应用广泛的金属材料.ppt

专题三 丰富多彩的生活材料 材料是人类赖以生存和发展的物质 基础，一直是人类进步的重要里程碑。 石器时代、青铜器时代、铁器时代都是 以材料作标志。没有半导体材料就没有 计算机技术；没有耐高温、高强度的特 殊材料就没有航天技术；没有光导纤维 就不会有现代通讯；没有合成材料，今 天的生活还会这么丰富多彩吗？ 各种金属制品 下列金属制品通常是用哪些金属材料 制成的 ?各利用了金属的哪些性质 ? 表 3 1 组成金属制品的成分及其性质 金属制品 金属成分 应用的金属性质 “钢精锅 ” 电线 灯泡中的灯丝 熔断器中的保险丝 18K金首饰 硬币或纪念币 Fe Al、 Cu W Pb、 Sn、 Bi、 Cd Au(Ag、 Cu25%) 国内的： 第三套人民币硬币 1元硬币 铜镍合金 5角硬币 铜锌合金 2角硬币 铜锌合金 1角硬币 铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 铜锌合金 1角硬币 铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 钢芯镀铜合金 1角硬币 铝合金 金属之最 地壳中含量最高的金属元素 人体中含量最高的金属元素 产量最高、最常见的金属 导电、导热性最好的金属 熔点最高的金属 熔点最低的金属 铝 钙 铁 银 钨 汞 硬度最大的金属 铬 1.金属的通性 有金属光泽、 易导电 导热 、有延展性。 2.金属的特性 （ 1）铜和铝有良好的导电性。 （ 2）金和铝有良好的延展性。 （ 3）钨有很高的熔点。 1.铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅 ? 使用时应注意什么问题？ 铝具有一定的抗腐蚀能力，这是因为表面的铝 和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜，阻止 了铝与氧气进一步反应。此外，可采用电解的方法， 使铝表面形成较厚且致密的保护膜，增强铝制品的 抗腐蚀能力。 不能用钢刷、砂灰擦，容易使铝层变薄。 为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸？ 铝在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，表面生 成了一层致密的氧化膜，阻了反应的进一步进行。 （ 1）制成不锈钢。 （ 2）涂油漆。 （ 3）涂油。 （ 4）镀上其他抗腐蚀能力强的金属。 3铁是活泼金属，易被腐蚀氧化。为了延长铁 制品的使用寿命，人们常用什么方法加以处理 ? 实验记录 实验 现 象 实验 实验 活动与探究 铝片表面无明显现象 铝片表面出现气泡 铝片表面附着一层红色的铜 铝片表面无明显现象 铝箔熔化，失去光泽，熔化的 铝并不滳落，好象有一层膜兜着 铝制炊具为何不能用来盛装酸性和碱性食品？ 铝制炊具也不能长时间存放含食盐食品， 这是为什么？ 因为氧化铝、铝都能与酸、碱溶液反应，氯化钠溶液 中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。 使用铝质容器，食品中铝离子含量比较高，而铝离子 的摄入量过多的话容易造成老年性痴呆（这是科学证 明过的了），不仅仅如此，不锈钢也不适于腌制食品。 腌制食品采用陶、瓷、瓦罐一类的比较好。 铝可用于焊接钢轨，原理？ 铝是一种比较活泼的金属 具有两性，能与酸、强碱溶液反应 表面的铝能与空气中的氧气反应形成一层 致密的氧化膜，具有一定的抗腐蚀能力 常温下，与强氧化剂接触时，表面会钝化 （如浓硫酸、浓硝酸） 铝、氧化铝、氢氧化铝都具有两性，能与 酸或强碱反应。 铝的性质 概念 :两种或两种以上金属（或非金属）相 互熔合而成的具有金属特性的物质。 特性 : 合金的熔点 低于 其各组成金属熔点。 合金的硬度和强度 高 于其组成金属。 合 金 黄铜材质的铜号 铝合金窗框 熔断器 铁合金在生活中应用十分广泛，各种铁 合金都有自己的特性。请查阅资料，讨论不 同铁合金的应用。 生铁：含碳 2 4 钢 ：含碳 0.3 2 锰钢：含锰，具有很强的耐磨性和韧性，可用于 制造拖拉机履带和汽车车轴等。 钨钢：含钨，耐高温，硬度大，可用于制作切削 金属的刀具。 镍铬钢：不锈钢 硅钢：含硅 特 种 钢 在我们的日常生活中，时常 可以看到铝合金。从家庭装修材 料到各类日用器具，都有铝合金 制品。请结合实例，说明铝合金 在性能上有什么优点。 调查研究 铝合金：向纯铝中加入合金元素如 Cu 、 Mg、 Si、 Mn、 Zn 及稀土金属等。 如硬铝： Cu 4%、 Mg 0.5 % 、 Mn 0.5 % 、 Si 0.7% 质轻、强度大、耐腐蚀、易加工。 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。 钛 合 金 被誉为 “ 2 l世纪金属 ” 的钛所形成的 合金，在高科技领域发挥了巨大的作用。同 时，由于它有较高的强度、良好的抗氧化性 和优异的耐腐蚀性，对人体无毒和不良反应， 还可作为人造骨的材料，因而又被称为 “ 亲 生物金属 ” 。现在，钛合金已广泛应用于膝 关节、肩关节、 头盖骨的修复或再造。 神奇的形状记忆合金 形状记忆合金（ 钛 镍合金 ）：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。 (a) 原始形状 (b) 拉 直 (c) 加热后恢复 永不忘本的金属 形状记忆合金不仅单次“记忆”能力 几乎可达百分之百，即恢复到和原来一模 一样的形状，更可贵之处在于这种“记忆” 本领即使重复 500万次以上也不会产生丝 毫疲劳断裂。因此，形状记忆合金享有 “永不忘本”、“百折不挠”等美誉，被 比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈 的精神和气节。 神奇的形状记忆合金 在医学上的应用 形状记忆合金在现代临床医疗领域内已获得广泛 应用，正扮演着不可替代的重要角色。例如，各类人 体腔内支架、心脏修补器、血栓过滤器、口腔正畸器、 人造骨骼、伤骨固定加压器、脊柱矫形棒、栓塞器、 节育环、医用介入导丝和手术缝合线等等，都可以用 形状记忆合金制成。 （ a）预压缩 （ b）受热扩张后 （ c）植入腔道内效果 医用腔内支架的应用原理示意 作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。 其它领域的应用 除金、铂外，大多数金属都会发生腐蚀。铁 器使用时间较长会生锈；较不活泼的金属铜在潮 湿的空气中也会慢慢形成一层绿色的铜锈 (俗称 “ 铜绿 ” )；银首饰在空气中受到微量硫化物的 作用，表面会生成硫化银薄层，逐渐失去光泽。 1.定义：金属的腐蚀（ corrosion)是指金 属或合金与周围的物质接触 ,发生化学反应 被侵蚀损耗的过程 ,在金属腐蚀过程中 金属 失去电子被氧化 。 M Mn 失去 n个电子 2。分类： 化学腐蚀 （ chemical corrosion） 电化学腐蚀 （ electrochemical corrosion） 金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的 腐蚀叫化学腐蚀，如铁被氯气、氧气氧化而腐蚀。 指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属 失去电子被氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生 锈是典型的电化学腐蚀。 铁合金在使用过程中发生锈蚀的原 因是什么 ?为什么炒过菜的铁锅没有及时 清洗容易生锈 ? 铁器件不仅容易受到环境中化学物质 (如酸 雾 )的侵蚀而发生化学腐蚀，在潮湿的空气中还 能发生电化学腐蚀。在潮湿的空气里，铁器件表 面吸附了一层水膜。水膜中溶解有氧和少量盐类 等，形成一薄层电解质溶液，与铁器件中的铁和 碳构成了许多微小的原电池，发生原电池反应， 从而加快了铁器件腐蚀的速率。 析氢腐蚀 Fe 2e =Fe2 2H 2e =H2 吸氧腐蚀 Fe 2e =Fe2 O2 4e 2H2O=4OH OnHOFe F e ( O H ) 2323 . 3222 4 F e ( O H) O2HO4 F e ( O H) 结合下列问题，通过调查和讨论了解生活中使 用的铁器和其他金属制品采用了哪些防止腐蚀的方 法，查阅资料分析这些防腐方法的原理。 1铁质自来水管为什么要镀锌 ? 2自行车车轮钢圈镀铬有什么作用 ?铬是如何镀上 去的？ 3汽车车身、轮船外壳喷涂的油漆起什么作用 ? 4有些小刀的刀片表面带有蓝黑色的光泽，这是 经过 “ 烤蓝 ” 处理形成的。你知道什么是 “ 烤蓝 ” 吗 ?为什么刀片要经过 “ 烤蓝 ” 处理 ? 5暂时不使用的刀具等金属器件要擦干并涂上油 或是凡士林，为什么 ? 6用不锈钢代替碳钢制作钢铁器件有什么好处 ? 3.金属的防护 （ 1）覆盖保护层； （ 2）改变金属内部结构； （ 3）钢铁表面镶嵌活泼金属， 如锌； （ 4）钢铁连接电源负极。 检索咨询 牺牲阳极的阴极保护 在被保护的金属器件上 附着一 种更易失去电子的金属或合金的方法， 称为 “ 牺牲阳极的阴极保护 ” 。这种 方法可以应用于防止水下的船壳、 钢 铁设备和地下管道的腐蚀。 有些盛放食品的铁罐是用 “ 马口铁 ” (镀锡铁 皮 )制成的；屋檐的水槽、浇花用的水壶和水桶等器 具一般是用白铁皮 (镀锌铁皮 )制成的。当 “ 马口铁 ” 铁罐被腐蚀时，锈斑呈点状分布，锈孔容易穿透铁 罐；而白铁皮水槽被腐蚀时，锈斑容易在面上扩展 开来，镀锌层先被腐蚀而内部的铁却不易被锈蚀。 你知道造成这种现象的原因吗 ? “烤蓝”，又称“发蓝”，也是一种常 用的铁器表面处理方法。它可以使铁器表 面氧化生成一层致密的四氧化三铁薄膜， 增强铁器件的抗腐蚀能力。铁器件“烤蓝” 要使用发蓝液。常用的一种发蓝液是用氢 氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠等试剂配制而 成的。去除了油污和锈斑的刀片，在发蓝 液中煮沸一段时间后取出，用水洗净，就 可以看到刀片表面呈现出蓝黑色光泽。 合理选择防腐方法 生活向导 防止金属腐蚀的方法很多，不同的方法，使用条 件不同，防腐效果不同，费用也有差异。 选择防腐方法时，一般需要考虑以下几个问题： 1金属制品的使用期限。如果是短期使用，不 须采用昂贵的防腐方法。 2金属制品的使用环境。不同的环境造成金属 腐蚀的因素、金属发生腐蚀的速率不同，使用的防腐 方法也不同。 3对金属制品外观的要求。