分：Fe2O3·xH2O2、铜器表面生成铜绿：铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3金属腐蚀的不利后果有哪些？P89应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护金属腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护化学腐蚀金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。原理：氧化还原反应例如：铁与氯气直接反应钢管被原油中的含硫化合物腐蚀应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护电化学腐蚀不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的反应。原理：原电池反应本质：氧化还原反应例如：钢铁在潮湿的空气中被腐蚀应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护条件：1、有电解质溶液（水膜）

2、有活泼性不同的两种金属或其中一种是导电非金属（Fe和C）

3、闭合回路电极判断：比较活泼的一极是负极（Fe）比较不活泼的是正极（C）应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护CFe2e-Fe2+H+H2负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+钢铁的电化学腐蚀（析氢腐蚀）

（水膜酸性较强）正极（C）：2H++2e-=H2↑应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护

Fe-2+O2OHCFe2e-负极（Fe）：Fe－2e-=Fe2+正极（C）：O2+2H2O+4e-=4OH－钢铁的电化学腐蚀（吸氧腐蚀）

（水膜酸性很弱或呈中性）应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe-C合金为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（pH＜4.3）水膜酸性很弱或中性电极反应负极正极O2+2H2O+4e-=4OH-2H++2e-=H2↑Fe-2e-=Fe2+应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟氧化剂直接接触跟接触现象无电流产生本质联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍不纯金属或合金电解质溶液较活泼金属被氧化有微弱电流产生金属被氧化应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护2、金属防护的方法（结合日常生活经验谈谈）（1）改变金属内部结构（2）加保护层（3）外加活泼电极保护法制成各种合金涂油漆、涂油、电镀、喷镀、制成氧化膜、喷塑等。牺牲锌块来保护船身、牺牲镁块来保护地下钢铁管道应用广泛的金属材料金属的腐蚀与防护分析这些防腐方法的原理。1．铁质自来水管为什么要镀锌?2．自行车车轮钢圈镀铬有什么作用?铬是如何镀上去的?3．汽车车身、轮船外壳喷涂的油漆起什么作用?