《材料化学》第5章金属材料.pptx

第5章金属材料;本章教学要点;【引例】

Ti-Ni合金等一些金属具有神奇的形状记忆性能，故被称为“金属中的魔术师”，在许多工业和民用部门发挥着重要的作用。在工业生产记忆合金管连接接头（图5-1），只要把常温下轻松连接的记忆合金连接件放入热水里，过一会再取出来，就会发现两根管子已经紧紧地连接在一起了。

在抗压实验中发现，先被击破的是钢管，形状记忆合金则完好无损。在汽车工业中，可以制造出“可复原”的汽车外壳，即使被撞扁，只要用80℃的热水一浇便可恢复原状。美国曾用Ti-Ni记忆合金制成飞船的发射和接收天线。此天线被折叠后发射到月球上，可;减少飞船的体积。在月球上，由于吸收太阳的辐射而升温，又恢复成抛物面的形状。人们利用这种超弹性开发出手机天线、高级眼镜架（图5-2）等。

在医学方面，也常应用记忆合金。如对脊椎骨弯曲的患者进行脊椎校直时，可用形状记忆合金制成的器件固定在脊椎骨上，受热时因器件伸长，而使脊椎被校直。

可用Ni-Ti形状记忆合金制造人造牙和牙床。传统治疗血管狭窄的办法是开刀手术，若用形状记忆合金的腔内支架，只需开一个小口，用导管把支架植入血管既可，大大减少了病人的痛苦。

;图5-1记忆合金管连接接头;5.1金属材料概论;(1)轻有色金属一般指密度小于4.5g·cm-3的有色金属，包括铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。这类金属的共同特点是：密度小，化学性质活泼，在自然界中多以氯化物、碳酸盐、硅酸盐等形式存在。

(2)有色金属一般指密度大于4.5g·cm-3的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、锑、汞、镉等。

(3)贵金属一般指价格昂贵的金属，包括金、银和铂族元素(锇、铱、铂、钉、姥、钯)。由于它们在地壳中的含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。它们的特点是密度大(10.4~22.4g·cm-3)、熔点高(1189~3273K)、;化学性质稳定。

(4)准金属一般指硼、硅、锗、硒、砷、碲、钋，其物理化学性质介于金属与非金属之间，在元素周期表中处于金属向非金属过渡的位置。;5.2金属单质结构;5.2.2金属的晶体结构;1.立方最紧密堆积;2.六方最紧密堆积;两种最紧密堆积中，每个圆球都和相邻的12个球相接触，故配位数均为12，空间利用率均为74.05%，图5-3（e）、（f）分别为立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的配位。;3.体心立方密堆积;金属的晶体结构属于Al型的有Ca、Sr、Al、Cu、Ag、Au等;4.其它结构型式;图5-5等径圆球堆积的几种型式;表5-1几种非最密堆积与三种典型堆积型式对比;5.3金属的性质;1.金属光泽;许多金属在光的照射下能放出电子，其中在短波辐射照射下能放出电子的现象称为光电效应；在加热到高温时能放出电子的现象称为热电现象。;2.金属的导电性和导热性;大多数金属具有良好的导电性和导热性。常见金属导电、导热能力由大到小的顺序如下：

Ag，Cu，Au，Al，Zn，Pt，Sn，Fe，Pb，Hg

金属和其他类型固体的导电性有很大差别，常以电导率表示，详见表5-2。;表5-2各种固体的导电性;3.金属的延展性;4.金属的密度;5.金属的硬度;6.金属的熔点;7.金属的内聚力;表5-325℃时一些金属的升华热

;金属;从表5-3可以看出，从Li到Cs的升华热是递减的，这表明金属的升华热与金属的原子半径或核间距成反比。因为从Li到Cs，随着原子半径加大，原子核对电子的束缚力下降，因此拆散金属晶格所需的能量降低，升华热随之下降。在同一周期中，硼族金属的升华热大于碱土金属，碱土金属又大于碱金属，这暗示金属键的强度与价电子的数目有关。

过渡金属的s层、次外层d轨道上的电子均可参加成键，所以过渡金属金属键的强度都较大，内聚力都较高，在性能上表现为都具有较高的硬度、熔点、沸点，并且能彼此间或与非金属材料间形成具有多种特性的合金，因而过渡金属及其合金广泛地用作结构材料。如铬、锰和铁形成的合金钢一般具有抗拉强度高、硬度大、耐;腐蚀、耐高温等特性，可用在制造超音速飞机和导弹上。钛对海水有特别强的耐蚀能力，因此用于航海造船工业等。

由于金属材料具有上述特性，使金属类元素在材料工业中具有非常重要的地位。除了上面所说的过渡金属多数可作为结构材料使用外，像镁、铝等轻金属也广泛地用作结构材料，尤其在航空领域具有非常重特殊地位。金、银、铜、铂等有色金属