台灯底座的弹簧怎么按_台灯扭转弹簧
1.金属的种类及用途
2.纯金属的用途是什么?
金属的用途
“大地之子”-----钛
钛是一种银白色的金属,早在1791年,英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时,首先发现了这种新元素。过了4年,德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素,便以希腊神话中的英雄来命名。钛的意思是“地球的儿子”。钛的外形很像钢铁,但远比钢铁坚硬,且体重只有铁的一半。在常温下,钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中;就连最凶猛的酸------ 王水,也不能腐蚀它。有人曾把一块钛片扔进大海,经过5年以后取出来,仍然闪闪发亮,没有半点锈斑。俗话说:“真金不怕火炼”。可是钛的熔点比黄金还高出 600多摄氏度。正因为钛的本领非凡,所以有着广泛用途。现在,钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。在宇宙飞船和导弹中,也大量用钛代替钢铁。钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛,也是非常坚硬的化合物,它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。这样坚硬而耐热的材料,可以代替超级钢,制造高速切削刀具。钛的许多特殊性能,还在化工、超声波和超导技术中得到应用。然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地壳重量的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上,我国钛的储藏量最多,四川的攀枝花,钛的储藏量占全国90%以上,是世界上罕见的大钛矿。
铝的外衣
将银白色的铝放在空气中,没有多久,便穿上了一件极薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。
真使人难以相信,铝的这件外衣,同光彩夺目的红、蓝宝石的主要成分竟是一个东西,都是氧化铝(A1203)。它们的区别,只是晶体的结构不同。然而,你可别瞧不起铝的这件貌不惊人的外衣,它对于铝的使用却作出了杰出的贡献哩!
大家都知道,钢铁是具有多种宝贵性能的材料。将钢铁放在空气中,也会穿上一件外衣——铁锈(主要成分是氧化铁)。可是钢铁的这件外衣结构很疏松,大气中的氧、水蒸气、二氧化碳分子都能穿过这件外衣的无数孔隙,深入到钢铁内部,继续把钢铁变成铁锈,直至整块钢铁都变成无用的“烂铁”为止。所以,为了保护钢铁不被锈蚀,人们常让钢铁制品另外穿上一件保护衣——防锈物质。
铝的外衣与钢铁的外衣不同,它虽然非常薄,但是却“天衣无缝”,非常致密。即使把铝块拉长、压扁、扭转或弯曲,它也不会松掉、脱落,仍能牢牢地裹在铝的表面。氧气、水蒸气、二氧化碳分子对它都无可奈何,钻不过去。
铝的外衣——氧化铝不溶于水,熔点高达2050℃。把铝制品加热到660℃时,金属铝已熔化成为液体,可是氧化铝仍然覆盖在液态铝表面,防止氧气与铝接触。
铝的外衣称得上是一副不怕水浸、火烧,能够保护自己免受大气腐蚀的盔甲。
但是,铝的外衣也有关中不足之处:一是天然形成的这件防护衣太薄了,厚度只有万分之二到万分之四毫米,一张普通的纸也比它厚五百倍,因此经不起机械的损伤;二是怕酸、怕碱。如果这件外衣能够再厚一些,能更坚硬、耐磨损、耐腐蚀,就更好了。
为了使铝的外衣增厚,人们想到,铝的外衣——氧化铝膜,是锅与空气中的氧发生氧化反应生成的。如果用比氧具有更强的氧化性物质来和铝发生氧化反应,那末,生成的氧化铝膜岂不是可以更厚实一些了吗?
于是,人们先用磷酸钠(Na3PO4)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)等溶液洗去铝制品表面的油污,再让它在热水中洗个澡,然后浸在铬酸钠(Na2CrO4)、碳酸钠(Na2CO3)及氢氧化钠混和液中进行氧化处理。由于铬酸钠是一种强氧化剂,铝的外衣一—氧化铝膜果然大大增厚了。
在工业上,人们将铝制品浸在电解质溶液中作阳极,通入直流电使铝氧化,也生成了较厚的氧化铝膜。人工加厚的氧化铝膜比天然形成的厚八十多倍,达0.015—0.017毫米。
有趣的是,人工加厚的铝制品外衣,还真象人穿的衣服一样可以染上各种颜色。这样,铝制品就不再是一律穿银白色的外衣了,而是可以穿上金黄、大红、宝蓝、翠绿等五光十色的漂亮衣服。你们看到的逗人喜爱的金**笔套、彩色金属钮扣、打火机等等铝制品,它们穿的就是染了色的氧化铝外衣。
灯泡的化学
当我们轻轻一按开关,亮起书桌上的台灯来温习时,我们又对这个助手有多少认识呢?
想一想 你知道一个普通灯泡怎样发光吗?
灯泡所以能够发光,是因为电流经过钨的金属丝(又称钨丝)时产生高热所引致的。我 们所以选用钨丝,是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422oC),在摄氏1000多度的环境下仍旧保持不变,而其他金属在这环境下早已熔掉了。
钨和很多金属一样,在高温时很快便会被氧化和烧断,所以灯泡里不能存有氧气。但如果抽出所有空气令灯泡真空,高温的钨又很容易蒸发成为气体,缩减了灯泡的寿命。那怎么办呢?为了延长灯泡的寿命,灯泡里会载满氩这种惰性气体,并且加了点压力,以减低蒸发的机会。此外,灯泡里还加点碘,同样是为了减慢钨蒸发的速度。这是因为钨和碘在约1000oC 的环境下会变成碘化钨,但当碘化钨再接触高热的钨丝时,又再变回钨和碘。这样,便可以使灯泡的寿命延长一点了。
水不能扑救哪些物质造成的火灾
当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。
(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾、碳化钠、碳化铝和碳化钙以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,发出大量热,可能引着火和爆炸。
(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。
(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因为铁水、钢水温度约在1 600 ℃,而水蒸气在1 000 ℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。
(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般不能用水扑救。
钢铁和合金
钢铁和合金统称为金属材料。金属材料一般利用它们的物理性质,如延展性、硬度、抗拉强度、导热性、导电性等。有时也利用它们的化学性质,如抗氧化、抗酸碱性等。除了作导线、仪器仪表的零部件、厨房用具等外,很少用金属单质,常用的是它们的合金,因为合金的性能和使用价值都比单质高。
通常所指的合金是有色合金的泛称,如铜合金、铝合金等。实际上钢也是合金,普通的钢材是铁和碳的合金,所以也叫碳素钢。钢里除铁、碳外,加入其他的元素,就叫合金钢。另加入一种元素的合金钢,即是三元合金钢。如锰钢、硅钢(也叫矽钢,矽是硅过去的中文名称)等。另外加入两种或两种以上元素的叫多元合金钢。合金钢还常按用途命名,如工具钢、高速钢、不锈钢等。
我国的钢铁工业发展较快,特别是一些大型钢铁厂的建成投产,钢的年产量迅速增加(目前宝钢的年产量为600万吨,到1999年可达1000万吨),1993年已达8688万吨,居世界第三位。
下面介绍一些重要的钢种。
在碳素钢中有一般碳素钢和优质碳素钢。前者含碳量在0.4%以下的用作铁丝、铆钉、钢筋等建筑材料,含碳量0.4~0.5%的用作车轮、钢轨等,含碳量 0.5~0.6%的用来制造工具、弹簧等。后者含硫、磷等杂质比一般碳素钢低,常用作机械零件,在机械制造业中应用最多。
在合金钢中有锰钢、硅钢等。锰钢一般含锰1.4~1.8%,用于制造汽车、柴油机上的连杆螺栓、半轴、进汽阀和机床的齿轮等。硅钢是含硅量高的钢,具有很高的电阻,在电气工业中有广泛应用。例如,变压器用的钢即是含碳量小于0.02%、含硅3.8~4.5%的硅钢。
在按用途命名的钢中,常见的有工具钢、高速钢和不锈钢。
工具钢是用作车刀、刨刀、锉刀、锯条、拉丝工具等的合金钢。常用的有铬铝工具钢(含铬1.2~1.5%、含铝1.0~1.5%)、铬钼钒工具钢(含铬 11~12%、含钼0.4~0.6%、含钒0.15~0.3%)、铬锰钼工具钢(含铬0.6~0.9%、含锰1.2~1.6%、含钼0.15~0.3%)等。
高速钢也叫锋钢,是含钨的合金钢,用于制造高速运转的切削工具。它一般含钨8.5~19%、含铬3.8~4.4%、含钒1~4%。
不锈钢主要指含铬、镍的合金钢,品种很多,常见的有含铬17~20%、含镍8~11%。如果再加入钛(1%左右),钢的耐酸能力更强。
重要的有色金属合金中,铜合金较多,下面介绍其中的5种。铝青铜含铜90~95%、铝5~10%,用作装饰品和用具。
青铜含铜67~89%、锌2~33%、锡0~9%(不含锡的也叫无锡青铜)、铅0~2%,用作制造机械零件。此外还有特种青铜,如磷青铜、铍青铜、硅青铜等,具有耐腐蚀、高导电性能,用于仪表工业。
黄铜含铜66~73%、锌27~34%,常用于制造船舶机械零件。
铝黄铜含铜68~70%、锌27~31%、铝1~3%,用于制造船的推进机翼、舵等。
德国银含铜45~62%、锌20~30%、镍15~18%,呈银色、硬度高、电阻大,用来制作装饰品和电热器。
铝合金中主要有坚铝和铝镁合金。坚铝含铝95.5%、铜3%、锰1%、镁0.5%,坚硬而轻,用于制造汽车和飞机。
铝镁合金含铝90~94%、镁6~10%,可制作仪器及天平梁。
易熔合金有铸字合金、巴比特合金、伍德合金和焊锡等。铸字合金(也称活字金)含铅70%、锑18%、锡10%、铜2%,用于制造铅字。
巴比特合金含锡70~90%、锑7~24%、铜2~22%,它是包含坚硬晶体的过冷液体,受到压力时会自动调整而减少磨损,用于制造机械的轴承。
伍德合金含铋38~50%、铅25~31%、锡12.5~15%、镉12.5~16%,熔点低(60~70℃),用于制作汽锅的安全阀等。
焊锡含铅67%、锡33%,熔点为275℃,用于熔接金属。
此外,含镍60~75%、铁12~26%、铬11~15%、锰1~2%的镍铬合金,电阻大、耐腐蚀,常用作电热丝(镍铬丝)。
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新型金属材料
新型金属材料种类繁多,它们都属合金。
形状记忆合金形状记忆合金是一种新的功能金属材料,用这种合金做成的金属丝,即使将它揉成一团,但只要达到某个温度,它便能在瞬间恢复原来的形状。形状记忆合金为什么能具有这种不可思议的“记忆力”呢?目前的解释是因这类合金具有马氏体相变。凡是具有马氏体相变的合金,将它加热到相变温度时,就能从马氏体结构转变为奥氏体结构,完全恢复原来的形状。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni-Ti合金,称为镍钛脑(Nitanon)。它的优点是可靠性强、功能好,但价格高。铜基形状记忆合金如 Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni,价格只有Ni-Ti合金的10%,但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好,强度高,易加工,价格低,很有开发前途。表7-3列出一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能,所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。
在茫茫无际的太空,一架美国载人宇宙飞船,徐徐降落在静悄悄的月球上。安装在飞船上的一小团天线,在阳光的照射下迅速展开,伸张成半球状,开始了自己的工作。是宇航员发出的指令,还是什么自动化仪器使它展开的呢?都不是。因为这种天线的材料,本身具有奇妙的“记忆能力”,在一定温度下,又恢复了原来的形状。
多年来,人们总认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。可是,美国科学家在五十年代初期偶然发现,某些金属及其合金也具有一种所谓“形状记忆”的能力。这种新发现,立即引起许多国家科学家的重视。研制出一些形状记忆合金,广泛应用于航天、机械、电子仪表和医疗器械上。
为什么这些合金不“忘记”自己的“原形”呢?原来,这些合金都有一个转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,面在转变温度之下,它又具有另一种组织结构。结构不同性能不同,上面提及美国登月宇宙飞船上的自展天线,就是用镍钛型合金作成的,它具有形状记忆的能力。这种合金在转变温度之上时,坚硬结实,强度很大;而低于转变温度时,它却十分柔软,易于冷加工。科学家先把这种合金做成所需的大半球形展开天线,然后冷却到一定温度下,使它变软,再施加压力,把它弯曲成一个小球,使之在飞船上只占很小的空间。登上月球后,利用阳光照射的温度,使天线重新展开,恢复到大半球的形状。
形状记忆合金问世以来,引起人们极大的兴趣和关注,近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发,将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
高温合金涡轮叶片是飞机和航天飞机涡轮喷气发动机的关键部件,它在非常严酷的环境下运转。涡轮喷气发动机工作时,从大气中吸入空气,经压缩后在燃烧室与燃料混合燃烧,然后被压向涡轮。涡轮叶片和涡轮盘以每分钟上万转的速度高速旋转,燃气被喷向尾部并由喷筒喷出,从而产生强大的推力。在组成涡轮的零件中,叶片的工作温度最高,受力最复杂,也最容易损坏。因此极需新型高温合金材料来制造叶片。
贮氢合金氢是21世纪要开发的新能源之一。氢能源的优点是发热值高、没有污染和丰富。贮氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。金属都是密堆积的结构,结构中存在许多四面体和八面体空隙,可以容纳半径较小的氢原子。如镁系贮氢合金如MgH2,Mg2Ni等;稀土系贮氢合金如LaNi5,为了降低成本,用混合稀土 Mm代替La,推出了MmNiMn, MmNiAl等贮氢合金;钛系贮氢合金如TiH2,TiMn1.5。贮氢合金用于氢动力汽车的试验已获得成功。随着石油逐渐枯竭,氢能源终将代替汽油、柴油驱动汽车,并一劳永逸消除燃烧汽油、柴油产生的污染。
非晶态合金非晶态合金又称为金属玻璃,具有拉伸强度大,强度、硬度高,高电阻率、高导磁率、高抗腐蚀性等优异性能。适合做变压器和电动机的铁芯材料。用非晶态合金做铁芯,效率为%,比用硅钢高出10%左右,所以得到推广应用。此外,非晶态合金在脉冲变压器、磁放大器、电源变压器、漏电开关、光磁记录材料、高速磁泡头存储器、磁头和超大规模集成电路基板等方面均获得应用。
金属的种类及用途
成长需要挫折作文600字 (一)
“不经历风雨,怎能见彩虹,没有人能随随便便成功……”一个人在成长的历程,需要的有时很多,有时很少,有的人需要无限的鼓励关怀,理解、宽容和空间。但在成长的道路上,最不可少的是挫折!
挫折是成长道路上必不可少的考验。它固然会给我们的身心造成打击和压力,带来精神上的烦恼和痛苦,但也能使我们经受考验,得到锻炼,成为迈向成功的转折点。
挫折是普遍存在的,如果我们对可能遇到的困难和挫折早有心理准备,随时迎接困难和失败的挑战,一旦遇到挫折,就不致惊慌失措。挫折能帮助我们提高扭转逆境,克服困难、适应社会生活的能力。
挫折既可能促使你走向成熟,也可能成为你成长的障碍,关键就在于你对待挫折的态度。
面对挫折,我们应该取积极乐观的态度,而不应整天抱怨消极,悲看生活;我们面对挫折要冷静思考,保持积极的情绪状态,分析原因,寻找解决办法,不屈不挠,最终走出困境,成为生活的强者。
小鸟可以忍痛学飞,冒着折翅的危险,只为了今后的成长;小草可以竭尽全力冒出嫩芽,只为了今后更好的生存;而我,却在一次考试失败中获得了成长!
那次,本以为自己早已经做完了试卷,肯定能考到好成绩,便心情大为愉快;然而,结果却出于我的意料。我竟获得了平生第一次最差的作文成绩,76分!那天,我几乎是哭着回到家的,向妈妈坦白一切,妈妈听了,没有责怪我,反倒抚摸着我的头安慰我,说:“别灰心,相信自己是最棒的,挫折只是我们在通过成功路上的一次错误选择,记住经验,记住教训,下次就是你做别的选择的指导理论了。你不会那么容易就被挫折打败,对吗?”望着妈妈鼓励的眼神,我坚定地点了点头!
从那以后,我上课不再开小差,认真听老师讲课,做好笔记,课后复习,并多看课外书。终于,功夫不负有心人,我的成绩提上去了!从中,我也获得了成长。
成长需要挫折,我们要勇于挑战、面对挫折,当你有勇气战胜挫折时,那么,你就已经开始成长了。
成长需要挫折作文600字 (二)
俗话说:“初生牛犊不怕虎,成长需要挫折。”但在真正的森林里,又有几头出生的牛犊能战胜老虎呢?年少气盛的我们,固然拥有满腔热血。但你看那辍学创业进入社会打拼的人,又有多少能获得极大的成就呢?
成长,需要挫折。
有一些学生向比尔盖茨询问道:“尊敬的比尔盖茨先生,我们愿意向你学习,准备辍学创业,您看怎么样?”然而,比尔盖茨却是这样回答的:“亲爱的同学们,我并不支持你们。也许你们都认为我是高中尚未读完便辍学创业的。实际上,我却是早已学完了大学的课程,经过一番打算、筹划后才决定辍学的……”年少气盛,必先稳下心来。
这个时代是属于年轻人的,但这并不代表着我们便是第一,便可以为所欲为了。因受学习打击而跳楼的也比比皆是……他们,因为没有受到过多的挫折而付出了宝贵的生命。
强者,最基本的便是要有一颗坚毅的心!而坚毅的心,便是在挫折中磨练出来。
正处于青春期的我们,便犹如一根弹簧,越用力,便月会被开拓出更多能力!我们不怕挫折,就怕没有挫折。失败是成功之母,挫折只会促进我们的成长。越挫越勇,是我们恒不变的青春色彩。
挫折,是成功路上的通行证。一帆风顺的人生翻不出浪花,而饱经挫折却坚持到最后的人生必将柳暗花明又一村。
快看!森林里出现了一头凶猛的狮子,但它看起来却又一点垂头丧气,它已经两天没有吃东西,它快饿死了。咦?在它的视野里出现了一个小东西,正在向它走来。原来是一头老虎,但看样子却并不大,它想要干什么?“嗷”那只老虎居然在向它挑衅。它的眼中渐露凶光:食物来啦。那只老虎果然不甘示弱,一下子扑过来,一只爪子向狮子挠去,但那狮子早有了防备快人一步攻击老虎。最终小老虎失去了眼睛但却逃走了。一年过后,这只老虎战胜了那头年迈的狮子。挫折,加速成长。
一杯清水,只是加入茶叶而不摇晃、搅拌,虽有清香,但不浓郁;而一旦进行摇晃、搅拌,清香弥漫整个屋子。人亦如此,想要成长,必须经历挫折并越战越勇!也可活出生命的清香。
成长需要挫折作文600字 (三)
夜深了,目光透过窗子,撒了一地。我独自坐在窗前,任凭眼泪吧嗒吧嗒地打湿那份分数少得可怜的试卷。
这次期末考试,我又远远没有达到预想的效果。我委屈,为什么我付出了那么多,但每次连一点收获都没有。我怨老天不公,不觉又想起了那挑灯夜读的情景,又想起了父母为我送来牛奶和面包的情景。为什么?为什么?难道我真不是学习的那块料吗?
算了,不去想它了,开灯看一看课外书吧,我拉亮了台灯。发现桌上的饼干渣在动,我仔细瞧了瞧,只见几只大蚂蚁在搬饼干渣,饼干渣一动一停的,好像它们办的很费劲,真有意思!我拿来放大镜,想仔细看一看这些小东西。我还要给它们设点“障碍”。我将铅笔放在它们面前,见它们要改变方向,结果被我用铅笔团团围住,想看它们这回怎么办。我用放大镜仔细观察,一个带头的蚂蚁首先爬上了铅笔,这就像一个指挥官,陆续又有几只蚂蚁爬上来,它们想用力将饼干渣拖过去,可是试了好几次都没有成功,那只带头的蚂蚁将饼干渣抬起后,后面的蚂蚁用力推,就这样花了十几分钟,饼干渣终于被蚂蚁们从铅笔上面运了过去。
我突然领悟到,连这小小的蚂蚁面对困难都毫不丧气,我们人类更应该勇于面对挫折。(m.taiks)我又想起:贝多芬双耳失聪,对于一个音乐家来说,这无疑是最大的挫折,而贝多芬面对如此巨大的挫折却丝毫没有退缩之意,他说:“我要扼住命运的咽喉。”就这样贝多芬创作了举世闻名的《命运》交响曲。
人生路上有风有雨,到处是荆棘丛生,只有我们去奋斗,去拼搏,就一定会有鲜花和掌声等待着我们。挫折对无能的人来说是一个无底深渊,而对于那些敢于面对的人来说则是成功路上的一块垫脚石。
我又再一次打开课本,这时清晨的第一缕阳光射进屋内。在哪摔倒,就在哪爬起来。我笑了,挫折,我要向你挑战。
纯金属的用途是什么?
金属的用途
“大地之子”-----钛
钛是一种银白色的金属,早在1791年,英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时,首先发现了这种新元素。过了4年,德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素,便以希腊神话中的英雄来命名。钛的意思是“地球的儿子”。钛的外形很像钢铁,但远比钢铁坚硬,且体重只有铁的一半。在常温下,钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中;就连最凶猛的酸------ 王水,也不能腐蚀它。有人曾把一块钛片扔进大海,经过5年以后取出来,仍然闪闪发亮,没有半点锈斑。俗话说:“真金不怕火炼”。可是钛的熔点比黄金还高出 600多摄氏度。正因为钛的本领非凡,所以有着广泛用途。现在,钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。在宇宙飞船和导弹中,也大量用钛代替钢铁。钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛,也是非常坚硬的化合物,它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。这样坚硬而耐热的材料,可以代替超级钢,制造高速切削刀具。钛的许多特殊性能,还在化工、超声波和超导技术中得到应用。然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地壳重量的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上,我国钛的储藏量最多,四川的攀枝花,钛的储藏量占全国90%以上,是世界上罕见的大钛矿。
铝的外衣
将银白色的铝放在空气中,没有多久,便穿上了一件极薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。
真使人难以相信,铝的这件外衣,同光彩夺目的红、蓝宝石的主要成分竟是一个东西,都是氧化铝(A1203)。它们的区别,只是晶体的结构不同。然而,你可别瞧不起铝的这件貌不惊人的外衣,它对于铝的使用却作出了杰出的贡献哩!
大家都知道,钢铁是具有多种宝贵性能的材料。将钢铁放在空气中,也会穿上一件外衣——铁锈(主要成分是氧化铁)。可是钢铁的这件外衣结构很疏松,大气中的氧、水蒸气、二氧化碳分子都能穿过这件外衣的无数孔隙,深入到钢铁内部,继续把钢铁变成铁锈,直至整块钢铁都变成无用的“烂铁”为止。所以,为了保护钢铁不被锈蚀,人们常让钢铁制品另外穿上一件保护衣——防锈物质。
铝的外衣与钢铁的外衣不同,它虽然非常薄,但是却“天衣无缝”,非常致密。即使把铝块拉长、压扁、扭转或弯曲,它也不会松掉、脱落,仍能牢牢地裹在铝的表面。氧气、水蒸气、二氧化碳分子对它都无可奈何,钻不过去。
铝的外衣——氧化铝不溶于水,熔点高达2050℃。把铝制品加热到660℃时,金属铝已熔化成为液体,可是氧化铝仍然覆盖在液态铝表面,防止氧气与铝接触。
铝的外衣称得上是一副不怕水浸、火烧,能够保护自己免受大气腐蚀的盔甲。
但是,铝的外衣也有关中不足之处:一是天然形成的这件防护衣太薄了,厚度只有万分之二到万分之四毫米,一张普通的纸也比它厚五百倍,因此经不起机械的损伤;二是怕酸、怕碱。如果这件外衣能够再厚一些,能更坚硬、耐磨损、耐腐蚀,就更好了。
为了使铝的外衣增厚,人们想到,铝的外衣——氧化铝膜,是锅与空气中的氧发生氧化反应生成的。如果用比氧具有更强的氧化性物质来和铝发生氧化反应,那末,生成的氧化铝膜岂不是可以更厚实一些了吗?
于是,人们先用磷酸钠(Na3PO4)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)等溶液洗去铝制品表面的油污,再让它在热水中洗个澡,然后浸在铬酸钠(Na2CrO4)、碳酸钠(Na2CO3)及氢氧化钠混和液中进行氧化处理。由于铬酸钠是一种强氧化剂,铝的外衣一—氧化铝膜果然大大增厚了。
在工业上,人们将铝制品浸在电解质溶液中作阳极,通入直流电使铝氧化,也生成了较厚的氧化铝膜。人工加厚的氧化铝膜比天然形成的厚八十多倍,达0.015—0.017毫米。
有趣的是,人工加厚的铝制品外衣,还真象人穿的衣服一样可以染上各种颜色。这样,铝制品就不再是一律穿银白色的外衣了,而是可以穿上金黄、大红、宝蓝、翠绿等五光十色的漂亮衣服。你们看到的逗人喜爱的金**笔套、彩色金属钮扣、打火机等等铝制品,它们穿的就是染了色的氧化铝外衣。
灯泡的化学
当我们轻轻一按开关,亮起书桌上的台灯来温习时,我们又对这个助手有多少认识呢?
想一想 你知道一个普通灯泡怎样发光吗?
灯泡所以能够发光,是因为电流经过钨的金属丝(又称钨丝)时产生高热所引致的。我 们所以选用钨丝,是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422oC),在摄氏1000多度的环境下仍旧保持不变,而其他金属在这环境下早已熔掉了。
钨和很多金属一样,在高温时很快便会被氧化和烧断,所以灯泡里不能存有氧气。但如果抽出所有空气令灯泡真空,高温的钨又很容易蒸发成为气体,缩减了灯泡的寿命。那怎么办呢?为了延长灯泡的寿命,灯泡里会载满氩这种惰性气体,并且加了点压力,以减低蒸发的机会。此外,灯泡里还加点碘,同样是为了减慢钨蒸发的速度。这是因为钨和碘在约1000oC 的环境下会变成碘化钨,但当碘化钨再接触高热的钨丝时,又再变回钨和碘。这样,便可以使灯泡的寿命延长一点了。
水不能扑救哪些物质造成的火灾
当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。
(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾、碳化钠、碳化铝和碳化钙以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,发出大量热,可能引着火和爆炸。
(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。
(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因为铁水、钢水温度约在1 600 ℃,而水蒸气在1 000 ℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。
(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般不能用水扑救。
钢铁和合金
钢铁和合金统称为金属材料。金属材料一般利用它们的物理性质,如延展性、硬度、抗拉强度、导热性、导电性等。有时也利用它们的化学性质,如抗氧化、抗酸碱性等。除了作导线、仪器仪表的零部件、厨房用具等外,很少用金属单质,常用的是它们的合金,因为合金的性能和使用价值都比单质高。
通常所指的合金是有色合金的泛称,如铜合金、铝合金等。实际上钢也是合金,普通的钢材是铁和碳的合金,所以也叫碳素钢。钢里除铁、碳外,加入其他的元素,就叫合金钢。另加入一种元素的合金钢,即是三元合金钢。如锰钢、硅钢(也叫矽钢,矽是硅过去的中文名称)等。另外加入两种或两种以上元素的叫多元合金钢。合金钢还常按用途命名,如工具钢、高速钢、不锈钢等。
我国的钢铁工业发展较快,特别是一些大型钢铁厂的建成投产,钢的年产量迅速增加(目前宝钢的年产量为600万吨,到1999年可达1000万吨),1993年已达8688万吨,居世界第三位。
下面介绍一些重要的钢种。
在碳素钢中有一般碳素钢和优质碳素钢。前者含碳量在0.4%以下的用作铁丝、铆钉、钢筋等建筑材料,含碳量0.4~0.5%的用作车轮、钢轨等,含碳量 0.5~0.6%的用来制造工具、弹簧等。后者含硫、磷等杂质比一般碳素钢低,常用作机械零件,在机械制造业中应用最多。
在合金钢中有锰钢、硅钢等。锰钢一般含锰1.4~1.8%,用于制造汽车、柴油机上的连杆螺栓、半轴、进汽阀和机床的齿轮等。硅钢是含硅量高的钢,具有很高的电阻,在电气工业中有广泛应用。例如,变压器用的钢即是含碳量小于0.02%、含硅3.8~4.5%的硅钢。
在按用途命名的钢中,常见的有工具钢、高速钢和不锈钢。
工具钢是用作车刀、刨刀、锉刀、锯条、拉丝工具等的合金钢。常用的有铬铝工具钢(含铬1.2~1.5%、含铝1.0~1.5%)、铬钼钒工具钢(含铬 11~12%、含钼0.4~0.6%、含钒0.15~0.3%)、铬锰钼工具钢(含铬0.6~0.9%、含锰1.2~1.6%、含钼0.15~0.3%)等。
高速钢也叫锋钢,是含钨的合金钢,用于制造高速运转的切削工具。它一般含钨8.5~19%、含铬3.8~4.4%、含钒1~4%。
不锈钢主要指含铬、镍的合金钢,品种很多,常见的有含铬17~20%、含镍8~11%。如果再加入钛(1%左右),钢的耐酸能力更强。
重要的有色金属合金中,铜合金较多,下面介绍其中的5种。铝青铜含铜90~95%、铝5~10%,用作装饰品和用具。
青铜含铜67~89%、锌2~33%、锡0~9%(不含锡的也叫无锡青铜)、铅0~2%,用作制造机械零件。此外还有特种青铜,如磷青铜、铍青铜、硅青铜等,具有耐腐蚀、高导电性能,用于仪表工业。
黄铜含铜66~73%、锌27~34%,常用于制造船舶机械零件。
铝黄铜含铜68~70%、锌27~31%、铝1~3%,用于制造船的推进机翼、舵等。
德国银含铜45~62%、锌20~30%、镍15~18%,呈银色、硬度高、电阻大,用来制作装饰品和电热器。
铝合金中主要有坚铝和铝镁合金。坚铝含铝95.5%、铜3%、锰1%、镁0.5%,坚硬而轻,用于制造汽车和飞机。
铝镁合金含铝90~94%、镁6~10%,可制作仪器及天平梁。
易熔合金有铸字合金、巴比特合金、伍德合金和焊锡等。铸字合金(也称活字金)含铅70%、锑18%、锡10%、铜2%,用于制造铅字。
巴比特合金含锡70~90%、锑7~24%、铜2~22%,它是包含坚硬晶体的过冷液体,受到压力时会自动调整而减少磨损,用于制造机械的轴承。
伍德合金含铋38~50%、铅25~31%、锡12.5~15%、镉12.5~16%,熔点低(60~70℃),用于制作汽锅的安全阀等。
焊锡含铅67%、锡33%,熔点为275℃,用于熔接金属。
此外,含镍60~75%、铁12~26%、铬11~15%、锰1~2%的镍铬合金,电阻大、耐腐蚀,常用作电热丝(镍铬丝)。
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新型金属材料
新型金属材料种类繁多,它们都属合金。
形状记忆合金形状记忆合金是一种新的功能金属材料,用这种合金做成的金属丝,即使将它揉成一团,但只要达到某个温度,它便能在瞬间恢复原来的形状。形状记忆合金为什么能具有这种不可思议的“记忆力”呢?目前的解释是因这类合金具有马氏体相变。凡是具有马氏体相变的合金,将它加热到相变温度时,就能从马氏体结构转变为奥氏体结构,完全恢复原来的形状。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni-Ti合金,称为镍钛脑(Nitanon)。它的优点是可靠性强、功能好,但价格高。铜基形状记忆合金如 Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni,价格只有Ni-Ti合金的10%,但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好,强度高,易加工,价格低,很有开发前途。表7-3列出一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能,所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。
在茫茫无际的太空,一架美国载人宇宙飞船,徐徐降落在静悄悄的月球上。安装在飞船上的一小团天线,在阳光的照射下迅速展开,伸张成半球状,开始了自己的工作。是宇航员发出的指令,还是什么自动化仪器使它展开的呢?都不是。因为这种天线的材料,本身具有奇妙的“记忆能力”,在一定温度下,又恢复了原来的形状。
多年来,人们总认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。可是,美国科学家在五十年代初期偶然发现,某些金属及其合金也具有一种所谓“形状记忆”的能力。这种新发现,立即引起许多国家科学家的重视。研制出一些形状记忆合金,广泛应用于航天、机械、电子仪表和医疗器械上。
为什么这些合金不“忘记”自己的“原形”呢?原来,这些合金都有一个转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,面在转变温度之下,它又具有另一种组织结构。结构不同性能不同,上面提及美国登月宇宙飞船上的自展天线,就是用镍钛型合金作成的,它具有形状记忆的能力。这种合金在转变温度之上时,坚硬结实,强度很大;而低于转变温度时,它却十分柔软,易于冷加工。科学家先把这种合金做成所需的大半球形展开天线,然后冷却到一定温度下,使它变软,再施加压力,把它弯曲成一个小球,使之在飞船上只占很小的空间。登上月球后,利用阳光照射的温度,使天线重新展开,恢复到大半球的形状。
形状记忆合金问世以来,引起人们极大的兴趣和关注,近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发,将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
高温合金涡轮叶片是飞机和航天飞机涡轮喷气发动机的关键部件,它在非常严酷的环境下运转。涡轮喷气发动机工作时,从大气中吸入空气,经压缩后在燃烧室与燃料混合燃烧,然后被压向涡轮。涡轮叶片和涡轮盘以每分钟上万转的速度高速旋转,燃气被喷向尾部并由喷筒喷出,从而产生强大的推力。在组成涡轮的零件中,叶片的工作温度最高,受力最复杂,也最容易损坏。因此极需新型高温合金材料来制造叶片。
贮氢合金氢是21世纪要开发的新能源之一。氢能源的优点是发热值高、没有污染和丰富。贮氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。金属都是密堆积的结构,结构中存在许多四面体和八面体空隙,可以容纳半径较小的氢原子。如镁系贮氢合金如MgH2,Mg2Ni等;稀土系贮氢合金如LaNi5,为了降低成本,用混合稀土 Mm代替La,推出了MmNiMn, MmNiAl等贮氢合金;钛系贮氢合金如TiH2,TiMn1.5。贮氢合金用于氢动力汽车的试验已获得成功。随着石油逐渐枯竭,氢能源终将代替汽油、柴油驱动汽车,并一劳永逸消除燃烧汽油、柴油产生的污染。
非晶态合金非晶态合金又称为金属玻璃,具有拉伸强度大,强度、硬度高,高电阻率、高导磁率、高抗腐蚀性等优异性能。适合做变压器和电动机的铁芯材料。用非晶态合金做铁芯,效率为%,比用硅钢高出10%左右,所以得到推广应用。此外,非晶态合金在脉冲变压器、磁放大器、电源变压器、漏电开关、光磁记录材料、高速磁泡头存储器、磁头和超大规模集成电路基板等方面均获得应用。
金属的用途
“大地之子”-----钛
钛是一种银白色的金属,早在1791年,英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时,首先发现了这种新元素。过了4年,德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素,便以希腊神话中的英雄来命名。钛的意思是“地球的儿子”。钛的外形很像钢铁,但远比钢铁坚硬,且体重只有铁的一半。在常温下,钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中;就连最凶猛的酸------ 王水,也不能腐蚀它。有人曾把一块钛片扔进大海,经过5年以后取出来,仍然闪闪发亮,没有半点锈斑。俗话说:“真金不怕火炼”。可是钛的熔点比黄金还高出 600多摄氏度。正因为钛的本领非凡,所以有着广泛用途。现在,钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。在宇宙飞船和导弹中,也大量用钛代替钢铁。钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛,也是非常坚硬的化合物,它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。这样坚硬而耐热的材料,可以代替超级钢,制造高速切削刀具。钛的许多特殊性能,还在化工、超声波和超导技术中得到应用。然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地壳重量的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上,我国钛的储藏量最多,四川的攀枝花,钛的储藏量占全国90%以上,是世界上罕见的大钛矿。
铝的外衣
将银白色的铝放在空气中,没有多久,便穿上了一件极薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。
真使人难以相信,铝的这件外衣,同光彩夺目的红、蓝宝石的主要成分竟是一个东西,都是氧化铝(A1203)。它们的区别,只是晶体的结构不同。然而,你可别瞧不起铝的这件貌不惊人的外衣,它对于铝的使用却作出了杰出的贡献哩!
大家都知道,钢铁是具有多种宝贵性能的材料。将钢铁放在空气中,也会穿上一件外衣——铁锈(主要成分是氧化铁)。可是钢铁的这件外衣结构很疏松,大气中的氧、水蒸气、二氧化碳分子都能穿过这件外衣的无数孔隙,深入到钢铁内部,继续把钢铁变成铁锈,直至整块钢铁都变成无用的“烂铁”为止。所以,为了保护钢铁不被锈蚀,人们常让钢铁制品另外穿上一件保护衣——防锈物质。
铝的外衣与钢铁的外衣不同,它虽然非常薄,但是却“天衣无缝”,非常致密。即使把铝块拉长、压扁、扭转或弯曲,它也不会松掉、脱落,仍能牢牢地裹在铝的表面。氧气、水蒸气、二氧化碳分子对它都无可奈何,钻不过去。
铝的外衣——氧化铝不溶于水,熔点高达2050℃。把铝制品加热到660℃时,金属铝已熔化成为液体,可是氧化铝仍然覆盖在液态铝表面,防止氧气与铝接触。
铝的外衣称得上是一副不怕水浸、火烧,能够保护自己免受大气腐蚀的盔甲。
但是,铝的外衣也有关中不足之处:一是天然形成的这件防护衣太薄了,厚度只有万分之二到万分之四毫米,一张普通的纸也比它厚五百倍,因此经不起机械的损伤;二是怕酸、怕碱。如果这件外衣能够再厚一些,能更坚硬、耐磨损、耐腐蚀,就更好了。
为了使铝的外衣增厚,人们想到,铝的外衣——氧化铝膜,是锅与空气中的氧发生氧化反应生成的。如果用比氧具有更强的氧化性物质来和铝发生氧化反应,那末,生成的氧化铝膜岂不是可以更厚实一些了吗?
于是,人们先用磷酸钠(Na3PO4)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)等溶液洗去铝制品表面的油污,再让它在热水中洗个澡,然后浸在铬酸钠(Na2CrO4)、碳酸钠(Na2CO3)及氢氧化钠混和液中进行氧化处理。由于铬酸钠是一种强氧化剂,铝的外衣一—氧化铝膜果然大大增厚了。
在工业上,人们将铝制品浸在电解质溶液中作阳极,通入直流电使铝氧化,也生成了较厚的氧化铝膜。人工加厚的氧化铝膜比天然形成的厚八十多倍,达0.015—0.017毫米。
有趣的是,人工加厚的铝制品外衣,还真象人穿的衣服一样可以染上各种颜色。这样,铝制品就不再是一律穿银白色的外衣了,而是可以穿上金黄、大红、宝蓝、翠绿等五光十色的漂亮衣服。你们看到的逗人喜爱的金**笔套、彩色金属钮扣、打火机等等铝制品,它们穿的就是染了色的氧化铝外衣。
灯泡的化学
当我们轻轻一按开关,亮起书桌上的台灯来温习时,我们又对这个助手有多少认识呢?
想一想 你知道一个普通灯泡怎样发光吗?
灯泡所以能够发光,是因为电流经过钨的金属丝(又称钨丝)时产生高热所引致的。我 们所以选用钨丝,是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422oC),在摄氏1000多度的环境下仍旧保持不变,而其他金属在这环境下早已熔掉了。
钨和很多金属一样,在高温时很快便会被氧化和烧断,所以灯泡里不能存有氧气。但如果抽出所有空气令灯泡真空,高温的钨又很容易蒸发成为气体,缩减了灯泡的寿命。那怎么办呢?为了延长灯泡的寿命,灯泡里会载满氩这种惰性气体,并且加了点压力,以减低蒸发的机会。此外,灯泡里还加点碘,同样是为了减慢钨蒸发的速度。这是因为钨和碘在约1000oC 的环境下会变成碘化钨,但当碘化钨再接触高热的钨丝时,又再变回钨和碘。这样,便可以使灯泡的寿命延长一点了。
水不能扑救哪些物质造成的火灾
当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。
(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾、碳化钠、碳化铝和碳化钙以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,发出大量热,可能引着火和爆炸。
(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。
(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因为铁水、钢水温度约在1 600 ℃,而水蒸气在1 000 ℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。
(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般不能用水扑救。
钢铁和合金
钢铁和合金统称为金属材料。金属材料一般利用它们的物理性质,如延展性、硬度、抗拉强度、导热性、导电性等。有时也利用它们的化学性质,如抗氧化、抗酸碱性等。除了作导线、仪器仪表的零部件、厨房用具等外,很少用金属单质,常用的是它们的合金,因为合金的性能和使用价值都比单质高。
通常所指的合金是有色合金的泛称,如铜合金、铝合金等。实际上钢也是合金,普通的钢材是铁和碳的合金,所以也叫碳素钢。钢里除铁、碳外,加入其他的元素,就叫合金钢。另加入一种元素的合金钢,即是三元合金钢。如锰钢、硅钢(也叫矽钢,矽是硅过去的中文名称)等。另外加入两种或两种以上元素的叫多元合金钢。合金钢还常按用途命名,如工具钢、高速钢、不锈钢等。
我国的钢铁工业发展较快,特别是一些大型钢铁厂的建成投产,钢的年产量迅速增加(目前宝钢的年产量为600万吨,到1999年可达1000万吨),1993年已达8688万吨,居世界第三位。
下面介绍一些重要的钢种。
在碳素钢中有一般碳素钢和优质碳素钢。前者含碳量在0.4%以下的用作铁丝、铆钉、钢筋等建筑材料,含碳量0.4~0.5%的用作车轮、钢轨等,含碳量 0.5~0.6%的用来制造工具、弹簧等。后者含硫、磷等杂质比一般碳素钢低,常用作机械零件,在机械制造业中应用最多。
在合金钢中有锰钢、硅钢等。锰钢一般含锰1.4~1.8%,用于制造汽车、柴油机上的连杆螺栓、半轴、进汽阀和机床的齿轮等。硅钢是含硅量高的钢,具有很高的电阻,在电气工业中有广泛应用。例如,变压器用的钢即是含碳量小于0.02%、含硅3.8~4.5%的硅钢。
在按用途命名的钢中,常见的有工具钢、高速钢和不锈钢。
工具钢是用作车刀、刨刀、锉刀、锯条、拉丝工具等的合金钢。常用的有铬铝工具钢(含铬1.2~1.5%、含铝1.0~1.5%)、铬钼钒工具钢(含铬 11~12%、含钼0.4~0.6%、含钒0.15~0.3%)、铬锰钼工具钢(含铬0.6~0.9%、含锰1.2~1.6%、含钼0.15~0.3%)等。
高速钢也叫锋钢,是含钨的合金钢,用于制造高速运转的切削工具。它一般含钨8.5~19%、含铬3.8~4.4%、含钒1~4%。
不锈钢主要指含铬、镍的合金钢,品种很多,常见的有含铬17~20%、含镍8~11%。如果再加入钛(1%左右),钢的耐酸能力更强。
重要的有色金属合金中,铜合金较多,下面介绍其中的5种。铝青铜含铜90~95%、铝5~10%,用作装饰品和用具。
青铜含铜67~89%、锌2~33%、锡0~9%(不含锡的也叫无锡青铜)、铅0~2%,用作制造机械零件。此外还有特种青铜,如磷青铜、铍青铜、硅青铜等,具有耐腐蚀、高导电性能,用于仪表工业。
黄铜含铜66~73%、锌27~34%,常用于制造船舶机械零件。
铝黄铜含铜68~70%、锌27~31%、铝1~3%,用于制造船的推进机翼、舵等。
德国银含铜45~62%、锌20~30%、镍15~18%,呈银色、硬度高、电阻大,用来制作装饰品和电热器。
铝合金中主要有坚铝和铝镁合金。坚铝含铝95.5%、铜3%、锰1%、镁0.5%,坚硬而轻,用于制造汽车和飞机。
铝镁合金含铝90~94%、镁6~10%,可制作仪器及天平梁。
易熔合金有铸字合金、巴比特合金、伍德合金和焊锡等。铸字合金(也称活字金)含铅70%、锑18%、锡10%、铜2%,用于制造铅字。
巴比特合金含锡70~90%、锑7~24%、铜2~22%,它是包含坚硬晶体的过冷液体,受到压力时会自动调整而减少磨损,用于制造机械的轴承。
伍德合金含铋38~50%、铅25~31%、锡12.5~15%、镉12.5~16%,熔点低(60~70℃),用于制作汽锅的安全阀等。
焊锡含铅67%、锡33%,熔点为275℃,用于熔接金属。
此外,含镍60~75%、铁12~26%、铬11~15%、锰1~2%的镍铬合金,电阻大、耐腐蚀,常用作电热丝(镍铬丝)。
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新型金属材料
新型金属材料种类繁多,它们都属合金。
形状记忆合金形状记忆合金是一种新的功能金属材料,用这种合金做成的金属丝,即使将它揉成一团,但只要达到某个温度,它便能在瞬间恢复原来的形状。形状记忆合金为什么能具有这种不可思议的“记忆力”呢?目前的解释是因这类合金具有马氏体相变。凡是具有马氏体相变的合金,将它加热到相变温度时,就能从马氏体结构转变为奥氏体结构,完全恢复原来的形状。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni-Ti合金,称为镍钛脑(Nitanon)。它的优点是可靠性强、功能好,但价格高。铜基形状记忆合金如 Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni,价格只有Ni-Ti合金的10%,但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好,强度高,易加工,价格低,很有开发前途。表7-3列出一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能,所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。
在茫茫无际的太空,一架美国载人宇宙飞船,徐徐降落在静悄悄的月球上。安装在飞船上的一小团天线,在阳光的照射下迅速展开,伸张成半球状,开始了自己的工作。是宇航员发出的指令,还是什么自动化仪器使它展开的呢?都不是。因为这种天线的材料,本身具有奇妙的“记忆能力”,在一定温度下,又恢复了原来的形状。
多年来,人们总认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。可是,美国科学家在五十年代初期偶然发现,某些金属及其合金也具有一种所谓“形状记忆”的能力。这种新发现,立即引起许多国家科学家的重视。研制出一些形状记忆合金,广泛应用于航天、机械、电子仪表和医疗器械上。
为什么这些合金不“忘记”自己的“原形”呢?原来,这些合金都有一个转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,面在转变温度之下,它又具有另一种组织结构。结构不同性能不同,上面提及美国登月宇宙飞船上的自展天线,就是用镍钛型合金作成的,它具有形状记忆的能力。这种合金在转变温度之上时,坚硬结实,强度很大;而低于转变温度时,它却十分柔软,易于冷加工。科学家先把这种合金做成所需的大半球形展开天线,然后冷却到一定温度下,使它变软,再施加压力,把它弯曲成一个小球,使之在飞船上只占很小的空间。登上月球后,利用阳光照射的温度,使天线重新展开,恢复到大半球的形状。
形状记忆合金问世以来,引起人们极大的兴趣和关注,近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发,将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
高温合金涡轮叶片是飞机和航天飞机涡轮喷气发动机的关键部件,它在非常严酷的环境下运转。涡轮喷气发动机工作时,从大气中吸入空气,经压缩后在燃烧室与燃料混合燃烧,然后被压向涡轮。涡轮叶片和涡轮盘以每分钟上万转的速度高速旋转,燃气被喷向尾部并由喷筒喷出,从而产生强大的推力。在组成涡轮的零件中,叶片的工作温度最高,受力最复杂,也最容易损坏。因此极需新型高温合金材料来制造叶片。
贮氢合金氢是21世纪要开发的新能源之一。氢能源的优点是发热值高、没有污染和丰富。贮氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。金属都是密堆积的结构,结构中存在许多四面体和八面体空隙,可以容纳半径较小的氢原子。如镁系贮氢合金如MgH2,Mg2Ni等;稀土系贮氢合金如LaNi5,为了降低成本,用混合稀土 Mm代替La,推出了MmNiMn, MmNiAl等贮氢合金;钛系贮氢合金如TiH2,TiMn1.5。贮氢合金用于氢动力汽车的试验已获得成功。随着石油逐渐枯竭,氢能源终将代替汽油、柴油驱动汽车,并一劳永逸消除燃烧汽油、柴油产生的污染。
非晶态合金非晶态合金又称为金属玻璃,具有拉伸强度大,强度、硬度高,高电阻率、高导磁率、高抗腐蚀性等优异性能。适合做变压器和电动机的铁芯材料。用非晶态合金做铁芯,效率为%,比用硅钢高出10%左右,所以得到推广应用。此外,非晶态合金在脉冲变压器、磁放大器、电源变压器、漏电开关、光磁记录材料、高速磁泡头存储器、磁头和超大规模集成电路基板等方面均获得应用。
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