金屬材料 物理性質強大化學性質軟弱的材料
金屬材料的優缺點 優點:物理性質佳:諸如耐高溫、強度大、耐高溫、耐變形、韌性佳、組織均勻(尤其鋼鐵)。。 缺點:除了少數金屬(如金、 鉑、銀 )均須使用各種方式保護,仍然難逃被腐蝕之命運。
純金屬與合金 金屬由金屬鍵結合,純金屬之金屬鍵為無向鍵,可以忍耐相當大的位移,所以純金屬導電性佳(自由電子未受束縛),韌性佳(因耐形變)熔點高。 合金為共價鍵結合,為有向鍵,導電性低,韌性差,熔點低。 ※以上為同種金屬純金屬與合金相比。
金屬的分類 就土木建築而言:分成黑金屬(鐵金屬)以及有色金屬(鐵金屬除外)。 依照導電能力:銀最佳、其次為銅、再其次為鋁。 依照熔點:鎢最高,水銀(汞)最低。
鐵金屬簡介 因碳鋼物理性質接近完美、價格相對低廉、又置於混凝土中,因強鹼保護其不生鏽,所以是土木建築上,第一重要的金屬。 因含碳量越高強度越高但韌性越差,為提供建物的耐震能力,土木建築上除了預力鋼鍵,均使用低碳鋼。
鋼與鐵的區別 實用上:提煉純鐵價格太高沒有必要,所以鐵金屬幾乎都含碳,所謂鋼只是「含碳適量的鐵碳合金」,含碳比低碳鋼更低稱熟鐵,含碳比高碳鋼更高稱鑄鐵或生鐵。 鐵的五大雜質:碳、硫、磷、錳、矽。 煉鋼就是控制雜質含量。
高爐冶煉生鐵 煉鐵原料:鐵礦石、焦炭、助熔劑、熱空氣。 鐵礦石:磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦。 焦炭:提供能量及擔任化學還原劑。 助熔劑:石灰岩。 熱空氣:鼓風爐提供已預熱空氣。
生鐵煉鋼 為控制雜質含量,先氧化再還原。 有平爐法、轉爐法、電爐法。 轉爐法最快速,電爐法品質最好。 含碳量≤0.25%叫低碳鋼,利用做鐵釘、鉚釘、螺栓、鐵絲;含碳量在0.25%~0.6%叫中碳鋼,利用做鋼軌、車軸、鋼樑;含碳量在0.6%~1.4%叫高碳鋼。 鋼筋為低碳鋼。
鋼的熱處理 鐵碳合金會有不同晶相 高溫時晶相為硬而脆 低溫時晶相為軟而韌 如果高溫晶相經淬火快速降溫,晶相來不及改變,鋼會變硬變脆。(淬火) 如果徐徐降溫,晶相有充分時間慢慢改變晶相,鋼會變為軟而韌。(正火、回火、退火)
合金鋼 合金鋼,是指一系列以鋼為主要成分的合金。在鋼中加入不同比率的各種不同金屬,藉以改變鋼的各種機械性能。 最常見的合金鋼是不鏽鋼,在鋼中加入鉻、鎳,使其表面形成防鏽的氧化膜,因此不容易生鏽 ,一般不鏽鋼指的是鉻含量超過13 %的鋼材 。
熱浸鍍鋅鋼板 熱浸鍍鋅鋼板製造工藝是將已清洗潔淨的鐵件,浸入鋅浴中,使鋼鐵與熔融鋅反應生成一合金化的皮膜。 防鏽,防蝕,耐候性強.防鏽蝕性非常好,一般環境防蝕效果可達30~50年 。
銅與銅合金 純銅又稱赤銅,適合作為電線。 黃銅是銅及鋅的合金,因色黃而得名。機械性能和耐磨性能都很好,用於製造精密儀器、船舶的零件、槍砲的彈殼等。 青銅是銅加入錫或鉛的合金與純銅相比,青銅強度高且熔點低
鋁與鋁合金 鋁是輕金屬,密度僅是鐵三分之一左右,純淨的鋁是銀白色,因在空氣中易與氧化合,在表面生成緻密的氧化鋁薄膜 ,阻止腐蝕的繼續進行。 鋁是地殼中含量第三高的元素(僅次於氧和矽),也是含量最大的金屬。 鋁為電與熱的良導體 ,延展性佳。
造成金屬腐蝕的原因 金屬腐蝕的化學環境:暴露於氧化環境中,酸性環境中。 金屬腐蝕的物理環境:殘餘應力、尖銳端、磨損傷痕,陽極環境中。 特定化學物質:最常見是氯離子。
避免腐蝕的處理 避免暴露於導致腐蝕的化學環境:使用金屬、非金屬隔絕。 避免暴露於導致腐蝕的物理環境:避免殘餘應力、磨痕等,或使金屬成為陰極。 避免接觸、或排除特定化學物質:如氯離子。
結論 金屬材料因為物理性質的優越:耐高溫、強度大、耐高溫、耐變形、韌性佳、組織均勻,可說是接近完美的材料。 如果沒有做好侵蝕環境的處理,金屬材料會變得相當脆弱。 各類防蝕處理,對金屬材料相當重要。