材料学中常用分析方法第五讲 SPM 有关金属材料分析手段95页PPT

4、良率：98%
5、价格：约60元/H.
6、缺点：颜色偏差、位置不对.
金属表面处理工艺介绍 腐蚀
1.工艺简介：所谓(湿法)腐蚀，就是将产品置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中， 腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉.
2、优点：成本低，效果丰富 3、注意事项： a.深度和线宽的比是：线宽=深度+0.1mm~0.15mm
挤压成型
金属成型工艺介绍 压铸
1. 工艺简介：压力铸造是近现代金属加工工艺中进展较快的一种铸造办法.它 是将熔化金属在高压高速下充填铸型，并在 高压下形成晶体凝结形成铸件的过程.
压铸模解析
坩埚
金属成型工艺介绍 压铸
2.优点：a.一次成型，高效，成型速度快； b.耐用，寿命长，可重复利用. c. 薄，强度高 ；
金属材质之所以“高贵”，并不指材料本身的成本，而在于金属材料在加工过程中对工艺要求非常高，以及如 何巧妙的规避金属对于天线射频的影响。
工艺思路简单介绍
金属材料加工难度大，工艺要求高，不易成型，以及对于天线射频的影响，使目前手机产品的金属机身都由如下方式 加工形成:
金属 塑胶
结合
下面，我们就按照这个思路开始为大家详细介绍金属机身外观加工工艺
5.推荐成型形状：框型＞碗型＞片型
6.良率：80%.
7.产能：一台CNC,简单5寸框型大概20-30分钟/PCS
8.价格：1RMB/分钟,一个简单的5寸框型大概需要20-30RMB
金属成型工艺介绍 总结与对比
工艺名称
推荐加工金属 类别
冲压（包括 拉伸，弯折， 挤压，锻压）
铝合金，不锈 钢
可成型尺寸（最薄）
520-600℃（可以压铸，流动性 好）

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5 扫描隧道显微镜(1981) 导体表面的原子象 6 扫描近场光学显微镜(1982) 50nm的光学分辨率 7 扫描电容显微镜(1984) 500nm的电容差 8 扫描热显微镜(1985) 50nm的热成象
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SPM 技术的发展年表（续）
21 扫描自旋进动显微镜(1989) 1nm的顺磁自旋成象
22 扫描离子电导率显微镜(1989) 500nm电解质成象
23 扫描电化学显微镜(1989) 溶液电化学反应引发
的形貌变化
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SPM 技术的发展年表（续）
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方 法（年 代）
STM 的压电陶瓷三维筒状微驱动器
探针被装置于驱动器的一侧，被x,y,z三组电极所驱动 驱动灵敏度为3nm/V 位移精度达 0.1 Å
STM 的两种工作模式
STM 可使用不同 的信号作为其反
馈控制信号
恒电流模式 恒高度模式
STM的应用：
在原子尺度上：
导体表面的原子排列图象的直接观察 导体表面原子动态过程的监测
Scanning Probe Microscope (SPM) ——中国·上海爱建纳米科技发展有限公司
AJ-III 型原子力显微镜 (AFM)
SPM: 特指80年代以来发展起来的一类 nm 量级的超显微分析手段
典型的SPM(扫描探针显微镜)的组成
四象限光电 探测传感器
SPM的主要组成部分：
1.超显微, 近距离探针 2.微位移扫描装置 3.特定物理、化学特性为探测对象
非导体NaCl薄层 /Al的STM

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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
力学性能：金属材料受外部负荷时，从开始受力 直到材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为 力学性能。
它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性 能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等。
1、强度
金属材料的强度性能表示金属材料对变形和断裂的抗 力，它用单位截面上所受的力（称为应力）来表示。 常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度等。
钢材的名称、用途、冶炼和浇注方法等，则用汉语 拼音字母表示，如沸腾钢用“F”(沸)，锅炉钢用“g”( 锅)，容器用钢用“R”(容)，焊接用钢用“H”(焊)，高级 优质钢用“A”，特级优质碳素钢用“E”等。
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二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
1．碳素钢的编号
(1)碳素结构钢
一般结构钢和工程用热轧钢板、型钢均属此类。按 照GB700—88的规定，钢的牌号由代表屈服强度的字 母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号等四 部分按顺序组成，如Q235—A．F，Q235—B等。
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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
（1）屈服强度 钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数
值而不再增大时，其变形却继续增加，这个拉 应力值称为屈服强度。 （2）抗拉强度
金属材料在破坏前所承受的最大拉应力。
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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
2、塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示 金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。 前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或 化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分 含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号 而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3 ．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如 “16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰 量为<1．5％。

详细描述
冲击试验是通过在试样上施加冲击载荷，观察其断裂时的吸收能量和断裂口形貌来评估金属材料的冲击韧性。该方法对于评估金属材料在承受冲击载荷时的安全性和可靠性具有重要意义。
金属材料分析方法应用实例
总结词：钢铁材料的化学分析是确定其化学成分的有效手段。详细描述：通过化学分析，可以精确测定钢铁材料中的碳、硫、磷、硅、锰等元素含量，从而评估其机械性能和加工性能。总结词：钢铁材料的化学分析通常采用光谱分析法、质谱分析法和色谱分析法等。详细描述：光谱分析法利用光谱学的原理，通过测定材料对不同波长光的吸收和发射特性，确定其化学成分；质谱分析法利用质谱仪测定材料中元素的离子流强度，从而确定其含量；色谱分析法则利用不同物质在色谱柱上的吸附或溶解性能差异，分离和测定材料中的化合物。
利用物理原理和性质对金属材料进行分析的方法。
总结词
利用X射线在晶体中的衍射现象，分析金属材料的晶体结构和相组成。
X射线衍射法
通过电子显微镜观察金属材料的微观形貌、晶体结构和缺陷等。
电子显微镜法
通过测量金属材料在不同温度下的物理性质变化，研究其热稳定性和热物性参数。
热分析技术
对金属材料进行力学性能测试，评估其机械性能的方法。
详细描述
总结词
质谱分析法是一种通过测量物质粒子的质量来分析物质组成的方法。
详细描述
质谱分析法通过离子化样品中的粒子，然后测量这些粒子的质量，从而确定其组成。该方法具有高灵敏度、高分辨率和高准确性等优点，广泛应用于化学、生物、医学等领域。
物理分析法
VS
利用原子光谱的特性和变化规律，分析金属材料的元素组成和含量。
详细描述
滴定分析法基于化学反应的定量关系，通过滴定实验中加入的滴定剂与被测组分之间的化学反应，测定出被测组分的含量。该方法具有操作简便、准确度高、适用范围广等优点，是化学分析中常用的一种方法。

详细描述
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通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用

即用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以 相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后 卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的 一种压痕硬度试验。
金属材料的主要性能课件
布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示：
H(B HS B )0 W .102 2F
D (D D 2d2)
式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。
➢ 金属材料的力学性能：金属
材料在外力作用下表现出来
塑性
的特性，如弹性、塑性、强 弹性
刚度
度、硬度和韧性等。 ➢ 力学性能判据（指标）：用
来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值，可通过试
强度
金属力 学性能
韧性
硬度
验测定。
金属材料的主要性能课件
１.弹性
弹性： 即物体在外力 作用下改变其形状 和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到 原始形状和尺寸的 特性。
HRA(HRC)=100-h
HRB=130-h
h —— 残余压痕深度增量，用0.002mm为单位 表示。 100,130 ——相应标尺满量程值。
金属材料的主要性能课件
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散
应用：淬火钢，调质钢批量生产零件
当HRC为20-67时有效 例如：50HRC
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
金属材料的主要性能课件
（1）伸长率
➢ 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。

式中：V为新相体积；S为新、旧相的界面积；△GV和△Ge分别 表示形成单位体积新相时自由能和应变能；σ表示新、旧相界单位面 积的界面能。（液态形核只有前两项）
脱溶过程（以及其他固态相变）中，相变的阻力除了界 面能外，还包括弹性应变能。界面能和应变能的大小，不 但影响新相的形核方式，而且影响新相的形状。
本篇主要介绍目前工程中广泛应用的铝、镁、钛、铜 及其合金和相关材料，了解这些材料的典型性能特点，合 金化及热处理以及材料一般用途等。
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5
第八章 铝 合 金
第一节 铝合金中的合金元素 第二节 变形铝合金 第三节 铸造铝合金
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第一节 铝合金中的合金元素
概述
1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8.2%）； 2、密度低（ 2.63～2.85g/cm3 ），比强度高； 3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au
3）淬火后合金性能的变化 对铝合金及大多数有色金属合金而言：经过淬火，不
同合金的性能变化也大不相同。可能有四种情况：①σ↑， δ或ψ↓；②σ↓，δ或ψ↑；③σ↑，δ或ψ↑；④σ，δ或ψ基本无 变化。
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通常，变形铝合金在保持高塑性的情况下强度提高， 其塑性可能与退火状态相差无几。铸造铝合金淬火后强度 和塑性通常都有所提高。
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铝合金的为改善铝的机械性能，研究发现向铝中加入适量的某 些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其 机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。
目前铝中主要可能加入的合金元素有Cu、Mg、Si、 Mn、Zn和Li等，它们可单独加入，也可配合加入。由此 得到多种不同工程应用的铝合金。除上述主加元素外，许

《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标

3、56克铁锌合金产生多少氢气的问题
课题3 金属资源的利用和保护
知识点1 金属矿物；铁的冶炼 1.例：有磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、黄 铁矿（主要成分是FeS2）、赤铁矿（主要成 分是Fe2O3），请从多角度分析三种矿石中 哪种不适合炼铁？原因是什么？
银白色铝露置于空气中，表面会逐渐变暗， 生成一层致密的薄膜—氧化铝；氧化铝薄膜 可以阻止内部的铝进一步氧化，从而对铝制 品起保护作用。因此，铝制品具有很好的抗 腐蚀性。2Mg+O2 = 2MgO
4Al+3O2 = 2Al2O3
2.铁与氧气的反应
（1）常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气 发生反应。 （2）常温下在潮湿的空气中，铁与空气中的 氧气和水共同作用会生成暗红色疏松的物 质——铁锈（主要成分是三氧化二铁） （3）铁丝在氧气中燃烧时 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热， 生成一种黑色固体。 3Fe+2O2 点燃 Fe3O4
几个问题
1、把锌放入硝酸铜 硝酸银的混合溶液 中，充分反应后向固体加硫酸看是否 有气泡的问题。
2、把铁 铜的混合物放入硝酸银溶液中 的问题。
3、设计方案验证金属的活动性顺序。
4、金属和盐溶液反应后，金属质量变 化的问题。
总结： 1、金属距离越远越先反应。 2、 先排顺序
一般不用中间产物（有时用酸）
（3）其他几种合金的成分、性能和用途
合金 主要成分
主要性能
主要用途
黄铜 铜、锌 焊锡 锡、铅
强度大、可塑性强、 机器零件、仪表、
易加工、耐腐蚀
日用品
熔点低
焊接金属
硬铝 铝、铜、 强度和硬度大、密度 火箭、飞机、轮
镁、硅 小 、耐腐蚀
船等制造业

根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类 普通质量钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.045
优 质 钢 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035
高级优质钢 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025 特级优质钢 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.015
3、热处理适用范围: 只适用于固态下发生 相变的材料，不发生 固态相变的材料不能 用热处理强化。
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4、热处理分类
依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：
普通热处理
退火 正火 淬火 回火
热处 理
表面淬火—感应加热、火焰加热 、电接
表面热处理
触加热等。
化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、
铸铁具有许多优良的性能及 生产简便、成本低廉等优 点，因而是应用最广泛的 材料之一。
铸 铁 分 为 :灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
第37页/共44页
（1）灰铸铁
➢ 石墨以片状形态存在的铸铁称 为灰铸铁。由于片状石墨存在， 其石墨尖端的应力集中现象， 使灰铸铁的抗拉强度及塑性低。 灰铸铁的牌号为HT后加三位数 字。三位数字表示最低的抗拉 强度（MPa）。例如HT200、 HT250和HT300等共六种。
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3、按冶炼方法分类：
平炉炼钢
按炉别分 按脱氧程度分
平炉钢
转炉炼钢
转炉钢 电炉钢
沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应
发生沸腾。这种钢成材率高，但不致密.
镇静钢:脱氧充分，组织致密，成材率低.
半镇静钢：介于前两者之间。