在浩瀚的材料国度里，金属的地盘最大，历史最久。在人类已发现的116种元素中，金属占了93种，称的上是一个“名门望族”。数千年来，金属材料的发现和应用，开创了人类物质文明的新纪元，加速了人类社会的发展。
传统金属材料
一、铜
在人类历史的发展长河中，铜是继陶瓷之后的第二种人造材料。纯净的铜在自然界中很少见，一般与其他的金属混合在一起以矿物的形式出现或者是以化合物的形式存在。常见的铜矿石是孔雀石，它的颜色和孔雀开屏时的尾巴的颜色相似，因此而得名。孔雀石放在炉内加热很易制得铜；此外还有黄铜矿、辉铜矿等。
纯净的铜比较柔软，容易加工，但是如果做工具或武器其硬度却是远远的不够。随着人类的生产经验的不断积累，在其中加入一定比例的锡或铅就可以熔铸成了硬度较大、韧性更强的铜的合金，由于这样的合金显青色，故称为青铜。早在4500年前，我国就已经用冶炼青铜来铸造各种器物，在殷商时期，达到了相当高的水平。著名的青铜器中的“王者”——司母戊大方鼎，高达到135.6cm，长115.3cm，宽79.4cm，重875kg，是世界同时代青铜器中重量最大的。1965年12月，我国在湖北一座楚墓中发掘出两把宝剑，其中一把刻有“越王勾践，自作用剑”的青铜剑，出土后依然光彩照人，毫无锈蚀之迹。当试验者把剑轻轻一挥，竟把19层叠在一起的白纸斩断；由此也看出我国古代青铜冶炼的高超技术。
在铜的合金中比较重要的还有黄铜和白铜。黄铜是铜和锌合金，由于显黄色而得名。由于黄铜其色似金，现在一般装饰用的“金粉”、“金箔”、“金字”等都是用黄铜做的。由于黄铜耐磨，耐腐蚀，可做钥匙、水龙头、轴承等。在社会中，一些不法分子利用的“黄金”来干一些违法的事情，这些所谓的“黄金”其实就是黄铜。
白铜是铜和镍的合金，由于其色如银，但价格低廉，深受人们的喜爱。我国古代劳动人民很早就学会了冶炼黄铜和白铜，在波斯语中，白铜又称为“中国石”。
二、铁
陨铁是人类最早发现的铁，在各个文明古国中发现的最早铁器都是用陨铁制成的。陨铁的量虽然很少，但是却为人类认识铁以及在自己的生存环境中寻找铁奠定了坚实的基础。
早在公元前1000年，我们的祖先就已经掌握了炼铁的技术，但在当时冶炼的铁的主要用途是制作武器随着人类对铁的认识不断的加深，铁也广泛的应用到社会生产的各个领域。
在当时铁的价格比较低廉，因此逐渐代替了被富有阶层所独占的青铜。从材料的发展历史来看，材料的纪元始于青铜，但是从对世界文明史的影响程度来看，铁的作用要比青铜大得多。从人类的历史发展角度来看，自从有了铁，他们才开始真正的使用金属。在铁器时代耕作者的锄和锅逐渐使用铁制品，各种工具如凿子、钻、锤、锥等也开始用铁制品，生产和生活条件大为改善，生产力水平显著提高。
在工业革命以前，铁对人类文明的促进作用是缓慢的，1840年，工业革命爆发以后，铁以惊人的速度推动了社会生产力的不断向前发展。从1750～1850年的100年内，作为材料的铁（最初是铸铁，后来是钢），作为加工手段的铸造机、轧制机、机床和作为产品的蒸汽机相互作用，迅速进步，支持着19世纪后半期的文明世界。这一时期，铁给人类以力量，使人类能随心所欲地掌握能源、发展文明。
三、铝
铝是自然界中含量最多的金属元素，占地壳总质量的7.51％。但由于铝的性质活泼，能与氧结合紧密，所以在自然界中没有游离态的单质铝存在，另外由于铝原子和氧原子结合的非常紧密这给铝的冶炼带来了非常大的困难；因此，在人类的发展过程中对铝的认识和利用都比较晚。
正式因为如此，德国化学家维勒经过17年的不懈努力，终于在1845年成功的制得了一粒别针大小的铝。据说，法是拿破仑三世举行宫廷宴会，来宾用的是金餐具，而唯独他用的是铝餐具，使宾客们羡慕不已。因为当时铝极稀少，价格远高于黄金。直到19世纪40年代，铝仍然是一种有珠宝价值的珍贵金属。1889年俄国著名化学家门捷列夫到伦敦讲学，伦敦化学会送给他的贯重礼物就是铝合金制的花瓶和杯子。
到了19世纪末，科学家成功的用电解的方法成功的获得了单质的铝，接着就大规模的投入了生产，铝的价格也因它的产量不断的增加而降低。
到20世纪初，珠宝商人已失去对铝的兴趣，但是由于铝合金具有密度小、硬度大、强度高、导电导热性好等优点，受到了整个工业界的青睐，被广泛用于航空、化工、交通、建筑、国防等工业，家庭日用品中也日渐常见，逐渐成为继铁之后又一对人类发展产生重大影响的金属。从1919年开始，铝合金就开始用于飞机制造，此后铝和航空事业紧紧连在一起了。
新型金属材料
一、会记忆的金属
我们将要介绍的会记忆的金属实际是一种合金，确切地说应为“记忆合金”即指某种材料在一定温度条件受到外力作用时会发生变形，当外力消失以后，它仍能保持原来的形状，而当温度上升到某一数值时，这种材料又会自动恢复到变形前的形状，这样以来似乎它真的有记忆的功能。
记忆金属是美国海军军械局一个研究小组在进行研究的时候偶然发现的。在20世纪60年代初的一天，这个研究小组人员从仓库领来一批乱糟糟的镍钛合金丝，花了九牛二虎的力气才它们一根根弄直，然后顺手把它们堆放在炉边，可是不一会儿却又恢复到原先弯曲的形状。这个偶然的现象引了研究人员的高度的重视，开展了反复的实验研究，最后终于发现50％的镍和50％钛制成的合金。这种合金当温度升高到40℃以上时，能记住自己原来的形状，科学家们把这种现象叫做“形状记忆效应”。后来经过许多科学家的努力又发现了铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。
记忆合金可以用来制各种管子接头。用记忆合金加工成内径比欲连接管子的外径小4％的套管，然后在一定条件下将套管扩径约8％，装配好后，再升高温度，套管的内径恢复到原尺寸，紧紧收起，把管子封接得非常严密。像美国的F－14战斗机的油压系统中使用了10万个这样的接头，从未发生过漏油、脱落等事故。
记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。
记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。
记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过“记忆”功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。
作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。
另外，记忆合金还广泛应用于人体矫形外科、智能自控、日常生活等许多领域，在将来必为人类做出更多的贡献。
二、最有潜力的金属
钛被誉为是21世纪的金属，也是最有潜力的金属之一。在地壳中钛的含量位于第9位，但是由于钛的性质和铝相似，熔点很高（1725℃），必须在高温下才能冶炼，而高温下钛的化学性质又很活泼，因此钛比铝更难冶炼。所以虽然钛在自然界的含量很高，但应用却很晚。从1791年钛被发现，直到1947年经过漫长的一个半世纪才实现了工业化生产，且开始的产量很少，到19世纪80年代才有较大的发展。
现在世界上钛的产量还很少，因此它的知名度自然会稍逊铁和铝，但由于其优良的性质已经在航空、航天、航海、医疗等领域初露头角。科学界的许多人都预言，21世纪金属钛将是冶金工业的最重要产品。
1.航空工业。由于钛有很好的耐热、耐冷性能，密度较小（为4.51g/cm3）。加上它强度高（为铝的3倍），因此它能忍受飞机、导弹等超音速飞行时与空气摩擦产生的高达400℃～500℃的高温。因此，钛合金已逐步取代了铝和钢铁，成为最重要的航天材料，全世界约有一半以上的钛用在航空工业上。
一架波音747客机用钛达3600kg，一架F－15战斗机的用钛大约为7000kg，一架B－l轰炸机的用钛量更是高达70000kg，而超音速飞机上钛合金几乎占总机体重量的95%。对飞机来说，使用钛合金使飞机重量减少，就可节省燃料，加快速度和延长航程。对远程导弹来说，减少重量就意味着射程的增加。例如：导弹每减轻1kg，大约可增射程7.7m。
2.航海工业。用在海洋建设中的材料最重要的是防止其被海水腐蚀，而钛在海水中几乎不受腐蚀，有人曾通过实验和计算得出，一个钛盘在海水中浸泡1000年，表面腐蚀掉的钛只有0.02毫米左右厚。因此，用钛和钛合金制造军舰、潜艇，不仅可以减少腐蚀，还可以减少重量，增加速度和攻击力，增加潜水艇的潜水深度，例如曾经出事的俄罗斯核潜艇“库尔斯克号”的外壳就是用钛合金制成的。今后，随着钛的产量的提高，钛一定会从“空间金属”发展成为“海洋金属”。
3.医疗领域。用钛制的“人造骨骼”代替不锈钢，可留在人体内，可避免接骨愈合之后，需重新进行手术取出钢片的麻烦和痛苦。所以钛又被人们称为“亲生物金属”。
另外，钛还可用来制造高级金属工艺品和日用品。钛的氧化物——二氧化钛是现在世界上已知的最白的物质，且无毒，广泛用来涂漆飞机、汽车等，1g二氧化钛就可以把450多cm2的面积涂得雪白。钛的氯化物——四氯化钛，由于通水蒸气可水解产生浓烟，因此可用作烟幕弹。
贮氢合金
氢气是一种非常理想的能源。它来源广泛，燃烧产物是水，既不污染又可重复利用。但是由于制氢工艺和如何储氢的工艺一支没有很好解决，所以直到现在还没有得到广泛应用。为什么上述的两个问题就阻碍了氢能源的发展呢？原来是制氢工艺，用电解水和热化学法制氧的能耗大，成本较高，而利用太阳能进行光分解法制氢的研究还刚刚起步，还没有取得突破性进展。氢气的贮存，这是一个更大的难题，现在氢一般是在150个大气压下贮存在钢瓶内，即使如此，氢的质量也仅占钢瓶质量的1%～2%，且不安全，因此无法在工业和生活上大量使用。如果在低温下使用氢液化来贮存，需要降到－253℃以下，本身又要消耗大量能源，而且还需极好的绝热材料来维持低温，所用绝热材料的体积往往比贮氨设备的体积还要大。比如，宇宙火箭上贮存液氢和液氧的贮箱，占了火箭一半以上的空间。
为了更好的利用氢能源，解决上述问题，科学家们进行了艰苦的探索，终于在1968年发现了镁－镍合金具有贮氢的性能。它不仅能大量吸收氢气，还能在人类需要的时候把氢气“吐”出来。人们把它叫做贮氢合金，后来又陆续研制出了钛-铁、镍-钛等贮氢合金。
那么这样的合金的贮氢原理是什么呢？原来氢气与某些金属之间存在如下变化：2M十xH22MHx＋Q
这是一个动态的平衡，它要受到温度、压强及合金成分的控制。在一定温度和压强下，氢气与金属反应生成金属氢化物而贮存氢，这是的氢元素不是以离子的形式存在的，而是以原子的形式存在，氢原子密度比同样条件下的氢气大1000倍，相当于贮存1000个大气压的高压氢气。在使用时，只要稍改变一下压强和温度，就能使反应逆向进行，氢气重新放出，这样就克服了氢气难以贮存的难题。
在实际的应用中的贮氢材料应具备：贮氢量大、易活化（吸氢、放氢的条件容易达到）、吸氢与放氢的速度快、重量轻、成本低、寿命长。所以，到目前为止，虽然发现的贮氢合金已不下百种，但并不是都适宜作贮氢材料。现在，性能优良的贮氢材料还没有找到，总的来说，还处于实验室探索阶段。例如，1980年我国研制出一辆氢能汽车，贮氢箱重90kg，乘员12人，以50km/h速度行驶了40多公里，虽然成绩不是很理想，但可以看出贮氢合金的潜在功能。贮氢合金的使用前景是十分诱人的，在将来一旦研究取得突破，必将对人类的生产、生活带来深刻的影响。
