金屬材料的歷史現狀及未來
一、金屬材料的歷史
人類在大約公元前五千年由石器時代進入銅器時代，而後又在公元前一千二百年步入了所謂的鐵器時代。此時出現的金屬材料表明當時的社會生產力達到了一個新的高度，人們發現陶器能夠承受高溫，掌握了用火在陶質容器內把金屬熔化、然後將液態的金屬倒進模腔內，以鑄成所需的工具。金屬銅的應用早於金屬鐵，這是因為天然銅在自然界中存在而鐵則被氧化，同時金屬銅的熔點比金屬鐵的要低。在鍊銅技術逐步提升時，我們的祖先已經不知不覺的發現了“合金”，最早的合金可能是青銅，它大約由百分之十的錫及百分之九十的銅構成。隨著青銅技術的不斷髮展，人們意識到增大錫的比例會使合金變硬換句話說，“合金”比單一的金屬擁有更好的效能。此後，更延伸出黃銅等適用於不同場合的合金。不久，人類社會從青銅時代進入鐵器時代。鐵器時代已經能運用很複雜的金屬加工來生產鐵器。鐵的高硬度、高熔點與鐵礦的高蘊含量，使得鐵相對青銅來說來得便宜及可在各方面運用，所以其需求很快便遠超青銅。而在幾百年後的歐洲，資本主義萌芽帶來的社會化大生產也促使著金屬的冶煉和材料的製造向著工廠化、規模化發展。一些效率更高的大型鍊鐵爐被建造起來。英國在18世紀初已經出現了“高爐”的原型，日產鐵以噸計。一開始工人們使用木炭等天然燃料，後來改用焦炭，並安裝上鼓風機，從此慢慢演變為近代的高爐，這是鍊鐵工業的起點。由於鐵的大規模生產，人類物質文明的進一步提高，鐵軌等應運而生。19世紀一個英國人找到了將鐵煉成鋼的方法。他把空氣直接鼓入鐵水中,使雜質燒掉。後來知道，鐵水中含有C、S、P等雜質，將影響鐵的強度和脆性等；為提高鐵的效能，需要對鐵水進行再冶煉，以去除上述雜質。對鐵水進行重新冶煉以調整其成分的過程叫作鍊鋼。在之後的一些由於鐵的效能不足而引發的事故中，人類意識到鋼是更適合的工程材料，於是代替鐵軌的鋼軌等鋼材在人類社會中蔓延開來。由於金屬材料的優良導電性，第二次工業革命的迅速開展並使人類步入電
氣時代。近代以來，合金鋼以及其他金屬材料飛速發展。高速鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、電工用鋼等特種鋼如雨後春筍般地相繼出現，其他合金如鋁合金、銅合金、鈦合金、鎢合金、鉬合金、鎳合金等等加上各種稀有合金也不斷髮展，金屬材料在全社會的經濟發展中具有了不可替代的地位。
二、金屬材料的現狀
金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。當前，金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。黑色金屬材料又稱為鋼鐵材料，包括工業純鐵、鑄鐵、碳鋼材料，以及各種用途的結構鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、高溫合金不鏽鋼等鋼材。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金材料。有色金屬材料是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金材料，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬材料等，有色合金材料的強度和硬度一般比純金屬材料高，並且具有電阻大、電阻溫度係數小的特點。特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有透過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、奈米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基複合材料等。同時，我們也形成了對金屬材料研究的一系列系統方法。把金屬的'表面磨光拋光,然後放在酸中浸蝕、在顯微鏡下即可觀察不同的花樣也就是顯微組織結構，從而研究金屬的效能形成了金相學。金相學的出項幫助人們揭示金屬材料微觀的奧秘。X射線的出現及應用於觀察金屬中原子的排列促使人們瞭解各種金屬中原子在空間分佈的規律，加深了人們對金屬的微觀結構的認識透過金相和X光衍射等手段，人們對金屬材料的成分、顯微組織結構和效能間的關係進行了大量研究，發現了許多規律，解釋了大量過去不可思議的現象，奠定了金屬材料科學的基礎，並大大推動了合金鋼及熱處理等科學技術的發展。當今，人們在金屬材料的領域中，逐步由經驗上升為理論，由被動變為主動，
由理論去指導實踐，再由實踐去發展理論。
三、金屬材料的未來
當下社會，金屬材料在人類社會中的地位受到了前所未有的挑戰。一方面是高分子材料和陶瓷材料對傳統金屬材料造成衝擊。首先是高分子材料。高分子材料尤其是工程塑膠，從效能到應用的許多方面已能和傳統的金屬材料相抗衡，加上其原料豐富、價格便宜、產量驚人，已經迅速崛起。其次是陶瓷材料，陶瓷材料在現代電子工業中佔有異常重要的地位。另一方面金屬材料自身對能源、資源和環境三方面造成的消耗很大。金屬材料經過數千年的發展，某些主要的金屬礦產資源日漸緊張、高質量的金屬礦產很快減少、低質量的礦物使能源消耗和成本增加，這些都使金屬工業成為能源的最重要消耗者，同時也是嚴重的環境汙染者。基於以上的原因，金屬材料的發展可以在以下兩個方面進行：
一是對已有的金屬材料要最大限度地提高它的質量，挖掘它的潛力，使其產生最大的效益。這要求金屬材料的製造技術要有飛躍性的進步。冶煉技術、爐外精煉技術、鑄造技術、連鑄連軋技術、近終形加工成型技術、熱處理技術、粉末冶金技術等傳統工藝的改進，加上微量雜質的控制技術、微量元素的合金化技術、高純淨度低偏析技術等的發明，都使金屬材料煥發了第二春。
二是希望金屬材料能夠開拓出新的功能，以適應更高的使用要求。如鈦合金的記憶性以及生物親和性等，都是傳統金屬材料在未來發展的新方向。
總之，回顧了金屬材料的歷史、現狀和未來，我們有信心相信，金屬材料會在人類社會的明天展現出更好地服務人類的一面。
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