ЩЕ МАТЕРІАЛИ ПО ТЕМІ:
У техніці під металами розуміють матеріали, що володіють цілим комплексом специфічних фізичних, хімічних, технологічних, експлуатаційних і механічних властивостей.
Фізичні властивості відображають поведінку матеріалів в різних теплових, електромагнітних і гравітаційних полях. До найбільш характерних фізичних властивостей металів слід віднести металевий блиск, високу електро- і теплопровідність, здатність випускати електрони при нагріванні, а також порівняно високу щільність більшості металів.
Хімічні властивості відбивають здатність матеріалів взаємодіяти з іншими речовинами. З точки зору хімічних властивостей метали це хімічні елементи, розташовані в лівій частині таблиці Менделєєва. Атоми цих елементів містять на зовнішній електронній оболонці невелике число електронів, слабо пов'язаних з ядром. Вступаючи в хімічні взаємодії з неметалами, атоми металів легко віддають їм свої зовнішні валентні електрони і стають позитивно зарядженими іонами.
Технологічні властивості відбивають здатність матеріалів піддаватися того чи іншого виду обробки. До найбільш характерних технологічними властивостями металів слід віднести їх відносно хорошу деформованість (зокрема, штампуемость і гнучкість), а також хорошу зварюваність і можливість отримувати вироби методом лиття.
Експлуатаційні властивості характеризують поведінку матеріалів в реальних умовах експлуатації. Серед експлуатаційних властивостей металів можна виділити їх непогану зносостійкість.
Механічні властивості відбивають здатність матеріалів чинити опір деформації і руйнуванню під впливом різного роду навантажень. До найбільш характерних механічними властивостями металів відносять їх досить високу пластичність і в'язкість, а також твердість і міцність.
Фізичні та хімічні властивості металів найбільш детально вивчаються в рамках дисциплін «Фізика» та «Хімія». Матеріалознавство більшу увагу приділяє механічним і технологічними властивостями матеріалів.
Всі метали ділять на дві великі групи: на чорні метали та кольорові метали.
Чорні метали відрізняються специфічним темно-сірим кольором, високою температурою плавлення і відносно високою твердістю. Кольорові метали мають характерну білу, жовту або червоне забарвлення, і відрізняються від чорних металів більшою пластичністю, меншою твердістю і невисокою температурою плавлення.
Чорні метали, в свою чергу, поділяють на 5 груп:
1. Метали групи заліза - Fe, Co, Ni і Mn.
Fe складає основу найпоширеніших в промисловості сплавів - сталей і чавунів. Решта метали цієї групи застосовуються або як добавки до залізовуглецевих сплавів, або в якості основи для відповідних сплавів (кобальтових, нікелевих і т.п.).
2. Тугоплавкі метали - Ti, V, Cr, Mo, W та ін.
Метали цієї групи мають температуру плавлення вище, ніж у заліза, тобто більше 1539 ° С.
Їх зазвичай використовують в якості добавок до легованих сталей, або в якості основи для спеціальних сплавів (наприклад, титанових або хромових). Вольфрам в чистому вигляді використовують для виготовлення ниток напруження електроламп.
3. Уранові метали або актиноїди - Ac, Th і т.д. Застосовуються, як правило, для виготовлення сплавів, використовуваних в атомній енергетиці.
4. Рідкоземельні метали або лантаноїди - La, Ce і т.д. Ці метали зазвичай зустрічаються в змішаному вигляді і мають близькі властивості. Їх використовують для виготовлення спеціальних сплавів, що володіють особливими фізичними та іншими властивостями.
5. Лужні метали - Li, Na, K і т.д. Відрізняються високою хімічною активністю і тому у вільному вигляді не використовуються.
Кольорові метали поділяють на 3 групи:
1. Легкі метали - Al, Mg, Be. Мають порівняно низькою щільністю. Al через свою високої електропровідності широко застосовується для виготовлення електропроводів. Крім того, Al використовують для отримання алюмінієвих сплавів, широко застосовуваних у машинобудуванні.
2. Благородні метали - Ag, Au, Pt і т.д.
в тому числі Cu. Дані метали відрізняються високою пластичністю, електропровідністю і корозійну стійкість. Завдяки цим властивостям вони широко застосовуються в мікроелектроніці і ювелірній справі. Мідь використовують також для отримання бронз і латуней. Злитки благородних металів, розміщені в банках, грають роль фактичних грошей.
3. Легкоплавкие метали - Sn, Pb, Zn, Hg і т.д. Мають порівняно низьку температуру плавлення. Температура плавлення ртуті (Hg) нижче кімнатної і тому даний метал в звичайних умовах є рідким. Sn і Pb використовують для виготовлення припоїв, ті сплавів, що з'єднують пристрій деталей методом пайки.
Найбільш поширеним металом на земній кулі є алюміній (8,8%). На другому місці знаходиться залізо (4,65%), яке до того ж є одним з найбільш дешевих металів.
2.2 Металева міжатомних зв'язків і модель «електронного газу»
Вищеназвані характерні властивості металів, в більшості своїй, можуть бути пояснені специфікою міжатомної взаємодії і особливостями структури металів. Атоми металів, що знаходяться в твердому стані, пов'язані між собою особливим типом хімічного зв'язку, яку називають металевим зв'язком. Такий зв'язок встановлюється за допомогою усуспільнення всіх валентних електронів атомами матеріалу. Валентні електрони, що втратили зв'язок зі своїми атомами, виявляються належать всьому металу в цілому і, будучи відносно вільними, утворюють в обсязі металу так званий «електронний газ» або точніше «електронну рідину». Самі ж атоми при цьому стають позитивно зарядженими іонами. Таким чином, на атомарному рівні метали виглядають як сукупність розташованих у вузлах кристалічної решітки позитивно заряджених іонів, які омиваються газом щодо вільних електронів чи інакше «електронної рідиною» (рис. 7).