现在工业上运用的合金种类数以千计,现只扼要地介绍此中几大类。
(一)耐蚀合金
金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵御介质腐蚀的本领,称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的平日具有下述三个前提之一:
①热力学稳定性高的金属。平日可用其标准电极电势来果断,其数值较正者稳定性较高;较负者则稳定性较低。耐蚀性好的贵金属,如Pt、Au、Ag、Cu等就属于这一类。
②易于钝化的金属。很多金属可在氧化性介质中构成拥有维护作用的致密氧化膜,这类征象称为钝化。金属中最容易钝化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等。
③外面能天生难溶的和维护机能优越的侵蚀产物膜的金属。这种情况只有在金属处于特定的侵蚀介质中才涌现,例如,Pb和Al在H2SO4溶液中,Fe在H3PO4溶液中,Mo在盐酸中以及Zn在大气中等。
因而,工业上依据上述原理,采纳合金化法子得到一系列耐蚀合金,一样平常有响应的3种法子:
①进步金属或合金的热力学稳定性,即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素,使构成固溶体以及进步合金的电极电势,加强其耐蚀性。例如在Cu中加Au,在Ni中加入Cu、Cr等,即属此类。无非这类大量加入贵金属的设施,在工业结构材料中的运用是有限的。
②加入易钝化合金元素,如Cr、Ni、Mo等,可进步基体金属的耐蚀性。在钢中加入适当的Cr,便可制得铬系不锈钢。试验证实,在不锈钢中,含Cr量一样平常应大于13%时才能起抗蚀作用,Cr含量越高,其耐蚀性越好。这种不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性,但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中,耐蚀性较差。这是由于非氧化性酸不容易使合金天生氧化膜,同时对氧化膜还有消融作用。
③加入能促使合金外面天生致密的侵蚀产物保护膜的合金元素,是制取耐蚀合金的又一路子。例如,钢本事大气侵蚀是因为其外面构成结构致密的化合物羟基氧化铁[FeOx·(OH)23-二x],它能起维护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr都可增进这类保护膜的天生,由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气侵蚀的低合金钢。
金属腐蚀是工业上危害最大的自发进程,因而耐蚀合金的开发与运用,有重大的社会意义和经济价值。
(二)耐热合金
进步钢铁高温强度的法子不少,从结构、性子的化学观点看,大抵有两种首要法子:
1是增添钢中原子间在高温下的结合力。钻研指出,金属中结合力,即金属键强度大小,首要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看,ⅥB元素金属键在统一周期内最强。因而,在钢中加入Cr、Mo、W等原子的结果最好。
2是加入能构成各种碳化物或金属间化合物的元素,以使钢基体强化。由多少过渡金属与碳原子天生的碳化物属于间隙化合物,它们在金属键的基础上,又增添了共价键的成份,因而硬度极大,熔点很高。例如,加入W、Mo、V、Nb可天生WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物,从而增添了钢铁的高温强度。
行使合金法子,除铁基耐热合金外,还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金,它们在高温下拥有优越的机械性能和化学稳定性。此中镍基合金是最优的超耐热金属材料,组织中基体是Ni?Cr?Co的固溶体和Ni3Al金属化合物,经处理后,其利用温度可达1000℃~1100℃。
(三)钛合金
钛是容易钝化的金属,且在含氧情况中,其钝化膜在遭到破损后还能自行愈合。因而,钛对空气、水和多少侵蚀介质都是稳固的。钛和钛合金有优良的耐蚀性,只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所腐蚀。特别是钛对海水很稳固,将钛或钛合金放入海水中数年,掏出后,仍光亮如初,远优于不锈钢。
钛的另外一首要特征是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍,铝合金的1.3倍,是现在全部工业金属材料中最高的。
液态的钛几近能消融所有的金属,构成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入,可改良钛的机能,以顺应差别部门的必要。例如,Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性,可在至关高的温度下长期工作;以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金,可以50%~150%地伸长加工成型,其最大伸长可到达2000%。而一样平常合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。
因为上述优良机能,钛享有“将来的金属”的美称。钛合金已普遍用于国民经济各部门,它是火箭、导弹和航天飞机不可贫乏的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及多少轻工业部门中要大量运用钛合金,只是现在钛的价格较昂贵,限定了它的普遍利用。
(四)磁性合金
材料在外加磁场中,可表现出3种情形:①不被磁场所吸引的,叫反磁性材料;②薄弱地被磁场所吸引的,叫顺磁性材料;③猛烈地被磁场吸引的,称铁磁性材料,其磁性随外磁场的增强而急剧增高,并在外磁场移走后,仍能保存磁性。金属材料中,大多数过渡金属拥有顺磁性;只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。
磁性合金在电力、电子、电脑、自动控制和电光学等新兴手艺领域中,有着日趋普遍的运用。