1.钛的用途是什么?

2.钛合金的性能

3.大多数的金属材料实际上是合金,请举出几个生活中的例子

4.金属的广泛用途

5.马良的牢记使命、从军十一载,历练坚毅品质

钛的用途是什么?

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钛的用途有:

1、钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。已有用钛合金制造自动,迫击炮座板及无后座力炮的发射管。

2、在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。

3、钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。

4、钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。

5、在医疗中,钛可作人造骨头和各种器具。

6、钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。

钛产业链可以分为以下四个部分:

1、钛铁矿、金红石等原始矿产的选矿,通过物理方法取得品位更高的精矿。

2、通过对精矿的再加工提纯,制取高纯度的二氧化钛,用于钛行业。

3、通过对二氧化钛的氧化、还原等工艺手段生成四氯化钛,制取中间产品海绵钛。

4、通过对海绵钛的熔铸加工,制取晶体结构致密的钛锭,用于生产钛材及各种钛合金。

以上内容参考:百度百科-钛

钛合金的性能

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有比强度高、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锨合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金,该合金使用量已占全部钛合金的75%~85%。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

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。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600~650℃。A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端(风扇和压气机)向发动机的热端(涡轮)方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

另外,20世纪70年代以来,还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金,并在工程上获得日益广泛的应用。

目前,世界上已研制出的钛合金有数百种,最著名的合金有20~30种,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物(TixAl,此处x=1)四类。

2. 钛合金的新进展

近年来,各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金,努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。

(1)高温钛合金。

世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V,使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金,以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金;美国的Ti-1100合金;俄罗斯的BT18Y、BT3金等。表7为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度[26]。

近几年国外把用快速凝固/粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向,使钛合金的使用温度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美国麦道公司用快速凝固/粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金,在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度[26]。

(2)钛铝化合物为基的钛合金。

与一般钛合金相比,钛铝化合物为基钠Ti3Al(α2)和TiAl(γ)金属间化合物的最大优点是高温性能好(最高使用温度分别为816和982℃)、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻(密度仅为镍基高温合金的1/2),这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料[26]。

目前,已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl(γ)为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-(46-52)Al-(1-10)M(at.%),此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近,TiAl3为基的钛合金开始引起注意,如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

(3)高强高韧β型钛合金。

β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金(Ti-13v-11Cr-3Al)。β型钛合金具有良好的冷热加工性能,易锻造,可轧制、焊接,可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]:

Ti1023(Ti-10v-2Fe-#al),该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当,具有优异的锻造性能;

Ti153(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn),该合金冷加工性能比工业纯钛还好,时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上;

β21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si),该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金,具有良好的抗氧化性能,冷热加工性能优良,可制成厚度为0.064mm的箔材;

日本钢管公司(NKK)研制成功的SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)钛合金,该合金强度高,超塑性延伸率高达2000%,且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃,可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接(SPF/DB)技术制造各种航空航天构件;

俄罗斯研制出的BT-22(TI-5v-5Mo-1Cr-5Al),其抗拉强度可达1105MPA以上

(4)阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向,这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况,各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c(也称为Ti-1720),名义成分为50Ti-35v-15Cr(质量分数),是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金,己用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金,均为Ti-Cu-Al系合金,具有相当好的热变形工艺性能,可用其制成复杂的零件[26]。

(5)医用钛合金。

钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性,是非常理想的医用金属材料,可用作植体的植人物等。目前,在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子,降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害,这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金,将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作,并取得一些新的进展。例如,日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金,包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20,这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比,β钛合金具有更高的强度水乎,以及更好的切口性能和韧性,更适于作为植入物植入人体。在美国,已有5种β钛合金被推荐至医学领域,即TMZFTM(TI-12Mo-^Zr-2Fe)、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx(TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si)、Tiadyne 1610(Ti-16Nb-9.5Hf)和Ti-15Mo。估计在不久的将来,此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金。

大多数的金属材料实际上是合金,请举出几个生活中的例子

常用合金

(1)钢铁

钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe外,C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。

按含碳量不同,铁碳合金分为钢与生铁两大类,钢是含碳量为0.03%~2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢,冶炼方便、加工容易、价格低廉,而且在多数情况下能满足使用要求,所以应用十分普遍。按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高,碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢,在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素,使钢的组织结构和性能发生变化,从而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性,等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的相当丰富,除Cr、Co不足,Mn品位较低外,W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初,合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。

含碳量2%~4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆,但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布,断口呈银白色,质硬而脆,不能进行机械加工,是炼钢的原料,故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁,断口呈银灰色,易切削,易铸,耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁,其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁,如加入Cr,耐磨性可大幅度提高,在特种条件下有十分重要的应用。

(2)铝合金

铝是分布较广的元素,在地壳中含量仅次于氧和硅,是金属中含量最高的。纯铝密度较低,为2.7 g/cm3,有良好的导热、导电性(仅次于Au、Ag、Cu),延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在空气中迅速氧化形成一层致密、牢固的氧化膜,因而具有良好的耐蚀性。但纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。

铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性,良好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝减小15%,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。

目前高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等,可增加它们的载重量以及提高运行速度,并具有抗海水侵蚀,避磁性等特点。

(3)铜合金

纯铜呈紫红色,故又称紫铜,有极好的导热、导电性,其导电性仅次于银而居金属的第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐蚀性能,是优良的电工用金属材料。

工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。

Cu与Zu的合金称黄铜,其中Cu占60%~90%、Zn占40%~10%,有优良的导热性和耐腐蚀性,可用作各种仪器零件。再如在黄铜中加入少量Sn,称为海军黄铜,具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb,可用作滑动轴承材料。

青铜是人类使用历史最久的金属材料,它是Cu?Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强度,并使其塑性得到改善,抗腐蚀性增强,因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵,目前已大量用Al、Si、Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金,它无磁性又有优异的抗腐蚀性能,是可与钢相竞争的弹簧材料。

白铜是Cu-Ni合金,有优异的耐蚀性和高的电阻,故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。

.特种合金

目前工业上应用的合金种类数以千计,现只简要地介绍其中几大类。

(1)耐蚀合金

金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力,称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一:

①热力学稳定性高的金属。通常可用其标准电极电势来判断,其数值较正者稳定性较高;较负者则稳定性较低。耐蚀性好的贵金属,如Pt、Au、Ag、Cu等就属于这一类。

②易于钝化的金属。不少金属可在氧化性介质中形成具有保护作用的致密氧化膜,这种现象称为钝化。金属中最容易钝化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等。

③表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。这种情况只有在金属处于特定的腐蚀介质中才出现,例如,Pb和Al在H2SO4溶液中,Fe在H3PO4溶液中,Mo在盐酸中以及Zn在大气中等。

因此,工业上根据上述原理,用合金化方法获得一系列耐蚀合金,一般有相应的三种方法:

①提高金属或合金的热力学稳定性,即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素,使形成固溶体以及提高合金的电极电势,增强其耐蚀性。例如在Cu中加Au,在Ni中加入Cu、Cr等,即属此类。不过这种大量加入贵金属的办法,在工业结构材料中的应用是有限的。

②加入易钝化合金元素,如Cr、Ni、Mo等,可提高基体金属的耐蚀性。在钢中加入适量的Cr,即可制得铬系不锈钢。实验证明,在不锈钢中,含Cr量一般应大于13%时才能起抗蚀作用,Cr含量越高,其耐蚀性越好。这类不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性,但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中,耐蚀性较差。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,同时对氧化膜还有溶解作用。

③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素,是制取耐蚀合金的又一途径。例如,钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化铁〔FeOx·(OH)23-2x〕,它能起保护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成,由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的低合金钢。

金属腐蚀是工业上危害最大的自发过程,因此耐蚀合金的开发与应用,有重大的社会意义和经济价值。

(2)耐热合金

这类合金又称高温合金,它对于在高温条件下的工业部门和应用技术领域有着重大的意义。

一般说,金属材料的熔点越高,其可使用的温度限度越高。这是因为随着温度的升高,金属材料的机械性能显著下降,氧化腐蚀的趋势相应增大,因此,一般的金属材料都只能在500 ℃~600 ℃下长期工作。能在高于700 ℃的高温下工作的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。

提高钢铁抗氧化性的途径有两条:一是在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素,或者在钢的表面进行Cr、Si、Al合金化处理。它们在氧化性气氛中可很快生成一层致密的氧化膜,并牢固地附在钢的表面,从而有效地阻止氧化的继续进行。二是用各种方法在钢铁表面形成高熔点的氧化物、碳化物、氮化物等耐高温涂层。

提高钢铁高温强度的方法很多,从结构、性质的化学观点看,大致有两种主要方法:

一是增加钢中原子间在高温下的结合力。研究指出,金属中结合力,即金属键强度大小,主要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看,ⅥB元素金属键在同一周期内最强。因此,在钢中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。

二是加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素,以使钢基体强化。由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物,它们在金属键的基础上,又增加了共价键的成分,因此硬度极大,熔点很高。例如,加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物,从而增加了钢铁的高温强度。

利用合金方法,除铁基耐热合金外,还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金,它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料,组织中基体是Ni?Cr?Co的固溶体和Ni3Al金属化合物,经处理后,其使用温度可达1 000 ℃~1 100 ℃。

(3)钛合金

钛是周期表中第IVB类元素,外观似钢,熔点达1 672 ℃,属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富,远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的极为丰富,仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中,伴生钛金属储量约达4.2亿吨,接近国外探明钛储量的总和。

纯钛机械性能强,可塑性好,易于加工,如有杂质,特别是O、N、C等元素存在,会提高钛的强度和硬度,但会降低其塑性,增加脆性。

钛是容易钝化的金属,且在含氧环境中,其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此,钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性,只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定,将钛或钛合金放入海水中数年,取出后,仍光亮如初,远优于不锈钢。

钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍,铝合金的1.3倍,是目前所有工业金属材料中最高的。

液态的钛几乎能溶解所有的金属,形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入,可改善钛的性能,以适应不同部门的需要。例如,Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性,可在相当高的温度下长时间工作;以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金,可以50%~150%地伸长加工成型,其最大伸长可达到2 000%。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。

由于上述优异性能,钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经济各部门,它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金,只是目前钛的价格较昂贵,限制了它的广泛使用。

(4)磁性合金

材料在外加磁场中,可表现出三种情况:①不被磁场所吸引的,叫反磁性材料;②微弱地被磁场所吸引的,叫顺磁性材料;③强烈地被磁场吸引的,称铁磁性材料,其磁性随外磁场的加强而急剧增高,并在外磁场移走后,仍能保留磁性。金属材料中,大多数过渡金属具有顺磁性;只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。

金属中组成永磁材料的主要元素是Fe、Co、Ni和某些稀土元素。目前使用的永磁合金有稀土?钴系、铁?铬?钴系和锰?铝?碳系合金。

磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中,有着日益广泛的应用。

金属的广泛用途

金属的用途

“大地之子”-----钛

钛是一种银白色的金属,早在1791年,英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时,首先发现了这种新元素。过了4年,德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素,便以希腊神话中的英雄来命名。钛的意思是“地球的儿子”。钛的外形很像钢铁,但远比钢铁坚硬,且体重只有铁的一半。在常温下,钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中;就连最凶猛的酸------ 王水,也不能腐蚀它。有人曾把一块钛片扔进大海,经过5年以后取出来,仍然闪闪发亮,没有半点锈斑。俗话说:“真金不怕火炼”。可是钛的熔点比黄金还高出 600多摄氏度。正因为钛的本领非凡,所以有着广泛用途。现在,钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。在宇宙飞船和导弹中,也大量用钛代替钢铁。钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛,也是非常坚硬的化合物,它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。这样坚硬而耐热的材料,可以代替超级钢,制造高速切削刀具。钛的许多特殊性能,还在化工、超声波和超导技术中得到应用。然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地壳重量的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上,我国钛的储藏量最多,四川的攀枝花,钛的储藏量占全国90%以上,是世界上罕见的大钛矿。

铝的外衣

将银白色的铝放在空气中,没有多久,便穿上了一件极薄的、近乎透明的白色外衣——氧化膜。

真使人难以相信,铝的这件外衣,同光彩夺目的红、蓝宝石的主要成分竟是一个东西,都是氧化铝(A1203)。它们的区别,只是晶体的结构不同。然而,你可别瞧不起铝的这件貌不惊人的外衣,它对于铝的使用却作出了杰出的贡献哩!

大家都知道,钢铁是具有多种宝贵性能的材料。将钢铁放在空气中,也会穿上一件外衣——铁锈(主要成分是氧化铁)。可是钢铁的这件外衣结构很疏松,大气中的氧、水蒸气、二氧化碳分子都能穿过这件外衣的无数孔隙,深入到钢铁内部,继续把钢铁变成铁锈,直至整块钢铁都变成无用的“烂铁”为止。所以,为了保护钢铁不被锈蚀,人们常让钢铁制品另外穿上一件保护衣——防锈物质。

铝的外衣与钢铁的外衣不同,它虽然非常薄,但是却“天衣无缝”,非常致密。即使把铝块拉长、压扁、扭转或弯曲,它也不会松掉、脱落,仍能牢牢地裹在铝的表面。氧气、水蒸气、二氧化碳分子对它都无可奈何,钻不过去。

铝的外衣——氧化铝不溶于水,熔点高达2050℃。把铝制品加热到660℃时,金属铝已熔化成为液体,可是氧化铝仍然覆盖在液态铝表面,防止氧气与铝接触。

铝的外衣称得上是一副不怕水浸、火烧,能够保护自己免受大气腐蚀的盔甲。

但是,铝的外衣也有关中不足之处:一是天然形成的这件防护衣太薄了,厚度只有万分之二到万分之四毫米,一张普通的纸也比它厚五百倍,因此经不起机械的损伤;二是怕酸、怕碱。如果这件外衣能够再厚一些,能更坚硬、耐磨损、耐腐蚀,就更好了。

为了使铝的外衣增厚,人们想到,铝的外衣——氧化铝膜,是锅与空气中的氧发生氧化反应生成的。如果用比氧具有更强的氧化性物质来和铝发生氧化反应,那末,生成的氧化铝膜岂不是可以更厚实一些了吗?

于是,人们先用磷酸钠(Na3PO4)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)等溶液洗去铝制品表面的油污,再让它在热水中洗个澡,然后浸在铬酸钠(Na2CrO4)、碳酸钠(Na2CO3)及氢氧化钠混和液中进行氧化处理。由于铬酸钠是一种强氧化剂,铝的外衣一—氧化铝膜果然大大增厚了。

在工业上,人们将铝制品浸在电解质溶液中作阳极,通入直流电使铝氧化,也生成了较厚的氧化铝膜。人工加厚的氧化铝膜比天然形成的厚八十多倍,达0.015—0.017毫米。

有趣的是,人工加厚的铝制品外衣,还真象人穿的衣服一样可以染上各种颜色。这样,铝制品就不再是一律穿银白色的外衣了,而是可以穿上金黄、大红、宝蓝、翠绿等五光十色的漂亮衣服。你们看到的逗人喜爱的金**笔套、彩色金属钮扣、打火机等等铝制品,它们穿的就是染了色的氧化铝外衣。

灯泡的化学

当我们轻轻一按开关,亮起书桌上的台灯来温习时,我们又对这个助手有多少认识呢?

想一想 你知道一个普通灯泡怎样发光吗?

灯泡所以能够发光,是因为电流经过钨的金属丝(又称钨丝)时产生高热所引致的。我 们所以选用钨丝,是因为它是熔点最高的金属(其熔点为3422oC),在摄氏1000多度的环境下仍旧保持不变,而其他金属在这环境下早已熔掉了。

钨和很多金属一样,在高温时很快便会被氧化和烧断,所以灯泡里不能存有氧气。但如果抽出所有空气令灯泡真空,高温的钨又很容易蒸发成为气体,缩减了灯泡的寿命。那怎么办呢?为了延长灯泡的寿命,灯泡里会载满氩这种惰性气体,并且加了点压力,以减低蒸发的机会。此外,灯泡里还加点碘,同样是为了减慢钨蒸发的速度。这是因为钨和碘在约1000oC 的环境下会变成碘化钨,但当碘化钨再接触高热的钨丝时,又再变回钨和碘。这样,便可以使灯泡的寿命延长一点了。

水不能扑救哪些物质造成的火灾

当火灾发生时,很多人会习惯的用水去灭火,但事实上有些时候却不能这么做,下面这些着火的情况便不能用水去灭火,否则变成了“火上浇油”。

(1)碱金属不能用水扑救。因为水与碱金属(如金属钾、钠)作用后能使水分解而生成氢气和放出大量热,容易引起爆炸。

(2)碳化碱金属、氢化碱金属不能用水扑救。如碳化钾、碳化钠、碳化铝和碳化钙以及氢化钾、氢化镁等遇水能发生化学反应,发出大量热,可能引着火和爆炸。

(3)密度小于水的和不溶水的易燃液体,原则上不可以用水扑救。

(4)熔化的铁水、钢水不能用于扑救。因为铁水、钢水温度约在1 600 ℃,而水蒸气在1 000 ℃以上时便能分解出氢气和氧气,有引起爆炸危险。

(5)高压电器装置火灾,在没有良好接地设备或没有切断电流的情况下,一般不能用水扑救。

钢铁和合金

钢铁和合金统称为金属材料。金属材料一般利用它们的物理性质,如延展性、硬度、抗拉强度、导热性、导电性等。有时也利用它们的化学性质,如抗氧化、抗酸碱性等。除了作导线、仪器仪表的零部件、厨房用具等外,很少用金属单质,常用的是它们的合金,因为合金的性能和使用价值都比单质高。

通常所指的合金是有色合金的泛称,如铜合金、铝合金等。实际上钢也是合金,普通的钢材是铁和碳的合金,所以也叫碳素钢。钢里除铁、碳外,加入其他的元素,就叫合金钢。另加入一种元素的合金钢,即是三元合金钢。如锰钢、硅钢(也叫矽钢,矽是硅过去的中文名称)等。另外加入两种或两种以上元素的叫多元合金钢。合金钢还常按用途命名,如工具钢、高速钢、不锈钢等。

我国的钢铁工业发展较快,特别是一些大型钢铁厂的建成投产,钢的年产量迅速增加(目前宝钢的年产量为600万吨,到1999年可达1000万吨),1993年已达8688万吨,居世界第三位。

下面介绍一些重要的钢种。

在碳素钢中有一般碳素钢和优质碳素钢。前者含碳量在0.4%以下的用作铁丝、铆钉、钢筋等建筑材料,含碳量0.4~0.5%的用作车轮、钢轨等,含碳量 0.5~0.6%的用来制造工具、弹簧等。后者含硫、磷等杂质比一般碳素钢低,常用作机械零件,在机械制造业中应用最多。

在合金钢中有锰钢、硅钢等。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、进汽阀和机床的齿轮等。硅钢是含硅量高的钢,具有很高的电阻,在电气工业中有广泛应用。例如,变压器用的钢即是含碳量小于0.02%、含硅3.8~4.5%的硅钢。

在按用途命名的钢中,常见的有工具钢、高速钢和不锈钢。

工具钢是用作车刀、刨刀、锉刀、锯条、拉丝工具等的合金钢。常用的有铬铝工具钢(含铬1.2~1.5%、含铝1.0~1.5%)、铬钼钒工具钢(含铬 11~12%、含钼0.4~0.6%、含钒0.15~0.3%)、铬锰钼工具钢(含铬0.6~0.9%、含锰1.2~1.6%、含钼0.15~0.3%)等。

高速钢也叫锋钢,是含钨的合金钢,用于制造高速运转的切削工具。它一般含钨8.5~19%、含铬3.8~4.4%、含钒1~4%。

不锈钢主要指含铬、镍的合金钢,品种很多,常见的有含铬17~20%、含镍8~11%。如果再加入钛(1%左右),钢的耐酸能力更强。

重要的有色金属合金中,铜合金较多,下面介绍其中的5种。铝青铜含铜90~95%、铝5~10%,用作装饰品和用具。

青铜含铜67~89%、锌2~33%、锡0~9%(不含锡的也叫无锡青铜)、铅0~2%,用作制造机械零件。此外还有特种青铜,如磷青铜、铍青铜、硅青铜等,具有耐腐蚀、高导电性能,用于仪表工业。

黄铜含铜66~73%、锌27~34%,常用于制造船舶机械零件。

铝黄铜含铜68~70%、锌27~31%、铝1~3%,用于制造船的推进机翼、舵等。

德国银含铜45~62%、锌20~30%、镍15~18%,呈银色、硬度高、电阻大,用来制作装饰品和电热器。

铝合金中主要有坚铝和铝镁合金。坚铝含铝95.5%、铜3%、锰1%、镁0.5%,坚硬而轻,用于制造汽车和飞机。

铝镁合金含铝90~94%、镁6~10%,可制作仪器及天平梁。

易熔合金有铸字合金、巴比特合金、伍德合金和焊锡等。铸字合金(也称活字金)含铅70%、锑18%、锡10%、铜2%,用于制造铅字。

巴比特合金含锡70~90%、锑7~24%、铜2~22%,它是包含坚硬晶体的过冷液体,受到压力时会自动调整而减少磨损,用于制造机械的轴承。

伍德合金含铋38~50%、铅25~31%、锡12.5~15%、镉12.5~16%,熔点低(60~70℃),用于制作汽锅的安全阀等。

焊锡含铅67%、锡33%,熔点为275℃,用于熔接金属。

此外,含镍60~75%、铁12~26%、铬11~15%、锰1~2%的镍铬合金,电阻大、耐腐蚀,常用作电热丝(镍铬丝)。

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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。

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。形状记忆合金为什么能具有这种不可思议的“记忆力”呢?目前的解释是因这类合金具有马氏体相变。凡是具有马氏体相变的合金,将它加热到相变温度时,就能从马氏体结构转变为奥氏体结构,完全恢复原来的形状。

最早研究成功的形状记忆合金是Ni-Ti合金,称为镍钛脑(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 Cu-Zn-Al和 Cu-Al-Ni,价格只有Ni-Ti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,很有开发前途。表7-3列出一些形状记忆合金及其相变温度。

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。

在茫茫无际的太空,一架美国载人宇宙飞船,徐徐降落在静悄悄的月球上。安装在飞船上的一小团天线,在阳光的照射下迅速展开,伸张成半球状,开始了自己的工作。是宇航员发出的指令,还是什么自动化仪器使它展开的呢?都不是。因为这种天线的材料,本身具有奇妙的“记忆能力”,在一定温度下,又恢复了原来的形状。

多年来,人们总认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。可是,美国科学家在五十年代初期偶然发现,某些金属及其合金也具有一种所谓“形状记忆”的能力。这种新发现,立即引起许多国家科学家的重视。研制出一些形状记忆合金,广泛应用于航天、机械、电子仪表和医疗器械上。

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,上面提及美国登月宇宙飞船上的自展天线,就是用镍钛型合金作成的,它具有形状记忆的能力。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。

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,它在非常严酷的环境下运转。涡轮喷气发动机工作时,从大气中吸入空气,经压缩后在燃烧室与燃料混合燃烧,然后被压向涡轮。涡轮叶片和涡轮盘以每分钟上万转的速度高速旋转,燃气被喷向尾部并由喷筒喷出,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,也最容易损坏。因此极需新型高温合金材料来制造叶片。

贮氢合金氢是21世纪要开发的新能源之一。氢能源的优点是发热值高、没有污染和丰富。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。

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。用非晶态合金做铁芯,效率为%,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。

马良的牢记使命、从军十一载,历练坚毅品质

2000年,18岁的马良从山东老家光荣入伍,成为一名普通的消防战士。初入警营,马良就意识到这是一支不同寻常的部队,是老百姓最亲近的贴心人,是人民群众用感激和泪水来拥戴的队伍。马良立志,一定要扎根消防部队,做一名对党忠诚、服务人民、无私奉献的忠诚卫士。入伍以来马良时刻牢记党的恩情、部队的培养、人民的需要,以坚定的革命理想和信念默默奉献在任务繁重的消防警营中,训练场他挥汗如雨,火场上他浴血奋战、抢险救援他争分夺秒、为民服务他真情帮助。由于工作表现优异, 2003年5月,马良光荣地加入中国***,完成了人生中的一个重要心愿。

2005年6月,马良在一次社会救助中得知驻地学生王学琴由于家庭贫困,手中拿着上海交大的录取通知书却面临着失学的困境。回到中队的马良,取出了自己积攒多年的5000元钱,悄悄的送到了贫困学生王雪琴手中。在马良同志的感召下,特勤中队官兵也纷纷慷慨解囊,并决定与马良一起资助其完成四年的学业。在王雪琴踏上火车就学的那一刻,她转过身向送行的马良深深的鞠了一躬,说道:“消防部队的各位叔叔,谢谢你们。”

扎实肯干、苦练本领,磨砺“钢铁男儿汉”

十一年时光转瞬即逝,马良也从战斗员成长进步为班长、执勤中队长助理、攀枝花消防部队灭火抢险救援的“尖兵”。十一个寒暑,马良不断在警徽下升华,在岁月中坚韧,在水火交融中锻淬,信念在不知不觉间转化为动力。

在攀枝花消防战士中,熟悉马良的人都知道,他是一个有名的“训练狂”。加重负荷训练,起早摸黑学习,不厌其烦地向老同志“讨”技术、“要”经验,休息时间也一个人在操场上摆弄器材。挂钩梯、二节梯、百米板障、两盘水带连接和各种特勤器材操作,对于他来说简直是“得心应手”,可他还是每天坚持100个俯卧撑,100个仰卧起坐,100个下蹲的必修课。当同年的战友们问他体能这么好还何必这样为难自己时,他却笑着说:“当兵不习武,不算尽义务;武艺练不精,不是合格兵。”日积月累的训练、火海救援现场中的摸爬滚打,普通的消防战士逐渐成长为“钢铁男儿汉”,哪里有急难险重的任务,马良的身影就出现在哪里。业务尖子、比武精兵、攻坚头号、技术骨干……马良背负了一个普通消防战士并不平凡的责任。 

热血男儿、英雄本色,敢于死神争高下

马良多次出生入死,参加灭火战斗和抢险救援及社会救助1500余次,抢救遇难群众103人。特别是参加处置了攀枝花市昶阳化工有限公司生产车间悬浮剂精馏塔导热油泄漏燃烧事故、攀枝花市能源有限责任公司液化石油气槽车倾翻事故、川投公司黄磷厂泥磷池垮塌燃烧事故、攀枝花市石油公司金江油库油品泄漏事故、攀枝花市仁和区务本乡大黑山6名小学生被困仙人洞救援、攀枝花“成都辣王”火灾、攀枝花盐边县冶金材料有限责任公司镁粉火灾、攀枝花大黑山5名群众失踪救援、攀枝花苦荞煤矿透水事故救援等重大火灾和抢险救援,在这些灾害处置过程中,马良都发挥了重要作用,有些甚至是关键作用。

2002年11月18日,攀枝花市金江地区山体大面积垮塌,金江油库中转灌区三个装有252吨燃料油罐的输油管道从罐体结合处拉脱,一号罐内约60吨柴油全部泄漏,二号罐内的60吨柴油、四号罐内的120吨号汽油大量向外喷射,油品越过防护提四处流散。而距离不到300米的地方,是大沙坝油库、金江油库发油台、卸油栈桥,成昆铁路隧道以及金江油库甲区10个3000立方米的覆土罐。稍有不慎,金江片区近4平方公里将成为一片火海,成昆铁路交通大动脉将受到严重影响。在抢险现场,马良主动请缨,身着防化服,佩戴着空气呼吸器,携带无火花工具,在喷雾水枪的掩护下,靠近罐区用棉絮包裹、木梭充填、铜丝捆扎的方法,对泄露油罐实施堵漏。由于输油管道破裂,泄漏口极不规则,加之泄漏压力大,堵漏十分困难。马良站在齐膝深的油料中,沉着冷静地处置着险情,而喷射的油料不断打落在他的身上。紧张使空气凝聚,站在一旁掩护的官兵都摒住呼吸,大家知道,一旦出现一星火花或是有一个闪失,灾难将是毁灭性的。凭着过硬的本领,马良抛开一切念头,小心谨慎地一次又一次实施堵漏。在坚守战斗岗位近24小时后,马良成功将全部堵漏工作完成,并配合油库工人完成倒罐。一场惊天动地的险情最终化险为夷。

2007年8月23日,攀枝花市西区苦荞煤矿发生透水事故,8名矿工被困井下,生死不明。由于矿内情况极其复杂,营救工作进展一度缓慢。消防官兵赶到后,立即取搜救方案。此时,身为中队代理排长的马良主动请战,深入井下展开搜救。经过反复6次的艰难前行,马良将生命探测仪携带到距事故发生地约140米的位置。而此时,洞井内数次冒顶,矿道完全被堵塞,透水、垮塌超乎想象。在生与死的关头,马良没有放弃,他毅然选择了冒死前进。在战友们的协同配合下,大家从堆积的煤块、砂石、木板中挖出一条通道,马良匍匐着从狭小的通道间一步步艰难行进,并展开生命探测。最终,在超人的毅力、体力和顽强的意念支持下,马良准确地探测出生命迹象,并带回了矿道内的所有情况,为全面实施救援提供了宝贵的信息。最终,被困人员获救,鲜活的生命再次被马良从死神手中夺回!……

“游走在生死边缘,你寻找生命的希望。如此坚毅磅礴的气概从而何来?那是因为你不仅把国徽顶在头上,更把它装在心里!”入伍十一个春秋,马良先后参加2700多次灭火战斗、抢险救援和社会救助,有140余人被他从死神手中抢回!攀枝花市近十年来的重特大事故现场,都留下了马良橙色的背影,而马良正是用自己的生命来抢救他人的生命,不断诠释着消防战士的意义。

一名普通而不平凡的消防战士,用十一年的消防军旅生涯不断诠释着“忠诚”的意义,在水火交融的战场上打出了铁军的威风,在不是故乡胜似故乡的钢城扎根奉献,他的故事,正是一代又一代攀枝花消防人的缩写。。