金屬材料的一般特性

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金屬材料的一般特性范文第1篇

關鍵詞：金屬材料；工藝加工；方法研討

1 關于金屬工藝的類型

在當前的工業活動中，廣泛的使用金屬，它被大量的用來生產各種類型的產品。由于產品的使用方向是不一樣的，因此其采取的工藝也完全不同，作者具體的分析了幾類常見的工藝。

1.1 鑄造工藝

所謂的鑄造，具體的說是把金屬物質在加高溫之后變為液態，進而結合工作的規定將其制造成所需狀態的一類工藝。在使用時必須結合金屬物質的特點來分析，當前干擾鑄造水平的要素非常多，比如材料是否能夠很好的流動，是否有較高的收縮水平等。干擾鑄造物質特性的關鍵要素是其成分，以及澆筑的氣溫等，通常來講，當碳的含量非常高時，它的流動性就會降低，此時鑄造工作也無法有效的開展。

1.2 鍛壓工藝

在使用鍛壓工藝時，必須要掌控好材料的特性，要確保它們有很好的抗沖能力，而且對于變形也有較高的規定，而材料的特點是由其構成要素以及制作條件決定的，假如變形差就會導致其在壓力的干擾之下，出現縫隙，此時就會無法得到我們所需的形狀。

1.3 焊接工藝

所謂的焊接工藝，具體的說是將材料制作為合乎規定的產品而展開的一類活動。我們在評判該種措施是不是合理時，常會分析焊接以后的金屬是不是有縫隙，或是有氣孔，以及它能否長久的使用。在運用時必須要確保焊接頭的力學特征明顯，而且要確保其不會明顯收縮。

1.4 切削工藝

切削工藝指的是結合工作規定，對需處理的金屬切割或是削切。在運用時會受到很多要素干擾，比如材料導熱能力，結構以及硬度等等，通常來說，如果硬度很大，此項技術產生的效果就越弱，就越無法獲取我們所需的效益。

1.5 熱處理性能

具體來講，它指的是金屬在接受熱處理時體現出來的特性。比如它的淬透能力等。

2 金屬材料加工方法

結合物質的不同性質以及產品生產的規定，可以使用不一樣的措施開展加工工作。當前行業使用較多的措施有如下的一些，接下來具體分析。

2.1 熱處理加工方法

關于其原理以及特征。具體來講，該措施是把金屬物質放到特定的介質里面，借助加熱或是冷卻的措施，將金屬本身的結構變化，此時我們就可以將物質的特性進行改變，最終能夠控制好它的性能。該措施在當前的工業生產工作中的應用幾率非常大，而且還是一個不可或缺的措施，經由熱處理將材料的特性改變，以此來獲取完全不一樣的使用要求。關于工藝。該措施涵蓋三個具體的步驟，即加熱以及保溫和冷卻。接下來具體分析，在加熱時，零件處在大氣里面，此時其會被氧化，這對處理以后的零件來講負面效益會十分明顯。所以我們經常將其放在可保護的環境中對其加熱，或是采用包裝的措施對其處理。在處理時還必須控制好氣溫。對于處理工作來講，它的氣溫高低非常關鍵，只有確定好溫度，才能夠開展后續的工作。在實際的工作中，加熱的氣溫并不是固定的，它會因為材料的不同以及工作目的的不同而表現的不一樣，不過通常都將其最少加熱超過相變氣溫。同時轉變會利用很多的時間，所以如果零件的滿足溫度的規定，還要在這個溫度狀態之下持續一些時間，確保里外的氣溫是完全一樣的，此時組織就可以很好的變化。對于冷卻來講，它是當前工作中非常關鍵的內容，具體的冷卻措施會因為工藝的差異而有所差別，最主要是要掌控好速率。

2.2 高速切削加工方法

關于其原理以及特征。對于高速切削活動來講，它不像是常見的處理方式，由于它的速度非常快，因此碎屑等還沒有時間接觸零件就被吹走了，此時零件就可以始終處在一種冷卻的情形之中，不會導致它因為受熱而出現形狀改變。它所需的費用不多，但是零件的精確性非常好。

選擇好刀具。高速切削加工方法會產生較高的溫度，對切削率要求也很高，所以對刀具的選擇要求很高，刀具必須滿足硬度高、熱硬性好的要求，一般使用比較多的是PCBN刀具、陶瓷刀具和新型硬質合金及涂層硬質合金刀具。

關于工藝。高速切削加工工藝不同于一般的切削工藝，特別對硬質金屬材料的切削，它要求充分考慮到每道工序的協調問題，記錄前道工序加工后的材料剩余量，以便指導后續的加工操作。所以在進行切削任務前需要把粗加工、半精加工和精加工作為一個整體來規劃，并設計出合理的加工方案。

2.3 溫擠壓成形加工方法

溫擠壓成形加工方法是指利用金屬材料的塑性成形特性，將金屬材料放入到擠壓模具的型腔內，再通過增加外擠壓力的方式來使金屬材料形成具有一定尺寸規格和力學性能的形狀。

設計擠壓模具。模具的作用是用來控制金屬材料的流動的，為提高金屬材料的塑性，需要向變形區內施加強大的壓力，因此設計出尺寸、形狀、精度符合要求的模具是核心關鍵所在。擠壓成形模具的設計環節一般包括分析零件的工藝性、選擇工藝方案、設計工序、計算擠壓壓力的大小、選擇壓力機、設計模具結構以及繪制模具圖紙。

控制擠壓溫度。在對金屬材料進行擠壓的過程中，當擠壓的溫度越高時，變形抗力就會變得越低，也即是說可以降低擠壓力，減少施加機械能。當擠壓溫度升高到一定程度時，金屬材料的表面就會由于撕裂造成組織粗大。從經驗實踐中發現當進行復合擠壓時，溫度加到150-200℃時，所需要施加的擠壓力會減少10%。在冷擠壓難以成型的材料在熱擠壓時，即使變形達到60%到70%時，擠壓壓力也不會有太大的變化，大量的實踐數據表明，用于溫擠壓的溫度以400-500℃為宜。

熱擠壓冷卻方法。擠壓模具連續在高溫下作業，強度和硬度都會明顯下降，從而影響到模具的使用壽命。在小批量生產作業時，可以通過壓縮空氣的方法來冷去凸凹模部分，如果在大批量生產時則需通過以下方法冷卻模具：各一次行程才送一個毛坯，以保證有足夠的時間給模具冷卻；在模具內開孔冷卻；對模具進行噴霧冷卻。

3 結束語

金屬材料由于化學成分不一樣，其所具有的力學特性、物理特性都不一樣，其所對應的加工方法也不一樣。所以，在對金屬材料進行加工時要根據其本身固有的特性和加工目的而采取合適的加工，從而實現對金屬材料的使用。

參考文獻

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[2]王建平.硬質金屬材料高速切削加工研究[J].機床與液壓，2013（15）：21.

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[5]胡宏楠，董明.顆粒增強金屬基復合材料切削加工工藝的新進展[J].金屬材料與冶金工程，2009（1）.

金屬材料的一般特性范文第2篇

關鍵詞：機械設計；材料；選擇；應用

機械行業的發展是現代化工業體系創建的重要保障，當前機械需求量增加迅速，對于質量和使用性能的要求也越來越高，材料的選擇和使用成為機械設計所面臨的關鍵問題。材料作為機械設計的基本元素，其選擇和使用是機械設計發展的基礎。在綜合考慮使用性能、工藝要求、環保節能需求以及經濟適用等因素后，選擇和使用最合適的材料用于機械設計中，對于機械使用性能及壽命的提高有重要保障。

1 機械設計中的常用材料

1、金屬材料

金屬材料是機械設計應用最為廣泛的材料，占據使用量的90%以上。鋼鐵材料由于其韌性、硬度、價格、能滿足各種加工要求等，成為使用最多的材料，包括金屬元素以及主要由金屬元素組成的呈金屬性的材料。自然界中就能為機械設計提供近80種金屬材料。除純金屬材料外，合金、特種金屬和金屬間化合物材料也屬于金屬材料。合金材料也是使用廣泛的一種材料。合金材料作為兩種及以上金屬材料的混合物，其特性優良，提升了機械使用性能。特種金屬材料以及金屬間化合物材料是科技領域的重要材料。

2、復合材料

復合材料是使用化學或物理技術把兩種或兩種以上材料復合后，得到的使用性能較為特定且能滿足多種工藝要求的新材料。復合材料包含金屬及非金屬材料。金屬材料主要指鋁、鎂以及合金材料等。非金屬材料則主要包括樹脂、橡膠以及陶瓷等。另外還有玻璃纖維、金屬絲以及碳化纖維等增強型材料。

3、高分子材料

高分子材料即將化合物作為基體，為滿足使用要求而在化合物中摻入相應的添加劑或助劑，從而形成一種聚合物材料。高分子材料的生產原材極為廣泛，獲取便利，合成纖維、塑料等生活中使用率很高的材料就是高分子材料。這種材料可以從自然界的物質中提取，如天然氣等，延展性高、加工能耗低，具備了較強的可再生性及可循環性。目前，在機械設計中，高分子材料正逐步代替很多金屬材料，聚甲醛材料的耐磨性，使其代替金屬材料成為齒輪、軸承等機械零件的使用材料。汽車制造業是高分子材料的主要使用領域，既減輕了汽車重量，又降低了能耗。

4、陶瓷材料

陶瓷材料就是通^天然化合物或合成化合物，經高溫燒結后形成的非金屬材料。陶瓷材料主要包括氮化硅及碳化硅。因其高硬度特性，被廣泛應用于密封零件的設計中；其耐磨性和耐腐性是化學儀器設計制造的重要材料；其電物性能應用于電容器制造中。納米陶瓷技術的發展，使陶瓷材料成為航空航天和衛星通訊等領域的重要材料。

2 機械設計中材料選擇和應用

1、實用型材料的選擇與應用

機械材料的應用要將使用性作為最基本的標準，根據機械設計中的零件性能及使用要求選擇材料。此外，在機械設計中，需要依照具體的工藝指標進行材料加工，對于材料特性有嚴格的要求，鑄造、鍛造、焊接、切削、粘接、熱處理等都需要相應的材料特性有不同要求，焊接時需要滿足敏感性及使用性能，鍛造時則需要材料能夠可鍛性、冷卻度、熱裂傾向性、沖壓性等要求，因此，在選擇和應用材料時，就必須滿足這些工藝的要求，同時，滿足機械零件及整體的性能和要求。在滿足工藝和性能要求后，再選擇經濟性較高的材料。

2、荷載型材料的選擇和應用

材料的荷載能力對于機械零件使用性能及壽命有重要影響，一旦荷載能力不能滿足使用標準，就可能造成材料的失效或者使用中的機械零件失效。選擇材料時，必須確保材料荷載能力能夠滿足機械設計要求，結合經濟性選擇更強荷載能力的材料，確保機械設計使用正常。材料荷載能力能夠通過熱處理技術完善。熱處理技術主要包括調質、表面硬化以及分析氮化等技術。調質技術使用最為廣泛，能夠提升材料屈服度以及拉伸強度，提高材料塑性及強度，在使用調質技術時，要注意明確標注調質技術處理，并標明調質硬度范圍，確保材料硬度能夠滿足實際強度的要求。表面硬化技術是對金屬材料表面的針對性處理，主要作用在于提升材料耐蝕性以及耐磨性，其中氮化技術以及滲碳技術較為常用。滲碳技術即通過滲碳爐提高材料表面的碳含量，再經過淬火后提升表面硬度，之后通過低溫回火消除應力，穩定表面組織結構。氮化技術主要應用于氮化鋼的處理，在處理過程中不會引起較大的材料變形，硬化層也較小，能夠結合調質技術使用，提升材料耐磨性及強度。

3、碳素鋼、合金鋼

碳素鋼因其良好的加工工藝性及價格優勢得到了廣泛使用，但其強度及韌性較差，零件超過中等形狀后就無法進行整體淬透，因此一般會加入一定的合金元素，從而形成合金鋼。合金元素使碳素鋼的強度、韌性、淬透性、耐磨性都得以提高，因此材料性能也有了較大提高，能夠發揮更好的耐熱、耐腐性、耐蝕性能。一般應用于荷載應力較大且較復雜時。或者在淬火工藝性要求較高、防止淬火裂紋或者降低變形時使用。合金鋼使用的限制，既是為了有針對性地提高零件質量，也是為了減少資源浪費。

4、環保節能型材料的選擇和應用

在材料選擇時，尤其要注意那些對環境有不同程度破壞的材料，如砷、鉛、鋰、六價鉻等，在滿足機械設計需求的條件下，盡量選擇其他無公害型材料，既減少環境污染，又有益于人體健康。熱處理技術是當前機械材料來提高材料使用性能及壽命，但這種技術不僅污染環境，還會加大能耗，因此，要盡量選擇能夠用熱軋或冷拔狀態進行處理后，就能發揮使用性能的材料。在不能避免使用熱處理技術時，盡量選擇熱處理程序更少的材料，如使用低淬透性鋼制造齒輪時，可以實現穿透性加熱，冷卻后，表面就會淬硬。

5、可循環利用型材料的選擇和應用

機械設計中多使用金屬材料，在設計中，對不同零件往往需要根據其使用性能綜合使用金屬材料，為滿足零件性能，將這些材料混合加工為合金材料，從而滿足使用需求。這種使用方式對機械報廢后的回收難度和回收成本都有很大的影響。為提高材料報廢后的廢物資源化，機械設計時，要盡量選擇可循環利用的材料，單一合金或者金屬種類較少的合金材料是更科學的選擇，材料循環利用的可能性也更高。

3 結語

機械設計中材料的選擇和應用要綜合考慮各種因素，確保機械設計能夠滿足設計標準及使用要求。還要滿足當前環境保護的發展趨勢，確保選材的環保性、可循環性、無害性，促進機械設計行業的可持續發展。

參考文獻

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[2]吳宗燁. 芻議機械設計中材料的選擇和應用[J]. 技術與市場， 2016， 23（11）：123-123.

[3]胡燁， 賈耀曾. 機械設計中的材料的選擇和應用分析[J]. 現代制造技術與裝備， 2016（4）：100-101.

金屬材料的一般特性范文第3篇

【關鍵詞】金屬材料；拉伸實驗；實驗表征

金屬材料的力學性能是其性能和可靠性的重要標志，拉伸性能更是金屬材料的力學性能的重要參數。通過拉伸實驗，可以獲得如抗拉強度、伸長率等多項金屬材料的力學指標，為材料方面的科學研究創造價值。本文就金屬材料在室溫條件下的拉伸實驗進行了簡要分析，希望能為實際的實驗工作帶來一些幫助。

1.實驗要求

金屬材料的拉伸實驗是在常溫下對除金屬構件和金屬零件以外的黑色或有色金屬進行拉伸實驗，以測定其性能指標的實驗。對于待測定的試樣，一般要求其橫截面尺寸不小于0.1mm，但有些試樣，如毛細管、超細絲、金屬箔等，其本身橫截面尺寸很小的，常規方法一般處理不了，需要單獨處理。拉伸實驗要求在常溫中進行，這里常溫指的是10-35℃之間的溫度。如果所測材料在不同的溫度下力學性能值變化時，要更加注意實驗的溫度，一般將溫度控制在23℃左右，以保證性能數據準確性較高。

2.試樣取樣及加工

金屬材料在取樣時一定要按照相關的規定進行切取。在切取時要注意切取的位置、方向以及數量。在取樣的整個過程中，一定要保證材料的溫度處于室溫水平，防止材料過熱或硬化影響金屬材料力學性能的測定。在切取之前，可以先將切取位置、方向標記出來，防止切取時出現差錯，造成材料的浪費，或導致性能指標測量不準。對于鋼產品在取樣時不僅要保證試樣的尺寸切取合適，也要保證鋼產品的外觀合適。

取樣結束之后，接下來需要對試樣進行加工。對于材料厚度在25mm以上的試樣，一般會采用機器加工的方法，將其加工為圓形橫截面或單邊減薄至25mm之后，再進行實驗。對于材料厚度比較小的試樣，一般不經機器加工。

試樣可以分為比例試樣和非比例試樣兩種，試樣標距也可分為比例標距與非比例標距兩種，在不同的試樣標距下，材料的斷后伸長率測出來是不一樣的。一般，若試樣的試樣標距L0與試樣的原始橫截面積S0滿足關系式L0=k（S0）1/2時，則采用比例標距，否則，采用非比例標距。

3.實驗過程

3.1試樣原始橫截面積S0的測量

試樣的原始橫截面積是通過實測試樣的橫截面的尺寸而計算得到的，對于橫截面為圓形的試樣，測量的是橫截面的直徑，在選取測量位置時，要包括標距兩端和中間三個位置，進行多次測量，將三個位置的直徑數據分別匯總，處理之后求平均值，并計算橫截面積，取三次計算面積的最小值作為原始橫截面積；如果橫截面為矩形，則測量的是長和寬，在選取測量位置時要包括標距兩端和中間三個位置，并把三次計算得到的橫截面積的最小值作為原始橫截面積；對于環形的試樣，要測出試樣的平均外直徑和平均壁厚來計算環形橫截面積。

3.2原始標距標記和平行長度的測量

進行拉伸實驗之前，要先修正比例標距的計算值，使其盡量接近5mm的倍數，并且原始標距的準確度要控制在±1%之內，標距裝置的準確度檢驗也不容忽視，檢查標距的準確度以保證實驗時標記清晰，方便測量。除采用力夾頭位移方法進行測量時需要測量平行長度，其他的金屬材料拉伸性能實驗一般不必測量平行長度。

3.3 實驗速率設定

在測定金屬材料不同的拉伸性能時，實驗的速率設定也是不一樣的。實驗速率是影響實驗數據準確性的重要因素。對于測定材料強度的實驗，塑性范圍內應變速成率應控制在0.025/s以內；在測定抗拉強度時，應變速率應在0.008/s以內；在測定上屈服強度時，注意保持實驗速率的穩定；在測定下屈服強度時，平行長度變速成率在0.00025/s-0.0025/s之間比較合適，并要注意保持實驗速率的穩定性。

3.4性能測定

金屬材料包含6種延時性能和6種強度性能。其中六種延時性能指的是：斷后伸長率、屈服點延伸率、最大力總伸長率、最大力非比例伸長率和斷后總伸長率。六種強度性能有：上屈服強度、下屈服強度、非比例延伸長度、殘余延伸長度等。在測量金屬的延伸性能時一般可以采用人工標距的方法或圖解引伸計標距的方法。兩種方法有各自的適用范圍，在進行實驗時要根據金屬材料本身特性，實驗設備等多方面的原因綜合考慮，選用最合適的實驗方法。

4.測量工具規范使用

4.1引伸計

引伸計是試驗機的一個重要附件，可以自主安裝和拆卸，多用于測定彈性模量和非比例延伸強度的測量，在進行實驗時要正確裝卸、裝夾、跟蹤，保證實驗結果的可靠性。在引伸計裝夾時，要將標距桿墊片卡在力臂與標距桿之間，保證卡緊卡牢，使刀刃與試樣垂直接觸，并用橡皮筋將其固定在一起。標定時，要按照相應增量增加標準位移，并且標定工作要重復進行三次，在每次的標定中都要重新卸下和安裝引伸計，千萬不可為省事而不規范標定工作。另外，測量系統與標定系統要保證參數的統一性。

4.2夾持具及試樣裝夾

實驗中選用的夾持具一定要與試樣形狀相匹配，和夾具的表面外型花紋形狀相適宜。保證夾持具與試樣之間的摩擦力，使試樣不至于掉落下來，而使實驗中斷，影響實驗效率。夾具一定要加緊試樣，并且夾具要與試樣垂直，防止傾斜，產生傾斜角度，造成實驗誤差。為了保證夾具與試樣的垂直可以采用垂直直角的附件來輔助完成，在裝夾試樣時，通過與直角附件比靠即可知道是否垂直。在實驗開始之后，就不可再升降橫梁，在實驗過程中，如果發現夾持具與試樣未垂直，或橫梁的高度不合適時，要終止實驗進行調整，并在調整好之后重新開始實驗，不可繼續實驗，或并不停止實驗而直接調整，并繼續實驗。這樣會導致實驗結果不可靠，造成嚴重的誤差等。

5.結束語

金屬材料的拉伸實驗是測定金屬的力學性能的最重要和最基本的途徑與方法，嚴格控制和規范實驗過程是提高實驗質量的關鍵。在實驗過程中注意觀察和分析影響金屬材料拉伸實驗的可能因素，并加以總結，探索產生的原因，并積極找尋解決對策。在進行實驗時注意避免這些不良因素對于實驗的干擾，制定科學的實驗儀器操作規程，在實驗時嚴格按照規程規范整個實驗過程，保證實驗數據的準確性和可靠性。 [科]

【參考文獻】

[1]劉超，高凱.金屬材料拉伸實驗分析[J].科技創新與應用，2013，2（31）：43-43.

金屬材料的一般特性范文第4篇

【關鍵詞】 口腔修復；合金材料；抗腐蝕；生物相容性

隨著高新技術的不斷發展， 修復技術與材料不斷完善， 向安全、廉價、高效、美觀發展。口腔醫師在進行口腔修復選取材料時應對材料的特性、費用情況有詳細全面的了解， 選擇合適的材料進行治療， 滿足患者的口腔健康與心理需求。

1 口腔修復金屬材料的特點

1. 1 口腔修復金屬材料的基本情況 口腔修復是針對牙齒缺損、缺失后的治療， 采用修復材料進行補足， 治療組織缺損， 恢復口腔功能與形態， 因為修復材料需要替代牙齒的作用， 要求有較強的生物相容性、耐磨性、耐腐蝕性， 金屬材料成為首選， 金屬材料應用于口腔修復的歷史也最為久遠[1]。現階段臨床上常用的合金為鎳鉻合金、鈷鉻合金、鈦合金、純鈦、金合金等， 其中貴金屬合金價格較為昂貴使用量少， 鈦合金的生物相容性較好， 但是制造工藝復雜， 間接提高了成本， 并存在一定的毒副作用， 鎳鉻合金價格低廉， 機械性能良好但因其生物相容性較差， 易引起口腔內炎癥， 漸漸被新技術與新材料替代。

1. 2 口腔修復對金屬材料耐腐蝕要求 口腔因為其獨特復雜的環境， 進食產生大量的酸性物質包括有機酸與無機酸， 創造了口腔內持續穩定的酸性環境， 口腔內的電解質環境以及頻繁的物理器械活動如磨牙、刷牙等， 都對金屬材料產生一定的化學或物理腐蝕。口腔修復材料要求較高的耐腐蝕性， 而貴金屬因為表面多有鈍化膜， 性質穩定， 耐腐蝕性較強， 是較為理想的修復材料。

1. 3 口腔修復對金屬材料粗糙度要求 口腔內存在大量的微生物與細菌， 通常附著在較為粗糙的物體表面， 在裂縫、凹痕等處滋生， 影響口腔健康。口腔修復合金使用時間一般較長， 通常在數年以上， 金屬材料的粗糙度與耐磨性直接影響材料在口腔內物理狀態的保持， 若粗糙度過高， 易出現刻痕、凹痕、溝紋， 此外金屬材料的耐腐蝕性也影響其粗糙度， 腐蝕過后易產生腐蝕紋， 這些地方均有利于細菌粘附， 粘附后不易被清除而長時間留存， 是細菌滋生的理想場所。

1. 4 口腔修復對金屬材料生物相容性的要求 口腔電解質環境復雜， 促進合金材料中金屬離子的游離， 與周圍組織化學成分發生反應， 金屬離子與細胞內蛋白質結合， 形成過敏源激活人體的免疫系統， 引發過敏， 甚至因聚集過多， 直接產生毒性， 阻礙細胞代謝， 造成細胞死亡[2]。貴金屬因為化學性質穩定， 金屬離子游離不活躍， 表現出良好的生物相容性， 毒副作用較少， 而非貴金屬多有產生毒副作用的案例。據流行學調查接觸過敏原中排在前四位的金屬元素為鎳（Ni）、鉻（Cr）、鈷（Co）、汞（Hg）， 前三者都是口腔修復的常用材料。

2 合金材料的臨床應用

2. 1 貴金屬合金 貴金屬合金是指金和鉑族元素含量不低于75%的合金， 按照硬度從低到高分為Ⅰ～Ⅳ類， 分別為軟、中、硬與特硬， 都能夠應用于口腔修復中。現階段口腔修復貴金屬類多采用金合金， 作為牙體， 抱有良好的生物相容性， 又為了提高材料的機械性能、強度、硬度， 又添加四種以上的其它元素， 如Cu、Ag、Pd、Zn等， 這種多元合金通過熱處理后機械性能產生有序或無序的變化， 機械性能得到極大的提高， 其中的鉑、鈀元素能提高合金的強度與化學穩定性， 銥、釕為晶粒細化劑， 鋅具有去氧化、成渣作用。多元合金還能具有顯著的時效硬化效應， 鑲嵌后因口腔內的溫度轉化， 其硬度迅速提高， 且初戴時較軟具有良好邊緣適應性， 又因為其結構單一， 抗腐蝕性較強。此類合金還與其它材料如烤瓷材料進行復合， 性能良好， 被越來越多的消費者所接受[3]。

2. 2 半貴金屬合金 據ISO8891標準， 此類材料的貴金屬含量在25%～75%， 初期為了節省成本考慮， 降低貴金屬含量， 采用銀、鈀等元素替代， 但仍保持較高的器械性能與生物相容性， 與貴金屬合金一樣， 加入Cu、Ag、Pd、Zn等元素， 賦予其良好的機械性能與時效硬化效應。根據主要成分的不同， 其工藝和特性也各有不同， 主要種類包括銅鈀銀合金、高鈀合金， 這些合金經過特殊工藝處理后足以勝任口腔修復， 并經過常年的臨床驗證較為安全可靠。

2. 3 非貴金屬合金 此類合金因為貴金屬含量較少， 價格低廉， 主要包括鎳鉻合金、鈷鉻合金和鈦合金， 前兩者熔點較高， 機械性能較好， 但因生物相容性欠佳， 副作用較強， 過敏率較高， 還具有一定的致癌性， 臨床大規模應用還有待時日[4]。鈦合金具有良好的生物相容性與韌性， 被廣泛應用于牙科種植， 牙體含有少量的鈦， 具有良好的生物電磁性， 能極大的提高嵌體的生物相容性， 此外為了抑制可能引發的神經系統疾病， 在加工制作中多作為牙體內固定支撐材料， 避免與牙周圍組織的直接接觸。

2. 4 Vitallium系統-高檔鈷鉻 Vitallium（維他靈）， Co（鈷）-Cr（鉻）-Mo（鉬）合金， 主要成分為Co（63%）， Cr（29%）， Mo（6%）， 含碳0.2， 其耐腐蝕性和機械耐磨性都很強。合金中鉻和鉬的作用是能提高強度和耐腐蝕性， 鉬還能阻止金屬結晶時的晶粒變大， 使結構緊密， 從而改善金屬耐疲勞性， 解決了純鈦金屬易氧化的缺點， 高檔鉻鈷鉻維他靈金屬在730～1100℃高溫之間， 仍能保持其高度的機械強度， 高度抗熱腐蝕， 高度的抗氧化能力。Vitallium只用在鑄造支架， 解決了鈷鉻支架的重量大和純鈦支架舒適度差的問題， 重量稍大于純鈦， 是厚度最薄的。此種金屬純度高， 更能抗菌斑， 抗著色， 易清潔。生物相容性好， 不含鈹， 不含鎳， 沒有過敏反應。目前， 此種金屬只用于鑄造支架使用， 價格比貴金屬低， 性能達到貴金屬的性能， 近一兩年臨床廣泛應用。

3 小結

口腔修復合金材料種類繁多， 各有優缺點。貴金屬因其良好生物相容性、機械性能是作為口腔修復的理想材料， 但價格昂貴， 半貴金屬材料應用較為廣泛。非貴金屬材料價格低廉、來源廣泛， 其中有多種元素理化性能優越， 但許多素族具備一定的毒副作用， 相信隨著科學技術的不斷進步， 口腔修復材料的選用定會越來越寬廣。

參考文獻

[1] 龔蕾，肖虹.不同口腔修復材料摩擦性能的比較及影響因素.中國組織工程研究與臨床康復， 2010，14（29）：5423-5426.

[2] 樊燦燦，寧靜，孟松，等.鎳鉻合金烤瓷牙的腎毒性：理論研究與臨床驗證.中國組織工程研究與臨床康復， 2010，14（3）：517-520.

金屬材料的一般特性范文第5篇

關鍵詞 金屬腐蝕 化學腐蝕 電化學腐蝕 隔離 

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 

Teaching Research about Corrosion and Protection of Metals 

ZHANG Zhengguang 

（College of Chemistry and Life science， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002） 

Abstract This paper mainly expounds the mechanism of chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal material， can come very naturally to the method of preventing chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal materials. It received good results in teaching. 

Key words metallic corrosion； chemical corrosion； electrochemical corrosion； insulate 

腐蝕是金屬材料與周圍環境介質之間發生化學或電化學而導致材料的破壞或變質。每年腐蝕損失占國內生產總值的2%～4%，發達國家每年腐蝕損失高達7000億美元。 

雖然金屬腐蝕有多種形式，但是，它們的腐蝕機理是共同的。 

一般金屬，例如鐵，由于化學性質比較活潑，在自然界一般以化合態存在，通過金屬冶煉，將其從化合態轉變為游離態，例如，冶煉鋼鐵就是用一氧化碳將鐵礦石中的氧化鐵還原為鐵原子。而鐵的腐蝕與鐵的冶煉相反，是將鐵原子氧化為鐵離子，其它金屬的腐蝕都是這個過程，即 → 

這個過程又分為兩種情況： 

（1）化學腐蝕 

金屬與其周圍的干燥氣體接觸，例如，、、等等；或者與非電解質溶液接觸，例如石油，這些非電解質溶液里含有硫的化合物。金屬與這些干燥氣體或非電解質溶液直接發生化學反應成為氧化態而被腐蝕了。 

（2）電化學腐蝕 

發生電化學腐蝕的必要條件是構成原電池，即有正極和負極，電解質溶液，這三者構成一個電路。金屬就會發生電化學腐蝕。一般可分為兩種情況： 

①析氫腐蝕，以鐵為例。在酸性較強的電解質溶液中，鐵原子為負極，一個鐵原子失去兩個電子，成為亞鐵離子，即 2 = 

電解質溶液中的兩個氫離子獲得兩個電子，成為一個氫氣分子，在正極上放出，即2 + 2 = 

總反應為 + 2 = + 

②吸氧腐蝕，仍然以鐵為例。電解質溶液呈弱酸性或中性，負極：24 = 2；正極： + 2 + 4 = 4。 

總反應：2 + + 2 = 

4 + + 2 = 4 

2 = · + （） 

理解了金屬腐蝕的機理，還要了解影響金屬腐蝕的主要因素。內部主要因素有：（1）金屬的性質，金屬標準電極電位越高，金屬越不容易腐蝕。（2）金屬含有雜質，會降低金屬耐蝕性，但是，加入某些合金元素，可以提高金屬耐蝕性能。（3）金屬組織結構不同，耐蝕性能也不同。（4）金屬受力時，拉應力引起應力腐蝕；交變載荷引起腐蝕疲勞。（5）在多數情況下，粗糙的金屬表面比光滑的表面容易腐蝕。 

外在因素有：（1）介質的酸堿性對不同金屬有不同的影響。一般是酸性越強，金屬越容易腐蝕。兩性金屬，在酸或堿中都有腐蝕性。鋁在濃硝酸中，表面生成一層致密的氧化膜而耐腐蝕。鉛在稀硫酸中表面生成難溶的硫酸鉛而耐腐蝕。鐵、鎂、鎳、鎘等金屬，表面的保護膜難溶于堿而溶于酸，在酸中易腐蝕。（2）介質中的有害雜質，會加速金屬的腐蝕。（3）金屬在中性鹽溶液的腐蝕，一般是隨濃度增加而加快，達到一最高點后，又逐漸降低。（4）介質的溫度升高，使反應速度增加，促進溶液的對流和擴散，加快腐蝕速度。（5）壓力的增加，引起設備的應力增加，也會使氣相介質中的一些物質溶于液相中，都會使腐蝕加快。（6）介質的流速增加，沖刷金屬表面，破壞金屬表面膜，腐蝕產物脫落，不斷更新金屬表面溶液而使腐蝕加快。 

在理解了金屬腐蝕的機理和了解了影響金屬腐蝕的主要因素基礎上，就容易理解防止金屬材料腐蝕方法了。 

從外在因素方面主要方法如下：（1）通過對液體加熱除去水中溶解的氧。（2）調整酸性介質中的酸堿度，使溶液呈中性或弱堿性，以降低對金屬材料的腐蝕性。（3）用各種氣固、液固分離法，脫出介質中的固體顆粒，減少磨損腐蝕。（4）在腐蝕性介質中添加緩蝕劑。緩蝕劑因氧化作用，使金屬表面鈍化。緩蝕劑能與介質中的有關離子反應，并在金屬表面形成防腐蝕的沉淀膜，不過，該膜致密性較差。緩蝕劑被吸附在潔凈的金屬表面，可以改變金屬的表面性質而防止腐蝕。使用更多的是用覆蓋層把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。 

涂料覆蓋于金屬表面并能形成牢固附著的連續薄膜物質，把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。其作用主要有三個：屏蔽作用，涂層將金屬與環境隔離開；緩蝕作用，涂料內部金屬氧化物與金屬反應，使金屬表面鈍化，同時一些油料在金屬皂催化作用下生成降解產物，起延緩金屬基體腐蝕的作用；電化學保護作用，涂料中摻入比鐵更活潑的金屬，一旦化學介質穿透涂層接觸金屬，發生電化學腐蝕，比鐵活潑金屬腐蝕，鐵被保護起來。 

電鍍基于電解原理，將被電鍍金屬置于電解池中，被電鍍金屬與直流電源負極相連，電解池中含有鍍層金屬離子，在外電流作用下，在被電鍍金屬表面形成與金屬牢固結合的覆蓋層，可以有效地防止腐蝕。 

電泳是把金屬材料浸入含有覆蓋金屬材料表面的金屬微粒的液體介質中，例如鎳，然后在金屬材料與液體中的另一電極之間通入直流電，鎳將沉積在金屬材料表面形成覆蓋層。 

熱噴涂是將熔融狀態的金屬霧化，并連續噴射在金屬制品表面上，例如，將鋅霧化，噴涂在鐵制品表面，形成牢固而致密的覆蓋層。 

化學熱處理是將金屬制品放入含有鍍層金屬或其化合物的粉末混合物或熔鹽浴或蒸汽中，鍍層金屬或其化合物熱分解或還原等析出的金屬原子和非金屬原子，在高溫下，擴散于金屬制品中，形成合金或化合物覆蓋層。 

磚板襯里是在金屬設備內壁，以耐腐蝕膠泥襯砌磚板，將腐蝕性介質與金屬設備隔離開來。膠泥起粘接磚板的作用，要注意各種膠泥和各種磚板的性能特征以及具體的腐蝕介質的性質，將它們的優良性能組合起來，從而達到真正防止金屬腐蝕的目的。 

橡膠耐化學腐蝕，具有高彈性、耐磨蝕、適應交替變形及溫度變化等優良特性。選取一定厚度的片狀耐蝕橡膠材料，貼合在金屬設備內壁上，形成連續完整的保護覆蓋層。 

玻璃鋼襯里是將玻璃鋼糊在金屬設備的內壁上而隔離，其耐腐蝕性取決于該塑料中所用樹脂的耐腐蝕性和施工方法。 

聚氯乙烯塑料襯里是將聚氯乙烯塑料固定在金屬設備內壁上而隔離。 

用電化學防止金屬材料腐蝕的很多，只介紹兩種：（1）外加電源法：被保護設備接直流電源正極，輔助陰極浸入設備內的電解質溶液中，接直流電源負極。由于外加電源正極遠高于被保護設備材料的電極電位，使被保護設備電位升高，產生較大初始電流，迅速達到設備的致鈍電流，使被保護設備鈍化。（2）外加電流法：被保護金屬設備與直流電源負極相連，依靠外加陰極電流，使設備負電性提高，電極電位變負。設備上的陰極電流使原來的腐蝕平衡電流增加，而設備上的陽極電流則減小，即腐蝕速度降低。進一步減少陽極電流，則可以使設備終止腐蝕。

大多數工業用的金屬及鍍層金屬(如鐵、鋅、鋁、錫、鉛、鎂等及其合金)均可通過形成化學轉化膜來保護其表面。用于提高耐蝕性的化學轉化膜技術主要有鉻酸鹽鈍化和磷化等。其中經鉻酸鹽鈍化處理過的鍍鋅鋼板表面形成一層致密的鉻/基體金屬的混合氧化物膜層，由于該膜層具有自修復性，因而耐蝕性很高。但鉻酸鹽中六價鉻屬極毒性物質且易致癌，鈍化處理過程中產生的氣霧及生產中的廢水排放對生物體及環境都有嚴重危害。因此，取代六價鉻的無鉻處理工藝技術及開發新的替代性環境友好型鈍化產品，已成為金屬表面處理業所共同面臨的難題。

一、無鉻鈍化處理技術

1.鉬酸鹽、磷／鉬酸鹽鈍化處理

鉬與鉻同屬ⅥA族，是一種有希望替代鉻酸鹽的物質。鉬酸鹽早已廣泛用作鋼鐵及有色金屬的緩蝕劑和鈍化劑。英國Loughborough大學的Bijimi等研究了鉬酸鹽鈍化處理過程中的電化學特性和鋅表面的化學浸泡處理。在腐蝕試驗中，鉬酸鹽轉化膜的耐蝕性不如鉻酸鹽轉化膜。近年來的研究表明在磷/鉬酸鹽鈍化液中摻雜有機/無機緩蝕劑，能更進一步提高轉化膜的耐蝕性。宮麗等采用在鉬酸鹽鈍化液中加入適量H3PO4、SiO2、Ti(Ⅳ)鹽等添加劑，對鉬酸鹽鈍化膜改性的Mo-P-Si-Ti復合鈍化膜，并討論了鈍化膜的成膜機理和防蝕機理。

2.硅酸鹽鈍化處理

硅酸鹽處理具有成本低、鈍化液穩定性好、使用方便、無毒、無污染等優點，但耐腐蝕性能較差。為了增強膜層耐蝕性，鈍化液中常加入一些有機促進劑，如水溶性陰離子型丙烯酸胺、硫脲等化合物。

3.稀土鹽鈍化處理

金屬的稀土鈍化處理方法通常比較簡單，一般只要將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間（化學浸泡法）或將金屬作為陰極通電極化（陰極極化法），便可使金屬鈍化，即在金屬表面形成稀土鈍化膜，鈍化過程的工藝條件對稀土轉化膜的形成及其性能有很大影響。

（1）化學浸泡法。化學浸泡法即將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間完成鈍化的方法。鈍化時所用的鈍化處理溶液有兩類：一類是單一的稀土鹽溶液(有時含有NaCl)；另一類是溶液中除含有稀土鹽外，還含有強氧化劑和成膜促進劑或輔助成膜劑等添加物。

（2）陰極極化法。陰極極化法是將置于稀土鹽溶液中的金屬工件作為陰極，進行陰極極化處理的方法。該方法能在較短時間內使金屬表面形成稀土轉化膜。但陰極極化處理時有氫氣析出，使轉化膜出現較多微孔，且與金屬層的結合強度低，進而導致稀土轉化膜的耐蝕性下降。陰極極化法處理后得到的稀土轉化膜耐蝕性低于化學浸泡法，因此陰極極化法應用很少。

4.鎢酸鹽、鈦、鋯、鉿系鈍化處理

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁基表面的預處理已被確認，鋯基無鉻鈍化液也可處理鋅基表面，作為涂漆的前處理，而一般不作為最終處理。鋯基無鉻鈍化液主要含有H2ZrF6，提供Zr和F。另外，常需加入少量的HF。鋯系處理鋁合金的耐腐蝕能力同鉻酸鹽接近。

5.硅烷鈍化處理

硅烷特殊的結構特征決定了它可以與金屬形成Si-O-Me(Me表示金屬)化學結合鍵，從而可以提高涂層與金屬基體的化學結合力。

以硅烷為主的金屬表面防銹技術具有以下優點：工藝過程簡單，無毒、無污染，適用范圍廣，成本低，防腐效果優于傳統的磷化、鈍化工藝，經硅烷處理過的金屬表面對有機涂層的膠粘性能優異。如能實現工業化生產，必將對金屬材料表面處理行業帶來深遠的影響。

二、硅烷偶聯劑簡述

偶聯劑是一種重要的、應用領域日漸廣泛的處理劑，主要用作高分子復合材料的助劑。偶聯劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯劑、欽酸酯偶聯劑、鋁酸酷偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑等。其中，硅烷偶聯劑(Silane coupling agents，簡稱“SCA”或“硅烷”)是應用最早、最廣泛的偶聯劑，它發展至今已有近70年的歷史。現在，硅烷偶聯劑基本上適用于所有無機材料和有機材料的連接表面，己經被廣泛應用在汽車、航空、電子和建筑等行業中。

三、金屬表面硅烷化的研究進展

硅烷偶聯劑并非一種新材料，但其用于金屬防腐和金屬材料表面預處理中卻是一個新興的領域。以硅烷偶聯劑為主的金屬表面防銹技術能滿足以下幾個要求：

化學藥品和處理步驟經濟合理；

無環境污染；