第一节　合金板书设计及设计说明

第三章 探索生活材料

第一节 合 金

【教学目标】

1. 认识金属与合金在性能上的主要差异及其原因。

2. 了解合金元素的种类、含量对合金性能的影响。

3. 知道生活中常见合金（如：铁合金、铝合金和铜合金）的组成、性能和用途。

4. 感受新型合金的特殊性能及其在现代社会的应用。

【教学重点】

1. 金属和合金在性能上的主要差异及其原因。

2. 铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。

【教学难点】

合金的结构与性能之间的关系。

【教学方法】

调查、实验、查阅资料。

【新课导入】 用日常生活中的事实回答下列问题：

1.你在日常生活中用到哪些合金产品？（展示各式各样的合金图片）

2.为什么我们使用的金属材料主要是合金？而不是纯金属？

锰钢制成的钢轨

镁铝合金制成的自行车

导线

不锈钢制成的餐具与杯具

铝合金制成的车载桌

镁铝合金制成的3C产品镁铝合金制成笔记本电脑外壳所谓“3C产品”，就是计算机（Computer）、通信（Communication）和消费类电子产品（ConsumerElectronics）三者结合，亦称“信息家电”。

超合金导体

记忆合金

3、查阅资料，填写制造下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。

[过渡]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。

【知识讲解】 一、认识合金

1.合金：由两种或两种以上金属（或与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

2.合金的性能：

（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大、更坚硬；

（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的低；

（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械的性能；

（4）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等来加以调节。如：生铁的熔点比纯铁的低、硬铝（Cu、Mn、Si）的强度和硬度都比纯铝大；

3.合金与纯金属的比较：

4.金属与合金的结构比较：

①设问：为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？（主要分析硬度与熔点两方面）

②引导：学生阅读教材P48～49，归纳总结

③结论：合金内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，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。

同理在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

二、使用合金

1. 铁和铁合金

含碳量

生

铁

2％～4.3% 钢

0.03%~2% 性能

生铁硬度大、抗压、性脆，可铸不可锻

有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻

碳素钢和合金钢的比较

碳素钢

合金钢

（不锈钢）

合 金

相同点

成分

铁与碳的合金

在碳素钢中加入铬和镍

性能

含碳量高，硬度大；含碳量低，韧性强

不锈钢在空气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力

学生活动：分小组讨论教材P50学与问

2. 铝和铝合金

铝

成

分

Al 性

能

硬度、强度较小

1.抗腐蚀能力强，强度高，密度较小，如：向Al中加入少量的合金元素如：铝合金

Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素

2.硬铝的性能

高压锅是由铝合金制造的

3. 铜合金

Ⅰ.铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜和白铜。

（1）白铜：是铜镍合金，主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。

（2）黄铜：铜和锌著称的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称普通黄铜。除锌外再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。

铸造黄铜具有较高的力学性能，铸造性能较好，且价格比青铜低。常用于一般用途的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。

（3）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等）两大类。

Ⅱ.铜合金铸造工艺

各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，铸造工艺特点也不同。

（1）锡青铜：结晶特征是结晶温度范围大，凝固区域宽。铸造性能方面流动性差，易产生缩松，不易氧化。工艺特点是壁厚件采取定向凝固（顺序凝固），复杂薄壁件、一般壁厚件采取同时凝固。

（2）铝青铜和铝黄铜：结晶特征是结晶温度范围小，为逐层凝固特征。铸造性能方面流动性较好，易形成集中缩孔，极易氧化。工艺特点是铝青铜浇注系统为底注式，铝黄铜浇注系统为敞开式。

（3）硅黄铜：结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间。铸造性能最好（在特殊黄铜中）。工艺特点是顺序凝固工艺，中注式浇注系统，暗冒口尺寸较小。

学生活动：阅读教材P51思考与交流，分组讨论总结

4. 新型合金

（1）储氢合金：未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发展方向，关键问题是如何贮存氢?氢气是一种易燃易爆的气体，要在-253℃才液化。1968年美国首先发现Mg-Ni合金具有贮氢功能，但要在250℃时才放出氢。后相继发现Ti-Fe，Ti-Mn，La-Ni等合金也有贮氢功能。 La—N1贮氢台金在常温、0.152 MPa下就可放出氢，可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发现和实际应用有待于21世纪继续努力。

（2）钛合金：以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。

（3）耐热合金：镍钴合金能耐1200℃，用于喷气发动机和燃气轮机的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在1200℃时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制捧等。寻找耐高温（1000℃以上）、可长时间运行（10000 h以上）、耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。

（4）形状记忆合金：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点，如Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd，Cu-A1-Ni，Cu-A1-Zn等合金，可用作调节装置的弹性元件（如离合器，节流阀，温控元素等）、热引擎材料、医疗材料（牙齿矫正材料）等。

（5）泡沫合金

【板书设计】

第三章

探索生活中材料

第一节

合

金

一、认识合金

合金：就是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。

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，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。

二、使用合金

1、铁合金

2、铝合金、铜合金

3、新型合金

【知识拓展】

1.

金属之最：

2.特种合金

（1）耐蚀合金

金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一：

①热力学稳定性高的金属。②易于钝化的金属。③表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。

因此，工业上根据上述原理，采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，一般有相应的三种方法：

①提高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，使形成固溶体以及提高合金的电极电势，增强其耐蚀性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即属此类。不过这种大量加入贵金属的办法，在工业结构材料中的

应用是有限的。

②加入易钝化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基体金属的耐蚀性。在钢中加入适量的Cr，即可制得铬系不锈钢。实验证明，在不锈钢中，含Cr量一般应大于13%时才能起抗蚀作用，Cr含量越高，其耐蚀性越好。这类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。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，

同时对氧化膜还有溶解作用。

③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，是制取耐蚀合金又一途径。例如，钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化物［FeOx·(OH)23-2x］，它能起保护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的低合金钢。 (2)耐热合金

一般的金属材料都只能在500 ℃～600 ℃下长期工作。能在高于700 ℃的高温下工作

的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。

提高钢铁高温强度的方法很多，从结构、性质的化学观点看，大致有两种主要方法：

一是增加钢中原子间在高温下的结合力。研究指出，金属中结合力，即金属键强度大小，主要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看，ⅥB元素金属键在同一周期内最强。因此，在钢中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。

二是加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化。由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物，它们在金属键的基础上，又增加了共价键的成分，因此硬度极大，熔点很高。例如，加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC 等碳化物，从而增加了钢铁的高温强度。

利用合金方法，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，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料，组织中基体是000 ℃～1 100 ℃。

的固溶体和Ni3Al金属化合物，经处理后，其使用温度可达1

(3)钛合金

钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形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，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；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，其最大伸长可达到2 000%。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。

由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。

(4)磁性合金

金属中组成永磁材料的主要元素是Fe、Co、Ni和某些稀土元素。目前使用的永磁合金

有稀土钴系、铁铬钴系和锰铝碳系合金。

磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中，有着日益广泛的应用。

【同步训练】

1、有关合金的叙述不正确的是

（

C

）

A、合金的熔点比它的各成分金属的熔点低

B、合金的硬度和强度一般比纯金属高

C、合金一定是金属熔合而成的物质

D、硬铝、黄铜和钢均为合金

2、用于飞机制造业的重要材料是

（

A

）

A、Mg－Al合金

B、Cu－Sn合金

C、Al－Si合金

D、不锈钢

3、下列关于镁铝合金的说法正确的是（

B D ）

A、熔点比镁、铝都高

B、熔点比镁、铝都低

C、硬度比镁、铝都小

D、硬度比镁、铝都大

4、钢是由什么组成的合金（

D

）

A、

Fe和CO2

B、

FeO和C

C、

Cu和Zn

D、

Fe和C