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自從20世紀(jì)后期社會從工業(yè)化時代進入信息化、全球化和知識化的時代，社會生產(chǎn)力的發(fā)展對材料的要求不斷提高，同時，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。

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。一個最形象的例子是每個人都離不開的手機，少了金屬，就會變成一塊無用的磚頭。

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01

黑，是五彩斑斕的黑

提到金屬，你的腦海里會浮現(xiàn)出什么景象呢？是金光閃閃的項鏈?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，我們好像從來不會把它和黑色聯(lián)系到一起，但“黑色金屬”確實是金屬中一個大類！

“黑色”這個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。基于此，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)上對鐵、鉻和錳的統(tǒng)稱，亦包括這三種金屬的合金。事實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，圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

02

金屬兩大門派之爭

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

金屬是個大家庭，這個大家庭內(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“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，圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

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，但是其每個礦產(chǎn)地的產(chǎn)量可是很多的，使黑色金屬的總產(chǎn)量達到了世界金屬產(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，而鋼鐵在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位，亦可作為衡量國家實力的重要標(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”相對應(yīng)。據(jù)一位長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?、生活中常常見到的鐵，卻是黑色。這是因為鐵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，社會發(fā)展的“頂梁柱”

金屬材料可以說是人類社會發(fā)展的推動者，因為它在人類社會的各個轉(zhuǎn)型期都起到了舉足輕重的作用。在人類社會發(fā)展史上，繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代，都以金屬材料的應(yīng)用為其時代的顯著標(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)的進步促進了新型材料的發(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)用于實際生產(chǎn)。

到了現(xiàn)代時期，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、機械零件、日常用品，大到飛機、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、電子計算機等尖端技術(shù)所需的構(gòu)件或部件大都是由金屬制成。

目前世界上許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達國家，競相發(fā)展金屬、有色金屬工業(yè)，增加金屬的戰(zhàn)略儲備?？梢哉f，金屬材料是國民經(jīng)濟、人民日常生活及國防工業(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。

參考文獻：

[1] K. Lu, Making strong nanomaterials ductile with gradients, Science 345(6203) (2014) 1455-1456.

[2] W. Xu, B. Zhang, X.Y. Li, K. Lu, Suppressing atomic diffusion with the Schwarz crystal structure in supersaturated Al–Mg alloys, Science 373(6555) (2021) 683-687.

[3] Q. Pan, L. Zhang, R. Feng, Q. Lu, K. An, A.C. Chuang, J.D. Poplawsky, P.K. Liaw, L. Lu, Gradient cell–structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility, Science 374(6570) (2021) 984-989.

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