提到“有色金屬合金”,很多人會感到陌生。但如果說起飛機(jī)發(fā)動機(jī)的渦輪葉片、高鐵的接觸導(dǎo)線、手機(jī)中框的鋁合金、甚至伊拉克戰(zhàn)爭中穿甲彈的鎢芯,你就會發(fā)現(xiàn):這種材料早已滲透進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)與日常生活的每個(gè)角落。
有色金屬合金,簡單說就是以有色金屬(如鋁、銅、鎂、鈦、鎳、鎢、鉬等)為基體,加入一種或多種其他元素(金屬或非金屬)熔煉而成的合金。與鋼鐵(黑色金屬)相比,它們密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、耐高溫或具有特殊的電磁性能。因此,有色合金成為航空航天、交通運(yùn)輸、電子通信、能源化工等領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料。業(yè)內(nèi)常稱它為“工業(yè)的維生素”,用量不大卻能大幅改變性能。它們與鋼鐵并非取代關(guān)系,而是在各自合適的工況下分工協(xié)作。
常見的有色金屬合金主要有以下幾類:
鋁合金。密度僅為鋼的三分之一,經(jīng)熱處理后可獲得很高的強(qiáng)度。7075鋁合金的強(qiáng)度甚至超過部分軟鋼,廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、汽車輪轂、消費(fèi)電子外殼。鎂合金更輕(密度約1.8克/立方厘米),但耐蝕性較差,多用于筆記本電腦、相機(jī)機(jī)身和某些汽車內(nèi)飾件。
銅合金。包括黃銅(銅鋅)、青銅(銅錫及其他元素)、白銅(銅鎳)。它們兼具優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗蝕能力。從電纜、電機(jī)繞組到船舶螺旋槳、精密齒輪,處處有銅合金的身影。
鈦合金。比強(qiáng)度極高、耐腐蝕優(yōu)異、生物相容性好。用鈦合金制造的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件可減重20%以上。同時(shí)它也是人工關(guān)節(jié)、化工反應(yīng)釜和深海潛水器的首選材料。變裝航天器的燃料儲箱也會用到鈦合金。
難熔金屬合金。以鎢、鉬、鉭、鈮為基,加入其他元素提高韌性或高溫強(qiáng)度。典型的如鎢錸合金,用于2000°C以上的火箭噴管、高溫?zé)犭娕肌⒋┘讖椥尽?/p>
貴金屬合金。金、銀、鉑、鈀等及其合金,主要用于電子接點(diǎn)、催化劑、牙科材料和高檔飾品。
輕金屬與貴金屬之外,還有低熔點(diǎn)合金(如伍德合金,熔點(diǎn)僅70°C上下)、形狀記憶合金(如鎳鈦諾)、儲氫合金等。這些特殊有色合金雖然體量小,但擁有關(guān)鍵應(yīng)用:在沒有替代方案的領(lǐng)域——石油催化重整、波音777的機(jī)體、量子計(jì)算機(jī)的超導(dǎo)導(dǎo)線——它們的作用往往無法取代。因此可以說,合理設(shè)計(jì)與應(yīng)用有色合金是先進(jìn)制造的標(biāo)志之一。
因此,發(fā)展有色金屬合金不僅是材料科學(xué)的重要方向,更是突破“卡脖子”技術(shù)、實(shí)現(xiàn)制造業(yè)高端化的支柱之一。