合金材料在生產(chǎn)、生活、科技領(lǐng)域的應(yīng)用

苗天宇軍事交通學(xué)院一營三連

合金材料在生產(chǎn)、生活、科技領(lǐng)域的應(yīng)用

苗天宇
軍事交通學(xué)院一營三連

2015年復(fù)旦大學(xué)封東來教授研究的“鐵基合金超導(dǎo)體材料”榮獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，這被美國物理學(xué)會(huì)認(rèn)為是一場(chǎng)“暴風(fēng)雨似的重大發(fā)現(xiàn)”，再次引起科學(xué)家對(duì)合金材料的極大興趣。

合金，從字面上也可以理解為，兩種以上的金屬或者非金屬混合，使用特殊的方法合成了一種具備金屬某種特征的材料。合金并我們通常意義上的一般概念的混合物，它也可以是純凈物，合金的生成常會(huì)改善元素單質(zhì)的性質(zhì)。下面根據(jù)合金的性能介紹幾類具有特殊性能的合金。

1、耐腐蝕性的合金材料

金屬的某種材料具備可以抵擋外界侵蝕的特殊的特性，這種特性就是耐蝕性。工業(yè)生產(chǎn)高上通常用三種方法來制作耐腐蝕性的合金材料，下面就詳細(xì)的講解一下這幾種方法：

（1）加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的金屬。俗話說“真金不怕火煉”，這說明金受熱很穩(wěn)定，因此如在銅材料中加入黃金Au，或者在鎳材料中加入銅Cu，鉻Cr等等，這些方法都可以增加金屬的腐蝕性能，但是由于這種方法是往原來金屬材料中加入貴金屬，因此這種應(yīng)用不是很廣泛。

（2）添加容易鈍化的金屬材料，像鉻Cr，鎳Ni，鉬Mo等材料，如此可以增強(qiáng)原金屬材料的耐腐蝕性能。更為詳細(xì)的說，如果在鋼材料中添加適量的鉻Cr材料，便可以制作成鉻系不銹鋼，而經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，合金的耐腐蝕性能的高低與不銹鋼材料中的鉻含量的高低成正比，即Cr含量越大，不銹鋼的耐腐蝕的性能越強(qiáng)，但是這種很強(qiáng)的耐腐蝕性能是有條件的，這種不銹鋼必須是在氧化介質(zhì)中才成立。

（3）制備耐腐蝕性的合金還有一大方法，就是添加一種特殊的合金元素，它能夠促使合金表面生成腐蝕產(chǎn)物，這種產(chǎn)物形成了一種致密的保護(hù)膜，從而獲得耐腐蝕能力。比如在鋼材料中添加銅Cu或者磷P與鉻Cr,這種方法都可以促使那種致密保護(hù)膜的生成，但這類合金不能使用于還原性較強(qiáng)或者密封性那個(gè)較高的腐蝕環(huán)境中（缺氧環(huán)境）。

經(jīng)科學(xué)家試驗(yàn)研究的證實(shí)，鈦及其鈦合金都具有非常好的耐腐蝕性能，除了氫氟酸和濃度中等的強(qiáng)堿溶液，通常情況下是不會(huì)被侵蝕的，尤其是對(duì)于海水有著超乎想象的抗腐蝕能力，如果將它們放入海水中，等待多少年后取出仍然是光鮮無比。因此鈦材料被廣泛應(yīng)用于海洋工程事業(yè)中，尤其是對(duì)船舶制造業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

2、耐熱合金

耐熱合金，通俗的講就是指的能夠耐高溫的金屬，即在高溫下工作仍然能夠保持相當(dāng)大的強(qiáng)度和及其優(yōu)越的抗氧化性，所謂的高溫一般是要在七百攝氏度以上，這種耐熱合金的合成制備通常主要用兩種方法，具體是：

一是增加鋼中原子間在高溫下的結(jié)合力。由于ⅥB元素金屬鍵位于同一周期時(shí)更優(yōu)，所以可以考慮鋼材料內(nèi)添加鉻Cr,鉬Mo, W等的原子，這樣功能更強(qiáng)。

二是添加一些特殊性的元素，關(guān)鍵是要在加入后能夠形成各種碳化物或者生成金屬的間化合物，從而使得基體金屬性能得到強(qiáng)化。這其中蘊(yùn)含的化學(xué)原理就是，生成的那些物質(zhì)在金屬鍵的基礎(chǔ)上，又多了一些共價(jià)鍵的部分，所以制得的材料硬度極高，耐熱性極強(qiáng)。

耐熱的合金材料主要用在摩托車、汽車、飛機(jī)、火箭等的發(fā)動(dòng)機(jī)上，我國自主研發(fā)的殲-20飛機(jī)和C919飛機(jī)就使用了師昌緒教授研發(fā)的耐熱合金。

3、形狀記憶合金

形狀記憶合金，顧名思義，就知道這是一種特殊的具備記憶特性的合金，這種難以想象的性質(zhì)就發(fā)生在鎳和鈦組成的合金身上，當(dāng)它們被任意揉捏成其他形狀后，如果到達(dá)某一特定的溫度，它們便會(huì)在瞬間又變回記憶中的原來的形狀。

這種特殊的合金很珍貴，應(yīng)用也及其廣泛，例如，用這種合金制成了一種特殊的記憶彈簧，把彈簧放在熱水里，它會(huì)即刻變長，但如果再把它放進(jìn)涼水內(nèi)，它變瞬間恢復(fù)到原來的樣子，利用這種記憶彈簧，可以用于調(diào)節(jié)控制浴室水溫，一旦超過設(shè)定的溫度，即刻阻斷供水，避免發(fā)生人身傷害事故，或者也可以用于各種報(bào)警裝置中，起到監(jiān)督控制的作用；再例如，人造衛(wèi)星上面的天線也可以利用記憶合金的強(qiáng)大的記憶功能，火箭升空前將天線折疊放入衛(wèi)星，等人造衛(wèi)星完成既定任務(wù)之后，再通過增加溫度，就可以使天線恢復(fù)到原來記憶的樣子了。

形狀記憶合金的優(yōu)勢(shì)特別多，它相容性特別好，因此也會(huì)被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上面，比如，用這種材料盡心牙齒矯正手術(shù)，或者利用它的記憶能力固定骨折部位等等。美國的科學(xué)家制備出了一種即使被弄彎1000萬次以上，也可以恢復(fù)形狀的合金。這種新材料由鎳、鈦和銅的合金制成，有望應(yīng)用在人工心臟瓣膜、飛行器組件，或新一代固態(tài)冰箱中。

4、儲(chǔ)氫合金

眾所周知，當(dāng)今社會(huì)乃至整個(gè)世界的能源，環(huán)境問題迫在眉睫，我國的石油，煤炭等資源欠缺，而且還會(huì)造成環(huán)境污染，因此近年來研究新型的清潔能源成為我們進(jìn)一步發(fā)展的方向，比如對(duì)于氫能的研究，目前研究中存在的一大問題就是氫的儲(chǔ)運(yùn)。1969年某荷蘭的一家公司研發(fā)了一種可以儲(chǔ)存氫能的材料，它就是LaNi5儲(chǔ)氫合金，它能夠大量的吸收并釋放氫氣，且工作效率極高。

從化學(xué)式看，儲(chǔ)氫合金就是通過兩種特定的金屬合成出來的，其中一種金屬可以吸收氫氣，包括鎂Mg，鈣Ca,Ti等等，另外一種金屬則可以在氫氣中自由，任意的移動(dòng)，包括鐵Fe,鎳Ni,銅，鉻等等。前一種金屬起到吸收氫氣，控制氫氣儲(chǔ)量的作用，而后一種金屬起到釋放氫氣的作用，這兩種金屬相互配合，共同調(diào)節(jié)控制，解決了氫能的儲(chǔ)存和使用的難題。

由此可見合金已經(jīng)進(jìn)入到我們生活的角角落落，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家對(duì)于合金的研究已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的新型合金不斷的被研究出來，相信合金的應(yīng)用前景將非常廣闊。