第三章 探索生活材料 第一节 合金 华师附中番禺学校 符能 2012.10

合 金 2

不锈钢制成的餐具 2017/9/10 3

锰钢制成的钢轨 2017/9/10 4

铝合金制成的车载桌 2017/9/10 5

铝合金制成的箱子 2017/9/10 6

镁铝合金制成的3C产品 镁铝合金制成笔记本电脑外壳 2017/9/10 7

镁铝合金制成的自行车 2017/9/10 8

思考与交流 1、什么是合金？ 合金是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。 2、为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？ 合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属更优良的物理、化学或机械的性能 。 如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。 9

一、认识合金 合金与纯金属的比较 合金的性能： 熔点 硬度 延展性、韧性 纯金属 合 金 相对高 较软 良好 相对低 相对硬 一般相对差 合 金 相对高 较软 良好 相对低 相对硬 一般相对差 合金的性能： 合金的性能可以通过所添加的元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以控制。

思考：为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？ 纯金属和合金的结构不同

合金结构

二、使用合金 1、铁合金 铜柄铁剑　春秋时期　　 剑叶铁质,残长9厘米,宽3厘米,厚0.3厘米,焊接于铜镡上。铁剑叶全部锈蚀,从铁锈上可以清楚看出用丝织物包裹的痕迹。这是中国迄今发掘出土的最早的人工冶铁制品之一,证明至迟在春秋早期,中国已经掌握了冶炼生铁的先进技术。 铁耙 两汉时期　西汉　 农具

二 、使用合金 生铁（铁碳合金，含碳2%～4.3%，硬度大、抗压性强、性脆，用于制造机座、管道） 铁合金 碳素钢 钢 合金钢 高碳钢（硬度较大） 中碳钢 低碳钢（韧性较好） 碳素钢 钢 含碳0.03%～2%，延展性、机械性能好，用于制造机械和交通工具。 不锈钢（Cr18%,Ni8%） 合金钢 锰钢（增加强度和韧性） 14

碳素钢与合金钢的区别 想一想？？ P45学与问 相同点 成分不同 性 能 碳素钢 合 金 铁、碳 含碳量高，硬度大； 含碳量低，韧性较强 性 能 碳素钢 合 金 铁、碳 含碳量高，硬度大； 含碳量低，韧性较强 合金钢 （不锈钢） 在碳素钢中加入其它元素，如镍、铬等 如不锈钢在空气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 想一想？？ P45学与问 15

2.铝合金 成 分 性 能 铝 铝合金 Al 硬度、强度较小 向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素 成  分 性  能 铝 Al 硬度、强度较小 铝合金 向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素 1、抗腐蚀能力强，强度高，密度较小，如：高压锅是由铝合金制造的 2、硬铝的性能

带翼的金属 ——硬铝 铝和航空事业紧紧地连在一起，因此，有些国家把铝誉为“带翼的金属”，即能飞的意思。 广泛用于飞机、火箭、汽车、火车、船舶等许多军用和民用产品中。

3.铜合金 司母戊鼎是中国目前已发现的最重的青铜器。司母戊鼎含铜84.77％、锡11.64％、铅27.9％。充分显示出商代青铜铸造业的生产规模和技术水平。 秦陵铜车马严格按真车马的１／２制作 。造型精美，比例恰当，装饰华丽，工艺精湛，形体庞大，所以很多专家学者把它称之为“青铜之冠”。    越国青铜剑，剑长五十五点六厘米，宽四点六厘米，重八百五十七点四克。剑由铜、锡、铅合铸而成，虽长埋地下二千五百年，出土时刀口仍很锋利，剑身未受腐蚀。

3. 铜合金 铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜和白铜。 （1）黄铜：铜和锌著称的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称普通黄铜。除锌外再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。 铸造黄铜具有较高的力学性能，铸造性能较好，且价格比青铜低。常用于一般用途的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。 （2）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等）两大类。 （3）白铜：是铜镍合金，主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。

铜合金 元素组成 主要用途 青铜 黄铜 白铜 Cu、Sn 机器零件 机器零件 Cu、Zn 精密仪器 装饰品 Cu、Ni、 Zn

资料卡片：金首饰 1、纯金质软，不适合直接制造首饰。 2、向纯金中加入一定量的铜或银，可以制成硬度较大的金合金，用于制造金首饰等。金首饰的成色是以首饰中金的最低含量的千分数来计量的。常用K数表示。K数越高表示金会含量越高。如：24K（99.5%以上），18K（约75%）。 28

4、新型合金 （1）储氢合金 气态 --- 150 大气压 钢瓶 储氢的传统方法 液态 --- －253 ℃ 液化 钢瓶 气态 --- 150 大气压 钢瓶 储氢的传统方法 液态 --- －253 ℃ 液化 钢瓶 储氢金属或合金 —— 能吸收 H2 的金属或合金。 储氢金属或合金为什么能储存氢气？ ，氢元素较活泼，原子半径又小，它很容易钻进金属空隙中去并和金属 起化学反应生成金属氢化物。 金属结构中存在着很多空隙

（1）储氢合金

一单位体积的储氢合金能储存1000—1300单位体积的氢。 在储氢合金中，一个金属原子能与2- 3个甚至更多个氢原子结合，生成金属氢化物。所以储氢合金的储氢能力很强， 一单位体积的储氢合金能储存1000—1300单位体积的氢。

氢燃料电池汽车上的储氢罐 32

(2)钛合金 钛的性能 ① 钛为银白色，熔点为1680℃,相对密度为4.54，比铝大但比钢轻43%; ② 具有很好的强度,约为铝的6倍； ③ 具有很高的塑性,便于冷热加工； ④ 其耐蚀性比不锈钢优良。 钛及合金在航空、化工、导弹航天及舰艇等方面的 应用较为广泛。

钛合金与人造骨

SR-71“黑鸟”(BlackBird)，美国空军高空高速侦察机。飞行高度达到30000米，最大速度达到3 SR-71“黑鸟”(BlackBird)，美国空军高空高速侦察机。飞行高度达到30000米，最大速度达到3.5倍音速，这称之为“双三”。因此SR-71比现有绝大多数战斗机和防空导弹都要飞得高、飞得快，因此出入敌国领空如入无人之境，在苏联、中国的“枪林弹雨”中都未受到任何实质威胁；在以色列上空侦察以色列核设施时，以军F-4战斗机向它发射了AIM-9“响尾蛇”空空导弹，但是导弹飞得却还比SR-71慢

SR-71的外型怪异，主要是适应高速的需要。全机使用钛合金制造——钛金属重量轻，强度大，耐高温。高温是高速飞行的一大障碍，当SR-71以3倍音速飞行时，机体表面由于摩擦生热，温度可以高达300摄氏度，机舱的内表面也是火热，所以飞行员不能随便接触没有隔热措施的机体部件，尤其是风挡玻璃。

在冷战时期，SR-71经常飞行的路线包括：日本冲绳岛嘉手纳基地——北朝鲜；土耳其——苏联高加索地区；菲律宾——中国兰州。由于维护费用过高，SR-71在80年代末退役，转给NASA美国航空航天局作高空高速科研研究用途，因此可以看到垂尾上有NASA字样。但在海湾战争中部分SR-71曾重新服役。

形状记忆合金

记忆合金铆钉

1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金同我们的日常生活休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。 原形 放入热水后 再放入冷水 记忆合金同我们的日常生活休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。

记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。１９６９年７月２０日，“阿波罗”１１号登月舱在月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。

有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤。

用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入55。C的温水中，即可恢复到原来的形状 。

记忆合金所为原料的眼镜配件 记忆合金镜架

　 在医疗领域，形状记忆合金也有着广阔的应用前景。例如，欧美一些国家目前正尝试将形状 记忆合金应用于治疗某些心脏疾病。对于先天性心脏出现空洞者，可将中心部分相互连接的 两片超弹性圆片首先拉细，然后穿过血管送至患处。在到达出现空洞处后，再使其恢复为原先的圆片状，并盖住空洞。采用这种方法治疗心脏疾病，可避免以前的开胸手术，并且愈后良好，十分适合青少年患者。

记忆合金用于骨骼固定

用TiNi─1镍钛记忆合金制作的记忆合金热机实验装置。将冷热水分别置于两个水槽中，利用冷热水的交替作用，即可使水槽上方的螺旋 桨转动或停止。

形状记忆合金制成的“蝴蝶” （可模仿肌肉的收缩） 2017/9/10 54

形状记忆合金制成的 移动跳跃的机器人 2017/9/10 55

练习 A D 1、你认为现在最大的飞机——法国空中客车生产的A-800型飞机最有可能采用的材料是（ ） A、Mg-Al B、Cu-Sn C、Al- Si D、不锈钢 A 2、下列物质中,不属于合金的是（ ） A、硬铝 B、黄铜 C、钢铁 D、水银 D

练习 A B 3 、人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、 铜四种金属的时间顺序是（ ） A.铜、铁、铝、钛 B.铁、铝、铜、钛 铜四种金属的时间顺序是（ ） A.铜、铁、铝、钛 B.铁、铝、铜、钛 C.铜、铁、钛、铝 D.铁、铜、铝、钛 A 4、 我国在春秋战国时期，就懂得将白铁褪火 处理得到相当于铸钢的物器（如锋利的宝剑） ，这一技术要比欧洲早就两千年，那么白铁 褪火处理的主要作用是（ ） A、除去硫、磷杂质 B、适当降低了含碳量 C、渗入了合金元素 D、改善表面的结构性质 B