新教材蘇教版高中化學(xué)必修第二冊(cè)專題9金屬材料的性能及應(yīng)用教學(xué)課件

2024-02-01新教材蘇教版高中化學(xué)必修第二冊(cè)專題9金屬材料的性能及應(yīng)用教學(xué)課件目錄CONTENTS金屬材料概述金屬材料的物理性能金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的化學(xué)性能金屬材料的加工與成型金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)探究：金屬材料的性能測(cè)試課堂小結(jié)與拓展延伸01金屬材料概述金屬材料是指具有金屬特性，能夠用于制造有用物品的物質(zhì)。定義根據(jù)金屬元素的種類和性質(zhì)，金屬材料可分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料等。分類金屬材料的定義與分類人類最早使用的金屬材料主要是自然銅、隕鐵等自然存在的金屬。古代金屬材料近代金屬材料現(xiàn)代金屬材料隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，人類開始大規(guī)模地生產(chǎn)鐵、鋼、銅等金屬材料。隨著科技的進(jìn)步，新型金屬材料如鈦合金、高溫合金、非晶態(tài)合金等不斷涌現(xiàn)。030201金屬材料的發(fā)展歷程物理性能化學(xué)性能機(jī)械性能工藝性能金屬材料的性能特點(diǎn)金屬材料通常具有高導(dǎo)電性、高熱導(dǎo)性、高延展性和高反射性等物理性能。金屬材料具有高強(qiáng)度、高硬度、高韌性等機(jī)械性能，適用于各種機(jī)械零件的制造。金屬材料在常溫下具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，但在高溫、潮濕等環(huán)境下易發(fā)生腐蝕和氧化。金屬材料具有良好的鑄造性、鍛造性、焊接性和切削加工性等工藝性能，便于進(jìn)行各種加工操作。02金屬材料的物理性能指單位體積內(nèi)金屬的質(zhì)量，常用單位為g/cm3。不同金屬的密度差異較大，如鐵、銅、鋁等常見金屬的密度各不相同。指金屬的密度與水的密度之比，也可以理解為金屬的重量與同體積水的重量之比。比重越大，金屬越重。密度與比重比重密度熔點(diǎn)指金屬?gòu)墓虘B(tài)變?yōu)橐簯B(tài)所需的溫度。不同金屬的熔點(diǎn)差異很大，如鐵的熔點(diǎn)為1538℃，而汞的熔點(diǎn)僅為-38.87℃。沸點(diǎn)指金屬?gòu)囊簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)所需的溫度。沸點(diǎn)通常比熔點(diǎn)高得多，如鐵的沸點(diǎn)為2750℃，鋁的沸點(diǎn)為2467℃。熔點(diǎn)與沸點(diǎn)金屬具有良好的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電能力依賴于自由電子的數(shù)量和移動(dòng)速度。銀、銅、金等金屬具有極佳的導(dǎo)電性。導(dǎo)電性金屬能夠快速傳遞熱量，其導(dǎo)熱性能與金屬內(nèi)部的自由電子運(yùn)動(dòng)有關(guān)。導(dǎo)熱性好的金屬如銅、鋁等，常被用于制造散熱器、導(dǎo)熱片等。導(dǎo)熱性導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性磁性部分金屬具有磁性，能夠被磁鐵吸引或產(chǎn)生磁性。鐵、鈷、鎳等金屬具有較強(qiáng)的磁性，被稱為鐵磁性金屬。光學(xué)性能金屬對(duì)光的反射和吸收能力不同，呈現(xiàn)出不同的光澤和顏色。如金、銀等金屬具有高度的反射性，能夠反射大部分光線，呈現(xiàn)出獨(dú)特的光澤。此外，部分金屬還具有特殊的光學(xué)性能，如透光性、偏光性等。磁性與光學(xué)性能03金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形或斷裂的能力。常見的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。塑性金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。塑性好的材料易于加工成型，且能吸收較多的沖擊能量。硬度金屬材料抵抗硬物壓入其表面的能力。硬度高的材料耐磨性較好，但加工難度相對(duì)較大。韌性金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力。韌性好的材料能夠承受較大的沖擊載荷而不易斷裂。硬度與韌性金屬材料在循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生的損傷和破壞現(xiàn)象。疲勞破壞是許多機(jī)械零件失效的主要原因之一。疲勞金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒載荷作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。蠕變變形隨時(shí)間的增加而增大，最終導(dǎo)致材料斷裂。蠕變疲勞與蠕變VS金屬材料在外力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。根據(jù)斷裂前材料的變形程度，可分為韌性斷裂和脆性斷裂兩種類型。磨損金屬材料在相互接觸并相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。磨損是機(jī)械零件失效的主要原因之一，常見的磨損形式有磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損等。斷裂斷裂與磨損04金屬材料的化學(xué)性能金屬與氧氣反應(yīng)生成金屬氧化物的過程，如鐵生銹、銅變綠等。金屬的氧化金屬在潮濕環(huán)境中與氧氣、水或其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致金屬性能下降的現(xiàn)象。金屬的腐蝕包括均勻腐蝕、局部腐蝕（如點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕）和應(yīng)力腐蝕等。腐蝕類型氧化與腐蝕

耐蝕性與鈍化耐蝕性金屬材料抵抗腐蝕的能力，與其成分、組織結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)等因素有關(guān)。鈍化通過化學(xué)或電化學(xué)方法在金屬表面形成一層致密的氧化物膜，從而提高金屬的耐蝕性。鈍化方法包括化學(xué)鈍化（如酸洗鈍化）和電化學(xué)鈍化（如陽(yáng)極氧化）等。催化作用電化學(xué)性能金屬的電化學(xué)腐蝕金屬的電化學(xué)保護(hù)催化作用與電化學(xué)性能01020304金屬及其化合物在化學(xué)反應(yīng)中能夠降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)速率的現(xiàn)象。金屬在電場(chǎng)作用下的行為特性，包括導(dǎo)電性、電化學(xué)腐蝕與防護(hù)等。金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，如析氫腐蝕和吸氧腐蝕等。通過電化學(xué)方法（如陰極保護(hù)）來防止或減緩金屬腐蝕的措施。05金屬材料的加工與成型將液態(tài)金屬澆入鑄型中，冷卻凝固后獲得所需形狀和性能的鑄件的過程。鑄造可分為砂型鑄造和特種鑄造兩類。鑄造將金屬坯料在熱態(tài)或冷態(tài)下通過壓力加工成形的工藝方法。鍛造能改善金屬的內(nèi)部組織，提高其機(jī)械性能。鍛造鑄造工藝靈活，能生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的零件；鍛造工藝則能使金屬材料的纖維組織連續(xù)，提高零件的力學(xué)性能。鑄造與鍛造的比較鑄造與鍛造拉拔將金屬坯料通過模孔拉制成截面減小長(zhǎng)度增加的制品的塑性加工方法。拉拔通常在冷態(tài)下進(jìn)行，也可在熱態(tài)下進(jìn)行。軋制金屬坯料通過一對(duì)旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙，因受軋輥的壓縮使材料截面減小，長(zhǎng)度增加的壓力加工方法。軋制可分為熱軋和冷軋兩種。軋制與拉拔的比較軋制生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)；拉拔則適用于生產(chǎn)各種細(xì)長(zhǎng)、精密的金屬制品。軋制與拉拔焊接01通過加熱或加壓，或兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應(yīng)用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。釬焊02采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。焊接與釬焊的比較03焊接接頭強(qiáng)度高，密封性好；釬焊接頭則具有較小的熱影響區(qū)和較好的耐腐蝕性。焊接與釬焊粉末冶金技術(shù)概述粉末冶金是將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織；可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料；可以充分利用礦石、尾礦、廢渣、廢料等再生資源。粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用粉末冶金技術(shù)已廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領(lǐng)域，成為新材料科學(xué)中最具發(fā)展活力的分支之一。粉末冶金技術(shù)06金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域03機(jī)器設(shè)備各種機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)、壓力容器等，依賴金屬材料的機(jī)械性能。01橋梁、建筑框架如鋼結(jié)構(gòu)橋梁、高層建筑鋼框架等，利用金屬的強(qiáng)度和耐久性。02交通工具如汽車、火車、飛機(jī)等，金屬材料在承受載荷和保證安全方面起著關(guān)鍵作用。結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域功能材料領(lǐng)域利用金屬的導(dǎo)電性，傳輸電力和信號(hào)。如電子設(shè)備的外殼，防止電磁干擾。利用金屬的熱傳導(dǎo)性，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞和交換。某些金屬及合金在化學(xué)反應(yīng)中具有良好的催化作用。電線電纜電磁屏蔽熱交換器催化劑如金銀珠寶，具有觀賞和收藏價(jià)值。首飾如金屬雕塑、壁畫、擺件等，提升室內(nèi)空間的藝術(shù)氛圍。室內(nèi)裝飾金屬門窗、欄桿、雕花等，增加建筑的美感和實(shí)用性。建筑裝飾裝飾與藝術(shù)品領(lǐng)域如手術(shù)器械、牙科材料等，要求金屬材料具有良好的生物相容性和耐腐蝕性。醫(yī)療器械能源領(lǐng)域航空航天海洋工程如太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等，金屬材料在新能源領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。高性能的金屬材料對(duì)于航空航天器的制造至關(guān)重要，如鈦合金、高溫合金等。如海洋石油平臺(tái)、船舶制造等，需要金屬材料具有良好的耐海水腐蝕性能。其他應(yīng)用領(lǐng)域07實(shí)驗(yàn)探究：金屬材料的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理了解金屬材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能及電學(xué)性能等基本性能，并掌握相應(yīng)的測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對(duì)金屬材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及熱膨脹、導(dǎo)電性等性能測(cè)試，獲取金屬材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)原理選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧蠘悠?，熟悉?shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試方法。準(zhǔn)備工作進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。力學(xué)性能測(cè)試測(cè)定金屬材料的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性等熱學(xué)性能指標(biāo)。熱學(xué)性能測(cè)試測(cè)定金屬材料的電阻率、導(dǎo)電性等電學(xué)性能指標(biāo)。電學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟與操作對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和分析，得出各項(xiàng)性能指標(biāo)的具體數(shù)值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，評(píng)估金屬材料的性能特點(diǎn)，為材料選用和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析結(jié)論數(shù)據(jù)分析與結(jié)論實(shí)驗(yàn)過程中要注意安全，避免發(fā)生意外事故。安全第一按照實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范進(jìn)行操作，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。操作規(guī)范實(shí)驗(yàn)設(shè)備要定期維護(hù)和保養(yǎng)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。設(shè)備維護(hù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要及時(shí)記錄并整理，以便后續(xù)分析和處理。數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)08課堂小結(jié)與拓展延伸課堂小結(jié)：回顧本次課程重點(diǎn)內(nèi)容金屬材料的分類及性能特點(diǎn)重點(diǎn)介紹了鐵、鋁、銅等常見金屬及其合金的性能和應(yīng)用領(lǐng)域。金屬材料的加工與成型講解了金屬材料的鑄造、鍛造、軋制、拉拔等加工方法及其原理。金屬材料的腐蝕與防護(hù)介紹了金屬腐蝕的類型、原因及防護(hù)措施，如電鍍、涂漆等。金屬材料在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用通過實(shí)例說明了金屬材料在各個(gè)領(lǐng)域的重要性和廣泛應(yīng)用。