黑色金属包括哪些工业金属

黑色金属在工业上泛指铁、铬和锰这三种金属，同时也包括它们的合金，特别是合金钢和钢铁。与黑色金属相对应的是有色金属。需要澄清的是，纯净的铁和铬实际上是银白色的，而锰则是银灰色。由于钢铁表面常常覆盖着一层黑色的四氧化三铁，同时锰和铬在冶炼过程中常用于制造黑色的合金钢，因此这三种金属被误称为黑色金属。

铁，这种化学元素，其化学符号为Fe，源自拉丁语中的“ferrum”，意为铁。它拥有原子序数26，原子量55.u，被归类为第一列过渡元素，位于周期表的第8族。在地球上，铁的占比极为丰富，是地核的主要成分，同时也是地壳中含量排名第四的元素。地壳中的纯铁相当稀少，几乎仅存在于陨石之中。尽管铁矿的储量颇为丰富，但要从铁矿中提炼出可用的铁金属，必须使用温度高达°C以上的窑或火炉，这一温度要求比冶炼铜还要高出°C。人类在欧亚大陆开始采用这种工艺大约是在公元前年，而到了公元前年左右，铁在某些地区已开始逐渐取代铜合金，成为工具和武器的制作材料。这一历史事件标志着从铜器时代向铁器时代的转变，也为一些历史帝国的崛起奠定了基础。凭借其卓越的机械性能和低廉的成本，铁合金（例如钢、不锈钢和合金钢）至今仍然是工业领域中使用最为广泛的金属。

在化学属性上，铁主要以二价铁离子和三价铁离子的形式存在。它不仅拥有其他过渡金属的共有特性，还与第8族元素、钌和锇等元素相似。铁能够形成多种氧化态的化合物，其氧化态范围从-2到+7。此外，铁还能与多种配体结合，形成诸如二茂铁、草酸铁离子及普鲁士蓝等错合物，这些化合物在工业、医学及研究领域中都有着广泛的应用。平滑的纯铁表面呈现出如镜般的银灰色，然而，铁极易与氧和水发生反应，生成棕色或黑色的水合铁离子，即我们常说的铁锈。值得注意的是，不同于其他金属表面形成的钝化层氧化物，铁锈的体积会逐渐增大并超过原始金属，从而造成其容易剥落，露出新的表面继续锈蚀。

锰，这种化学元素拥有独特的化学符号Mn，原子序数为25，原子量则精确到54.u。在自然界中，锰并不以单质形态存在，而是常与铁结合，形成各类矿物。这种过渡金属在工业领域发挥着至关重要的作用，尤其是不锈钢的制造过程中，锰是不可或缺的原料。历史上，锰的命名源于希腊马格尼西亚地区，这里曾是软锰矿及其他黑色矿物的产地。该地区名称源自其丰富的镁矿和磁铁矿资源。到了8世纪中叶，瑞典裔德国科学家卡尔·威廉·舍勒开始利用软锰矿制造氯气，这时他已意识到软锰矿（当时未知为二氧化锰）中蕴藏着其他未知元素。然而，受限于当时的技术，他无法单独分离出这个新元素。直至年，约翰·戈特利布·甘恩成为首位成功从金属样品中分离出锰元素的人。他通过碳还原含二氧化锰的矿物，得出了纯净的锰。

锰，这种灰白色的金属，虽然脆硬却拥有独特的物理性质。在工业领域，锰的应用广泛。炼钢时，掺入2％以上的锰可以制造出坚硬、强韧且耐磨的锰钢，这种钢材常用于制造钢磨、滚珠轴承以及铲斗等部件。此外，高含量的锰钢也被用于制造钢盔、坦克钢甲以及穿甲弹弹头等军事装备。同时，锰的磷酸化产物被广泛应用于钢铁防锈或防腐，而锰离子则可制成多种工业染剂，其颜色取决于不同的氧化数。值得一提的是，碱金属过锰酸盐或碱土族过锰酸盐具有极强的氧化性。另外，二氧化锰在电池制造中也有着不可或缺的作用，它可以作为碳锌电池或碱金属电池中的阴极材料，接受电子对并参与电池反应。

铬，这种化学元素，其拼音为ɡè，注音为ㄍㄜˋ，在南京官话中发音为g?5，粤语拼写为gok3。它的英语名字是Chromium，源自拉丁语中的χρ?μα，翻译为chrōma，意为“颜料”。铬在元素周期表中占据着第六族的领先位置，其元素符号为Cr，原子序数为24，原子量为5.u。这种银灰色的过渡金属，兼具金属光泽与硬脆特性，莫氏硬度高达8.5，位列金属之首。铬不仅是高价值的金属，更因其高度抛光后仍能抵抗锈蚀的特性而备受推崇。同时，它也是不锈钢的关键添加物，赋予了不锈钢出色的防蚀性。此外，抛光后的铬金属能反射约70%的可见光和近乎90%的红外光，其命名正是由其希腊语原意“色彩或颜料”而来，因为多数铬的化合物都呈现出丰富多彩的颜色。铬铁合金是通过一系列复杂的化学反应生成的。首先，铬铁矿会经历硅热或铝热反应，再与铬金属经过锻烧和浸滤的过程。接着，通过碳元素和铝金属的还原作用，最终生成铬铁合金。铬金属的独特价值在于其出色的耐腐蚀性和硬度。在钢铁生产中，金属铬的发现是一个重大突破，因为它能使钢材兼具高度耐腐蚀和褪色特性，从而形成不锈钢。不锈钢和镀铬产品（通过电镀法生产）在商业领域占据着85%的份额。

铬，这种银白色的金属，以其高硬度著称，且不易腐蚀。在电镀领域，铬是不可或缺的金属材料。此外，铬还广泛应用于机械制造、枪炮筒生产、坦克和装甲车制造等多个领域。不锈钢的炼成则更是离不开铬，通过掺入占全体2%以上的铬以及一定量的镍，不锈钢拥有了出色的耐锈性，成为建筑材料和餐具的理想选择。

历史上，铬的发现也颇具传奇色彩。76年，法国人约翰·戈特洛布·莱曼在乌拉山区发现了西伯利亚红铅矿石，但实际上这种矿石是由铬铅矿构成的。年，彼得·西蒙·帕拉斯在同一地点也见到了这种矿石。这种金属被带回欧洲后，被误当作颜料使用于油画等地。当时欧洲的铬铅矿主要依赖俄国进口，产量有限。

年，法国人路易-尼古拉·沃克兰得到了一些铬铅矿样本。经过与盐酸的反应，他成功制成了三氧化铬。年，他又进一步从三氧化铬溶液中分离出铬，确认其为一种新的化学元素。这一发现为后来铬的广泛应用奠定了基础。

值得一提的是，年中国兵马俑二号坑的发掘中，考古学家们发现了一批秦朝青铜剑外层镀上了一层含有约0微米的铬盐化合物。这一发现表明，早在秦朝时期，我国就已经开始使用铬盐进行金属表面的防腐处理了。尽管当时的涂布工艺已失传，但这一发现无疑为研究我国古代金属防腐技术提供了宝贵的线索。