金属材料有色金属及其合金共37页

在电子工业中的应用
总结词
电子工业中大量使用有色金属及其合金，如铜、铝、镍等，用于制造集成电路、连接器 和散热器等。
详细描述
在电子工业中，有色金属及其合金发挥着至关重要的作用。例如，铜及铜合金用于制造 集成电路的引线和连接器等，铝及铝合金用于制造电子元件的散热器和印刷电路板等。 这些合金具有良好的导电性、导热性和可加工性，能够满足电子工业对高性能材料的需
组织
合金中各种相的分布和形态。
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合金相图与组织的关系
合金的组织取决于其成分和热处理条件，而相图 是研究合金组织和性能的重要工具。
合金化对性能的影响
力学性能
合金化可以改变金属的强度、硬度、韧性等力 学性能，以满足不同应用场景的需求。
物理性能
合金化可以改变金属的导电性、导热性、磁性 等物理性能。
化学性能
合金化概念
合金化
将两种或两种以上的金属元素或非金属元素与一种金 属元素结合，形成具有金属特性的合金的过程。
合金化概念的意义
通过合金化可以改变金属的物理、化学和机械性能， 以满足不同领域的需求。
合金化的应用
在汽车、航空航天、能源、电子等领域得到广泛应用 。
合金相图与组织
1 2
相图
表示合金在不同温度和成分下的相组成和相变规 律的图形。
生产流程
原料准备
包括矿石的破碎、磨细、选矿 等工序，以获得高品位精矿。
冶炼
根据矿石类型和所需金属种类 选择合适的冶炼方法，提取金 属。
加工
将提取出的金属进行铸造、轧 制、锻造或焊接等加工，制成 所需形状和性能的金属制品。
质量检测与控制
对金属制品进行质量检测和控 制，确保产品质量符合要求。

如图铝合金相图及分类示意图
4.铝合金的热处理
（1）退火。 （2）淬火（固溶）与时效。 对除了纯 铝、防锈铝和简单铝硅合金以外大多数 铝合金都可以采用淬火与时效的热处理 方法。
铜及铜合金
Copper Alloy
铜的密度 8.94g/cm³ ，重 金属，熔点1084℃。 具有极高的热导率与电导率， 其导电性仅次于银而居金属的第二位， 是抗磁材料。较高的塑性和耐蚀性， 高的弹性极限和疲劳强度。铜容易冷热成 型，并具有高的循环再利用性。
zinc alloy
1.镁及镁合金
镁密度为1.74g/cm³ ，熔点为650℃。 其差的耐蚀性和低的抗氧化性使镁作为结构材料的应用比例不高。 近年来作为新一代轻合金结构材料，镁合金得到了大力开发。 两类镁合金： 含铝的镁合金。 具有高的强度和塑性，良好的耐大气腐蚀性 含锆的镁合金。添加稀土元素适于300℃下环境使用，添加 锌元素有良好的强度与塑性。
工业高纯铝 99.9%
工业纯铝 99%
铝无同素异构转变，故纯铝不能通过热处 理强化，通过冷塑性变形即加工硬化后强度 升高，但塑性降低。
3.铝合金 不能热处理强化 形变铝合金 能热处理强化
铝合金
铸造铝合金
铝硅系 ZL1××
铝铜系 ZL2×× 铝镁系 ZL3×× 铝锌系 ZL4××
铝合金制造的机翼
铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很 好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈 铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。 硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能 有所下降，这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn 系。新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而 密度比普通硬铝减小15%，且能挤压成型，可用作 摩托车骨架和圈轮等构件。 Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运 动器材。 目前高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇 和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行 速度，并具有抗海水侵蚀，避磁性等特点。

钛金属手表
钛合金与人体有很好的“相 容性”，可用来制造人造骨。
（5）形状记忆合金 钛-镍形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金，被广泛应
用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路 断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。
3 课堂小结
常见的金属材料
金属
合金
4 典型例题
考点一：金属的物理性质及其用途 【典型例题1】（2019•房山区二模）夏天防雷电，远 离金属。这是因为金属具有（ C ）
金属除了具有上述共同的物理性质外，还有若干各自 不同的特性。
例如：铂的延性好，可以抽成直径只有1/5000mm的细丝； 金的展性好，可以压成 厚度只有1/10000mm的 薄片。
观察下列表格，分析这些金属有哪些特性
金属 性质 金属光泽 密度g/cm3 熔点/℃
导电性 (100最好)
硬度 (10最大)
2.将铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片 与焊锡两两互相刻划，比较它们的硬度。 现象：铝片、铜片、锡片上有刻痕。 总结：铝合金比铝硬度大 3.如右图所示，将锡片和焊锡放在扶 片上，用酒精灯在铁片的中心部住加 热，观察比较两者熔化的难易。
现象：焊锡最先熔化，锡次之 总结：合金比组成它的纯金属熔点低
合金的性质总结
鲁教版 化学（初中）
第九单元 第一节
常见的金属材料（第一课 时）
1 课堂导入 2 新课讲授 3 课堂小结 4 典型例题
1 课堂导入
衣 想一想：生活中我们使用过哪些金属制品？
食
住
行
思考： 为什么这些金属的用途这么广泛？它们有哪些特 点？ 金属在生活中有非常广泛的用途，这与它们的物理性质 有关，想一想，金属有什么样的物理性质呢？

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二、铜合金 （一）黄铜（H） 以锌为主要合金元素的铜基合金 分普通黄铜和特殊黄铜 按生产方式分：压力加工黄铜和铸造黄铜 代号：压力加工普通黄铜：（H+质量分数） 压力加工特殊黄铜：（H+主加元素符号+质量 分数） • 铸造黄铜：Zcu • 例：H62、HPb59-1 • 普通黄铜，按平衡态组织分两种：单相黄铜， 双相黄铜
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1、不能热处理强化的形变铝合金 防锈铝合金（LF） 2、能热处理强化的形变铝合金 硬铝（LY）、超硬铝（LC）、锻铝（LD） 硬铝分：低强度硬铝（铆钉）、标准硬铝（油管）、 高强度硬铝（螺栓）、耐热硬铝 硬铝缺点：耐腐蚀性差、淬火温度窄 （四）铸造铝合金（ZL） 用于制造铸铝件 1、铝硅合金 ZL101-105 又叫铝硅明（简单铝硅明和复杂铝硅明）飞机仪
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价格低，摩擦系数较大。 不能承受大的压力，需内衬 双金属轴承： 2、铜基轴承合金 锡青铜和铅青铜 3、铝基轴承合金 （1）Al-Sb-Mg轴承合金 (2) Al-Sn轴承合金 除以上轴承合金外，珠光体灰铸铁常作 滑动轴承材料。
器零件，泵壳等。
• 2、铝铜合金 ZL201-203
• 具有较高的强度和耐热性，但铸造性能 差，不耐腐蚀。气缸头，活塞等 • 3、铝镁合金ZL301-303 • 力学性能、切削加工性、耐腐蚀性好， 铸造性、耐热性差。泵用零件，船舰零件。 • 4、铝锌合金 ZL401,ZL402 • 具有较高硬度和强度（自动淬火）做汽车发
Байду номын сангаас
• （1）单相黄铜 • 当锌质量分数少于39%时，室温下组织为单相 α固溶体，称为单相黄铜。 • 塑性好，可进行冷、热压力加工，适宜制造冷 轧板材、冷拉线材以及形状复杂的冲压零件。 • （2）双相黄铜 • 当锌的质量分数为39%-45%时，室温下的组织 为α+ β，称为双相黄铜。 • 适用于热加工。一般轧成棒材、板材，再经切 削加工制成各种零件。 • 2、特殊黄铜 • 在铜锌二元合金的基础上加入其它合金元素所 组成的多元合金。

拉拔
通过拉拔机将金属线材拉制成 各种规格的细线、弹簧丝等。
表面处理
电镀
通过电解的方法在金属 表面镀覆一层金属或合 金，以提高耐腐蚀性和
美观度。
喷涂
通过喷枪或喷粉装置将 涂料喷涂在金属表面，
形成一层保护膜。
氧化处理
通过化学或电化学的方 法使金属表面形成一层 氧化膜，以提高耐腐蚀
性和美观度。
钝化处理
通过化学方法使金属表 面形成一层钝化膜，以
镁及镁合金
镁是一种轻质金属，具有良好的比强度和比刚度。镁合金广泛应用 于汽车、电子和航空航天等领域。
钴及钴合金
钴是一种具有优良耐腐蚀性和高温强度的金属。钴合金广泛应用于 航空航天、能源和化工等领域。
02
CHAPTER
有色金属的应用领域
建筑行业
铝合金
用于制造门窗、幕墙、支架等， 因其轻便、美观、耐腐蚀而受到 广泛应用。
的破坏和污染，特别是减少废水和废气的排放。
促进循环经济
03
回收和再生利用有色金属是循环经济的重要组成部分，有助于
实现经济、社会和环境的可持续发展。
05
CHAPTER
有色金属的未来发展趋势
新材料研发
01
02
03
高性能轻质材料
研发具有高强度、轻量化 的有色金属合金，用于航 空航天、汽车等领域，替 代传统材料。
铜及铜合金
用于管道、供暖系统、水龙头等 ，因其良好的导热性和耐腐蚀性 而受到青睐。
汽车行业
镁合金
用于汽车零部件，如发动机罩、气瓶 架等，以减轻重量并提高燃油经济性 。
铝合金
用于汽车车身、底盘和悬挂系统等， 以提高汽车的结构强度和轻量化。
电子行业

铸造青铜 —— 如Sn青铜 ， ZCuSn10Zn2 。
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（3）白铜 —— Cu-Ni 系合金 ➢以镍为主要合金元素，B（白）+镍质量分数，例B19 ➢铜、镍无限固溶，单相α， ➢可冷、热变形，较好的强度和优良的塑性。它的抗蚀性 很好，电阻率较高。 ➢用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。
一切能时效硬化的合金都有 回归现象。
自然时效后的铝合金在反复 回归处理和再时效时强度有 所降低。
时效后的铝合金可在回归处 理后的软化状态进行各种冷 变形。利用这种现象，可随 时进行飞机的铆接和修理 等。
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2、变形铝合金
GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:
防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金：LC +序号 锻铝合金： LD +序号
（2）时效强化（第二相强化） 在室温下放置或低温加热时，强 度和硬度会明显升高。这种现象 称为时效或时效硬化。
时效的条件： 合金能在高温形成均匀的固溶体，并且固溶体中 溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。
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CuAl2
Al-Cu合金相图
含4%Cu的Al-Cu合金的自然时效曲线
时效规律
① 时效温度越高, 强度峰值 越低, 强化效果越小;
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(3) (a + β)钛合金
钛中加入a 和β 稳定化元素所得到的(a + β)钛合金，
塑性很好，容易锻造、压延和冲压，并可通过淬火和 时效进行强化。热处理后强度可提高50%～100%
典型牌号：TC4，成分：Ti-6Al-4V 强度高，塑性好，在400℃时组织稳 定，蠕变强度较高，低温韧性好，抗海 水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀

• 青铜的代号表示方法是：Q（“青”字的汉 语拼音字首）＋主加元素符号及平均含量 ＋其他元素的平均含量。
例如，QSn4-3表示含W（Sn）＝4％、W （Zn）＝3％、其余为Cu的锡青铜。
1）锡青铜:
Cu-Sn二元相图
含锡量对锡青铜的力学性能的影响
含锡量对锡青铜的加工性能的影响 :
• wSn＜5%的锡青铜适宜冷变形加工； • wSn＝5％~7%的锡青铜宜于热加工； • wSn＝10％~14％之间的锡青铜只适宜铸造生产。
主要用途：精密仪器、精密机械零件；低温热电偶、热电偶 补偿导线、变阻器等。
9.3钛及钛合金
• 钛及钛合金是第二次世界大战后发展起来 的新材料，具有很高的比强度和耐蚀性， 是世界各国大力发展的轻金属材料，近三 十年来已经发展成主要的飞机和发动机结 构材料。
2.工业纯铜的牌号及用途:
• 纯铜：T1、T2、T3、T4； • 无氧铜：TU1、TU2； • 脱氧铜：TUP、TUMn； • 纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗
磁性干扰的仪器、仪表零件，如罗盘、航 空仪表等零件。
9.2.2铜合金
常用合金元素： Zn、Sn、Al、Mg、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Si、As、
M
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用于焊接容器， 受力零件等
用途：油箱、油管、铆钉及其他冷变形零件。
(2)硬铝
合金牌号 主 要 化 学 成 分 (%) 合金状
新牌 旧牌号 Cu
Mg
Mn
态
号
2A01 2A04 2A10
LY1 LY4 LY10
2.2~3.03. 2~3.73.9
~4.5
0.2~0.5 2.1~2.6 0.15~0.3
3）Al-Mg合金：

0.6nm，直径约为9.0nm，密度达1017/cm3～1018/cm3。其晶体结构类型仍与基体相同，并与基体保
持共格关系。所不同之处是GP[I]区中铜原子浓度较高，引起点阵的严重畸变，阻碍位错运动 ，因而合金的强度、硬度升高。
第二阶段，铜原子富集区有序化(GP[II]区)：在GP[l]区的基础上铜原子进一步偏聚，GP区
进一步扩大，并使溶质原子和溶剂原子呈规则排列，发生有序化。即形成有序的富铜区，称为
GP[II]区，常用θ‘’ 表示。这种有序化的铜原子富集区直径为10.0nm～40.0nm，厚 度可达1.0nm～4.0nm。其晶体结构为正方点阵，与基体仍保持共格关系，故畸变更 加严重，并有很大的弹性应变区，使位错运动受阻很大，从而使合金的强度和硬度进 一步提高，时效强化的作用最大。
1.10
第十页，共75页。
第9章 有色金属及其合金
第四阶段，稳定的θ相的形成与长大：时效后期，θ′ 相与母相的共格关系消失，与基 体有明显界面的独立相θ相形成，其点阵结构亦是正方点阵，与基体的共格关系完全破坏，固溶体
的畸变大大减小，硬度明显下降，强化效果明显减弱。由时效硬化曲线(见图9.3)可以看出，合金在发 生时效硬化之前有一段孕育期，即固溶处理后合金尚有一个阶段处于较软状态，生产上常利用这个阶 段完成对零件的加工成型。而第三、四阶段会导致合金强化效果下降，称为过时效。
(2) 凡成分大于D' 点成分的合金，由于有共晶组织存在，其流动性较好，且高温强度也较高 ，可以防止热裂现象，故适合于铸造，称之为铸造铝合金。
1.7
第七页，共75页。
第9章 有色金属及其合金
9.1.3 铝合金的热处理
纯铝加入合金元素形成铝基固溶体，有较大的极限固溶度，有一定的固溶强化效 果。但随着温度的降低，固溶度急剧减小，强化效果有限。显然，铝合金也须通过热 处理进一步提高强度。铝合金的热处理原理与钢不同。钢经淬火后得到马氏体组织， 强度、硬度显著提高，塑性下降。铝无同素异构转变，加热时晶体结构不发生变化， 固溶处理后得到的是过饱和固溶体，强度、硬度并不高，塑性却明显增加。所以铝合 金经高温加热急冷固溶处理后获得过饱和固溶体的热处理操作，称为固溶处理。经固 溶处理的铝合金在室温下停放或重新加热到一定温度后保温，其强度、硬度明显升高 ，塑性降低。因此，铝合金的强化热处理包括固溶处理和时效处理。时效时，过饱和 固溶体分解，强度、硬度会明显提高。固溶处理后的合金随时间的延长而发生的强化 现象，称为时效强化。在室温下进行的时效，称为自然时效；在加热条件下进行的时 效，称为人工时效。自然时效时，铝合金放置4天，强化即可达到最大值。铝合金的 时效强化效果取决于固溶体的浓度和时效温度及时效时间。一般来说固溶体的浓度越 高时效效果越好。提高时效温度可以显著加快时效硬化速度，但显著降低时效获得的 最高硬化值。时效温度过高，时效时间过长，将使合金软化，称为过时效。