解放军文职招聘考试合金

 合金

 
在熔化状态时金属可以相互溶解或相互混合，形成合金。金属与其些非金属也可以形成合金，例如生铁就是铁和碳的合金。故合金可认为是具将金属特性的多种元素的混合物。
合金比纯金用具有许多更优良的性能因此合金的研究具有极大的实际意义。合金的性质与化学组成和内部结构有密切的关系。合金的给构较纯金属复杂得多，一般有以下三种基本类型：
一、低共熔混合物

低共熔合金是两种金属的非均匀混合物，它的熔点总比任一纯金属的熔点要低。纯铋的熔点 (544K) ，纯的熔点 (594K) 。铋镉合金的最低熔化温度是 413K 。这个温度称为最低共熔 温度，而组成对应这一温度的合金称为低共熔混合物。
在显微镜下观看低故熔混合物时。可以看出它是由铋与镉的极细微的晶体互相紧密混合而成的。组成与低共熔混合物不同的铋镉合金有铋或镉的颗粒晶体，它们散布在低共熔混合物的整体中。
又如焊锡是锡、铅之低熔合金。纯铅在 600K 熔化，纯锡在 505K 熔化，含 63% 锡之低共熔混合物则在 454K 熔融。
二、金属固溶体

固溶体具有一种均匀的组织。它是合金组成物态固态下彼此相互溶解而形成的晶体，称为固溶体（固态溶液）。固溶体中被溶组成物 ( 溶质 ) 可以有限地或无限地溶于基体组成物 ( 溶剂 ) 的晶格中。根据溶质原子在晶体中所处的位置，固溶体分为置换固溶体、间充固溶体和缺位固溶体。
在置换固溶体中，溶剂金属保持其原有晶格，溶质金属原子取代了晶格内若干位置。一般说来，当两种金属的结构型式相同，原子半径相差很小，原子的价电子结构和电负性相近时，则这两种金属可以按任意的比例形成置换固溶体，例如 Cu 和 Au 、 W 和 Mo 等合金即属于这种类型。当两种金属元素上述性质相差较大时，则只能形成部分互溶置换固溶体，或不能形成置换固溶体，通常当两种金属原了的半径差大于 15 ％时，就不能形成完全互溶的置换固溶体；当原子半径差大于 25 时，则不能形成置换固溶体。
在间隙固溶体中，溶质原子分布在溶剂原子晶格的间隙中。只有当溶质原子半径很小时 ( 如 C 、 B 、 N 、 H 等 ) 才能形成，例如 C 溶入 γ — Fe 中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。间隙固溶体一般具有与原金属相似的导电性和金属光泽，但它们的熔点和硬度比纯金属高。这是因为除了原来的金属键以外，加入的非金属元素与金原元素形成了部分共价键，因而增加了原子间的结合力，此外，空间利用率的提高也起了一定的作用。
缺位固溶体都是化合物，只是其中有一成分按照定组成定律来说是过量的，这过剩的原子占据着化合物晶格的正常位置，而另一成分的原子在晶格中占据的位置却有一部分空起来了，也就形成了缺位。例如在氧化亚铁的晶体结构中，氧原子在晶格中占有正常位置，晶格中有些铁原子的位置空起来、形成了空位。由于这种缺位，使氧化亚铁实际组成在 Fe 0.84 O 和 Fe 0.95 O 之间。
三、金属化合物

当两种金属元素的电负性、电子层结构和原子半径差别较大时，则易形成金属化合物 ( 或称金属互化物 ) 。它又分为两类：“正常价”的化合物和电子化合物。
“正常价”的化合物其化学键介于离子键和金属键之间。由于键的这种性质，所以“正常价”化合物的导电性和导热性比各组分金属低，而熔点和硬度却比各组分金属高，如 Mg₂Pb 就是这样。
大多数金属化合物是电子化合物。它们以金属键相结合，故不遵守化合价规则。其特征是化合物中价电子数与原子数之比有一定值。每一比值都对应着一定的晶格类型。
电子化合物由周期表中第一族、过渡金属和第二、三、四等族的金属所形成。
合金的性质主要决定于它的组成和内部结构。其内部结构与成分金属的性质、各成分用量之比和制备合金时的条件有密切关系。
一般说来，除密度以外，合金的性质并不是它的各成分金属性质的总和。多数合金的熔点低于组成它的任何一种成分金属的熔点。合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大，例如在铜里加 1 ％的铍所生成的合金的硬度比纯铜大 7 倍。合金的导电性和导热性比纯金属也低得多。
有些合金与组成它的金属在化学性质上也表现出很大的不同，例如铁容易与酸反应，如果在普通钢里加入 25% 左右的铬和少量的镍，就不容易跟酸反应了，这种钢称为耐酸钢。