第一节　合金优质课教案推荐

第一节

合 金

学习目标：

1.

了解金属和合金的性质。

2.

认识金属与合金在性能上的主要差异

学习重点

：

1.金属和合金在性质上的差异性及原因。

2.铁合金、铝合金和铜合金的组成，性能和用途。

学习方法

：查阅资料，实践调查

灵动教育

: 通过对金属及合金材料的学习，培养学生对事物观察能力，激发学生的学习兴趣，建立调查探究的科研精神。

教学内容：

材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，我们的生活离不开材料，特别是金属材料合金更是在我们的生活中无处不在，丰富着我们的生活。

思考与交流：

1.

什么是合金？你日常生活中用到的金属制品中哪些属于合金？

2.

为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？

3.

查阅资料，填写制造下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这种材料的原因。

汽车配件

电线芯

汽车外壳

灯丝

发动机

排气管

金属或合金

使用原因

我们日常生活中所用金属基本上都是合金，原因是合金与纯金属相比具有优越的性能，下面我们认识合金。

一．认识合金

1.

合金：

（1）概念：两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

（2）特点：合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能

1)合金的硬度较大。

2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

3)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来调节。

4)合金比成分金属耐腐蚀。

注意：

1.合金物理性质、机械性能等优于成分金属，但合金中各成分金属的化学性质并未改变。2合金是混合物，但其成分均一，性质稳定，具有固定的熔点、沸点

思考：为什么在纯金属中加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有差异呢？

解析：

根据图3-1所示，合金中加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，是原子间的相抵滑动变得困难。这是合金比纯金属硬度大更坚硬的原因。

学与问：固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能根据上图3-1简单解释为什么多数合金的熔点比各自成分的金属低吗？

提示：原子之间吸引力减弱。

二.使用合金

1. 铁合金

(1)生铁和钢的比较

含碳量

组成

性能

加工

用途

生铁

2%～4.3% 铁、碳

硬度大、抗压、性脆

可铸不可锻

制造机座、管道

钢

0.03%～2% 铁、碳合金钢中还含有其他元素

有良好的延展性、机械性能

可铸、可锻

制造机械和交通工具

(2)钢的分类

合金钢具有各种不同特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其它许多优良性能。

不锈钢制品：

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观，不易污染、不生锈，因此受到人们的青睐。

图3-3 图 3-4 生活中的不锈钢制品

不锈钢中除铁以外，还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13％以上，镍的含量也在10%左右。例如，有一种不锈钢的成分除铁以外，其他元素含量如下： Cr（铬）17.0%～19.0%；Ni（镍）8.0%～11.0%； C（碳）≤0.14%；Si（硅）≤0.80%；Mn（锰）≤2.00%； P（磷）≤0.035%；S（硫）≤0.03%。

学与问：

1.钢铁的生锈与什么有关？铁锈的主要成分是什么？若铁锈的主要成分以Fe2O3表示，写出用盐酸除去铁锈有关反应的化学方程式。

2.日常生活中的不锈钢在大气中抗腐蚀能力很强，但在海水中还是会被腐蚀。这是为什么？对你有什么启示？（提示：仍含杂质，形成原电池）

资料卡片：

钢中合金元素的主要作用

合金元素

铬(Cr) 锰(Mn) 钼(Mo) 主要功能

增强耐磨性和抗氧化性;增强高温强度;提高高碳钢的耐磨性等

防止硫引起的脆性:增强钢的强度和韧性等

降低脆性;增强高温强度;提高红热时的硬度和耐磨性等

钨(W) 钻(Co) 镍(Ni) 硅(Si) 提高高温时的强度和硬度;增强工具钢的耐磨性等

提高红热时的硬度和耐磨性;用于制造磁性合金等

增强低温时的韧性;改变高铬钢的内部结构等

提高低合金钢的强度和硬度;增强高温时的抗氧化性等

由于含碳量不同,铜和生铁的性能有很大差异;向钢中加入不同的合金元素,可制得不同

性能的合金钢。这对你有什么启示?

2．铝合金和铜合金

（1）铝合金：

铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的强度和硬度较小，不适合制造机械零件等。制成铝合金可改善性能。铝合金是目前用途广泛的合金之一。

图3-5 由铝制备的高压锅 图3-6 硬铝常用作制造飞机的外壳

例如：硬铝：合金元素为Cu、Mg、Mn和Si等。硬铝密度小，强度高、抗腐蚀性强。适用于制造飞机和航天器。

实践活动: 通过调查或设计实验，确定易拉罐的成分

(2)铜合金：

常见的铜合金有 黄铜：合金元素是Zn。

青铜：合金元素是Sn。（使用最早的合金）

图3-7 青铜制品 图3-8 古代的编钟（青铜）

资料卡片：

金首饰

纯金质软,不适合直接制造金首饰。向纯金中加入

定量的Cu或Ag,可制成硬度较大的金合金,用于制造金

首饰等。过去曾用24K表示纯金,但这只能表示理论纯度

为100%,因此现已不用24K表示纯金了。目前,金首饰

的成色是以首饰中金的最低含量的千分数来计量的。

例如：999为千足金,990为足金,750为18K金,等等

图3-9

金首饰

K金是指黄金和其它金属混合在一起的合金，K金的量度单位，是将纯金分为24份。根据在首饰中的黄金含量就分成不同的K金，所以24K是指纯金，18K含黄金量就是18/24=75.0%。

思考与交流：

我国发行的第五套人民币中,1元、5角和1角硬币的材质分别为钢芯键镍合全元)、钢芯镀铜合金(5角)和铝合全(1角) 1)铸造硬币的合金应该具有什么性质?为什么? 2)你从1元、5角和1角硬币的材质不同能得出什么站论

3)你认为铸造硬币所用合金的实际价值是低于面值、等于面值,还是高于面值?如果高于面值,人们可能会怎样做？

4)关于硬币,你还能提出什么问题?并试着解答你所提出的问题

3．新型合金

(1)储氢合金：Ti­Fe合金和La­Ni合金等。

氢能的利用存在的两大难题：制取和储存。H2是一种

易燃、易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全

储存和运输问题。一般情况下，H2采用气态或液态储存。

但运送装有H2的钢瓶既不安全又不方便。

对储氢合金的要求：一是能够大量吸收H2，并与H2结合成

金属氢化物；二是储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热

又容易分解，室温下吸氢、放氢的速率快，如Ti­Fe合金、La­Ni合金等。

(2)钛合金：被誉为“21世纪金属”的钛所形成的合金，

具有质量轻、硬度大、耐腐蚀、良好的抗氧化性。

钛合金广泛用于航空、航天、潜艇、人造骨(关节)的制造。

(3)耐热合金、形状记忆合金等。

形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种

特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，

一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和

钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金，它在高科技领域、

工业和民用部分发挥着独特的作用，如用形状记忆合金制成的

高级眼镜框架，扭曲折弯后，能够自动恢复成原来的形状，弹

性好，经久耐用。

资料卡片：

泡沫金属

含有泡沫气孔的特种金属材料被称为泡沫金属,它是随着航空航天技术发展起来的一类新型材料。典型的泡沫金属有铝、镍及其合金。向熔融的铝合金中通入空气、氧气或水蒸气,生成的氧化物粒子使得熔融体的黏度加大。然后加入发泡剂如氢化钛、氢化锆或碳酸钙等,产生的气泡均匀地分布在熔融体中。冷却以后就得到泡沫铝合金泡沫金属具有质轻、吸音、隔热、能吸收电磁波等性质,特别适用于导弹和飞行器的防冲击保护层、汽车的缓冲器,以及运输系统和住宅建筑的吸音、防热等方面。

习 题

1．下列物质中，不属于合金的是( ) A．硬铝

B．黄铜 C．钢铁 D．水银

2．下列金属中，遇到稀硫酸或氢氧化钠溶液都能放出氢气的是( ) A．银 B．铝 C．镁

D．铁

3.为什么合金与纯金属的性能有很大的差异? 4.制造焊锡时,把铅加入锡的主要原因是( )。

A.增加抗腐蚀能力 B.增加强度 D.增加延展性 C.降低熔点

5.武德合金中含有铅、铋、锡和镉,是一种低熔点合金(熔点仅为70℃C)。试根据这一性推测它的用途。

6.哪种合金适合用来制造下列物品?试说明理由。

(1)手术刀(2)防盗门(3)门锁(4)钥匙(5)饰物(6)飞机外壳

7.现代高层建筑中的门窗很多使用铝合金而很少使用钢,请你分析可能的原因。

8.查阅资料,说明为什么钛及钛合金被誉为“空间金属”和“深海金属”。

9．下列关于高温合金的说法不正确的是(

) A．高温合金在高温下能保持足够的强度和良好的抗氧化性

B．钠、钾等熔点较低的金属不适合制高温合金

C．高温合金在航天工业、军工企业有广泛用途

D．高温合金可用于制造人造骨骼

10．钢笔的笔头是合金钢，其笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能，在笔头尖端点上铱金粒，为区别钢笔而叫铱金笔，铱金笔的笔头用黄金的合金，笔尖用铱的合金。下列说法中错误的是(

) A．钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好

B．铱金笔的密度要比钢笔大

C．铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金制成的

D．铱金笔经久耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔