隨著人們生活品質(zhì)的提高臂外，對(duì)產(chǎn)品審美和品質(zhì)的要求也在不斷提升窟扑。越來越多的消費(fèi)類產(chǎn)品采用合金材料來制作。金屬材料給人高端漏健、堅(jiān)固嚎货、耐用的品質(zhì)感，而傳統(tǒng)的塑料外殼產(chǎn)品在消費(fèi)者心中逐漸被貼上“廉價(jià)”和“低品質(zhì)”的標(biāo)簽漾肮。對(duì)于消費(fèi)類產(chǎn)品而言厂抖，常用的合金材料有鋁合金、鋅合金和鎂合金克懊。鈦合金由于其生物相融性好忱辅，常用在醫(yī)療領(lǐng)域。

這四種合金谭溉，鈦合金最硬墙懂，強(qiáng)度也最高。硬度方面扮念，鈦合金要遠(yuǎn)硬于其他三種合金损搬。就抗拉強(qiáng)度而言，鈦合金強(qiáng)于鋅合金柜与，其次是鎂合金功跑，強(qiáng)度最低的是鋁合金。

但就產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言谤变，還需要考慮重量荞谬，如果將比重考慮進(jìn)去，鋅合金由于密度最大适系，比強(qiáng)度反而最小字拗。鈦合金和鎂合金比強(qiáng)度高，但鈦合金價(jià)格昂貴高骑，加工性能不好蝠盘，因此在需要綜合考慮重量和強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件中，多采用鎂合金辈殃。本文就來全面分析一下這幾種合金材料的特性：

鎂及鎂合金

1.鎂（Mg）

鎂的密度小苔免，易于燃燒，這是由于它的物理揉贡、化學(xué)性質(zhì)所決定的膛姊。20℃時(shí)金屬鎂的密度是1.738g/cm3，液態(tài)金屬鎂的密度為1.58g/cm3拣挪；在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下擦酌，金屬鎂的熔點(diǎn)是（650±1）℃俱诸，沸點(diǎn)為1090℃。在空氣中加熱時(shí)赊舶，金屬鎂在632℃～635℃開始燃燒睁搭。因此決定了鎂的制備及合金冶煉工藝比較復(fù)雜。

工業(yè)用鎂的純度可達(dá)到99.9%笼平，但是純鎂不能用作結(jié)構(gòu)材料园骆，在純鎂中加入鋁、鋅寓调、鋰锌唾、錳、鋯和稀土等元素形成的鎂合金具有較高的強(qiáng)度夺英，目前使用最廣的是鎂鋁合金晌涕，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空痛悯、航天余黎、運(yùn)輸、化工凄在、火箭等工業(yè)部門才擒。

2.鎂合金的特性

①質(zhì)輕

鎂的比重只有1.8G/CM3,鋁合金的比重為2.7G/CM3，鎂合金比鋁合金輕30%舞懦，比鋼輕80%善瞧。所以，汽車及手提電子產(chǎn)品中鎂合金已成為零件制造成理想材料毕蕉。

②強(qiáng)度

鎂合金在金屬及塑料等工程材料中赢瘦，具有極佳的強(qiáng)度/重量比。屈服強(qiáng)度160MPa 苇葫，抗拉強(qiáng)度240MPa。

③壓鑄性

在保持良好的結(jié)構(gòu)條件下坦膘，鎂合金允許鑄件壁厚最小達(dá)到0.6mm堰聪，這是塑料在相同強(qiáng)度下無法達(dá)到的。鋁合金的壓鑄性能也要在1.2-1.5mm以上時(shí)才能與鎂合金相比承跟。鎂合金較易壓鑄成型缝帝，適合大批量壓鑄生產(chǎn)（生產(chǎn)速度可達(dá)鋁的1.5倍）。此外花墩，鎂合金模的磨損也較鋁為低悬秉。主要原因就是鋁的粘度高。

④減震性

鎂有極好的滯彈吸震性能冰蘑，可吸收震動(dòng)和噪音和泌，用作設(shè)備機(jī)殼可減少噪音傳遞村缸、預(yù)防沖擊和防止凹陷損壞。作為LCD或是LED的背板是好的武氓。

⑤剛性

鎂的剛性為鋁的2倍并比大部分塑膠為高梯皿。鎂有良好的抗應(yīng)力阻力。

⑥高電磁干擾屏障

鎂合金有良好的阻隔電磁波功能县恕，適合生產(chǎn)電子產(chǎn)品东羹。

⑦良好的切削性能

鎂比鋁和鋅有更好的切削性，使鎂成為更易切削加工的金屬材料忠烛。

⑧鎂合金的比熱容較小属提，合金液的冷卻速度快。

⑨鎂合金和模具鋼材的親和力小美尸，不易粘附模具冤议。

3.鎂合金材料的優(yōu)點(diǎn)

①重量輕

鎂合金比重在所有結(jié)構(gòu)用合金中屬于最輕者，它的比重為鋁合金的68%靡勾，鋅合金的27%北拔，鋼鐵的23%，它除了做3C產(chǎn)品的外殼悦级、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件外以搏，還是汽車、飛機(jī)等零件的優(yōu)秀材料斑渠。

②比強(qiáng)度钉拯、比剛度高

鎂合金的比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)榕诬，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程塑料决榔，為一般塑料的10倍。

③耐振動(dòng)性好

在相同載荷下菜犀，減振性是鋁的100倍乡鼻，鈦合金的300～500倍。

④電磁屏蔽性佳

3C產(chǎn)品的外殼（手機(jī)及電腦）要能夠提供優(yōu)越的抗電磁保護(hù)作用栽斑，而鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過100db的電磁干擾艇挨。

⑤散熱性好

一般金屬的熱傳導(dǎo)性是塑料的數(shù)百倍，鎂合金的熱傳導(dǎo)性略低于鋁合金及銅合金韭赘，遠(yuǎn)高于鈦合金缩滨，比熱則與水接近，是常用合金中最高者泉瞻。

⑥質(zhì)感佳

鎂合金的外觀及觸摸質(zhì)感極佳脉漏，使產(chǎn)品更具豪華感。

⑦可回收性好

只要花費(fèi)相當(dāng)于新料價(jià)格的4%袖牙，就可將鎂合金制品及廢料回收利用侧巨。

⑧穩(wěn)定的資源提供

鎂元素在地殼中的儲(chǔ)量居第八位舅锄，大部分的鎂原料自海水中提煉，所以它的資源穩(wěn)定刃泡、充分巧娱。

4.鎂合金壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)

①高的生產(chǎn)率

②高精度

③好的表面質(zhì)量

④精細(xì)的鑄件晶粒

⑤可壓鑄薄壁和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品

鋁合金

1.鋁合金

以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅烘贴、硅禁添、鎂、鋅庸伏、錳与笛，次要合金元素有鎳、鐵技乡、鈦得惩、鉻、鋰等技碍。

鋁合金密度低皇苫，但比強(qiáng)度高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼云许，塑性好烈拉，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性辣候、導(dǎo)熱性和抗蝕性牛拭，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼大熟。

2.鋁合金分類

鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金割扬，在鑄態(tài)下使用；變形鋁合金偿荷，能承受壓力加工窘游，力學(xué)性能高于鑄態(tài)√桑可加工成各種形態(tài)张峰、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材棒旗、日常生活用品、建筑用門窗等撩荣。

3.鋁合金加工方法

鋁合金按加工方法可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金铣揉。變形鋁合金又分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金。不可熱處理強(qiáng)化型不能通過熱處理來提高機(jī)械性能餐曹，只能通過冷加工變形來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化逛拱，它主要包括高純鋁敌厘、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等朽合【懔剑可熱處理強(qiáng)化型鋁合金可以通過淬火和時(shí)效等熱處理手段來提高機(jī)械性能，它可分為硬鋁祖擦、鍛鋁舶酒、超硬鋁和特殊鋁合金等。

鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能酷豫，物理性能和抗腐蝕性能缰橘。

鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金雀秤，鋁鎂合金和鋁鋅合金赞拼。

鋅合金

1.鋅合金特點(diǎn)

通常用于電鍍的鋅基合金材料的牌號(hào)為ZnAl 4-1, 成分( %): Al 3.5～4. 9 ,Cu 0.75～1.25, Mg 0.03～0.08, 余量為Zn。

①比重大

②鑄造性能好缔龟，可以壓鑄形狀復(fù)雜璃锻、薄壁的精密件，鑄件表面光滑

③ 可進(jìn)行表面處理：電鍍值豫、噴涂玫葡、噴漆

④熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型胚览，不粘模

⑤有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性

⑥ 熔點(diǎn)低茶月，在385℃熔化，容易壓鑄成型

2.使用過程中注意的問題

①抗蝕性差

當(dāng)合金成分中雜質(zhì)元素鉛鹉动、鎘轧坎、錫超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形泽示，表現(xiàn)為體積脹大缸血，機(jī)械性能特別是塑性顯著下降，時(shí)間長了甚至破裂械筛。鉛捎泻、錫、鎘在鋅合金中溶解度很小埋哟，因而集中于晶粒邊界而成為陰極笆豁，富鋁的固溶體成為陽極，在水蒸氣（電解質(zhì)）存在的條件下赤赊，促成晶間電化學(xué)腐蝕闯狱。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。

②時(shí)效作用

鋅合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低哄孤。但由于壓鑄件的凝固速度極快照筑，因此到室溫時(shí)，固溶體的溶解度是大大地飽和了旅霍。經(jīng)過一定時(shí)間之后诽矩，這種過飽和現(xiàn)象會(huì)逐漸解除，而使鑄件的形狀和尺寸略起變化铣翁。

③鋅合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環(huán)境下使用租触。

鋅合金在常溫下有較好的機(jī)械性能。但在高溫下抗拉強(qiáng)度和低溫下沖擊性能都顯著下降臊瞬。

3.鋅合金和鎂合金的對(duì)比

①成分區(qū)別

鎂合金以鎂為主要成分误扯，通常添加鋁、鋅银景、錳等元素骇瓦。而鋅合金則以鋅為主要成分，通常添加鋁诽粪、銅庶咨、鎂等元素。因此君铁，兩種合金的成分有明顯差異检碗，這也導(dǎo)致了它們的性能特點(diǎn)不同。

②機(jī)械性能區(qū)別

在機(jī)械性能方面码邻，鎂合金的密度較小折剃，強(qiáng)度高、剛度好像屋、耐沖擊性能強(qiáng)怕犁，且具有較好的防腐蝕性，故廣泛應(yīng)用于航空航天己莺、汽車奏甫、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。鋅合金則密度較大凌受，機(jī)械性能相對(duì)較差阵子，但具有較好的鑄造性能和表面處理性能，常用于模具胜蛉、壓鑄件挠进、五金制品等領(lǐng)域。

③耐腐蝕性能區(qū)別

由于成分的不同誊册，鎂合金和鋅合金的耐腐蝕性能也有所差別皇驼。鎂合金在大氣環(huán)境下易于氧化和腐蝕铭梯，但是有些鎂合金經(jīng)過特殊處理后可以大大提高其耐腐蝕性。鋅合金則在濕潤環(huán)境下容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象扶蜻，但是可通過合適的表面處理方法來提高其耐腐蝕性。

④其他區(qū)別

除了上述主要區(qū)別外谆纸，鎂合金和鋅合金還有其他一些差異搔绿。比如：鎂合金燃燒性能強(qiáng)，且易于點(diǎn)燃耻炕；鋅合金燃燒性能相對(duì)較差法顺，即使是高溫下也不容易燃燒。此外定邪，由于鎂合金的電化學(xué)性質(zhì)較活潑快挡，因此易于發(fā)生自腐蝕現(xiàn)象；鋅合金雖然不太容易自腐蝕买臣，但在電化學(xué)方面的性質(zhì)相對(duì)較差现蹂。

綜上所述，雖然鎂合金和鋅合金都是常見的金屬合金术陶，但它們的成分凑懂、機(jī)械性能、耐腐蝕性能等方面存在較明顯的差異梧宫。因此接谨，在具體應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)不同的需求和使用環(huán)境進(jìn)行選擇塘匣。

鈦合金

鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金脓豪。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦忌卤。

合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類：

①穩(wěn)定α相扫夜、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳埠巨、氧和氮等历谍。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度辣垒、降低比重望侈、增加彈性模量有明顯效果。

②穩(wěn)定β相勋桶、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素猛疗，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬牛跷、鈮定合、釩等溶瞬；后者有鉻、錳喂惜、銅鄙骏、鐵、硅等服半。

③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素碗冈，有鋯、錫等滤灸。

1.鈦合金的特性

鈦是一種新型金屬怪褐，鈦的性能與所含碳、氮翁旁、氫蝠欲、氧等雜質(zhì)含量有關(guān)，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過0.1%倦微，但其強(qiáng)度低妻味、塑性高。

①強(qiáng)度高

鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右璃诀，僅為鋼的60%弧可，純鈦的密度才接近普通鋼的密度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度劣欢。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料棕诵，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好凿将、質(zhì)輕的零部件校套。飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架牧抵、蒙皮笛匙、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

②熱強(qiáng)度高

使用溫度比鋁合金高幾百度犀变，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450～500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃～500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度妹孙，而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃考叽，鋁合金則在200℃以下肢姜。

③抗蝕性好

鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼连碎；對(duì)點(diǎn)蝕驰闺、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)弧哥；對(duì)堿呕豪、氯化物药扒、氯的有機(jī)物品、硝酸糯档、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力隙殴。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。

④低溫性能好

鈦合金在低溫和超低溫下蜡幼，仍能保持其力學(xué)性能场比。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金糙笛，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性烛愧。因此油宜，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。

⑤化學(xué)活性大

鈦的化學(xué)活性大怜姿，與大氣中O慎冤、N、鈦合金制品沧卢、CO蚁堤、CO2、水蒸氣但狭、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)披诗。含碳量大于0.2%時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC立磁；溫度較高時(shí)呈队，與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時(shí)唱歧，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層宪摧；氫含量上升，也會(huì)形成脆化層烙凝。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1～0.15 mm连欲，硬化程度為20%～30%。鈦的化學(xué)親和性也大宠录，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象椅损。

⑥導(dǎo)熱彈性小

鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5呜紊，鋁的1/14首袍，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2碧碉，故其剛性差衰呢、易變形夫凭，不宜制作細(xì)長桿和薄壁件，切削時(shí)加工表面的回彈量很大猪出，約為不銹鋼的2～3倍妇乏，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附鬓催、粘結(jié)磨損肺素。

2.鈦合金和鎂合金的對(duì)比

①密度比較

鈦合金和鎂合金都是輕金屬材料，比一般的鋼鐵材料輕很多宇驾。鈦合金的密度約為4.5克/立方厘米倍靡，而鎂合金的密度則僅為1.7克/立方厘米，因此總體上來說鎂合金比鈦合金更輕课舍。

②強(qiáng)度比較

鈦合金和鎂合金在強(qiáng)度方面也有所不同塌西。鈦合金具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的機(jī)械性能，可以承受高溫和高強(qiáng)度的應(yīng)力筝尾。而鎂合金則較為柔軟捡需，具有較低的強(qiáng)度和硬度，但是也可以在一定條件下發(fā)揮出很好的性能筹淫。因此站辉，在具體應(yīng)用中需要根據(jù)具體要求來選擇不同的材料。

③耐腐蝕性

鈦合金和鎂合金都具有較好的耐腐蝕性能损姜，但是鎂合金的腐蝕性還是相對(duì)較強(qiáng)的饰剥，尤其是在潮濕的環(huán)境中容易腐蝕和變形。而鈦合金則具有更為優(yōu)異的耐腐蝕性能摧阅，特別是在海洋環(huán)境中朗溶，因此常用于制造海工設(shè)備等。

總體來說腥默，鈦合金和鎂合金都是優(yōu)秀的輕金屬材料彼窥，在不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鈦合金的密度相對(duì)較大匿微，但是強(qiáng)度更高写阐，且耐腐蝕性能更為優(yōu)異，適用于制造需要高強(qiáng)度和耐腐蝕性的場(chǎng)合翎味。而鎂合金比較輕蝉择，但是強(qiáng)度較低，通常適用于制造部分要求輕量化民逾、柔軟的零部件和器具蛀植。

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審校 | 劉昊宇

編排丨仲鳳元

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