對于消費類產(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，做個對比。

這四種合金，鈦合金***硬，強度也***高。硬度方面，鈦合金要遠硬于其他三種合金。就抗拉強度而言，鈦合金強于鋅合金，其次是鎂合金，強度***低的是鋁合金。

但就產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，還需要考慮重量，如果將比重考慮進去，鋅合金由于密度***大，比強度反而***小。鈦合金和鎂合金比強度高，但鈦合金價格昂貴，加工性能不好，因此在需要綜合考慮重量和強度的結(jié)構(gòu)件中，多采用鎂合金。

鎂及鎂合金

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)準大氣壓下，金屬鎂的熔點是（650±1）℃，沸點為1090℃。在空氣中加熱時，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度，目前使用***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、運輸、化工、火箭等工業(yè)部門。

鎂合金的特性

①質(zhì)輕。

②強度。鎂合金在金屬及塑料等工程材料中，具有***的強度/重量比。屈服強度160MPa ，抗拉強度240MPa。

③壓鑄性。在保持良好的結(jié)構(gòu)條件下，鎂合金允許鑄件壁厚***小達到0.6mm，這是塑料在相同強度下無法達到的。

④減震性。鎂有極好的滯彈吸震性能，可吸收震動和噪音，用作設(shè)備機殼可減少噪音傳遞、預(yù)防沖擊和防止凹陷損壞。作為LCD或是LED的背板是好的。

⑤剛性。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。

⑦良好的切削性能

⑧鎂合金的比熱容較小，合金液的冷卻速度快。

⑨鎂合金和模具鋼材的親和力小，不易粘附模具。

鎂合金材料的優(yōu)點

①重量輕

鎂合金比重在所有結(jié)構(gòu)用合金中屬于***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、飛機等零件的***材料。

②比強度、比剛度高

鎂合金的比強度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)，而遠遠高于工程塑料，為一般塑料的10倍。

③耐振動性好

在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，鈦合金的300～500倍。

④電磁屏蔽性佳

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

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，遠高于鈦合金，比熱則與水接近，是常用合金中***高者。

⑥質(zhì)感佳

鎂合金的外觀及觸摸質(zhì)感***，使產(chǎn)品更具豪華感。

⑦可回收性好

只要花費相當(dāng)于新料價格的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。

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。

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)。可加工成各種形態(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。

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化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現(xiàn)強化，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?？蔁崽幚韽娀弯X合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，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。

鋅合金

通常用于電鍍的鋅基合金材料的牌號為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，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑

③ 可進行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆

④熔化與壓鑄時不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模

⑤有很好的常溫機械性能和耐磨性

⑥ 熔點低，在385℃熔化，容易壓鑄成型

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、鎘、錫超過標(biāo)準時，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形。

②時效作用

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，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經(jīng)過一定時間之后，這種過飽和現(xiàn)象會逐漸解除，而使鑄件的形狀和尺寸略起變化。

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。

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，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。

②穩(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對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。

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)，***純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過0.1%，但其強度低、塑性高。

①強度高

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，一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

②熱強度高

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)仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。

③抗蝕性好

鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對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，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。

⑤化學(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)生強烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時，會在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時，與N作用也會形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達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，不宜制作細長桿和薄壁件，切削時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。

來源：輕合金國家工程研究中心應(yīng)用基地、網(wǎng)絡(luò)整理

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