1.概述 由金屬與另一種(或幾種)金屬或非金屬所組成的具有金屬通性的物質(zhì).一般通過熔合成均勻液體和凝固而得.根據(jù)組成元素的數(shù)目,可分為二元合金、三元合金和多元合金.中國是世界上最早研究和生產(chǎn)合金的國家之一,在商朝(距今3000多年前)青銅(銅錫合金)工藝就已非常發(fā)達(dá)；公元前6世紀(jì)左右(春秋晚期)已鍛打(還進(jìn)行過熱處理)出鋒利的劍(鋼制品). 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,合金主要類型是： (1)混合物合金（共熔混合物）,當(dāng)液態(tài)合金凝固時(shí),構(gòu)成合金的各組分分別結(jié)晶而成的合金,如焊錫、鉍鎘合金等； (2)固熔體合金,當(dāng)液態(tài)合金凝固時(shí)形成固溶體的合金,如金銀合金等； (3)金屬互化物合金,各組分相互形成化合物的合金,如銅、鋅組成的黃銅（β-黃銅、γ-黃銅和ε-黃銅）等. 合金的許多性能優(yōu)于純金屬,故在應(yīng)用材料中大多使用合金(參看鐵合金、不銹鋼). 各類型合金都有以下通性： (1)多數(shù)合金熔點(diǎn)低于其組分中任一種組成金屬的熔點(diǎn)； (2)硬度比其組分中任一金屬的硬度大； (3)合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性低于任一組分金屬.利用合金的這一特性,可以制造高電阻和高熱阻材料.還可制造有特殊性能的材料,如在鐵中摻入15％鉻和9％鎳得到一種耐腐蝕的不銹鋼,適用于化學(xué)工業(yè). (4)有的抗腐蝕能力強(qiáng)(如不銹鋼) 編輯本段2.常用合金編輯本段(1)鋼鐵 鋼鐵是鐵與C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所組成的合金.其中除Fe外,C的含量對(duì)鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用,故統(tǒng)稱為鐵碳合金.它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料. 按含碳量不同,鐵碳合金分為鋼與生鐵兩大類,鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵碳合金.碳鋼是最常用的普通鋼,冶煉方便、加工容易、價(jià)格低廉,而且在多數(shù)情況下能滿足使用要求,所以應(yīng)用十分普遍.按含碳量不同,碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼.隨含碳量升高,碳鋼的硬度增加、韌性下降.合金鋼又叫特種鋼,在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或多種合金元素,使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化,從而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、高韌性、耐腐蝕性,等等.經(jīng)常加入鋼中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等.我國合金鋼的資源相當(dāng)豐富,除Cr、Co不足,Mn品位較低外,W、Mo、V、Ti和稀土金屬儲(chǔ)量都很高.21世紀(jì)初,合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中的比例將有大幅度增長. 含碳量2%～4.3%的鐵碳合金稱生鐵.生鐵硬而脆,但耐壓耐磨.根據(jù)生鐵中碳存在的形態(tài)不同又可分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵.白口鐵中碳以Fe3C形態(tài)分布,斷口呈銀白色,質(zhì)硬而脆,不能進(jìn)行機(jī)械加工,是煉鋼的原料,故又稱煉鋼生鐵.碳以片狀石墨形態(tài)分布的稱灰口鐵,斷口呈銀灰色,易切削,易鑄,耐磨.若碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵,其機(jī)械性能、加工性能接近于鋼.在鑄鐵中加入特種合金元素可得特種鑄鐵,如加入Cr,耐磨性可大幅度提高,在特種條件下有十分重要的應(yīng)用. 編輯本段(2)鋁合金 鋁是分布較廣的元素,在地殼中含量僅次于氧和硅,是金屬中含量最高的.純鋁密度較低,為2.7 g/cm3,有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性(僅次于Au、Ag、Cu),延展性好、塑性高,可進(jìn)行各種機(jī)械加工.鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑,在空氣中迅速氧化形成一層致密、牢固的氧化膜,因而具有良好的耐蝕性.但純鋁的強(qiáng)度低,只有通過合金化才能得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金. 鋁合金的突出特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高.鋁中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蝕性,良好的塑性和較高的強(qiáng)度,稱為防銹鋁合金,用于制造油箱、容器、管道、鉚釘?shù)?硬鋁合金的強(qiáng)度較防銹鋁合金高,但防蝕性能有所下降,這類合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系.新近開發(fā)的高強(qiáng)度硬鋁,強(qiáng)度進(jìn)一步提高,而密度比普通硬鋁減小15%,且能擠壓成型,可用作摩托車骨架和輪圈等構(gòu)件.Al-Li合金可制作飛機(jī)零件和承受載重的高級(jí)運(yùn)動(dòng)器材. 目前高強(qiáng)度鋁合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、艦艇和載重汽車等,可增加它們的載重量以及提高運(yùn)行速度,并具有抗海水侵蝕,避磁性等特點(diǎn). 編輯本段(3)銅合金 純銅呈紫紅色,故又稱紫銅,有極好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性,其導(dǎo)電性僅次于銀而居金屬的第二位.銅具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性能,是優(yōu)良的電工用金屬材料. 工業(yè)中廣泛使用的銅合金有黃銅、青銅和白銅等. Cu與Zn的合金稱黃銅,其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%,有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性,可用作各種儀器零件.再如在黃銅中加入少量Sn,稱為海軍黃銅,具有很好的抗海水腐蝕的能力.在黃銅中加入少量的有潤滑作用的Pb,可用作滑動(dòng)軸承材料. 青銅是人類使用歷史最久的金屬材料,它是Cu、Sn合金.錫的加入明顯地提高了銅的強(qiáng)度,并使其塑性得到改善,抗腐蝕性增強(qiáng),因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件.Sn較貴,目前已大量用Al、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金.鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好.鈹青銅是強(qiáng)度最高的銅合金,它無磁性又有優(yōu)異的抗腐蝕性能,是可與鋼相競爭的彈簧材料. 白銅是Cu-Ni合金,有優(yōu)異的耐蝕性和高的電阻,故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和電阻器的材料. 編輯本段3.特種合金 目前工業(yè)上應(yīng)用的合金種類數(shù)以千計(jì),現(xiàn)只簡要地介紹其中幾大類. 編輯本段(1)耐蝕合金 金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力,稱金屬的耐蝕性.純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個(gè)條件之一： ①熱力學(xué)穩(wěn)定性高的金屬.通?？捎闷錁?biāo)準(zhǔn)電極電勢來判斷,其數(shù)值較正者穩(wěn)定性較高；較負(fù)者則穩(wěn)定性較低.耐蝕性好的貴金屬,如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類. ②易于鈍化的金屬.不少金屬可在氧化性介質(zhì)中形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜,這種現(xiàn)象稱為鈍化.金屬中最容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等. ③表面能生成難溶的和保護(hù)性能良好的腐蝕產(chǎn)物膜的金屬.這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質(zhì)中才出現(xiàn),例如,Pb和Al在H2SO4溶液中,Fe在H3PO4溶液中,Mo在鹽酸中以及Zn在大氣中等. 因此,工業(yè)上根據(jù)上述原理,采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金,一般有相應(yīng)的三種方法： ①提高金屬或合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性,即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素,使形成固溶體以及提高合金的電極電勢,增強(qiáng)其耐蝕性.例如在Cu中加Au,在Ni中加入Cu、Cr等,即屬此類.不過這種大量加入貴金屬的辦法,在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用是有限的. ②加入易鈍化合金元素,如Cr、Ni、Mo等,可提高基體金屬的耐蝕性.在鋼中加入適量的Cr,即可制得鉻系不銹鋼.實(shí)驗(yàn)證明,在不銹鋼中,含Cr量一般應(yīng)大于13%時(shí)才能起抗蝕作用,Cr含量越高,其耐蝕性越好.這類不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性,但在非氧化性介質(zhì)如稀硫酸和鹽酸中,耐蝕性較差.這是因?yàn)榉茄趸运岵灰资购辖鹕裳趸?同時(shí)對(duì)氧化膜還有溶解作用. ③加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素,是制取耐蝕合金的又一途徑.例如,鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構(gòu)致密的化合物羥基氧化鐵［FeOx·(OH)23-2x］,它能起保護(hù)作用.鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進(jìn)這種保護(hù)膜的生成,由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼. 金屬腐蝕是工業(yè)上危害最大的自發(fā)過程,因此耐蝕合金的開發(fā)與應(yīng)用,有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值(2)耐熱合金(3)鈦合金(4)磁性合金(5)鉀鈉合金