前言

　　隨著人們生活品質(zhì)的提高，對(duì)產(chǎn)品審美和品質(zhì)的要求也在不斷提升。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、堅(jiān)固、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。

　　對(duì)于消費(fèi)類產(chǎn)品而言，常用的合金材料有鋁合金、鋅合金和鎂合金。鈦合金由于其生物相融性好，常用在醫(yī)療領(lǐng)域。本篇文章就來扒一扒這幾種合金材料的特性，做個(gè)對(duì)比。

　　因此，歸納性的總結(jié)先放在前面，見以下性能表。

圖表1 物理性能對(duì)比表

　　這四種合金，鈦合金最硬，強(qiáng)度也最高。硬度方面，鈦合金要遠(yuǎn)硬于其他三種合金。就抗拉強(qiáng)度而言，鈦合金強(qiáng)于鋅合金，其次是鎂合金，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，還需要考慮重量，如果將比重考慮進(jìn)去，鋅合金由于密度最大，比強(qiáng)度反而最小。鈦合金和鎂合金比強(qiáng)度高，但鈦合金價(jià)格昂貴，加工性能不好，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。

鎂及鎂合金

　　01、Mg

　　鎂的密度小，易于燃燒，這是由于它的物理、化學(xué)性質(zhì)所決定的。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；在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，金屬鎂的熔點(diǎn)是（650±1）℃，沸點(diǎn)為1090℃。在空氣中加熱時(shí)，金屬鎂在632℃～635℃開始燃燒。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%，但是純鎂不能用作結(jié)構(gòu)材料，在純鎂中加入鋁、鋅、鋰、錳、鋯和稀土等元素形成的鎂合金具有較高的強(qiáng)度，目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)部門。

　　02、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%，比鋼輕80%。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。

　?、趶?qiáng)度

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

　?、蹓鸿T性

　　在保持良好的結(jié)構(gòu)條件下，鎂合金允許鑄件壁厚最小達(dá)到0.6mm，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。鎂合金較易壓鑄成型，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，鎂合金模的磨損也較鋁為低。主要原因就是鋁的粘度高。

　?、軠p震性

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

　?、輨傂?/p>

　　鎂的剛性為鋁的2倍并比大部分塑膠為高。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，適合生產(chǎn)電子產(chǎn)品。

　?、吡己玫那邢餍阅?/p>

　　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。

　　⑧鎂合金的比熱容較小，合金液的冷卻速度快。

　?、徭V合金和模具鋼材的親和力小，不易粘附模具。

　　03、鎂合金材料的優(yōu)點(diǎn)

　?、僦亓枯p

　　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%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，它除了做3C產(chǎn)品的外殼、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件外，還是汽車、飛機(jī)等零件的優(yōu)秀材料。

　?、诒葟?qiáng)度、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)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程塑料，為一般塑料的10倍。

　　③耐振動(dòng)性好

　　在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，鈦合金的300～500倍。

　?、茈姶牌帘涡约?/p>

　　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，而鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過100db的電磁干擾。

　?、萆嵝院?/p>

　　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，遠(yuǎn)高于鈦合金，比熱則與水接近，是常用合金中最高者。

　　⑥質(zhì)感佳

　　鎂合金的外觀及觸摸質(zhì)感極佳，使產(chǎn)品更具豪華感。

　?、呖苫厥招院?/p>

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

　　⑧穩(wěn)定的資源提供

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

　　04、鎂合金壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)

　?、俑叩纳a(chǎn)率

　　②高精度

　?、酆玫谋砻尜|(zhì)量

　?、芫?xì)的鑄件晶粒

　?、菘蓧鸿T薄壁和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品

鋁合金

　　01、鋁合金

　　以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。

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

　　02、鋁合金分類

　　鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金，在鑄態(tài)下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工，力學(xué)性能高于鑄態(tài)?？杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用門窗等。

　　03、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。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，只能通過冷加工變形來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，它主要包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等。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、鍛鋁、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，物理性能和抗腐蝕性能。

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

　　04、鋁合金和鎂合金的對(duì)比

　　鋁合金和鎂合金沒有太大的區(qū)別，只是鋁合金稍重一些。加工性比較粘。而且壓鑄的鋁合金由于含有較高成分的Si，所以在做Anodizing（陽極氧化）時(shí)，直接與藥液產(chǎn)生反應(yīng)。以致失敗。鎂合金是可以的，而且顏色比較鮮艷，有用Anodizing做后期外觀工藝的。不過，不是每一家都能做的。

鋅合金

　　01、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。

　?、俦戎卮?/p>

　?、阼T造性能好，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑

　?、?可進(jìn)行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆

　?、苋刍c壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模

　　⑤有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性

　?、?熔點(diǎn)低，在385℃熔化，容易壓鑄成型

　　02、使用過程中注意的問題

　?、倏刮g性差。

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

　?、跁r(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。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時(shí)，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經(jīng)過一定時(shí)間之后，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。

　?、垆\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。

　　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。

　　03、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，通常添加鋁、鋅、錳等元素。而鋅合金則以鋅為主要成分，通常添加鋁、銅、鎂等元素。因此，兩種合金的成分有明顯差異，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，鎂合金的密度較小，強(qiáng)度高、剛度好、耐沖擊性能強(qiáng)，且具有較好的防腐蝕性，故廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。鋅合金則密度較大，機(jī)械性能相對(duì)較差，但具有較好的鑄造性能和表面處理性能，常用于模具、壓鑄件、五金制品等領(lǐng)域。

　?、勰透g性能區(qū)別

　　由于成分的不同，鎂合金和鋅合金的耐腐蝕性能也有所差別。鎂合金在大氣環(huán)境下易于氧化和腐蝕，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，但是可通過合適的表面處理方法來提高其耐腐蝕性。

　?、芷渌麉^(qū)別

　　除了上述主要區(qū)別外，鎂合金和鋅合金還有其他一些差異。比如：鎂合金燃燒性能強(qiáng)，且易于點(diǎn)燃；鋅合金燃燒性能相對(duì)較差，即使是高溫下也不容易燃燒。此外，由于鎂合金的電化學(xué)性質(zhì)較活潑，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，但在電化學(xué)方面的性質(zhì)相對(duì)較差。

　　綜上所述，雖然鎂合金和鋅合金都是常見的金屬合金，但它們的成分、機(jī)械性能、耐腐蝕性能等方面存在較明顯的差異。因此，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。

鈦合金

　　鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金。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。

　　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、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳、氧和氮等。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、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。

　?、诜€(wěn)定β相、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。

　　③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。

　　01、鈦合金的特性

　　鈦是一種新型金屬，鈦的性能與所含碳、氮、氫、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%，但其強(qiáng)度低、塑性高。

　?、購?qiáng)度高

　　鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，僅為鋼的60%，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。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，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、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，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，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℃，鋁合金則在200℃以下。

　?、劭刮g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；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)；對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。

　?、艿蜏匦阅芎?/p>

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

　?、莼瘜W(xué)活性大

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

　　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，鋁的1/14，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，故其剛性差、易變形，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，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。

　　02、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。鈦合金的密度約為4.5克/立方厘米，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。

　　②強(qiáng)度比較

　　鈦合金和鎂合金在強(qiáng)度方面也有所不同。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。而鎂合金則較為柔軟，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。因此，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，但是鎂合金的腐蝕性還是相對(duì)較強(qiáng)的，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，特別是在海洋環(huán)境中，因此常用于制造海工設(shè)備等。

　　總體來說，鈦合金和鎂合金都是優(yōu)秀的輕金屬材料，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，但是強(qiáng)度更高，且耐腐蝕性能更為優(yōu)異，適用于制造需要高強(qiáng)度和耐腐蝕性的場合。而鎂合金比較輕，但是強(qiáng)度較低，通常適用于制造部分要求輕量化、柔軟的零部件和器具。