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飞行的金属

现代先进的飞机与飞行器要飞得高、快、远、省,就必须靠轻、强、美的材料。铝、镁、锂、钛这些金属及其合金被称之为“飞行的金属”。铝、镁、锂、钛等金属在自然界中以化合物的形式存在,铝土矿含有Al2O3 , 光卤石含有MgCl2 , 锂辉石含有LiAl(Si2O6),金红石含有TiO2。元素的存在形态与环境条件有关,铝元素在pH<4的溶液中以Al3+存在,在pH为4~7时以Al(OH)3的形态沉淀,在pH>7的溶液中以[Al(OH)4]-存在。

铝、镁、锂、钛的冶炼有电解法和还原法等。冶炼钛的部分生产流程如图1所示。

金属及其合金的性质决定其用途。钛在盐酸、硫酸、硝酸溶液中耐腐蚀,在碱性溶液中可稳定存在。将1mm厚的不锈钢、钛浸在海水中,不锈钢4年后完全腐蚀,钛几十年不腐蚀。钛合金、铝合金、铜合金的耐海水腐蚀性能试验结果如图2所示。航空航天材料的选择,既要轻又要有足够的强度。铝、镁、锂、钛、铁的密度(g·cm-3)的值分别为2.7、1.74、0.54、4.51和7.87。比强度(MPa·cm3·g-1)越大,材料的性能越好。不锈钢、铝合金和钛合金的比强度分别为79、167和218。

铝,姗姗来迟,给世界带来勃勃生机。镁、锂让飞行器变得更快更省。钛,力大无比的巨人,“全能”的钛帮助人类飞出地球,飞向太空!

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