金属|金属是什么|金属材料的特性

　　有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。有色金属还包括有色合金。现代有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。

　　有色金属的分类很多，大约有80多种，大致按其比重、价格、在地壳中的储量及分布情况和被人们发现与使用情况的早晚等分为五大类。

　　重有色金属：指比重大于4.5的有色金属。包括铜，镍，锢，铅，锌，锑，汞，锡和秘。

　　轻有色金属：指比重小于4.5的有色金属。包括铝，镁，钙、钾、银和钡。

　　贵金属：指在地壳中含量少，开采和提取都比较困难，对氧和其它试剂稳定，价格比一般金属贵的有色金属。包括金、银。和铂族元素。一般比重都较大，熔点较高在916-3000度，有很好的化学稳定性、优良的抗氧化性及耐腐蚀性。

　　半金属：一般指硅、硒、蹄、砷和硼五种元素。其物理化学性质介于金属和非金属之间。如砷是非金属，但它能传热和导电。

　　稀有金属：稀有金属并不是说稀少，只是指在地壳中分布不广，开采冶炼较难，在工业应用较晚，故称为稀有金属。稀有金属又包括为稀有轻金属，稀有高熔点金属，稀有分散金属，稀土金属，稀有放射性金属。

　　有色金属材料的特点是种类繁多、涉及范围广。种类多达60多种，包括铝、铜、铅、锌、钛、镁、锑、锡、镍、钨、钼和稀土元素等。涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，是航空航天、交通运输、电子电器、能源动力、建筑桥梁、机械制造、日常用品、武器装备等民用和领域必不可少的材料，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。有色金属材料生产的技术水平和规模及其应用程度已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。

　　根据有色金属材料的特点，它们的性能差异很大，用途也各不相同，但是都是国民经济发展不可缺少的重要材料：目前，应用Z多、Z广的有色金属材料主要有：铝

　　重金属指比重大于5的金属(一般指密度大于4.55g/ cm3的金属)，其原子量大于55。重金属约有54种，一般都是属于过渡元素，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属(如汞、铅、镉等)并非生命活动所必需，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有害。

　　有色金属是指除铁、铬、锰和钒以外的金属。有色金属又分轻金属、重金属、贵金属和稀有金属四大类。重金属是指铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞、镉和铋等金属，它们的共同点是密度均在6g/cm3左右。重金属元素及其共伴生元素在元素周期表中的位置见下图。

　　图中，黑线框内画底线的元素为重金属元素，其余均为它们的共伴生元素。可见，与重金属共伴生的金属主要是贵金属和稀散金属。

　　铜是人类Z早发现和使用的重金属，距今8000年前，人类就已经使用铜。

　　铅也是人类史前重金属，炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。至公元前1600-1400年，铅已成为常见重金属。我国约在公元前2000年已用铅造币，称为铅刀。

　　锡也是古老重金属，Z初是在熔炼自然铜和锡矿石或处理锡铜矿石的混合物偶然获得锡铜合金(锡青铜)，构成了人类古代文明的青铜器时代。

　　锌在古代被人类制成黄铜作装饰品应用，我国是Z早掌握炼锌技术的国家。

　　贵金属中金和银是被人类发现和使用Z早的，早在新石器时代人类就已识别黄金。ZG在商代中期(公元前13-14世纪)已掌握制造金器的技能。约在公元前3000年，人类掌握了炼银技术。

　　伴随重金属发展历史，人类接触和使用重金属的种类、数量和机会也急剧增加。人类接触重金属的机会分为职业接触和非职业接触。职业接触主要指重金属的开采、冶炼、加工和使用等生产过程中，其作业人员因职业活动而接触重金属。非职业接触主要指因环境污染、日常生活、饮食习惯等原因接触

　　金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用Z多的一类物质。

　　金属的物理性质包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。各种机械零件由于用途不同，对材料的物理性能要求也有所不同。

　　1、金属的密度

　　金属的密度是指某种材料单位体积的质量。

　　金属的密度是工程材料的重要特性之一，工程上通常用密度来计算零件毛坯的质量。金属材料的密度直接关系到由它所制成的零件或构件的重量或紧凑程度，这点对于要求减轻机件自重的航空和宇航工业制件具有特别重要的意义，如飞机、火箭等。用密度小的铝合金制作零件，比用钢材制造的同种零件重量可减轻1/4～1/3。

　　2、金属的熔点

　　金属的熔点是指材料由固态转变为液态时的熔化温度。

　　金属都有固定的熔点，而合金的熔点取决于成分。例如，钢是铁和碳组成的合金，碳的质量分数不同，熔点也不同。根据熔点的不同，金属材料又分为低熔点金属和高熔点金属。

　　熔点高的金属称为难熔金属(如W、Mo、V等)，可用来制造耐高温零件。例如，喷气发动机的燃烧室需用高熔点合金来制造。熔点低的金属(如Sn、Pb等)，可用来制造印刷铅字和电路上的熔丝等。对于热加工材料，熔点是制定热加工工艺的重要依据之一。例如，铸铁和铸铝熔点不同，它们的熔炼工艺有较大区别。

　　3、金属的导热性

　　金属的导热性是指材料传导热量的能力。

　　金属的导热性能是工程上选择保温或热交换材料的重要依据之一，也是确定机件热处理保温时问的一个参数。如果热处理件所用材料的导热性差，则在加热或冷却时，表面与心部会产生较大的温差，造成不同程度的膨胀或收缩，导致机件破裂。

　　一般来说，金属材料的导热性远高于非金属材料，而合金的导热性比纯金属差。例如，合金钢的导热性较差，当对其进行锻造或热处理时，加热

　　金属加工简称金工，是一种把金属物料加工成为物品、零件、组件的工艺技术，包括了桥梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、珠宝、腕表的细微组件。它被广泛应用在科学、工业、艺术品、手工艺等不同的领域。

　　金属工艺性能是其力学性能、物理性能、化学性能的综合。工艺性能的好坏，会直接影响所制造零件的工艺方法、质量以及成本，因此选材时也必须充分考虑其工艺性能。按工艺方法不同，材料的工艺性能可分为以下几个方面。

　　1、铸造性

　　铸造性通常指液体金属能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的性能。流动性、收缩性、偏析倾向都是衡量铸造性好坏的指标。流动性好，充满铸型的能力大，铸件尺寸得到保证;收缩率小，可减少铸件中的缩孔;偏析倾向小，则铸件各部分成分能均匀一致。所以流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料，其铸件质量也好。一般来说，共晶成分合金的铸造性好。

　　一些工程塑料，在其成形工艺方法中，也要求好的流动性和小的收缩率。

　　2、可锻性(塑性加工性)

　　可锻性指材料易于进行压力加工(包括锻造、压延、拉拔、轧制等)的性能。可锻性好坏主要以材料的塑性变形能力及变形抗力来衡量。金属在高温时，变形抗力减小，塑性变形能力增大，所以高温下可用较小的力获得很大程度的变形。不过，不同的金属其变形能力各不相同，如钢的可锻性良好，铸铁不能进行任何压力加工。

　　3、焊接性

　　焊接性指材料易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。焊接性好的材料，焊接时不易出现气孔、裂纹，焊后接头强度与母材相近。低碳钢具有优良的焊接性，而铸铁和铝合金的焊接性就很差。

　　某些工程塑料也有良好的焊接性，但与金属的焊接机制及工艺方法并不相同。

　　4、切削加工性

　　切削加工性指材料进行切削加工的难易程度。它与材料种类、成分、硬度、韧度、导热性及内部组织状态等许多因素有关，可以用切削抗力的大小、加工表面的质量、排

　　金属回收是指从废旧金属中分离出来的有用物质，经过物理或机械加工成为再生利用的制品。金属回收是从回收、拆解、到再生利用的一条产业链。金属回收产业形成了一个完整的产业链及再生利用生态圈。

　　据资料显示，全世界使用过的贵金属，有85%以上被回收再使用。目前，美国的电子垃圾处理企业年利润就已经达到2500万～3000万美元。据统计，开采1t银大约需要30万美元的费用，而回收1t银仅需花费1万美元;开采28.39(10z)金需要250～300美元，而回收28.39(10z)金只需要100美元。再例如，把旧手机里的废电池收集起来，积攒到1t，就可以从中提炼出100g金;而普通的含金矿石(砂)每吨只能提取几克金，多者不超过几十克金。

　　我国的贵金属资源人均占有量低于世界人均占有量，因此二次资源回收利用的意义更大。经过多年的发展，我国已初步形成了一套较为完善的废旧贵金属回收体系，其中以废旧贵金属首饰和制作首饰的废料回收、贵金属矿山尾矿和选冶厂矿渣回收以及电解电镀废渣(液)回收为主。但与发达国家相比，我国贵金属再生资源的回收起步较晚，技术较为滞后，回收生产粗放经营，尚未形成有效的贵金属回收体系和相应配套的管理机制，亟待国家政策扶持。

　　目前，我国回收废旧贵金属的厂家有150～200家，回收单位分散，形不成规模;而且回收设备简陋，技术落后，回收率不高，浪费了资源和能源;回收渠道杂乱，缺乏政府的有力监管。贵金属回收的小作坊占据多数。这些个体户的出现，虽然对贵金属回收起到一定的作用，但带来的环境污染等问题却十分严重。

　　废金属包括常见的黑色金属、有色金属和贵金属。

　　在我国，黑色金属和有色金属回收利用价值已被人们所了解和熟悉，并形成了一个自下而上的回收系统，那些废铜烂铁无论以何种形态存在，人们已不再将其视为“废物”、“垃圾”，这正是由于回收工作的加强，才使它们的身价得到

 　　金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用Z多的一类物质。

　　金属化合物，是指合金中的两个元素，按一定的原子数量之比相互化合，而形成的具有与这两元素完全不同类型晶格的化合物。金属化合物晶格一般比较复杂。通常它们具有高的硬度、熔点和脆性，因此，不能直接使用。金属化合物在合金中一般起强化作用。

　　1、钠及其化合物之间的转化：

　　2、钠与水、酸反应的实质都是与H+的反应。

　　注意：钠也可与乙醇反应生成氢气，但较与水反应缓和。

　　3、金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板：

　　注意：钠与熔融的盐反应才能置换出盐中的金属。

　　4、从“四个角度”理解Na2O2与H2O、CO2反应的定量关系。

　　(1)物质的量的关系。

　　无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1。

　　(2)气体体积关系。

　　若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量的Na2O2，则气体体积减小的量等于原混合气体体积的1/2，且等于生成氧气的体积。

　　(3)转移电子关系。

　　2molNa2O2不论与H2O反应还是与CO2反应，均生成1molO2、转移2mol电子。例如：

　　(4)固体质量关系(质量守恒定律的拓展应用)。

　　由化学方程式的生成物中固体(NaOH或Na2CO3)与反应物中固体(Na2O2)的化学式及式量比较可知，每1molCO2或水蒸气与足量Na2O2反应时，固体增重28g或2g，从组成上看相当于吸收了CO2中的“CO”，或水蒸气中的“H2”，所以固体增加的质量Δm=28n(CO2)或Δm=2n(H2O)。

　　此规律适用于通式符合(CO)m(H2)n的纯净物或混合物，在O2中充分燃烧后产物被

　　非金属在通常条件下为气体或没有金属特性的脆性固体或液体，如元素周期表右上部15个元素和氢元素，零族元素的单质。大部分非金属原子具有较多的价层s、p电子，可以形成双原子分子气体或骨架状，链状或层状大分子的晶体结构。

　　非金属化合物是由非金属元素与其他元素组成的化合物。如果非金属元素与金属元素一同形成无机化合物，则可以形成无氧酸盐、含氧酸盐及配合物这几类物质。如果只由非金属元素形成无机物，则可以形成一系列共价化合物，如酸等。

　　(一)核心知识和规律必记

　　1、非金属元素的氢化物均为共价化合物，原子间能形成非极性键的元素有多种氢化物，如CxHy，SiH4与Si2H6，NH3与N2H4，H2O与H2O2等。

　　2、活泼金属元素的氢化物，如LiH、NaH、CaH2等，属于由金属阳离子和H-组成的离子化合物，H-的还原性强，这类氢化物易与水反应，如CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑。

　　3、peng元素在化合物中显+3价，其主要化合物有B2H6(乙peng烷)、BF3、NaBO2、NaBH4(四氢peng钠)、Na2B4O7·10H2O(peng砂)等。

　　(二)常用方法和技巧必会

　　1、BF3是空间构型为平面三角形的非极性分子，B原子(缺电子原子)能作为电子对接受体与F-、H-、OH-等配体通过配位键形成BF4-、BH4-、B(OH)4-等离子。

　　2、BF3中B原子Z外层不满足8电子结构，而BF4-、BH4-、B(OH)4-中B原子均满足Z外层8电子结构。

　　(一)核心知识和规律必记

　　1、CO2、SiO2是酸性氧化物，H2CO3的酸性比H2SiO3、HClO、Al(OH)3、H3BO3等弱酸的酸性强：CO2+Na2SiO3+H2O→Na2CO3+H2SiO3↓，Ca(ClO)2+CO2+H2O→CaCO3↓+2HClO，2NaA