轻质合金材料及其应用教学教材
合金的教学设计人教版
合金的教学设计（人教版）引言：合金是由两种或更多金属元素混合而成的材料，具有优异的物理和化学性质。
在中学化学教学中，合金作为重要的学习内容之一，对学生的科学素养和实践能力培养具有重要意义。
本文结合人教版教材，设计了一套合金的教学方案，旨在通过多种教学方法和手段，激发学生的学习兴趣，提高学习效果。
一、教学目标：1. 理解合金的定义和基本特性，了解常见的合金种类及其应用领域。
2. 掌握合金的制备方法和相关实验操作技巧。
3. 培养学生观察、分析和解决实际问题的能力。
二、教学内容：1. 合金的定义和基本特性。
2. 合金的分类和常见合金种类的介绍。
3. 合金的制备方法和相关实验操作。
三、教学过程设计：1. 前导活动：通过展示实际生活中的合金制品，如不锈钢、黄铜等，引发学生对合金的好奇和思考，帮助学生了解合金的意义和重要性。
2. 知识讲授：（1）合金的定义和基本特性：通过简洁明了的语言解释合金的定义及其与纯金属的区别，引导学生思考合金具有何种特性以及为何广泛应用于生产和生活中。
（2）合金的分类和常见合金种类的介绍：通过演示实物、图片或展示合金制品，让学生了解常见的合金种类及其应用领域，如不锈钢、铝合金等。
同时，引导学生思考不同合金种类的特点和优势。
（3）合金的制备方法和相关实验操作：通过讲解合金的制备方法，如熔炼法、粉末冶金法等，并配合实验视频、实物展示等方式，帮助学生理解合金的制备过程。
并设计简单实验，让学生亲自参与操作，掌握相应的实验操作技巧。
3. 实践探究：组织学生进行小组活动，根据所学知识，选择一个合金种类，调查该合金的制备方法，以及其在日常生活和工业生产中的应用领域。
最后，通过小组展示的方式，分享调查结果，激发学生独立思考和发现问题的能力。
4. 总结归纳：根据学生的探究和讨论，引导学生总结合金的特点、制备方法和应用领域，并对比纯金属与合金的优缺点，促使学生形成对合金的深入理解。
四、教学评价：1. 课堂互动与讨论：鼓励学生积极发言，参与课堂讨论，促进师生之间的互动交流，加深学生对合金的理解。
轻合金课件
3 光学性能 Al对光有很高的反射能力；
Al的反射能力随表面粗糙度的增加而降低。汽相沉积Al 膜的表面最光滑，反射能力最高；电解抛光表面的反射能 力比机加工表面的高；
大部分合金元素与杂质降低Al的反射能力，如99.99％Al 的反射能力约比99～ 99.5％的高2 ～5％，唯一例外的是 Mg，它提高Al反射能力； 阳极氧化膜使Al的反射能力下降5 ～10％， 但这种氧化 膜的反射能力不随时间而变，因此，在一段时间之后，阳 极氧化材料的反射能力比裸Al的高。
组织成分均匀性
组织致密性 夹杂、气孔等 晶体结构缺陷（点缺陷、位错） 结晶形态（非晶、纳米晶、准 晶等）
第一节 1XXX（纯铝）及铝合金化原理
1.1 1XXX系（纯铝） 一、基本特性 1825年由丹麦厄尔斯泰德（Oersted）发现；
1886年工业化熔盐电解法（Hall-Heroult法）问世； 蕴藏量占地壳质量的8.2％，为分布最广的金属元素；
三、性能 1 力学性能 纯铝的性能取决于杂质含量、形态、大小和分布，Al 中的主要杂质是Fe和Si，是冶炼时由矿石遗传来的。增 加Fe和Si量，Al的强度升高，塑性下降。（熔铸时使用 的铁制工具）
杂质的形态、大小和分布与杂质含量和工艺条件有关， 并可参照相图理解。
Fe在Al中形成硬而脆的 针状FeAl3化合物。
工业高纯铝： L0（1A90）
L00（1A85）
99.9％ 99.85％
用途：主要用于高纯铝的生产制造。
工业纯铝： L1（1070）
99.7％
L2（1060）
L3（1050） L4 (1040) L5 (1100)
99.6％
99.5％ 99.3% 99%
Hale Waihona Puke 用途：用于电线、电缆、日用器皿及铝合金的生产制造。
最新人教版高一化学必修1第三章高强度轻合金
高强度轻合金1．锂与超轻合金锂是最轻的金属，利用这一特性，可制成超轻合金材料。
例如，目前大量生产的锂镁合金，其密度为1.3～1.6克/厘米3，只有铝的一半，和聚氯乙烯塑料差不多，但强度却很大，塑性也很好。
这种超轻合金材料还有很强的耐冲击力、抗腐蚀力和防止高速辐射粒子穿透的能力。
它可用来制作宇宙飞船上的热防护舱和人造卫星、导弹弹头的包覆材料。
美国的阿吉纳—D末级制动火箭使用锂镁合金后，其重量减少了23千克，而火箭每减少1千克自重，可节省燃料费用数万美元。
美国麦道公司的科研人员研制出一种铝锂合金材料，可使未来的喷气式飞机重量减轻20％。
2．尖端金属——铍金属铍的密度低、弹性模量大，说明引起其单位面积应变所需的力大，其弹性模量比常用的几种轻质材料如钛合金、铝合金、不锈钢均高出6倍。
因此，它在需要精确导航的导弹及潜艇的惯性导航中获得应用。
铍的热学性能良好，具有高熔点、高比热、高热导率、高热容量。
由于铍的热容量高，它的吸热能力强，具有良好的热膨胀适应性，当温度升高或降低时，其机械性能变化慢。
铍的热容量为铝的2.5倍，钛的4.5倍，因此铍可用来直接吸热。
在卫星、宇宙飞船、航天飞机重返大气时，同空气高速度摩擦而产生大量热，容易烧毁，若用铍来做防热外套非常适合。
高抛光的铍用于卫星等的红外观测光学镜中。
在金属中，铍的透X射线的能力最强，有“金属玻璃”之称，比铝强20倍。
在扩音系统中，由于音速较快，扩音器的共振频率越高，高音区能听到的声音的范围就越大。
铍的声音传播速度是12500米/秒，比其他金属都快，而声速为330米/秒，因此铍可作优质的扩音器振动片。
铍还是原子能工业之宝，它是一种效率很高的能提供大量中子炮弹的中子源。
铍的粉末和镭盐的混合物可用作最简单的中子源，每秒能产生几十万个中于。
中子轰击原子核，原子核分裂释放出巨大能量，同时产生新的中子。
铍不仅能散射中子，还能改变中子的运动方向，并降低中子的速度，以达到最有效的连锁反应。
2024-2025学年高中化学第3章探索生活材料第1节合金教案新人教版选修1
五、总结回顾（用时5分钟）
今天的学习，我们了解了速度合成的基本概念、重要性和应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对速度合成与分解的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。
3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。
四、学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“速度的合成与分解在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
（4）问题四：一辆自行车以20m/s的速度向东行驶，同时以5m/s的速度向北行驶，求自行车行驶的总速度和方向。
（5）问题五：设计一个实验，验证速度的合成与分解原理。要求使用简单的实验器材，如小车、尺子、计时器等。
答案：
（1）总速度：40m/s，方向：北偏东60度。
（2）水平方向速度分量：6m/s，垂直方向速度分量：4m/s。
3.案例分析：分析生活中的实例，让学生理解运动的合成与分解的现象；
4.课堂练习：布置相关的练习题，让学生巩固所学知识；
5.总结与反思：对本节课的内容进行总结，并引导学生思考如何运用所学知识解决生活中的物理问题；
6.作业布置：布置相关的作业，让学生进一步巩固所学知识。
教学评价：
1.学生能准确理解运动的合成与分解的概念；
4.思考题：一辆物体以5m/s的速度向东运动，同时以3m/s的速度向上运动，求物体在水平方向和垂直方向的速度分量。
6.2轻型结构材料
材料化学
新型结构材料
2.2 纤维材料 （1）玻璃纤维 性能：质轻、高强、绝缘、防腐、耐高温 用途：制造纤维增强材料，可纺织、缝编，易 于与各类材料复合。 因为玻纤增强材料的比强度、比模量、 耐疲劳性、阻尼减震性和破损安全性都超过 高强金属性能，是跨越传统的新型材料。
材料化学
新型结构材料
（2）碳纤维 由碳基物质或纤维在惰性气体气氛中经高 温碳化即可制成碳纤维和石墨纤维。在 800~ 1600℃烧成碳纤维，在 2500~3000℃烧成为石 墨纤维。 碳纤维的含碳量为95%，石墨纤维的含碳 量99%，均可制成短纤维，也可制成连续不断 的长纤维，还可以织成布、带及毡等制品。
材料化学
新型结构材料
缺点 ：工艺复杂，不易大量生产，价格昂贵。 由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。 目前已研究用碳纤维代替钨丝，以降低成本 和密度，结果表明，碳心硼纤维比钨丝硼纤维强 度下降5%，但成本降低25%。 常温为较惰性物质，但在高温下易与金属反 应，因此需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。 用途：主要用于聚合物基和金属基复合材料。
材料化学
新型结构材料
2. 轻型结构材料 2.1 铝锂合金 定义：以铝为基添加锂（一般为3wt％左右） 及其它元素组成的合金称作铝锂合金。 特点：密度低、高强度、高模量以及高比强 度和比刚度等。 原因：锂的密度为0.534g⋅cm-3，是铝的1／5， 钢的1／15。在铝合金中增加少量锂可 使密度显著降低。
轻质合金材料及其应用
轻质合金材料及其应用轻质合金材料是指特定比例下将多种金属或金属与非金属元素进行合金化，并具有低比重和高强度的一类材料。
它们的比重通常低于4.5g/cm³，相较于传统金属材料如钢铁和铝等，具有更高的强度和硬度，同时具备良好的塑性和可塑性。
轻质合金材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域，具有重要的经济和社会价值。
轻质合金材料的主要成分包括铝、镁、钛等金属元素。
其中，铝合金是最常见的轻质合金材料之一、铝合金具有较低的密度、高的强度和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天领域。
比如，飞机的机身、翼面和发动机外壳等部件都采用铝合金材料制造，以减轻飞机重量，提高燃油效率和飞行性能。
另外，镁合金也是一种重要的轻质合金材料。
镁具有低密度和高比强度的特点，是目前最轻的结构金属。
镁合金被广泛应用于汽车制造领域。
由于镁合金的低密度和良好的可塑性，采用镁合金可以减轻汽车的整体重量，提高燃油经济性和安全性能。
同时，镁合金也具有良好的抗冲击性能，利于汽车的碰撞安全设计，可以有效减少事故造成的损伤。
钛合金是一种在航空航天和医疗领域应用广泛的轻质合金材料。
钛合金具有低密度、高强度和优异的耐腐蚀性能，是航空航天领域中重要的结构材料。
例如，航天器的外壳、发动机叶片和航空发动机的结构零部件等均采用钛合金材料制造，以满足飞行器对重量和耐久性的要求。
此外，钛合金还被应用于医疗领域，如人工关节的制造，因其与人体组织相容性好，可以有效减少术后并发症。
轻质合金材料的应用还包括建筑行业和电子工业。
在建筑领域，轻质合金材料可用于制造和装饰建筑物，如铝合金门窗、铝合金幕墙等。
轻质合金材料的优异的强度和防腐蚀性能使得建筑物更耐用，同时也减轻了建筑物的重量，减少了建筑物对地基和结构的负荷。
在电子工业领域，铝合金等轻质合金材料被广泛应用于电子设备的外壳、散热器等部件。
它们具有良好的导热性和导电性能，可以有效地散发电子设备产生的热量，保证设备的正常运行。
金属材料的性能及应用++课件2023-2024学年高一下学期化学苏教版(2019)必修第二册
④粉末状的氮化硅在空气和水中都不稳定。粉末状氮化硅与H2O作 用生成两种化合物，其中一种是制玻璃的原料。写出该反应的化学方 程式：_S_i3_N_4_＋_6_H_2_O_=_=_=_3_S_iO__2＋__4_N_H_3_↑___。
⑤氮化硅陶瓷抗腐能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。 该陶瓷与氢氟酸发生复分解反应生成两种气体，请写出反应的化学方 程式：_S_i3_N_4_＋__12_H_F_=_=_=_3_S_iF_4_↑__＋_4_N__H_3↑___。
镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金，具有很 高的电阻率，可用于制备电路中的精 密元件
特别提醒
(1)常温下，多数合金呈固态，但钾钠合金呈液态。 (2)合金的性能不是各组分金属的性能之和。合金具有许多良好的物 理、化学和机械性能，但许多性能不同于各组分金属，不是简单的性 能加和。 原因：合金与纯金属在组成和结构上不同 (3)一般来说，合金中各组分金属保持其原有的化学性质。
二、合金及其应用 1．合金的定义 合金一定是混合物，合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元 素 将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔，可制备出特殊的 金属材料，这种材料叫作合金。
2．合金的特性 可以通过所添加的合金元素的种类、含量和形成合金的条件等来加 以调节
内容
举例
硬度
合金的硬度一般都比 组成它的纯金属大
5．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是( ) A.二氧化硅是酸性氧化物 B.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极 大强度 C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度 小等优点 D.无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
答案：D
解析：新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料易碎、强度不够等 缺点，并且具有特殊结构、特殊功能；新型无机非金属材料的主要成分并不一定 是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
轻合金的冶炼与应用
政策支持
政府将加大对环保和可持续发展 的支持力度，为轻合金产业的绿 色发展提供政策保障。
市场需求
随着消费者对环保和可持续发展 的重视程度不断提高，市场需求 将更加倾向于环保、可持续发展 的轻合金产品。
THANKS
感谢观看
固体废弃物处理
冶炼过程中会产生大量固体 废弃物，如炉渣、废金属等 ，这些废弃物如果处理不当 ，会对环境造成严重污染。
轻合金的可持续发展策略
节能减排 采用先进的冶炼技术和设备，提 高能源利用效率，减少能源消耗 和废气排放。
绿色生产 推广绿色生产理念，优化生产工 艺和管理制度，降低生产过程中 的能耗和物耗，减少对环境的负 面影响。
铝合金、镁合金和钛合金等轻合金在 电子工业中用于制造散热器、连接器 、端子和支架等部件。
04
轻合金的发展趋势与挑战
轻合金的发展趋势
环保化
随着环保意识的增强，轻合金冶炼过程将更 加注重环保，减少对环境的污染。
智能化
利用先进技术，实现轻合金冶炼过程的智能 化控制，提高产品质量和稳定性。
高效化
提高轻合金冶炼效率，降低能耗，减少生产 成本。
多功能化
开发具有特殊性能的轻合金材料，满足不同 领域的需求。
轻合金发展面临的挑战
01
技术瓶颈
轻合金冶炼技术尚未完全成熟，需 要进一步研究和探索。
市场接受度
由于轻合金材料的应用领域较为特 殊，市场接受度有待提高。
03
02
高成本
轻合金材料成本较高，限制了其广 泛应用。
政策支持
需要政府出台相关政策，鼓励轻合 金产业的发展。
废水处理 建立废水处理设施，对废水进行 深度处理，确保废水达标排放。
固体废弃物资源化利用 对固体废弃物进行资源化利用， 如回收废金属、制备建筑材料等 ，实现废弃物的减量化、资源化 和无害化。
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※镁合金锁扣 。
全镁概念摩托车，12个零部件 用镁合金替代（减重6Kg）
Mg-Mn系合金，具有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度 不超过150℃。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结 构件。
Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高， 塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、 航天工业中具有良好的应用前景。
(所用材料大部分是铝合金)
高比强铝合金机翼
• ⑤铸造铝合金 包括：
• Al- Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系。 • ⑴ Al-Si系铸造铝合金
• 加入其他合金元素的铝硅铸造 合金。
• Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好，具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。
活塞(裙部为铝硅合金)
• 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ）, 其密度比
纯 铝 小 ， 强 度 比 Al-
Mn合金高，在航空工
汽化 器(热
交换
业中得到广泛应用，
管为
LF21)
如制造管道、容器、
铆钉及承受中等载荷
的零件。
• ② 硬铝合金 • 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 • 可进行时效强化，也可进行变形强化。 • 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。
用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。
• ⑵ Al-Cu系铸造铝合金 • 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸
造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。 主要用于制造在较高温
度下工作的高强零件， 如内燃机汽缸头、汽车 活塞等。
汽缸头
• ⑶ Al-Mg系铸造铝合金 • 这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性
常用硬铝合金如用于 制造冲压件、模锻件
飞机翼梁(腹板 为硬铝合金)
和铆接件，如螺旋桨、
梁、铆钉等.
• ③ 超硬铝合金
• 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并 含有少量Cr和Mn。
• 时效强化效果超过硬铝合金.
• 热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有主要用于工作温 飞
度较低、受力较大的结构件,
机 主
如飞机大梁、起落架等.
等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
铝合金型材 铝铸件
铝合金的用途
• 铝合金在20世纪初才开始工业应用。 • 铝合金在二战期间主要用于军用飞机。 • 战后，铝合金开始转入民用，范围由航空扩展到建筑
、包装、交通运输、机械制造等行业。 • 知道目前，铝合金用量和范围仅次于钢铁，成为第二
大金属材料。 • 高强度、高韧性是铝合金的主要方向。
Ⅰ、镁及其合金
其它非铁合金
※手机、电脑、笔记本电脑等3C产品
全镁合金手机、笔记本电脑等3C产品
※兵器（减重）
※汽车、摩托车、飞机零件
（减震、节能、提高驾乘舒适度）
轿车用镁合金轮毂
直升机变速箱壳体
轿车用镁合金齿轮箱
※镁合金曲轴发 动机左、右箱体 盖；
※镁合金曲轴 发动机后盖；
※镁合金前、 后轮毂；
轻质合金材料及其应用
一 铝合金
Hale Waihona Puke • 1、铝及铝合金性能特点 • 纯铝具有银白色金属光泽, 密
度小(2.72 ), 熔点低 (660.4℃), 导电、导热性能 优良。 • 耐大气腐蚀，易于加工成形. • 具有面心立方晶格，无同素 异构转变，无磁性。
铝合金制造的机翼
• 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 • 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn
，由于它们对环境的污染需要找到一种合适的替代气 体。
(3) 添加合金元素阻燃法。在镁合金中只需加入少量的
大型空压机活塞(ZL401)
二 镁及其合金
其它非铁合金
纯镁：ρ1.74 g/cm3，Tm651℃，密排六方结构。纯 镁强度不高，室温塑性较低，耐蚀性较差，易氧化。工 业纯镁代号用M＋顺序号表示。纯镁主要用于配制镁合 金和其它合金，还可用作化工与冶金的还原剂。
镁合金：纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素， 制成镁合金。主要有Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr 系 和Mg-Re-Zr系等合金系。它们分为变形镁合金和铸 造镁合金两大类。
常用铝合金 • ① 防锈铝合金
• 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。
• Mn和Mg主要作用是
卫星天线 （LF2）
提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。
防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、 焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。
不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。
• 常用的Al-Mn系合金有抗蚀性和强度高于纯铝，用 于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压 加工的零件。
起 落
架
• ④ 锻铝合金
• Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻 性好，力学性能高，用 于形状复杂的锻件和模 锻件，如喷气发动机压 气机叶轮、导风轮等.
压气机叶片
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 用于制造150 ~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞 机蒙皮等。
美F-117隐身战斗机
Mg-Al-Zn系的ZM5和Mg-Zn-Zr系的ZM1、ZM2、ZM7、ZM8 具有较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，但耐热 性较差，主要用于制造150℃以下温度工作的飞机、导 弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。Mg-Re-Zr 的ZM3、ZM4和ZM6具有良好的铸造性能，常温强度和塑 性较低，但耐热性较高，主要用于制造250℃以下温度 工作的高气密零件。
能差,耐热性低。
主要用于制造外形 简单、承受冲击载 荷、在腐蚀性介质 下工作的零件,如舰 船配件、氨用泵体 等。
鼓风机密封件等 (ZL102、301)
• ⑷ Al-Zn系铸造铝合金 • 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效
强化；但密度大，耐蚀性较差。
主要用于制造形状复 杂受力较小的汽车、 飞机、仪器零件。
阻燃镁合金抗氧化方法
(1) 熔剂保护阻燃法。在镁合金整个熔炼过程中，在熔 剂保护下隔绝大气进行。镁合金采用熔剂保护防燃使 用最早也最广泛，具有工业应用价值。
(2) 气体保护阻燃法。常用气体为SF6、CO2和SO2。 其中SF6为无色无味无毒气体，是最常用的镁合金保护 气氛。 但SF6、CO2等气体具有强烈的“温室效应”