高晶（精奇（天津）科技股份有限公司，天津300000）

0 引言

一直以來，金屬材料都是至關(guān)重要的功能材料。進(jìn)入二十世紀(jì)后期，社會(huì)生產(chǎn)力水平不斷提高，對材料的標(biāo)準(zhǔn)要求也隨之提高。同時(shí)，現(xiàn)代科技的卓越發(fā)展，使得材料種類多樣化，且生產(chǎn)工藝日趨完善化與成熟化。為此，全面探究金屬材料的應(yīng)用與發(fā)展具有重要意義。

1 金屬材料的種類與特性

1.1 金屬材料的種類

金屬材料具有光澤度高、導(dǎo)電性強(qiáng)、延展性良好等基本特征。盡管金屬材料種類繁雜，但總體可歸納為如下兩類：黑色金屬和有色金屬。與這兩類金屬材料相比，特種金屬的應(yīng)用領(lǐng)域較為特殊，也并不常見。

（1）黑色金屬。黑色金屬又稱之為鋼鐵材料，如純鐵、純鋼、鑄鐵等。此類金屬材料多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。（2）有色金屬。有色金屬是指除鐵、錳、鉻之外的其他金屬及合金。按照金屬材料的質(zhì)地、稀缺性與交易價(jià)格等差異，可將其進(jìn)一步細(xì)化為重金屬、輕金屬、貴金屬、稀缺金屬等。（3）特種金屬。特種金屬是指結(jié)構(gòu)與功能較為特殊的金屬，如有機(jī)高分子復(fù)合金屬、納米晶金屬、非晶態(tài)金屬等。

1.2 金屬材料的特性

（1）硬度。硬度是各類金屬材料的基本特性。由于金屬材料的硬度較強(qiáng)，使得其被廣泛應(yīng)用到對材料硬度有特殊要求的行業(yè)領(lǐng)域。硬度既是金屬材料自然屬性特征，又是衡量金屬材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)。具體來說，金屬材料的硬度越強(qiáng)，耐磨性越好。

（2）塑性。塑性是指金屬材料在受到外部荷載作用下，產(chǎn)生塑性形變，但不發(fā)生結(jié)構(gòu)損害的能力。通常情況下，可以將斷面收縮率與長度延展率作為衡量金屬材料塑性的關(guān)鍵指標(biāo)。具體來說，金屬材料的斷面收縮率與長度延展率越好，塑性能力越強(qiáng)。

（3）疲勞。金屬材料往往會(huì)被加工制作成各種規(guī)格、各種形狀的零構(gòu)件。而金屬材質(zhì)零構(gòu)件在投入使用過程中，又會(huì)受到一定的承載負(fù)荷力。盡管這種常規(guī)荷載力并不會(huì)超過金屬材料本身的屈服強(qiáng)度，但隨著荷載力的非規(guī)律性變化和使用時(shí)間的延長，也極易導(dǎo)致金屬材料脆性斷裂。而這也就是金屬材料的疲勞狀態(tài)顯性特征。

2 金屬材料的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 金屬材料在生活領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用

2.1.1 炊具制造與家電制造

在日常生活中，金屬材質(zhì)的炊具和家電隨處可見。這些生活用具的功能不同，都具有耐高溫、抗氧化、防腐蝕等基本特性。在這種情況下，金屬材料完全替代了有機(jī)高分子合成塑料等材料。塑料在高溫條件下，極易發(fā)生形變、熔化、燃燒等情況，而且塑料燃燒還會(huì)釋放有毒害性氣體，對人體健康構(gòu)成危害。此外，塑料的自然降解速率極慢，會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。相較而言，不銹鋼材料制作而成的炊具，有效解決了高溫形變與潮濕生銹等問題。

2.1.2 以易拉罐為主的快速消費(fèi)品包裝

金屬材料不僅具有耐高溫、抗氧化與防腐蝕特性，還具有耐久性強(qiáng)、成本低廉、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。以易拉罐為例，多數(shù)易拉罐都是純鋁制或鋁鐵混合制成的。由于鋁及鋁合金的密度較大，使得易拉罐在正常保存條件下不會(huì)出現(xiàn)滲漏問題，而且密封隔絕性極強(qiáng)，能夠有效預(yù)防飲品變質(zhì)。此外，鋁制易拉罐質(zhì)地較為柔軟，能夠滿足快速消費(fèi)品的便捷性需求，還可回收利用，節(jié)能環(huán)保。

2.2 金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用

2.2.1 航空航天領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)前，航空航天領(lǐng)域所應(yīng)用的金屬材料主要包括鎂鋰合金、鋁合金與形態(tài)記憶合金三類。鎂鋰合金主要由鎂、鋰、鋅等構(gòu)成，具有重量輕、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好等基本特征。同時(shí)，鎂鋰合金的電磁屏蔽性能與減震性能良好。而這也是鎂鋰合金被廣泛應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域的重要原因。

航空航天對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求較高，投資成本也偏高。以航天飛機(jī)為例，經(jīng)粗略計(jì)算，其重量每增加1 千克，發(fā)射投資成本增加約10萬元。如果能夠減輕航天飛機(jī)的自體重量，就可以在很大程度上降低發(fā)射投資成本。當(dāng)前，鎂鋰合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較為寬泛，如火箭艙的制造、飛機(jī)側(cè)翼板的制造、飛行器防護(hù)罩的制造以及燃料箱的制造等。

一直以來，鋁合金都是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍的材料。隨著航空航天技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對鋁合金性能與質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求也隨之不斷提高。與普通鋁合金相比，鋁鋰合金的強(qiáng)度、密度與耐腐蝕性都更加突出。經(jīng)過專業(yè)學(xué)者大量的理論探究與實(shí)踐積累可知，向鋁合金中加入適量的鋰，不僅可以降低鋁合金的密度，還會(huì)在很大程度上提升鋁合金的彈性模量。以客機(jī)制造工程為例。采用鋁鋰合金代替鋁合金，可以顯著降低客機(jī)的自體重量，減輕助推器工作壓力，節(jié)省燃料與飛行投資成本。此外，鋁鋰合金在軍事裝備制造中的應(yīng)用，也可以有效縮短戰(zhàn)機(jī)的起飛滑跑距離，提升續(xù)航力。

形狀記憶合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。形狀記憶合金是一種極其特殊的金屬材料，不需借助任何外力作用，單純改變環(huán)境溫度，即可使其產(chǎn)生規(guī)則的形變。這也使得其能夠充分滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系幕拘枨?。以人造衛(wèi)星為例，在發(fā)射人造衛(wèi)星前，將拋物面天線折疊裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空將人造衛(wèi)星送到既定軌道。此時(shí)，僅需改變溫度條件，就可保證人造衛(wèi)星天線逐步恢復(fù)原有的拋物線形狀。

2.2.2 汽車制造領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)前，人們對汽車的實(shí)用性能與安全性能的要求越來越高。在這種情況下，鋁鎂合金被廣泛應(yīng)用于汽車零配件加工制造與汽車制造中。與傳統(tǒng)金屬材料相比，鋁鎂合金最大的優(yōu)勢就是質(zhì)地輕盈。以同款車型為例，鋁鎂合金車身比傳統(tǒng)鋼制車身輕40%以上。鎂具有極高的強(qiáng)度與剛度，可以進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)動(dòng)車的減震性能，保證駕駛安全。當(dāng)前，鋁鎂合金材料被廣泛應(yīng)用到汽車機(jī)身制造、方向盤制造與發(fā)動(dòng)機(jī)制造中。

2.3 醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用

金屬材料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括醫(yī)療器械與人體醫(yī)療兩方面。其中，醫(yī)療器械是指醫(yī)療設(shè)備，如胸透儀、放射儀等。人體醫(yī)療是指生理機(jī)能損傷的輔助材料，以及生理性能改造材料等，如骨折鋼板、人造關(guān)節(jié)、假牙等。

3 新金屬材料發(fā)展趨勢分析

新金屬材料是材料工業(yè)發(fā)展的重要表現(xiàn)，新金屬材料的發(fā)展與新型工業(yè)的發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系。除新興產(chǎn)業(yè)外，新興材料對傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)的革新與節(jié)能減排指標(biāo)的全面落實(shí)也起到了十分積極的作用。新型金屬材料是一種先進(jìn)的技術(shù)，在發(fā)展中發(fā)揮著不可忽視的作用，具有較大的發(fā)展?jié)摿?。新金屬材料的發(fā)展趨勢較為明顯。首先，新金屬材料的質(zhì)量更輕，強(qiáng)度更大，該特點(diǎn)全面滿足了航空航天行業(yè)發(fā)展的基本要求。

其次是高溫金屬材料，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，材料的使用溫度要求更為嚴(yán)格，新金屬材料在高溫環(huán)境下依然具備良好的性能。

最后是耐腐蝕性和耐疲勞性較強(qiáng)，其能夠抵御大氣腐蝕、煙霧腐蝕和振動(dòng)疲勞等作用。

此外，利用先進(jìn)技術(shù)開發(fā)新型金屬材料已經(jīng)成為促進(jìn)新型金屬材料創(chuàng)新優(yōu)化的主要方式。新型金屬材料開發(fā)和應(yīng)用的過程中，諸多行業(yè)也會(huì)隨之發(fā)生較大的變動(dòng)，汽車減震材料就是其中的典型代表。該材料具有減弱或消除振動(dòng)的功能，有效減少了噪聲污染，從根源上杜絕了噪聲干擾問題。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，各行各業(yè)的市場競爭日趨白熱化，相關(guān)企業(yè)要想在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地，就必須不斷提升生產(chǎn)能力與管理能力。在金屬材料生產(chǎn)過程中，要全面且客觀分析材料屬性特征，并且不斷優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，完善材料性能，推動(dòng)企業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。我們堅(jiān)信在廣大科研工作者一絲不茍、堅(jiān)持不懈的努力下，金屬行業(yè)必定會(huì)取得實(shí)質(zhì)性的突破，并為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。