第三节 用途广泛的的金属材料
一、合金的概念及特性：
合金是由两种或两种以上的金属或非金属熔合而成的,具有金属特性的物质。
1、合金的概念 ：
2、合金的物理性质：
1）一般情况下，合金比纯金属硬度大
2）多数合金的熔点一般比各成分金属 的低
3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有优良的物理、化学或机械的性能
4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。
如：生铁的熔点比纯铁的低；
硬铝（Cu、Mn、Si）的强度和硬度都比纯铝大。
注意：
①合金中一定含有金属元素
②合金中也可能含有非金属元素
③合金中成分的含量影响合金的性质。
二、常见的合金及用途：
使用不同的原料，改变原料的配比以及改变生成合金的条件等，可以制得具有不同性能的合金。合金在工业上的用途比纯金属更广、更重要。
①青铜的主要成分：铜和锡
我国1939年在河南安阳殷墟出土的商代后期制作的司母戊鼎属于青铜制品。
1、铜合金
铜合金的种类很多，常见的有
青铜、黄铜、白铜和锰铜
青铜是我国使用最早的合金。
②黄铜（Cu~Zn，Zn20%~36%）
古代称为药金，密度比黄金小，外观与金非常相似，常被误认为是黄金。假如是你，你怎样来判别“药金”和黄金？
③白铜（Cu和镍）
不易生铜绿
④铜锰合金，具有极高的电阻。
2、钢
①生铁和钢就是铁的合金，
其中钢使用量最大、用途最广的合金。
生铁的含碳量为2%∽4.3%之间；
钢的含碳量在0.03%∽2%之间。
②根据化学成分，把分为两大类：
碳素钢
合金钢
低碳钢
中碳钢
含碳量低 0.3%
0.3%~0.6%
高碳钢
含碳量高于0.6%
钢
合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。
3、铝合金
硬铝：Cu 4%、 Mg 0.5%、
Mn 0.5%、Si 0.7%
特点：密度小、强度高、抗腐蚀
用途：制造飞机和宇宙飞船
铝“有翼的金属” “会飞的金属”
某家庭准备装修（计划用10年），可供使用的材料有木材、钢铁、铝合金和塑钢，请你调查每种材料的性能、价格、制造及安装成本、利弊，进行分析。你认为选用哪种材料比较好？说明理由。
与你对话
三、正确选用金属材料
塑钢
钢铁
一般
耐用、牢固
质轻高强、
美观、耐腐蚀
保温隔热、隔音降噪
适中
适中
适中
较高
较高
适中
适中
较高
选用金属材料时应该考虑的因素：
给我的启示
1.主要用途
2.外观
3.物理性质
4.化学性质
5.价格
6.加工难度
7.日常维护
8.对环境的影响
科学视野
用途广泛的稀土金属
稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，共17个元素。稀土元素能与其它元素组成品种繁多、功能千变万化，用途各异的新型材料，被称为“现代工业的维生素，和神奇的新材料宝库。”
我国稀土资源占世界稀土资源的80%，以氧化物(REO)计达3600万吨，远景储量实际是1亿吨。我国稀土资源分南北两大块。
——北方：轻稀土资源，集中在包头白云鄂博特等地，后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素；
——南方：中重稀土资源
分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。
稀土作为基体元素能制造出具有特殊“光电磁”性能的多种功能材料，如稀土永磁材料，稀土镍氢电池材料，稀土荧光材料，稀土催化剂。稀土激光材料，稀土精密陶瓷材料。生物工程材料等，它们都是发展电子信息产业，开发新能源，治理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少的材料。
例如稀土永磁材料（钕铁硼永磁）是当今磁性最强的永磁体，它被称“一代磁王”。稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机，工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器仪表。航天航空通讯，医用核磁共振成像仪等方面。
稀土永磁材料用于电机，使设备小型化，轻型化，同等功率的电机，体积和重量减少30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机，节电率可达12-15%，真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯，节电率可达到80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这些新型电光源不但
新型合金
储氢合金：Ti~Fe, La~Ni
钛合金：Ti，V，Fe，Al等，
飞机起落架
耐热合金：喷气式飞机的发动机叶片
记忆合金：
泡沫合金：
由于石油和煤炭的储量有限，而且在使用过程中会带来环境污染等问题，尤其是20世纪70年代全球石油危机，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。在氢能利用过程中，氢的储运是重要环节。1969年荷兰飞利浦公司研制出LaNi5储氢合金，具有大量的可逆地吸收、释放氢气的性质，其合金氢化物LaNi5H6中氢的密度与液态氢相当，约为氢气密度的1000倍。
合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属，Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属。前者控制储氢量，后者控制释放氢的可逆性。通过两者合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。
储氢合金
镍钴合金能耐1200℃的高温，可用于喷气飞机和燃气轮机的构件。镍钴铁非磁性耐热合金在1200℃时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等。寻找符合耐高温、可长时间运行（10000h以上）、耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。
超耐热合金
记忆金属
随着社会的发展，我们对金属的认识也在增加。并且，也希望新的材料的诞生。也许在不远将来，我们都会拥有一辆由“记忆金属”制作的汽车，我们再也不怕把汽车碰撞的凹凸不平而心痛惋惜了。这种“记忆金属”即是镍钛合金。如把这样一块金属进行加热，它将形成一定的形态。冷却后，任意揉皱，或使它弯曲，再加热后，它又恢复了原状。
常见金属之最
①密度最大的是 ；
②硬度最大的是 ；
③熔点最低的是 ；
④熔点最高的是 ；
⑤延性最好的是 ；
⑥展性最好的是 ；
⑦导电性最好的是 ；
⑧地壳中含量最多的金属元素是 .
Os
Cr
Hg
W
Pt
Au
Ag
Al
练习1：
试分析钢铁、铝、铜等能够成为大量使用的金属材料的原因。
工业上制取铁、铜、铝较容易，而且价格相对较便宜，常温下它们的化学性质相对较稳定，且较耐腐蚀，硬度、强度、机械性能相对较好，而且它们可以回收加工再利用。
练习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3:
下列对合金的说法正确的是
( )
A.合金中至少含有两种金属元素
B.合金中的金属元素以化合物的形式存在
C.黄铜是纯净物
D.合金中也可以含有非金属
D
练习4：
自然界的地壳中，含量居前两位的金属元素是（ ）
A.Fe Al B.Ca Fe C.Al Fe D.Al Ca
C
练习5：
选用金属材料时，以下方面需要考虑的是 （ ）
（1）主要用途 （2）物理性质、化学性质 （3）价格 （4）加工难度 （5）日常维护 （6）环境保护
A.（1）（2）（3） B.（3）（4）（5）
C.（1）（5）（6） D.（1）（2）（3）
（4）（5）（6）
D
练习6：
铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的 ( )
A.不易生锈 B.导电性好 C.密度小 D.强度大
B
练习7：
关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是 （ ）
A.它们的组成元素是相同的
B.耐腐蚀的性能不同
C.它们都属于钢，因此物理性质是一样的
D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁,
因此它们的化学性质完全相同
B
练习8：
铝硅合金（含Si 13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。对于铝和铝硅合金的熔点比较正确的是（ ）
A.大于 B.小于
C.等于 D.无法确定
A
练习9：
下列举措不能防止或减缓钢铁锈蚀的是 （ ）
A.在钢铁制品表面镀一层金属锌
B.将钢铁制品放置在潮湿处
C.在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变
钢铁的结构
D.将钢铁制品表面涂一层油漆
B
练习10：
把以下左栏列举的金属的用途与右栏列举的有关金属的性质用线连起来。
金可以制成比纸还薄的金箔
生活用铁锅
用铁回收照相定影废液中的银
用铜制作印刷电路
导电性
导热性
延展性
还原性
古代的药金外观与金相似，常被误认为金子。它的冶炼方法如下：ZnCO3、赤铜（Cu2O）和木炭混合加热至800摄氏度，得金光闪闪的药金，则药金的主要成分是 ，有关的化学方程式是（三个）：
1、钠及其重要化合物之间的转化关系
Na2O2
Na
NaOH
Na2CO3
NaHCO3
Na2O
①
②
③
④
⑤
O2/常温
O2/加热
H2O
CO2
CO2+H2O
2、铝及其重要化合物之间的转化关系
Al
Al2O3
Al(OH)3
AlCl3
NaAlO2
⑦
①
②
③
④
⑤
⑥
O2/加热
盐酸
NaOH溶液
NaOH溶液
NaOH溶液
盐酸
3、铁及其重要化合物之间的转化关系
Fe3O4
Fe
FeCl2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
FeCl3
⑧
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
O2/加热
盐酸
NaOH溶液
Cl2
Fe
O2+H2O
NaOH溶液
盐酸