出品：科普中國
作者：劉騰遠（中國科學院金屬研究所）
監製：中國科普博覽
自從20世紀後期社會從工業化時代進入資訊化、全球化和知識化的時代，社會生產力的發展對材料的要求不斷提高，同時，由於科學的快速發展以及材料生產技術的成熟，其他各類材料也得以飛速發展，但金屬材料作為最重要的結構和功能材料的地位卻始終難以撼動。
在各種各樣的材料裡，金屬可謂充當了“頂樑柱”的作用。看看你的周圍，一定存在著由金屬製成或參與制成的東西。一個最形象的例子是每個人都離不開的手機，少了金屬，就會變成一塊無用的磚頭。
電路板上的銅線圈 圖片來源：Veer相簿
一、黑，是五彩斑斕的黑
提到金屬，你的腦海裡會浮現出什麼景象呢？是金光閃閃的項鍊首飾，抑或是閃耀著金屬光澤的鍋碗瓢盆？不知道你發現了沒有，每當提到金屬，我們好像從來不會把它和黑色聯絡到一起，但“黑色金屬”確實是金屬中一個大類！
“黑色”這個詞很容易使人們誤以為黑色金屬一定是黑色的，而有色金屬一定是五彩斑斕的。基於此，不少人認為銀白色的鐵、鉻和銀灰色的錳應該都不是“黑色”金屬。那為何要將三者及其合金歸到黑色金屬的範疇內呢？
原因是這樣的：黑色金屬是工業上對鐵、鉻和錳的統稱，亦包括這三種金屬的合金。事實上純淨的鐵和鉻是銀白色的，而錳是銀灰色。由於鋼鐵表面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵，而錳和鉻主要應用於冶煉黑色的合金鋼，所以才會被誤以為是“黑色”金屬。
鋼鐵和黃金分別代表性黑色金屬和有色金屬 圖片來源：Veer相簿
二、金屬兩大門派之爭
對於金屬，官方定義是“具有光澤、有良好的導電性、導熱性與機械效能，並具有正的電阻溫度係數的物質”。
金屬是個大家庭，這個大家庭內一共有86名成員。通常人們根據它們的顏色和性質等特徵，將其分為兩個“門派”：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要指鐵、鉻、錳及其合金，如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等，有色金屬則泛指黑色金屬以外的金屬，又名非鐵金屬，就是鐵、鉻、錳這些金屬以外的所有金屬的統稱。
元素週期表 圖片來源：Veer相簿
兩者不僅名稱不同，它們的產量也大相徑庭！有色金屬由於種類眾多，其礦產地的數量也就比黑色金屬要多得多。而黑色金屬雖然礦產地少，但是其每個礦產地的產量可是很多的，使黑色金屬的總產量達到了世界金屬產量的95%！並且鐵、鉻、錳這三種金屬都是冶煉鋼鐵的主要原料，而鋼鐵在國民經濟中佔有極其重要的地位，亦可作為衡量國家實力的重要標誌。
三、有趣的名字來源
“有色金屬”英文翻譯為“Nonferrous Metals”，與“黑色金屬”的英文翻譯“Ferrous Metals”相對應。據一位長期從事有色金屬行業工作的老先生講，當初將“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”翻譯為“黑色金屬”和“有色金屬”的過程，也是一個有趣的故事。
最早翻譯“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”的學者認為，如果直接翻譯為“鐵的金屬”和“非鐵的金屬”，或“含鐵的金屬”和“不含鐵的金屬”，雖然考慮到了翻譯的準確性，卻不夠簡潔，在使用上也十分拗口。於是這位學者跳出慣性思維，從金屬的光學性質出發，進行了翻譯中的再創造。
純淨的鐵是銀白色，但在人們日常工作、生活中常常見到的鐵，卻是黑色。這是因為鐵的表面覆蓋了一層黑色的氧化膜：四氧化三鐵。也正是由於這層氧化膜，使鐵給人們留下了黑色的印象，於是從這個角度出發，將“Ferrous Metals”創造地翻譯為“黑色金屬”。
生鏽的鋼鐵和純淨的鋼鐵 圖片來源：中科院金屬所先進鋼鐵材料研究部
有了“黑色金屬”的存在，又考慮到銀是白色、金是金色、銅是黃色、鉛是灰色，“非鐵的金屬”呈現多彩的光學特性，於是將“Nonferrous Metals”翻譯為“有色金屬”。 從此，“黑色金屬”和“有色金屬”便成為漢語中的“Ferrous Metals”和“Nonferrous Metals”在行業中傳播開來。
四、金屬，社會發展的“頂樑柱”
金屬材料可以說是人類社會發展的推動者，因為它在人類社會的各個轉型期都起到了舉足輕重的作用。在人類社會發展史上，繼石器時代之後出現的銅器時代、鐵器時代，都以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。
青銅獸面紋鼎 圖片來源：故宮博物院
第二次世界大戰後，科學技術的進步促進了新型材料的發展，球墨鑄鐵、合金鑄鐵、合金鋼、耐熱鋼、不鏽鋼、鎳合金、鈦合金和硬質合金等相繼被研發出來並被應用於實際生產。
到了現代時期，金屬材料的研發已經不止侷限於傳統的純金屬、純合金方向。隨著基礎理論、工藝技術的完善，新的金屬材料得到了迅速發展。其中包括奈米金屬，高/中熵合金，定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結構材料、金屬基複合材料以及形狀記憶合金等［1-4］。
各種各樣的金屬材料已經成為人類社會發展的重要物質基礎，農業現代化、工業現代化、國防和科學技術現代化都離不開金屬材料的支援，小到農具、機械零件、日常用品，大到飛機、導弾、火箭、衛星、核潛艇等尖端武器以及原子能、電視、通訊、雷達、電子計算機等尖端技術所需的構件或部件大都是由金屬製成。
目前世界上許多國家，尤其是工業發達國家，競相發展金屬、有色金屬工業，增加金屬的戰略儲備。可以說，金屬材料是國民經濟、人民日常生活及國防工業、科學技術發展必不可少的基礎材料和重要的戰略物資。
參考文獻：
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