金屬和合金課件

1、第二小組 成員： 邱 亮（BX1506024 ）劉文明（BX1506505） 侯文濤（BX1506506）左玉鑫（BX1506511） 王 磊（BX1506514）夏木建（BX1506515） 陳洪宇（BX1506516）袁子程（BX1506517） 陸明月（SX1506035）劉 曉（SX1506036） 張 鑫（SF1506011 ）材料物理與化學(xué)Material Physical & Chemical第十章 金屬和合金chapter 10 Metal & Alloys金屬和合金10.1 引言（左玉鑫 PPT制作）10.2 三類金屬（邱亮講解） 10.2.1 SP鍵金屬（陸明月 PPT 制

2、作） 10.2.2 過渡金屬（袁子程、邱亮 PPT 制作） 10.2.3 稀土金屬（陳洪宇、邱亮 PPT制作 ）10.3 合金（劉文明講解） 10.3.1 休姆-羅瑟里規(guī)則（劉文明 PPT制作 ） 10.3.2 金屬與合金的電阻（侯文濤 PPT制作 ）10.4 金屬合金的舉例和應(yīng)用（夏木建、張鑫講解） 10.4.1 鋼鐵（王磊 PPT制作 ） 10.4.2 鈦及鈦合金（張鑫 PPT制作） 10.4.3 鎂及鎂合金（張鑫 PPT制作） 10.4.4 銅及銅合金（張鑫 PPT制作） 10.4.5 金屬間化合物和超熱合金（夏木建 PPT 制作） 10.4.6 金屬中的電遷移（劉曉 PPT制作 ）金屬

3、和合金金屬和合金 10.1 引言Introduction金屬和合金金屬金屬是一種具有光澤、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。金屬具有正的電阻溫度系數(shù)。金屬和合金引 言Introduction公元前4300年使用自然的金、銅，并有一些鍛打、熱加工形式的工藝。公元前2800年鐵的熔煉公元前2000年商周時期，青銅器的興盛時代。春秋時期生鐵鑄造法，廣泛用于農(nóng)業(yè)。東漢時期鍛打、水淬、油淬第一階段 原始鋼鐵生產(chǎn)金屬和合金引 言Introduction1803年 道爾頓提出原子學(xué)說阿伏伽德羅提出了分子論1830年1839年32種晶體類型、晶體Miller指數(shù)1864年第一張金相組織照片1888年證實

4、了滲碳體的存在19世紀(jì)末建立了鐵碳相圖第二階段 金屬材料科學(xué)的基礎(chǔ)鐵對人類文明作出的巨大貢獻(xiàn) 1788鐵橋 1818鐵船 1825鐵路金屬和合金引 言IntroductionTammann導(dǎo)出了合金相組成的規(guī)律；1910年發(fā)明奧氏體不銹鋼；1912年發(fā)明鐵素體不銹鋼；1912年，Von Lane發(fā)現(xiàn)了X射線；1934年，俄國，匈牙利，英國三位科學(xué)家各自獨(dú)立提出了位錯理論。1938年發(fā)明電子顯微鏡；大量鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線曲線（TTT曲線）得到了測定；貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變理論研究日益深入；新的科學(xué)儀器的不斷發(fā)明。第四階段 微觀理論的深入研究電子顯微鏡、STM、STEM、AFM貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)

5、變理論第三階段 微觀組織理論大發(fā)展19001940年合金相圖、X射線、位錯理論金屬和合金引 言Introduction現(xiàn)代金屬材料鋼鐵、鈦合金、鎂合金、銅合金等都是最重要和最廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)金屬材料。先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料：高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能的結(jié)構(gòu)材料。（耐火耐候鋼）高溫合金材料：碳復(fù)合材料可達(dá)2500，但抗氧化能力差；樹脂基復(fù)合材料的工作溫度300350；金屬基復(fù)合材料綜合性能好，但成本高。低溫鋼：低溫奧氏體鋼（9Ni鋼、5Ni鋼、3.5Ni鋼、1.5Ni鋼、0.5Ni鋼等）新型工具鋼：韌性、耐磨性。金屬和合金引 言Introduction金屬鍵的形成當(dāng)金屬原子相互靠近時，

6、其外層的價電子脫離原子成為自由電子，為整個金屬共有，即電子的公有化，它們在整個金屬內(nèi)部運(yùn)動，形成電子云。這種由金屬正離子和自由電子之間相互作用而構(gòu)成的鍵稱為金屬鍵。金屬和合金引 言Introduction金屬中的自由電子可吸收可見光的能量，被激發(fā)、躍遷到較高能級，因此金屬不透明。當(dāng)它跳回到原來的能級時，將所吸收的能量重新輻射出來，故使金屬具有光澤。導(dǎo)熱性固態(tài)金屬中，不僅正離子的振動可傳遞熱能量，而且電子的運(yùn)動也能傳遞熱能。電阻溫度系數(shù)隨溫度升高，正離子（或原子）本身振幅增大，阻礙電子通過，使電阻升高，顯示出正的電阻溫度系數(shù)。金屬光澤SP鍵金屬SP Bond Metal10.2.1金屬和合金SP

7、鍵金屬元素的特點：1、元素主要位于化學(xué)元素周期表的S區(qū)和P區(qū)；2、s-和p-層的價電子自由的進(jìn)入費(fèi)米海，形成自由電子云；3、除了最外層電子層以外的電子層的電子數(shù)都是滿電子的金屬。SP鍵金屬SP Bond Metal金屬和合金SP鍵金屬SP Bond MetalS區(qū)元素s區(qū)元素的單質(zhì)是最活潑的金屬元素各族元素通常只有一種穩(wěn)定的氧化態(tài)。它們都能與大多數(shù)非金屬反應(yīng)。除了鈹和鎂外，它們都較易與水反應(yīng)，形成穩(wěn)定的氫氧化物，而這些氫氧化物大多是強(qiáng)堿。除鈹外，s區(qū)元素的單質(zhì)都能溶于液氨生成藍(lán)色的還原性溶液。同一族元素核電荷數(shù)金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal鋰元素銀白色金屬。質(zhì)較軟，可用刀切割。

8、是最輕的金屬，密度比所有的油和液態(tài)烴都小，故應(yīng)存放于液體石蠟、固體石蠟或者白凡士林中(在液體石蠟中鋰也會浮起)。鋰的密度非常小，為非氣態(tài)單質(zhì)中最小的一個。因為鋰原子半徑小，故其比起其他的堿金屬，壓縮性最小，硬度最大，熔點最高。鋰的焰色反應(yīng)為紫紅色。鋰離子電池、潤滑劑的增稠劑、火箭燃料、脫氧劑、脫硫劑、脫鹵試劑、催化劑。鋰的用途金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal鈉元素鈉是一種金屬元素，在周期表中位于第3周期、第IA族，是堿金屬元素的代表，質(zhì)地柔軟。鈉原子的最外層只有1個電子，很容易失去，所以有強(qiáng)還原性。鈉的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能夠和大量無機(jī)物，絕大部分非金屬單質(zhì)反應(yīng)和大部分有機(jī)物反應(yīng)，

9、在與其他物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，作還原劑，都是由0價升為+1價（由于ns1電子對），通常以離子鍵和共價鍵形式結(jié)合。金屬性強(qiáng)，其離子氧化性弱。檢驗有機(jī)物中的氯、氮、硫、氟。去除苯、烴、醚中的水分、氧、碘或氫碘酸等雜質(zhì)。制備鈉汞齊、醇化鈉、NaOH、Na2O2、氨基鈉、鈉燈、光電池等。鈉的用途金屬和合金SP鍵金屬SP Bond MetalP區(qū)元素IIIA族元素0族元素p區(qū)金屬元素金屬性較弱，部分金屬如Al、Ga、In、 Ge、Sn和Pb的單質(zhì)、氧化物及其水合物均表現(xiàn)出兩性。p區(qū)金屬元素在化合物中還往往表現(xiàn)出明顯的共價性。p區(qū)金屬元素的價電子構(gòu)型為ns2np14 ，內(nèi)層為飽和結(jié)構(gòu)。由于p區(qū)金屬元素n

10、s、np電子可同時成鍵，也可僅由電子參與成鍵，因此它們在化合物中常有兩種氧化態(tài)，且其氧化值相差為2。p區(qū)金屬元素的高價氧化態(tài)化合物多數(shù)為共價化合物，低氧化態(tài)的化合物中部分離子性較強(qiáng)。大部分p區(qū)金屬元素在化合物中，電荷較高，半徑較小，其鹽類在水中極易水解。金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal鉛元素原子序數(shù)為82。鉛為帶藍(lán)色的銀白色重金屬，熔點327.5，沸點1740，密度11.3437g/cm3，硬度1.5，質(zhì)地柔軟，抗張強(qiáng)度小。沒有氧化層的鉛色澤光亮，密度高，硬度非常低，延伸性很強(qiáng)。它的導(dǎo)電性能相當(dāng)?shù)?，抗腐蝕性能很高。金屬鉛在空氣中受到氧、水和二氧化碳作用，其表面會很快氧化生成保護(hù)薄

11、膜；在加熱下，鉛能很快與氧、硫、鹵素化合。主要用作電纜、蓄電池、鑄字合金、巴氏合金、防X射線，射線等的材料.現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于鉛芯橡膠隔震支座中，有很好的耗能性。鉛的用途晶格是重要的，但沒初次見到那么重要，兩方面可以證明：通過電子的費(fèi)米海篩選的離子。泡沫不相容原理。費(fèi)米海中的電子為了不成為其離子核心的電子炮彈，因而他們都在距離核心半徑范圍之外。贗勢的形式金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal理想化的膠體模型可以用來描述靜態(tài)電荷均勻分布的離子密度，從而電子可以被機(jī)械的定量。為確保準(zhǔn)確，在兩個電子交換時總電子波函數(shù)必須是對稱的。這種特性可以一個在特定的軌道上的近似波函數(shù)組成。在這些軌道上系統(tǒng)

12、的內(nèi)能是：金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal由量子力學(xué)的變分原理的精神，可以選擇試驗波函數(shù)，可對內(nèi)能進(jìn)行估算。試驗波函數(shù)是通過平面波來描述軌道的：金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal代入公式U：進(jìn)行分析評估，其結(jié)果為：金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal這里的直接庫侖力是零，因為所有電子氣彌散的離子占據(jù)同樣的空間且具有等量電荷。交換能量的產(chǎn)生是因為電子將其他電子排除在它的自旋投影環(huán)境之外。一個電子住在一個半徑r的球形孔中心，將通過公式 U=-e2/80r降低自己的能量。r的預(yù)期值大約是在費(fèi)米波長?？梢缘贸鼋Y(jié)論，交換能量r=F/3被稱作費(fèi)米洞。接著修正由于電子與電

13、子之間的相互作用，稱為相關(guān)能 Ucorr。它源于因為電子間的庫侖斥力使得他們相互排斥。因此，靜電能量低于一個假設(shè)沒有波動的統(tǒng)一電子的電荷分布。運(yùn)用多布比理論，得到近似公式:這里的無量綱參數(shù)r下面的關(guān)系式定義：金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal在中心區(qū)域時不適用，在jellium模型里，庫侖能為零，必須重新計算。固體被分為Wigner-Seitz細(xì)胞。在評估庫侖能時涉及細(xì)胞間的相互作用和細(xì)胞內(nèi)的活動。因為每個單元格電中性，因而對庫侖力貢獻(xiàn)為零。在每個單元里都有一個離子與電子以及電子與電子的相互作用。Wigner-Seitz細(xì)胞可以被近似地看做為一個半徑為r的球。這個近似尤其適合密排晶

14、體，如FCC和HCP晶格。假設(shè)Wigner-Seitz細(xì)胞的電子密度是均勻分布的，因此n=3z/4r3。金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal降低U就要關(guān)系到K。核心半徑要選擇合適的參數(shù)，每個參數(shù)的表達(dá)式和實驗結(jié)果很好的吻合。金屬和合金SP鍵金屬SP Bond Metal總能量公式為：過渡金屬Transition Metal10.2.2金屬和合金過渡金屬Transition Metal過渡金屬，一般指具有部分充填d或f亞層電子的元素，B-的8列元素。人們也常把Cu族納入過渡金屬元素，因為Cu2+:d9，Au：d8，也有書上把Zn族也納入。因此，過渡元素的性質(zhì)非常豐富。金屬和合金過渡金屬

15、Transition Metal過渡元素的通性一、價電子構(gòu)型；二、氧化態(tài)的規(guī)律；三、原子半徑；四、第一電離能I1的變化；五、物理性質(zhì)的變化規(guī)律；六、過渡金屬及其化合物的磁性；七、過渡元素氧化物水合物的酸堿性；八、配合物；九、形成多堿、多酸傾向。金屬和合金過渡金屬Transition Metal物理性質(zhì)的變化規(guī)律過渡金屬：熔點高、密度大、硬度大、升華熱大。原因：較小的原子半徑，較大的原子量，金屬鍵較強(qiáng)。金屬和合金過渡金屬Transition Metal按物質(zhì)在外加磁場作用下性質(zhì)，劃分為：順磁性物質(zhì)：對外磁場磁力線吸引、聚集逆磁性物質(zhì)：對外磁場磁力線排斥鐵磁性物質(zhì)：強(qiáng)順磁性, 外磁場撤消后仍永久保

16、留磁性如: Fe、Co、Ni及其合金Nd-Fe-B（第三代永磁材料）過渡金屬及其化合物的磁性金屬和合金過渡金屬Transition Metal鈦分族 B鈦 Ti 鋯 Zr 鉿 Hf(n-1)d2 ns2存在：金紅石TiO2，鈦鐵礦 (FeTi O3)四川攀枝花釩鈦鐵礦（FeTiO3）探明儲量約15億噸。鈦是未來的“鋼鐵”：質(zhì)輕，抗腐蝕，硬度大，是宇航、航海、化工設(shè)備等的理想材料。 鈦的物理性能及應(yīng)用銀白色，m. p. 1680 ，b.p.3260 ，密度d = 4.43 g cm-3. （強(qiáng)度/質(zhì)量）比是所有金屬材料中最大，耐腐蝕。高溫下可作煉鋼脫氧劑?！吧锝饘佟比嗽旃趋?“記憶功能”(Ti

17、Ni合金)“超導(dǎo)功能” (NbTi合金)“儲氫功能”(TiMn、TiFe)金屬和合金過渡金屬Transition Metal釩分族 VB V釩 Nb鈮 Ta鉭 3d34s2 4d45s1 5d36s2離子色彩豐富：V2+紫、 V3+綠 、VO2+蘭、 VO2+、 VO3- 黃酸根極易聚合：V2O7 4- 、V3O9 3- 、V10O286- pH下降，聚合度增加，顏色從無色黃色深紅酸度足夠大時為VO2+(二氧基釩陽離子）V2O5+6HCl = 2VOCl2+Cl2+H2OV2O5+6NaOH = 2Na3VO4+3H2OV2O5+H2SO4= (VO2)2SO4+H2O金屬和合金過渡金屬Tra

18、nsition Metal1. R.T.“鈍化”：與強(qiáng)堿、HCl、稀H2SO4、空氣、海水均不反應(yīng)。但溶于HF(aq)、HNO3、濃H2SO4和“王水”。 2 V + 6 HF = 2 VF3 + 2 H2 2. 受熱時，V顯強(qiáng)還原性（似Ti）。釩用途制釩鋼，含釩0.10.2%的釩鋼韌性、彈性好，強(qiáng)度高。釩單質(zhì)金屬和合金過渡金屬Transition Metal鉻分族 B 鉻Cr 鉬Mo 鎢W 3d54s1 4d55s1 5d46s2鉻在自然界存在 FeOCr2O3或FeCrO4鉻鐵礦輝鉬礦MoS2(Fe、Mn)WO4黑鎢礦CaWO4白鎢礦金屬和合金過渡金屬Transition Metal錳分族

19、 B錳Mn 锝Tc 錸Re(n-1)d5ns2錳最重要礦是軟錳礦；近年來在深海發(fā)現(xiàn)大量的錳礦錳結(jié)核。Mn是生物生長的微量元素，是人體多種酶的核心成分，是植物光合作用的不可缺少的部分。茶中錳的含量較豐富。所有鋼都含有Mn作用：凈化劑 Mn + S = MnS 防止生成FeS、鋼變脆 Mn + O2 = MnO 防止冷卻鋼形成氣泡或沙孔 增加鋼的硬度：錳鋼 (12%15%)金屬和合金過渡金屬Transition Metal鐵系元素 VIII Fe Co Ni 3d64s2 3d74s2 3d84s2價態(tài)：+2 +3 (+6) +2 +3 (+5) +2 +3 (+4)鐵、鈷、鎳在+2、+3氧化態(tài)時

20、，半徑較小，又有未充滿的d軌道，使它們有形成配合物的強(qiáng)烈傾向，尤其是Co()形成配合物數(shù)量特別多。Fe、Co、Ni 均為銀白色金屬，鐵磁性物質(zhì)。其合金是良好的磁性材料。鈷硬而脆。AMS永磁鐵 NdFeB合金Co 制永磁材料。Ni 制不銹鋼（例9% Ni、18% Cr - Fe合金)和永磁材料。金屬和合金過渡金屬Transition Metal鉑系元素 VIII Ru Rh Pd 釕 銠 鈀4d75s1 4d85s1 4d105s0 Os Ir Pt 鋨 銥 鉑5d66s2 5d76s2 5d46s1惰性，多以單質(zhì)形式存在。熔點通常較高 (Os：3318 K Pd：1825 K)強(qiáng)催化性能，合成

21、氨用Ru催化劑。強(qiáng)吸氫能力，1體積Pt可溶1千體積H2多種氧化態(tài)， Pt：+2、+4， Os：+6、+8。鉑系元素特征：化學(xué)惰性。Os、Ir不溶于“王水”，Ru、Rh僅微作用，Pt溶于“王水”，Pd溶于HNO3。熔融強(qiáng)堿和Na2O2對鉑系金屬有腐蝕作用。 世界儲量71000噸 （1998）, 已生產(chǎn)8000噸 南非88.7% 俄羅斯8.7% 美國 1% 中國0.1%稀土金屬Rare Metals10.2.3金屬和合金稀土金屬Rare Metals稀土元素位于周期表中的B，特征氧化數(shù)為+3，根據(jù)洪特規(guī)則，當(dāng)d或f軌道處于全空、全滿或半滿時，其原子或離子有特殊的穩(wěn)定性金屬和合金稀土金屬Rare M

22、etals鑭系元素的外層和次外層構(gòu)型基本相同，f軌道是充滿、半充滿或未充滿，所以鑭系元素單質(zhì)及其離子的物理和化學(xué)性質(zhì)之分相似。另一方面，鑭系元素隨核電荷增加和4f電子數(shù)目不同所引起的半徑變化，使它們的性質(zhì)略有差異，成為鑭系元素得以區(qū)分和分離的基礎(chǔ)。在17種稀土元素中，鈧（Sc）的化學(xué)性質(zhì)與其他16種有較大差異，與堿土金屬更加相似，所以稀土一詞一般只包括鈧以外的16種元素。稀土元素的結(jié)構(gòu)與性能金屬和合金稀土金屬Rare Metals稀土元素的結(jié)構(gòu)與性能鈰（Ce）和鋱（Tb）失去4個電子時，4f軌道分別處于全空和半滿，所以+4氧化物也較穩(wěn)定；鐠（Pr）和鏑（Dy）失去4個電子時，4f軌道接近全空和

23、半滿，所以也可存在+4氧化物；同理，銪（Eu）和鐿（Yb）失去兩個電子時，4f軌道分別處于半滿和全滿，可形成穩(wěn)定的+2氧化數(shù)的化合物，釤（Sm）和銩（Tm）的+2氧化數(shù)化合物穩(wěn)定性較差。金屬和合金稀土金屬Rare Metals稀土元素的結(jié)構(gòu)與性能鈧（Sc）釔（Y）鑭（La）原子、離子半徑逐漸增大鑭（La）鈰（Ce）镥（Lu）離子半徑逐漸減小這種鑭系元素的原子半徑和離子半徑隨原子序數(shù)的增加而逐漸減小的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。金屬和合金稀土金屬Rare Metals期系元素中每增加一個質(zhì)子，相應(yīng)的一個電子進(jìn)入4f軌道。而4f電子對原子核的屏蔽作用與內(nèi)層電子相比較小，有效核電荷增加較大，核對最外層電子的吸

24、引力增強(qiáng)。銪（Eu）和鐿（Yb）收縮趨勢反常，這是因為Eu和Yb的電子構(gòu)型具有半充滿4f2和全充滿4f14的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對原子核有較大的屏蔽作用。稀土元素的結(jié)構(gòu)與性能 鑭系收縮的原因金屬和合金稀土金屬Rare Metals釔的離子半徑（Y3+）與Tb3+、Dy3+的離子半徑相近，導(dǎo)致釔在礦物中與鑭系金屬共生。鑭系收縮也使鑭系后面的金屬元素鋯（Zr）與鉿（Hf），鈮（Nb）與鉭（Ta），鉬（Mo）與鎢（W）的半徑幾乎相等，造成這三對元素性質(zhì)非常相似，形成共生元素對，給分離工作帶來很大困難。稀土元素的結(jié)構(gòu)與性能 鑭系收縮的重要性金屬和合金稀土金屬Rare Metals稀土元素呈銀白色，較軟，具有延展

25、性。有很強(qiáng)的還原性。金屬的活潑順序有鈧（Sc）經(jīng)釔（Y）到鑭（La）遞增，由鑭（La）到镥（Lu）遞減。稀土元素的物理化學(xué)性質(zhì)溫度室溫473K453K1275K反應(yīng)元素鹵素鹵素氧氣氮?dú)饬驓錃馍晌風(fēng)nX3劇烈燃燒Ln2O3LnNLn2S3LnH2金屬和合金稀土金屬Rare Metals在1275K時，與水反應(yīng)生成Ln(OH)2或Ln2O3xH2O沉淀，并放出H2，加熱會使反應(yīng)加速。稀土金屬及其合金具有吸收氣體的能力，且吸氫能力最強(qiáng)，所以可用作儲氫材料。釓（Gd）具有4f7電子構(gòu)型，可實現(xiàn)電子只朝一個方向自旋的狀態(tài)，所以具有鐵磁性。4f電子不足半數(shù)軌道的輕稀土金屬具有順磁性。稀土金屬及其化合物都

26、是重要的永磁材料，如第一代的SmCo5永磁體、第二代的Ln3（FeCo）17和第三代的NJ-Fe-B化合物等永磁材料。金屬和合金稀土金屬Rare Metals輕稀土（鈰組：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、EM）重稀土（釔組：Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Er、Tm、Yb、LM）按照物理，化學(xué)性質(zhì)的微小差異和稀土礦物的形成特點，以釓為界：按照稀土金屬的分離工藝可分為三組：輕稀土（鈰組）中稀土（鋱組）重稀土（釔組）金屬和合金稀土金屬Rare Metals我國稀土礦的儲量達(dá)1億噸之多，占世界稀土總儲量的70%以上。 稀土礦種類混合型礦 主要分布于內(nèi)蒙古白云鄂博離子吸收型礦 主要分布于江西省 獨(dú)居石

27、 世界范圍內(nèi)廣泛分布 磷釔礦 主要分布于廣東與廣西 到20世紀(jì)80年代，我國已能夠獨(dú)立生產(chǎn)各種單一稀土，并出口國際市場。金屬和合金稀土金屬Rare Metals從礦物中提取稀土金屬精礦的分解化合物的分離和純化稀土金屬制備火法分解濕法分解分級結(jié)晶法分級沉淀法選擇性氧化還原法離子交換法溶劑萃取法熔鹽電解法金屬熱還原法金屬和合金稀土金屬Rare Metals未經(jīng)分離的混合稀土的應(yīng)用分離稀土的應(yīng)用催化劑 主要應(yīng)用于石油裂解催化劑鈰鑭合金 主要應(yīng)用于引火合金、鋼鐵添加劑（脫氧劑、脫硫劑）、球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鋼的冶煉、輕金屬添加劑等。研磨材料 Ln2O3和CeO2等用于玻璃、光學(xué)透鏡和顯像管的研磨等。利用稀

28、土金屬與4f電子有關(guān)的特性，可作為永磁材料，磁泡存儲器、磁制冷劑、微波元件、超導(dǎo)材料等。利用稀土金屬的離子半徑、電荷、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)活性等特性，可用作固體電解質(zhì)、熱敏電阻、熱電體、壓電體、發(fā)熱體、催化劑、儲氫合金等。稀土還可制造有色玻璃和吸光玻璃，可以做磁、光記錄材料 10.3 合金Alloys金屬和合金休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金合金的生成常會改善元素單質(zhì)的性質(zhì)合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應(yīng)性、楊氏模量、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處。合金的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度卻通常與組成元素的性質(zhì)有很大不同。多數(shù)合金沒有固定的熔點，溫度處在熔化溫度范圍間

29、時，混合物為固液并存狀態(tài)。休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金合金材料黑色金屬合金：鋼鐵、鎳合金、鈷合金有色金屬合金：鋁合金、銅合金、鈦合金、鎂合金、鋅合金金屬功能材料：磁性合金：軟磁合金、硬磁合金電性合金：電熱合金、超導(dǎo)材料等形狀記憶合金、熱膨脹合金減振合金、儲氫合金等。休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules10.3.1休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金（一）固溶體固溶體：合金結(jié)晶成固態(tài)時，溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格中形成的一種與溶劑有相同晶格的相。固溶體與溶劑具有相同晶體結(jié)構(gòu)。固溶體的類型：1、間隙固溶體 ； 2、置換固溶體。

30、 1、間隙固溶體間隙固溶體： 溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固溶體。都是有限固溶體，也是無序固溶體。休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金2、置換固溶體溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點位置而形成的固溶體。置換固溶體可以是有限固溶體也可以是無限固溶體。有限固溶體:固溶體的溶解度是有限的。無限固溶體：固溶體的溶解度是無限的。形成無限固溶體的必要條件：是溶劑與溶質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)相同。休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金固溶強(qiáng)化：當(dāng)溶質(zhì)元素含量很少時，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質(zhì)元素含量的增多，會使金屬的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和

31、韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是金屬材料的一種重要的強(qiáng)化途徑。固溶強(qiáng)化的特點和規(guī)律：固溶強(qiáng)化的程度(或效果)不僅取決與它的成分，還取決與固溶體的類型、結(jié)構(gòu)特點、固溶度、組元原子半徑差等一系列因素。間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果一般要比置換式溶質(zhì)原子更顯著。溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶強(qiáng)化越顯著。15%定律休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金固溶體的原子尺寸差大于15%時，尺寸因素不利，固溶度很小固溶體的原子尺寸差小于15%時，尺寸因素成為次要因素，固溶度受其他影響因素決定穩(wěn)定中間相化學(xué)親和力中間相（或金屬間化合物）越穩(wěn)定，自由能越小，固溶度越小

32、。銅鋅 Cu（2.55）- Zn（2.65） 銅鎘 Cu（2.55）- Cd（2.97）砷銅 原子直徑比1.02 6%銻鎂 原子直徑比1.06 很小休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金e價電子數(shù)a原子數(shù)V溶劑的原子價x溶質(zhì)原子的百分?jǐn)?shù)v溶質(zhì)的原子價銅鋅系相圖 相結(jié)構(gòu)電子濃度臨界值面心立方1.38 體心立方1.48 復(fù)雜結(jié)構(gòu)1.581.66 密排六方（c/a=1.56）1.781.87 密排六方（c/a=1.86） 休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金尺寸因素化學(xué)親和力因素電子濃度因素離子鍵特征中間相或者金屬間化合物化學(xué)親和力因素起較大作用金屬

33、鍵特征固溶體和中間相電子濃度因素起較大作用休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金電子化合物 是由第一族或過渡族元素與第二至第四族元素構(gòu)成的化合物，他們不遵守化合價規(guī)律，但滿足一定的電子濃度，雖然電子化合物可用化學(xué)式表示，但實際成分可在一定的范圍變動，可溶解一定量的固溶體。 電子化合物是中間相的一類，亦稱為休姆相。合金中的成分和結(jié)構(gòu)決定于電子濃度的化合物。休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金休姆-羅瑟里電子化合物的合金結(jié)構(gòu)原理原子半徑大小的關(guān)系；原子的相對電負(fù)性關(guān)系；價電子的濃度。族元素價電子數(shù)B, , La系Mn, Fe, La系0(1,2)B

34、Cu, Ag, Au1ALi, Na1A, BBe, Mg, Zn, Cd, Hg2AAl, Ga, In3ASi, Ge, Sn, Pb4AAs,Sb5休姆-羅瑟里規(guī)則Hume-Rothery Rules金屬和合金3 / 221 / 137 / 4結(jié)構(gòu)體心立方CsCl型 -Mn型復(fù)雜立方-黃銅型密排六方- 相合金CuBe Ag3Al CuZn Au3Al Cu3Al Cu5Sn Cu5Si AgZn CoZn3 NiAlCu5Zn8 Cu9Al4 Fe5Zn21 Ni5Zn21 Na31Pb8 Rh5Zn21CuZn3 Cu3Sn Ag5Al3 AuCd3穩(wěn)定的電子化合物金屬與合金的電阻Re

35、sistance of Metals &Alloys10.3.2金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金電阻的本質(zhì)電子波在晶體點陣中傳播時要與振動的離子發(fā)生碰撞受到散射，從而產(chǎn)生阻礙作用，降低了導(dǎo)電性。電子波在絕對零度下，通過一個理想點陣時，將不會受到散射，無阻礙傳播，電阻率為0。金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金電阻產(chǎn)生的機(jī)制（1）晶體點陣離子的熱振動（聲子），對電子波產(chǎn)生散射。（2）晶體點陣電子的熱振動，對電子波產(chǎn)生散射。（3）晶體點陣的完整性被破壞（存在雜質(zhì)原子、晶 體缺陷等），對電子波產(chǎn)生散射。金

36、屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金純金屬的電阻電子與離子兩次碰撞間是自由移動的，碰撞散射后電子在前進(jìn)方向的平均遷移速度為0。在外加電場的繼續(xù)作用下電子又定向自由前進(jìn)。在自由程的終點，電子定向遷移速度的平均值為V1，V1為加速度a=eE/m與兩次碰撞間平均自由移動時間t的乘積。每經(jīng)過時間t，電子的平均定向遷移速度都是由0變到V1，取平均值電流密度可以表示為其中n為金屬單位體積內(nèi)含有的導(dǎo)電電子數(shù)。金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金純金屬的電阻電導(dǎo)率電阻率(n 越多，l 越大，則 越大， 越小)金屬與合金的

37、電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金純金屬的電阻與溫度的關(guān)系oT電阻率與溫度的關(guān)系高溫時，電阻與絕對溫度成正比低溫時，電阻與絕對溫度的五次方成正比金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金晶格振動對電阻影響的愛因斯坦模型金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金晶格振動對電阻影響的愛因斯坦模型金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金在形成固溶體時，與純組元相比，合金的導(dǎo)電性能降低（電阻增大）。即使是在低導(dǎo)電性的金屬溶劑中加入高導(dǎo)電性的金屬溶

38、質(zhì)也是如此。主要原因：原子半徑差引起的晶格點陣畸變，增加了對電子的散射，使得電阻增大。半徑差越大，越明顯。合金的電阻金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金馬德森定則金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，利用這一特性可制成電阻溫度計，但有的合金電阻率幾乎不受溫度的影響，可制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金諾伯里定則電阻率的變化與溶劑原子和溶質(zhì)原子的原子價有關(guān)。A1 常數(shù)A2 常數(shù)Zm 溶劑原子的原子價Zi 溶質(zhì)原子的原子價金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬

39、和合金金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象出現(xiàn)的基本標(biāo)志是“零電阻效應(yīng)”和“邁斯納效應(yīng)”，但還伴隨著多種特征的出現(xiàn)。零電阻效應(yīng)：20世紀(jì)初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)在很低的溫度時，電阻就變成了零，用具有這種性能的材料可以做成超導(dǎo)材料。我國超導(dǎo)臨界溫度已提高到零下120即153K左右。邁納斯效應(yīng)：當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時，在磁場作用下，表面產(chǎn)生一個無損耗感應(yīng)電流。這個電流產(chǎn)生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而在深入超導(dǎo)區(qū)域總合成磁場為零。金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金超導(dǎo)材料約瑟夫

40、森效應(yīng) Josephson effect電子能通過兩塊超導(dǎo)體之間薄絕緣層的量子隧道效應(yīng)。 兩塊超導(dǎo)體通過一絕緣薄層(厚度為10埃左右)連接起來，絕緣層對電子來說是一勢壘，一塊超導(dǎo)體中的電子可穿過勢壘進(jìn)入另一超導(dǎo)體中，這是特有的量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。當(dāng)絕緣層太厚時，隧道效應(yīng)不明顯，太薄時，兩塊超導(dǎo)體實際上連成一塊，這兩種情形都不會發(fā)生約瑟夫森效應(yīng)。絕緣層不太厚也不太薄時稱為弱連接超導(dǎo)體。兩塊超導(dǎo)體夾一層薄絕緣材料的組合稱S-I-S超導(dǎo)隧道結(jié)或約瑟夫森結(jié)。金屬與合金的電阻Resistance of Metals &Alloys金屬和合金超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用：利用材料的超導(dǎo)電性可制作磁體，應(yīng)用于電機(jī)、高

41、能粒子加速器、磁懸浮運(yùn)輸、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達(dá)10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其性能優(yōu)于常規(guī)材料。利用材料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。利用約瑟夫森效應(yīng)可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結(jié)作計算機(jī)的邏輯和存儲元件，其運(yùn)算速度比高性能集成電路的快1020倍，功耗只有四分之一。 10.4 金屬合金的舉例和應(yīng)用Examples & Applications金屬和合金鋼 鐵Iron & Steel10.4.1鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 同素異晶轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下隨溫度的

42、改變，由一種晶格變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。 純鐵在冷卻時的相變過程：鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金鐵素體奧氏體滲碳體碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體。用F表示。碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體。用A表示。鐵與碳相互作用所形成的具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的金屬化合物。用Fe3C表示。鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金 鐵碳合金相圖鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金Fe-Fe3C相圖分析1148 共晶轉(zhuǎn)變727 共析轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物萊氏體Ld共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體P鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金鋼鐵分類(按含C量分)0.0218%工業(yè)純鐵鐵素體2.11%鋼白口鑄鐵6.69%0.77%

43、亞共析鋼鐵素體+珠光體共析鋼珠光體過共析鋼珠光體+二次滲碳體4.3%共晶白口鑄鐵變態(tài)萊氏體過共晶白口鑄鐵變態(tài)萊氏體+一次滲碳體 亞共晶白口鑄鐵變態(tài)萊氏體+珠光體+二次滲碳體鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織合金：共析鋼合金：亞共析鋼 合金：過共析鋼 鐵素體珠光體珠光體網(wǎng)狀二次滲碳體 鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織合金 ：共晶白口鑄鐵合金：過共晶白口鑄鐵 一次滲碳體變態(tài)萊氏體珠光體二次滲碳體 = 變態(tài)萊氏體共晶滲碳體合金：亞共晶白口鑄鐵 珠光體二次滲碳體變態(tài)萊氏體鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金鋼材的分類質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分

44、：低碳鋼（C：0.25）中碳鋼（C：0.25 C 0.6）高碳鋼（C：0.6）按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）：普通碳素鋼（S 0.055，P 0.045)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.040，P 0.040)高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.030，P 0.035)按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等 碳素工具鋼：主要用于刀具、模具、量具等鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金鑄鐵的分類碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素?；铱阼T鐵白口鑄鐵麻口鑄鐵灰口鑄鐵(gray iron)是第一階段石墨化過程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，全部或大

45、部分碳以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰暗色，因此得名，它包括一般灰口鑄鐵（簡稱灰鑄鐵）、球墨鑄鐵、麻口鑄鐵、孕育鑄鐵、稀土灰口鑄鐵等?；铱阼T鐵其斷口的外貌呈淺灰色，故稱為灰口鑄鐵（灰鐵）。此價格便宜，應(yīng)用廣泛，灰口鑄鐵占鑄鐵的總產(chǎn)量80%以上。不含石墨的鑄鐵。幾乎全部的碳都與鐵形成滲碳體。具有很大的硬度和脆性。不能承受冷加工，也不能承受熱加工，只能直接用于鑄造狀態(tài)。麻口鑄鐵，是介于白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵。麻口鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在，又以石墨狀態(tài)存在，斷口夾雜著白亮的游離滲碳體和暗灰色的石墨。鋼 鐵Iron & Steel金屬和合金 石墨的形態(tài)對鑄鐵的力學(xué)性能影響較大。灰口鑄鐵的抗拉前

46、強(qiáng)度和塑性較低，這是因為石墨對基體的嚴(yán)重割裂所造成的。石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋和空洞，它減小基體的抗拉強(qiáng)度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度越低。石墨的存在對鑄鐵的特殊作用鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異；鑄鐵的鑄造性能良好；鑄鐵具有耐磨性；鑄鐵具有良好的減振性；鑄鐵對缺口不敏感；對鑄鐵的作用。10.4.2鈦及其合金Titanium & Titanium Alloys金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys 鈦工業(yè)開始于1948年，鈦及其合金是第二次世界大戰(zhàn)之后，由于航空及航天技術(shù)的迫切需要才發(fā)展起來的新材料。過去鈦被稱為稀有金屬，最近又有人把它歸類為輕金屬。鈦

47、合金的優(yōu)點 重量輕、強(qiáng)度高、高低溫性能好、耐蝕、比強(qiáng)高工作溫度范圍寬 特殊的物理、化學(xué)和生物性能和特殊的技術(shù)功能（超導(dǎo)、記憶、儲氫） 導(dǎo)熱性、切削加工性差冶煉加工困難，成本高鈦合金的缺點熔點：1670（166810）沸點：3535密度：4.5103kg/m3導(dǎo)電率：是Cu的3.6 比電阻（25）（4255）10-6Wcm順磁性：磁化率 1875彈性模量：112500MPa，是Fe的彈性模量的一半左右導(dǎo)熱系數(shù)：（25 ）0.0420.047 cal /s.cm. 熱膨脹系數(shù)：（25 ）8.510-6/比熱：（0500）0.1250.140 cal/g. 有同素異晶轉(zhuǎn)變：882 以上（-Ti）體心

48、立方晶格 882 以下（-Ti）密排六方晶格金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys純鈦的物理性質(zhì)鈦的化學(xué)性質(zhì)很活潑液體鈦幾乎同二氧化釷(ThO2)以外的所有坩堝材料起反應(yīng)，因此只能用真空自耗電弧爐進(jìn)行熔煉和鑄造。在550以下的空氣中，抗氧化，表面形成致密氧化膜，與基體結(jié)合緊密防止基體繼續(xù)氧化， 起到良好的保護(hù)作用。在550以上的空氣中，不抗氧化，氧能迅速透過氧化膜繼續(xù)氧化，因此鈦的工作溫度不能超過550 金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys鈦的化學(xué)性質(zhì)高純鈦的強(qiáng)度不高，塑性很好。b240MPa ； 0.2145 MPa；55

49、% ；75%微量的O、N、C可強(qiáng)烈提高純鈦的硬度，明顯降低其塑性鈦的純度與硬度的關(guān)系金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys純鈦的力學(xué)性能Ti99.9599.899.699.599.4HV90145165195225鈦合金按退火組織可分為、 +、三大類。分別在鈦字的拼音字母“T”后附以A.B.C和數(shù)字加以區(qū)別，其中A、B、C為英文字母，本身無任何意義，T為漢語拼音型 TA TA0TA3 工業(yè)純鈦 TA4TA6 (TiAl） TA4TA8 a型鈦合金型 TB TB1、TB2 +型 TC TC1TC10金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Al

50、loys鈦合金的分類金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys鈦合金 這類合金中元素主要是a穩(wěn)定元素（Al）和中性元素（Sn、Zr），有時也含少量穩(wěn)定元素。Al、Sn、Zr主要起固溶強(qiáng)化作用。有的合金加Cu提高強(qiáng)度及蠕變抗力，加Pd（鈀）提高抗蝕性。 鈦合金的特點：熱穩(wěn)定性好（組織穩(wěn)定，高溫性能好），焊接性好，抗蝕性高，強(qiáng)度不很高變形抗力大，熱加工性差，一般不能熱處理強(qiáng)化（Ti-2Cu合金除外）。金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys型鈦合金 工業(yè)上用的 鈦合金的組織中仍以相為主，一般相的相對量小于30%。 型鈦合金的特點：有較好

51、的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度比鈦合金高。可熱處理強(qiáng)化，熱加工性好。組織不夠穩(wěn)定，焊接性不好。 這種合金即加入穩(wěn)定元素，又加入穩(wěn)定元素，使得和相同時得到強(qiáng)化，通常穩(wěn)定元素的加入量為46，獲得810的相。金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys鈦合金 穩(wěn)定的鈦合金唯一得到生產(chǎn)應(yīng)用的是蘇聯(lián)的4201（Ti-33Mo） 鈦合金的特點高的抗蝕力，好的可焊性。優(yōu)秀的工藝、塑性，可在冷狀態(tài)進(jìn)行薄板軋制。不能熱處理強(qiáng)化 Ti-Mo系耐蝕合金：Ti32Mo，在沸騰的20HCl和沸騰的40H2SO4中腐蝕率不大于0.254mm/a，與鉭、鉑、金處于同一數(shù)量級。金屬和合金鈦及鈦合金Titan

52、ium & Titanium Alloys亞穩(wěn)鈦合金工業(yè)上用的是亞穩(wěn)鈦合金亞穩(wěn)鈦合金的特點：與相比，突出的優(yōu)點：在固溶狀態(tài)下有很好的冷成型性經(jīng)時效強(qiáng)化后有高的屈服強(qiáng)度和斷裂韌性淬透性比（ ）合金好其缺點：耐熱性差（高溫組織不穩(wěn)定），密度大，焊接性不好長期使用溫度不能超過250。由于含有大量穩(wěn)定共析元素Cr，長期加熱會析出使合金脆化的金屬化合物（TiCr2）。金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys鈦及鈦合金的應(yīng)用航空航天：制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。一般工業(yè)：制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境

53、污染控制裝置。功能材料：生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。醫(yī)學(xué)應(yīng)用：生物材料等。金屬和合金鈦及鈦合金Titanium & Titanium Alloys鈦及鈦合金的應(yīng)用鎂及鎂合金Magnesium & Magnesium Alloys10.4.3金屬和合金鎂及鎂合金Magnesium & Magnesium Alloys鎂及鎂合金的特點優(yōu)點：密度小 （純Mg 1.7103kg/m3）比強(qiáng)度高 抗震能力高切削加工性和拋光性能好缺點： 抗蝕性差熔鑄困難冷變形困難（六方金屬）通常鑄造和熱加工后使用鑄造Mg合金的用量比變形Mg合金的用量大金屬和合金鎂及鎂合金Magnesium & Magnesium Al

54、loys純鎂的物理性能密度1.7g/cm3，熔點651，密排六方金屬，原子直徑3.196，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，電導(dǎo)率是Cu的37順磁性（磁化率比Al小，為75）彈性模量45GPa（彈性模量小，在外力作用下能產(chǎn)生較大的變形，在沖擊載荷作用下，能吸收較大的沖擊功，可制造承受沖擊載荷的零件。）Mg的強(qiáng)度與純Al差不多，但屈服強(qiáng)度和塑性比Al低，這是Mg及多數(shù)Mg合金的一個缺點。金屬和合金鎂及鎂合金Magnesium & Magnesium Alloys純鎂的化學(xué)性能Mg具有很高的化學(xué)活潑性，在室溫下表面形成氧化鎂薄膜，由于氧化鎂很脆而且不如氧化鋁致密，故鎂在潮濕空氣中，特別在鹽水中的抗蝕性很差。但Mg在

55、氫氟酸水溶液和堿類以及石油產(chǎn)品中具有較高的抗蝕性。用途：制造鎂合金，其它合金添加元素，煙火工業(yè)、化學(xué)、石油部門金屬和合金鎂及鎂合金Magnesium & Magnesium Alloys鎂及鎂合金的應(yīng)用航空航天：鎂合金是航空器、航天器和火箭導(dǎo)彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料。適于制造發(fā)動機(jī)齒輪機(jī)匣、油泵、油管、搖臂、襟翼、艙門和舵面等。汽車上的應(yīng)用零部件：殼體類（如離合器殼體、閥蓋、儀表板等）、支架類（轉(zhuǎn)向支架、剎車支架等）。手機(jī)或筆記本電腦的枝撐框架和背面的殼體。單反相機(jī)的骨架等。銅及銅合金Copper & Copper Alloys10.4.4金屬和合金銅及銅合金Copper & Cop

56、per Alloys銅及銅合金是人類應(yīng)用最早的一種金屬，它有引人注目的三大特點： 高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率易成形（包括變形和鑄造）良好的耐蝕性金屬和合金銅及銅合金Copper & Copper Alloys銅及銅合金分類 由于脫氧方法和含氧量的不同，工業(yè)純銅分三大類：工業(yè)純銅（韌銅） 含氧（0.020.1）脫氧銅 含氧（0.01，用P、Mn脫氧）無氧銅 含氧（0.0010.003，在真空或保護(hù)氣氛下熔煉） 按化學(xué)成分的不同，銅合金分為四類：黃銅 Cu-Zn合金白銅 Cu-Ni合金青銅 Cu-Sn合金 Cu-Al合金 Cu-Be合金金屬和合金銅及銅合金Copper & Copper Alloys銅及銅

57、合金應(yīng)用電氣工業(yè)電力輸送中主要用于動力電線電纜、匯流排、變壓器、開關(guān)、接插元件和聯(lián)接器等。在電機(jī)制造中主要用銅部位是定子、轉(zhuǎn)子和軸頭等。通訊電纜和住宅用電線路。電子工業(yè)電真空器件主要是高頻和超高頻發(fā)射管、波導(dǎo)管、磁控管等。銅印刷電路主要是銅箔和銅板。集成電路和引線框架。金屬和合金銅及銅合金Copper & Copper Alloys銅及銅合金應(yīng)用交通工業(yè)造船的標(biāo)準(zhǔn)材料主要有鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅（錫鋅青銅）、白鋼以及鎳銅合金。汽車行業(yè)主要用于散熱器、制動系統(tǒng)管路、液壓裝置、齒輪、軸承、剎車摩擦片、配電和電力系統(tǒng)、墊圈以及各種接頭、配件和飾件等。鐵路的異形導(dǎo)線和飛機(jī)的冷卻、抗磁等系統(tǒng)。輕工

58、業(yè)空調(diào)器的銅管。鐘表的工作部件。造紙、印刷、醫(yī)藥等方面。金屬間化合物和超熱合金Intermetallic Compound & High Temperature Alloys10.4.51. 金屬間化合物：合金組元之間相互作用形成的新相。AB2.結(jié)合鍵的結(jié)合方式金屬鍵共價鍵金屬鍵離子鍵金屬鍵離子/共價KNa2Ni3AlMg2Si結(jié)合方式差異結(jié)構(gòu)的不同金屬和合金金屬間化合物和超熱合金Intermetallic Compound & High Temperature Alloys1.結(jié)合鍵成比例； 2.成分確定；3.非金屬性典型； 4.有序超點陣結(jié)構(gòu)。金屬間化合物和超熱合金Intermetallic Compound & High Temperature Alloys3.分類-按結(jié)合鍵類型金屬和合金幾何密排相的典型代表幾何密排相體心立方系面心立方系長周期超點陣密排六方系金屬間化合物和超熱合金Intermetallic Compound & High Temperature Alloys金屬和合金拓?fù)涿芘畔嗟牡湫痛鞰gZn2中Mg原子排列如：MgZn2MgZn2中Zn原子排列金屬和合金金屬間化合物和超熱合金Intermetallic Compound & High Temperature Alloys原子尺寸結(jié)合能類型電化學(xué)性質(zhì)電子濃度電子化