2025年高考特種合金

　　目前工業(yè)上應(yīng)用的合金種類數(shù)以千計(jì)，現(xiàn)只簡要地介紹其中幾大類。

　　(1)耐蝕合金

　　金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個條件之一：

　�、贌崃�學(xué)穩(wěn)定性高的金屬。通常可用其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢來判斷，其數(shù)值較正者穩(wěn)定性較高；較負(fù)者則穩(wěn)定性較低。耐蝕性好的貴金屬，如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類。

　　②易于鈍化的金屬。不少金屬可在氧化性介質(zhì)中形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜，這種現(xiàn)象稱為鈍化。金屬中最容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等。

　�、郾砻婺苌�成難溶的和保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜的金屬。這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質(zhì)中才出現(xiàn)，例如，Pb和Al在H2SO4溶液中，F(xiàn)e在H3PO4溶液中，Mo在鹽酸中以及Zn在大氣中等。

　　因此，工業(yè)上根據(jù)上述原理，采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金，一般有相應(yīng)的三種方法：

　�、偬岣呓饘倩蚝辖鸬臒崃�學(xué)穩(wěn)定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢，增強(qiáng)其耐蝕性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用是有限的。

　　②加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。在鋼中加入適量的Cr，即可制得鉻系不銹鋼。實(shí)驗(yàn)證明，在不銹鋼中，含Cr量一般應(yīng)大于13%時才能起抗蝕作用，Cr含量越高，其耐蝕性越好。這類不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質(zhì)如稀硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因?yàn)榉茄趸�性酸不易使合金生成氧化膜，同時對氧化膜還有溶解作用。

　　③加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構(gòu)致密的化合物羥基氧化鐵［FeOx·(OH)23-2x］，它能起保護(hù)作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進(jìn)這種保護(hù)膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。

　　金屬腐蝕是工業(yè)上危害最大的自發(fā)過程，因此耐蝕合金的開發(fā)與應(yīng)用，有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。

　　(2)耐熱合金

　　提高鋼鐵高溫強(qiáng)度的方法很多，從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的化學(xué)觀點(diǎn)看，大致有兩種主要方法：

　　一是增加鋼中原子間在高溫下的結(jié)合力。研究指出，金屬中結(jié)合力，即金屬鍵強(qiáng)度大小，主要與原子中未成對的電子數(shù)有關(guān)。從周期表中看，ⅥB元素金屬鍵在同一周期內(nèi)最強(qiáng)。因此，在鋼中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。

　　二是加入能形成各種碳化物或金屬間化合物的元素，以使鋼基體強(qiáng)化。由若干過渡金屬與碳原子生成的碳化物屬于間隙化合物，它們在金屬鍵的基礎(chǔ)上，又增加了共價鍵的成分，因此硬度極大，熔點(diǎn)很高。例如，加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物，從而增加了鋼鐵的高溫強(qiáng)度。

　　利用合金方法，除鐵基耐熱合金外，還可制得鎳基、鉬基、鈮基和鎢基耐熱合金，它們在高溫下具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。其中鎳基合金是最優(yōu)的超耐熱金屬材料，組織中基體是Ni?Cr?Co的固溶體和Ni3Al金屬化合物，經(jīng)處理后，其使用溫度可達(dá)1000℃～1100℃。

　　(3)鈦合金

　　鈦是容易鈍化的金屬，且在含氧環(huán)境中，其鈍化膜在受到破壞后還能自行愈合。因此，鈦對空氣、水和若干腐蝕介質(zhì)都是穩(wěn)定的。鈦和鈦合金有優(yōu)異的耐蝕性，只能被氫氟酸和中等濃度的強(qiáng)堿溶液所侵蝕。特別是鈦對海水很穩(wěn)定，將鈦或鈦合金放入海水中數(shù)年，取出后，仍光亮如初，遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。

　　鈦的另一重要特性是密度小。其強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業(yè)金屬材料中最高的。

　　液態(tài)的鈦幾乎能溶解所有的金屬，形成固溶體或金屬化合物等各種合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善鈦的性能，以適應(yīng)不同部門的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的熱穩(wěn)定性，可在相當(dāng)高的溫度下長時間工作；以Ti-Al-V合金為代表的超塑性合金，可以50%～150%地伸長加工成型，其最大伸長可達(dá)到2000%。而一般合金的塑性加工的伸長率最大不超過30%。

　　由于上述優(yōu)異性能，鈦享有“未來的金屬”的美稱。鈦合金已廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門，它是火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設(shè)備以及若干輕工業(yè)部門中要大量應(yīng)用鈦合金，只是目前鈦的價格較昂貴，限制了它的廣泛使用。

　　(4)磁性合金

　　材料在外加磁場中，可表現(xiàn)出三種情況：①不被磁場所吸引的，叫反磁性材料；②微弱地被磁場所吸引的，叫順磁性材料；③強(qiáng)烈地被磁場吸引的，稱鐵磁性材料，其磁性隨外磁場的加強(qiáng)而急劇增高，并在外磁場移走后，仍能保留磁性。金屬材料中，大多數(shù)過渡金屬具有順磁性；只有Fe、Co、Ni等少數(shù)金屬是鐵磁性的。

　　磁性合金在電力、電子、計(jì)算機(jī)、自動控制和電光學(xué)等新興技術(shù)領(lǐng)域中，有著日益廣泛的應(yīng)用。

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