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自從20世紀(jì)后期社會(huì)從工業(yè)化時(shí)代進(jìn)入信息化、全球化和知識(shí)化的時(shí)代，社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展對(duì)材料的要求不斷提高，同時(shí)，由于科學(xué)的快速發(fā)展以及材料生產(chǎn)技術(shù)的成熟，其他各類材料也得以飛速發(fā)展，但金屬材料作為最重要的結(jié)構(gòu)和功能材料的地位卻始終難以撼動(dòng)。

在各種各樣的材料里，金屬可謂充當(dāng)了“頂梁柱”的作用?？纯茨愕闹車?，一定存在著由金屬制成或參與制成的東西。一個(gè)最形象的例子是每個(gè)人都離不開的手機(jī)，少了金屬，就會(huì)變成一塊無用的磚頭。

電路板上的銅線圈 圖片來源：Veer圖庫(kù)

01

黑，是五彩斑斕的黑

提到金屬，你的腦海里會(huì)浮現(xiàn)出什么景象呢？是金光閃閃的項(xiàng)鏈?zhǔn)罪?，抑或是閃耀著金屬光澤的鍋碗瓢盆？不知道你發(fā)現(xiàn)了沒有，每當(dāng)提到金屬，我們好像從來不會(huì)把它和黑色聯(lián)系到一起，但“黑色金屬”確實(shí)是金屬中一個(gè)大類！

“黑色”這個(gè)詞很容易使人們誤以為黑色金屬一定是黑色的，而有色金屬一定是五彩斑斕的?；诖?，不少人認(rèn)為銀白色的鐵、鉻和銀灰色的錳應(yīng)該都不是“黑色”金屬。那為何要將三者及其合金歸到黑色金屬的范疇內(nèi)呢？

原因是這樣的：黑色金屬是工業(yè)上對(duì)鐵、鉻和錳的統(tǒng)稱，亦包括這三種金屬的合金。事實(shí)上純凈的鐵和鉻是銀白色的，而錳是銀灰色。由于鋼鐵表面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵，而錳和鉻主要應(yīng)用于冶煉黑色的合金鋼，所以才會(huì)被誤以為是“黑色”金屬。

鋼鐵和黃金分別代表性黑色金屬和有色金屬 圖片來源：Veer圖庫(kù)

02

金屬兩大門派之爭(zhēng)

對(duì)于金屬，官方定義是“具有光澤、有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與機(jī)械性能，并具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)”。

金屬是個(gè)大家庭，這個(gè)大家庭內(nèi)一共有86名成員。通常人們根據(jù)它們的顏色和性質(zhì)等特征，將其分為兩個(gè)“門派”：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要指鐵、鉻、錳及其合金，如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等，有色金屬則泛指黑色金屬以外的金屬，又名非鐵金屬，就是鐵、鉻、錳這些金屬以外的所有金屬的統(tǒng)稱。

元素周期表 圖片來源：Veer圖庫(kù)

兩者不僅名稱不同，它們的產(chǎn)量也大相徑庭！有色金屬由于種類眾多，其礦產(chǎn)地的數(shù)量也就比黑色金屬要多得多。而黑色金屬雖然礦產(chǎn)地少，但是其每個(gè)礦產(chǎn)地的產(chǎn)量可是很多的，使黑色金屬的總產(chǎn)量達(dá)到了世界金屬產(chǎn)量的95%！并且鐵、鉻、錳這三種金屬都是冶煉鋼鐵的主要原料，而鋼鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位，亦可作為衡量國(guó)家實(shí)力的重要標(biāo)志。

03

有趣的名字來源

“有色金屬”英文翻譯為“Nonferrous Metals”，與“黑色金屬”的英文翻譯“Ferrous Metals”相對(duì)應(yīng)。據(jù)一位長(zhǎng)期從事有色金屬行業(yè)工作的老先生講，當(dāng)初將“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻譯為“黑色金屬”和“有色金屬”的過程，也是一個(gè)有趣的故事。

最早翻譯“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”的學(xué)者認(rèn)為，如果直接翻譯為“鐵的金屬”和“非鐵的金屬”，或“含鐵的金屬”和“不含鐵的金屬”，雖然考慮到了翻譯的準(zhǔn)確性，卻不夠簡(jiǎn)潔，在使用上也十分拗口。于是這位學(xué)者跳出慣性思維，從金屬的光學(xué)性質(zhì)出發(fā)，進(jìn)行了翻譯中的再創(chuàng)造。

純凈的鐵是銀白色，但在人們?nèi)粘９ぷ鳌⑸钪谐３Ｒ姷降蔫F，卻是黑色。這是因?yàn)殍F的表面覆蓋了一層黑色的氧化膜：四氧化三鐵。也正是由于這層氧化膜，使鐵給人們留下了黑色的印象，于是從這個(gè)角度出發(fā)，將“Ferrous Metals”創(chuàng)造地翻譯為“黑色金屬”。

生銹的鋼鐵和純凈的鋼鐵 圖片來源：中科院金屬所先進(jìn)鋼鐵材料研究部

有了“黑色金屬”的存在，又考慮到銀是白色、金是金色、銅是黃色、鉛是灰色，“非鐵的金屬”呈現(xiàn)多彩的光學(xué)特性，于是將“Nonferrous Metals”翻譯為“有色金屬”。從此，“黑色金屬”和“有色金屬”便成為漢語中的“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”在行業(yè)中傳播開來。

04

金屬，社會(huì)發(fā)展的“頂梁柱”

金屬材料可以說是人類社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)者，因?yàn)樗谌祟惿鐣?huì)的各個(gè)轉(zhuǎn)型期都起到了舉足輕重的作用。在人類社會(huì)發(fā)展史上，繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，都以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。

青銅獸面紋鼎 圖片來源：故宮博物院

第二次世界大戰(zhàn)后，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了新型材料的發(fā)展，球墨鑄鐵、合金鑄鐵、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、鎳合金、鈦合金和硬質(zhì)合金等相繼被研發(fā)出來并被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

到了現(xiàn)代時(shí)期，金屬材料的研發(fā)已經(jīng)不止局限于傳統(tǒng)的純金屬、純合金方向。隨著基礎(chǔ)理論、工藝技術(shù)的完善，新的金屬材料得到了迅速發(fā)展。其中包括納米金屬，高/中熵合金，定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料以及形狀記憶合金等[1-4]。

各種各樣的金屬材料已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)現(xiàn)代化、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化都離不開金屬材料的支持，小到農(nóng)具、機(jī)械零件、日常用品，大到飛機(jī)、導(dǎo)弾、火箭、衛(wèi)星、核潛艇等尖端武器以及原子能、電視、通訊、雷達(dá)、電子計(jì)算機(jī)等尖端技術(shù)所需的構(gòu)件或部件大都是由金屬制成。

目前世界上許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，競(jìng)相發(fā)展金屬、有色金屬工業(yè)，增加金屬的戰(zhàn)略儲(chǔ)備?？梢哉f，金屬材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活及國(guó)防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料和重要的戰(zhàn)略物資。

出品：科普中國(guó)

作者：劉騰遠(yuǎn)（中國(guó)科學(xué)院金屬研究所）

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