世界上最坚硬的金属
世界上最硬的金屬∶鉻。鉻（Chromium），化學(xué)符號(hào)Cr，單質(zhì)為鋼灰色金屬，是硬度最大的金屬。1797年法國(guó)化學(xué)家沃克蘭（L.N.Vauquelin）在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發(fā)現(xiàn)一種新礦物，次年用碳還原得到。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。自然界不存在游離狀態(tài)的鉻，主要存在于鉻鉛礦中。
世界上最硬的金屬是“鉻”；世界上最硬的合金是“鈦合金”。【鉻的性質(zhì)】銀白色金屬，質(zhì)極硬，耐腐蝕。密度7.20克/cm3 。熔點(diǎn)1857±20℃，沸點(diǎn)2672℃。化合價(jià)+2、+3和+6。電離能為6.766電子伏特。金屬鉻在酸中一般以表面鈍化為其特征。一旦去鈍化后，即易溶解于幾乎所有的酸中。在高溫下被水蒸氣所氧化，在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高溫下，鉻與氮起反應(yīng)并被堿所侵蝕。可溶于強(qiáng)堿溶液。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在赤熱的狀態(tài)下，氧化也很慢。不溶于水。鍍?cè)诮饘偕峡善鸨Ｗo(hù)作用。【鉻的用途】1）鉻用于制不銹鋼，汽車(chē)零件，工具，磁帶和錄像帶等。 鉻鍍?cè)诮饘偕峡梢苑冷P，也叫可多米，堅(jiān)固美觀。2）鉻可用于制不銹鋼。紅、綠寶石的色彩也來(lái)自于鉻。作為現(xiàn)代科技中最重要的金屬，以不同百分比熔合的鉻鎳鋼千變?nèi)f化，種類(lèi)繁多，令人難以置信。3）鉻是人體必需的微量元素。三價(jià)的鉻是對(duì)人體有益的元素，而六價(jià)鉻是有毒的。人體對(duì)無(wú)機(jī)鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對(duì)有機(jī)鉻的利用率可達(dá)10-25%。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價(jià)的形式存在。【鈦合金的性質(zhì)】強(qiáng)度高、熱強(qiáng)度高、抗蝕性好、低溫性能好、化學(xué)活性大。【鈦合金的用途】1）鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)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。2）利用鈦合金強(qiáng)度大、超級(jí)耐腐蝕的特點(diǎn)制成的高強(qiáng)度彈簧，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于床墊等民用領(lǐng)域。
鉻是金屬中最大的金屬。化學(xué)符號(hào)Cr，單質(zhì)為鋼灰色金屬。元素名來(lái)自于希臘文，原意為“顏色”，因?yàn)殂t的化合物都有顏色。1797年法國(guó)化學(xué)家沃克蘭(L.N.Vauquelin)在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發(fā)現(xiàn)一種新礦物，次年用碳還原得到。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。自然界不存在游離狀態(tài)的鉻，主要存在于鉻鉛礦中 。在元素周期表中屬 ⅥB族， 鉻的原子序數(shù)24，原子量51.9961，體心立方晶體，常見(jiàn)化合價(jià)為+2、+3和+6。氧化數(shù)為6, 5, 4, 3, 2, 1, ?1, ?2, ?4
最硬的金屬—鉻(Cr)鉻是1797年由法國(guó)沃奎林(L.N.Vauquelin)在“西伯利亞紅鉛礦”(即鉻酸鉛礦)中發(fā)現(xiàn)的。由于鉻的化合物有黃(如鉻酸鎂、鉻酸鉛)、綠(氧化鉻、硫酸鉻)、桔紅(重鉻酸鉀)、猩紅(鉻酸)、藍(lán)紫色(含水硫酸鉻又名鉻礬)等多種多樣的顏色，法國(guó)化學(xué)家伏克勞(A.F.de Fourcroy)和霍伊(R.J.Haü y)將其取名為Chromium(鉻)，來(lái)源于希臘語(yǔ)Chroma,意為“顏色”。鉻在地殼中的豐度為122ppm，主要以鉻鐵礦存在，綠寶石和紅寶石中的顏色就是其中鉻鹽的顏色。工業(yè)上主要通過(guò)焦炭還原鉻鐵礦及鋁或硅還原三氧化二鉻，再通過(guò)精煉得到。金屬鉻具有銀白色光澤，是最堅(jiān)硬的金屬。用鉻和其他金屬組成的合金可大大提高金屬的硬度，延長(zhǎng)使用壽命，如用高鉻鑄鋼作為軋鋼導(dǎo)板材料壽命比鑄鐵導(dǎo)板長(zhǎng)500倍。鉻還具有優(yōu)異的抗腐蝕能力。1913年，英國(guó)科學(xué)家布里爾利采用鉻和鐵等金屬制備合金，但對(duì)成品的一項(xiàng)指標(biāo)并不滿意，于是將它扔進(jìn)了廢品堆。然而過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間后，廢品堆中許多金屬都已銹跡斑斑，而該合金卻仍然光亮如新。于是他進(jìn)行了重新研究，制得了材料新秀—不銹鋼。目前，不銹鋼在日常生活、醫(yī)療器械及汽車(chē)、造船工業(yè)等各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的不銹鋼雖然各種各樣，但仍以鉻為主要添加元素。鉻還常用于電鍍，金屬表面鍍鉻后可增加硬度，防止腐蝕。在我國(guó)秦始皇兵馬俑出土的秦俑佩戴的兵刃和劍上就鍍有金屬鉻，這說(shuō)明我國(guó)人民2000年前就掌握了鍍鉻技術(shù)。鉻的化合物也用于各行各業(yè)。重鉻酸鉀廣泛用于造革工業(yè)和紡織工業(yè)；也常溶解于濃流酸或濃硝酸中制成洗液，清洗玻璃儀器上的油跡和污斑；在分析化學(xué)中以重鉻酸鉀作氧化劑，來(lái)測(cè)定鐵礦中鐵的含量，俗稱(chēng)“重鉻酸鉀法”。鉻酸鋅是合成甲醇的催化劑。三氧化二鉻是乙烯聚合反應(yīng)的催化劑。鉻綠(即氧化鉻)和鉻黃(即鉻酸鉛)是重要的顏料。金屬鉻的產(chǎn)地錦州
金屬的用途“大地之子”-----鈦鈦是一種銀白色的金屬，早在1791年，英國(guó)科學(xué)家威廉姆·格里戈?duì)栐谟?guó)密那漢郊區(qū)找到這種神奇的元素時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了這種新元素。過(guò)了4年，德國(guó)化學(xué)家克拉普洛特又從匈牙利布伊尼克的一種紅色礦石中，發(fā)現(xiàn)了這種元素，便以希臘神話中的英雄來(lái)命名。鈦的意思是“地球的兒子”。鈦的外形很像鋼鐵，但遠(yuǎn)比鋼鐵堅(jiān)硬，且體重只有鐵的一半。在常溫下，鈦可以安然無(wú)恙地“躺”在各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中；就連最兇猛的酸------ 王水，也不能腐蝕它。有人曾把一塊鈦片扔進(jìn)大海，經(jīng)過(guò)5年以后取出來(lái)，仍然閃閃發(fā)亮，沒(méi)有半點(diǎn)銹斑。俗話說(shuō):“真金不怕火煉”。可是鈦的熔點(diǎn)比黃金還高出 600多攝氏度。正因?yàn)殁伒谋绢I(lǐng)非凡，所以有著廣泛用途。現(xiàn)在，鈦是制造飛機(jī)、坦克、軍艦、潛艇不可缺少的金屬。在宇宙飛船和導(dǎo)彈中，也大量用鈦代替鋼鐵。鈦與氮、碳結(jié)合生成的氮化鈦、碳化鈦，也是非常堅(jiān)硬的化合物，它們的耐熱本領(lǐng)甚至還比鈦高1倍。這樣堅(jiān)硬而耐熱的材料，可以代替超級(jí)鋼，制造高速切削刀具。鈦的許多特殊性能，還在化工、超聲波和超導(dǎo)技術(shù)中得到應(yīng)用。然而，鈦有個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是提煉比較困難。這主要是因?yàn)殁佋诟邷叵驴梢耘c氧、碳、氮以及其他許多元素化合。所以人們?cè)砚伄?dāng)作“稀有金屬”,其實(shí)，鈦的含量約占地殼重量的6‰，比銅、錫、錳、鋅的總和還要多10多倍。在世界上，我國(guó)鈦的儲(chǔ)藏量最多，四川的攀枝花，鈦的儲(chǔ)藏量占全國(guó)90%以上，是世界上罕見(jiàn)的大鈦礦。鋁的外衣將銀白色的鋁放在空氣中，沒(méi)有多久，便穿上了一件極薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。真使人難以相信，鋁的這件外衣，同光彩奪目的紅、藍(lán)寶石的主要成分竟是一個(gè)東西，都是氧化鋁(A1203)。它們的區(qū)別，只是晶體的結(jié)構(gòu)不同。然而，你可別瞧不起鋁的這件貌不驚人的外衣，它對(duì)于鋁的使用卻作出了杰出的貢獻(xiàn)哩!大家都知道，鋼鐵是具有多種寶貴性能的材料。將鋼鐵放在空氣中，也會(huì)穿上一件外衣——鐵銹(主要成分是氧化鐵)。可是鋼鐵的這件外衣結(jié)構(gòu)很疏松，大氣中的氧、水蒸氣、二氧化碳分子都能穿過(guò)這件外衣的無(wú)數(shù)孔隙，深入到鋼鐵內(nèi)部，繼續(xù)把鋼鐵變成鐵銹，直至整塊鋼鐵都變成無(wú)用的“爛鐵”為止。所以，為了保護(hù)鋼鐵不被銹蝕，人們常讓鋼鐵制品另外穿上一件保護(hù)衣——防銹物質(zhì)。鋁的外衣與鋼鐵的外衣不同，它雖然非常薄，但是卻“天衣無(wú)縫”，非常致密。即使把鋁塊拉長(zhǎng)、壓扁、扭轉(zhuǎn)或彎曲，它也不會(huì)松掉、脫落，仍能牢牢地裹在鋁的表面。氧氣、水蒸氣、二氧化碳分子對(duì)它都無(wú)可奈何，鉆不過(guò)去。鋁的外衣——氧化鋁不溶于水，熔點(diǎn)高達(dá)2050℃。把鋁制品加熱到660℃時(shí)，金屬鋁已熔化成為液體，可是氧化鋁仍然覆蓋在液態(tài)鋁表面，防止氧氣與鋁接觸。鋁的外衣稱(chēng)得上是一副不怕水浸、火燒，能夠保護(hù)自己免受大氣腐蝕的盔甲。但是，鋁的外衣也有關(guān)中不足之處：一是天然形成的這件防護(hù)衣太薄了，厚度只有萬(wàn)分之二到萬(wàn)分之四毫米，一張普通的紙也比它厚五百倍，因此經(jīng)不起機(jī)械的損傷；二是怕酸、怕堿。如果這件外衣能夠再厚一些，能更堅(jiān)硬、耐磨損、耐腐蝕，就更好了。為了使鋁的外衣增厚，人們想到，鋁的外衣——氧化鋁膜，是鍋與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成的。如果用比氧具有更強(qiáng)的氧化性物質(zhì)來(lái)和鋁發(fā)生氧化反應(yīng)，那末，生成的氧化鋁膜豈不是可以更厚實(shí)一些了嗎?于是，人們先用磷酸鈉(Na3PO4)、氫氧化鈉(NaOH)、硅酸鈉(Na2SiO3)等溶液洗去鋁制品表面的油污，再讓它在熱水中洗個(gè)澡，然后浸在鉻酸鈉(Na2CrO4)、碳酸鈉(Na2CO3)及氫氧化鈉混和液中進(jìn)行氧化處理。由于鉻酸鈉是一種強(qiáng)氧化劑，鋁的外衣一—氧化鋁膜果然大大增厚了。在工業(yè)上，人們將鋁制品浸在電解質(zhì)溶液中作陽(yáng)極，通入直流電使鋁氧化，也生成了較厚的氧化鋁膜。人工加厚的氧化鋁膜比天然形成的厚八十多倍，達(dá)0．015—0．017毫米。有趣的是，人工加厚的鋁制品外衣，還真象人穿的衣服一樣可以染上各種顏色。這樣，鋁制品就不再是一律穿銀白色的外衣了，而是可以穿上金黃、大紅、寶藍(lán)、翠綠等五光十色的漂亮衣服。你們看到的逗人喜愛(ài)的金黃色筆套、彩色金屬鈕扣、打火機(jī)等等鋁制品，它們穿的就是染了色的氧化鋁外衣。燈泡的化學(xué)當(dāng)我們輕輕一按開(kāi)關(guān)，亮起書(shū)桌上的臺(tái)燈來(lái)溫習(xí)時(shí)，我們又對(duì)這個(gè)助手有多少認(rèn)識(shí)呢？想一想 你知道一個(gè)普通燈泡怎樣發(fā)光嗎？燈泡所以能夠發(fā)光，是因?yàn)殡娏鹘?jīng)過(guò)鎢的金屬絲（又稱(chēng)鎢絲）時(shí)產(chǎn)生高熱所引致的。我 們所以選用鎢絲，是因?yàn)樗侨埸c(diǎn)最高的金屬（其熔點(diǎn)為3422oC），在攝氏1000多度的環(huán)境下仍舊保持不變，而其他金屬在這環(huán)境下早已熔掉了。鎢和很多金屬一樣，在高溫時(shí)很快便會(huì)被氧化和燒斷，所以燈泡里不能存有氧氣。但如果抽出所有空氣令燈泡真空，高溫的鎢又很容易蒸發(fā)成為氣體，縮減了燈泡的壽命。那怎么辦呢？為了延長(zhǎng)燈泡的壽命，燈泡里會(huì)載滿氬這種惰性氣體，并且加了點(diǎn)壓力，以減低蒸發(fā)的機(jī)會(huì)。此外，燈泡里還加點(diǎn)碘，同樣是為了減慢鎢蒸發(fā)的速度。這是因?yàn)殒u和碘在約1000oC 的環(huán)境下會(huì)變成碘化鎢，但當(dāng)?shù)饣u再接觸高熱的鎢絲時(shí)，又再變回鎢和碘。這樣，便可以使燈泡的壽命延長(zhǎng)一點(diǎn)了。水不能撲救哪些物質(zhì)造成的火災(zāi)當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，很多人會(huì)習(xí)慣的用水去滅火，但事實(shí)上有些時(shí)候卻不能這么做，下面這些著火的情況便不能用水去滅火，否則變成了“火上澆油”。（1）堿金屬不能用水撲救。因?yàn)樗c堿金屬（如金屬鉀、鈉）作用后能使水分解而生成氫氣和放出大量熱,容易引起爆炸。（2）碳化堿金屬、氫化堿金屬不能用水撲救。如碳化鉀、碳化鈉、碳化鋁和碳化鈣以及氫化鉀、氫化鎂等遇水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)出大量熱，可能引著火和爆炸。（3）密度小于水的和不溶水的易燃液體，原則上不可以用水撲救。（4）熔化的鐵水、鋼水不能用于撲救。因?yàn)殍F水、鋼水溫度約在1 600 ℃，而水蒸氣在1 000 ℃以上時(shí)便能分解出氫氣和氧氣，有引起爆炸危險(xiǎn)。（5）高壓電器裝置火災(zāi)，在沒(méi)有良好接地設(shè)備或沒(méi)有切斷電流的情況下，一般不能用水撲救。鋼鐵和合金鋼鐵和合金統(tǒng)稱(chēng)為金屬材料。金屬材料一般利用它們的物理性質(zhì)，如延展性、硬度、抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等。有時(shí)也利用它們的化學(xué)性質(zhì)，如抗氧化、抗酸堿性等。除了作導(dǎo)線、儀器儀表的零部件、廚房用具等外，很少用金屬單質(zhì)，常用的是它們的合金，因?yàn)楹辖鸬男阅芎褪褂脙r(jià)值都比單質(zhì)高。通常所指的合金是有色合金的泛稱(chēng)，如銅合金、鋁合金等。實(shí)際上鋼也是合金，普通的鋼材是鐵和碳的合金，所以也叫碳素鋼。鋼里除鐵、碳外，加入其他的元素，就叫合金鋼。另加入一種元素的合金鋼，即是三元合金鋼。如錳鋼、硅鋼（也叫矽鋼，矽是硅過(guò)去的中文名稱(chēng)）等。另外加入兩種或兩種以上元素的叫多元合金鋼。合金鋼還常按用途命名，如工具鋼、高速鋼、不銹鋼等。我國(guó)的鋼鐵工業(yè)發(fā)展較快，特別是一些大型鋼鐵廠的建成投產(chǎn)，鋼的年產(chǎn)量迅速增加（目前寶鋼的年產(chǎn)量為600萬(wàn)噸，到1999年可達(dá)1000萬(wàn)噸），1993年已達(dá)8688萬(wàn)噸，居世界第三位。下面介紹一些重要的鋼種。在碳素鋼中有一般碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。前者含碳量在0.4％以下的用作鐵絲、鉚釘、鋼筋等建筑材料，含碳量0.4～0.5％的用作車(chē)輪、鋼軌等，含碳量 0.5～0.6％的用來(lái)制造工具、彈簧等。后者含硫、磷等雜質(zhì)比一般碳素鋼低，常用作機(jī)械零件，在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最多。在合金鋼中有錳鋼、硅鋼等。錳鋼一般含錳1.4～1.8％，用于制造汽車(chē)、柴油機(jī)上的連桿螺栓、半軸、進(jìn)汽閥和機(jī)床的齒輪等。硅鋼是含硅量高的鋼，具有很高的電阻，在電氣工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。例如，變壓器用的鋼即是含碳量小于0.02％、含硅3.8～4.5％的硅鋼。在按用途命名的鋼中，常見(jiàn)的有工具鋼、高速鋼和不銹鋼。工具鋼是用作車(chē)刀、刨刀、銼刀、鋸條、拉絲工具等的合金鋼。常用的有鉻鋁工具鋼（含鉻1.2～1.5％、含鋁1.0～1.5％）、鉻鉬釩工具鋼（含鉻 11～12％、含鉬0.4～0.6％、含釩0.15～0.3％）、鉻錳鉬工具鋼（含鉻0.6～0.9％、含錳1.2～1.6％、含鉬0.15～0.3％）等。高速鋼也叫鋒鋼，是含鎢的合金鋼，用于制造高速運(yùn)轉(zhuǎn)的切削工具。它一般含鎢8.5～19％、含鉻3.8～4.4％、含釩1～4％。不銹鋼主要指含鉻、鎳的合金鋼，品種很多，常見(jiàn)的有含鉻17～20％、含鎳8～11％。如果再加入鈦（1％左右），鋼的耐酸能力更強(qiáng)。重要的有色金屬合金中，銅合金較多，下面介紹其中的5種。鋁青銅含銅90～95％、鋁5～10％，用作裝飾品和用具。青銅含銅67～89％、鋅2～33％、錫0～9％（不含錫的也叫無(wú)錫青銅）、鉛0～2％，用作制造機(jī)械零件。此外還有特種青銅，如磷青銅、鈹青銅、硅青銅等，具有耐腐蝕、高導(dǎo)電性能，用于儀表工業(yè)。黃銅含銅66～73％、鋅27～34％，常用于制造船舶機(jī)械零件。鋁黃銅含銅68～70％、鋅27～31％、鋁1～3％，用于制造船的推進(jìn)機(jī)翼、舵等。德國(guó)銀含銅45～62％、鋅20～30％、鎳15～18％，呈銀色、硬度高、電阻大，用來(lái)制作裝飾品和電熱器。鋁合金中主要有堅(jiān)鋁和鋁鎂合金。堅(jiān)鋁含鋁95.5％、銅3％、錳1％、鎂0.5％，堅(jiān)硬而輕，用于制造汽車(chē)和飛機(jī)。鋁鎂合金含鋁90～94％、鎂6～10％，可制作儀器及天平梁。易熔合金有鑄字合金、巴比特合金、伍德合金和焊錫等。鑄字合金（也稱(chēng)活字金）含鉛70％、銻18％、錫10％、銅2％，用于制造鉛字。巴比特合金含錫70～90％、銻7～24％、銅2～22％，它是包含堅(jiān)硬晶體的過(guò)冷液體，受到壓力時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整而減少磨損，用于制造機(jī)械的軸承。伍德合金含鉍38～50％、鉛25～31％、錫12.5～15％、鎘12.5～16％，熔點(diǎn)低（60～70℃），用于制作汽鍋的安全閥等。焊錫含鉛67％、錫33％，熔點(diǎn)為275℃，用于熔接金屬。此外，含鎳60～75％、鐵12～26％、鉻11～15％、錳1～2％的鎳鉻合金，電阻大、耐腐蝕，常用作電熱絲（鎳鉻絲）。返回新型金屬材料新型金屬材料種類(lèi)繁多，它們都屬合金。形狀記憶合金形狀記憶合金是一種新的功能金屬材料，用這種合金做成的金屬絲，即使將它揉成一團(tuán)，但只要達(dá)到某個(gè)溫度，它便能在瞬間恢復(fù)原來(lái)的形狀。形狀記憶合金為什么能具有這種不可思議的“記憶力”呢？目前的解釋是因這類(lèi)合金具有馬氏體相變。凡是具有馬氏體相變的合金，將它加熱到相變溫度時(shí)，就能從馬氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，完全恢復(fù)原來(lái)的形狀。金屬[1]是一種具有光澤(即對(duì)可見(jiàn)光強(qiáng)烈反射)、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。 金屬的上述特質(zhì)都跟金屬晶體內(nèi)含有自由電子有關(guān)。最早研究成功的形狀記憶合金是Ni－Ti合金，稱(chēng)為鎳鈦腦（Nitanon）。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)、功能好，但價(jià)格高。銅基形狀記憶合金如 Cu－Zn－Al和 Cu－Al－Ni，價(jià)格只有Ni－Ti合金的10%，但可靠性差。鐵基形狀記憶合金剛性好，強(qiáng)度高，易加工，價(jià)格低，很有開(kāi)發(fā)前途。表7－3列出一些形狀記憶合金及其相變溫度。形狀記憶合金由于具有特殊的形狀記憶功能，所以被廣泛地用于衛(wèi)星、航空、生物工程、醫(yī)藥、能源和自動(dòng)化等方面。在茫茫無(wú)際的太空，一架美國(guó)載人宇宙飛船，徐徐降落在靜悄悄的月球上。安裝在飛船上的一小團(tuán)天線，在陽(yáng)光的照射下迅速展開(kāi)，伸張成半球狀，開(kāi)始了自己的工作。是宇航員發(fā)出的指令，還是什么自動(dòng)化儀器使它展開(kāi)的呢?都不是。因?yàn)檫@種天線的材料，本身具有奇妙的“記憶能力”，在一定溫度下，又恢復(fù)了原來(lái)的形狀。多年來(lái)，人們總認(rèn)為，只有人和某些動(dòng)物才有“記憶”的能力，非生物是不可能有這種能力的。可是，美國(guó)科學(xué)家在五十年代初期偶然發(fā)現(xiàn)，某些金屬及其合金也具有一種所謂“形狀記憶”的能力。這種新發(fā)現(xiàn)，立即引起許多國(guó)家科學(xué)家的重視。研制出一些形狀記憶合金，廣泛應(yīng)用于航天、機(jī)械、電子儀表和醫(yī)療器械上。為什么這些合金不“忘記”自己的“原形”呢?原來(lái)，這些合金都有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，在轉(zhuǎn)變溫度之上，它具有一種組織結(jié)構(gòu)，面在轉(zhuǎn)變溫度之下，它又具有另一種組織結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同性能不同，上面提及美國(guó)登月宇宙飛船上的自展天線，就是用鎳鈦型合金作成的，它具有形狀記憶的能力。這種合金在轉(zhuǎn)變溫度之上時(shí)，堅(jiān)硬結(jié)實(shí)，強(qiáng)度很大;而低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，它卻十分柔軟，易于冷加工。科學(xué)家先把這種合金做成所需的大半球形展開(kāi)天線，然后冷卻到一定溫度下，使它變軟，再施加壓力，把它彎曲成一個(gè)小球，使之在飛船上只占很小的空間。登上月球后，利用陽(yáng)光照射的溫度，使天線重新展開(kāi)，恢復(fù)到大半球的形狀。形狀記憶合金問(wèn)世以來(lái)，引起人們極大的興趣和關(guān)注，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在高分子材料、鐵磁材料和超導(dǎo)材料中也存在形狀記憶效應(yīng)。對(duì)這類(lèi)形狀記憶材料的研究和開(kāi)發(fā)，將促進(jìn)機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、儀器儀表和機(jī)器人等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。高溫合金渦輪葉片是飛機(jī)和航天飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它在非常嚴(yán)酷的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，從大氣中吸入空氣，經(jīng)壓縮后在燃燒室與燃料混合燃燒，然后被壓向渦輪。渦輪葉片和渦輪盤(pán)以每分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，燃?xì)獗粐娤蛭膊坎⒂蓢娡矅姵觯瑥亩a(chǎn)生強(qiáng)大的推力。在組成渦輪的零件中，葉片的工作溫度最高，受力最復(fù)雜，也最容易損壞。因此極需新型高溫合金材料來(lái)制造葉片。貯氫合金氫是21世紀(jì)要開(kāi)發(fā)的新能源之一。氫能源的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)熱值高、沒(méi)有污染和資源豐富。貯氫合金是利用金屬或合金與氫形成氫化物而把氫貯存起來(lái)。金屬都是密堆積的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中存在許多四面體和八面體空隙，可以容納半徑較小的氫原子。如鎂系貯氫合金如MgH2，Mg2Ni等；稀土系貯氫合金如LaNi5，為了降低成本，用混合稀土 Mm代替La，推出了MmNiMn， MmNiAl等貯氫合金；鈦系貯氫合金如TiH2，TiMn1.5。貯氫合金用于氫動(dòng)力汽車(chē)的試驗(yàn)已獲得成功。隨著石油資源逐漸枯竭，氫能源終將代替汽油、柴油驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，并一勞永逸消除燃燒汽油、柴油產(chǎn)生的污染。非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金又稱(chēng)為金屬玻璃，具有拉伸強(qiáng)度大，強(qiáng)度、硬度高，高電阻率、高導(dǎo)磁率、高抗腐蝕性等優(yōu)異性能。適合做變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯材料。采用非晶態(tài)合金做鐵芯，效率為97%，比用硅鋼高出10%左右，所以得到推廣應(yīng)用。此外，非晶態(tài)合金在脈沖變壓器、磁放大器、電源變壓器、漏電開(kāi)關(guān)、光磁記錄材料、高速磁泡頭存儲(chǔ)器、磁頭和超大規(guī)模集成電路基板等方面均獲得應(yīng)用。
世界上硬度最大的金屬是鉻。鉻(Chromium)，化學(xué)符號(hào)Cr，單質(zhì)為鋼灰色金屬。元素名來(lái)自于希臘文，原意為“顏色”，因?yàn)殂t的化合物都有顏色。1797年法國(guó)化學(xué)家沃克蘭(L.N.Vauquelin)在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發(fā)現(xiàn)一種新礦物，次年用碳還原得到。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。自然界不存在游離狀態(tài)的鉻，主要存在于鉻鉛礦中。在元素周期表中屬 ⅥB族， 鉻的原子序數(shù)24，原子量51.9961，體心立方晶體，常見(jiàn)化合價(jià)為+2、+3和+6。氧化數(shù)為6, 5, 4, 3, 2, 1, ?1, ?2, ?4，是硬度最大的金屬。
世界上最硬的金屬是“鉻”；世界上最硬的合金是“鈦合金”。【鉻的性質(zhì)】銀白色金屬，質(zhì)極硬，耐腐蝕。密度7.20克/cm3 。熔點(diǎn)1857±20℃，沸點(diǎn)2672℃。化合價(jià)+2、+3和+6。電離能為6.766電子伏特。金屬鉻在酸中一般以表面鈍化為其特征。一旦去鈍化后，即易溶解于幾乎所有的酸中。在高溫下被水蒸氣所氧化，在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高溫下，鉻與氮起反應(yīng)并被堿所侵蝕。可溶于強(qiáng)堿溶液。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在赤熱的狀態(tài)下，氧化也很慢。不溶于水。鍍?cè)诮饘偕峡善鸨Ｗo(hù)作用。【鉻的用途】1）鉻用于制不銹鋼，汽車(chē)零件，工具，磁帶和錄像帶等。 鉻鍍?cè)诮饘偕峡梢苑冷P，也叫可多米，堅(jiān)固美觀。2）鉻可用于制不銹鋼。紅、綠寶石的色彩也來(lái)自于鉻。作為現(xiàn)代科技中最重要的金屬，以不同百分比熔合的鉻鎳鋼千變?nèi)f化，種類(lèi)繁多，令人難以置信。3）鉻是人體必需的微量元素。三價(jià)的鉻是對(duì)人體有益的元素，而六價(jià)鉻是有毒的。人體對(duì)無(wú)機(jī)鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對(duì)有機(jī)鉻的利用率可達(dá)10-25%。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價(jià)的形式存在。【鈦合金的性質(zhì)】強(qiáng)度高、熱強(qiáng)度高、抗蝕性好、低溫性能好、化學(xué)活性大。【鈦合金的用途】1）鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)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。2）利用鈦合金強(qiáng)度大、超級(jí)耐腐蝕的特點(diǎn)制成的高強(qiáng)度彈簧，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于床墊等民用領(lǐng)域。
鉻是金屬中最大的金屬。化學(xué)符號(hào)Cr，單質(zhì)為鋼灰色金屬。元素名來(lái)自于希臘文，原意為“顏色”，因?yàn)殂t的化合物都有顏色。1797年法國(guó)化學(xué)家沃克蘭(L.N.Vauquelin)在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發(fā)現(xiàn)一種新礦物，次年用碳還原得到。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。自然界不存在游離狀態(tài)的鉻，主要存在于鉻鉛礦中 。在元素周期表中屬 ⅥB族， 鉻的原子序數(shù)24，原子量51.9961，體心立方晶體，常見(jiàn)化合價(jià)為+2、+3和+6。氧化數(shù)為6, 5, 4, 3, 2, 1, ?1, ?2, ?4
最硬的金屬—鉻(Cr)鉻是1797年由法國(guó)沃奎林(L.N.Vauquelin)在“西伯利亞紅鉛礦”(即鉻酸鉛礦)中發(fā)現(xiàn)的。由于鉻的化合物有黃(如鉻酸鎂、鉻酸鉛)、綠(氧化鉻、硫酸鉻)、桔紅(重鉻酸鉀)、猩紅(鉻酸)、藍(lán)紫色(含水硫酸鉻又名鉻礬)等多種多樣的顏色，法國(guó)化學(xué)家伏克勞(A.F.de Fourcroy)和霍伊(R.J.Haü y)將其取名為Chromium(鉻)，來(lái)源于希臘語(yǔ)Chroma,意為“顏色”。鉻在地殼中的豐度為122ppm，主要以鉻鐵礦存在，綠寶石和紅寶石中的顏色就是其中鉻鹽的顏色。工業(yè)上主要通過(guò)焦炭還原鉻鐵礦及鋁或硅還原三氧化二鉻，再通過(guò)精煉得到。金屬鉻具有銀白色光澤，是最堅(jiān)硬的金屬。用鉻和其他金屬組成的合金可大大提高金屬的硬度，延長(zhǎng)使用壽命，如用高鉻鑄鋼作為軋鋼導(dǎo)板材料壽命比鑄鐵導(dǎo)板長(zhǎng)500倍。鉻還具有優(yōu)異的抗腐蝕能力。1913年，英國(guó)科學(xué)家布里爾利采用鉻和鐵等金屬制備合金，但對(duì)成品的一項(xiàng)指標(biāo)并不滿意，于是將它扔進(jìn)了廢品堆。然而過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間后，廢品堆中許多金屬都已銹跡斑斑，而該合金卻仍然光亮如新。于是他進(jìn)行了重新研究，制得了材料新秀—不銹鋼。目前，不銹鋼在日常生活、醫(yī)療器械及汽車(chē)、造船工業(yè)等各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的不銹鋼雖然各種各樣，但仍以鉻為主要添加元素。鉻還常用于電鍍，金屬表面鍍鉻后可增加硬度，防止腐蝕。在我國(guó)秦始皇兵馬俑出土的秦俑佩戴的兵刃和劍上就鍍有金屬鉻，這說(shuō)明我國(guó)人民2000年前就掌握了鍍鉻技術(shù)。鉻的化合物也用于各行各業(yè)。重鉻酸鉀廣泛用于造革工業(yè)和紡織工業(yè)；也常溶解于濃流酸或濃硝酸中制成洗液，清洗玻璃儀器上的油跡和污斑；在分析化學(xué)中以重鉻酸鉀作氧化劑，來(lái)測(cè)定鐵礦中鐵的含量，俗稱(chēng)“重鉻酸鉀法”。鉻酸鋅是合成甲醇的催化劑。三氧化二鉻是乙烯聚合反應(yīng)的催化劑。鉻綠(即氧化鉻)和鉻黃(即鉻酸鉛)是重要的顏料。金屬鉻的產(chǎn)地錦州
金屬的用途“大地之子”-----鈦鈦是一種銀白色的金屬，早在1791年，英國(guó)科學(xué)家威廉姆·格里戈?duì)栐谟?guó)密那漢郊區(qū)找到這種神奇的元素時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了這種新元素。過(guò)了4年，德國(guó)化學(xué)家克拉普洛特又從匈牙利布伊尼克的一種紅色礦石中，發(fā)現(xiàn)了這種元素，便以希臘神話中的英雄來(lái)命名。鈦的意思是“地球的兒子”。鈦的外形很像鋼鐵，但遠(yuǎn)比鋼鐵堅(jiān)硬，且體重只有鐵的一半。在常溫下，鈦可以安然無(wú)恙地“躺”在各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中；就連最兇猛的酸------ 王水，也不能腐蝕它。有人曾把一塊鈦片扔進(jìn)大海，經(jīng)過(guò)5年以后取出來(lái)，仍然閃閃發(fā)亮，沒(méi)有半點(diǎn)銹斑。俗話說(shuō):“真金不怕火煉”。可是鈦的熔點(diǎn)比黃金還高出 600多攝氏度。正因?yàn)殁伒谋绢I(lǐng)非凡，所以有著廣泛用途。現(xiàn)在，鈦是制造飛機(jī)、坦克、軍艦、潛艇不可缺少的金屬。在宇宙飛船和導(dǎo)彈中，也大量用鈦代替鋼鐵。鈦與氮、碳結(jié)合生成的氮化鈦、碳化鈦，也是非常堅(jiān)硬的化合物，它們的耐熱本領(lǐng)甚至還比鈦高1倍。這樣堅(jiān)硬而耐熱的材料，可以代替超級(jí)鋼，制造高速切削刀具。鈦的許多特殊性能，還在化工、超聲波和超導(dǎo)技術(shù)中得到應(yīng)用。然而，鈦有個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是提煉比較困難。這主要是因?yàn)殁佋诟邷叵驴梢耘c氧、碳、氮以及其他許多元素化合。所以人們?cè)砚伄?dāng)作“稀有金屬”,其實(shí)，鈦的含量約占地殼重量的6‰，比銅、錫、錳、鋅的總和還要多10多倍。在世界上，我國(guó)鈦的儲(chǔ)藏量最多，四川的攀枝花，鈦的儲(chǔ)藏量占全國(guó)90%以上，是世界上罕見(jiàn)的大鈦礦。鋁的外衣將銀白色的鋁放在空氣中，沒(méi)有多久，便穿上了一件極薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。真使人難以相信，鋁的這件外衣，同光彩奪目的紅、藍(lán)寶石的主要成分竟是一個(gè)東西，都是氧化鋁(A1203)。它們的區(qū)別，只是晶體的結(jié)構(gòu)不同。然而，你可別瞧不起鋁的這件貌不驚人的外衣，它對(duì)于鋁的使用卻作出了杰出的貢獻(xiàn)哩!大家都知道，鋼鐵是具有多種寶貴性能的材料。將鋼鐵放在空氣中，也會(huì)穿上一件外衣——鐵銹(主要成分是氧化鐵)。可是鋼鐵的這件外衣結(jié)構(gòu)很疏松，大氣中的氧、水蒸氣、二氧化碳分子都能穿過(guò)這件外衣的無(wú)數(shù)孔隙，深入到鋼鐵內(nèi)部，繼續(xù)把鋼鐵變成鐵銹，直至整塊鋼鐵都變成無(wú)用的“爛鐵”為止。所以，為了保護(hù)鋼鐵不被銹蝕，人們常讓鋼鐵制品另外穿上一件保護(hù)衣——防銹物質(zhì)。鋁的外衣與鋼鐵的外衣不同，它雖然非常薄，但是卻“天衣無(wú)縫”，非常致密。即使把鋁塊拉長(zhǎng)、壓扁、扭轉(zhuǎn)或彎曲，它也不會(huì)松掉、脫落，仍能牢牢地裹在鋁的表面。氧氣、水蒸氣、二氧化碳分子對(duì)它都無(wú)可奈何，鉆不過(guò)去。鋁的外衣——氧化鋁不溶于水，熔點(diǎn)高達(dá)2050℃。把鋁制品加熱到660℃時(shí)，金屬鋁已熔化成為液體，可是氧化鋁仍然覆蓋在液態(tài)鋁表面，防止氧氣與鋁接觸。鋁的外衣稱(chēng)得上是一副不怕水浸、火燒，能夠保護(hù)自己免受大氣腐蝕的盔甲。但是，鋁的外衣也有關(guān)中不足之處：一是天然形成的這件防護(hù)衣太薄了，厚度只有萬(wàn)分之二到萬(wàn)分之四毫米，一張普通的紙也比它厚五百倍，因此經(jīng)不起機(jī)械的損傷；二是怕酸、怕堿。如果這件外衣能夠再厚一些，能更堅(jiān)硬、耐磨損、耐腐蝕，就更好了。為了使鋁的外衣增厚，人們想到，鋁的外衣——氧化鋁膜，是鍋與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成的。如果用比氧具有更強(qiáng)的氧化性物質(zhì)來(lái)和鋁發(fā)生氧化反應(yīng)，那末，生成的氧化鋁膜豈不是可以更厚實(shí)一些了嗎?于是，人們先用磷酸鈉(Na3PO4)、氫氧化鈉(NaOH)、硅酸鈉(Na2SiO3)等溶液洗去鋁制品表面的油污，再讓它在熱水中洗個(gè)澡，然后浸在鉻酸鈉(Na2CrO4)、碳酸鈉(Na2CO3)及氫氧化鈉混和液中進(jìn)行氧化處理。由于鉻酸鈉是一種強(qiáng)氧化劑，鋁的外衣一—氧化鋁膜果然大大增厚了。在工業(yè)上，人們將鋁制品浸在電解質(zhì)溶液中作陽(yáng)極，通入直流電使鋁氧化，也生成了較厚的氧化鋁膜。人工加厚的氧化鋁膜比天然形成的厚八十多倍，達(dá)0．015—0．017毫米。有趣的是，人工加厚的鋁制品外衣，還真象人穿的衣服一樣可以染上各種顏色。這樣，鋁制品就不再是一律穿銀白色的外衣了，而是可以穿上金黃、大紅、寶藍(lán)、翠綠等五光十色的漂亮衣服。你們看到的逗人喜愛(ài)的金黃色筆套、彩色金屬鈕扣、打火機(jī)等等鋁制品，它們穿的就是染了色的氧化鋁外衣。燈泡的化學(xué)當(dāng)我們輕輕一按開(kāi)關(guān)，亮起書(shū)桌上的臺(tái)燈來(lái)溫習(xí)時(shí)，我們又對(duì)這個(gè)助手有多少認(rèn)識(shí)呢？想一想 你知道一個(gè)普通燈泡怎樣發(fā)光嗎？燈泡所以能夠發(fā)光，是因?yàn)殡娏鹘?jīng)過(guò)鎢的金屬絲（又稱(chēng)鎢絲）時(shí)產(chǎn)生高熱所引致的。我 們所以選用鎢絲，是因?yàn)樗侨埸c(diǎn)最高的金屬（其熔點(diǎn)為3422oC），在攝氏1000多度的環(huán)境下仍舊保持不變，而其他金屬在這環(huán)境下早已熔掉了。鎢和很多金屬一樣，在高溫時(shí)很快便會(huì)被氧化和燒斷，所以燈泡里不能存有氧氣。但如果抽出所有空氣令燈泡真空，高溫的鎢又很容易蒸發(fā)成為氣體，縮減了燈泡的壽命。那怎么辦呢？為了延長(zhǎng)燈泡的壽命，燈泡里會(huì)載滿氬這種惰性氣體，并且加了點(diǎn)壓力，以減低蒸發(fā)的機(jī)會(huì)。此外，燈泡里還加點(diǎn)碘，同樣是為了減慢鎢蒸發(fā)的速度。這是因?yàn)殒u和碘在約1000oC 的環(huán)境下會(huì)變成碘化鎢，但當(dāng)?shù)饣u再接觸高熱的鎢絲時(shí)，又再變回鎢和碘。這樣，便可以使燈泡的壽命延長(zhǎng)一點(diǎn)了。水不能撲救哪些物質(zhì)造成的火災(zāi)當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，很多人會(huì)習(xí)慣的用水去滅火，但事實(shí)上有些時(shí)候卻不能這么做，下面這些著火的情況便不能用水去滅火，否則變成了“火上澆油”。（1）堿金屬不能用水撲救。因?yàn)樗c堿金屬（如金屬鉀、鈉）作用后能使水分解而生成氫氣和放出大量熱,容易引起爆炸。（2）碳化堿金屬、氫化堿金屬不能用水撲救。如碳化鉀、碳化鈉、碳化鋁和碳化鈣以及氫化鉀、氫化鎂等遇水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)出大量熱，可能引著火和爆炸。（3）密度小于水的和不溶水的易燃液體，原則上不可以用水撲救。（4）熔化的鐵水、鋼水不能用于撲救。因?yàn)殍F水、鋼水溫度約在1 600 ℃，而水蒸氣在1 000 ℃以上時(shí)便能分解出氫氣和氧氣，有引起爆炸危險(xiǎn)。（5）高壓電器裝置火災(zāi)，在沒(méi)有良好接地設(shè)備或沒(méi)有切斷電流的情況下，一般不能用水撲救。鋼鐵和合金鋼鐵和合金統(tǒng)稱(chēng)為金屬材料。金屬材料一般利用它們的物理性質(zhì)，如延展性、硬度、抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等。有時(shí)也利用它們的化學(xué)性質(zhì)，如抗氧化、抗酸堿性等。除了作導(dǎo)線、儀器儀表的零部件、廚房用具等外，很少用金屬單質(zhì)，常用的是它們的合金，因?yàn)楹辖鸬男阅芎褪褂脙r(jià)值都比單質(zhì)高。通常所指的合金是有色合金的泛稱(chēng)，如銅合金、鋁合金等。實(shí)際上鋼也是合金，普通的鋼材是鐵和碳的合金，所以也叫碳素鋼。鋼里除鐵、碳外，加入其他的元素，就叫合金鋼。另加入一種元素的合金鋼，即是三元合金鋼。如錳鋼、硅鋼（也叫矽鋼，矽是硅過(guò)去的中文名稱(chēng)）等。另外加入兩種或兩種以上元素的叫多元合金鋼。合金鋼還常按用途命名，如工具鋼、高速鋼、不銹鋼等。我國(guó)的鋼鐵工業(yè)發(fā)展較快，特別是一些大型鋼鐵廠的建成投產(chǎn)，鋼的年產(chǎn)量迅速增加（目前寶鋼的年產(chǎn)量為600萬(wàn)噸，到1999年可達(dá)1000萬(wàn)噸），1993年已達(dá)8688萬(wàn)噸，居世界第三位。下面介紹一些重要的鋼種。在碳素鋼中有一般碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。前者含碳量在0.4％以下的用作鐵絲、鉚釘、鋼筋等建筑材料，含碳量0.4～0.5％的用作車(chē)輪、鋼軌等，含碳量 0.5～0.6％的用來(lái)制造工具、彈簧等。后者含硫、磷等雜質(zhì)比一般碳素鋼低，常用作機(jī)械零件，在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最多。在合金鋼中有錳鋼、硅鋼等。錳鋼一般含錳1.4～1.8％，用于制造汽車(chē)、柴油機(jī)上的連桿螺栓、半軸、進(jìn)汽閥和機(jī)床的齒輪等。硅鋼是含硅量高的鋼，具有很高的電阻，在電氣工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。例如，變壓器用的鋼即是含碳量小于0.02％、含硅3.8～4.5％的硅鋼。在按用途命名的鋼中，常見(jiàn)的有工具鋼、高速鋼和不銹鋼。工具鋼是用作車(chē)刀、刨刀、銼刀、鋸條、拉絲工具等的合金鋼。常用的有鉻鋁工具鋼（含鉻1.2～1.5％、含鋁1.0～1.5％）、鉻鉬釩工具鋼（含鉻 11～12％、含鉬0.4～0.6％、含釩0.15～0.3％）、鉻錳鉬工具鋼（含鉻0.6～0.9％、含錳1.2～1.6％、含鉬0.15～0.3％）等。高速鋼也叫鋒鋼，是含鎢的合金鋼，用于制造高速運(yùn)轉(zhuǎn)的切削工具。它一般含鎢8.5～19％、含鉻3.8～4.4％、含釩1～4％。不銹鋼主要指含鉻、鎳的合金鋼，品種很多，常見(jiàn)的有含鉻17～20％、含鎳8～11％。如果再加入鈦（1％左右），鋼的耐酸能力更強(qiáng)。重要的有色金屬合金中，銅合金較多，下面介紹其中的5種。鋁青銅含銅90～95％、鋁5～10％，用作裝飾品和用具。青銅含銅67～89％、鋅2～33％、錫0～9％（不含錫的也叫無(wú)錫青銅）、鉛0～2％，用作制造機(jī)械零件。此外還有特種青銅，如磷青銅、鈹青銅、硅青銅等，具有耐腐蝕、高導(dǎo)電性能，用于儀表工業(yè)。黃銅含銅66～73％、鋅27～34％，常用于制造船舶機(jī)械零件。鋁黃銅含銅68～70％、鋅27～31％、鋁1～3％，用于制造船的推進(jìn)機(jī)翼、舵等。德國(guó)銀含銅45～62％、鋅20～30％、鎳15～18％，呈銀色、硬度高、電阻大，用來(lái)制作裝飾品和電熱器。鋁合金中主要有堅(jiān)鋁和鋁鎂合金。堅(jiān)鋁含鋁95.5％、銅3％、錳1％、鎂0.5％，堅(jiān)硬而輕，用于制造汽車(chē)和飛機(jī)。鋁鎂合金含鋁90～94％、鎂6～10％，可制作儀器及天平梁。易熔合金有鑄字合金、巴比特合金、伍德合金和焊錫等。鑄字合金（也稱(chēng)活字金）含鉛70％、銻18％、錫10％、銅2％，用于制造鉛字。巴比特合金含錫70～90％、銻7～24％、銅2～22％，它是包含堅(jiān)硬晶體的過(guò)冷液體，受到壓力時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整而減少磨損，用于制造機(jī)械的軸承。伍德合金含鉍38～50％、鉛25～31％、錫12.5～15％、鎘12.5～16％，熔點(diǎn)低（60～70℃），用于制作汽鍋的安全閥等。焊錫含鉛67％、錫33％，熔點(diǎn)為275℃，用于熔接金屬。此外，含鎳60～75％、鐵12～26％、鉻11～15％、錳1～2％的鎳鉻合金，電阻大、耐腐蝕，常用作電熱絲（鎳鉻絲）。返回新型金屬材料新型金屬材料種類(lèi)繁多，它們都屬合金。形狀記憶合金形狀記憶合金是一種新的功能金屬材料，用這種合金做成的金屬絲，即使將它揉成一團(tuán)，但只要達(dá)到某個(gè)溫度，它便能在瞬間恢復(fù)原來(lái)的形狀。形狀記憶合金為什么能具有這種不可思議的“記憶力”呢？目前的解釋是因這類(lèi)合金具有馬氏體相變。凡是具有馬氏體相變的合金，將它加熱到相變溫度時(shí)，就能從馬氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，完全恢復(fù)原來(lái)的形狀。金屬[1]是一種具有光澤(即對(duì)可見(jiàn)光強(qiáng)烈反射)、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。 金屬的上述特質(zhì)都跟金屬晶體內(nèi)含有自由電子有關(guān)。最早研究成功的形狀記憶合金是Ni－Ti合金，稱(chēng)為鎳鈦腦（Nitanon）。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)、功能好，但價(jià)格高。銅基形狀記憶合金如 Cu－Zn－Al和 Cu－Al－Ni，價(jià)格只有Ni－Ti合金的10%，但可靠性差。鐵基形狀記憶合金剛性好，強(qiáng)度高，易加工，價(jià)格低，很有開(kāi)發(fā)前途。表7－3列出一些形狀記憶合金及其相變溫度。形狀記憶合金由于具有特殊的形狀記憶功能，所以被廣泛地用于衛(wèi)星、航空、生物工程、醫(yī)藥、能源和自動(dòng)化等方面。在茫茫無(wú)際的太空，一架美國(guó)載人宇宙飛船，徐徐降落在靜悄悄的月球上。安裝在飛船上的一小團(tuán)天線，在陽(yáng)光的照射下迅速展開(kāi)，伸張成半球狀，開(kāi)始了自己的工作。是宇航員發(fā)出的指令，還是什么自動(dòng)化儀器使它展開(kāi)的呢?都不是。因?yàn)檫@種天線的材料，本身具有奇妙的“記憶能力”，在一定溫度下，又恢復(fù)了原來(lái)的形狀。多年來(lái)，人們總認(rèn)為，只有人和某些動(dòng)物才有“記憶”的能力，非生物是不可能有這種能力的。可是，美國(guó)科學(xué)家在五十年代初期偶然發(fā)現(xiàn)，某些金屬及其合金也具有一種所謂“形狀記憶”的能力。這種新發(fā)現(xiàn)，立即引起許多國(guó)家科學(xué)家的重視。研制出一些形狀記憶合金，廣泛應(yīng)用于航天、機(jī)械、電子儀表和醫(yī)療器械上。為什么這些合金不“忘記”自己的“原形”呢?原來(lái)，這些合金都有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，在轉(zhuǎn)變溫度之上，它具有一種組織結(jié)構(gòu)，面在轉(zhuǎn)變溫度之下，它又具有另一種組織結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同性能不同，上面提及美國(guó)登月宇宙飛船上的自展天線，就是用鎳鈦型合金作成的，它具有形狀記憶的能力。這種合金在轉(zhuǎn)變溫度之上時(shí)，堅(jiān)硬結(jié)實(shí)，強(qiáng)度很大;而低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，它卻十分柔軟，易于冷加工。科學(xué)家先把這種合金做成所需的大半球形展開(kāi)天線，然后冷卻到一定溫度下，使它變軟，再施加壓力，把它彎曲成一個(gè)小球，使之在飛船上只占很小的空間。登上月球后，利用陽(yáng)光照射的溫度，使天線重新展開(kāi)，恢復(fù)到大半球的形狀。形狀記憶合金問(wèn)世以來(lái)，引起人們極大的興趣和關(guān)注，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在高分子材料、鐵磁材料和超導(dǎo)材料中也存在形狀記憶效應(yīng)。對(duì)這類(lèi)形狀記憶材料的研究和開(kāi)發(fā)，將促進(jìn)機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、儀器儀表和機(jī)器人等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。高溫合金渦輪葉片是飛機(jī)和航天飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它在非常嚴(yán)酷的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，從大氣中吸入空氣，經(jīng)壓縮后在燃燒室與燃料混合燃燒，然后被壓向渦輪。渦輪葉片和渦輪盤(pán)以每分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，燃?xì)獗粐娤蛭膊坎⒂蓢娡矅姵觯瑥亩a(chǎn)生強(qiáng)大的推力。在組成渦輪的零件中，葉片的工作溫度最高，受力最復(fù)雜，也最容易損壞。因此極需新型高溫合金材料來(lái)制造葉片。貯氫合金氫是21世紀(jì)要開(kāi)發(fā)的新能源之一。氫能源的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)熱值高、沒(méi)有污染和資源豐富。貯氫合金是利用金屬或合金與氫形成氫化物而把氫貯存起來(lái)。金屬都是密堆積的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中存在許多四面體和八面體空隙，可以容納半徑較小的氫原子。如鎂系貯氫合金如MgH2，Mg2Ni等；稀土系貯氫合金如LaNi5，為了降低成本，用混合稀土 Mm代替La，推出了MmNiMn， MmNiAl等貯氫合金；鈦系貯氫合金如TiH2，TiMn1.5。貯氫合金用于氫動(dòng)力汽車(chē)的試驗(yàn)已獲得成功。隨著石油資源逐漸枯竭，氫能源終將代替汽油、柴油驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，并一勞永逸消除燃燒汽油、柴油產(chǎn)生的污染。非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金又稱(chēng)為金屬玻璃，具有拉伸強(qiáng)度大，強(qiáng)度、硬度高，高電阻率、高導(dǎo)磁率、高抗腐蝕性等優(yōu)異性能。適合做變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯材料。采用非晶態(tài)合金做鐵芯，效率為97%，比用硅鋼高出10%左右，所以得到推廣應(yīng)用。此外，非晶態(tài)合金在脈沖變壓器、磁放大器、電源變壓器、漏電開(kāi)關(guān)、光磁記錄材料、高速磁泡頭存儲(chǔ)器、磁頭和超大規(guī)模集成電路基板等方面均獲得應(yīng)用。
世界上硬度最大的金屬是鉻。鉻(Chromium)，化學(xué)符號(hào)Cr，單質(zhì)為鋼灰色金屬。元素名來(lái)自于希臘文，原意為“顏色”，因?yàn)殂t的化合物都有顏色。1797年法國(guó)化學(xué)家沃克蘭(L.N.Vauquelin)在西伯利亞紅鉛礦（鉻鉛礦）中發(fā)現(xiàn)一種新礦物，次年用碳還原得到。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。自然界不存在游離狀態(tài)的鉻，主要存在于鉻鉛礦中。在元素周期表中屬 ⅥB族， 鉻的原子序數(shù)24，原子量51.9961，體心立方晶體，常見(jiàn)化合價(jià)為+2、+3和+6。氧化數(shù)為6, 5, 4, 3, 2, 1, ?1, ?2, ?4，是硬度最大的金屬。
總結(jié)
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