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工业产品设计的常用材料及特性——金属篇

※发布时间:2018-10-30 22:07:07   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

  下水道盖子作为我们日常生活中不起眼的一部分,很少会有人留意它们。铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途,主要是因为其出色的流动性,以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称,它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高,在浇注过程中其流动特性就越好。碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。

  铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。铁锈一般只出现在最表层,所以通常都会被磨光。虽然如此,在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施,即在铸件表面加覆一层沥青涂层,沥青渗入铸铁表面的细孔中,从而起到防锈作用。生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。

  不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分,铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有修复能力的氧化铬薄膜,这层薄膜是我们所看不见的。我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18:10。

  典型用途:奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性,主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能,所以经常应用于性。

  锌,闪着银光又略带蓝灰色,它是继铝和铜之后第三种应用最广泛的有色金属。美国矿产局的一项统计显示——一个普通人在其一生要消耗总共要消耗掉331千克的锌。锌的熔点很低,所以它也是一种非常理想的浇注材料。锌质铸件在我们日常生活中十分常见:门把手表层表层下面的材料、水龙头、电子元件等,锌具有极高的防腐蚀性,这一特性使它具备了另外最基本的一项功能,即作为钢的表面镀层材料。除去以上这些功能之外,锌还是与铜一起合成黄铜的合金材料。其抗腐蚀性并不仅仅应用于钢表面镀层——它也有助于增强我们人类的免疫系统。

  典型用途:电子产品元件。锌是形成青铜的合金材料之一。锌也有着清洁卫生以及抗腐蚀的特性。另外,锌也被应用在屋顶材料,照片雕刻盘、移动电话天线以及机中的快门装置。

  相对于已经有9000年使用历史的黄金而言,铝,这种略带蓝光的白色金属,实在只能算是金属材料中的婴儿。铝于18世纪初问世并被命名。与其他金属元素不同,铝并不是以直接的金属元素的形式存在于自然界中,而是从含50%氧化铝(亦称矾土)的铝土矿中提炼出来的。以这种形态存在于矿物中的铝也是我们地球上出量最丰富的金属元素之一。

  典型用途:交通工具骨架、飞行器零部件、厨房用具、包装以及家具。铝也经常被用以加固一些大型建筑结构,比如伦敦皮卡迪利广场上的爱神雕像,以及纽约克莱斯勒汽车大厦的顶部等,都曾用铝质加固材料。

  镁是极重要的有色金属,它比铝轻,能够很好地与其他金属构成高强度的合金,镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高、导热导电性好、兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能、易于加工成型、容易回收等优点。但长期以来,由于受价格昂贵和技术方面的,镁及镁合金只少量应用于航空、航天及军事工业,因而被称为“贵族金属”。现今镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料,被广泛地应用于航空航天、汽车、电子、移动通讯、冶金等领域。可以预计,由于其它结构金属生产成本的增加,金属镁在未来的重要性变得更大。性变得更大。性变得更大。

  铜在现代社会中扮演着十分重要的角色:它被大量应用于建筑结构当中,作为传输电力的载体,另外,几千年来它还一直被许多不同文化背景的人们作为制作身体装饰品的原材料。从最初简单的译码传输,到后来在复杂的现代通讯应用中扮演的关键角色,这种具有延展性、橘红色的金属一伴随着我们发展进步。铜是一种优良的导电体,其导电性能仅次于银。从人们利用金属材料的时间历史这一点来说,铜则是仅次于金的为人类利用最悠久的金属。这一点在很大程度上是因为铜矿很容易开采,而且铜业比较容易从铜矿中分离出来。

  典型用途:电线、发动机线圈、印刷电、屋面材料、管道材料、加热材料、首饰、炊具。它也是制作青铜的主要合金成分之一。

  铬最为常见的存在形式是作为合金元素用于不锈钢中,来增强不锈钢的硬度。镀铬工艺通常分为三种类型:装饰性镀层、硬质铬镀层以及黑色铬镀层。铬镀层在工程领域中应用相当广泛,装饰性铬镀层通常作为最表层镀于镍层外面,镀层具有精致细腻如镜面一般的抛光效果。作为一道装饰性后处理工序,铬镀层厚度仅为0.006毫米。在打算采用铬镀层工艺的时候,一定要充分考虑到这一工艺的性。近十年来,六价装饰性铬水被三价铬水所取代的趋势越来越明显,因为前者具有非常强的致癌性,而后者则被认为毒性相对小一些。

  典型用途:装饰性镀铬是许多汽车元件的镀层材料,包括车门把手以及缓冲器等,除此之外,铬还应用于自行车零部件、浴室水龙头以及家具、厨房用具、餐具等。硬质镀铬更多的用于工业领域,包括作业控制块中的随机存储器、喷气机发动机元件、塑料模具以及减震器等。黑色镀铬主要用于乐器装饰以及太阳能利用方面。

  钛是一种很特别的金属,质地非常轻盈,却又十分坚韧和耐腐蚀,在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多,因此常用于航天.军工精密部件。加上电流和化学处理后,会产生不同的颜色。钛有优异的抗酸碱腐蚀性在“王水”中浸泡了几年的钛,依旧锃亮,光彩照人。若把钛加到不锈钢中,只加百分之一左右,就大大提高抗锈本领。钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性,钛合金密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多;钛既耐高温,又耐低温。在-253℃~500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、飞船的好材料,有“太空金属”之称。由于钛有这些优点,所以50年代以来,一跃成为突出的稀有金属。

  典型用途:高尔夫球杆、网球拍、便携式电脑、机、行李箱、外科手术植入物、飞行器骨架、化学用具以及海事装备等。另外,钛也被用作纸张、绘画以及塑料等所需的白色颜料。

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