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2024-02-01新教材苏教kok电子竞技高中化学必修第二册专题9金属材料的性能及应用教学课件目录CONTENTS金属材料概述金属材料的物理性能金属材料的力学性能金属材料的化学性能金属材料的加工与成型金属材料的应用领域实验探究:金属材料的性能测试课堂小结与拓展延伸01金属材料概述金属材料是指具有金属特性,能够用于制造有用物品的物质。定义根据金属元素的种类和性质,金属材料可分为黑色金属、有色金属和特种金属材料等。分类金属材料的定义与分类人类最早使用的金属材料主要是自然铜、陨铁等自然存在的金属。古代金属材料近代金属材料现代金属材料随着冶金技术的发展,人类开始大规模地生产铁、钢、铜等金属材料。随着科技的进步,新型金属材料如钛合金、高温合金、非晶态合金等不断涌现。030201金属材料的发展历程物理性能化学性能机械性能工艺性能金属材料的性能特点金属材料通常具有高导电性、高热导性、高延展性和高反射性等物理性能。金属材料具有高强度、高硬度、高韧性等机械性能,适用于各种机械零件的制造。金属材料在常温下具有较好的化学稳定性,但在高温、潮湿等环境下易发生腐蚀和氧化。金属材料具有良好的铸造性、锻造性、焊接性和切削加工性等工艺性能,便于进行各种加工操作。02金属材料的物理性能指单位体积内金属的质量,常用单位为g/cm?。不同金属的密度差异较大,如铁、铜、铝等常见金属的密度各不相同。指金属的密度与水的密度之比,也可以理解为金属的重量与同体积水的重量之比。比重越大,金属越重。密度与比重比重密度熔点指金属从固态变为液态所需的温度。不同金属的熔点差异很大,如铁的熔点为1538℃,而汞的熔点仅为-38.87℃。沸点指金属从液态变为气态所需的温度。沸点通常比熔点高得多,如铁的沸点为2750℃,铝的沸点为2467℃。熔点与沸点金属具有良好的导电性,其导电能力依赖于自由电子的数量和移动速度。银、铜、金等金属具有极佳的导电性。导电性金属能够快速传递热量,其导热性能与金属内部的自由电子运动有关。导热性好的金属如铜、铝等,常被用于制造散热器、导热片等。导热性导电性与导热性磁性部分金属具有磁性,能够被磁铁吸引或产生磁性。铁、钴、镍等金属具有较强的磁性,被称为铁磁性金属。光学性能金属对光的反射和吸收能力不同,呈现出不同的光泽和颜色。如金、银等金属具有高度的反射性,能够反射大部分光线,呈现出独特的光泽。此外,部分金属还具有特殊的光学性能,如透光性、偏光性等。磁性与光学性能03金属材料的力学性能强度与塑性强度金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力。常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度等。塑性金属材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力。塑性好的材料易于加工成型,且能吸收较多的冲击能量。硬度金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。硬度高的材料耐磨性较好,但加工难度相对较大。韧性金属材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力。韧性好的材料能够承受较大的冲击载荷而不易断裂。硬度与韧性金属材料在循环应力作用下发生的损伤和破坏现象。疲劳破坏是许多机械零件失效的主要原因之一。疲劳金属材料在长时间恒温、恒载荷作用下缓慢产生塑性变形的现象。蠕变变形随时间的增加而增大,最终导致材料断裂。蠕变疲劳与蠕变VS金属材料在外力作用下发生断裂的现象。根据断裂前材料的变形程度,可分为韧性断裂和脆性断裂两种类型。磨损金属材料在相互接触并相对运动时,表面物质不断损失的现象。磨损是机械零件失效的主要原因之一,常见的磨损形式有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。断裂断裂与磨损04金属材料的化学性能金属与氧气反应生成金属氧化物的过程,如铁生锈、铜变绿等。金属的氧化金属在潮湿环境中与氧气、水或其他化学物质发生反应,导致金属性能下降的现象。金属的腐蚀包括均匀腐蚀、局部腐蚀(如点蚀、缝隙腐蚀)和应力腐蚀等。腐蚀类型氧化与腐蚀
耐蚀性与钝化耐蚀性金属材料抵抗腐蚀的能力,与其成分、组织结构和表面状态等因素有关。钝化通过化学或电化学方法在金属表面形成一层致密的氧化物膜,从而提高金属的耐蚀性。钝化方法包括化学钝化(如酸洗钝化)和电化学钝化(如阳极氧化)等。催化作用电化学性能金属的电化学腐蚀金属的电化学保护催化作用与电化学性能01020304金属及其化合物在化学反应中能够降低反应活化能,从而加速反应速率的现象。金属在电场作用下的行为特性,包括导电性、电化学腐蚀与防护等。金属在电解质溶液中发生的腐蚀现象,如析氢腐蚀和吸氧腐蚀等。通过电化学方法(如阴极保护)来防止或减缓金属腐蚀的措施。05金属材料的加工与成型将液态金属浇入铸型中,冷却凝固后获得所需形状和性能的铸件的过程。铸造可分为砂型铸造和特种铸造两类。铸造将金属坯料在热态或冷态下通过压力加工成形的工艺方法。锻造能改善金属的内部组织,提高其机械性能。锻造铸造工艺灵活,能生产各种复杂形状的零件;锻造工艺则能使金属材料的纤维组织连续,提高零件的力学性能。铸造与锻造的比较铸造与锻造拉拔将金属坯料通过模孔拉制成截面减小长度增加的制品的塑性加工方法。拉拔通常在冷态下进行,也可在热态下进行。轧制金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙,因受轧辊的压缩使材料截面减。ざ仍黾拥难沽庸し椒。轧制可分为热轧和冷轧两种。轧制与拉拔的比较轧制生产效率高,适用于大批量生产;拉拔则适用于生产各种细长、精密的金属制品。轧制与拉拔焊接01通过加热或加压,或两者并用,使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛,既可用于金属,也可用于非金属。钎焊02采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。焊接与钎焊的比较03焊接接头强度高,密封性好;钎焊接头则具有较小的热影响区和较好的耐腐蚀性。焊接与钎焊粉末冶金技术概述粉末冶金是将金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金技术的特点粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚,消除粗大、不均匀的铸造组织;可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料;可以充分利用矿石、尾矿、废渣、废料等再生资源。粉末冶金技术的应用粉末冶金技术已广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域,成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术06金属材料的应用领域03机器设备各种机床、发动机、压力容器等,依赖金属材料的机械性能。01桥梁、建筑框架如钢结构桥梁、高层建筑钢框架等,利用金属的强度和耐久性。02交通工具如汽车、火车、飞机等,金属材料在承受载荷和保证安全方面起着关键作用。结构材料领域功能材料领域利用金属的导电性,传输电力和信号。如电子设备的外壳,防止电磁干扰。利用金属的热传导性,实现热量的传递和交换。某些金属及合金在化学反应中具有良好的催化作用。电线电缆电磁屏蔽热交换器催化剂如金银珠宝,具有观赏和收藏价值。首饰如金属雕塑、壁画、摆件等,提升室内空间的艺术氛围。室内装饰金属门窗、栏杆、雕花等,增加建筑的美感和实用性。建筑装饰装饰与艺术品领域如手术器械、牙科材料等,要求金属材料具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。医疗器械能源领域航空航天海洋工程如太阳能电池板、风力发电设备等,金属材料在新能源领域也有广泛应用。高性能的金属材料对于航空航天器的制造至关重要,如钛合金、高温合金等。如海洋石油平台、船舶制造等,需要金属材料具有良好的耐海水腐蚀性能。其他应用领域07实验探究:金属材料的性能测试实验目的与原理了解金属材料的力学性能、热学性能及电学性能等基本性能,并掌握相应的测试方法。实验目的通过对金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等力学实验,以及热膨胀、导电性等性能测试,获取金属材料的各项性能指标。实验原理选择适当的金属材料样品,熟悉实验设备和测试方法。准备工作进行拉伸、压缩、弯曲等力学实验,记录实验数据并绘制应力-应变曲线。力学性能测试测定金属材料的热膨胀系数、导热性等热学性能指标。热学性能测试测定金属材料的电阻率、导电性等电学性能指标。电学性能测试实验步骤与操作对实验数据进行整理、计算和分析,得出各项性能指标的具体数值。根据实验数据和分析结果,评估金属材料的性能特点,为材料选用和设计提供依据。数据分析结论数据分析与结论实验过程中要注意安全,避免发生意外事故。安全第一按照实验步骤和规范进行操作,确保实验结果的准确性。操作规范实验设备要定期维护和保养,确保设备的正常运行和使用寿命。设备维护实验数据要及时记录并整理,以便后续分析和处理。数据记录实验注意事项08课堂小结与拓展延伸课堂小结:回顾本次课程重点内容金属材料的分类及性能特点重点介绍了铁、铝、铜等常见金属及其合金的性能和应用领域。金属材料的加工与成型讲解了金属材料的铸造、锻造、轧制、拉拔等加工方法及其原理。金属材料的腐蚀与防护介绍了金属腐蚀的类型、原因及防护措施,如电镀、涂漆等。金属材料在日常生活和工业生产中的应用通过实例说明了金属材料在各个领域的重要性和广泛应用。拓展延伸深入了解特定金属材料的性能及用途例如,不锈钢、钛合金等高性能金属材料的特点和应用。探索新型金属材料的研发与应用介绍当前新型金属材料的研究进展和未来发展趋势。了解金属材料的环境影响与可持续发展探讨金属材料在生产、使用、回收等环节对环境的影响及可持续发展策略。结合生活实际,开展金属材料相关实验或探究…鼓励学生动手实践,通过实验或探究活动深入了解金属材料的性能和应用。THANKS感谢您的观看
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