金屬

　　金屬

　　[metal(s)]

　　jn sh

　　定義：具特有光澤而不透明（對可見光強烈反射的結果），富有展性、延性及導熱性、導電性的這一類物質。

　　擴展：

　　1、金屬中延展性最好的是Au，導電好的依次是Ag、Cu、Au、Al； 金屬釹

　　2、金屬有幾種分類方法：

　　冶金工業分類法：

　　黑色金屬：鐵、鉻、錳三種

　　有色金屬：鐵、鉻、錳以外的全部金屬。

　　根據密度分類法：

　　輕金屬：（密度小于4.5g/cm3）：鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等

　　重金屬：（密度大于4.5g/cm3）：鋅、鐵、錫、鉛、銅等

　　還可以把金屬分為：

　　常見金屬：如鐵、鋁、銅、鋅等

　　稀有金屬：如鋯、鉿、鈮、鉭等；

　　金屬顏料的特性及其應用

　　常用的金屬粉有鋁粉、鋅粉、鉛粉，合金形式的金屬粉有銅鋅粉（俗稱金粉）、鋅鋁粉、不銹鋼粉等。

　　與其他顏料相比較，金屬顏料有它的特殊性。由于粉末狀的金屬顏料以金屬或合金組成，故有明亮的金屬光澤和顏色。困此，許多金屬顏料用做裝飾性顏料，如銅鋅粉，它的色相從淡金直至赤金，使被涂裝的物品絢麗多彩；鋁粉色相銀白，也用于裝飾。近年來鋁粉的新品種閃光鋁粉與透明顏料配合使用，涂裝面不僅有金屬亮點，而且五彩繽紛，裝飾效果非常好；鱗片狀的鋅粉略呈淡色的金屬光，能使涂裝物與周圍景物混為一體，有偽裝效果。

　　大多數金屬顏料都是鱗片狀粉末，它調入成膜物而且涂裝成膜時，像落葉鋪地一樣與被涂物平行，互相連結，互相遮掩，多層排列，形成屏障，金屬鱗片阻斷了成膜物的微細孔，阻止外界有害氣體或液體在涂膜中的滲透，保護了涂膜及被涂裝物品，這是它物理屏蔽的防腐能力，而鋅粉除了有屏蔽能力之外，還有陰極保護作用，大量的鋅粉在涂膜內互相連成導電層，當涂層遇到電化學腐蝕時，由于鋅比鐵具有負的電極電位差，首先被腐蝕，從而保護了鋼鐵底材。不銹鋼粉具有良好的化學穩定性，能阻止化學腐蝕。

　　色淺、高光澤的金屬粉還有保溫能力，這類金屬粉幾乎不吸收光線，能反射可見光、紫外光，對于熱輻射也是如此，因此，可用于需要保溫、防止光和熱輻射的物品上，如貯存油品、氣體的罐、塔上，金屬粉能反射日光中紫外線的60%以上，故又能防止涂膜因紫外光照射老化，有利于延長涂膜的壽命。

　　金屬顏料是極微細的粉末，且多屬鱗片狀，但也有球形、水滴形、樹枝形的，都與其制造方法有關。金屬粉末須經過表面處理才具有顏料特性，如分散性、遮蓋力等，不同的表面處理可使金屬親油或親水，以適應不同涂料的要求。

　　大多數金屬顏料通過物理加式方式進行生產，使純金屬或合金成為特定的粉，如從固態、液態及氣態金屬轉化為粉末。一、由金屬的氣相狀態轉化為粉末如升華法制取鋅粉、超細鋁粉粉。二、由金屬的液相狀態轉化為粉末如氣動霧化法制取鋁粉、鋅粉及銅金粉。三、由金屬的固相狀態轉化為粉末的如切削法、球磨法制造鎂粉、鋁粉、不銹鋼粉及鈦粉。

　　通常用于粉末涂料的金屬顏料主要是鋁粉和銅粉、珠光粉。由于粉末涂料所選用的樹脂或固化劑不是含有堿性就是有一定的酸性，對于這些金屬及金屬氧化物都會產生一定程度的影響，因此對金屬顏料的表面處理就顯得尤為重要。雖然大多數金屬顏料在出廠前都已尼過表面處理，但是能否經受粉末涂料施工條件（200度10分鐘）的考驗是很成問題的。銅粉可采用苯并三氮唑等進行表面保護，對耐化學不穩定的鋁粉就無計可施了，所以銀色的美術型粉末涂層往往在使用一個階段后會出現發黑現象。

　　鎳粉在無色透明的樹脂中呈黃色，如果將它和其他顏色透明樹脂配合，可制成金色、橙色、黃綠色的涂層。

　　在含有金屬顏料的粉末涂料中如果要制造彩色涂層，其遮蓋力應依靠金屬顏料而不應依靠著色顏料。最好選用遮蓋力較低的著色顏料或透明顏料，尤其要少用或不用鈦白炭黑等。因為高遮蓋力顏料的存在將使金屬顏料黯然失色。

　　金屬材料性能為更合理使用金屬材料，充分發揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能(使用性能)及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能(工藝性能)。

　　材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等)、化學性能(耐用腐蝕性、抗氧化性)，力學性能也叫機械性能。

　　材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。

　　(一)、機械性能

　　機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現出來的特性。

　　1、強度：材料在外力(載荷)作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應力。

　　2、屈服點(s)：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應力達到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續增加或產生0.2%L。時應力值，單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。

　　3、抗拉強度(b)也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應力值。單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。

　　4、延伸率()：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標距長度的百分比。

　　5、斷面收縮率()材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。

　　6、硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。

　　7、沖擊韌性(Ak)：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米2(J/cm2)。

　　對低碳鋼拉伸的應力——應變曲線分析

　　1.彈性：e=e/E， 指標e，E

　　2.剛性：△L=P?l/E?F 抵抗彈性變形的能力強度

　　3.強度： s---屈服強度，b---抗拉強度

　　4.韌性：沖擊吸收功Ak

　　5.疲勞強度： 交變負荷-1＜s

　　6.硬度 HR、HV、HB

　　Ⅰ階段 線彈性階段 拉伸初期 應力—應變曲線為一直線，此階段應力最高限稱為材料的比例極限e.

　　Ⅱ階段 屈服階段 當應力增加至一定值時，應力—應變曲線出現水平線段(有微小波動)，在此階段內，應力幾乎不變，而變形卻急劇增長，材料失去抵抗變形的能力，這種現象稱屈服，相應的應力稱為屈服應力或屈服極限，并用s表示。

　　Ⅲ階段 為強化階段，經過屈服后，材料又增強了抵抗變形的能力。強化階段的最高點所對應的應力，稱材料的強度極限。用b表示，強度極限是材料所能承受的最大應力。

　　Ⅳ階段 為頸縮階段。當應力增至最大值b后，試件的某一局部顯著收縮，最后在縮頸處斷裂。

　　對低碳鋼s與b為衡量其強度的主要指標。

　　剛性：△L=P?l/E?F，抵抗彈性變形的能力。

　　P---拉力，l---材料原長，E---彈性模量，F---截面面積

　　塑性變形：外力去處后，不能恢復的變形，即殘余變形稱塑性變形。

　　材料能經受較大塑性變形而不破壞的能力，稱為材料的塑性或延伸性。

　　衡量材料塑性的兩個指標是延伸率和斷面收縮率。

　　延伸率=(△l0/l)100% 斷面收縮率=((A-A1)/A)100%

　　韌性(沖擊韌性)：常用沖擊吸收功 Ak 表示，指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的力。

　　疲勞強度：材料抵抗無限次應力(107)循環也不疲勞斷裂的強度指標，交變負荷-1＜s為設計標準。

　　硬度：材料軟硬程度。

　　測定硬度試驗的方法很多，大體上可以分為彈性回條法(肖氏硬度)壓入法(布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度)和劃痕法(莫氏硬度)等三大類，生產上應用最廣泛的是壓入法。它是將一定形狀、尺寸的硬質壓頭在一定大小載荷作用下壓入被測材料表層，以留下的壓痕表面面積大小或深度計算材料的硬度值。

　　由于硬度測定時的測定規范，所用儀器設備等不同，用壓入法井臺測定材料的硬度的方法也有多種。

　　常用的方法是布氏硬度法(HB)，維氏硬度法(HV)，洛氏硬度法(HR)。

　　(二)、工藝性能

　　指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。

　　8、鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學成分不均性。

　　9、焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。

　　10、頂氣段性能：指金屬材料能承授予頂鍛而不破裂的性能。

　　11、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度(外角)或彎心直徑d對材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，則材料的冷彎性愈好。

　　12、沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。

　　13、鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。

　　(三)、化學性能

　　指金屬材料與周圍介質掃觸時抵抗發生化學或電化學反應的性能。

　　14、耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質侵蝕的能力。

　　15、抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產生氧化皮能力。

　　從植物中收獲金屬

　　1995年，俄羅斯奧爾登堡大學的生物學家梅格列特在研究一種叫蓼的一年生草本植物時，意外地發現蓼的葉子中含有異常高的鋅、鉛、鎘等金屬。這是否表明蓼有從土壤中吸收這些金屬的“嗜好呢”？于是他帶著這個疑問，在一些被鋅、鉛、鎘之類金屬污染過的土地上種了大量的蓼。這些蓼長得非常茂盛，葉子又大又厚，結果在1 公頃的土地上，一個季節就收獲了大量的蓼。梅格列特將蓼草放入800 ℃的爐子里燒，草化為灰燼，結果從中得到了1.3千克鎘、23千克鉛、322千克鋅。

　　最近，德國奧爾登大學的一個試驗小組已在一處廢金屬堆放場引種俄羅斯大蓼獲得成功。現在該試驗小組已從德國各地尤其是環保組織接到了大量訂單，同時還為推廣這項研究成果專門成立了一家商業性公司。它的業務活動已引起德國軍事部門的很大興趣，因為歷史上的各種軍事演習場包括二戰時期用作化學武器倉庫的地方都有待改造，消除污染，公司方面業已應約在那些地方種下了大蓼，以凈化環境，回收有害金屬。

　　最近還有文獻報到，美國加利福尼亞的專家們通過研究發現，野生芥菜有從土壤中蓄積鎳的功能，他們把種植的半公頃的野生芥菜桿割下來，曬干再燒成灰，每100克芥菜灰中獲得了15-20克鎳。他們目前正著手培育蓄積金屬能力更強的芥菜新品種，預計可以從每平方米的土地上獲取12克鎳。盡管通過這種方式獲取鎳的效果遠不及其它辦法，但對環境無任何污染。

　　科學研究證明，植物在千百萬年漫長的進化演變過程中，已經練就了一身非凡絕招，許多植物有累積某些金屬元素的能力。如堇菜好鋅、香薷含銅比較豐富、煙草含鈾特別多，還有紫云英含硒、苜蓿含鉭、石松含錳格外豐富。生長在含黃金特別多的土壤中的玉米或木賊草，燒成灰，每噸竟可以提取到10克黃金。有些植物能累積稀有金屬，如鉻、鑭、釔、鈮、釷等，被稱為“綠色稀有金屬庫”。它們對稀有金屬的聚集能力要比一般植物高出幾十倍、成百倍，甚至上千倍。比如鉻，在一般植物中用光譜檢測也很難發現，而鳳眼蘭卻能在根上累積鉻，其含量可達到0.13％。

　　這一系列的發現引起了科學家們的極大興趣，被人們稱為“綠色冶金”技術。專家預言如果這一成果取得突破性的進展，人類將有可能通過種植植物來獲得所需的金屬，同時還可以改善遭受人類破壞的環境