材料化学 chapter7-金属及合金材料.ppt

第七章  金属及合金材料 7.1 认识合金 7.1.1 混合物合金 7.1.2 固溶体合金 7.1.2 金属间化合物 7.2 形状记忆合金 定义： 组成合金的元素如果在周期表中的位置相距较远，即其电负性相差较大时，往往容易 形成化合物。合金中化合物可分为金属化合物和非金属化合物。金属化合物是指那些由相当程度金属键结合的、具有明显金属特性的化合物，它可以成为金属材料的组成相。 金属化合物的晶格类型与组成它的组元的晶格类型完全不同，具有较高的熔点，且硬而跪。金属化合物通常使合金的强度、硬度和耐磨性提高，但也使其塑性和韧性降低。 （1）定义 （2）分类 正常价化合物 组成正常价化合物的元素是严格按照原子价规律结合的，成分固定，可用化学式表示。通常金同性强的元素与非金属或类全属可形成正常价金属化合物。例如，Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、Mg3Bi2、Na2Sb等。 这类化合物的化学键介于金属键与离子键之间，因此其导电性、导热性、韧性变差，而熔点、硬度提高。在合金中，当其在固溶体基体上细小而均匀分布时，特使合金得到强化，起着强化相的作用。 （2）分类 2.电子化合物 电子化合物不遵循原子价规律，而是按照一定的电子浓度组成的一定晶格结构的化合物。这类化合物可由一价金属(Au、Ag、Cu、Li、Na等)和VIIIB族元素(Fe、Co、Ni、Pt、Pd等)与二价至五价的金属(Be、Mg、Zn、Cd、A1、Ga、Ge、Sn、Sb等)结合而成。其特点是有一定的电子浓度，且一定的电子浓度一般对应于一定的晶格结构。 这类化合物的熔点、硬度都很高，但塑性很差。因此，它和正常化合物一样，一般只作为强化相存在于合金之中。 （2）分类 3.间隙化合物 间隙化合物一般由原子半径较大的过渡金属元素(Fe、Co、Mo、W、V等)和原子半径较小的非金属元素(H、C、B、N等)所组成。其晶格结构的特点是前者的原子占据新晶格的结点位置，而后者的原子则有规律地嵌入这一新晶格的间隙中，间隙化合物因此得名。 间隙化合物具有极高熔点和硬度，而且十分稳定，尤其是间隙相。因此，间隙化合物在钢铁材料和硬质合金中具有很大作用。例如，碳钢中的渗碳体Fe3C可提高其强度和硬度，工具钢中的VC可提高其耐磨性，高速钢中的WC、VC等可使其在高温下保持高硬度、而WC和TiC则是硬质合金的主要成分。 其组成和晶格存在对应关系 材料在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某数值，材料会自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种材料称为形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)。 7.2.1 有“记忆”的金属的特征 材料在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某数值，材料会自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种材料称为形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)。 7.2.2 形状记忆合金的原理 单程记忆效应： 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后回复到变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 双程记忆效应： 某些合金加热时回复高温相形状，冷却时回复低温相形状。 全程记忆效应： 某些合金加热时回复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温形状的现象。一般加热时的恢复力比冷却时的回复力大的多。 （1）电阻 7.2.3 形状记忆合金相变过程的表征 相对电阻 温度 （2）磁化率 7.2.3 形状记忆合金相变过程的表征 NiTi合金的马氏体和奥氏体相的磁化率之间有很大的不同，这是判断相变温度的又一个精确的方法。低温相的磁化率大约是高温相的2/3。 * * 定义：合金是由两种或两种以上金属元素或由金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。例如，由铜和锌两种元素组成的黄铜，由铜和锡组成的锡青铜，由铁和碳组成的碳钢或铸铁，由铝、铜、镁组成的硬铝等等，都是合金。 组成合金的最基本的独立物质称为组元。根据组成合金组元数目的多少，可将合金分为二元合金、三元合金和多元合金。 根据合金中组成元素之间相互作用的不同，一般将合金分为：混合物合金、固溶体合金和金属间化合物。 定义：是将两种或多种金属机械的混合在一起，这种混合物中组分金属在熔融状态时可完全或部分互溶，并不起化学作用，而在凝固时各组分金属又分别独自结晶出来-就类似于一般的固体混合物分离提纯一样。显微镜下可以观察到各组分的晶体或它们的混合晶体。例如：焊锡是固体混合物。 定义：类似与液体溶液一样，两种或多种金属不仅在熔融是能互溶，而且在凝固是也能保持互溶状态的固体溶