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浅谈深冷处理对有色金属性能的影响

2019-12-30 317 上传者：管理员

摘要：有色金属作为珍贵资源被应用于金、银首饰行业长达千年，随着现代科技发展，人们发现其导热性、延展性、耐腐蚀性强及电导率在金属当中排行很高的特点，可用来制作多种容器。有色金属资源总量有限，而且某方面的特性也逐渐无法满足人类的需求，因此人们必须对其做出一定处理，其中深冷处理是常见的处理方式，可以增加它们的品质。

关键词：
延展性
性能
有色金属
深冷处理
耐腐蚀性
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近年来，我国经济科技迅猛发展，工业水平也获得了飞速提升，其中，有色金属材料是工业的基础，而对其的加工技术直接影响、甚至在某种程度上能够决定下游产业和产品的质量，想要真正成为工业强国，就必须提高有色金属加工产业的水平^[1]。深冷处理乃是一种十分重要的有色金属处理方法，本文结合实际情况，分析深冷处理对有色金属各项性能的不同影响，希望能够对我国工业发展作出微薄贡献。

1、有色金属的概念及其分类、用途

有色金属的概念：有色金属的概念分为两种，狭义上来说它指的是的除去Fe、Mn、Ar外的一切金属元素，而广义上来说它还包括这些金属与其它物质根据不同比例混合而成的合金。有色合金则是选取一种有色金属作为基体，然后再加入不同元素，这些被加入的元素不仅限于金属，还可以是碳等。

2、有色金属的分类

①重金属。重金属指的就是密度较大的金属，若将纯水的密度记作“1”，那么重金属的密度一般大于4或者5。重金属的共同点便是具有毒性，有些金属例如贡（俗称的水银）、铅、砷等毒性十分显著，不需太大量就能造成生物中毒甚至迅速死亡。另外，它们对于环境也会造成污染，危险性很高。此外，重金属还通常会通过生物富及作用，沿着食物链向等级较高的生物体内积聚。

②轻金属。轻金属是相对于重金属而言，它指的是密度较小的金属，但并不一定是密度比水小的金属。它与稀有金属的种类有交叉，包含Al、Ca、Mg等常见金属与Li、Na等稀有金属。轻金属如Be同样具有十分强烈的毒性，并且其化合物的毒性更大。

③贵金属。贵金属指的就是以金银为代表的八种金属，它们具备较强的审美价值，并且化学性质稳定，不与通常意义上的强酸强碱反应，矿产资源相较于其它金属而言较少，但观赏价值极高，因此贵金属自古以来就被当成制作首饰的绝佳材料。

④稀有金属。稀有金属，顾名思义，指的就是自然界中含量较少、很难开采的金属，它们的分布零星，一般没有庞大的矿产，但在工业中也具有很重要的意义。

⑤有色合金。有色合金就是由有色金属与其他元素构成的合金，作为合金，它有着最基本的特征：在混合过程中物理性质会发生改变，例如熔点降低，但硬度提升，并且耐磨损性能和耐腐蚀性会有大大的提升，并且它能够将多种物质的优点结合起来，使合金能够满足人类日益提高的需求^[2]。

3、有色金属的用途

①重金属。重金属在国民经济中占有十分重要的地位，具有较为优良的导电性和耐高温性能，其中金属铜是制作导线的重要材料，它的导电性仅次于银，但造价要远远低于银；铜具有良好的导热性，在热能设备中也有重要用途，而且由于铜能够与三价铁溶液进行反应，它还可用于印刷电路；镍、钴则能够耐受高温和低温，同时不与常见的腐蚀性物质和酸、碱性物质反应，可以用于压力容器的制造；铅、锌熔点较低且导热性强，可作为电工、化工等行业；镉则能用于原子能工业；而钨丝则是白炽灯中最常用的灯丝材料。

②轻金属。轻金属中的锂乃是制造锂电池必不可少的原料，金属锂密度小，同等体积的锂电池能够储藏的电能能够高达传统铅蓄电池的数倍甚至数十倍，并且对环境不会造成污染；钠则是工业上制取制取碱和苛性钠必不可少的原料，同时它还是食盐的组成元素；铝单质及其合金常用作窗框的原料，镁铝合金则具有较低的密度和较高的强度、稳定性，可以制作成不同的容器。

③贵金属。贵金属的主要作用是制成首饰，除此之外，还是制造光学材料和汽车中核心零件必不可少的成分，此外，由于它们化学性质大多稳定，故而还能作为催化剂使用，提升反应速率。

④稀有金属。稀有金属的用途相对较少，常被用作制造特种金属材料，用于航空航天业的关键部件，并且在军工精密仪器制造业也有着不可代替的作用。

4、深冷处理的概念和作用

金属的加工方式分为冷加工与热加工，深冷处理就是冷加工的一种。它指的是采用液氮对金属进行低温处理的过程，它分为两种：液体法和气体法。顾名思义，液体法指的就是将金属器件直接放入温度为-150℃左右液态的氮中，气体法则是使用低温氮气进行处理，温度能够达到-200℃左右。热加工一般需要将金属加热至软化，很容易使其形状发生改变，并且操作失误还会导致金属熔化，造成较大损失。而深冷处理能够在保持金属强度和硬度的前提下提高金属的韧性，增加其使用寿命，并提升它们的物理性能，不会破坏金属器件，且成本较低。

5、深冷处理对有色金属性能的影响

(1) 提升硬度和强度。深冷处理能够显著提升有色金属的硬度和强度，经过大量实验得知，接受深冷处理的金属器件能够经受较大冲击力，不会发生形变。

(2) 提升耐磨性。金属磨损一直是实际生产过程中增加成本的项目之一，尤其是贵金属的磨损问题，常常使拥有者颇为苦恼，深冷处理能够提升有色金属的耐磨性，减小生活和生产中金属因为磨损而带来的经济损失，并降低有色金属设备和容器的维护修理费用，大大降低生产成本。

(3) 提升韧性。在许多精密仪器或是小型设备中，尤其是在一些电气设备中，往往需要很薄的有色金属元件，但减小厚度容易使金属发生断裂，而深冷处理可以大大提升有色金属的韧性，使之在变形和破裂过程中需要吸收更多的能量，也就是说更不容易发生折断。

(4) 提升耐腐蚀性。铝、镁等化学性质较活泼的有色金属极易受到水、空气、细菌、酸碱盐和有机物等的腐蚀而降低使用寿命，此外，在船舶制造业中需要用到的有色金属由于需要长时间和富含氯化钠的海水接触，因此极容易发生腐蚀问题，若是在船舶行驶过程中，被腐蚀的金属发生断裂伙食好渗漏，后果不堪设想。深冷处理能够提升金属耐腐蚀性，使其长时间暴露在潮湿环境中而不受影响，提升有色金属制品的使用寿命。

(5) 保证精度。高温处理能够为有色金属增添一层氧化膜，对于铝、镁等金属而言，同样可以起到防腐蚀和防氧化的作用，但金属在高温环境下强度和硬度会显著降低，容易发生形变，甚至发生熔化，深冷处理能够起到同样的作用，并且不会出现金属器件变形等情况，能够保证器件的尺寸和精度。

6、结语

深冷处理是一种十分简便并且环保的金属处理方法，但国内对这项技术的掌握还未达到炉火纯青的地步，很多时候都需要借鉴国外相关行业的经验。想要成为工业强国，必定要将核心科技牢牢掌握在自己手中，我国仍然需要付出努力。

参考文献：

[1]杨杰,张宇涵.深冷处理对金属材料的影响及机理分析[J].自动化应用,2018(10):119-120.

[2]杨栋.深冷处理对有色金属性能的影响[J].现代制造技术与装备,2017(01):89-90.

王芳静,邵婷.深冷处理对有色金属性能的影响[J].世界有色金属,2019,(16):285-286.