金属的类型和用途
“地球之子”——钛
钛是一种银白色金属。早在1791，英国科学家威廉·格里高尔就在英国米纳汉郊区首次发现了这一神奇元素。4年后，德国化学家克拉普·洛特从匈牙利布埃尼克的一个红色矿石中发现了这种元素，并以希腊神话中的英雄命名。钛的意思是“大地之子”。钛看起来像钢，但它远比钢硬，而且重量只有铁的一半。在室温下，钛可以安全地“躺”在各种强酸强碱中；即使是最猛的酸王水也腐蚀不了它。曾经有人把一块钛金属扔进海里，五年过去了，它依然闪闪发光，没有一点锈迹。俗话说“真金不怕火炼。”然而，钛的熔点比黄金高600多摄氏度。由于其非凡的能力，钛有着广泛的用途。目前，钛是制造飞机、坦克、军舰和潜艇不可缺少的金属。在宇宙飞船和导弹中，钛也广泛用于代替钢。钛与氮和碳结合产生的氮化钛和碳化钛也是非常坚硬的化合物，其耐热性甚至比钛高1倍。这种坚硬耐热的材料可以代替超级钢制作高速切削刀具。钛的许多特殊性能也应用于化学工业、超声波和超导技术。但是钛有一个最大的缺点，就是提取困难。这主要是因为钛在高温下能与氧、碳、氮等多种元素结合。所以以前人们把钛当成“稀有金属”。实际上，钛的含量约占地壳重量的6‰，比铜、锡、锰、锌的总和多10倍以上。在世界上，中国的钛储量最大，四川攀枝花的钛储量占全国的90%以上，是世界上罕见的大型钛矿。
铝涂层
将银白色的铝放在空气中，没多久就形成了一层极薄、几乎透明的白色氧化膜。
很难相信这件铝的外衣和耀眼的红宝石、蓝宝石的主要成分是一样的，都是氧化铝(A1203)。两者的区别只是晶体结构。但是，不要小看这不起眼的铝的外衣，它为铝的使用做出了卓越的贡献！
众所周知，钢是一种具有许多宝贵特性的材料。把钢放在空气中也会披上一层外衣——锈(主要是氧化铁)。然而，这层钢铁的结构非常松散。大气中的氧气、水蒸气、二氧化碳分子可以透过这层外衣的无数气孔，渗透到钢铁内部，不断把钢铁变成铁锈，直到整块钢铁变成无用的“烂铁”。因此，为了保护钢材不被腐蚀，人们常常给钢材涂上一层保护涂层——防锈物质。
铝涂层不同于钢涂层。虽然很薄，但是“无缝”，很密。即使铝块被拉伸、压扁、扭曲或弯曲，也不会松动或脱落，仍能牢固地包裹在铝的表面。氧气、水蒸气、二氧化碳分子对它都束手无策，过不去。
氧化铝，即铝的外层，不溶于水，熔点高达2050℃。当铝制品加热到660℃时，金属铝已经熔化成液态，但氧化铝仍然覆盖在液态铝的表面，防止氧气与铝接触。
铝涂层堪称一副不怕水淹不怕火的盔甲，可以保护自己免受大气腐蚀。
但铝涂层也有一些缺点:一是自然形成的保护涂层太薄，厚度只有万分之二到万分之四毫米，一张普通纸比它厚500倍，经不起机械损伤；二是怕酸碱。如果这件外套能再厚一点、再硬一点、耐磨一点、耐腐蚀一点就更好了。
为了加厚铝的涂层，人们认为铝-氧化铝膜的涂层是由锅与空气中的氧气发生氧化反应生成的。如果用一种比氧更强的氧化物质和铝反应，氧化铝膜不是更厚吗？
因此，人们先用磷酸钠(Na3PO4)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)等溶液将铝制品表面的油污洗掉，然后让其在热水中洗澡，再浸泡在铬酸钠(Na2CrO4)、碳酸钠(Na2CO3)、氢氧化钠的混合溶液中进行氧化。由于铬酸钠是一种强氧化剂，铝-氧化铝膜的涂层大大增厚。
在工业上，将铝制品浸入电解质溶液中作为阳极，通入直流电使铝氧化，也形成一层很厚的氧化铝膜。人工加厚的氧化铝膜比自然形成的氧化铝膜厚80多倍，达到0.015-0.438+07mm..
有趣的是，人工加厚的铝外套，就像人穿的衣服一样，可以染成各种颜色。这样，铝制品就不再全是银白色的装扮，而是可以披上金色、红色、蓝宝石、绿色等五彩斑斓的漂亮衣服。你看到的可爱的金黄色笔套、彩色金属按键、打火机等铝制品都披上了染色的氧化铝外衣。
灯泡化学
当我们轻轻按下开关，点亮台灯复习的时候，我们对这个助手了解多少？
想想吧。你知道普通灯泡是如何发光的吗？
灯泡能发光是因为电流通过钨丝(又称钨丝)产生高热。我们选择钨丝，是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422oC)，在1000摄氏度以上的环境下保持不变，而其他金属在这种环境下早已熔化。
钨和很多金属一样，在高温下会很快被氧化烧坏，所以氧气无法储存在灯泡里。但如果把空气全部抽出来抽真空灯泡，高温的钨很容易蒸发成气体，缩短灯泡寿命。那么我们该怎么办呢？为了延长灯泡的寿命，灯泡内会充入惰性气体氩气，并加一点压力，减少蒸发的机会。另外灯泡里加了碘，也是为了减缓钨的蒸发。这是因为钨和碘在1000oC左右会变成碘化钨，但当碘化钨接触到热钨丝时，又会变成钨和碘。这样，灯泡的寿命可以延长一点。
哪些物质是水不能灭火的？
发生火灾时，很多人习惯用水灭火，但实际上，有时并不能。以下火灾情况不能用水扑灭，否则会变成“火上浇油”。
(1)碱金属不能用水扑灭。因为水与碱金属(如钾、钠)反应，能分解水产生氢气，释放大量热量，容易引起爆炸。
(2)碱金属碳化物和碱金属氢化物不能用水扑灭。例如，碳化钾、碳化钠、碳化铝和碳化钙、氢化钾和氢化镁与水反应，放出大量的热量，可能引起火灾和爆炸。
(3)密度小于水且不溶于水的易燃液体，原则上不能用水扑灭。
(4)熔化的钢铁不能用于战斗。由于铁水和钢水的温度约为65438±0600℃，水蒸气在65438±0000℃以上时，氢和氧会分解，可能引起爆炸。
(5)没有良好的接地设备或切断电流，高压电气设备的火灾是无法用水扑灭的。
钢和合金
钢和合金统称为金属材料。金属材料一般利用其物理性能，如延展性、硬度、抗拉强度、导热性、导电性等。有时候还会利用它们的化学性质，比如抗氧化，耐酸碱等等。电线、仪器仪表零件、厨具等除外。，金属单质很少使用，常用其合金，因为合金的性能和使用价值高于单质。
通常所指的合金是有色合金的统称，如铜合金、铝合金等。其实钢也是合金。普通钢是铁和碳的合金，所以也叫碳钢。除了铁和碳之外，钢中还加入了其他元素，这种钢叫做合金钢。含有另一种元素的合金钢是三元合金钢。如锰钢、硅钢(也叫硅钢，硅是过去硅的中文名)等等。此外，加入两种或两种以上的元素称为多元合金钢。合金钢通常根据其用途来命名，如工具钢、高速钢和不锈钢。
中国的钢铁工业发展迅速，特别是一些大型钢铁厂已经建成投产。钢铁年产量快速增长(目前宝钢年产量600万吨，1999年达到654.38+00万吨)，1993年达到8688万吨，居世界第三位。
以下是一些重要的钢种。
在碳钢中，有普通碳钢和优质碳钢。前者用作含碳量0.4%以下的铁丝、铆钉、钢筋等建筑材料，含碳量0.4 ~ 0.5%的车轮、钢轨，含碳量0.5 ~ 0.6%的工具、弹簧等。后者比普通碳钢含硫、磷等杂质少，常用作机械零件，在机械制造中应用最广泛。
合金钢中有锰钢和硅钢。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、进气阀、机床齿轮等。硅钢是一种含硅量高、电阻大的钢材，广泛应用于电气行业。比如变压器用钢是硅钢，碳含量小于0.02%，硅含量3.8 ~ 4.5%。
在根据用途命名的钢中，工具钢、高速钢和不锈钢是常见的。
工具钢是一种合金钢，用作车刀、刨刀、锉刀、锯片、拉丝工具等。常用的有铬铝工具钢(含铬1.2 ~ 1.5%，铝1.0 ~ 1.5%)，铬钼钒工具钢(含铬11 ~ 12%，钼0。
高速钢又称锋钢，是一种含钨的合金钢，用于制造高速切削刀具。一般含钨8.5 ~ 19%，铬3.8 ~ 4.4%，钒1 ~ 4%。
不锈钢主要是指含有铬和镍的合金钢。品种很多，铬17 ~ 20%，镍8 ~ 11%。如果加入钛(约1%)，钢的耐酸性更强。
在重要的有色金属合金中，有许多是铜合金。这是其中的五个。铝青铜含铜90 ~ 95%，铝5 ~ 10%，用作装饰品和器皿。
青铜含有67-89%的铜、2-33%的锌、0-9%的锡(也称无锡锡青铜)和0-2%的铅，用于制造机械零件。此外，还有特殊的青铜，如磷青铜、铍青铜、硅青铜等，具有耐腐蚀性和高导电性，用于仪表行业。
黄铜含有66 ~ 73%的铜和27 ~ 34%的锌，常用于制造船舶机械零件。
铝黄铜含铜68 ~ 70%，锌27 ~ 31%，铝1 ~ 3%，用于制造船舶的推进翼和舵。
德国银含铜45-62%，锌20-30%，镍15-18%。呈银色，硬度高，电阻大，用于制作装饰品和电暖器。
铝合金中主要有固态铝和铝镁合金。固体铝含有95.5%的铝、3%的铜、1%的锰和0.5%的镁。它又硬又轻，用于制造汽车和飞机。
铝镁合金含90 ~ 94%的Al和6 ~ 10%的Mg，可用于制造仪器和平衡木。
易熔合金有铸造合金、巴氏合金、木质合金和焊料。铸造合金(也称为活字金)含有70%的铅、18%的锑、10%的锡和2%的铜，用于制作活字。
巴氏合金含锡70 ~ 90%，锑7 ~ 24%，铜2 ~ 22%。它是一种含有硬质晶体的过冷液体，在受压时会自动调节减少磨损，用于制造机械轴承。
木合金含铋38 ~ 50%，铅25 ~ 31%，锡12.5 ~ 15%，镉12.5 ~ 16%，熔点低(60 ~ 70℃)。它被用来制造蒸汽锅炉的安全阀。
焊料含有67%的铅和33%的锡，熔点为275℃。它被用来焊接金属。
此外，含有60-75%的Ni、12-26%的Fe、11-15%的Mn和1-2%的Ni-Cr合金的Ni-Cr合金具有高的电阻和耐腐蚀性，常用作电热丝(Ni-Cr丝)。
返回
新型金属材料
新型金属材料有很多种，都属于合金。
形状记忆合金是一种新型功能金属材料。这种合金制成的金属丝即使揉成一团，只要达到一定温度，也能在瞬间恢复原状。为什么形状记忆合金能有如此不可思议的“记忆力”？目前的解释是这种合金有马氏体相变。当具有马氏体相变的合金被加热到相变温度时，它可以从马氏体结构变成奥氏体结构，并完全恢复其原始形状。
第一种研究成功的形状记忆合金是镍钛合金，称为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，如铜锌铝、铜铝镍，只有镍钛合金的10%，但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好、强度高、易加工、价格低廉，具有很大的发展前景。表7-3列出了一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金因其特殊的形状记忆功能而广泛应用于卫星、航空、生物工程、医学、能源和自动化等领域。
茫茫太空中，一艘美国载人飞船缓缓降落在寂静的月球上。安装在飞船上的一小组天线在太阳光的照射下迅速展开并伸展成半球，开始了各自的工作。是宇航员给出了指令，还是某个自动仪器让它展开了？都不是。因为这种天线的材料本身就有奇妙的“记忆能力”，在一定温度下就恢复了原来的形状。
多少年来，人们总认为只有人类和一些动物才有“记忆”的能力，非生物是不可能有这种能力的。然而，美国科学家在20世纪50年代初偶然发现，一些金属及其合金也具有所谓的“形状记忆”能力。这一新发现立即引起了许多国家科学家的注意。一些形状记忆合金已被开发并广泛应用于航空航天、机械、电子仪器和医疗器械。
为什么这些合金不会“忘记”自己的“原型”？原来这些合金都有一个转变温度。在转变温度以上，它们具有一种微观结构，而在转变温度以下，它们具有另一种微观结构。不同的结构有不同的性能。上面提到的美国登月飞船上的自展开天线是镍钛合金的，具有形状记忆的能力。当温度超过转变温度时，这种合金又硬又结实。但在转变温度以下，它非常柔软，容易冷加工。科学家先将这种合金制成所需的半球形展开天线，然后冷却到一定温度使其变软，再施加压力使其弯曲成一个小球，这样它在飞船上只占很小的空间。登陆月球后，利用阳光的温度，天线再次展开，恢复成大半球的形状。
自形状记忆合金出现以来，引起了人们极大的兴趣和关注。近年来发现形状记忆效应也存在于高分子材料、铁磁材料和超导材料中。这类形状记忆材料的研究和发展将推动机械、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，工作环境非常恶劣。涡轮喷气发动机工作时，从大气中吸入空气，将其压缩，在燃烧室中与燃油混合，然后被压向涡轮。涡轮叶片和涡轮盘以每分钟数万转的高速旋转，气体喷向尾部，从喷管喷出，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，最容易损坏。因此，非常需要新的高温合金材料来制造叶片。
储氢合金氢是21世纪将要开发的新能源之一。氢能的优点是热值高，无污染，资源丰富。储氢合金利用金属或合金与氢形成氢化物来储存氢。金属是紧密堆积的结构，结构中有很多四面体和八面体的空隙，可以容纳半径较小的氢原子。例如镁基储氢合金，如MgH2、Mg2Ni等。；为了降低成本，引入了混合稀土Mm代替La的稀土贮氢合金，如LaNi5 _ 5。钛基储氢合金，如TiH2和TiMn1.5。储氢合金在氢动力汽车上的试验获得了成功。随着石油资源的逐渐枯竭，氢能最终将取代汽油和柴油来驱动汽车，燃烧汽油和柴油带来的污染将被一劳永逸地消除。
非晶合金非晶合金又称金属玻璃，具有高抗拉强度、高强度和硬度、高电阻率、高磁导率和高耐腐蚀性等优异性能。适用于变压器和电机的铁芯材料。用非晶合金做铁芯，效率为97%，比用硅钢高10%左右，因此推广应用。此外，非晶合金还广泛应用于脉冲变压器、磁放大器、电源变压器、漏电开关、磁光记录材料、高速磁泡头存储器、磁头和VLSI衬底。