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工业产品设计常用的金属材料及特性

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工业产品设计常用的金属材料及特性

发布日期:2019-05-21 作者:杰创工业产品设计有限公司 点击:

1. 铸铁——流动性

       下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分,很少会有人留意它们。铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途,主要是因为其出色的流动性,以及它?#23376;?#27975;注成各种复?#26377;?#24577;的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称,它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高,在浇注过程中其流动特性就越好。碳在这里以石墨和碳化铁两?#20013;问?#20986;现。

       铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。铁锈一般只出现在最表层,所以通常都会被磨光。虽然如此,在浇注过程中?#19981;?#26159;有专门防止生锈的措施,即在铸件表面加覆一层沥青涂层,沥青渗入铸铁表面的细孔中,从而起到防锈作用。生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。

材料特性:优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。

典型用途:铸铁已经具有几百年的应用历史,涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。

工业产品设计常用的金属材料及特性

2. 不锈钢——不生锈的革命

       不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分,铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜,这层薄膜是我们肉眼所看不见的。我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18:10。

       20世?#32479;酰?#19981;锈钢开始作为元才?#33030;?#34987;引入到产品设计领域中,设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品,涉及到了很多以前从未涉足过的领域。这一系列设计尝试都是非常具有革命性的:比如,消毒后可再?#38382;?#29992;的设备首次出现在医学产业中。

       不锈钢分为四大主要类型:?#29575;?#20307;、铁素体、铁素体-?#29575;?#20307;(复合式)、马氏体。家居用品中使用的不锈?#21482;?#26412;上都是?#29575;?#20307;。

材料特性?#20309;?#29983;保健、防腐蚀、?#23665;?#34892;精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。

典型用途: ?#29575;?#20307;不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和?#26032;?#20992;片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性,主要应用在?#36884;?#20351;用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能,所以经常应用于侵蚀性环境。


3. 锌—— 一生中的730磅

       锌,闪着银光又?#28304;?#34013;灰色,它是继铝和铜之后第三种应用最广泛的有色金属。美国矿产局的一项统计显示——一个普通人在其一生要消耗总共要消耗掉331千克的锌。锌的熔点很低,所以它也是一种非常理想的浇注材料。锌质铸件在我们日常生活中十分常见:门把手表层表层下面的材料、水龙头、电子元件等,锌具有极高的防腐蚀性,这一特性使它具备了另外最基本的一项功能,即作为钢的表面镀层材料。除去以上这些功能之外,锌还是与铜一起合成黄铜的合金材料。其抗腐蚀性并不仅仅应用于钢表面镀层——它也有助于增强我们人类的免疫系统。

材料特性?#20309;?#29983;保健、防腐蚀、优良的可铸性、出色的防腐蚀性、高强度、高硬度、原材料廉价、低熔点、抗蠕变、?#23376;?#20854;他金属形成合金、具有保健性、常温下易碎、100摄氏度左右具有延展性。

典型用途: 电子产品元件。锌是形成青铜的合金材料之一。锌也有着清洁卫生以及抗腐蚀的特性。另外,锌也被应用在屋顶材料,照片雕刻盘、移动电话天线以及照相机中的快门装置。


3. 现在材料——铝(AL)

       相对于已经有9000年使用历史的黄金而言,铝,这种?#28304;?#34013;光的白色金属,实在只能算是金属材料中的婴儿。铝于18世?#32479;?#38382;世并被命名。与其他金属元素不同,铝并不是以直接的金属元素的形式存在于自然界中,而是从含50%氧化铝(亦?#21697;?#22303;)的铝?#37327;?#20013;提炼出来的。以这?#20013;?#24577;存在于矿物中的铝也是我们地球上出量最丰富的金属元素之一。

       当铝这种金属最早出现的时候,它并没有被立刻应用到人们的生活当中。后来,针对其独特功能和特性的一批新产品逐渐问世,这种高科技材料也逐渐拥?#24615;?#26469;越宽阔的市场。虽然铝的应用历史相?#36234;?#30701;,但现在市面?#19979;?#20135;品的产量已经?#23545;?#36229;过了其他有色金属产品的总和。

材料特性:柔?#28034;?#22609;、?#23376;?#21046;成合金、高强度-重量比、出色的防腐蚀性、易导电导热、可回收。

典型用途: 交通工具骨架、飞行器零部件、厨房用具、包装以及家具。铝也经常被用以加固一些大型建筑结构,比如伦敦皮卡迪利广场上的爱神雕像,以及纽约克莱斯勒汽车大厦的顶部等,都曾用铝质加固材料。


4. 镁合金——超薄美学设计

       镁是极重要的有色金属,它比铝轻,能够很好地与其他金属构成高强度的合金,镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高、导热导电性好、兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能、?#23376;?#21152;工成型、容易回收等优点。但长期以来,由于受价格昂贵和?#38469;?#26041;面的限制,镁及镁合金只少量应用于航空、航天及军事工业,因而被称为“贵族金属?#34180;?#29616;今镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料,被广泛地应用于航空航天、汽车、电子、移动通讯、冶金等领域。可以预计,由于其它结构金属生产成本的增加,金属镁在未来的重要性变得更大。性变得更大。性变得更大。

       镁合金比重为铝合金的68%,锌合金的27%,钢铁的23%,常用于汽车零件、3C产品外壳、建筑材料等。大多数超薄笔记本电脑和手机外壳采用镁合金做外壳。

       自上世纪起,人类对金属质感、光泽仍有不可抹减的爱恋,塑料产品虽然可以形成类金属的外观,但其光泽感、硬度、温度、质感?#26434;?#37329;属有差距。镁合金作为一?#20013;?#22411;的金属原料,给人一种高科技品的感受。

       镁合金的耐腐蚀性是碳钢的8倍,铝合金的4倍,更是塑料的10倍以上,防腐能力是合金中最佳者。常用的镁合金具有不可燃性,尤其是使用在汽机车零部件以及建筑材料上,可以避免?#24067;?#30340;燃烧。

       镁在地壳中的储量居第8位,大部分的镁原料自海水中提炼,所以它的资源是稳定充分的。

材料特性:轻量化的结构、刚性高且耐冲击、优良的耐腐蚀性、良好的热传导性和电磁遮蔽、良好的不可燃性、耐热性较差、易回收。

典型用途: 广泛应用于航空航天、汽车、电子、移动通讯、冶金等领域。


5. 铜——人类的伙伴

       铜简?#26412;?#26159;一种让人难以置信的万用金属,它与我们的生活如此密切相关。人类的许多早期工具和武器都是用铜制成的。它的拉丁名字“cuprum”起源于一个叫做Cyprus的地方,这是一个铜资源非常丰富的岛屿,人们用岛的名字的缩写Cu来给这种金属材料命名,于是铜便有了现在的代号。

       铜在现代社会中扮演着十分重要的角色:它被大量应用于建筑结构当中,作为传输电力的载体,另外,?#30422;?#24180;来它还一直被许多不同文化背景的人们作为制作身体装饰品的原材料。从最初简单的译码传输,到后来在复杂的现代通讯应用中扮演的关键角色,这种具有延展性、橘红色的金属一路伴随着我们发展进?#20581;?#38108;是一种优良的导电体,其导电性能仅次于银。从人们利用金属材料的时间历史这一点?#27492;擔?#38108;则是仅次于金的为人类利用最悠久的金属。这一点在很大程度上是因为铜矿很容易开采,而且铜业比较容易从铜矿中分离出来。

材料特性:很好的防腐蚀性、极好的导热、导电性能、坚硬、柔韧、具延展性、抛光后、效果独特。

典型用途: 电线、发动机线圈、印刷电路、屋面材料、管道材料、加热材料、?#36164;巍?#28810;具。它也是制作青铜的主要合金成分之一。


6. 铬——高光洁度的后处理

       铬最为常见的存在形式是作为合金元素用于不锈钢中,来增强不锈钢的硬度。?#32856;?#24037;艺通常分为三种类型:装饰性镀层、硬质铬镀层以及黑色铬镀层。铬镀层在工程领域中应用相当广泛,装饰性铬镀层通常作为最表层镀于镍层外面,镀层具有精致细腻如?#24471;?#19968;般的抛光效果。作为一道装饰性后处理工序,铬镀层厚度仅为0.006毫米。在打算采用铬镀层工艺的时候,一定要充分考虑到这一工艺的危险性。近十年来,六价装饰性铬水被三价铬水所取代的趋势越来越明显,因为前者具有非常强的致癌性,而后者则被认为毒性相对小一些。

材料特性:光洁度非常高、优良的防腐蚀性能、坚?#26448;?#29992;、?#23376;?#28165;洗、摩?#26009;?#25968;低。

典型用途: 装饰性?#32856;?#26159;许多汽车元件的镀层材料,包括车门把手以及缓冲器等,除此之外,铬还应用于自行车零部件、浴室水龙头以及家具、厨房用具、?#36884;?#31561;。硬质?#32856;?#26356;多的用于工业领域,包括作业控制块中的随机存储器、喷气机发动机元件、塑料模具以及减震器等。黑色?#32856;?#20027;要用于?#21046;?#35013;?#25105;?#21450;太阳能利用方面。


7. 钛——轻巧而结实

       钛是一种很特别的金属,?#23454;?#38750;常轻盈,?#20174;质?#20998;坚韧和耐腐蚀,在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多,因此常用于航天.军工精密部件。加上电流和化学处理后,会产生不同的颜色。钛有优异的抗酸碱腐蚀性在“王水”中浸泡了几年的钛,依旧锃亮,光?#25910;?#20154;。若把钛加到不锈钢中,只加百分之一左右,就大大提高抗锈本领。 钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性,钛合金密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多?#27963;?#26082;耐高温,又耐低温。在-253℃~500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的好材料,有“太空金属”之称。由于钛有这些优点,所以50年代以来,一?#22659;?#20026;突出的稀有金属。

       钛是一种纯性金属,正因为钛金属的“纯?#20445;?#25925;物质和它接触的时候,不会产生化学?#20174;Α?#20063;就是说,因为钛的耐腐蚀性、稳定性高,使它在和人长期接触以后也不影响其本质,所以不会造成人的过敏,它是唯一对人类植物神经和?#27602;?#27809;有任何影响的金属,被人们称为“亲生物金属?#34180;?/p>

       钛最大的缺点,是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地?#20405;?#37327;的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。

材料特性:非常高的强度、重量比优良的抗腐蚀性、难以进行冷加工、良好的可焊接性、大约比钢轻40%,比铝重60%、低导电性、低?#26085;?#29575;、高熔点。

典型用途: 高尔夫球杆、网球拍、便携式电脑、照相机、行李箱、外科手术植入物、飞行器骨架、化学用具以及海事装备等。另外,钛也被用作纸张、绘画以及塑料?#20154;?#38656;的白色颜料。

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