金属材料元素分析范文
时间：2024-01-09 17:47:35
导语：如何才能写好一篇金属材料元素分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
[关键词]金属材料，化学成本，仪器分析
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
金属材料的化学成分是决定材料性能和质量的重要因素，现行国家、行业标准对绝大多数的金属材料都规定了其必须保证的化学成分，有的甚至作为质量、品种的指标。金属材料的化学成分分析依据分析原理和分析条件不同，分为化学法和仪器法。化学法主要根据金属成分的化学反应来确定金属材料的组成成分，这种方法能够准确定性及定量分析金属化学成分，但存在着试剂消耗量大、过程复杂、效率低下的缺点。仪器分析法则根据元素的的光学、电学等化学性质，利用分析设备为依托，准确快速地实现成分分析。随着仪器分析学科的发展和越来越多先进分析设备的问世，紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法以及X射线荧光光谱法等仪器分析方法在金属材料分析领域应用越来越成熟。
一、 紫外可见分光光度法
分光光度法的原理是利用重金属与显色剂发生络合反应，生成有色的分子团，反应后溶液的颜色深浅与浓度成正比。在特定的波长下与标准样品比色检测。目前分光光度分析主要有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定，另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见区都有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于分析的较少。加入显色剂使待测物转化为紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，是目前金属材料分光光度分析方法最广泛的手段。通过分光光度法，可测定金属材料中的Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg等化学成分。与传统化学法相比，紫外可见分光光度法具有灵敏度高，仪器设备操作简单，操作便捷、快速的有点，能够广泛应用在各种金属材料的化学成分分析中，但是相比较于化学法以及其他仪器分析方法，存在着样品需要显色处理、准确度不高的不足。
二、 原子吸收光谱法
原子吸收光谱法是20世纪50年代创立起来的一种新型仪器分析方法，依据金属材料中被分析的目标元素能够吸收特定波长的特征谱线，根据特定元素对光吸收量的多少从而利用朗博比尔定律去进行定量分析，实现金属材料中元素含量的分析。该种方法能够实现金属材料中70多种微量元素的成分分析。分析灵敏度根据原子化方式的不同有所不同，火焰原子吸收光谱法测定的金属材料相对灵敏度为1.0×10-8～1.0×10-10g・mL-1，非火焰原子吸收分光光度法的绝对灵敏度为1.0×10-12～1.0×10-14g。原子吸收光谱法作为一种成熟且应用广泛的分析方法，应用在金属材料化学分析领域具有不可替代的优点：首先，该方法分析范围广，能够分析金属材料中70多种主次微含量的元素；其次，原子吸收光谱法采用的是锐线光源，减少了目标元素之外的其他元素光谱干扰，有利于得到更为准确的分析结果，测定微、痕量元素的相对误差可达0.1%～0.5%，这点在基体复杂的金属材料分析中尤为明显；再次，该方法具有良好的稳定性和重现性，精密度好，一般的仪器分析结果相对标准偏差为1%～2%，性能好的仪器可达0.1%～0.5%。第四，该方法分析的速度快，分析一个样品只需要数十秒至几分钟。基于以上优点，该方法已经成为金属材料化学成分分析的主要手段。但是该法也存在每次测试只能分析一个目标元素，分析多元素时样品用量大，以及只能分析液体样品，金属材料需要化学前处理的不足。
三、原子荧光光谱法
原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的，是通过测量待测元素的原子蒸汽在特定频率能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光主要有5种基本类型：共振荧光、直跃线荧光、阶跃线荧光、敏化荧光和多光子荧光。大部分仪器分析工作时使用的是共振荧光因其跃迁的概率最大且普通线光源即可获得相当高的辐射密度。原子荧光光谱法在金属材料化学分析中应用最成功的是金属材料中易形成气态氢化物的As、Sb、Bi、Se、Ge、Pb、Sn、Te和Hg等8种元素的痕量分析，到20世纪末，又增加了Cd和Zn两种元素。目前有些国家标准中已经将原子荧光光谱法指定为金属材料中个别元素分析的标准方法。原子荧光光谱法分析金属材料，具备以下几个方面的优点：1、分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除干扰；2、与溶液直接喷雾进样相比，氢化物法能够将待测元素充分预富集，进样效率接近100%；3、连续氢化物发生装置易于实现自动化；4、不同价态的氢化物发生条件不同，可进行金属材料中痕量元素的价态分析。但是基于原子荧光光谱法的原理，能够形成气态氢化物的元素有限，所以原子荧光光谱法仅能够实现金属材料中部分元素的分析，而不能实现所有成分元素的测定，存在一定的局限性。
四、原子发射光谱法
原子发射光谱法与原子吸收光谱法相辅相成，是金属材料中无机元素定性和定量分析的主要手段。分析的原理是依据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线，对元素进行定性和定量分析。该方法分析目前最主要的仪器为ICP-AES，此类仪器可实现70多个元素的微量、痕量分析。与原子吸收光谱法不同，使用该仪器分析方法分析金属材料时，一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，从而可以实现一个金属材料样品同时测定其中的多个元素含量。使用原子发射光谱法分析的试样，大多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，若用光电直读光谱仪，还可在几分钟内同时做几十个元素的定量测定。对于批量金属材料的分析，体现出了快速和样品使用量较少的优点。原子发射光谱法的仪器大多都具备检出限低，稳定性及重现性好的优点，但也存在一定的不足，在金属材料分析中，由于各个元素的发射谱线众多，各个目标元素有时会出现相互干扰的情况，影响结果准确性；分析金属材料中主元素含量时，由于含量过高，分析的准确性会变差；该类仪器分析方法，只能分析金属材料中的元素含量，而不能分析金属材料中的化合物含量或者元素的形态；虽然缺点明显，但是原子发射光谱法还是以其无法比拟的优点赢得众多金属材料化学成分分析者的欢迎，成为金属材料化学分析的首选手段。
五、结语
使用仪器分析方法进行金属材料的化学成分分析，每种方法适用的样品类型以及分析的目标不一致，优缺点明显。如何根据金属材料的性质以及分析的目标选取适当经济的分析方法，才是做好金属材料化学分析的关键。随着化学分析技术的进步以及仪器性能的不断提高，仪器分析手段将会更加广泛地应用到金属材料化学分析中。
参考文献
[1] 孙汉文.光谱学与光谱分析，2003，23（2）：386.
[2] 那延富，郑健，冯国栋等.分析化学，2003，31（4）：490.
[3] 邓勃.现代仪器，2004，（2）：1.
[4] GB/T12689.1～13689.12-2004锌及锌合金化学分析方法.
篇2
关键词：金属晶体 溶入析出 力学性能 防腐性能
金属材料的热处理过程是金属材料微观相结构发生固态转变的过程，固态转变是金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶解析出形成的。热处理过程中金属材料冷却转变温度不同，形成不同的微观相结构，金属材料的合金成分不同，热处理以后会有不同的微观显微组织。为了满足对金属材料各种性能的要求，对金属材料进行强韧化处理，加入合金成分进行固溶强化，冷变形回复再结晶细晶强化，塑性变形增加金属材料的位错强化。金属材料强韧化处理以后，可以应用在工程和机械方面，有工程结构钢、机械制造结构钢，应用在工具制造和耐热耐高温的高科技行业，有工具钢、高温合金钢。热处理的发展有整体热处理、表面热处理、化学热处理，我国先进的热处理设备和热处理技术为我国现代化建设作出了重要贡献。
1、金属材料的微观晶体结构
金属材料都是晶体结构，如果金属在液态急冷也会形成非晶态组织。晶体有单晶体和多晶体，单晶体是单一位向的晶体，多晶体是不同位向的晶体，晶体的不同位向我们称之为晶粒。
金属材料的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，各种晶格结构的晶体都有它的晶向指数和晶面指数。晶向指数的确定方法是建立坐标系，求坐标uvw，化整数uvw，加中括号，晶面指数的确定方法是建立坐标系，求截距、取倒数、化整数、加小括号。金属材料的微观显微组织由各个相组成，所谓相就是金属材料中结构相同、成分性能均一的组成部分。金属材料合金成分在金属晶体中固溶，金属材料晶体结构中存在空位、间隙原子，存在位错，还有晶界、相界以及表面。
2、金属材料合金成分的溶入析出理论
金属材料由金属晶体加入合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，合金成分它们的原子以分子间力、金属键、共价键、离子键的结合力的形式固溶。金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞内的固溶位置随温度而变化，温度升高原子逐渐固溶在金属晶体的晶胞心部，快速冷却时原子析出在金属晶体的晶胞表面，金属材料的晶格结构从体心立方晶格转变成面心立方晶格和密排六方晶格。金属材料合金成分的原子从晶胞心部向晶胞表面的析出过程是微观相结构的形成过程，在热处理冷却过程中不同的冷却转变温度析出具有不同形态的相组织。从加热状态快速冷却至室温的金属材料晶格结构之间的转变我们称之为金属材料的相变。
金属材料的热处理过程是金属材料加热、保温和快速冷却的过程，在热处理加热过程中，随着温度的升高，金属材料的合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度不断增大，从加热保温状态以一定的冷却速度冷却，随着金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度迅速减小，合金成分析出在金属晶体的晶胞表面，在室温下可以从电子显微镜观察到不同的微观相组织。
3、金属材料合金成分和力学性能
金属材料中的合金成分可以增加金属材料的强度。金属材料合金成分不同，原子之间的结合力不同，则金属材料的力学性能不同。纯金属只有一种金属原子，它们原子之间的结合力我们称之为分子间力。如果固溶的合金元素是金属元素，则固溶的合金元素之间形成金属键，如果固溶的合金元素是金属元素和非金属元素，则形成共价键，两个原子各提供一个价电子形成的共价键称为一般共价键，由一个原子单独提供价电子形成的共价键称为配位共价键。如果固溶的合金原子结合力强形成离子键，离子键是金属原子的核外电子进入非金属原子的核外电子轨道形成离子键化合物。
在热处理中，同样的冷却转变温度不同的金属材料有不同的微观析出形态，这和金属材料原子之间的结合力有关，原子之间的结合力不同原子析出速度不同，形成不同的微观相结构，材料因此具有不同的强度、硬度等力学性能。
4、金属材料原子的结合力和防腐蚀性
金属材料要具有很强的抗氧化和抗腐蚀的能力。空气、蒸汽、水属于弱腐蚀介质，酸、碱、盐属于化学侵蚀性介质。在金属材料中间隙固溶的合金原子之间存在结合力，如果金属晶体的原子和合金成分原子之间也存在结合力，则间隙固溶的合金成分的原子能量增加，间隙原子置换出金属晶体的原子，置换出的金属原子进入金属晶体的空位或表面，进入表面的金属晶体原子和弱腐蚀介质或者化学浸蚀性介质的原子结合形成化合物，金属材料就会被氧化腐蚀。
如何防止金属材料氧化腐蚀，就是要防止金属材料的金属晶体的原子被合金原子置换。金属材料的合金原子固溶后由于间隙固溶原子会造成晶格绮变，原子核对电子的束缚力很大，形成自由电子可能性很小，而间隙固溶的原子核外电子轨道的重叠很多，能形成稳定的化学键。如果合金材料中加入一种金属合金元素则金属原子之间以分子间力的形式形成稳定的固溶体。如果加入两种不同的金属合金元素则形成稳定的金属键固溶体，如果加入两种合金元素一种是金属一种是非金属，则形成稳定的共价键化合物或离子键化合物固溶体。如果是两种合金元素则原子数要相同，否则多余的合金原子容易和金属晶体的原子形成结合力，容易置换出金属晶体的原子，造成氧化腐蚀。我们可以用原子之间结合力的方式设计合金成获得
具有优良性能的金属材料。
5、金属材料微观相结构的相变理论
金属材料在热处理中同一个相变温度则形成单相组织，不同相变温度则形成多相组织。以铁碳合金的热处理微观显微组织分析，亚共析钢缓慢冷却得到铁素体和珠光体组织。铁素体是白色的块状组织，珠光体是黑色的片状组织。铁素体和珠光体的形成是金属材料加热、保温、冷却过程中，合金成分从金属晶体的晶胞内析出在金属晶体的晶胞表面，由于在加热的高温状态缓慢冷却因此金属材料的冷却转变温度高，原子的析出速度慢，析出的合金成分慢慢聚集形成珠光体片状组织，合金成分含量很少的晶胞形成白色的铁素体块状组织。
如果热处理过程中金属材料的冷却速度快，冷却转变温度低，原子的析出速度快。如果贝氏体冷却转变温度偏高则金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成羽毛状的上贝氏体组织，如果贝氏体冷却转变温度偏低则形成针状或竹叶状的下贝氏体组织。
如果金属材料在冷却介质中快速冷却，原子的析出速度快，因此合金成分在很短的时间内快速析出在金属晶体的晶胞表面形成板条状马氏体组织。在板条状马氏体组织形成的同时，出现残余奥氏体组织，残余奥氏体组织是金属材料合金成分析出在金属晶体晶胞表面以后的组织。
6、结论
（1）金属材料的合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，在热处理过程中随着温度的变化合金成分在金属晶体的晶胞内溶入析出，金属晶体的晶格结构从合金成分溶入金属晶体晶胞心部的体心立方晶格转变成合金成分析出在金属晶体晶胞表面的面心立方晶格和密排六方晶格。
（2）金属材料间隙固溶的金属或非金属原子由于原子核对电子轨道电子的束缚力大，电子轨道的重叠较多，如果合金成分的金属或非金属的原子配位数相同，则可以形成稳定的固溶体。如果可以避免金属晶体的原子被置换，有效防止金属材料的氧化腐蚀。
（3）微观显微组织的相结构是在热处理中合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成的。不同的过冷转变温度析出具有不同形态的相结构。金属材料在热处理过程中金属晶体晶格结构的转变我们称之为相变。
篇3
关键词：难熔金属；研究应用现状；质量控制
中图分类号： TG244 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）05（c）0000-00
1 引言
难熔金属包括钨、钼、钽、铌、铼和钒六种，这六种金属均为熔点在2000摄氏度以上的材料。难熔金属材料及其和合金具有熔点高，在高温环境下强度高，对液态金属腐蚀抗性强、具有加工可塑性等共同点。难熔金属及其合金材料的的使用温度比高温合金要的多，一般在1100-3320摄氏度之间。
2.难熔金属材料应用现状
2.1铌合金
铌合金在1100-1650摄氏度下的强度较高，它的焊接特性良好，具有很好的室温可塑性，同时作为难熔金属中密度最小的一种，能够加工制作成形状复杂的产品。按照合金强度不同可以将铌合金分为低强度、中强度和高强度三类，按照合金密度不同可以分为低密度、高密度两类。美国和俄罗斯对铌合金的研发各自不同，研究种类多达二十几种。美国以W、Hf、Mo作为铌的强化添加元素，俄罗斯则以Zr、W、Mo为主，第二相强化则主要是以C为主。
2.2 钼合金
钼合金的熔点相比于钽和钨较低，它的优点是弹性模值最高，且其密度、膨胀系数都较小，高温蠕变性能非常优秀。钼合金的焊接性能很好，焊缝的强度和可塑性都能达到一定的条件，其工艺性能在钨之上。但是它在低温环境下会脆化，高温环境下氧化问题严重。
钼合金的开发当以俄罗斯为代表，按照合金元素的不同可以将钼合金划分为十四类，其中的添加元素主要是Ti、C、Re、Zr，同时也添加一些Ni、Nb、B等元素来改变材料的一些特性。
在所有的钼添加元素中，只有铼对其低温环境下的可塑性有利；Re元素在提升钼的低温环境可塑性的同时，还可以提升其强度和焊接性能，明显降低其再结晶之后的脆裂趋势，显著提高其高温稳定性，对抗热震性尤其明显。
2.3 钽合金
钽合金的熔点高，膨胀系数小，其抗热震性能和塑造韧性都很优秀，它的缺点是在500摄氏度以上的环境中工作时，抗氧化性能很差，一般都要在表面进行抗氧化涂层处理。美国和俄罗斯先后研制出了在高温环境中蠕变性能和强度都符合要求的钽合金材料。
钽合金使用与铌合金相似的涂层材料，铌合金是钽铌涂层的主要研究对象。在静态空气环境中，钽合金的多元难熔金属化合物表现出的抗氧化性能良好。
2.4 钨合金
钨合金涂层中最具有发展潜力的是具有高强度和高热稳定性能的硼化物和难溶氧化物保护层，钨合金涂层的研究方向是将具有自愈能力的硅化物覆盖在保护表面，难熔氧化物和硅化物的混合物则覆盖在有阻挡衬底的硅化物上，这样便可以使制品长时间工作在特定的使用环境中。
3 难熔金属材料的质量控制
随着技术的进步和市场的需求的复杂化，对难熔金属材料的质量要求越来越高，只有不断提高难熔金属材料的质量档次，才能获得更大的经济和社会效益。
3.1 材料成分的优化
材料成分的优化主要是通过合金化和掺杂来实现的。这种方法可以很好的提高难熔金属材料的质量和性能。
将钨和铼制作成为钨铼合金可以很好的提高材料的性能，使其兼具两种材料的优点，这种合金的熔点很高，强度和再结晶的温度比钨要高，而延性和脆性的转变温度则比钨低。还具有很好的焊接性能，抗腐蚀性能，电阻率高，电子逸出功率低，在电子等领域得到了广泛的应用。这种合金在退火后延性提高显著，这点与钨恰好相反。
利用掺杂微量元素改变材料的再结晶性能，这样便能克服材料的再结晶脆性。譬如掺杂钼材料正在取代纯钼材料出现在特种的引出线和灯泡支架中。
3.2 制造工艺的改善
提高难熔金属材料质量水平的有效方法之一就是制造工艺的改善。
TZM是目前使用范围广，使用量大的一种钼很近，其使用环境主要是1000摄氏度以上的高温场合。但是TZM是一种脆性材料，很难对其进行热变形加工，若采用直接锻造，成品的产出率很低，因此改善制造工艺成为一个有效的途径。通过热挤压开坯之后锻造，同时控制好挤压和锻造之间的形变量和加热工艺便可以大大提高TZM合金棒的成品率。
采用钼作为电极的玻璃熔炉来代替煤、油、汽等燃料加热方式是近几十年来快速发展的一种工艺。但是玻璃可能因为钼棒电极的杂质含量高而产生气泡或者着色，为了保障质量水平可以改善钼的烧结工艺，从而得到低氧、低碳的质量优秀的钼。
3.3 生产设备的改进
提高难熔金属材料质量的重要方法之一就是生产设备的改进。
为了提高钨钼丝的生产质量，大量的新设备被研制成功如：四模、六模、八模的多模细拉丝设备等，这些设备的推广使用可以很好的提升钨钼丝的产品质量。
钨钼丝质量的进一步提升需要加强钨钼粉末冶制工艺中一些关键设备的研制，国外难熔金属的生产很大曾度上依靠生产设备的改善来实现。
3.4 新产品的开发
随着技术的进步和市场需求的变化，对难熔金属材料的多样性和高性能也提出了更高更新的要求。
集成电路正朝着大规模的方向发展，这对溅射靶材在成分、特性和规格上提出了不同的要求，在冷压和真空环境中采用粉末冶金方法烧结的硅化钨具有很低的电阻率，同时期纯度高、密度大适合在MOS集成电路中使用。
核电工业在世界范围内快速发展，用于燃料组件的控制棒导向管需要使用变截面的锆合金管，这种市场需求可以促进新产品的研发。
4 结论
难熔金属材料已经在许多领域得到大量的使用，不同的金属材料使用范围不同。同时技术的进步和市场需求的复杂化对难熔金属性能提出了更高的要求。本文介绍了难熔金属难熔金属材料钨、钼、钽、铌及其合金的应用和研究现状，分析了几种材料的优缺点，然后从材料成分的优化、制造工艺的改善、生产设备的改进、新产品的开发等方面对难熔金属材料质量的提高方法进行了分析和说明，为研制生产质量可靠，性能优越的难熔金属材料提供一些建议和途径。
参考文献
篇4
玻璃－金属封接的主要问题为两者的物理化学不相容和热应力问题。玻璃的主要成分为SiO2，Al2O3，为典型的非金属材料，为共价键连接结构，而金属则以电子云的方式结合，导致熔融状态的玻璃材料在金属表面无法润湿铺展，从而无法达到玻璃－金属的封接。此外，玻璃与一般金属的热膨胀系数相差很大，即使两者能够润湿连接，也会在冷却过程中产生较大的应力，甚至出现玻璃炸裂的现象。针对物理化学不相容性问题，主要采用金属材料表面改性的方法，以达到熔融玻璃与金属的润湿铺展。在电真空行业，目前广泛应用的金属表面改性方法是金属表面预氧化，首先在含氧氛围中加热金属表面，使表面产生与基体结合紧密的氧化膜（如Fe2O3，Fe3O4等），该氧化膜可与熔融的玻璃润湿铺展，从而解决玻璃－金属物理化学不相容问题。针对玻璃－金属封接应力问题，目前主要采用开发热膨胀系数相近的玻璃、金属的方法。目前在玻璃－金属封接中应用较为广泛的金属材料为Fe－Co－Ni系膨胀合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陈文莉等人［1］通过添加金属氧化物（MnO2，Co2O3等）等对DM－308型电子玻璃进行改性，使玻璃的抗弯强度提高7％，并改善了玻璃与可伐合金的封接强度，使两者封接面的抗剪强度提高了15．6％。分析指出，添加金属氧化物加速界面处可伐合金中的金属元素向玻璃中的扩散是改善封接性能的主要原因。胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手段，研究了氧化膜的连续性、厚度对玻璃－可伐合金封接件的透气率、抗拉强度的影响。研究指出，只有当金属氧化物的摩尔体积与金属元素的摩尔体积之比略大于1时，金属表面才能形成覆盖连续且致密的氧化膜；具有尖晶石结构的氧化膜对封接有利，且氧化膜的最佳增重为3～7g/m2。DongqiangLei等人［3］针对太阳能接收器玻璃－可伐封接的薄弱环节，利用高频感应加热方式，对预先氧化的可伐合金与玻璃进行封接试验，并测试了接头的密封性能、接头强度、抗温度冲击性能及结合面的显微组织。试验结果表明，0．3～0．8mg/cm2的可伐合金预氧化增重条件可得到良好的玻璃－可伐封接接头。笔者还利用试验测量和ANSYS有限元方法［4］测定和计算了太阳能接收管可伐与玻璃封接接头的残余应力，试验结果与有限元计算结果相吻合，并指出接头的薄弱点不仅出现在玻璃－可伐的封接面，玻璃外表面靠近封接面处也是应力集中较大的区域。此外，金属环伸入玻璃管的长度越大，则接头的最大残余应力就减小。
2陶瓷－金属封接
与玻璃－金属封接相似，陶瓷－金属封接亦有2种材料物理化学不相容和热应力问题。陶瓷－金属封接工艺主要通过陶瓷表面烧结金属化层的方式实现与金属材料的表面润湿。对热应力的释放则依赖于金属化层和钎焊过程中钎料的变形和缓冲。陶瓷-金属封接广泛采用的是烧结金属粉末法（如活性钼－锰法），该连接工艺主要包括陶瓷的处理、膏粉的制备、涂膏、金属化烧结、镀镍、二次金属化、钎焊等过程。陶瓷表面金属化层的质量是决定整个陶瓷－金属封接接头的主要环节。目前对该种方法的研究主要集中在陶瓷表面金属化的机理研究、表面金属化强度提高、陶瓷与金属化层强度表征等。北京真空电子技术研究所对陶瓷－金属封接工艺及机理开展了大量研究工作。张巨先等人［5］研究了不同陶瓷表面金属化时金属粉与陶瓷相的相互作用机理。针对w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末对陶瓷表面金属化，指出在金属化过程中，Mo颗粒形成骨架网络，金属粉中的玻璃相填充骨架网络的空隙，并与w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，通过毛细作用渗入陶瓷，得到有一定强度的致密金属化层，当玻璃相含量较高时，会在骨架网络中形成较多的内闭口气孔。针对高纯Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷内部无玻璃相及玻璃相迁移通道，其金属化主要通过Al2O3相表面细小颗粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相对Al2O3陶瓷表面的润湿过程，实现致密结构。赵世柯等人［7］采用传统的Mo-Mn法对透明Al2O3陶瓷进行了金属化，获得了气密性可靠的陶瓷-金属封接件，并指出金属化层与陶瓷之间的结合主要来源于金属化层中的玻璃态物质表面良好的润湿性。由于制备工艺的限制，陶瓷内部存在随机的内部和表面缺陷，则其与金属封接接头的强度具有很大的分散性。石明等人［8］采用Weibull统计和正态分布，对氧化铝陶瓷的封接强度进行统计分析，试验表明，Weibull模数和变异系数可以表征材料强度的离散性。
3陶瓷－金属活性钎焊
陶瓷－金属活性钎焊工艺利用传统的钎焊方法，通过在钎料中添加活性成分（Ti，Zr等），可以增大钎料对氧化物、硅酸盐等物质的亲和力，实现钎料对陶瓷表面的润湿和铺展，完成陶瓷－金属的钎焊，而钎料对金属侧的润湿能力一般都较强，因此对其研究较少。相对于陶瓷－金属封接工艺，陶瓷－金属活性钎焊具有工序少、周期短、封接温度低、零件变形小等优点，因此成为近年来陶瓷－金属连接方向的研究热点。YLiu等人［9］研究了SiC陶瓷的活性钎焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工艺（温度、保温时间）对接头力学行为的影响，研究指出，随着钎焊温度的升高，钎焊接头的弯曲强度升高，但随着保温时间的延长，活性钎料与陶瓷间的反应厚度增大，形成较多的脆性金属间化合物，使接头的力学性能下降。此外，笔者通过XRD手段分析了界面的反应产物，发现陶瓷与活性钎料的连接面由SiC/连续细小的TiC层/不连续粗大的Ti5Si3层/填充合金层组成，从而验证了活性元素Ti与SiC陶瓷间的反应产物。ZWYang等人［10］研究了SiO2－BN陶瓷与因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性钎焊。钎焊温度为1113~1173K，保温时间为5~30min。通过扫描电镜和投射电镜分析发现，非晶态SO2在钎焊过程中活性较低，而h－BN与Ti反应生成细晶反应层的活性较大，钎焊过程中形成了100~150nm厚的TiN－TiB2反应层，从而实现了陶瓷与金属的连接接头。而因瓦合金中的Fe，Ni元素与Ti元素反应生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基体中，随着脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接头的抗剪能力下降。李卓然等人［11］研究了95％氧化铝陶瓷与低碳钢Ag－Cu－Ti活性钎焊反应机理。试验采用的钎焊温度为950℃，保温时间为5min。通过XRD方法对接头不同区域的物相进行分析发现，接头由Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Ti3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu/TiC/低碳钢组成，钎料中的活性元素Ti，一方面和Cu与Al2O3反应形成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一侧由于Ti是强碳化物形成元素，导致Ti向低碳钢侧扩散与C充分接触，同时较小的C原子也快速向钎料层扩散，形成连续的TiC层，另外与Fe，Mn结合生成TiFe2和TiMn。
4陶瓷－金属过渡液相扩散焊
陶瓷－金属的活性钎焊工艺可实现两者的可靠连接，但接头的高温高应力下的环境适应性较差，这是由于活性钎焊的连接温度较低，若提高钎焊温度又会引起热应力的增大。而陶瓷－金属的过渡液相扩散焊可较好地解决此问题。陶瓷－金属过渡液相扩散焊的中间层一般为复合中间层，即由一薄层低熔点金属或合金熔敷在相对较厚的高熔点核心层上。低熔点薄层熔化后扩散进入高熔点材料并与之反应，使液相消失，形成的合金或中间层性质取决于高熔点核心材料的物理性质。JiuchunYan等人［12］研究了采用Cu/Ni/Cu中间层连接Al2O3陶瓷与6061铝合金。钎焊温度为580℃，随着保温时间的延长，接头的抗剪强度呈提高趋势；钎缝部位有纯Ni层、Al0．9Ni1．1化合物层、Al基固溶体的存在；钎缝中的Al－Cu的共晶组织增强了Ni层的扩散，并缩短了钎焊时间。MBrochu等人［13］研究了使用Cu－Ti/Ni/Al中间层局部过渡液相扩散连接Si3N4陶瓷和FA－129铁铝合金。预加压应力为300kPa，首先以10℃/min的加热速度加热到950~1100℃，并保温30min，之后以5℃/min的速度加热到1100~1200℃，并保温1．5～6h完成均匀化过程，最后以55℃/min的速度降温到300℃。其中Cu－Ti以粉末状夹在Si3N4/Ni之间，而Al以箔状夹在Ni/FA－129之间，最终接头的弯曲强度约为80MPa。李京龙等人［14］以Ti/Ni/Ti为中间层，利用局部过渡液相扩散方法对多孔C/SiC材料进行了连接。中间层中的活性元素Ti对C/SiC润湿性能良好，因而形成了能够沿连接界面孔隙渗入C/SiC基体内。接头冷却后可形成“扎钉结构”，从而提高接头的连接强度。
5结语
篇5
【关键词】商业展示；金属材料；再设计；设计主题
展示设计的新观念由最初的只注重能否排列整齐，演进到现代的追求视觉效果的展示设计，拓宽了展示观念的更新，提供了整体开放式的空间，在极具视觉美感的设计中，引导观者，进入一个展示与消费的领域。展示是以资讯传达为目的，在一定期间及特定的空间里，将所传达的内容展现给观者的一种传达方法和现象，展示是将主体在特定的空间演出的综合技术。展示的综合理念施展出者将其目的与意图配合设计环境的条件，组成一定综合的造型空间，而此类展示的特长是将目的与意图传达诉求表现出来。而展示的传达要素包括模型、实物、照片、幻灯片、影片等各种影像，综合在一定的空间中为共同的设计主题展品服务。
在展示设计中，无论是展品还是辅助媒体材料，只要把它们制作出来，通常就需要材料，而材料又具有丰富的表情特征。对材料性能的认识与把握，有利于创造出优秀的展示设计。
优秀的展示设计，其展示效果与展示手段有直接的关系，所以如何正确选择展示材料运用的展示手段、如何发挥材料合组效果、这是设计者的理论思想、知识水平的表现，也是设计者对生活、对科学、对文化、对艺术的理解与表达，关系到展示效果的成熟。本文主要从展示设计所常采用的金属展架角度分析，要掌握这些金属材料的基本特点，发挥金属材料展示设计的效果。
一、金属材料在展示设计中的地位与作用
材料是每一个时代文明的标志，人类的发展就是一个不断发现新材料，运用新材料进行创新的过程。我国展览业所采用的材料已由木材类材料逐渐过渡到金属材料，以往木结构材料加工工艺十分复杂，运输不便。金属展架的应用，改变了木结构的展架，以适应新展示设计风格的需要。
在展示设计应用材料的世界中，金属展示材料与非金属展示材料相比有着得天独厚的优势，金属展示材料具有较高的强度，良好的塑性与韧性，能抵抗冲击载荷的作用，延展性较好。随着金属材料的开发与利用，金属已经成为现代商业展示设计中最主要的应用材料。现代商业展示制作时间一般是三天左右，展出大约一周，然后一天拆展，接下来进行下一个展示的制作，所以展示对展示材料应用有着极高的要求。金属作为特殊材料，能够灵活拆装，以满足展示设计的需要，而且其结构连接方式易操作。相比之下，木材料整体结构造型较为笨重，不易于安装、拆卸与运输。除此之外，金属展示材料不宜发生火灾等意外。作为装饰材料，具有轻盈、高雅、光彩夺目且有力度的特点，并且金属材料较坚固，性能较为稳定，不宜弯曲变形，这些金属所固有的特性使其可以作为展示设计中强有力的道具材料，也可以用于制作展架等。
为了减少材料的使用量，缩短制作工期，金属展具的标准化生产也有利于再循环利用。金属包括的范围十分广泛，包括存在于自然界之中的金属元素或金属元素与非金属元素的组合而成的具有金属性质的合金。金属有着独特的视觉美感与魅力展现了他们自身的优势，因此颇得人们的亲睐，也一直是设计艺术家们施展才华最热衷的材料。金属类材料具有优越的表现材料效果，往往具有冰冷、贵重的特质，通常能够提高物品另一种意味。金属可以根据不同的设计需要做成不同的形状，以产生满足各种需求的视觉效果。采用金属材料制作的装饰，除了冷峻的金属材料会使观者产生现代的、冷漠的感受外，也会拥有华丽与辉煌感和特有的韧性与光泽。现代的金属材料种类十分的广泛，为装饰作品反映现代生活提供了良好的表现材料。金属和其他的工艺素材相比，不能在地面上外露他的姿容，因此发展较为缓慢，然而，由于它具有其他素材所不具有的加工性，在日常生活中广泛使用，金属材料的广泛使用也丰富了人们的生活。金属已成为人们生活中不可缺少的材料，包括每个家庭中能看到的家电器皿，以及平时不能直接用肉眼观看的的金属，可以说数不胜数，无处不在。谁都无法预料如果世界上没有金属的存在会如何发展。
金属材料具有优越的表现效果，除了作为展示手段的材料之外，其表面的效果也广泛为展示设计服务。在使用金属进行展示设计造型时，一方面要了解金属的基本的科学知识，另一方面要根据设计的要求与特点来合理的安排工艺程序。
二、金属材料在展示设计中的设计表现
在最初的设计构思过程中，要整体理解与把握所展商品的特性，围绕着展示设计的构思、表达、设计制作等过程来选择金属材料。要主动收集金属相关材料，有针对性的研究金属与设计之间的相互关系，并非是单纯的应用。要系统化，即在明确目的的基础上，通过对资讯的分析，确定主题，进行梳理、组织、系统化架构，在此基础上展开对空间道具的设计。这个过程就是对展品、环境、道具、材料进行系统化处理与再设计的过程。对不同的展示设计，要注意把握主题与烘托气氛，以此来选择适合的金属材料。要根据不同的展品来确定金属材料。
商业展示设计是为表达一定的商业理念而进行的活动，针对受众人群不同的性格特征、年龄特征、心理特征来构思与实施。其中，展示设计的造型美是多元的，但无论是形态美、功能美还是结构美都与材料美有着木不可分的关系。首先，金属材料的色彩分为人工色彩和自然色彩，金属的固有色是展示设计中的主要要素之一，设计必须充分发挥有色的美感，尽可能不削弱金属色彩美感功能的发挥。可以运用对比、点缀等手法来加强金属材料固有色彩的美感功能，丰富其视觉表现。同时还要正确的处理展品本身的颜色与所使用的金属材料的颜色。在一组灰色调展品展示中，如果大面积采用银白色的金属材料，不仅会喧宾夺主，点到主次关系，而且还会一定程度造成视觉混乱，严重削弱展品本身的说服力，导致该次展示的局部失败。要做到金属材料与展品本身在展示中有明显的力量区别，给人不平衡的视觉感受，要引导观者将注意力集中在展品上而非展具材料或是形式上。
其次，金属材料的光泽美也是其被应用广泛的因素之一，它使材料呈现出不同颜色的同时，也呈现出不同的光泽度。金属的光泽度能够通过视觉感受而获得在心理上、生理上的某种反应，引起某种情感，产生某种联想而产生审美体验。
再次，金属材料的肌理美是指材料的组织结构在视觉上或触觉上能够感受到的一种表面材质，它是展示设计造型美的重要元素，具有极大的艺术表现力，不同的肌理有不同的审美品格和个性，会对观者的心理产生不同的影响。同一种展示会因为材料肌理的不同处理而产生截然不同的视觉效果。金属材料的应用是设计者进行表达自己创作思想的主要途径，具体在设计时要结合设计师的设计理念，以及要注意金属材料自身肌理感的表现。
最后，金属材料表面的再设计，可使其与它所处的环境之间提供一种和谐的关系，可通过其对比来强化设计内涵，以此来影响创作者与观者的心里，刺激产生全新的感受。在感知金属材料美与形式美的基础上加以情感联想，发现金属材料非固有的应用价值与审美价值，进而提升展示空间意境，从而更好地发挥展示设计的展示性与功能性。
三、展示设计理念发展与金属材料应用的关系
设计理念的更新，不断倡导绿色环保设计，注重材料的运用与环境之间关系的反思，注重考虑材料的可拆卸性、可回收性、可重复利用性等功能目标，还要保证展示设计的经济性和功能性，突出生态意识和以人为本的设计观念。在展示设计中，还要用新的观念来正确对待设计中金属材料的循环利用问题，要着眼于人与环境的平衡关系，在展示设计每一个过程中都要考虑环境效益，尽量减少对环境的破环。
四、结论
材料最终是为设计服务的。展示的最终目的是销售，金属展架等作为展示的必备手段，通过设计可以起到烘托展示氛围的作用,有助于拉近与消费者之间的距离。在使用金属材料时要做到能为展品主题服务，这些金属材料可以相互补充使用，可以任意拼装组合。但是无论怎样使用金属材料，要注意的就是主次之间的关系，首先要注意的是不能与所展商品抢风采，颠倒了主宾关系，使展示设计的效果事倍功半，影响展出的整体质量，金属材料的恰当应用也是展示设计艺术成功的关键因素之一。作为展示设计师，要将金属材料的技术与艺术完美的结合。要充分发挥金属材料的优点，避免金属材料存在的不足，扬长避短，使金属材料更好地为设计服务。随着展示设计的发展，金属展架的广泛应用，金属材料在展示设计中的地位会不断提高。
参考文献
[1][美]桑塔耶纳. 美感[M]. 缪灵珠 ,译. 北京:中国社会科学出版社 ,1985:52.
[2]戴云亭.材料与空间展示 --从三大构成到思维创意[M].上海:上海人民美术出版社 ,2005:8.
[3]刘 辉. 室内装饰艺术的特性及应用[J]. 美与时代 ,2003(5) :23224.
[4]唐星明.装饰艺术设计[M].重庆:重庆大学出版社 ,2002.
[5]刘森林.论装饰的材质[J].上海大学学报 ,1998(12) :5.
篇6
本文介绍了比较教学法的选择原因，通过材料的化学成分和性能特点、材料的焊接性分析和材料的焊接工艺要点三个方面阐述了比较教学法在金属材料焊接课程中的具体应用，从而实现了教学目的，提高了教学质量和学生的理解知识能力。
关键词：
比较教学法；金属材料焊接；应用
《金属材料焊接》是焊接专业课程中的知识点比较多、理论性和综合性也比较强的课程，所以学生学习起来比较费劲，特别是技工院校的学生，本身的基础知识比较薄弱，学习起来更不容易。本技工院校也只有高级工和技师的班级才开展《金属材料焊接》的课程，本人这学期承担这门课程的教学任务，针对现况，对此门课程采取了比较教学方法，取得了很好的教学效果。
1选择比较教学法的原因
比较教学法,顾名思义就是用比较的方法进行教学,在教学过程中,利用教学内容的相互联系和区别,使学生掌握和巩固教学内容,从而达到教学目标的一种逻辑思维方法。《金属材料焊接》课程主要内容有合金结构钢的焊接、不锈钢和耐热钢的焊接、铸铁的焊接和常用有色金属的焊接。其中每章所讲的主要内容都是由三个部分组成，材料的化学成分和性能特点、材料的焊接性分析和材料的焊接工艺要点。很显然，本课程的教学内容具有很高的可比性，可以把彼此相联系的知识点加以比较，从相似中找出差异，从差异中找出共性，从而找出规律性。通过比较可使新旧知识逻辑化,以便于对新知识的理解和接受;通过比较可使零散的知识系统化,以强化对知识的巩固和掌握。由于本院校对金属材料焊接课程的改革还处于起步阶段，还没有实践场地，只能在课堂上完成此课程的教学任务，所以综合现有的条件和学生的自身素质，本文采用的是比较教学法。
2比较教学法的应用
2.1比较教学法在材料的化学成分和性能特点中的应用比较教学法在材料的化学成分和性能特点中的应用，可以采用章中节与节之间的比较。例如，关于合金钢的焊接，合金钢根据强度分类，主要有三种类型，热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。这三种类型，从化学成分上，可以从含碳量上比较，还有杂质含量上的比较，以及主要合金元素的种类和含量的比较，并且引入各个元素在材料中的作用，添加元素在焊缝中起的作用知识点。从性能上，可以从强度、延伸率、冲击韧性和硬度的基本性能上相互比较，并引入化学成分和性能之间的对应关系和材料各自的特殊性能和用途。
2.2比较教学法在材料的焊接性分析中的应用比较教学法在材料的焊接性分析中的应用，可以采用两种方式的比较，一种方式是节与节之间的比较，另一种方式是章与章之间的比较。例如，不锈钢和耐热钢的焊接，不锈钢根据正火状态的组织进行分类，分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和铁素体-奥氏体双相钢四种类型。首先是节与节之间的比较，奥氏体不锈钢焊接性所面临的主要问题是晶间腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制和σ相的脆化。铁素体不锈钢焊接性的主要问题是焊接接头热影响区晶粒粗化和耐腐蚀性下降。焊接裂纹问题则不明显，现代高纯铁素体对热裂纹及冷裂纹均不敏感。马氏体不锈钢的焊接性有强烈的冷裂倾向，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，钢中含铁量越高冷裂倾向越大，而马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。而双相钢具有良好的焊接性能，焊接性基本上与焊缝金属中的铁素体含量有关。另外采用章与章之间的比较，奥氏体不锈钢和铜及铜合金焊接时都面临着热裂纹的问题，但两者产生热裂纹的原因却有所不同。奥氏体不锈钢对热裂纹比较敏感，一是单相奥氏体焊缝易形成方向性强的柱状晶组织，硫、磷、镍、碳等元素形成的低熔点共晶杂质偏析严重，形成晶间液态夹层；不锈钢的液相线与固相线距离较大，结晶时间较长，也使低熔点杂质偏析严重。二是不锈钢导热系数小、线膨胀系数大，导致焊接应力比较大。而铜及铜合金在焊缝和热影响区上都可能产生热裂纹，主要原因是铜在液态下易氧化生成氧化亚铜(Cu2O)，它溶于液态铜而不溶于固态铜，冷凝过程中与铜生成熔点略低于铜的Cu2O+Cu共晶物（熔点为1064℃）。铜中若有杂质铋（Bi）和铅（Pb）等，在熔池结晶过程中也生成低熔点共晶物Cu十Bi（熔点270℃）、Cu+Pb（熔点326℃）。又因铜和铜合金在加热过程中无同素异构转变，晶粒易长大，有利于低熔点共晶薄膜的形成，从而增大了热裂倾向。
2.3比较教学法在材料的焊接工艺要点中的应用比较教学法在材料的焊接工艺特点中的应用，主要采用章与章之间的比较。焊接工艺要点主要包括焊前准备、焊接方法与焊接材料的选用，焊接工艺参数的确定及焊后处理等。所以在本部分除了使用比较法之外，还可以采用分组讨论法。同学间可相互提示帮助，一个一个问题探讨和解决，把以前所学的知识逐步应用到本部分内容上来。这样让学生掌握好每一个知识点，把所学知识点串起来，学生就可以完成不可能完成的任务。
3结论
通过对比较教学法在《金属材料焊接》课程中的应用，可将本课程的抽象深奥的理论、混淆不清的知识等知识难点加以化解，新旧知识可以相得益彰，从而使教学内容和教学思路更清晰，更生动。在课堂上，教师可以充分发挥学生的主动性，学生自己利用比较教学法，自己总结知识点，教师可进行适当的指导，从而达到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]韩英.比较教学法在对外汉语教学中的应用[J].佳木斯大学社会科学学报,2010,28(06):163-164.
篇7
教学目标
知识与技能
1.认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。
2.了解常见金属的物理性质。
3.知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。
4.了解物质的性质与用途的关系，并能根据需要选择合适的金属材料。
过程与方法
1.由学生的生活经验和对实物性质的讨论入手，让学生了解金属的物理性质。
2.通过对生活中常见的一些金属制品材料选择的讨论，引导学生从多角度分析问题，并形成正确的认识。
3.通过实验比较黄铜片和紫铜片、铝合金和铝的性质，认识合金的特点以及合金具有更广泛的用途。
情感态度与价值观
1.通过日常生活中广泛使用金属材料等具体事例，认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。
2.在了解金属性质的基础上，了解材料选择要考虑的问题。
教学重点
常见金属以及其合金的性质和用途
教学难点
1、培养学生运用探究方法得出相关结论的能力。
2、提高学生综合分析问题的能力。
教具准备
铜片、黄铜片、铝片、硬铝片、收集到的金属用品。
教学过程
一、情境引入
1912年，英国斯科特探险队的船只，在去南极的途中，用于取暖的煤油却漏光了，由于天气十分寒冷，以致探险队员全部冻死在南极冰原。最后调查的结果让人大吃一惊，原来造成煤油泄露的罪魁祸首是焊接油桶用的锡。
讲解：人类使用和制造金属材料有着悠久的历史，从商代使用的青铜器到如今各种各样的金属制品，每发现一种新的金属，人类社会就会产生一个飞跃性的进步。可以说没有金属的广泛应用，就没有当今社会的快速发展，就没有我们的现在生活。比如，没有金属，就没有现在的交通工具、电脑、电视、大楼等等。
二、新知探究
一、几种常见的金属
（一）1、金属材料包括
和
。人类的生产生活离不开金属，铜、铁、铝三种金属被发现、使用的先后顺序依次为：___________;目前世界上年产量最高的金属是____________
2、大部分金属常温下为
态（汞为
态），有
光泽；大多数呈
色（铜为
色，金为
色），有良好的
性、
性、
性。
3、物质性质与用途的关系
在选择使用哪种金属时要考虑多方面因素，因为物质的
在很大程度上决定了物质的
，但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，还需考虑
、
、
、
，以及
和
等多种因素。
4、课本第四页“金属之最”（资料卡片）
（1）地壳中含量最多的金属元素
（2）人体中含量最多的金属元素
（3）目前世界年产量最多的金属（铁>铝>铜）
（4）导电、导热性最好的金属（银>铜>金>铝）
（5）硬度最高的金属
（6）熔点最高的金属
（7）熔点最低的金属
（8）密度最大的金属
（9）密度最小的金属
5.合金定义：
铁的合金包括
和
，它们的
不同，因而性能不同。
（二）实验
1、取出铁丝，铜丝，铝丝，指导学生观察实验现象。每小组的学生代表说出实验和讨论的结果，其他同学补充。
①观察它们的颜色状态
；②用力试试是否可以弯曲、折断
；
③用小刀割一下
；
④用铁锤锤一下
；
⑤用酒精灯加热
；⑥用电池、小灯泡测试它们的导电性
。
2、归纳金属共有的物理性质
注意：不同金属也有本身的特性，如导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质
差别也较大。例如:多数金属都是银白色的，但铜却呈
，金呈
（三）课本3页：表8-1，结合自己的生活经验回答课本第4页的“讨论”
1.为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？
2.银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？
3.为什么灯炮里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制会出现什么情况？
4.为什么有的铁制如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？
提问：物质的性质是否是决定物质用途的唯一因素？
结论：物质的
在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的影响因素。在考虑物质的用途时，还需要考虑
、
、是否美观。使用是否便利，废料是否易于
和
等多种因素。
二、合金
提问：
1、我们在生活中所见到的金属是不是纯金属？
2、合金与纯金属组成不同，性能上有没有不同呢？
3、对比思考：
（1）为什么我们在生活中不用纯铝做门窗，而是用铝合金？
（2）为什么不用纯铁制作汤勺，而用不锈钢？
（3）根据下表提供的数据，你能得到什么启示？
（温馨提示：焊锡是锡与铅的合金；武德合金是铅、铋、锡和镉组成的合金）
铅
镉
铋
锡
焊锡
武德合金
熔点/℃
327
321
271
232
183
70
4、归纳
（1）合金一定是
物；
（2）合金性能较纯金属：硬度
、熔点
，性能更好，应用更广泛。
5.
和
被认为是21世纪的重要金属材料
优点：（1）熔点高、密度小
（2）可塑性好、易于加工、机械性能好
（3）抗腐蚀性能好
用途：
课堂小结：这节课你学到了什么？
共性：
物理性质
特性：
金属材料
性质决定其用途：
铁合金有：
合金
常见合金的成分、性能、用途
巩固练习
（一）完成课本第8页练习与应用
（二）增补练习
1．下列应用在高铁列车上的材料，不属于金属材料的是
（
）
A．不锈钢
B．玻璃
C．铝合金
D．铜线
2．食品包装袋中经常使用到铝箔，铝能制成铝箔是因为铝具有良好的
（
）
A.
导电性
B.
抗腐蚀性
C.
导电性
D.
延展性
3．选择铸造硬币的金属材料不需要考虑的因素是（
）
A
硬度
B
价格
C
耐腐蚀性
D
导电性
4．生铁和钢的主要区别是（
）
A
生铁和钢的主要成分都是铁，但二者的含碳量不同，性能也不同。
B
生铁和钢都是碳的合金
C
生铁就是含杂质较多的钢，钢就是含杂质较少的生铁。
D
生铁是混合物，钢是纯净物。
5．下列各组物质中属于纯净物的一组是（
）
A．不锈钢、黄铜B．24K金、铜导线C．生铁、钢D．钱币、铜钟
6．下列关于合金的说法正确的是（
）
A．合金中至少有两种金属
B．合金缺少金属光泽
C．合金中的元素以化合物的形式存在
D．钢的含碳量比生铁的低
7.钛和钛的合金被认为是21世纪的重要金属材料，它们具有很多优良的性能，如熔点高，密度小，可塑性好，易于加工，钛合金与人体有很好的相容性等。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（
）
A
用来做保险丝
B
用于制航天飞机
C
用来制造人造骨
D
用于制造船舶
8．下列铝制品的用途主要利用了铝的哪个性质？
A．导热性B．导电性C．延展性D．密度较小
（1）铝锅烧饭
；（2）铝锭压成铝箔
；
（3）铝线作电缆
：（4）硬铝制飞机。
9．下表列出了五种金属的一些资料：
金属
在地壳中的含量
（%）
每千克的价格
（￥）
相对的抗腐蚀性
（1=最低；4=最高）
金属的相对强度
（1=最低；3=最高）
Al
8.1
170
3
1
Cu
0.005
5
140
3
3
Au
0.000
000
4
1
100
000
4
2
Fe
5.0
20
1
3
Zn
0.007
160
2
2
(1)
(1)虽然金在地壳中上含量极低，但人类很久以前就发现了金。为什么？
(2)
(2)在上表中，哪几种金属最适合用来制造输送热水的水管接头？解释你的答案。（提示从抗腐蚀性、强度、和价格三方面考虑）
(3)
(3)铝是制造飞机的主要材料，但它的相对强度很低。试建议如何改进铝的强度使其符合制造飞机的要求。
(4)
(5)
篇8
微电解技术，又被称为内电解技术，是把金属材料容易被腐蚀的电化学现象作为理论依据，然后将处于不一致电极的金属材料同非金属材料放在一起，由于工业废水中含有大量的工业生产材料，会造成工业废水具有良好的电传导作用，最后电极电位以及金属材料在废水中构成一个电池的工作形态和流程，从而产生电池效应来对工业废水进行处理。其中涉及两种应用原理，分别是：一将一部分化学形态的物质进行氧化作用，使其进行另外一种成分的转换或者还原，二将废水中一些形状较大的物质进行凝结沉淀，从而进行过滤。在对工业废水的处理中，由于工业废水中所含的物质和成分非常复杂，所以需要将很多的应用原理融合在一起，才能实现工业废水的有效处理和净化，而微电解技术可以将这些应用原理进行结合，因此，要重视微电解技术在工业废水中的处理作用。
2微电解技术在工业废水处理中的应用
利用微电解技术对工业废水进行处理，能够有效处理工业废水中的污染物和杂质，减少工业废水的化学需氧量，同时还能增强工业废水中的有机物被微生物溶解的程度，和其他的化学处理、生物处理等原理向结合，能够实现对工业废水处理的积极作用。
2.1对含有有色物质的废水进行处理
由于有色物质是进行工业生产制作必不可少的原材料，造成的工业废水量较大，因此也是工业废水处理中的重点，在这类废水中含有大量难以溶解和消除的物质，并且这些物质都具有毒害性，如果对这类废水不进行处理，会对环境以及人身造成严重影响。微电解技术对含有有色物质的废水进行处理时，通常需要进行以下三个方面的流程来实现处理目的，分别是：一使用活性炭将废水中可以溶解的物质进行吸引和凝结；二通过电极为阴生出的氧气和氢气来稀释废水中的pH程度，损坏废水中的发色物质构成，使废水的颜色变浅；三经过各种铁元素的组合、水解出现络元素，将废水中的有色物质以及形态较大的物质进行凝结，使其沉淀，增强废水中有机物被微生物溶解的程度。
2.2对化学工业废水进行处理
化工产品是需要量较大的一种产品，由于里面加入了很多化学物质，因此，会出现较大的工业废水量、较大的毒害性、较高的化学需氧量、废水的发色程度较严重、较多难以进行溶解的物质、对其进行处理价位困难等，但是在这类废水中也存在很多有用的物质，对这类废水的处理是现阶段探讨的关键。化学工业废水中含有许多苯类化学合成物，一般使用物理方法进行吸收、综合、沉淀以及滤除等处理，使用化学方法进行混合、凝结、氧化还原等处理。微电解技术主要是利用铁碳层的滤除原理、活性炭的沉附作用、氢气和氧气的氧化还原效应来对化学工业废水进行处理。
2.3对工业中的电镀废水进行处理
在进行很多工业产品的制作中，会对一些材料进行电镀，从而造成工业生产中出现大量的工业废水。进行产品的电镀时，会在水中加入大量色料和化学物质，因此，出现的工业废水就具有非常严重的毒害性，有的有害物质可以引发人体出现畸形和癌变，对人身的危害较大。在电镀水中，通常会存在铬、镍、铜、锌等金属材料，如果对其不进行合理处理，就会对环境以及人身造成严重影响，加大资源的消耗。通常利用氧化还原、凝结沉淀、吸收脱离等方法进行处理。目前，将微电解技术应用在电镀工业废水的处理中，取得了明显的废水处理效果，可以使电镀的工业废水的污染性降低，不会出现再次污染现象，还可以将沉淀的金属物质进行回收。经过大量的研究表明，使用铁屑微电解对电镀废水进行处理，能够达到良好的金属物质的去除效果。利用微电解技术对电镀废水进行处理一般包括两个方面的内容，分别是：一依据金属活动的顺序性以及铁元素的化学作用，可以将铁之后的金属物质进行置换还原，沉淀在铁的表层；二铁离子进行的络综合产出物和重金属离子进行综合，会产生金属物质的沉淀。
3结语
篇9
《金属工艺学》教学是机电专业的一门技术基础课,金属材料与热处理是《金属工艺学》的基本内容,具有名词多,理论性强,与实践联系密切的特点。对文化基础较差,理解能力不强的中专生来说,普遍存在怕学、厌学的现象。那么,教师如何上好这门课呢?
一、讲好绪论课,激活学生学习动机
绪论作为一门课的开头是十分重要的。学生对一门新课的兴趣和认识,都是从绪论的讲解得来的。因此,讲述金属材料在生产中的广泛应用及其与现代新技术、新工艺的密切关系,技术工人在生产中正确选择材料和工艺方法需要金属材料与热处理的知识为基础,使学生认识到这门课在生产、生活中的价值。让学生把握今后的学习主干,而且还适当讲述金属材料与热处理的发展史,使学生了解我国在这方面的悠久历史和对人类做出的贡献,树立民族自豪感,从而引起学生学习的积极性和主动性。
二、运用多样教学方式,提高教学效果,培养学生学习能力
采取灵活多变的教学方法,激发学生学习热情,培养学生分析问题和解决问题的能力,提高教学质量。
1.形象教学。金相组织和一些基本要领一般都很抽象,在讲授时,若照本宣科进行讲授,学生难以接受理解。若通过向学生展示直观道具(实物、模型、挂图)或教师做示范性试验,并联系生产实际广举实例,使学生建立初步的感性认识,并配合教师的解释、说明、分析,把感性认识上升为理性认识,化抽象为具体,变深奥为浅显,有利于学生正确理解重点和难点,使教学活动变得兴趣盎然。例如,采用演示实验法,把两块45钢样加热到840℃保温,分别放入水中和油中冷却。用锉刀测试得知钢样比处理前更耐磨,硬度也高些,接着用洛氏硬度计测出水、油冷却后钢样的硬度分别为50HRC、40HRC,这就很容易懂得钢淬火后性能的变化
2.提问教学。用通过精心设计的问题引起学生注意,并悉心诱导,开启学生思维,使所学知识理解得更加深刻。并及时掌握情况,补充课堂设计,弥补不足。如高速钢的淬火比较特别,必须加热到1220～1280℃,且须经过1～2次预热。先提问:高速钢有什么成分?答:高碳和大量的合金元素W、Cr、V、Mo等。又问:合金元素的性能特点有哪些?答:熔点高、导热性差。接着,引导学生分析出高速钢要提高热硬性必须获得细小马氏体和合金碳化物,那么就要使大量的合金溶于奥氏体中。再问:加热时如何来保证这点呢?从而理解了预热的目的。这样,一步步引导学生的思维,提高了获取知识的能力。
3.实验教学。通过运用仪器分组实验操作,帮助深刻理解知识,培养学生实际动手能力。如利用低碳钢的拉伸试验,学生自己动手,看到了试样的缩颈,拉断等变形,验证了拉伸曲线,有助于对钢的力学性能的学习。
篇10
【关键词】 橡胶制品 环保问题 发展对策
1 绪言
橡胶制品行业需要消耗大量的资源，并且需要使用较多的辐射性材料和有毒材料，使得对人的身体有很大的损害，而且还会造成严重的环境污染。长此以往，将会严重影响到整个橡胶制品行业的发展，因此，我们应该研究橡胶制品行业存在的环保问题，就这些问题提出解决措施，有效避免橡胶制品行业对于环境的污染。应该加强对于橡胶制品的监测力度，加强对于橡胶制品的控制，减少橡胶制品对于人体和环境的损害，保证橡胶制品行业的产业链能够有序的发展。若想达到有效的减少制品原材料对于环境的影响，这样才能从根本上控制橡胶制品对环境的污染。
1.1 特性
橡胶制品是指将天然或合成橡胶作为原材料，然后生产出各种橡胶制品的流程，除此之外还包括利用废橡胶再生产的橡胶制品。因此，这些橡胶制品具有以下几个特性。
（1）橡胶制品在成型的时，需要经过较大的压力进行压制，但由于橡胶本身的弹性体具有内聚力，在成型离模的时这些内聚力无法消除，便导致橡胶制品出现不稳定的收缩。不过也正因为橡胶本身的弹性体，使得橡胶制品经过一定的时间后收缩便会缓和，渐渐的趋于稳定。例如：橡胶制品在开始设计时，没有经过谨慎地计算配合，使得成型的制品尺寸不稳定，造成质量问题。
（2）橡胶属于热溶热固性的弹性体，而塑料是属于热溶冷固性。因此，橡胶因为硫化物种类主体的不同，成型固化的温度也不相同，有时甚至会受到气候、室温和湿度的影响。所以，在生产橡胶制品时需要对温度进行调整，保证制品的质量。
（3）橡胶制品一般是原料经过炼胶后制成混炼胶，然后以混炼胶作为原材料，因此，在进行炼胶时，需要根据橡胶制品的特性设计出配方，然后制定产品的生产工艺。
1.2 分类
橡胶的基本类一般有天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、丁晴橡胶、硅橡胶海绵、橡胶并用海绵和橡塑并用海绵等，这几类橡胶各有优缺点，在使用时要根据他们的特性设计配方。
1.3 生产工艺
橡胶制品的种类繁多，但是生产工艺却基本相同，一般以固体橡胶和生胶作为原料进行生产，生产工艺过程包括塑炼、混炼、压延、压出、成型和硫化等基本工序。原材料准备、成品整理和检验包装等基本工序也是必不可少的。橡胶的加工工艺过程主要是解决橡胶的塑性和弹性性能的矛盾，各种的工艺手段使弹性橡胶变为具有塑性的塑炼胶，然后加入各种配合剂支撑半成品，然后经过硫化，增加成品的弹性和物理机械性。无论是何种橡胶，都需要经过以上几道工序，这样才能制成好品质的橡胶制品。
2 橡胶制品材料对环境的影响分析
2.1 重金属材料对环境的影响
在设计橡胶制品的配方时，需要充分考虑橡胶制品中重金属的含量，如果橡胶制品中铬和镍的含量过高，就会对环境造成严重的污染。橡胶制品废弃后，一般企业会将橡胶制品直接丢弃，橡胶制品进行分解，分解出的铬和镍金属会对地下水资源造成污染，因此，在设计配方时，要尽量减少使用含铬和镍的材料，要严格的控制橡胶制品材料的配比。所以，应该加强对橡胶制品的系统性分析，严格控制所有原料中重金属的含量。
2.2 多环芳烃材料对环境的影响
橡胶制品中有一部分的原料含有多环芳烃，主要包含在炭黑和加工油中。炭黑的原料主要由煤焦油和乙烯焦油组成，这两种焦油的成分都极其的复杂，因此，这两种焦油是混合物，在橡胶制品加工时加入少量的成分，也极其容易对环境造成污染。加工油的原料主要由芳烃油、石蜡油和环烷油组成，其中大量的多环芳烃被包含在芳烃油中，会对环境造成严重的污染。部分企业使用完橡胶制品时会将橡胶制品进行焚化，焚化后的烟雾中会还有大量的多环芳烃颗粒，对大气造成严重的污染。
2.3 特定胺和N—亚硝胺对环境的影响
特定胺是指在特定的条件下，偶氮染料经过分解作用，产生具有有害物质的芳胺。这种特定胺中含有大量的致癌物质，不仅对人的身体健康造成危害，还会对环境造成严重的污染。橡胶制品在进行加工时，仲胺橡胶助剂会与亚硝物质发生化学反应，从而产生了N—亚硝胺。N—亚硝胺本身具有很强的致癌性，因此，在进行橡胶制品配方设计时，应该尽可能的减少使用N—亚硝胺，这样才能减少橡胶制品对人体和环境的损害。
3 橡胶制品的环保性控制措施
3.1 控制Cd，Pb，Hg，Cr等化合物的使用
将保护环境作为基准进行橡胶制品加工，严格的控制制作橡胶制品的原料的环保指标，以此来提高橡胶制品的环保性。制作橡胶制品的一些原料中，会含有大量的Cd、Pb、Hg、Cr等元素，这些元素能够组成很多的有害物质，使得橡胶制品中有害物质严重超标。在橡胶制品的加工工艺中，Cd、Pb、Hg、Cr等元素一般是以化合物的形式存在，因此，要加强监测化合物、粘合剂和防霉剂的使用，这样能够有效的控制Cd、Pb、Hg、Cr等元素的含量，减少橡胶制品对环境的污染。
3.2 加强进厂原材料的安全监测
在进行橡胶制品生产前，可以利用X射线荧光光谱分析法，对进厂的全部橡胶制品原材料进行安全监测，这样不仅能确保批量的原材料的安全性，而且能有效的避免原材料之间的交叉污染。橡胶助剂中，都多少会含有一定量的重金属元素，例如：铅元素、汞元素等，因此，再进行橡胶制品生产的时，可以将橡胶助剂换为纳米碳酸钙或硫酸钡等助剂，这样能有效的减少重金属物质对环境的污染。
3.3 加强特殊原料的重点监测
在众多的橡胶助剂中，氧化锌是出现问题最多的助剂，而且氧化锌的市场价格非常高，这就使得市场上总是出现假冒伪劣的氧化锌产品，因此，在进行橡胶制品生产前，要加强对氧化锌进行重点监测和控制。不只是氧化锌，在橡胶制品生产过程中还有很多的特殊材料，对于这些特殊材料也要进行重点监测和控制，这样才能有效的减少橡胶制品对于环境的污染。
3.4 加强替代品的使用
诸如特定胺和N—亚硝胺等能够致癌的芳胺，是橡胶制品生产中必不可少的原料，因此，不能总是使用这类具有致癌性的物质，应该减少这些替代品的使用，例如：使用不含特定胺的黄色着色剂来代替永固黄这类物质，这样能有效的减少有害物质对人类身体和环境的损害。既然不能避免使用这些有害物质，那便减少对这些危害品的使用，这样也能在一定程度上提高橡胶制品的环保性。
3.5 重金属含量的控制
对于铬镍等重金属，应该要严格的控制其含量，防止橡胶制品中重金属含量超标。为了能够有效的减少橡胶制品中重金属的含量，可以采取以下三种措施。第一，采用无铅硫的生产体系，减少橡胶制品中重金属的含量，从而减少橡胶制品对环境的污染。第二，取消有毒的金属材料的加工工艺，降低橡胶制品中有毒金属材料的使用，有毒金属材料的加工过程能够对人的身体造成极大的伤害，所以，应该减少橡胶制品中有毒金属材料的使用。第三，加强使用环保粘合剂，在橡胶制品中使用环保粘合剂能够有效的减少橡胶制品对环境的污染，还能够大大提高橡胶制品的安全性。橡胶制品中的重金属对环境具有很大的危害，因此，要严格的控制橡胶制品中重金属的含量。
4 结语
橡胶制品的环保性对于环境保护非常重要，因此，提高橡胶制品的环保性已成为采取必要措施的当务之急，这样不仅能有效的保护环境，还能减少橡胶制品对人体的危害，从而推动了橡胶制品行业的快速发展。
参考文献：
[1]王巧福，唐文枣等.环保橡胶制品的监测和控制[J].橡胶工业，2008（3）.
[2]谢忠辟.应对环保的橡胶制品材料[J].中国橡胶，2006，22（16）.
