金屬材料的制備-1-鎂合金制備為什么提款機(jī)的鍵盤要用金屬？

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1、金屬材料簡(jiǎn)介①離子鍵大多數(shù)的鹽類、堿類以及金屬氧化物通過離子鍵結(jié)合。通過電子轉(zhuǎn)移，形成各自穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的帶電的正負(fù)離子，通過庫(kù)侖相互作用結(jié)合在一起。1、金屬材料簡(jiǎn)介①離子鍵特點(diǎn)：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列；無(wú)方向性和飽和性,這導(dǎo)致離子晶體一般具有較高的配位數(shù)；結(jié)合牢固，熔點(diǎn)和硬度較高，良好的電絕緣體。Na+Cl-1、金屬材料簡(jiǎn)介②共價(jià)鍵亞金屬（C，Si，Sn，Ge）、聚合物，無(wú)機(jī)非金屬材料。由兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵。1、金屬材料簡(jiǎn)介②共價(jià)鍵特點(diǎn)：有方向性(電子在原子核周圍出現(xiàn)的幾率有明顯差異)：除s軌道，其它軌道都有一定的方向性，鍵的方向沿著電子云重疊最大的方向；有飽和性：導(dǎo)致配位數(shù)較少；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，硬，脆，導(dǎo)電性差。1、金屬材料簡(jiǎn)介③金屬鍵金屬原子的最外層電子數(shù)少，極易擺脫原子核的束縛成為自由電子。自由電子可在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)，被共有化。金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵。1、金屬材料簡(jiǎn)介③金屬鍵特點(diǎn)：金屬鍵既無(wú)方向性，也無(wú)飽和性。這導(dǎo)致金屬傾向于密堆積排列，fcc,hcp,bcc；良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，好的延展性？？1、金屬材料簡(jiǎn)介嚴(yán)格的說(shuō)：量子力學(xué)的世界里面，沒有100%的事情。不可能有單一的化學(xué)鍵。金屬鍵與導(dǎo)熱熱的本質(zhì)金屬鍵與導(dǎo)熱熱的本質(zhì)金屬鍵與導(dǎo)熱傳遞熱能的三種形式金屬鍵與導(dǎo)熱熱輻射，物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。一般的熱輻射主要靠波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光和紅外線傳播。由于電磁波的傳播無(wú)需任何介質(zhì)，所以熱輻射是在真空中唯一的傳熱方式。金屬鍵與導(dǎo)熱熱對(duì)流（thermalconvection）是指熱量通過流動(dòng)介質(zhì)，由空間的一處傳播到另一處的現(xiàn)象。西伯利亞寒流大西洋暖流金屬鍵與導(dǎo)熱固體的熱傳導(dǎo)金屬鍵與導(dǎo)熱絕緣體材料（離子或共價(jià)晶體）：無(wú)自由電子，靠聲子導(dǎo)熱純金屬：自由電子多，導(dǎo)熱主要靠自由電子金屬鍵與導(dǎo)熱絕緣體材料（離子或共價(jià)晶體）：無(wú)自由電子，靠聲子導(dǎo)熱純金屬：自由電子多，導(dǎo)熱主要靠自由電子合金：自由電子和聲子均有貢獻(xiàn)磁性材料：還需要考慮磁振子的貢獻(xiàn)金屬鍵與堆垛方式由于金屬鍵不具有飽和性和方向性，使金屬的晶體結(jié)構(gòu)傾向于緊密堆垛排列。所以金屬的晶體結(jié)構(gòu)通常為以下三種：面心立方結(jié)構(gòu)(face—centeredcubic,fcc)體心立方結(jié)構(gòu)(body—centeredcubic,bcc)密排六方結(jié)構(gòu)(hexagonalclose-packed,hcp)

如何堆積才能提高致密度？金屬鍵與堆垛方式面心立方FCC密排六方HCP金屬鍵與堆垛方式如何堆積才能提高致密度？面心立方FCC密排六方HCP金屬鍵與堆垛方式原子太“軟”，無(wú)法形成最致密堆積，形成體心立方金屬鍵與堆垛方式2、鎂合金的冶煉①、鎂合金簡(jiǎn)介“鎂合金”Why？降低汽車整車質(zhì)量是汽車輕量化最有效途徑。通過測(cè)算顯示，一輛汽車的自重每減少10%，燃油消耗量便會(huì)降低6%~8%.①、鎂合金簡(jiǎn)介國(guó)家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心①、鎂合金簡(jiǎn)介①、鎂合金簡(jiǎn)介電磁屏蔽計(jì)算機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品的外殼,以降低電磁波對(duì)人體輻射危害。①、鎂合金簡(jiǎn)介生物性能生物醫(yī)用材料具有很高的附加值，其每公斤達(dá)1200-150000美元，而建筑材料僅為0.1-1.2美元，宇航材料也僅100-1200美元。②鎂合金的冶煉

高爐冶煉特點(diǎn)高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機(jī)械化和自動(dòng)化水平較高?？梢詳?shù)十年不停機(jī)。為什么不用高爐冶煉鎂？鎂熔點(diǎn)650

°C沸點(diǎn)1091

°C鐵熔點(diǎn)1538

°C，沸點(diǎn)2862

°C鎂的沸點(diǎn)低，容易形成蒸汽，難于從爐底排出鎂熔體。能否通過降低爐內(nèi)溫度的方式，用高爐冶煉鎂？1、加速炭的燃燒，提高爐內(nèi)溫度。2、產(chǎn)生CO氣體，促成（氣相+固相）還原反應(yīng)。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2固態(tài)的C也可以直接對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原，但是固相-固相之間的反應(yīng)，依靠原子擴(kuò)散來(lái)進(jìn)行，速度非常慢。如果要用高爐冶煉鎂，在降低爐溫的同時(shí)。需要找到合適的還原性氣體。②鎂合金的冶煉高爐冶金為什么要吹氣？氧化物能否被還原，取決與各組元與氧的親和能力。親和能力越強(qiáng)的組元，可以爭(zhēng)取到更多的氧原子。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2上面的反應(yīng)式中，CO的與氧的親和能力最強(qiáng)，可以還原Fe的氧化物。氧勢(shì)圖氧勢(shì)圖把上式的DrGθ與溫度T的二項(xiàng)式關(guān)系繪制成圖。該圖又稱為氧勢(shì)圖，或稱為埃林漢姆圖，或稱為氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能與溫度的關(guān)系圖。為了直觀地分析和考慮各種元素與氧的親和能力，了解不同元素之間的氧化和還原關(guān)系，比較各種氧化物的穩(wěn)定順序，埃林漢曾將氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能數(shù)值折合成元素與1mol氧氣反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化即，將反應(yīng)：氧勢(shì)圖（Ellingham）的形成原理氧勢(shì)圖（1）斜率是反應(yīng)的熵變的負(fù)值（2）轉(zhuǎn)折點(diǎn)一定是在該溫度有反應(yīng)物或產(chǎn)物的相變氧勢(shì)圖Mg1800℃在CO線以上的區(qū)域，如元素Fe、W、P、Mo、Sn、Ni、Co、As及Cu等的氧化物均可以在固態(tài)的時(shí)候被C還原.鎂熔點(diǎn)650

°C沸點(diǎn)1091

°C氧勢(shì)圖鎂熔點(diǎn)650

°C沸點(diǎn)1091

°C▲熱還原法

▲熱還原法

皮江法（1940年）該工藝將煅燒后的白云石和硅鐵按一定配比磨成細(xì)粉，壓成團(tuán)塊，裝在由耐熱合金制成的蒸餾器內(nèi)，在1423～1473K及13Pa條件下還原得到鎂蒸氣，冷凝結(jié)晶成固態(tài)鎂，再熔成鎂錠。該工藝投資少，產(chǎn)品質(zhì)量高，但不能連續(xù)生產(chǎn)?！鵁徇€原法

皮江法（1940年）蒸餾罐用無(wú)縫鋼管制成,臥式.操作溫度1200℃,外部加熱.罐長(zhǎng)3米,內(nèi)徑28厘米,裝料160kg。

▲熱還原法

皮江法（1940年）真空度13.3~133.3Pa，溫度1200℃，時(shí)間9h?！娊夥ê推そ▽?duì)比

1、電解法與皮江法在一次能源消耗和礦石資源消耗上基本相當(dāng)。由于有副產(chǎn)品氯氣的銷售收入,電解法的生產(chǎn)成本低于皮江法。2、在鎂電解生產(chǎn)中,噸鎂將產(chǎn)生副產(chǎn)品氯氣2.8～2.9噸,而氯氣屬有毒的高危產(chǎn)品,不宜大量貯存和運(yùn)輸,因此,必須在電解鎂裝置附近配套建設(shè)能消耗這些氯氣的一系列化工裝置,配套這些化工裝置的投資一般是鎂冶煉部分的8～10倍,整個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)集群,投資巨大。▲電解法和皮江法對(duì)比

3、皮江法工藝簡(jiǎn)單,所需資源分布廣,只要在煤炭資源豐富的地方均可建設(shè),在生產(chǎn)中皮江法煉鎂所提供的就業(yè)崗位相對(duì)較多,有較好的社會(huì)效益。皮江法煉鎂與焦化產(chǎn)業(yè)組合形成產(chǎn)業(yè)鏈,利用煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣作為皮江法煉鎂的燃料,可