金属会“患病”吗

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1984年，美国“马丁202”运输机在正常航行中突然坠毁，找不到原因，1951年，英国一架“鸽式”飞机在澳大利亚正常飞行中在无任何故障的情况下坠毁，1952年美国“F-86”歼击机在空中爆炸，接着英国“彗星”喷气客机又“无缘无故”机毁人亡，这一系列偶然发生的空难事件，震惊了世界，特别是航空界，这些空难同样引起科学界的关注，他们对不同时间、不同型号的飞机残骸反复研究，认真试验，终于找到了原因，原来这些空难事故是由于金属患了“疲劳症”所致。金属的“疲劳症”主要是由于金属随着使用时间的延长，其内部会产生裂纹，微小的裂纹会慢慢扩展，但由于“病因”在金属内部，所以人是无法观察到的；但到了一定程度，金属就会“无疾”而终，造成机毁人亡。

金属“疲劳病”涉及范围十分广泛，航空、机械、原子能。造船等工业都普遍存在产品“疲劳”问题。据统计，现代工业中80％以上的机器、设备等产品被破坏都是因材料“积劳成疾”引起的。当然，科学界目前已有了诊治金属“疲劳症”的良方――“疲劳”力学。

有这样一个真实的故事：英国一支远征军即将投入作战时，发现凡是用黄铜材料制造的枪炮、弹药都发生了开裂现象。无独有偶，20世纪初，俄罗斯圣彼得堡的一个军需仓库发生3起“案件’。在这个军需仓库里保存着一大批军衣，一天，军需官来检查仓库，结果使他大吃一惊。因为所有军服上的锡纸钮扣都不见了，一些装军服扣的箱子里堆满了灰色粉末，这可把军需官吓坏了，因为他可能因“”罪被送上军事法庭，被戴上“盗窃军用物资”的帽子而充军服苦役。后来，―位化学家帮了他的忙。化学家与军官一起到沙皇那里，请求沙皇给他一个锡盘，然后把锡盘放在皇宫院子里的一条石凳上，过于几天，化学家再请沙皇把锡盘拿起来。这时，奇怪的事情发生了――当沙皇去拿锡盘时；锡盘顿时变成了一对粉末。化学家对沙皇说，你要捉拿的“罪魁祸首”就是严寒！原来锡在低温时其晶体结构会发生变化，由灰状变为粉末，人们把锡的这种“疾病”称为“锡疫”。更令人害怕的是“锡疫’’会迅速传染，如果用一块患了“锡疫”的锡板去接触另一块完好的锡板，由于原子运动的原因，好的金属锡板很快会被“传染”上灰色的斑点而逐渐“腐烂”崩溃。

科学家对锡是怎样从固体变为粉末的研究经历了很长时间；欧洲中世纪有的教土认为“锡疫”与鬼神有关、是巫婆搞的鬼，为此不少巫婆甚至本来是清白无辜的人，被这些传教士的“锡器病变”所迫害和连累。

在金属中除了锡会患低温病变，“坚强无比”的钢铁也会患低温“感冒”。1938年和、1940年，在比利时的哈塞尔特城和海伦赛贝斯城先后发生了两次钢桥在严寒申坍塌事故。1943年，美国一艘刚完成试航任务的油船又自行断裂沉没，1938――1942年，全世界共有约40多座钢桥倒塌，1950年美国的“北极星”导弹在试验发射时，固体燃料发动机的机壳也发生了爆炸，开始人们以为是材料强度不够造成的；于是一味追求高强度材料，但在1945年，加拿大魁北克的一座认为是“坚固无比”的钢桥在35℃的低温下自行断裂坍塌才终于使人们认识到，这些事故是低温时钢铁“冷脆转变”的结果。在以往的设计中，人们总认定材料是内部均匀、连续且各向同性的完整晶体。实际上材料在冶、轧、铸、旱、热处理的工序中，常引入包括气体在内的杂质或产生微裂纹，这些潜在破坏因素在使用时间过长，或低温时都会导致材料的断裂，此外，金属内部的原子空位，填隙原子等原子位错也是导致金属不适应低温断裂的重要原因。

不仅钢铁低温易断裂，其他金属如镁、铝等低温下也会变脆，经不起打击和碰撞，只有铜可以抵抗低温甚至超低温。上述第一例黄铜枪炮和弹药壳的断裂是什么原因引起的呢?原来这是氨分子的作用。由于黄铜对氨和亚硝酸盐很敏感，所以空气中若含一定量的氨，黄铜就会出现“自毁“的现象。

科学研究表明，不同的金属对不同的环境介质有不同的敏感性，又如不锈钢对氯很敏感，其原因是不锈钢表面有一层起保护作用的钝化膜，氯离子能破坏这层保护膜，引起“电池效应”，钢铁类也可以组成微电池而逐步在点腐蚀周围造成小裂缝，进而开裂。大多数金属或合金金属都害怕酸性及潮湿环境。

此外，金属还会患其他各种”疾病“，目前科学界通过改变金属内部结构等多种方法来预防和诊治各种“金属病”。