据科普中国报道:自从20世纪后期社会(hui)从工业化时代进入信息化、全(quan)球化和知识化的时代,社会生产力的发展对材料的要(yao)求不断提高,同时,由(you)于科学的快速发展(zhan)以及材料生产技术的成熟,其(qi)他各类材料也得以飞(fei)速发展,但金属(shu)材料作为最重要的结构和功能材料的(de)地位却始终难以撼(han)动。
在各种各样的材(cai)料里,金属可谓充当了“顶(ding)梁柱”的作用。看(kan)看你的周围,一定存在着由金(jin)属制成或参与制成的东西。一个最形(xing)象的例子是每个人都离不开(kai)的手机,少了金属,就会变成(cheng)一块无用的砖头。
图库版权图片,不授权转载
01
黑,是五彩斑斓的黑
提到金属,你的脑海里会浮(fu)现出什么景象呢?是金光闪闪的(de)项链首饰,抑或是闪耀着(zhe)金属光泽的锅碗(wan)瓢盆?不知道你发现了没有,每当提到(dao)金属,我们好像从来不会把它和黑色联(lian)系到一起,但“黑色金属”确实是(shi)金属中一个大类!“黑色”这个词很容易使人们(men)误以为黑色金属一定是黑色的,而有色(se)金属一定是五彩斑斓的。基于(yu)此,不少人认为银白色的铁、铬和银灰色的锰应该都(dou)不是“黑色”金属。那为何要(yao)将三者及其合金归到黑(hei)色金属的范畴内呢?原因是这样的:黑色金属是工业上对(dui)铁、铬和锰的统称,亦包括这(zhe)三种金属的合金。事实上纯(chun)净的铁和铬是银白色的,而锰是银(yin)灰色。由于钢铁表面(mian)通常覆盖一层黑色的四氧化三铁,而锰和铬主要应用于冶(ye)炼黑色的合金钢(gang),所以才会被误以为(wei)是“黑色”金属。
钢铁和黄金分别代表性黑色(se)金属和有色金属,图库版权图片,不(bu)授权转载
02
金属两(liang)大门派之争对于(yu)金属,官方定义(yi)是“具有光泽、有良好的导电性、导(dao)热性与机械性能,并具有正的电阻温(wen)度系数的物质”。金属是个(ge)大家庭,这个大家庭内一共有86名成员。通常人们根据它们的颜色和(he)性质等特征,将其分为两个“门派(pai)”:黑色金属和(he)有色金属。黑色金属主要指铁、铬、锰及其合金,如钢(gang)、生铁、铁合金、铸铁等,有色金属则(ze)泛指黑色金属以外的金属,又名非铁金(jin)属,就是铁、铬(ge)、锰这些金属以外的所有金属的(de)统称。
元素周期表,图(tu)库版权图片,不授权转载两者不仅名称(cheng)不同,它们的产量也大相径庭!有色(se)金属由于种类众多(duo),其矿产地的数(shu)量也就比黑色金属要多得多(duo)。而黑色金属虽然矿产(chan)地少,但是其每个矿(kuang)产地的产量可是很多的(de),使黑色金属的总产量达到了(le)世界金属产量的95%!并且铁、铬、锰这三种金属都是冶炼钢(gang)铁的主要原料,而钢铁在国民经(jing)济中占有极其重要(yao)的地位,亦可作为衡量国家实力的(de)重要标志。
03
有趣的名字来源“有色(se)金属”英文翻译为(wei)“Nonferrous Metals”,与(yu)“黑色金属”的英文翻译“Ferrous Metals”相对应。据一位(wei)长期从事有色金属(shu)行业工作的老先生讲,当初将(jiang)“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻译为“黑色金属(shu)”和“有色金属(shu)”的过程,也是一个有趣(qu)的故事。最早翻译“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”的学者认为(wei),如果直接翻译为“铁的金属”和“非(fei)铁的金属”,或“含铁的金属”和“不含铁的金属”,虽然考虑到了翻译(yi)的准确性,却不够简(jian)洁,在使用上也十分(fen)拗口。于是这位学者跳出(chu)惯性思维,从金属的光学性质(zhi)出发,进行了翻译(yi)中的再创造。纯净(jing)的铁是银白色,但在人们日常工作(zuo)、生活中常常见到的铁,却是黑色。这(zhe)是因为铁的表面覆盖了一层黑色的氧(yang)化膜:四氧化三铁。也正是由于(yu)这层氧化膜,使(shi)铁给人们留下了黑(hei)色的印象,于是从(cong)这个角度出发,将“Ferrous Metals”创造地(di)翻译为“黑色金属”。
生锈的(de)钢铁和纯净的钢铁 图片(pian)来源:中科院金属所先(xian)进钢铁材料研究部有了“黑色金(jin)属”的存在,又考虑到银是(shi)白色、金是金色、铜是黄(huang)色、铅是灰色,“非铁(tie)的金属”呈现多彩(cai)的光学特性,于是将“Nonferrous Metals”翻译为“有(you)色金属”。从此,“黑色金属”和“有色金属”便成为汉语中的“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”在行(xing)业中传播开来。
04
金(jin)属,社会发展的“顶梁柱”金属材料可(ke)以说是人类社会发展的推动者,因为它(ta)在人类社会的各个转型期都起到(dao)了举足轻重的作用。在人类社会发展(zhan)史上,继石器时代之后(hou)出现的铜器时代、铁器时代,都(dou)以金属材料的应用(yong)为其时代的显著标志。
青铜(tong)兽面纹鼎 图片来源:故宫博物院
第二次世界大战后,科(ke)学技术的进步促(cu)进了新型材料的(de)发展,球墨铸铁、合金铸铁、合(he)金钢、耐热钢、不锈钢、镍合金、钛合金和硬质合金等(deng)相继被研发出来并(bing)被应用于实际生产。到了现代(dai)时期,金属材料的研发已经(jing)不止局限于传统的纯(chun)金属、纯合金方向。随着基(ji)础理论、工艺技术的完(wan)善,新的金属材(cai)料得到了迅速发展。其中包括纳米金(jin)属,高/中熵合金,定向凝固柱(zhu)晶和单晶合金等高(gao)温结构材料、金属基复合材(cai)料以及形状记忆合金等[1-4]。
各(ge)种各样的金属材料已经成为(wei)人类社会发展的重要物质基础,农业现代化、工业现代(dai)化、国防和科学技术现代化都离(li)不开金属材料的支持,小到农具、机械零件、日常用品,大到飞机、导弾、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器(qi)以及原子能、电视、通(tong)讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需(xu)的构件或部件大都是由金属制成。目前世界上许多国家(jia),尤其是工业发达国家,竞相发展(zhan)金属、有色金属工业,增加金属的战(zhan)略储备。可以说,金(jin)属材料是国民经济、人民日(ri)常生活及国防工业、科学技术发展必(bi)不可少的基础材料和(he)重要的战略物资。