黑色金属为什么呈现黑色？真的都是黑色的吗
黑色金属为什么呈现黑色？真的都是黑色的吗01电路板上的铜线圈 图片来源：Veer图库
自从20世纪后期社会从工业化时代进入信息化、全球化和知识化的时代，社会生产力的发展对材料的要求不断提高，同时，由于科学的快速发展以及材料生产技术的成熟，其他各类材料也得以飞速发展，但金属材料作为最重要的结构和功能材料的地位却始终难以撼动。
在各种各样的材料里，金属可谓充当了“顶梁柱”的作用。看看你的周围，一定存在着由金属制成或参与制成的东西。一个最形象的例子是每个人都离不开的手机，少了金属，就会变成一块无用的砖头。
电路板上的铜线圈
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01
黑，是五彩斑斓的黑
提到金属，你的脑海里会浮现出什么景象呢？是金光闪闪的项链首饰，抑或是闪耀着金属光泽的锅碗瓢盆？不知道你发现了没有，每当提到金属，我们好像从来不会把它和黑色联系到一起，但“黑色金属”确实是金属中一个大类！
“黑色”这个词很容易使人们误以为黑色金属一定是黑色的，而有色金属一定是五彩斑斓的。基于此，不少人认为银白色的铁、铬和银灰色的锰应该都不是“黑色”金属。那为何要将三者及其合金归到黑色金属的范畴内呢？
原因是这样的：黑色金属是工业上对铁、铬和锰的统称，亦包括这三种金属的合金。事实上纯净的铁和铬是银白色的，而锰是银灰色。由于钢铁表面通常覆盖一层黑色的四氧化三铁，而锰和铬主要应用于冶炼黑色的合金钢，所以才会被误以为是“黑色”金属。
钢铁和黄金分别代表黑色金属和有色金属
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金属两大门派之争
对于金属，官方定义是“具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的电阻温度系数的物质”。
金属是个大家庭，这个大家庭内一共有86名成员。通常人们根据它们的颜色和性质等特征，将其分为两个“门派”：黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、铬、锰及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等，有色金属则泛指黑色金属以外的金属，又名非铁金属，就是铁、铬、锰这些金属以外的所有金属的统称。
元素周期表
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两者不仅名称不同，它们的产量也大相径庭！有色金属由于种类众多，其矿产地的数量也就比黑色金属要多得多。而黑色金属虽然矿产地少，但是其每个矿产地的产量可是很多的，使黑色金属的总产量达到了世界金属产量的95%！并且铁、铬、锰这三种金属都是冶炼钢铁的主要原料，而钢铁在国民经济中占有极其重要的地位，亦可作为衡量国家实力的重要标志。
03
有趣的名字来源
“有色金属”英文翻译为“Nonferrous Metals”，与“黑色金属”的英文翻译“Ferrous Metals”相对应。据一位长期从事有色金属行业工作的老先生讲，当初将“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻译为“黑色金属”和“有色金属”的过程，也是一个有趣的故事。
最早翻译“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”的学者认为，如果直接翻译为“铁的金属”和“非铁的金属”，或“含铁的金属”和“不含铁的金属”，虽然考虑到了翻译的准确性，却不够简洁，在使用上也十分拗口。于是这位学者跳出惯性思维，从金属的光学性质出发，进行了翻译中的再创造。
纯净的铁是银白色，但在人们日常工作、生活中常常见到的铁，却是黑色。这是因为铁的表面覆盖了一层黑色的氧化膜：四氧化三铁。也正是由于这层氧化膜，使铁给人们留下了黑色的印象，于是从这个角度出发，将“Ferrous Metals”创造地翻译为“黑色金属”。
生锈的钢铁和纯净的钢铁 图片来源：中科院金属所先进钢铁材料研究部
有了“黑色金属”的存在，又考虑到银是白色、金是金色、铜是黄色、铅是灰色，“非铁的金属”呈现多彩的光学特性，于是将“Nonferrous Metals”翻译为“有色金属”。从此，“黑色金属”和“有色金属”便成为汉语中的“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”在行业中传播开来。
04
金属，社会发展的“顶梁柱”
金属材料可以说是人类社会发展的推动者，因为它在人类社会的各个转型期都起到了举足轻重的作用。在人类社会发展史上，继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，都以金属材料的应用为其时代的显著标志。
青铜兽面纹鼎 图片来源：故宫博物院
第二次世界大战后，科学技术的进步促进了新型材料的发展，球墨铸铁、合金铸铁、合金钢、耐热钢、不锈钢、镍合金、钛合金和硬质合金等相继被研发出来并被应用于实际生产。
到了现代时期，金属材料的研发已经不止局限于传统的纯金属、纯合金方向。随着基础理论、工艺技术的完善，新的金属材料得到了迅速发展。其中包括纳米金属，高/中熵合金，定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金等[1-4]。
各种各样的金属材料已经成为人类社会发展的重要物质基础，农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开金属材料的支持，小到农具、机械零件、日常用品，大到飞机、导弾、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由金属制成。
目前世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展金属、有色金属工业，增加金属的战略储备。可以说，金属材料是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。
出品：科普中国
作者：刘腾远（中国科学院金属研究所）
监制：中国科普博览
参考文献：
[1] K. Lu Making strong nanomaterials ductile with gradients Science 345(6203) (2014) 1455-1456.
[2] W. Xu B. Zhang X.Y. Li K. Lu Suppressing atomic diffusion with the Schwarz crystal structure in supersaturated Al–Mg alloys Science 373(6555) (2021) 683-687.
[3] Q. Pan L. Zhang R. Feng Q. Lu K. An A.C. Chuang J.D. Poplawsky P.K. Liaw L. Lu Gradient cell–structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility Science 374(6570) (2021) 984-989.
[4] P. Shi R. Li Y. Li Y. Wen Y. Zhong W. Ren Z. Shen T. Zheng J. Peng X. Liang P. Hu N. Min Y. Zhang Y. Ren P.K. Liaw D. Raabe Y.-D. Wang Hierarchical crack buffering triples ductility in eutectic herringbone high-entropy alloys Science 373(6557) (2021) 912-918.
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来源：科学辟谣
编辑：云开叶落
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