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新型金属材料

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新型金属材料. 生活中新型金属材料. 目录. 新型轻质金属合金材料 记忆合金 非晶态合金 贮氢合金 高温合金. 新型金属材料. 新型金属材料种类繁多,它们都属合金。 常用钛来为原料来制作新型合金。. 钛: 钛在地壳中的储存丰富,以太铁矿(FeTiO3)和金红石(TiO2)等形式存在。 钛是 一种金属元素,灰色,原子序数22,相对原子质量47.87。

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新型金属材料

生活中新型金属材料

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目录
  • 新型轻质金属合金材料
  • 记忆合金
  • 非晶态合金
  • 贮氢合金
  • 高温合金
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新型金属材料
  • 新型金属材料种类繁多,它们都属合金。
  • 常用钛来为原料来制作新型合金。

钛:钛在地壳中的储存丰富,以太铁矿(FeTiO3)和金红石(TiO2)等形式存在。

钛是一种金属元素,灰色,原子序数22,相对原子质量47.87。

纯金属钛具有银白色光泽,熔点为1600℃,密度为4.5g/cm3,比钢轻,塑性好,机械强度可以喝钢媲美。特别是钛的表面容易形成一层致密的氧化物保护膜,因而具有优异的抗腐蚀性能,对海水的抗腐蚀性特别强。钛在常温下不与无机酸、有机酸及碱反应。但能溶于热盐酸和热硝酸及任何浓度的氢氟酸。钛能在氮气中燃烧,熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料,主要用于航天工业和航海工业。

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新型轻质金属合金材料

钛合金:钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。

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钛合金:
  • 目前钛和有3/4左右用于航天航空领域,是制造现代超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料,被称为空间金属。
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钛合金的应用
  • 钛合金作为耐热和耐腐蚀材料,在许多情况下可以代替铝合金和镁合金,广泛用于化工、石油、发电等工业中。除此之外,钛与生物组织和体液有良好的相容性,可以作为生物材料,用于制造人工关节、心脏起搏器等。

心脏起搏器

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  • 铍:(Be)为一种钢灰色的稀有金属,是最轻的碱土金属元素,也是最轻的结构金属之一。呈灰白色,质坚硬。熔点1278±5℃。沸点2970℃,密度1.85克/立方厘米,铍离子半径0.31埃,比其他金属小得多。和锂一样,也形成保护性氧化层,故在空气中即使红热时也很稳定。不溶于冷水,微溶于热水,可溶于稀盐酸,稀硫酸和氢氧化钾溶液而放出氢。金属铍对于无氧的金属钠即使在较高的温度下,也有明显的抗腐蚀性。铍价态为正2价,可以形成聚合物以及具有显著热稳定性的一类共价化合物。

铍单质

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  • 在自然界中存在于绿柱石、硅铍石和金绿宝石矿中,铍分布于绿柱石及猫睛石中。含铍的矿石有许多透明的、色彩美丽的变种,自古以来是最名贵的宝石。在我国古代文献中记载着这些宝石,如猫精,或称猫精石、猫儿眼、猫眼石,也就是我们现在称的金绿玉。这些含铍的矿石基本上都是绿柱石的变种。可由电解熔融的氯化铍或氢氧化铍而制得。它能形成致密的表面氧化保护层,即使在红热时,铍在空气中也很稳定。铍即能和稀酸反应,也能溶于强碱,表现出两性。铍的氧化物、卤化物都具有明显的共价性,铍的化合物在水中易分解,铍还能形成聚合物以及具有明显热稳定性的共价化合物。  

香花石铍矿石

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铍的特性
  • 金属铍对液体金属的抗腐蚀性,与通用的综合剂乙二胺四乙酸(EDTA)的反应并不强,这在分析上是很重要的。铍可以形成聚合物以及具有显著热稳定性的一类共价化合物。铍用来制造飞机上用的合金、伦琴射线管、铍铝合金、青铜。也用作原子反应堆中的减速剂和反射剂。高纯度的铍又是快速中子的重要来源。这对设计核反应堆的热交换器是重要的,主要用作核反应堆的中子减速剂。铍铜合金被用于制造不发生火花的工具,如航空发动机的关键运动部件、精密仪器等。铍由于重量轻、弹性模数高和热稳定性好,已成为引人注目的飞机和导弹结构材料。   
  • 铍具有毒性。每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘,就会使人染上急性肺炎——铍肺病。我国冶金行业已经使一立方米空气中的铍的含量降低到十万分之一克以下,圆满地解决了铍中毒的防护问题。
  • 跟铍相比,铍的化合物的毒性更大,铍的化合物会在动物的组织和血浆中形成可溶性的胶状物质,进而与血红蛋白发生化学反应,生成一种新的物质,从而使组织器官发生各种病变,在肺和骨骼中的铍,还可能引发癌症。  

核反应堆

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铍合金的应用
  • 铍透X射线的能力最强,有“金属玻璃”之称。其合金是航空,航天,军工,电子,核能等领域不可替代的战略金属材料。铍青铜是铜合金中性能最优良的弹性合金,具有良好的导热,导电,耐热,耐磨,耐腐蚀,无磁性,弹性滞后小,冲击时不产生火花等优点,被广泛应用于国防,仪表,仪器,计算机,汽车,家电等工业中。铍铜锡合金被用于制造在高温下工作的弹簧,此种弹簧在红热状态下仍保持良好的弹性和韧性;氧化铍可用于高温热电偶的耐热填充物。

铍青铜

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铍的应用
  • 法国的音响奢侈品——Focal-JM lab把他们的旗舰音箱命名为Grande Utopia
  • 采用新一代铍合金振膜高音
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形状记忆合金
  • 形状记忆合金 形状记忆合金是一种新的功能金属材料,用这种合金做成的金属丝,即使将它揉成一团,但只要达到某个温度,它便能在瞬间恢复原来的形状。
  • 形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能,所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。
  • 为什么这些合金不“忘记”自己的“原形”呢?原来,这些合金都有一个转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,面在转变温度之下,它又具有另一种组织结构。结构不同性能不同,这种合金在转变温度之上时,坚硬结实,强度很大;而低于转变温度时,它却十分柔软,易于冷加工。科学家先把这种合金做 成所需的大半球形展开天线,然后冷却到一定温度下,使它变软,再施加压力,把它弯曲成一个小球,使之在飞船上只占很小的空间。登上月球后,利用阳光照射的温度,使天线重新展开,恢复到大半球的形状。
  • 形状记忆合金问世以来,引起人们极大的兴趣和关注,近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发,将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。

记忆合金制作的接骨器

ni ti
Ni-Ti形状记忆合金(又称镍钛脑)
  •  镍钛合金是一种形状记忆合金,形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度
  • 下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上,疲劳寿命达1*10的7次方,阻尼特性比普通的弹簧高10倍,其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢,因此可以满足各类工程和医学的应用需求,是一种非常优秀的功能材料。   记忆合金除具有独特的形状记忆功能外,还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。
cu zn al cu al ni 64 18 18 100 6 75g cm3
铜基形状记忆合金如Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni铜锌记忆合金的成分有数十种之多,通常我们能使用到的铜锌记忆合金主要成分为:铜64%锌18%镍18%或者铜锌铝的记忆合金。马氏体转变温度大概在100℃左右。密度是6.75g/cm3铜基形状记忆合金如Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni铜锌记忆合金的成分有数十种之多,通常我们能使用到的铜锌记忆合金主要成分为:铜64%锌18%镍18%或者铜锌铝的记忆合金。马氏体转变温度大概在100℃左右。密度是6.75g/cm3
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非晶态合金
  • 非晶态合金 非晶态合金又称为金属玻璃,具有拉伸强度大,强度、硬度高,高电阻率、高导磁率、高抗腐蚀性等优异性能。适合做变压器和电动机的铁芯材料。采用非晶态合金做铁芯,效率为97%,比用硅钢高出10%左右,所以得到推广应用。此外,非晶态合金在脉冲变压器、磁放大器、电源变压器、漏电开关、光磁记录材料、高速磁泡头存储器、磁头和超大规模集成电路基板等方面均获得应用
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贮氢合金
  • 氢化学元素氢(H——Hydrogen),在元素周期表中位于第一位,它是所有原子中最细小的。众所周知,氢原子与氧原子化合成水。
  • 氢通常的单质形态是氢气(H2),它是无色无味,极易燃烧的双原子的气体,氢气是最轻的气体。在0摄氏度和一个大气压下,每升氢气只有0.0899克重——仅相当于同体积空气重量的二十九分之二。氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢。
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氢的特性
  • 氢具有高挥发性、高能量,是能源载体和燃料,同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米,氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥,同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢可以作为火箭燃料,因为氢的液化温度在-253℃。
  •   氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源,其主要优点有:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源,演义了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
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贮氢合金
  • 贮氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。金属都是密堆积的结构,结构中存在许多四面体和八面体空隙,可以容纳半径较小的氢原子。如镁系贮氢合金如MgH2,Mg2Ni等;稀土系贮氢合金如LaNi5,为了降低成本,用混合稀土 Mm代替La,推出了MmNiMn, MmNiAl等贮氢合金;钛系贮氢合金如TiH2,TiMn1.5。贮氢合金用于氢动力汽车的试验已获得成功。随着石油资源逐渐枯竭,氢能源终将代替汽油、柴油驱动汽车,并一劳永逸消除燃烧汽油、柴油产生的污染。
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贮氢合金的应用
  • 贮氢合金用于氢动力汽车的试验已获得成功。随着石油资源逐渐枯竭,氢能源终将代替汽油、柴油驱动汽车,并一劳永逸消除燃烧汽油、柴油产生的污染。
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高温合金

高温合金:指在650°C以上温度下具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的合金。目前常是镍基、铁基、钴基高温合金的统称

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高温合金的应用
  • 高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料;并具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。
  • 基于上述性能特点,且高温合金的合金化程度较高,又被称为“超合金”,是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。

国产太行战机用涡轮风扇航空发动机

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高温合金的应用
  • 按基体元素来分,高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能达到750~780℃,对于在更高温度下使用的耐热部件,则采用镍基和难熔金属为基的合金。 镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA-100H持久强度为标准,而目前镍合金所能承受的最高温度〉1100℃,而镍合金约为950℃,铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人们称镍合金为发动机的心脏。目前,在先进的发动机上,镍合金已占总重量的一半,不仅涡轮叶片及燃烧室,而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。与铁合金相比,镍合金的优点是:工作温度较高,组织稳定、有害相少及搞氧化搞腐蚀能力大。与钴合金相比,镍合金能在较高温度与应力下工作,尤其是在动叶片场合

正在向工业燃气轮机燃烧室整个内表面涂覆氧化锆隔热膜

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