《生活中的材料科学：合金》课件.pptVIP

生活中的材料科学：合金解析日常物品中的合金科学，探索这些材料如何塑造我们的世界

课程概述材料科学简介探索基础知识合金基本概念理解类型和特性日常应用生活中的合金例子制造工艺从矿石到产品

什么是材料科学？跨学科领域物理、化学、工程学研究重点材料成分、结构与性能关系经济价值全球市场价值超6000亿美元

材料科学的历史演变1石器时代约250万年前2青铜时代约3300-1200BCE3铁器时代约1200BCE起4工业革命钢铁大规模生产5现代材料科学精密控制与定制化

金属材料基础知识金属元素特性导电、导热、延展性好晶体结构面心立方、体心立方、六方密堆积金属键合原理自由电子模型纯金属局限性强度、硬度、耐腐蚀性不足

什么是合金？定义两种或多种元素（至少一种为金属）的混合物目的改善纯金属性能，获得特殊性质分类固溶体合金、金属间化合物、多相合金市场规模约2500亿美元（2024年）

合金的形成原理晶格结构变化原子替代与插入固溶体形成条件原子尺寸、电负性、晶体结构相图解读温度、成分、相的关系金属相互反应共晶、包晶、偏晶反应

合金的分类方法按基体金属铁基、铝基、铜基、镍基等按成分数量二元合金、三元合金、多元合金按用途结构用合金、功能性合金按制备方法铸造合金、锻造合金、粉末冶金

钢铁：最常见的合金2.11%碳含量铁碳合金定义范围19亿吨年产量2023年全球统计4类基本分类碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢

碳钢的种类与应用高碳钢（0.6%C）刀具、弹簧、锯片中碳钢（0.25-0.6%C）机械零件、轴承低碳钢（0.25%C）钢筋、薄板、铁丝

不锈钢：抗腐蚀的选择铁-碳-铬（≥10.5%）合金，具优异耐腐蚀性。主要类型：奥氏体（304/316）、铁素体（430）、马氏体（420）。全球市场规模约1800亿美元。

铝合金：轻质高强2.7g/cm3密度仅为钢的1/35种主要合金元素铜、镁、硅、锌、锰4个主要应用领域航空航天、汽车、包装、建筑3800万吨中国年产量全球最大生产国

常见铝合金系列系列主要元素典型应用2XXX铝-铜航空结构件5XXX铝-镁船舶、汽车面板6XXX铝-镁-硅建筑型材、自行车架7XXX铝-锌高强度航空零件

铜合金：古老而现代悠久历史青铜器约5000年历史主要种类黄铜（铜-锌）、青铜（铜-锡）突出优势导电性好、耐腐蚀、抗菌广泛应用电气设备、管道、装饰品、乐器

黄铜与青铜的对比黄铜（铜-锌）色泽金黄，价格较低H62（62%铜）H68（68%铜）青铜（铜-锡）耐蚀性优于黄铜，强度高锡磷青铜铝青铜铅青铜

镁合金：最轻的结构金属超轻密度1.74g/cm3，比铝轻35%主要合金元素铝、锌、锰、稀土应用领域航空航天、电子产品外壳、汽车零部件主要缺点易燃、耐腐蚀性较差

钛合金：高强轻质材料4.5g/cm3密度强度可比肩钢材极佳耐腐蚀性海水环境下表现优异10万吨中国年产量全球最大钛材生产国

镍基合金：耐高温的选择航空发动机部件工作温度可达1000°C以上化工设备耐腐蚀性极佳代表合金Inconel（镍-铬-铁）、Monel（镍-铜）

贵金属合金主要包括：金合金（K金），含金量以K表示，24K为纯金；银合金，纯银（99.9%）、标准银（92.5%）；铂族金属合金：铂、钯、铑等。应用于珠宝首饰、电子接点、催化剂。

特种功能合金形状记忆合金镍钛合金（记忆变形）非晶态合金快速冷却形成无定形结构磁性合金钕铁硼（永磁）、坡莫合金（软磁）高熵合金包含5种以上主元素

合金在建筑中的应用结构钢H型钢、I型钢、箱型钢钢筋HRB400、HRB500铝合金门窗6063合金型材

合金在交通工具中的应用汽车车身钢板（高强度钢）铝合金车轮高铁车体铝合金轨道特种钢航空铝-锌合金（7075）钛合金发动机部件船舶船体钢材铝合金上层建筑

合金在电子产品中的应用手机外壳铝合金、镁合金、不锈钢连接器铍铜合金、磷青铜散热器铝合金、铜合金

合金在医疗领域的应用植入物主要采用钛合金（Ti-6Al-4V）、钴铬合金；牙科材料使用镍铬合金、金合金；医疗器械常用不锈钢（316L）、镍钛合金导管；放射防护则采用钨合金屏蔽材料。

合金在能源领域的应用核电站锆合金燃料棒包壳、特种不锈钢太阳能铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池风力发电高强度钢材、铝合金风叶储能电池镍氢、镍镉合金电极材料

合金熔炼技术感应熔炼高频电流加热真空熔炼去除气体杂质电渣重熔提高纯度和均匀性电子束熔炼超高纯度特种合金

合金铸造工艺砂型铸造适用于复杂形状零件压力铸造高效生产小型精密件3离心铸造管状零件生产精密铸造航空零件、涡轮叶片

合金加工技术轧制生产板材、带材（可减薄至0.1mm）锻造提高材料强度和韧性挤压生产型材（速度可达80m/min）

合金热处理工艺退火降低硬度，提高塑性正火细化晶粒，提高强韧性淬火提高硬度和强度时效处理析出强化（如铝合金T6处理）

合