合金材料在生產、生活、科技領域的應用

苗天宇軍事交通學院一營三連

合金材料在生產、生活、科技領域的應用

苗天宇
軍事交通學院一營三連

2015年復旦大學封東來教授研究的“鐵基合金超導體材料”榮獲國家自然科學獎二等獎，這被美國物理學會認為是一場“暴風雨似的重大發現”，再次引起科學家對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，合金的生成常會改善元素單質的性質。下面根據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。工業生產高上通常用三種方法來制作耐腐蝕性的合金材料，下面就詳細的講解一下這幾種方法：

（1）加入熱力學穩定性高的金屬。俗話說“真金不怕火煉”，這說明金受熱很穩定，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，如此可以增強原金屬材料的耐腐蝕性能。更為詳細的說，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，而經試驗驗證，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，但是這種很強的耐腐蝕性能是有條件的，這種不銹鋼必須是在氧化介質中才成立。

（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物，這種產物形成了一種致密的保護膜，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膜的生成，但這類合金不能使用于還原性較強或者密封性那個較高的腐蝕環境中（缺氧環境）。

經科學家試驗研究的證實，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堿溶液，通常情況下是不會被侵蝕的，尤其是對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用于海洋工程事業中，尤其是對船舶制造業的發展發揮了至關重要的作用。

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大的強度和及其優越的抗氧化性，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合力。由于ⅥB元素金屬鍵位于同一周期時更優，所以可以考慮鋼材料內添加鉻Cr,鉬Mo, W等的原子，這樣功能更強。

二是添加一些特殊性的元素，關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化。這其中蘊含的化學原理就是，生成的那些物質在金屬鍵的基礎上，又多了一些共價鍵的部分，所以制得的材料硬度極高，耐熱性極強。

耐熱的合金材料主要用在摩托車、汽車、飛機、火箭等的發動機上，我國自主研發的殲-20飛機和C919飛機就使用了師昌緒教授研發的耐熱合金。

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就發生在鎳和鈦組成的合金身上，當它們被任意揉捏成其他形狀后，如果到達某一特定的溫度，它們便會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，它會即刻變長，但如果再把它放進涼水內，它變瞬間恢復到原來的樣子，利用這種記憶彈簧，可以用于調節控制浴室水溫，一旦超過設定的溫度，即刻阻斷供水，避免發生人身傷害事故，或者也可以用于各種報警裝置中，起到監督控制的作用；再例如，人造衛星上面的天線也可以利用記憶合金的強大的記憶功能，火箭升空前將天線折疊放入衛星，等人造衛星完成既定任務之后，再通過增加溫度，就可以使天線恢復到原來記憶的樣子了。

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

4、儲氫合金

眾所周知，當今社會乃至整個世界的能源，環境問題迫在眉睫，我國的石油，煤炭等資源欠缺，而且還會造成環境污染，因此近年來研究新型的清潔能源成為我們進一步發展的方向，比如對于氫能的研究，目前研究中存在的一大問題就是氫的儲運。1969年某荷蘭的一家公司研發了一種可以儲存氫能的材料，它就是LaNi5儲氫合金，它能夠大量的吸收并釋放氫氣，且工作效率極高。

從化學式看，儲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，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，共同調節控制，解決了氫能的儲存和使用的難題。

由此可見合金已經進入到我們生活的角角落落，隨著科學技術的發展，科學家對于合金的研究已經進入一個嶄新的領域，隨著研究的不斷深入和技術的不斷發展，各種各樣的新型合金不斷的被研究出來，相信合金的應用前景將非常廣闊。