【大學(xué)課件】非鐵金屬材料與粉末冶金材料

非鐵金屬材料與粉末冶金材料歡迎來到非鐵金屬材料與粉末冶金材料課程。本課程將深入探討這兩類重要材料的特性、應(yīng)用和發(fā)展前景。課程導(dǎo)言課程目標(biāo)掌握非鐵金屬和粉末冶金材料的基本知識和應(yīng)用。學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋材料特性、分類、生產(chǎn)工藝和實(shí)際應(yīng)用。學(xué)習(xí)方法理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重案例分析和實(shí)驗(yàn)操作。非鐵金屬材料概述定義除鐵和鐵合金以外的金屬材料統(tǒng)稱為非鐵金屬材料。重要性在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中扮演著不可或缺的角色。非鐵金屬材料的定義與特點(diǎn)輕質(zhì)密度較低，適用于需要減輕重量的場合。耐腐蝕許多非鐵金屬具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。導(dǎo)電性好部分非鐵金屬是優(yōu)良的導(dǎo)電材料。非鐵金屬材料的分類與應(yīng)用輕金屬如鋁、鎂、鈦，廣泛應(yīng)用于航空航天和交通運(yùn)輸領(lǐng)域。重金屬如銅、鉛、鋅，常用于電氣和建筑行業(yè)。貴金屬如金、銀、鉑，在電子和珠寶行業(yè)中應(yīng)用廣泛。稀有金屬如鎢、鉬、鋯，在特種合金和核工業(yè)中發(fā)揮重要作用。銅及其合金1古代應(yīng)用銅是人類最早使用的金屬之一，用于制作工具和武器。2工業(yè)革命銅在電氣工業(yè)中的應(yīng)用推動了工業(yè)革命的發(fā)展。3現(xiàn)代應(yīng)用銅及其合金在電子、建筑和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛應(yīng)用。銅的性質(zhì)及應(yīng)用導(dǎo)電性銅是優(yōu)秀的導(dǎo)電材料，廣泛用于電線電纜。導(dǎo)熱性銅的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，常用于熱交換設(shè)備。耐腐蝕銅具有良好的耐腐蝕性，適用于海洋環(huán)境。銅合金的種類與性能黃銅銅鋅合金，具有良好的加工性能和裝飾性。青銅銅錫合金，硬度高，耐磨性好，常用于軸承。白銅銅鎳合金，具有優(yōu)良的耐蝕性和電阻特性。鋁及其合金1輕質(zhì)2耐腐蝕3易加工4高強(qiáng)度鋁是地殼中含量第三高的元素，其合金具有獨(dú)特的性能組合。鋁的性質(zhì)及應(yīng)用物理性質(zhì)密度低，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，抗磁性強(qiáng)?；瘜W(xué)性質(zhì)易氧化形成致密氧化膜，耐腐蝕性能優(yōu)異。主要應(yīng)用航空航天、汽車制造、建筑、包裝等領(lǐng)域。鋁合金的種類與性能鑄造鋁合金適用于復(fù)雜形狀零件的鑄造，如發(fā)動機(jī)缸體。變形鋁合金可通過軋制、擠壓等加工成各種形狀，如飛機(jī)蒙皮。熱處理鋁合金通過熱處理可顯著提高強(qiáng)度，如航空結(jié)構(gòu)件。粉末冶金鋁合金具有優(yōu)異的高溫性能，用于先進(jìn)發(fā)動機(jī)部件。鎂及其合金超輕鎂是最輕的工程金屬，密度僅為鋁的2/3。高比強(qiáng)度鎂合金的比強(qiáng)度優(yōu)于多數(shù)金屬材料。減震性好鎂合金具有優(yōu)異的減震和吸聲性能。鎂的性質(zhì)及應(yīng)用物理性質(zhì)密度低，熔點(diǎn)低，易加工。化學(xué)性質(zhì)活潑，易與氧反應(yīng)，需注意防護(hù)。主要應(yīng)用汽車輕量化、電子產(chǎn)品外殼、航空航天等。鎂合金的種類與性能AZ系列含鋁和鋅，綜合性能好，如AZ91D。AM系列含鋁和錳，耐腐蝕性好，如AM60B。ZK系列含鋅和鋯，強(qiáng)度高，如ZK60A。WE系列含稀土元素，高溫性能好，如WE43。鈦及其合金1高強(qiáng)度2低密度3耐腐蝕4生物相容性好鈦被譽(yù)為"太空金屬"，在航空航天和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。鈦的性質(zhì)及應(yīng)用高強(qiáng)度比強(qiáng)度高，常用于承重結(jié)構(gòu)。耐腐蝕在多種腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異。生物相容性用于制造醫(yī)療植入物和器械。鈦合金的種類與性能α鈦合金耐熱性好，焊接性能優(yōu)異，如CP鈦。α+β鈦合金強(qiáng)度高，塑性好，如Ti-6Al-4V。β鈦合金強(qiáng)度高，可熱處理，如Ti-10V-2Fe-3Al。金屬間化合物鈦合金高溫性能優(yōu)異，如γ-TiAl。貴金屬及其合金金、銀、鈀等貴金屬金化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)電性好，用于珠寶和電子。銀導(dǎo)電導(dǎo)熱性最好，廣泛用于電子和光學(xué)。鈀催化性能優(yōu)異，用于汽車尾氣凈化。貴金屬合金的性能與應(yīng)用金合金常與銅、銀等合金，用于制作首飾和電子觸點(diǎn)。銀合金與銅合金提高硬度，用于餐具和電氣觸點(diǎn)。鉑族合金耐高溫、抗腐蝕，用于化工和醫(yī)療器械。其他特種非鐵金屬鋅用于鍍鋅鋼和壓鑄合金。鎳耐高溫、耐腐蝕，用于特種合金。錫低熔點(diǎn)，用于焊料和包裝。鋅、鎳、錫等特種非鐵金屬鋅質(zhì)軟，易加工，常用于壓鑄和防腐。鎳磁性好，耐蝕性強(qiáng)，用于電池和合金。錫低熔點(diǎn)，無毒，廣泛用于焊接和包裝。特種非鐵金屬的特殊性能及應(yīng)用形狀記憶合金如鎳鈦合金，可在特定溫度下恢復(fù)原形。超導(dǎo)材料如鈮鈦合金，在低溫下實(shí)現(xiàn)零電阻。氫存儲合金如鑭鎳合金，可用于氫能源儲存。磁性材料如釹鐵硼，用于制造強(qiáng)力永磁。粉末冶金材料簡介1原料制備金屬粉末的制備和處理。2成形將粉末壓制成所需形狀。3燒結(jié)高溫加熱使粉末顆粒結(jié)合。4后處理如熱處理、機(jī)加工等。粉末冶金材料的定義與特點(diǎn)精密成形可制造復(fù)雜形狀零件，減少加工浪費(fèi)。可控孔隙率可制造多孔材料，如軸承和過濾器。復(fù)合性能可結(jié)合不同材料特性，如硬質(zhì)合金。粉末冶金材料的生產(chǎn)工藝與應(yīng)用粉末制備機(jī)械粉碎、霧化、電解等方法?；旌吓c造粒添加潤滑劑，改善流動性。壓制成形單軸壓制、等靜壓等方法。燒結(jié)在保護(hù)氣氛中高溫加熱。后處理尺寸校正、表面處理等。燒結(jié)鋼定義通過粉末冶金方法制造的鋼鐵材料。優(yōu)點(diǎn)近凈成形、性能可調(diào)、經(jīng)濟(jì)高效。應(yīng)用汽車零部件、工具、機(jī)械結(jié)構(gòu)件等。燒結(jié)鋼的燒結(jié)工藝與性能1預(yù)燒結(jié)低溫加熱，去除潤滑劑。2燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)，通常在1120-1150℃。3冷卻控制冷卻速度，影響最終性能。4后處理如滲碳、熱處理等，提高性能。燒結(jié)鋼的應(yīng)用齒輪高精度、高強(qiáng)度齒輪，用于汽車變速箱。軸承自潤滑軸承，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備。凸輪軸復(fù)雜形狀零件，用于發(fā)動機(jī)配氣系統(tǒng)。硬質(zhì)合金1超高硬度2耐磨性3高溫穩(wěn)定性4化學(xué)穩(wěn)定性硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑組成的復(fù)合材料。硬質(zhì)合金的組成與特性硬質(zhì)相主要是WC，也可含TiC、TaC等。粘結(jié)相通常為Co，也可使用Ni或Fe。性能特點(diǎn)高硬度、高韌性、耐磨損、耐高溫。硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝與應(yīng)用1原料制備制備碳化物和金屬粉末。2配料混合按比例混合并添加潤滑劑。3壓制成形使用模具壓制或等靜壓成形。4燒結(jié)在真空或保護(hù)氣氛中高溫?zé)Y(jié)。陶瓷及其復(fù)合材料氧化物陶瓷如氧化鋁、氧化鋯，耐高溫、耐腐蝕。非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅，高硬度、高強(qiáng)度。陶瓷基復(fù)合材料如纖維增強(qiáng)陶瓷，提高韌性和可靠性。功能陶瓷如壓電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷，具有特殊功能。陶瓷材料耐高溫陶瓷材料具有極高的熔點(diǎn)，適用于高溫環(huán)境。耐腐蝕化學(xué)性能穩(wěn)定，能抵抗多種腐蝕性介質(zhì)。絕緣性多數(shù)陶瓷是優(yōu)良的電絕緣體和熱絕緣體。復(fù)合材料的種類與應(yīng)用拋光及磨料材料天然磨料如金剛石、剛玉、石榴石等。人造磨料如人造金剛石、碳化硅、氧化鋁等。拋光材料如氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯等。金剛石磨料天然金剛石硬度最高，用于精密加工和珠寶加工。人造金剛石性能穩(wěn)定，成本較低，廣泛用于工業(yè)加工。金剛石微粉用于精密拋光和超精密加工。CVD金剛石新型涂層材料，用于切削工具。多孔陶瓷拋光材料多孔結(jié)構(gòu)提供良好的研磨性能和冷卻效果?？煽啬チ峡汕度氩煌愋秃土６鹊哪チ??？伤苄院靡子谥瞥筛鞣N形狀的拋光工具。輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料1減重2高比強(qiáng)度3隔音隔熱4能量吸收輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在航空航天、汽車等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。海綿金屬制備方法粉末冶金法、熔體發(fā)泡法、模板復(fù)制法等。特點(diǎn)低密度、高孔隙率、良好的吸能性能。應(yīng)用輕量化結(jié)構(gòu)、緩沖材料、過濾材料等。材料選擇常見鋁、鈦、鎳等金屬及其合金。多孔金屬材料輕質(zhì)密度低，可大幅減輕結(jié)構(gòu)重量。傳熱好多孔結(jié)構(gòu)有利于熱交換，用于散熱器。吸聲多孔結(jié)構(gòu)具有良好的吸聲性能。功能性粉末材料磁性材料軟磁材料、硬磁材料、磁記錄材料等。電子材料導(dǎo)電粉末、半導(dǎo)體粉末、絕緣粉末等。光學(xué)材料發(fā)光粉末、光學(xué)玻璃粉末、光催化材料等。磁性粉末軟磁材料鐵硅合金、鐵鎳合金、鐵基非晶等。硬磁材料釹鐵硼、釤鈷、鐵氧體等。磁記錄材料γ-Fe2O3、CrO2、金屬磁粉等。磁流體材料納米級磁性粉末懸浮液。催化劑載體材料高比表面積提供大量活性位點(diǎn)，提高催化效率。熱穩(wěn)定性在高溫反應(yīng)條件下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。多孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物的擴(kuò)散和產(chǎn)物的排出。生物醫(yī)用材料生物相容性材料金屬材料鈦及鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼等。高分子材料聚乙烯、聚氨酯、聚乳酸等。陶瓷材料氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石等。復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、生物活性玻璃等。生物活性材料1第一代生物惰性材料，如不銹鋼、氧化鋁。2第二代生物活性材料，如羥基磷灰石、生物玻璃。3第三代組織工程支架，如可降解聚合物。4第四代智能生物材料，如形狀記憶合金、藥物緩釋材料。粉末冶金在航空航天中的應(yīng)用發(fā)動機(jī)部件高溫合金渦輪葉片、鈦合金壓氣機(jī)葉片。