一、有色金属材料的分类及应用简介

1. 有色金属

1）轻/重金属

• 定义标准：以密度为分界线，低于此值为轻金属，高于为重金属
4500kg/m34500kg/m^34500kg/m3

• 轻金属特性：
• 密度小（如铝）
2.698g/cm32.698g/cm^32.698g/cm3
• 典型代表：铝、镁、钾、钠、钙
• 感官特征：拿在手上轻飘飘的

• 重金属特性：
• 密度大（铜、镍、铅等）
• 感官特征：拿在手上很压手

• 记忆口诀："铁大钢小"对应铸铁含碳量>2.11%，钢<2.11%

2）贵金属

• 核心特征：
• 价格昂贵（如金价从300元/g涨至1000元/g）
• 地壳含量低且提纯困难
• 化学性质稳定（不易氧化）

• 典型应用：主要用作首饰等社交属性物品

• 代表金属：金、银、铂

3）稀有金属

• 分类体系：
• 稀有轻金属：锂、铯
• 稀有难熔金属：钛、钼、钨
• 稀有分散金属：镓、铟、锗
• 稀土金属：钪、钇、镧系
• 放射性金属：镭、铀、钍

• 战略意义：我国稀土储量全球领先，是高科技产业关键材料

2. 有色合金

• 基本构成：以有色金属为基体（>50%）加入其他元素

• 常见类型：铝合金、铜合金、钛合金等7大类

• 性能优势：
• 强度/硬度＞纯金属
• 电阻＞纯金属但温度系数小
• 综合性能优良

1）铝合金

• 铝镁合金：
• 含镁3%-10%
• 优势：密度小、强度高、抗震散热好
• 应用：航空航天、汽车制造

• 加工特性：适合冷加工（轧制/挤压/弯曲等）

2）铜合金

• 黄铜（铜锌）：
• 特性：质软耐磨
• 应用：热交换器、冷凝器

• 白铜（铜镍）：
• 结构白铜：机械仪表
• 电工白铜：精密电阻

• 青铜（铜锡）：
• 锡青铜：轴承齿轮
• 铅青铜：发动机轴承
• 铍青铜：精密弹簧

3. 铝及铝合金

1）铝的类别、外观及基础属性

• 金属特性：银白色的轻金属，化学符号为Al，中学阶段已学习过

• 密度特点：20℃时密度为2.698g/cm³（采用立方厘米单位便于实物感知），不同温度下密度会有微小变化

• 熔点数值：660.24℃，属于较低熔点的金属材料

• 物理特性：质地轻盈（2.698g/cm³），常温下呈现典型金属光泽

2）铝的性能特点及加工特性

• 化学活性：化学性能十分活泼，易被氧化，难以保持纯净状态

• 机械性能：塑性好但强度低，适合进行各种变形加工

• 加工方式：适用于轧制、挤压、模锻、冷冲、弯曲等冷加工工艺

• 成型能力：可加工成形状复杂的构件（如断桥铝门窗等常见制品）

3）铝的应用领域

• 主要用途：建筑（门窗等）、机械制造、电子产品

• 特殊应用：传输导线（仅次于铜的导电材料）

• 选用原则：架空线路优先选用铝材（相比铜线更轻，垂度小）

4）铝合金的类别、外观及基础属性

• 基本定义：添加其他合金元素的铝基材料，仍保持轻金属特性

• 典型代表：铝镁合金（含镁3%-10%），兼具铝与合金元素的特性

• 材料优势：通过合金化改善纯铝的性能缺陷

5）铝合金的性能特点

• 综合性能：密度小、强度高、抗震力强

• 特殊性能：散热性好、抗电磁干扰、绿色环保

• 改进效果：克服了纯铝强度低的缺点，同时保留轻质特性

6）铝合金的应用领域

• 重点领域：电子电气、航空航天（区分航空与航天不同应用）

• 工业应用：汽车制造、建筑材料

• 应用特点：适用范围比纯铝更广泛，性能可针对性优化

4. 铜及铜合金

1）铜

• 金属分类：属于重金属（密度>4500kg/m³）

• 基本特性：导电导热性能优异，但纯铜实际应用较少

• 对比参照：与铝同属有色金属，但密度和性能差异显著

2）铜合金

• 黄铜
• 成分组成：铜锌合金，锌含量决定具体性能
• 典型特征：黄色外观，质地柔软，耐磨性强
• 加工形式：可拉制成无缝铜管，制成板材、条材等
• 主要用途：热交换器、冷凝器、低温管路等温度相关设备

• 白铜
• 基础成分：铜镍合金，镍元素增强耐腐蚀性
• 分类应用：
• 结构白铜：机械性能好，用于精密机械（如化工机械）
• 电工白铜：热电性能优异，制造电工仪器、热电偶等
• 生活实例：一元硬币镀镍层即为防腐蚀应用

• 青铜
• 基本组成：以锡为主要添加元素（注意区别于文物青铜）
• 衍生类型：
• 锡青铜：铸造性能好，用于轴承、齿轮
• 铅青铜：发动机轴承材料（注意铅的毒性）
• 铝青铜：高载荷部件（齿轮、轴套）
• 铍青铜：精密弹簧、电接触元件
• 性能特点：通过不同添加元素获得针对性性能提升

5. 钛及钛合金

1）太空金属的名称由来

• 命名来源：钛被称为"太空金属"，源于其卓越的比强度特性（字幕中明确说明"网上查太空金属"的表述）

• 核心原因：在同等重量下强度最高，同等强度下重量最轻，满足航天器对材料"轻量化+高强度"的双重要求

2）钛的外观、特性、密度及应用

• 外观特征：银白色金属光泽，与钛合金外观相似难以肉眼区分（举例：钛杯、钛筷需通过价格辨别真伪）

• 物理特性：
• 密度，比钢轻43%，介于铝()与钢()之间
4.54g/cm34.54g/cm^34.54g/cm3
2.7g/cm32.7g/cm^32.7g/cm3
7.85g/cm37.85g/cm^37.85g/cm3
• 耐湿氯气腐蚀（特别强调氯的强腐蚀性）

• 民用应用：高端日用品（钛杯价格是普通杯子的3-5倍）、自行车部件、汽车镀层

3）比强度的概念及钛作为太空金属的优势

• 比强度定义：材料强度与密度的比值，钛在金属中排名第一

• 航天优势：
• 发射节省燃料：每减轻1克可大幅降低燃料消耗（具体数据：密度仅为钢的60%）
• 双重效益：保持结构强度同时显著降低重量

• 典型案例：飞机蒙皮（外壳材料）、航天器结构件

4）钛合金的特性、密度及应用

• 合金改进：
• 密度进一步降低至（钢密度的60%）
4.51g/cm34.51g/cm^34.51g/cm3
• 增强耐腐蚀性和使用性能

• 工业应用：
• 温度限制：工作温度需<350℃
• 典型场景：石化换热器、船舶部件、反应器
• 特别说明：所有钛材料（纯钛/合金）均适用于航天工程

6. 锌及锌合金

1）基本特性

• 机械性能：优良延展性（压延性）、耐磨性、铸造性

• 化学特性：突出抗腐蚀性（举例：镀锌螺栓螺母比普通件贵30-50%）

• 合金优势：可与多种金属形成性能优良的合金

2）应用形式及工艺

• 三大应用形式：
• 镀锌（表面处理技术）
• 锌基合金
• 氧化锌

• 镀锌工艺：
• 作用：防锈+美观（镀锌件具有更亮光泽）
• 主流方法：热镀锌（后续防腐章节详细讲解）
• 应用对象：钢材及钢结构件表面处理

• 行业分布：建筑、轻工、机械三大领域

二、常用金属复合材料的分类及应用

1. 金属基复合材料的分类及应用

• 定义：由两种及以上不同性质材料通过物理或化学方法组成的新材料（区别于合金的金属融合特性）

• 核心特性：具有高比强度、高比模量、尺寸稳定性、耐热性等突出性能

• 应用领域：航天航空结构件（如飞机部件）、汽车零部件、电子设备高性能组件

• 材料特点：通过颜色分层可直观辨别不同组分，实现1+1>2的协同效应（如铝增强塑料的强度+耐腐蚀性）

2. 金属层状复合材料的分类及应用

• 制备工艺：通过热轧、焊接将不同性能材料分层复合（如钛钢/铝钢/铜钢复合）

• 识别特征：保留各组分物理分层结构（肉眼可见颜色差异），不同于合金的均相融合

• 性能优势：比单组元合金更适应特殊环境（如化工设备需同时耐腐蚀+承压）

• 典型组合：钛不锈钢（航天用）、镍不锈钢（耐高温）、铜钢（导电+强度）

3. 金属与非金属复合材料的特点及应用

• 设计原理：取长补短组合（金属强度+非金属耐腐蚀）

• 钢塑复合管：
• 性能：钢管刚度+塑料管耐化学腐蚀
• 优势：内壁光滑（水阻小）、抑制细菌滋生
• 应用：石油输送管道、地下燃气管道

• 铝塑复合管：
• 特性：电磁屏蔽功能、隔热保温
• 应用：建筑给排水系统、工业电缆保护管

• 共性优点：施工便捷、寿命长、综合成本低

三、知识小结