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金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。 地球上的绝大多数金属元素是以化合态存在于自然界中的。这是因为多数金属的化学性质比较活泼,只有较少数的金属如金、银等以游离态存在。金属在自然界中广泛存在,在生活中应用较为普遍,是在现代工业中非常重要和应用多的一类物质。
由于金属的电子倾向脱离,因此具有良好的导电性,且金属元素在化合物中通常带正价电,但当温度越高时,因为受到了原子核的热震荡阻碍,电阻将会变大。金属分子之间的连结是金属键,因此随意更换位置都可再重新建立连结,这也是金属伸展性良好的原因。
在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属例如金、银、铂、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物,其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。
属于金属的物质有金、银、铜、铁、锰、锌等。在一大气压及25摄氏度的常温下,除汞(液态)外,其他金属都是固体。大部分的**属是银白(灰)色,只有少数不是,如金为黄赤色,铜为紫红色。金属大多带“钅”旁。
工业纯铁是钢的一种,其化学成分主要是铁,杂质总含量<0.2%及含碳量在0.02%~0.04%的纯铁。含碳量不**过0.0218%的纯铁,亦称锭铁。纯度可达99.8%~99.9%,低于电解铁,故其强度、硬度、弹性系数均比电解铁高,但塑性则较低。工业纯铁用平炉生产,氧化期特长,以除去碳等杂质,故成本很高。
工业纯铁是钢的一种,其化学成分主要是铁,含量在99.50%-99.90%,含碳量在0.04%以下,其他元素愈少愈好。因为它实际上还不是真正的纯铁,所以称这一种接近于纯铁的钢为工业纯铁。一般工业纯铁质地特别软,韧性特别大,电磁性能很好。常见的有两种规格,一种是是作为深冲材料的,可以冲压成较复杂的形状;另一种是作为电磁材料的,有高的感磁性的低的抗磁性。
工业纯铁是用于冶炼精密合金、高温合金、**低碳不锈钢、电热合金等重要的原材料。
工业纯铁主要由电弧炉、氧气转炉、电弧炉加炉外真空脱碳、氧气转炉加炉外真空脱碳等方法生产。不同工艺生产的工业纯铁各具特点:
1.电弧炉纯铁的特点:是早生产纯铁的方法,含碳量为0.025%,含氮量较高,受石墨电极增碳的影响,不能生产更低含碳量的纯铁。
2.氧气转炉纯铁的特点:可以生产含碳量小于0.01%的低碳纯铁,但其含氧量高,含氮量较低,只能生产品质一般的工业纯铁。
3.电弧炉或氧气转炉与炉外精炼双联法生产高品质纯铁的特点:纯铁含碳量为0.005%,磷、硫、氧、氮以及非金属夹杂物含量低,是目前品质的纯铁,国内太钢、宝钢、武钢、抚钢等都可以生产高品质纯铁。
通常将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属。使用的含112种元素的元素周期表中,金属元素共90种。位于“硼-砹分界线”的左下方,在s区、p区、d区、f区等5个区域都有金属元素,过渡元素全部是金属元素。
在固态金属导体内,有很多可移动的自由电子。虽然这些电子并不束缚於任何特定原子,但都束缚於金属的晶格内;甚至于在没有外电场作用下,因为热能,这些电子仍旧会随机地移动。但是,在导体内,平均净电流是零。挑选导线内部任意截面,在任意时间间隔内,从截面一边移到另一边的电子数目,等于反方向移过截面的数目。
除锡、锑、铋等少数几种金属的原子外层电子数大于或等于4以外,绝大多数金属原子的外层电子数均小于4,主族金属原子的电子排布为ns1或ns2或ns2 np(1-4),过渡金属的电子排布可表示为(n-1)d(1-10) ns(1-2)。主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素(稀有气体除外)的原子半径大。
纳米金属材料是形成纳米晶粒的金属与合金。具有晶界比例,比表面能,表面原子比例大等特点。粒径由100nm降至5nm,颗粒表面能与总能量之比由0.8%增至14%,晶界比例由3%增至50%,表面原子的比例增至40%,2nm时增至80%。具有特异性能:纳米可提高燃烧效率;含1.8%C的钢,纳米晶断裂强度可达4800MPa。
纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体,也不同于长程无序、短程有序的“气体状”固体结构,是一种介于固体与分子间的亚稳中间态物质。因此,一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的“*三态晶体材料”。正是由于纳米材料这种特殊的结构,使纳米材料科学与技术之产生四大效应,即小尺寸效应、**效应(含宏观**隧道效应)、表面效应和界面效应,从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能,表现出*特的光学、电学、磁学、催化、化学特性和**导性能等特性,使纳米材料在*、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米颗粒而言,尺寸变小同时其比表面积显著增加,从而产生一系列新奇的性质。例如米颗粒对光吸收显著增加,与大尺寸固态物质相比纳米颗粒的熔点会显著下降,例如,2nm的金属颗粒熔点为600K,随着粒径增加,熔点迅速上升,块状金属为1337K。还有,小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别。一般固体的热运动于晶格振动,固体本身并不运动。而对于纳米金属粒子,除了晶格振动以外,颗粒整体也振动,结果使纳米金属粒子比导体中的电子自由程小,其磁畴比强磁性物质的磁畴小,有时甚至小于磁畴,从而呈单磁畴结构。
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