"지구의 아들"-티타늄

티타늄은 은백색 금속이다. 일찍이 179 1 에서 영국 과학자 윌리엄 그리골은 영국 미나한 교외에서 이 신기한 원소를 처음 발견했다. 4 년 후, 독일의 화학자인 클라프 롯은 헝가리 부에닉의 붉은 광석에서 이 원소를 발견하고 그리스 신화 속 영웅의 이름을 따서 이름을 지었다. 티타늄은' 대지의 아들' 을 의미한다. 티타늄은 강철처럼 보이지만, 그것은 강철보다 훨씬 단단하고, 게다가 무게는 철의 절반에 불과하다. 실온에서 티타늄은 각종 강산 강염기에 안전하게 누워 있을 수 있다. 가장 맹렬한 신왕수조차도 그것을 부식시킬 수 없다. 일찌기 누군가가 티타늄 한 조각을 바다에 던졌는데, 5 년이 지났는데도 여전히 반짝 빛나고 녹슬지 않았다. 속담에' 진짜 금은 불로 정련하는 것을 두려워하지 않는다' 는 말이 있다 그러나 티타늄의 융점은 황금보다 섭씨 600 도 이상 높다. 비범한 능력으로 티타늄은 광범위한 용도를 가지고 있다. 현재 티타늄은 비행기, 탱크, 군함, 잠수함을 만드는 데 없어서는 안 될 금속이다. 우주선과 미사일 중 티타늄도 강철 대신 널리 쓰인다. 티타늄과 질소와 탄소를 결합하여 만든 질화 티타늄과 탄화 티타늄도 매우 단단한 화합물로, 내열성이 티타늄보다 1 배 더 높다. 이런 단단하고 내열성이 강한 재료는 슈퍼강 대신 고속 절삭 공구를 만들 수 있다. 티타늄의 많은 특수한 성능도 화학공업, 초음파, 초전도 기술에도 적용된다. 하지만 티타늄의 가장 큰 단점 중 하나는 추출이 어렵다는 것이다. 이는 주로 티타늄이 고온에서 산소, 탄소, 질소 등 다양한 원소와 결합될 수 있기 때문이다. 그래서 사람들은 티타늄을 "희귀 금속" 으로 여겼습니다. 실제로 티타늄 함량은 껍데기 무게의 약 6‰ 로 구리, 주석, 망간, 아연의 합계보다 10 배 이상 많다. 세계에서 중국은 티타늄 매장량이 가장 크고 쓰촨 등화의 티타늄 매장량이 전국의 90% 이상을 차지하며 세계에서 보기 드문 대형 티타늄 광산이다.

알루미늄 코팅

은백색의 알루미늄을 공기 속에 넣자 얼마 지나지 않아 매우 얇고 거의 투명한 흰색 산화막이 형성되었다.

이 알루미늄의 외투가 눈부신 루비, 사파이어의 주성분과 같은 산화 알루미늄 (A 1203) 이라고 믿기 어렵다. 이 둘의 차이는 결정체 구조일 뿐이다. 그러나, 이 보잘것없는 알루미늄의 겉옷을 얕보지 마라, 그것은 알루미늄의 사용에 탁월한 공헌을 하였다!

우리 모두 알고 있듯이, 강철은 많은 귀중한 특성을 가진 재료이다. 강철을 공기 중에 놓아도 외투인 녹 (주로 산화철) 을 걸칠 수 있다. 그러나, 이 강철의 구조는 매우 느슨하다. 대기 중의 산소, 수증기, 이산화탄소 분자는 이 외투의 무수한 기공을 통해 강철 내부에 스며들어 강철 전체가 쓸모없는' 썩은 철' 이 될 때까지 강철을 녹슬게 만들 수 있다. 따라서, 강재를 부식으로부터 보호하기 위해, 사람들은 흔히 강재에 보호 코팅인 녹 방지 물질을 칠한다.

알루미늄 코팅은 강철 코팅과 다릅니다. 얇지만' 원활하다',' 촘촘하다'. 알루미늄 블록이 신축, 납작함, 비틀기 또는 구부러지더라도 느슨해지거나 떨어지지 않고 알루미늄 표면에 단단히 감쌀 수 있습니다. 산소, 수증기, 이산화탄소 분자는 그것에 대해 속수무책으로 지나갈 수 없다.

알루미늄, 즉 알루미늄의 외층은 물에 녹지 않고 용융점은 2050 C 에 달한다. 알루미늄 제품이 660 C 로 가열되었을 때, 금속 알루미늄은 이미 액체로 녹았지만, 산화 알루미늄은 여전히 액체 알루미늄의 표면을 덮고 있어 산소가 알루미늄과 접촉하는 것을 방지한다.

알루미늄 코팅은 물에 잠기는 것을 두려워하지 않는 갑옷이라 할 수 있어 대기 부식으로부터 자신을 보호할 수 있다.

그러나 알루미늄 코팅에도 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 자연적으로 형성된 보호 코팅이 너무 얇습니다. 두께는 2 만분의 2 에서 4 밀리미터에 불과하며, 일반 종이 한 장은 그것보다 500 배 두껍고 기계적 손상을 견디지 못합니다. 두 번째는 산 알칼리를 두려워하는 것이다. 이 외투가 좀 더 두껍고, 좀 더 단단하고, 내마모성이 강하고, 부식에 내성이 있다면 더 좋을 것이다.

알루미늄 코팅을 두껍게 하기 위해 알루미늄-알루미나막의 코팅은 냄비와 공기 중의 산소 산화 반응에 의해 생성되는 것으로 생각된다. 만약 산소보다 더 강한 산화물질과 알루미늄으로 반응한다면, 산화 알루미늄 막이 더 두껍지 않습니까?

따라서 인산나트륨 (Na3PO4), 수산화나트륨 (NaOH), 규산나트륨 (Na2SiO3) 등의 용액으로 알루미늄 표면의 기름때를 씻어낸 다음 뜨거운 물에 목욕시킨 다음 크롬산 나트륨 (Na2CrO4), 탄산나트륨 (NA2CRO4) 에 담근다 크롬산 나트륨은 강력한 산화제이기 때문에 알루미늄-알루미나막의 코팅이 크게 두꺼워졌다.

공업에서는 알루미늄 제품을 전해질 용액에 담그고 양극으로 직류로 직류하여 알루미늄을 산화시키고 두꺼운 산화 알루미늄 막을 형성한다. 인공적으로 두꺼워진 알루미나 막은 자연적으로 형성된 알루미나 막보다 80 배 이상 두꺼워 0.0 15-0.438+07mm 에 이른다 .....

흥미롭게도 인공적으로 두꺼워진 알루미늄 외투는 사람이 입는 옷처럼 다양한 색으로 염색할 수 있다. 이렇게 하면 알루미늄 제품은 더 이상 은백색의 차림새가 아니라 금색, 빨강, 사파이어, 녹색 등 알록달록한 예쁜 옷을 입을 수 있다. 당신이 보는 귀여운 황금색 펜슬, 컬러금속 버튼, 라이터 등 알루미늄 제품은 모두 염색한 알루미나 외투를 입고 있습니다.

전구 화학

우리가 스위치를 가볍게 누르고 스탠드를 켜서 복습할 때, 우리는 이 조수에 대해 얼마나 알고 있습니까?

생각해 보세요. 일반 전구가 어떻게 빛나는지 아세요?

전구가 빛을 낼 수 있는 것은 전류가 텅스텐 와이어 (일명 텅스텐 와이어) 를 통해 고열을 일으키기 때문이다. 융점이 가장 높은 금속 (융점이 3422oC) 이기 때문에 텅스텐 와이어를 선택했습니다. 1000 섭씨 이상 환경에서는 변하지 않고 다른 금속은 이미 녹았습니다.

많은 금속과 마찬가지로, 텅스텐은 고온에서 곧 산화되어 타버리기 때문에 산소는 전구에 저장할 수 없다. 하지만 공기를 모두 뽑아내어 진공 전구를 뽑으면 고온의 텅스텐이 기체로 증발하기 쉬우므로 전구 수명이 단축된다. 그럼 우리는 어떻게 해야 할까요? 전구의 수명을 연장하기 위해 전구 안에 불활성 기체 텅스텐을 충전하고 약간의 압력을 가하여 증발의 기회를 줄인다. 또 전구에 요오드를 첨가한 것도 텅스텐의 증발을 늦추기 위해서다. 텅스텐과 요오드가 1000oC 정도에서 요오드화 텅스텐으로 변하지만 요오드화 텅스텐이 열 텅스텐 와이어에 닿으면 텅스텐과 요오드가 되기 때문이다. 이렇게 하면 전구의 수명이 조금 연장될 수 있다.

어떤 물질이 물로 불을 끌 수 없습니까?

화재가 발생했을 때, 많은 사람들이 물로 불을 끄는 것에 익숙해졌지만, 실제로는 그렇지 않은 경우도 있다. 다음의 화재 상황은 물로 꺼져서는 안 된다. 그렇지 않으면' 불에 기름을 붓는다' 로 변할 것이다.

(1) 알칼리 금속은 물로 소멸할 수 없다. 물은 알칼리 금속 (예: 칼륨, 나트륨) 과 반응하여 물을 분해하여 수소를 생산하고 대량의 열을 방출하여 폭발을 일으킬 수 있기 때문이다.

(2) 알칼리 금속 탄화물과 알칼리 금속 수 소화물은 물로 소멸할 수 없다. 예를 들어, 탄화칼륨, 탄화나트륨, 탄화알루미늄, 탄화칼슘, 수소화 칼륨, 수소화 마그네슘이 물과 반응하여 대량의 열을 방출하면 화재와 폭발을 일으킬 수 있습니다.

(3) 밀도가 물보다 작고 물에 녹지 않는 인화성 액체는 원칙적으로 물로 진화해서는 안 된다.

(4) 녹은 강철은 전투에 사용할 수 없다. 철수와 강수의 온도가 약 65438 0600 C 이기 때문에 수증기가 65438 0000 C 이상이면 수소와 산소가 분해되어 폭발을 일으킬 수 있다.

(5) 좋은 접지 장비가 없거나 전류를 차단하지 않으면 고압 전기 설비의 화재는 물로 진화할 수 없다.

강철과 합금

강철과 합금을 통칭하여 금속 재료라고 한다. 금속 재질은 일반적으로 연성, 경도, 인장 강도, 열전도도, 전도성 등과 같은 물리적 특성을 사용합니다. 때로는 항산화, 내산성 알칼리 등과 같은 화학적 성질도 이용한다. 전선, 계기 부품, 주방 용품 등을 제외하고. , 금속 단질은 거의 사용되지 않으며, 합금의 성능과 사용 가치가 단질보다 높기 때문에 그 합금을 자주 사용한다.

일반적으로 말하는 합금은 구리 합금, 알루미늄 합금 등과 같은 유색 합금의 총칭이다. 사실 강철도 합금이다. 보통강은 철과 탄소의 합금이므로 탄소강이라고도 합니다. 철과 탄소 외에도 강철에는 합금강이라고 하는 다른 원소가 첨가되었다. 다른 원소를 함유한 합금강은 삼원 합금강이다. 예를 들면 망간강, 실리콘 강 (실리콘 강이라고도 함, 실리콘은 과거 실리콘의 중국어 이름) 등이 있습니다. 또한 두 개 이상의 요소를 추가하는 것을 다원 합금강이라고 합니다. 합금강은 일반적으로 공구강, 고속 강철 및 스테인리스강과 같은 용도에 따라 이름이 지정됩니다.

중국의 철강 공업은 발전이 신속하는데, 특히 일부 대형 제철소는 이미 건설되어 생산에 들어갔다. 철강 연간 생산량이 급속히 증가하고 있으며 (현재 Baosteel 연간 생산량은 600 만 톤, 1999 년에는 654.38+00 만 톤에 달함), 1993 년에는 8688 만 톤에 달하여 세계 3 위에 올랐다.

다음은 몇 가지 중요한 강종이다.

탄소강에는 일반 탄소강과 양질의 탄소강이 있다. 전자는 탄소량 0.4% 이하의 철사, 리벳, 철근과 같은 건축 재료로 사용되며, 탄소량이 0.4 ~ 0.5% 인 바퀴, 레일, 탄소량이 0.5 ~ 0.6% 인 도구, 스프링 등으로 사용됩니다. 후자는 일반 탄소강보다 황, 인 등의 불순물이 적고 기계 부품으로 자주 사용되어 기계 제조에 가장 널리 사용된다.

합금강에는 망간강과 규소강이 있다. 망간강은 일반적으로 망간 1.4 ~ 1.8% 를 함유하고 있으며 자동차, 디젤 엔진의 커넥팅로드 볼트, 반축, 흡기 밸브, 기계 기어 등을 제조하는 데 사용됩니다. 실리콘 강은 실리콘 함량이 높고 저항이 큰 강재로 전기업계에 광범위하게 응용된다. 예를 들어 변압기용 강철은 실리콘 강철로 탄소 함량이 0.02%, 실리콘 함량이 3.8 ~ 4.5% 미만이다.

용도에 따라 이름이 지정된 강에서는 공구강, 고속 강철 및 스테인리스강이 일반적입니다.

공구강은 자동차, 대패, 낫, 톱날, 드로잉 도구 등으로 사용되는 합금강입니다. 일반적으로 사용되는 크롬 알루미늄 공구강 (크롬 1.2 ~ 1.5%, 알루미늄1.0 ~1.5 포함)

고속 강철 (일명 전선강) 은 고속 절삭 공구를 만드는 데 사용되는 텅스텐 함유 합금강입니다. 보통 텅스텐 8.5 ~ 19%, 크롬 3.8 ~ 4.4%, 바나듐 1 ~ 4% 를 함유하고 있습니다.

스테인리스강은 주로 크롬과 니켈을 함유한 합금강을 가리킨다. 품종이 많습니다. 크롬 17 ~ 20%, 니켈 8 ~ 1 1% 입니다. 티타늄 (약 1%) 을 첨가하면 강철의 내산성이 더 강하다.

중요한 유색 금속 합금 중 많은 것이 구리 합금이다. 여기 다섯 가지가 있습니다. 알루미늄 청동에는 구리 90 ~ 95%, 알루미늄 5 ~ 10% 가 함유되어 있어 장식품과 그릇으로 쓰인다.

청동에는 67 ~ 89% 의 구리, 2 ~ 33% 의 아연, 0 ~ 9% 의 주석 (무석석청동이라고도 함) 과 0 ~ 2% 의 납이 함유되어 기계 부품을 만드는 데 쓰인다. 또한 인청동, 베릴륨 청동, 실리콘 청동과 같은 특수한 청동은 부식성과 전도성이 있어 계기업에 쓰인다.

황동은 66 ~ 73% 의 구리와 27 ~ 34% 의 아연을 함유하고 있어 선박 기계 부품을 만드는 데 자주 쓰인다.

알루미늄 황동은 구리 68 ~ 70%, 아연 27 ~ 3 1%, 알루미늄 1 ~ 3% 를 함유하고 있어 선박의 추진익과 키를 만드는 데 쓰인다.

독일 은은 구리 45-62%, 아연 20-30%, 니켈 15- 18% 를 함유하고 있다. 은색으로 경도가 높고 저항이 커서 장식품과 히터를 만드는 데 쓰인다.

알루미늄 합금에는 주로 고체 알루미늄과 알루미늄 마그네슘 합금이 있다. 고체 알루미늄은 알루미늄 95.5%, 구리 3%, 1% 망간 및 마그네슘 0.5% 를 함유하고 있습니다. 그것은 단단하고 가벼워서 자동차와 비행기를 만드는 데 쓰인다.

알루미늄 마그네슘 합금에는 90 ~ 94% 의 Al 과 6 ~ 10% 의 Mg 가 함유되어 있어 기기와 균형목을 만드는 데 사용할 수 있다.

용해합금은 주조 합금, 파스텔 합금, 목재 합금, 땜납이 있다. 주조 합금 (활자금이라고도 함) 에는 70% 의 납, 18% 의 안티몬, 10% 의 주석 및 2% 의 구리가 포함되어 활자를 만드는 데 사용됩니다.

바씨 합금은 주석 70 ~ 90%, 안티몬 7 ~ 24%, 구리 2 ~ 22% 를 함유하고 있다. 단단한 결정체가 들어 있는 과냉 액체로, 압력을 받을 때 마모를 자동으로 조절하여 기계 베어링을 만드는 데 사용됩니다.

목재 합금은 비스무트 38 ~ 50%, 납 25 ~ 3 1%, 주석 12.5 ~ 15%, 카드뮴/KLOC-를 함유하고 있다. 증기 보일러의 안전 밸브를 만드는 데 사용됩니다.

땜납은 납의 67% 와 주석의 33% 를 함유하고 있으며 융점은 275 C 입니다. 그것은 금속을 용접하는 데 사용된다.

또한 60-75% 의 Ni, 12-26% 의 Fe,11-1을 포함하고 있습니다.

돌아오다

신형 금속 재료

신형 금속 재료는 여러 종류가 있어서 모두 합금에 속한다.

형상 기억 합금은 새로운 기능성 금속 재료이다. 이런 합금으로 만든 금속선은 한 덩어리로 구겨져도 일정한 온도에 도달하기만 하면 순식간에 원상태로 회복될 수 있다. 왜 모양 기억 합금이 이렇게 놀라운' 기억력' 을 가질 수 있을까? 현재 설명은이 합금에 마르텐 사이트 변태가 있다는 것입니다. 마르텐 사이트 변태가 있는 합금이 상전이 온도로 가열되면 마르텐 사이트 구조에서 오스테 나이트 구조로 바뀌고 원래 모양을 완전히 복원할 수 있습니다.

첫 번째 연구에 성공한 모양 기억 합금은 니켈 티타늄 합금으로, Nitanon 이라고 불린다. 신뢰성이 강하고 기능이 좋지만 가격이 높다는 장점이 있다. 구리 아연 알루미늄, 구리 알루미늄 니켈과 같은 구리 기반 형상 기억 합금은 니켈 티타늄 합금의 10% 에 불과하지만 신뢰성이 떨어집니다. 철계 모양 기억 합금은 강성이 좋고, 강도가 높고, 가공이 쉽고, 가격이 저렴하며, 발전 전망이 매우 크다. 표 7-3 에는 일부 모양 메모리 합금과 그 상전이 온도가 나와 있습니다.

모양 기억 합금은 특수한 모양 기억 기능으로 위성, 항공, 생물공학, 의학, 에너지, 자동화 등에 광범위하게 적용된다.

망망한 우주에서 미국 유인 우주선 한 척이 고요한 달에 천천히 착륙했다. 우주선에 설치된 안테나 그룹이 태양광 아래 빠르게 펼쳐져 반구로 뻗어 각자의 작업을 시작했다. 우주비행사가 지시를 내렸습니까, 아니면 어떤 자동기구가 그것을 전개시켰습니까? 모두 아닙니다. 이 안테나의 재료 자체는 기묘한' 기억력' 을 가지고 있기 때문에 일정한 온도에서 원래의 모양을 회복했다.

몇 년 동안 사람들은 인간과 일부 동물만이' 기억' 할 수 있는 능력을 가지고 있다고 생각하는데, 비생물은 이런 능력을 가질 수 없다. 하지만 미국 과학자들은 1950 년대 초에 일부 금속과 그 합금도 이른바' 모양 기억' 능력을 가지고 있다는 것을 우연히 발견했다. 이 새로운 발견은 즉시 많은 국가 과학자들의 주의를 끌었다. 일부 모양 기억 합금은 이미 개발되어 항공 우주, 기계, 전자 기기 및 의료 기기에 광범위하게 적용되었다.

왜 이 합금들은 자신의 "원형" 을 "잊지" 않을까요? 원래 이 합금들은 모두 전이 온도를 가지고 있었다. 변환 온도 이상에서는 미세한 구조가 있고, 변환 온도 아래에서는 또 다른 미시 구조가 있습니다. 구조마다 성능이 다릅니다. 위에서 언급한 미국 달 착륙 우주선의 자체 확장 안테나는 니켈 티타늄 합금으로 모양 기억을 할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 온도가 전이 온도를 초과할 때, 이 합금은 딱딱하고 튼튼하다. 그러나 전이 온도 이하에서는 매우 부드럽고 냉가공이 쉽다. 과학자들은 먼저 이 합금을 필요한 반구형 전개 안테나로 만든 다음, 일정 온도까지 식혀서 부드럽게 만든 다음 압력을 가해 작은 공으로 구부려 우주선에 작은 공간만 차지하게 한다. 달에 상륙한 후 햇빛의 온도를 이용해 안테나가 다시 펼쳐져 큰 반구 모양으로 돌아온다.

모양 기억 합금이 등장한 이래 사람들의 큰 관심과 관심을 불러일으켰다. 최근 몇 년 동안 모양 기억 효과도 고분자 재료, 자석 재료, 초전도 재료에도 존재한다는 것을 발견했다. 이런 형태의 기억 재료의 연구와 발전은 기계, 전자, 자동 제어, 계기, 로봇 등 관련 학과의 발전을 촉진할 것이다.

초합금 터빈 블레이드는 비행기와 우주 왕복선 터빈 제트 엔진의 핵심 부품으로 작업 환경이 매우 열악하다. 터빈 제트 엔진이 작동할 때 대기에서 공기를 들이마시고 압축하여 연소실에서 연료와 섞은 다음 터빈으로 밀어 넣는다. 터빈 블레이드와 터빈 디스크는 분당 수만 회전의 고속 회전으로, 기체가 꼬리에 분사되어 노즐에서 뿜어져 강력한 추진력을 만들어 낸다. (윌리엄 셰익스피어, 터빈, 터빈, 터빈, 터빈, 터빈, 터빈, 터빈, 터빈) 터빈을 구성하는 부품 중에서 블레이드는 작동 온도가 가장 높고, 힘이 가장 복잡하며, 가장 쉽게 손상될 수 있다. 따라서 블레이드를 만들기 위해서는 새로운 초합금 재료가 매우 필요하다.

수소 저장 합금수소는 2 1 세기에 개발될 새로운 에너지 원 중 하나이다. 수소 에너지의 장점은 발열량이 높고 오염이 없고 자원이 풍부하다는 것이다. 수소 저장 합금은 금속이나 합금과 수소를 이용하여 수소를 형성하여 수소를 저장한다. 금속은 단단하게 쌓인 구조로, 구조에 사면체와 팔면체의 빈틈이 많아 반경이 작은 수소 원자를 수용할 수 있다. 예를 들어 마그네슘 기반 수소 저장 합금 (예: MgH2, Mg2Ni 등) 이 있습니다. 을 눌러 섹션을 인쇄할 수도 있습니다 비용을 줄이기 위해 LaNI5 _ 5 와 같은 LA 대신 혼합 희토 Mm 을 도입했다. 티H2 와 TiMn 1.5 와 같은 티타늄 기반 수소 저장 합금. 수소 저장 합금은 수소 동력 자동차에서의 실험이 성공했다. 석유 자원이 점차 고갈됨에 따라 수소는 결국 휘발유와 디젤을 대신하여 자동차를 구동할 것이며, 휘발유와 디젤을 태우는 오염은 영원히 사라질 것이다.

비정질 합금 비정질 합금은 금속 유리라고도 하며 높은 인장 강도, 고강도 및 경도, 높은 저항률, 높은 투자율 및 높은 내식성과 같은 뛰어난 성능을 제공합니다. 변압기 및 모터에 적합한 철심 재료. 비결정합금으로 철심을 만들어 효율이 97% 로 실리콘 강철보다 10% 정도 높기 때문에 응용이 촉진된다. 또한 비정질 합금은 펄스 변압기, 자기 증폭기, 전원 변압기, 누전 스위치, 자기 광학 기록 재료, 고속 버블 헤드 메모리, 헤드 및 VLSI 라이닝에도 널리 사용됩니다.