【大學(xué)課件】非鐵金屬材料與粉末冶金材料

非鐵金屬材料與粉末冶金材料本課件將深入探討非鐵金屬材料與粉末冶金材料的特性、應(yīng)用和發(fā)展趨勢。從材料的微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能，我們將全面了解這些材料在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用。第一章緒論本課程將深入探討非鐵金屬材料與粉末冶金材料的理論知識和應(yīng)用實(shí)踐。1.1非鐵金屬材料的定義與分類1定義非鐵金屬材料是指除鐵以外的金屬及其合金，例如銅、鋁、鎂、鈦等。2分類非鐵金屬材料可以根據(jù)其化學(xué)成分、物理性能和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類，例如輕金屬、重金屬、貴金屬、稀有金屬等。3應(yīng)用非鐵金屬材料廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息、建筑、交通等各個領(lǐng)域。1.2非鐵金屬材料的特性輕質(zhì)鋁、鎂、鈦等非鐵金屬密度較低，重量輕，這使得它們在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有優(yōu)勢。耐腐蝕一些非鐵金屬如鋁、鈦具有良好的耐腐蝕性，在潮濕環(huán)境中不易生銹，延長了材料的使用壽命。優(yōu)異的導(dǎo)電性銅、鋁等非鐵金屬是良好的導(dǎo)電體，廣泛應(yīng)用于電子、電氣行業(yè)。良好的導(dǎo)熱性鋁、銅等非鐵金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，在熱交換器、散熱器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。1.3非鐵金屬材料的應(yīng)用航空航天鋁合金、鈦合金等因其高強(qiáng)度、耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等航天器結(jié)構(gòu)。電子電氣銅、銀、金等導(dǎo)電性佳，用于制造各種電子元器件、電線電纜、印刷電路板。建筑裝飾鋁合金、銅合金等具有美觀耐用，廣泛應(yīng)用于建筑外墻、門窗、裝飾材料等。機(jī)械制造銅合金、鎂合金等具備良好的機(jī)械加工性能，常用于制造精密機(jī)械零部件。1.4粉末冶金材料概述粉末冶金是一種以金屬粉末或非金屬粉末為原料，經(jīng)過壓制成型和高溫?zé)Y(jié)制成具有特定形狀和性能的材料的工藝。粉末冶金材料具有許多傳統(tǒng)金屬材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如：可制造形狀復(fù)雜的零件可獲得特殊性能的材料可有效利用廢舊金屬可節(jié)省能源，減少污染第二章銅及其合金銅及其合金廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、建筑、化工等領(lǐng)域，因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐腐蝕性而備受重視。2.1純銅的性能與應(yīng)用優(yōu)良的導(dǎo)電性純銅是電氣領(lǐng)域常用的材料，因?yàn)樗哂凶吭降膶?dǎo)電性和導(dǎo)熱性。良好的導(dǎo)熱性銅的導(dǎo)熱性使其成為熱交換器、散熱器和鍋具的理想材料。耐腐蝕性純銅在空氣中具有良好的耐腐蝕性，在許多應(yīng)用中可以長期使用。2.2銅合金的分類與性能特點(diǎn)黃銅銅鋅合金，強(qiáng)度高，耐腐蝕，易加工青銅銅錫合金，耐磨損，抗腐蝕，硬度高白銅銅鎳合金，耐腐蝕，光澤度高，美觀黃銅及其應(yīng)用黃銅的性能黃銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性以及較高的強(qiáng)度和硬度。黃銅的分類黃銅主要分為兩類：錫黃銅和鉛黃銅。錫黃銅具有較高的強(qiáng)度和硬度，鉛黃銅則具有良好的切削性能。黃銅的應(yīng)用黃銅廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子電器、建筑裝飾等領(lǐng)域，例如管道、閥門、五金件、精密儀器等。青銅及其應(yīng)用青銅的成分青銅通常由銅和錫組成，但也可能含有其他金屬，例如鋁、錳、鎳和鋅。青銅的特性青銅具有良好的耐腐蝕性、強(qiáng)度和鑄造性能，使其成為各種應(yīng)用的理想材料。青銅的應(yīng)用青銅被廣泛用于制造雕塑、鐘表、工具、軸承和管道等物品。銅鎳合金及其應(yīng)用耐蝕性銅鎳合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，尤其是在海水環(huán)境中。強(qiáng)度其機(jī)械強(qiáng)度和硬度較高，可用于制造高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于船舶、海洋工程、化工設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域。第三章鋁及其合金輕量化材料鋁合金擁有良好的強(qiáng)度和韌性，同時具有輕盈的特性，使其成為眾多工業(yè)領(lǐng)域的重要材料。耐腐蝕性鋁合金表面形成一層氧化膜，具有良好的耐腐蝕性，在各種環(huán)境中都能保持其性能。3.1純鋁的性能與應(yīng)用輕質(zhì)純鋁密度低，僅為2.7g/cm3，約為鋼鐵的1/3，具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。耐腐蝕純鋁表面易形成致密的氧化膜，能有效阻止鋁的進(jìn)一步氧化，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。導(dǎo)電性良好純鋁的導(dǎo)電性僅次于銀，是電氣工業(yè)中重要的導(dǎo)電材料?？伤苄院眉冧X具有良好的塑性，可以加工成各種形狀的制品，如鋁箔、鋁板、鋁線等。3.2鋁合金的分類與性能鑄造鋁合金高流動性，易于鑄造，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、建筑等領(lǐng)域。變形鋁合金強(qiáng)度高，塑性好，可加工成各種形狀，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。特殊鋁合金具有特殊性能，如耐腐蝕、耐高溫等，應(yīng)用于特定領(lǐng)域，如海洋工程、核工業(yè)等。3.3鋁合金的熱處理1固溶處理提高合金強(qiáng)度和硬度2時效處理增強(qiáng)合金硬度和強(qiáng)度3淬火提高合金強(qiáng)度和硬度3.4鋁合金的常見應(yīng)用航空航天由于其輕質(zhì)和高強(qiáng)度，鋁合金廣泛用于飛機(jī)和航天器制造。汽車制造汽車引擎蓋、車門和車輪等部件經(jīng)常采用鋁合金，以降低重量并提高燃油效率。建筑行業(yè)鋁合金被用于窗戶、門、外墻和屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，提供耐用性和美觀性。電子產(chǎn)品鋁合金是智能手機(jī)、筆記本電腦和服務(wù)器等設(shè)備的理想材料，因?yàn)樗鼘?dǎo)熱性和抗腐蝕性好。第四章鎂及其合金輕質(zhì)材料鎂合金密度低，僅為鋁合金的三分之二，具有良好的比強(qiáng)度和比剛度?？苫厥招枣V合金可重復(fù)回收利用，減少環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展理念。4.1鎂及其合金的性能輕量化鎂合金密度低，約為鋁合金的三分之二，是所有結(jié)構(gòu)金屬中密度最小的，所以鎂合金可以顯著減輕重量。強(qiáng)度高鎂合金的比強(qiáng)度高，可以與鋁合金相媲美，某些合金甚至超過鋁合金。加工性能好鎂合金易于加工，切削加工性能優(yōu)良，并且容易進(jìn)行表面處理。4.2鎂合金的分類與應(yīng)用變形鎂合金廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。鑄造鎂合金主要用于制造汽車零部件、電子產(chǎn)品外殼和機(jī)械設(shè)備零件等。鎂基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量和優(yōu)異的耐腐蝕性，在航空航天、汽車和電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。4.3鎂合金的制備與加工1熔煉鎂合金的熔煉通常采用電解熔煉法2鑄造常用的鑄造方法有砂型鑄造、壓鑄和熔模鑄造3加工鎂合金的加工性較差，需采用特殊的加工工藝第五章鈦及其合金鈦及其合金鈦是一種過渡金屬，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用范圍鈦合金廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域，例如飛機(jī)發(fā)動機(jī)部件、人工關(guān)節(jié)、化工設(shè)備等。5.1鈦及其合金的性能高強(qiáng)度鈦合金的強(qiáng)度高，甚至超過一些鋼材，但密度卻很低，是鋼材的一半左右。耐腐蝕鈦合金的耐腐蝕性非常出色，在許多介質(zhì)中都能保持良好的穩(wěn)定性，包括海水、酸和堿。生物相容性鈦合金具有良好的生物相容性，不易引起人體排斥反應(yīng)，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械和植入物。5.2鈦合金的分類與應(yīng)用α型鈦合金強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，適用于高溫環(huán)境β型鈦合金塑性好，可加工性好，適用于低溫環(huán)境α+β型鈦合金兼具α型和β型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣5.3鈦合金的制備工藝1真空熔煉鈦合金熔點(diǎn)高，易氧化，因此通常采用真空熔煉工藝，可以有效防止氧化。2粉末冶金粉末冶金法可用于生產(chǎn)鈦合金，它可以克服傳統(tǒng)熔煉工藝的缺點(diǎn)，提高材料的性能。3熱處理熱處理工藝是鈦合金制備的重要環(huán)節(jié)，可以提高鈦合金的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕性能。第六章粉末冶金材料粉末冶金是指以金屬粉末或非金屬粉末為原料，經(jīng)粉末成形和燒結(jié)等工藝過程，制成具有特定形狀和性能的材料的技術(shù)。粉末冶金材料具有獨(dú)特的性能，在航空航天、汽車、電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。6.1粉末冶金材料的特點(diǎn)高性能粉末冶金材料通常具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。多孔性可以通過控制粉末的粒度和壓制工藝來調(diào)整材料的孔隙率，從而獲得所需的性能。耐腐蝕一些粉末冶金材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，例如不銹鋼粉末冶金材料。可設(shè)計(jì)性粉末冶金工藝可以制備形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精密的材料，滿足特殊應(yīng)用需求。6.2粉末冶金材料的制備工藝粉末制備通過機(jī)械粉碎、化學(xué)沉淀、電解等方法獲得所需粉末。粉末預(yù)處理對粉末進(jìn)行清洗、干燥、混合等處理，為后續(xù)成型做準(zhǔn)備。粉末成型將粉末壓制成型，利用壓力將粉末顆粒緊密結(jié)合在一起。燒結(jié)在高溫下將粉末坯體燒結(jié)，使粉末顆?；ハ嘟Y(jié)合，形成致密的固體材料。后處理對燒結(jié)后的材料進(jìn)行加工，如切削、磨削、表面處理等。常見粉末冶金材料及應(yīng)用硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金