02.05 科普:开启神奇的金属科学之门

我们在生活中见到的绝大多数金属,都是由一种主要金属元素和一种或多种添加的元素所形成的合金。


金属,是个大家庭。

科普:开启神奇的金属科学之门

在2017年最新版元素周期表上的118种元素中,已被人类探知的金属元素就多达94种。在这个大家庭中,铁是最常见的金属元素,建筑、机械、铁路、船舶、汽车、家电等国民经济的主要产业,都离不开钢铁。以钢铁为主的“黑色金属”,产量约占世界金属总产量的95%。

科普:开启神奇的金属科学之门

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一、黑色金属VS有色金属

黑色金属主要指铁、铬、锰及其合金。黑色金属的单质为银白色,而不是黑色。之所以称它们为黑色金属,是由于这类金属及其合金表面常有灰黑色的氧化物。

有色金属则是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属和半金属五类。。

由于稀有金属在现代工业中具有重要意义,有时也将它们从有色金属中划分出来,单独成为一类。而与黑色金属、有色金属并列,成为金属的三大类别。

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二、晶体结构与金属性能

一般情况下,固态金属和合金都是由原子按照一定规律周期性排列构成的不同晶体结构组成。金属的许多特性都取决于他们的晶体结构。例如不锈钢,按不同的晶体结构可分为铁素体、奥氏体和马氏体等,我们常说的304不锈钢就是一种奥氏体不锈钢。

铁素体不锈钢,为体心立方结构,具有良好的耐大气腐蚀性,多被用作建筑物的屋顶和幕墙、太阳能热水器等。奥氏体不锈钢,为面心立方结构,有强耐腐蚀性、可塑性和韧性,且具有顺磁性,常见于制作勺子、炊具、门把手等生活用品。

马氏体不锈钢,也是体心立方结构,但立方体的一个轴被延长,具备更高的强度,主要用于制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片,外科手术器械,餐刀等。

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三、新型金属材料

随着科学的发展,在世界金属科学家的努力下,许多新型金属材料应运而生,从而更好地满足了人类生活的多元化需求。

1,翱翔天际的轻金属:

航空航天技术的发展不断对材料科学提出新的问题和要求,催生出了一代又一代以铝、钛、镁等轻金属为基础的合金材料:

铝锂合金主要为飞机和航空航天设备的减重而研制,主要用于军用飞机、民用客机和直升飞机的机身框架、襟翼翼肋,垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。

钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高,主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件;早在20世纪80年代中期,具有生物相容性的钛合金也被开发出来,引入医疗领域,用作植入人体的植入物等。

镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料,由于散热、消震性好,在受冲击载荷时能吸收较大的能量,也广泛用于携带式的器械和汽车行业中,以达到轻量化的目的。

2,肩负重任的特种钢:

随着人们对汽车轻量化和防撞安全性要求的提高,汽车用钢不断向高强度和高塑性方向发展;管线钢需要在输送石油、天然气等重要物资的管道中长期服役,不但要经受住各种地质和气候条件的考验,还要具备良好的焊接性;抗震耐火钢用于钢结构建筑或高层大型建筑,提升耐火抗震性能的同时,还需考虑成本的控制;齿轮钢、轴承钢、模具钢等特种钢材,各自有针对性地优化性能,满足工业中的不同需要。

3,有趣的形状记忆合金:

记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。1969年7月20日,“阿波罗”11号登月舱在月球着陆,实现了人类第一次登月旅行的梦想。用以向地球发送和接受信息的天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好,然后降低温度把它压成一团,装进登月舱带上天去,当达到转变温度时,天线又“记”起了自己的本来面貌,变成一个巨大的半球形。

目前,形状记忆效应和超弹性已广泛用于医学和生活各个领域。如制造血栓过滤器、脊柱矫形棒、接骨板、人工关节、妇女胸罩、人造心脏等等。还可以广泛地应用于各种自动调节和控制装置。

4,抗菌不锈钢的发展与普及:

随着国民生活水平的提高,人们对环境卫生和防止交叉感染的要求也日渐提高。具有长效广谱抗菌性的不锈钢产品适用范围极广,融荣科技持有的国家发明专利已包括铁素体、奥氏体、马氏体等三种类型的抗菌不锈钢。

抗菌不锈钢不仅具备了与常规304、430等不锈钢相当的力学性能,更已在食品接触领域取得了国际权威第三方机构SGS公司的可靠认证,可广泛应用于食品设备、制药机械、医疗器械、厨房用具、公共卫生等领域。

融荣科技凭借自主核心技术优势和专业化运营团队,活跃在中国及世界高科技前沿领域,立志成为世界抗菌金属功能材料的先行者和领路人。公司依托中国科学院、东北大学等多家知名院所,力求将我们“国内首创,世界领先”的抗菌不锈钢技术推广至千家万户,实现“打造无菌世界”世界普及、全民受益的真挚理想。

融荣科技抗菌不锈钢

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