黑色金属的定义，黑色金属属于什么

制作：科普中国

作者：刘腾远（中国科学院金属研究所） 出品：中国科普博览会

20世纪后半叶工业化时代以来，社会进入信息化、全球化、知识化时代，随着社会生产力的提高，对物质的需求不断增加，科学的飞速发展导致人们对物质的需求不断增加。对材料的需求，随着成熟，对材料的要求越来越高。尽管金属材料发展迅速，但其作为最重要的结构和功能材料的地位始终难以撼动。

在各种材料中，金属可以说起到了“骨架”的作用。看看你的周围，应该有金属或金属制成的东西。最生动的例子就是手机，每个人都离不开它，但如果没有金属，它就是一块无用的砖头。

电路板上的铜线圈图片来源：Veer Gallery

1.黑色是彩色的黑色

当您想到金属时，您会想到什么形象？是耀眼的项链或珠宝，还是闪亮的金属锅碗瓢盆？不知道你是否注意到了，“黑金属”无疑是金属的一个主要类别，尽管我们似乎并没有将黑色与金属这个词联系在一起。

“黑”这个词很容易被误解为黑色金属必须是黑色的，有色金属必须是彩色的。正因为如此，很多人认为银白色的铁、铬、银灰色的锰不应该是“黑色”金属。那么为什么这三种及其合金都被归入黑色金属类别呢？

原因是黑色金属是铁、铬和锰的工业术语，也包括这三种金属的合金。事实上，纯铁和铬是银白色的，而锰是银灰色的。通常，钢的表面覆盖着一层黑色的三氧化二铁，而黑色合金钢的冶炼主要使用锰和铬，因此被误认为是“黑色”金属。

钢和金分别代表黑色金属和有色金属。图片来源：Veer Gallery

2. 两个金属派系之间的冲突

对于金属，官方定义是“有光泽、具有良好的电学、热学和机械性能，并且具有正电阻温度系数的物质”。

金是一个大家庭，这个大家庭一共有86名成员。通常人们根据颜色和性质将其分为两大“流派”：黑色金属和有色金属。黑色金属主要是指铁、铬、锰及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。有色金属泛指黑色金属以外的金属，也称为有色金属。除铁、铬、锰以外的所有金属的总称。

元素周期表图片来源：Veer Gallery

这两者不仅名字不同，而且产量也相差很大。由于有色金属种类繁多，矿产地点的数量比黑色金属多得多。黑色金属矿床虽然不多，但每个矿床产量都很大，黑色金属总产量达到世界金属产量的95%。另外，铁、铬、锰是冶炼铁的主要原料，铁在国民经济中占有极其重要的地位，是国家实力的重要标志。

3.有趣的名字由来

“有色金属”的英文翻译是“Nonferrous Metals”，相当于英文翻译“黑色金属”。据长期涉足有色金属行业的老老师介绍，将“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻译成“黑色金属”和“有色金属”的过程也很有趣。

早期翻译“黑色金属”和“有色金属”的学者认为，直接翻译为“黑色金属”和“有色金属”，或者“黑色金属”和“有色金属”。虽然翻译准确，但不够简洁，使用起来也很困难。于是，这位学者跳出了自己一贯的思维，从金属的光学特性入手，以便在翻译中再现它们。纯铁是银白色的，但我们在日常工作和生活中经常看到的铁是黑色的。这是因为铁的表面覆盖着一层称为三氧化二铁的黑色氧化膜。正是由于这层氧化膜，铁给人以黑色的印象，因此从这个角度出发，“Ferrous Metals”一词被创造性地翻译为“黑色金属”。

生锈钢与纯钢图片来源：中国科学院金属研究所先进钢铁材料研究室

由于“黑色金属”的存在，银呈白色，金呈金色，铜呈黄色，铅呈灰色，所以“有色金属”表现出多种光学性质，所以“有色金属”被称为“有色金属” . 译为-黑色金属“金属”。从此，“黑色金属”和“有色金属”成为中文的“黑色金属”和“有色金属”，并渗透到行业中。

4、金属是社会发展的“根”

可以说，金属材料在人类社会的各个变革时期都发挥了决定性的作用，推动了人类社会的发展。在人类社会发展史上，继石器时代之后的青铜时代和铁器时代，以金属材料的应用为特点。

动物面具青铜鼎图片来源：国立故宫博物院

二战后，科学技术的进步带动了新材料的发展，出现了球墨铸铁、合金铸铁、合金钢、耐热钢、不锈钢、镍合金、钛合金、硬质合金等。陆续开发、应用，就完成了。在实际生产中。

现代金属材料的研究和开发不再局限于传统的关注纯金属和纯合金。由于基础理论和工艺技术的进步，新型金属材料正在迅速发展。这些包括纳米金属、高/中熵合金、定向凝固柱状晶体和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料和形状记忆合金[1-4]。

农业现代化、工业现代化、国防、科技现代化都是由各种金属材料支撑的，从农具到机械零部件、生活必需品，它们已成为人类社会发展的重要物质基础。大型飞机、导弹、飞行物、火箭、人造卫星、核潜艇等尖端武器和核电、电视、通信、雷达、电子计算机等尖端技术所需的大部分零部件由金属制成。

当前，世界各国特别是发达国家竞相发展金属和有色金属工业，增加金属战略储备。金属材料可以说是国民经济、人民生活、国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要战略材料。

参考：

[1] K. Lu，利用梯度使强纳米材料具有延展性，Science 345(6203) (2014) 1455-1456。

[2] 徐伟，张本，李小勇，陆克，过饱和铝镁合金中施瓦茨晶体结构对原子扩散的抑制，科学373(6555) (2021) 683-687。

[3] Q. 潘，L. 张，R. Feng，Q. Lu，K. An，A.C. Chuang，J.D. Poplawsky，P.K. Liaw，L. Lu，具有优异强度和延展性的梯度细胞结构的高熵。合金，科学374（6570）（2021）984-989。

[4] 施平、李荣、李勇、温文、钟勇、任文、沉子、郑涛、彭建、梁晓、胡平、民敏. Y. 张， Y. Ren, P.K. Liaw, D. Raabe, Y.-D. Wang, 分层裂纹缓冲使共晶人字形高熵合金的延展性提高了三倍， Science 373(6557) (2021 ) 912-918。