2023学年第一节常见的金属材料课件2.ppt

第三单元第三单元 金金 属属 第一节第一节 常见的金属材料常见的金属材料 悉尼奥运会的金牌味道不错！悉尼奥运会的金牌味道不错！哗！我要是有一个该多好！哗！我要是有一个该多好！金、银金、银 这是什么做的？这是什么做的？一、金属的物理性质一、金属的物理性质 思考：以下金属都是利用了金属的哪些物理性质？思考：以下金属都是利用了金属的哪些物理性质？用锰钢制成的钢轨用锰钢制成的钢轨 金属之最金属之最 熔点最低的金属是熔点最低的金属是-汞汞 熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨 密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂 密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇 硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯 硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬 最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯 最稳定的金属是最稳定的金属是-金金 延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂 展性最好的金属是展性最好的金属是-金金 地壳中含量最高的金属元素地壳中含量最高的金属元素铝铝 目前世界年产量最高的金属目前世界年产量最高的金属铁铁 导电导热性最好的金属导电导热性最好的金属银银 人体中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素钙钙 1.1.什么是合金？什么是合金？在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，叫做合金。具有金属特性的物质，叫做合金。2.2.为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属或非金属更优良的物理、化学或机械的性能。比各成分金属或非金属更优良的物理、化学或机械的性能。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。二、合金二、合金 3.3.使用合金材料是否一定比纯金属材料好呢？使用合金材料是否一定比纯金属材料好呢？查阅资料，填写以下汽车配件所用的金属或合金，并查阅资料，填写以下汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。解释使用这些材料的原因。汽车配件汽车配件 金属或合金金属或合金 使用原因使用原因 电线芯电线芯 汽车外壳汽车外壳 灯丝灯丝 发动机发动机 排气管排气管 金属金属CuCu 导电能力强导电能力强 合金合金 强度大，质量轻强度大，质量轻 金属金属 熔点高熔点高 合金合金 耐高温、强度大耐高温、强度大 合金合金 耐腐蚀耐腐蚀 1.1.为什么合金的性能与纯金属相比有很大的差异呢？为什么合金的性能与纯金属相比有很大的差异呢？2.2.我们在日常生活中使用的合金有铁合金、铝合金、我们在日常生活中使用的合金有铁合金、铝合金、铜合金等，这些合金的组成是怎么样的？铜合金等，这些合金的组成是怎么样的？金属与合金的结构比较：金属与合金的结构比较：纯金属内原子的排纯金属内原子的排列十分规整列十分规整 合金内原子层之间的相对合金内原子层之间的相对滑动变得困难滑动变得困难 固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否解释固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否解释为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的低呢？为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的低呢？在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。点一般比各成分金属的低。纯金属内原子的排纯金属内原子的排列十分规整列十分规整 合金内原子层之间的相对合金内原子层之间的相对滑动变得困难滑动变得困难 合金的分类：合金的分类：1.1.铁合金铁合金 铁铁合合金金 按组成元素分类：铁合金和非铁合金按组成元素分类：铁合金和非铁合金 根根据据含含碳碳量量的的上上下下 生铁生铁 钢钢 低碳钢低碳钢 合金钢合金钢 铸造生铁灰口铁铸造生铁灰口铁 炼钢生铁炼钢生铁 (白口铁白口铁)碳碳素素钢钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢 在碳素钢中参加铬在碳素钢中参加铬 锰锰 钨钨 镍镍 钼钼 钴钴 硅硅 等合金元素等合金元素 2%2%-4.3%4.3%0.03%0.03%-2%2%球墨铸铁球墨铸铁 0.3%0.3%0.3%0.3%-0.6%0.6%0.6%0.6%由于组成不同，由于组成不同，导致在性能、应导致在性能、应 用上均不同。用上均不同。具有各种不同具有各种不同 的优良性能。的优良性能。1.1.铁合金铁合金 生铁：生铁：钢：钢：含碳量为含碳量为2%2%-4.3%4.3%含碳量为含碳量为0.03%0.03%-2%2%用途用途:生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，是制造生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，是制造 机座、管道的重要材料。机座、管道的重要材料。用途：钢有良好的延展性，机械性能好，用于制造机械和交用途：钢有良好的延展性，机械性能好，用于制造机械和交通工具。通工具。铁合金：铁合金：钢钢 碳素钢：碳素钢：合金钢：合金钢：如：不锈钢合金元素为铬如：不锈钢合金元素为铬(Cr)(Cr)和镍和镍(Ni)(Ni)低碳钢、中碳钢、高碳钢低碳钢、中碳钢、高碳钢 2.2.铜合金铜合金 铜铜合合金金 黄铜：含黄铜：含Zn 20%Zn 20%36%36%青铜：含青铜：含Sn 10%Sn 10%30%30%白铜：白铜：含含Cu ZnCu Zn耐腐蚀，耐磨，可塑性强，耐腐蚀，耐磨，可塑性强，硬度较小。硬度较小。含含Cu Sn PbCu Sn Pb等等硬而脆，强度大。硬而脆，强度大。含含Ni ZnNi Zn少量少量MnMn制酒具等。制酒具等。3.3.铝合金：向纯铝中参加合金元素如铝合金：向纯铝中参加合金元素如CuCu、MgMg、SiSi、MnMn、ZnZn及及稀土金属等。稀土金属等。硬铝硬铝：Cu 40%Cu 40%、Mg 0.5%Mg 0.5%、Mn 0.5%Mn 0.5%、Si 7%Si 7%性能：密度小、强度大、抗腐蚀。性能：密度小、强度大、抗腐蚀。合金的成分不同，其性质也不相同；如果改变某一合合金的成分不同，其性质也不相同；如果改变某一合金元素的含量，合金的性质也会发生改变。金元素的含量，合金的性质也会发生改变。高压锅高压锅 世界上铝的年产量仅次于铁，居第二位。世界上铝的年产量仅次于铁，居第二位。铝有较好的延展性，可制成铝有较好的延展性，可制成0.01mm0.01mm的铝箔，的铝箔，用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途。业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途。铝合金铝合金用途用途 用钛用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线 4.4.形状记忆合金形状记忆合金：合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。被广泛用于做人造被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。低温下低温下 钛合金与人体有很好的“相容性，因此可用来制造人造骨。钛合金与人体有很好的“相容性，因此可用来制造人造骨。被认为是被认为是2121世纪的重要材料，它具有很多优良世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于制造火箭、蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于制造火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。钛金属腕表钛金属腕表 5 5.钛和钛合金钛和钛合金 金属材料金属材料 主要成分主要成分 光泽和颜色光泽和颜色 硬度大小对比硬度大小对比 黄铜片（合金）黄铜片（合金）铜锌铜锌 铜片（纯铜）铜片（纯铜）铜铜 焊锡（合金）焊锡（合金）铅锡铅锡 锡（纯锡）锡（纯锡）锡锡 通过以上比照实验，可得出什么结论？从颜通过以上比照实验，可得出什么结论？从颜色、硬度方面色、硬度方面 黄铜片铜片黄铜片铜片 锡锡 焊锡焊锡 黄色黄色 紫红色紫红色 银白色银白色 银白色银白色 合金和纯金属性质的比照合金和纯金属性质的比照 金属材料金属材料 主要成分主要成分 熔化速度对比熔化速度对比 铅（纯铅）铅（纯铅）铅铅 锡（纯锡）锡（纯锡）锡锡 焊锡（合金）焊锡（合金）铅锡铅锡 通过以上比照实验，可得出什么结论？通过以上比照实验，可得出什么结论？慢慢 中中 快快 合金和纯金属性质的比照合金和纯金属性质的比照 磁铁矿主要成分磁铁矿主要成分Fe3O4Fe3O4 赤铁矿主要成分赤铁矿主要成分Fe2O3Fe2O3 菱铁矿主要成分菱铁矿主要成分FeCO3FeCO3 铁矿石铁矿石 常见的铁矿石常见的铁矿石 黄铁矿主要成分黄铁矿主要成分FeS2)FeS2)三、炼铁的原理三、炼铁的原理 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。铁冶炼的化学原理。一氧化碳与氧化铁的反响一氧化碳与氧化铁的反响 实验的原理实验的原理 实验的步骤实验的步骤 实验的现象实验的现象 实验应注意哪些问题？先加热还是先通气？实实验应注意哪些问题？先加热还是先通气？实验完毕是先停止加热吗？验完毕是先停止加热吗？实验需要改进吗？一氧化碳有毒，实验完毕之实验需要改进吗？一氧化碳有毒，实验完毕之后，尾气怎么处理？后，尾气怎么处理？一氧化碳复原氧化铁的实验一氧化碳复原氧化铁的实验 实验原理：实验原理：实验操作：实验操作：1.1.按上图组装仪器，并检查气密性。按上图组装仪器，并检查气密性。2.2.把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上。使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上。FeFe2 2O O3 3 +3+3COCO =2Fe+3CO=2Fe+3CO2 2 高温高温 3.3.把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化。察装置中所发生的变化。4.4.当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却。儿一氧化碳，直至玻璃管冷却。将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，那么生成二氧化碳：浊，那么生成二氧化碳：CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2OCO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O；红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。(假假设是一氧化碳复原四氧化三铁，就将黑色粉末参加盐酸中，设是一氧化碳复原四氧化三铁，就将黑色粉末参加盐酸中，有气体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁有气体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸引的方法检验。铁吸引的方法检验。)实验现象实验现象 红色氧化铁粉末逐渐变成黑色，同时澄清红色氧化铁粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。的石灰水逐渐变浑浊。问题讨论：问题讨论：1.