1855年,法國皇帝為了展示自己的成績,在巴黎一次世界博覽會上展出了這塊德維爾提煉的鋁,給它起名“來自黏土的白銀”,並向世界宣稱鋁是法國人的發明。但德維爾卻明白,這項殊榮不屬於自己和自己的國家。他親手用鋁鑄了一枚上麵刻著維勒的名字、頭像和“1827”圖樣的紀念章,將它送給了德國的同行、發現鋁的先驅維勒。
不過,那時鋁的價格仍然不菲,雖然生產鋁的原料隨處可見。但由於人們還沒有找到一種更有效的提煉方法,致使鋁無法成為大眾產品。而“助熔劑”的發明卻改變了這種局麵。
在美國的化學家查爾斯、馬丁、霍爾生活的年代,煉鋁的方法已發展到電解氯化鋁的時代,但這種方法卻無法降低成本和提煉大量的鋁。
霍爾畢業後,開始研究製鋁的新方法。他發現電解熔鹽製鋁法是將氧化鋁熔化,經電解後在陰極上得到純鋁。所以成功的關鍵是想辦法將高達2072益的氧化鋁的熔點降低。因此,霍爾開始試著尋找這樣一種物質。經過多次實驗之後,他終於找到了一種含鋁的複鹽——冰晶石作為電解時的助熔劑,使氧化鋁在約1000益的溫度下就能在熔化的冰晶石中進行電解。這種助熔劑的發現使大規模提煉鋁在設備、技術上都切實可行,而且大大降低了生產成本。
1886年,霍爾拿著自己用新技術提煉出來的鋁塊向美國鋁業公司售出了這一方法的專利。從此,鋁從“貴族”變成了“平易近人的平民”。同年,法國的一位大學生保爾·路易·托聖特·赫洛特也幾乎同時獨立發明了與霍爾相同的煉鋁法,並也在這一年取得專利。
人們將霍爾和赫洛特所發明的提煉鋁的方法叫“助熔劑”法。助熔劑的發明,不但降低了鋁的生產成本,更重要的是使鋁成為一種重要的原料,而且這一方法為人們更好地利用這種金屬提供了更廣闊的前景。
鋁真正變為徹底的“平民”是在19世紀末。1887年,隨著世界上第一台大型電解裝置的問世,為鋁的大規模生產提供了條件。各國相繼將鋁應用於日用品、電氣工業和造船工業中,鋁成為人們生活中不可或缺的金屬。這一切都應感謝那些改變人類生活的偉大科學家。
金屬也有極限嗎
談到金屬疲勞,大家一定覺得很奇怪,難道金屬也會疲勞嗎?會的,它跟人一樣,超過了一定限度,就會疲勞。
我們不妨用鐵絲做個實驗,如果直著去拉,那是很難折斷的,但要是反複彎折,就很容易弄斷了。這說明,像鋼鐵這樣的金屬,在反複變化的外力作用下,它的強度要比在不變外力作用下小得多。人們便把這種現象叫做金屬疲勞。
金屬雖然像人一樣會發生疲勞,但卻同人的疲勞有著本質的區別:人疲勞後,經過一定的休息就可以恢複,而金屬疲勞則永遠不能恢複,因而造成許多惡性破壞事故,如輪船沉沒、飛機墜毀、橋梁倒塌等。據估計,在現代機器設備中,有80%—90%的零部件的損壞,都是由金屬的疲勞造成的。因為金屬部件所受的外力超過一定限度,在材料內部抵抗最弱的地方,會出現人眼察覺不到的裂紋。如果部件所受外力不變,微小的裂紋就不會發展,材料也不易損壞。如果部件所受的是一種方向或大小經常重複變化的外力,那麼金屬材料內部的微小裂紋就會時而張開,時而相壓,時而互相研磨,使裂紋擴大和發展。當裂紋擴大到一定程度,金屬材料被削弱到不再能承擔外力時,隻要有一點偶然的衝擊,零部件就會發生斷裂。所以,金屬疲勞造成的破壞,往往都是突如其來的,沒有明顯的跡象讓人察覺。
金屬“疲勞”一詞,最早是由法國學者彭賽提出來的。但對金屬疲勞進行研究的,則是德國科學家A郾沃勒,他在19世紀50年代,就發現了表現金屬疲勞特性的S—N曲線,並提出了疲勞極限的概念。盡管對金屬疲勞的研究已經有100多年了,作為綜合性的應用學科,已經從物理學的固體力學和金屬物理學領域中分離出來,但許多問題仍沒有得到解決。
現在,人們對金屬的疲勞問題仍在不懈地探索著。其中人們最為關注的,是如何對現代化工業設備采取預防和保護措施,防患於未然。比如,選擇具有較高抗疲勞性能的材料,防止應力集中,合理布局結構,提高構件表麵加工質量,采用一些新技術和新工藝等。
再就是從理論上探討金屬疲勞造成破壞的原理是什麼。在這方麵,科學家們進行了各種各樣的分析和研究。在疲勞破壞機理的研究中,就有人提出循環軟化、滑移、位錯、空洞合並和拉鏈等說法;在疲勞積累損傷方麵,目前已建立了幾十種損傷理論,包括線性理論、修正理論經驗公式和半經驗公式等;在疲勞裂紋擴展方麵,已提出了幾十個裂紋擴展公式。但這些觀點和實驗方法,都具有很大的局限性和片麵性,還需科學家們付出更多的辛勞和努力。