深冷處理對有色金屬性能的影響

王芳靜，邵 婷

（慶陽職業技術學院，甘肅 慶陽 745000）

近年來，我國經濟科技迅猛發展，工業水平也獲得了飛速提升，其中，有色金屬材料是工業的基礎，而對其的加工技術直接影響、甚至在某種程度上能夠決定下游產業和產品的質量，想要真正成為工業強國，就必須提高有色金屬加工產業的水平[1]。深冷處理乃是一種十分重要的有色金屬處理方法，本文結合實際情況，分析深冷處理對有色金屬各項性能的不同影響，希望能夠對我國工業發展作出微薄貢獻。

1 有色金屬的概念及其分類、用途

有色金屬的概念：有色金屬的概念分為兩種，狹義上來說它指的是的除去Fe、Mn、Ar外的一切金屬元素，而廣義上來說它還包括這些金屬與其它物質根據不同比例混合而成的合金。有色合金則是選取一種有色金屬作為基體，然后再加入不同元素，這些被加入的元素不僅限于金屬，還可以是碳等。

2 有色金屬的分類

①重金屬。重金屬指的就是密度較大的金屬，若將純水的密度記作“1”，那么重金屬的密度一般大于4或者5。重金屬的共同點便是具有毒性，有些金屬例如貢（俗稱的水銀）、鉛、砷等毒性十分顯著，不需太大量就能造成生物中毒甚至迅速死亡。另外，它們對于環境也會造成污染，危險性很高。此外，重金屬還通常會通過生物富及作用，沿著食物鏈向等級較高的生物體內積聚。②輕金屬。輕金屬是相對于重金屬而言，它指的是密度較小的金屬，但并不一定是密度比水小的金屬。它與稀有金屬的種類有交叉，包含Al、Ca、Mg等常見金屬與Li、Na等稀有金屬。輕金屬如Be同樣具有十分強烈的毒性，并且其化合物的毒性更大。③貴金屬。貴金屬指的就是以金銀為代表的八種金屬，它們具備較強的審美價值，并且化學性質穩定，不與通常意義上的強酸強堿反應，礦產資源相較于其它金屬而言較少，但觀賞價值極高，因此貴金屬自古以來就被當成制作首飾的絕佳材料。④稀有金屬。稀有金屬，顧名思義，指的就是自然界中含量較少、很難開采的金屬，它們的分布零星，一般沒有龐大的礦產，但在工業中也具有很重要的意義。⑤有色合金。有色合金就是由有色金屬與其他元素構成的合金，作為合金，它有著最基本的特征：在混合過程中物理性質會發生改變，例如熔點降低，但硬度提升，并且耐磨損性能和耐腐蝕性會有大大的提升，并且它能夠將多種物質的優點結合起來，使合金能夠滿足人類日益提高的需求[2]。

3 有色金屬的用途

①重金屬。重金屬在國民經濟中占有十分重要的地位，具有較為優良的導電性和耐高溫性能，其中金屬銅是制作導線的重要材料，它的導電性僅次于銀，但造價要遠遠低于銀；銅具有良好的導熱性，在熱能設備中也有重要用途，而且由于銅能夠與三價鐵溶液進行反應，它還可用于印刷電路；鎳、鈷則能夠耐受高溫和低溫，同時不與常見的腐蝕性物質和酸、堿性物質反應，可以用于壓力容器的制造；鉛、鋅熔點較低且導熱性強，可作為電工、化工等行業；鎘則能用于原子能工業；而鎢絲則是白熾燈中最常用的燈絲材料。②輕金屬。輕金屬中的鋰乃是制造鋰電池必不可少的原料，金屬鋰密度小，同等體積的鋰電池能夠儲藏的電能能夠高達傳統鉛蓄電池的數倍甚至數十倍，并且對環境不會造成污染；鈉則是工業上制取制取堿和苛性鈉必不可少的原料，同時它還是食鹽的組成元素；鋁單質及其合金常用作窗框的原料，鎂鋁合金則具有較低的密度和較高的強度、穩定性，可以制作成不同的容器。③貴金屬。貴金屬的主要作用是制成首飾，除此之外，還是制造光學材料和汽車中核心零件必不可少的成分，此外，由于它們化學性質大多穩定，故而還能作為催化劑使用，提升反應速率。④稀有金屬。稀有金屬的用途相對較少，常被用作制造特種金屬材料，用于航空航天業的關鍵部件，并且在軍工精密儀器制造業也有著不可代替的作用。

4 深冷處理的概念和作用

金屬的加工方式分為冷加工與熱加工，深冷處理就是冷加工的一種。它指的是采用液氮對金屬進行低溫處理的過程，它分為兩種：液體法和氣體法。顧名思義，液體法指的就是將金屬器件直接放入溫度為-150℃左右液態的氮中，氣體法則是使用低溫氮氣進行處理，溫度能夠達到-200℃左右。熱加工一般需要將金屬加熱至軟化，很容易使其形狀發生改變，并且操作失誤還會導致金屬熔化，造成較大損失。而深冷處理能夠在保持金屬強度和硬度的前提下提高金屬的韌性，增加其使用壽命，并提升它們的物理性能，不會破壞金屬器件，且成本較低。

5 深冷處理對有色金屬性能的影響

（1）提升硬度和強度。深冷處理能夠顯著提升有色金屬的硬度和強度，經過大量實驗得知，接受深冷處理的金屬器件能夠經受較大沖擊力，不會發生形變。

（2）提升耐磨性。金屬磨損一直是實際生產過程中增加成本的項目之一，尤其是貴金屬的磨損問題，常常使擁有者頗為苦惱，深冷處理能夠提升有色金屬的耐磨性，減小生活和生產中金屬因為磨損而帶來的經濟損失，并降低有色金屬設備和容器的維護修理費用，大大降低生產成本。

（3）提升韌性。在許多精密儀器或是小型設備中，尤其是在一些電氣設備中，往往需要很薄的有色金屬元件，但減小厚度容易使金屬發生斷裂，而深冷處理可以大大提升有色金屬的韌性，使之在變形和破裂過程中需要吸收更多的能量，也就是說更不容易發生折斷。

（4）提升耐腐蝕性。鋁、鎂等化學性質較活潑的有色金屬極易受到水、空氣、細菌、酸堿鹽和有機物等的腐蝕而降低使用壽命，此外，在船舶制造業中需要用到的有色金屬由于需要長時間和富含氯化鈉的海水接觸，因此極容易發生腐蝕問題，若是在船舶行駛過程中，被腐蝕的金屬發生斷裂伙食好滲漏，后果不堪設想。深冷處理能夠提升金屬耐腐蝕性，使其長時間暴露在潮濕環境中而不受影響，提升有色金屬制品的使用壽命。

（5）保證精度。高溫處理能夠為有色金屬增添一層氧化膜，對于鋁、鎂等金屬而言，同樣可以起到防腐蝕和防氧化的作用，但金屬在高溫環境下強度和硬度會顯著降低，容易發生形變，甚至發生熔化，深冷處理能夠起到同樣的作用，并且不會出現金屬器件變形等情況，能夠保證器件的尺寸和精度。

6 結語

深冷處理是一種十分簡便并且環保的金屬處理方法，但國內對這項技術的掌握還未達到爐火純青的地步，很多時候都需要借鑒國外相關行業的經驗。想要成為工業強國，必定要將核心科技牢牢掌握在自己手中，我國仍然需要付出努力。