合金材料在生产、生活、科技领域的应用

苗天宇军事交通学院一营三连

合金材料在生产、生活、科技领域的应用

苗天宇
军事交通学院一营三连

2015年复旦大学封东来教授研究的“铁基合金超导体材料”荣获国家自然科学奖二等奖，这被美国物理学会认为是一场“暴风雨似的重大发现”，再次引起科学家对合金材料的极大兴趣。

合金，从字面上也可以理解为，两种以上的金属或者非金属混合，使用特殊的方法合成了一种具备金属某种特征的材料。合金并我们通常意义上的一般概念的混合物，它也可以是纯净物，合金的生成常会改善元素单质的性质。下面根据合金的性能介绍几类具有特殊性能的合金。

1、耐腐蚀性的合金材料

金属的某种材料具备可以抵挡外界侵蚀的特殊的特性，这种特性就是耐蚀性。工业生产高上通常用三种方法来制作耐腐蚀性的合金材料，下面就详细的讲解一下这几种方法：

（1）加入热力学稳定性高的金属。俗话说“真金不怕火炼”，这说明金受热很稳定，因此如在铜材料中加入黄金Au，或者在镍材料中加入铜Cu，铬Cr等等，这些方法都可以增加金属的腐蚀性能，但是由于这种方法是往原来金属材料中加入贵金属，因此这种应用不是很广泛。

（2）添加容易钝化的金属材料，像铬Cr，镍Ni，钼Mo等材料，如此可以增强原金属材料的耐腐蚀性能。更为详细的说，如果在钢材料中添加适量的铬Cr材料，便可以制作成铬系不锈钢，而经试验验证，合金的耐腐蚀性能的高低与不锈钢材料中的铬含量的高低成正比，即Cr含量越大，不锈钢的耐腐蚀的性能越强，但是这种很强的耐腐蚀性能是有条件的，这种不锈钢必须是在氧化介质中才成立。

（3）制备耐腐蚀性的合金还有一大方法，就是添加一种特殊的合金元素，它能够促使合金表面生成腐蚀产物，这种产物形成了一种致密的保护膜，从而获得耐腐蚀能力。比如在钢材料中添加铜Cu或者磷P与铬Cr,这种方法都可以促使那种致密保护膜的生成，但这类合金不能使用于还原性较强或者密封性那个较高的腐蚀环境中（缺氧环境）。

经科学家试验研究的证实，钛及其钛合金都具有非常好的耐腐蚀性能，除了氢氟酸和浓度中等的强碱溶液，通常情况下是不会被侵蚀的，尤其是对于海水有着超乎想象的抗腐蚀能力，如果将它们放入海水中，等待多少年后取出仍然是光鲜无比。因此钛材料被广泛应用于海洋工程事业中，尤其是对船舶制造业的发展发挥了至关重要的作用。

2、耐热合金

耐热合金，通俗的讲就是指的能够耐高温的金属，即在高温下工作仍然能够保持相当大的强度和及其优越的抗氧化性，所谓的高温一般是要在七百摄氏度以上，这种耐热合金的合成制备通常主要用两种方法，具体是：

一是增加钢中原子间在高温下的结合力。由于ⅥB元素金属键位于同一周期时更优，所以可以考虑钢材料内添加铬Cr,钼Mo, W等的原子，这样功能更强。

二是添加一些特殊性的元素，关键是要在加入后能够形成各种碳化物或者生成金属的间化合物，从而使得基体金属性能得到强化。这其中蕴含的化学原理就是，生成的那些物质在金属键的基础上，又多了一些共价键的部分，所以制得的材料硬度极高，耐热性极强。

耐热的合金材料主要用在摩托车、汽车、飞机、火箭等的发动机上，我国自主研发的歼-20飞机和C919飞机就使用了师昌绪教授研发的耐热合金。

3、形状记忆合金

形状记忆合金，顾名思义，就知道这是一种特殊的具备记忆特性的合金，这种难以想象的性质就发生在镍和钛组成的合金身上，当它们被任意揉捏成其他形状后，如果到达某一特定的温度，它们便会在瞬间又变回记忆中的原来的形状。

这种特殊的合金很珍贵，应用也及其广泛，例如，用这种合金制成了一种特殊的记忆弹簧，把弹簧放在热水里，它会即刻变长，但如果再把它放进凉水内，它变瞬间恢复到原来的样子，利用这种记忆弹簧，可以用于调节控制浴室水温，一旦超过设定的温度，即刻阻断供水，避免发生人身伤害事故，或者也可以用于各种报警装置中，起到监督控制的作用；再例如，人造卫星上面的天线也可以利用记忆合金的强大的记忆功能，火箭升空前将天线折叠放入卫星，等人造卫星完成既定任务之后，再通过增加温度，就可以使天线恢复到原来记忆的样子了。

形状记忆合金的优势特别多，它相容性特别好，因此也会被应用于医学上面，比如，用这种材料尽心牙齿矫正手术，或者利用它的记忆能力固定骨折部位等等。美国的科学家制备出了一种即使被弄弯1000万次以上，也可以恢复形状的合金。这种新材料由镍、钛和铜的合金制成，有望应用在人工心脏瓣膜、飞行器组件，或新一代固态冰箱中。

4、储氢合金

众所周知，当今社会乃至整个世界的能源，环境问题迫在眉睫，我国的石油，煤炭等资源欠缺，而且还会造成环境污染，因此近年来研究新型的清洁能源成为我们进一步发展的方向，比如对于氢能的研究，目前研究中存在的一大问题就是氢的储运。1969年某荷兰的一家公司研发了一种可以储存氢能的材料，它就是LaNi5储氢合金，它能够大量的吸收并释放氢气，且工作效率极高。

从化学式看，储氢合金就是通过两种特定的金属合成出来的，其中一种金属可以吸收氢气，包括镁Mg，钙Ca,Ti等等，另外一种金属则可以在氢气中自由，任意的移动，包括铁Fe,镍Ni,铜，铬等等。前一种金属起到吸收氢气，控制氢气储量的作用，而后一种金属起到释放氢气的作用，这两种金属相互配合，共同调节控制，解决了氢能的储存和使用的难题。

由此可见合金已经进入到我们生活的角角落落，随着科学技术的发展，科学家对于合金的研究已经进入一个崭新的领域，随着研究的不断深入和技术的不断发展，各种各样的新型合金不断的被研究出来，相信合金的应用前景将非常广阔。