前言

　　隨著人們生活品質的提高，對產品審美和品質的要求也在不斷提升。越來越多的消費類產品采用合金材料來制作。金屬材料給人高端、堅固、耐用的品質感，而傳統的塑料外殼產品在消費者心中逐漸被貼上“廉價”和“低品質”的標簽。

　　對于消費類產品而言，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，常用在醫療領域。本篇文章就來扒一扒這幾種合金材料的特性，做個對比。

　　因此，歸納性的總結先放在前面，見以下性能表。

圖表1 物理性能對比表

　　這四種合金，鈦合金最硬，強度也最高。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，強度最低的是鋁合金。

　　但就產品結構設計而言，還需要考慮重量，如果將比重考慮進去，鋅合金由于密度最大，比強度反而最小。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構件中，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、化學性質所決定的。20℃時金屬鎂的密度是1.738g/cm3，液態金屬鎂的密度為1.58g/cm3；在標準大氣壓下，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雜。工業用鎂的純度可達到99.9%，但是純鎂不能用作結構材料，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、運輸、化工、火箭等工業部門。

　　02、鎂合金的特性

　　①質輕

　　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，汽車及手提電子產品中鎂合金已成為零件制造成理想材料。

　　②強度

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

　　③壓鑄性

　　在保持良好的結構條件下，鎂合金允許鑄件壁厚最小達到0.6mm，這是塑料在相同強度下無法達到的。鋁合金的壓鑄性能也要在1.2-1.5mm以上時才能與鎂合金相比。鎂合金較易壓鑄成型，適合大批量壓鑄生產（生產速度可達鋁的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。

　　④減震性

　　鎂有極好的滯彈吸震性能，可吸收震動和噪音，用作設備機殼可減少噪音傳遞、預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，適合生產電子產品。

　　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。

　　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。

　　03、鎂合金材料的優點

　　①重量輕

　　鎂合金比重在所有結構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產品的外殼、內部結構件外，還是汽車、飛機等零件的優秀材料。

　　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，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產品的外殼（手機及電腦）要能夠提供優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

　　一般金屬的熱傳導性是塑料的數百倍，鎂合金的熱傳導性略低于鋁合金及銅合金，遠高于鈦合金，比熱則與水接近，是常用合金中最高者。

　　⑥質感佳

　　鎂合金的外觀及觸摸質感極佳，使產品更具豪華感。

　　⑦可回收性好

　　只要花費相當于新料價格的4%，就可將鎂合金制品及廢料回收利用。

　　⑧穩定的資源提供

　　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，所以它的資源穩定、充分。

　　04、鎂合金壓力鑄造的優點

　　①高的生產率

　　②高精度

　　③好的表面質量

　　④精細的鑄件晶粒

　　⑤可壓鑄薄壁和復雜結構的產品

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，但比強度高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，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，在鑄態下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工，力學性能高于鑄態。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。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強化，它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防銹鋁等。可熱處理強化型鋁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比

　　鋁合金和鎂合金沒有太大的區別，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，直接與藥液產生反應。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

　　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

　　02、使用過程中注意的問題

　　①抗蝕性差。

　　當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，導致鑄件老化而發生變形，表現為體積脹大，機械性能特別是塑性顯著下降，時間長了甚至破裂。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）存在的條件下，促成晶間電化學腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。

　　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。經過一定時間之后，這種過飽和現象會逐漸解除，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）的工作環境下使用。

　　鋅合金在常溫下有較好的機械性能。但在高溫下抗拉強度和低溫下沖擊性能都顯著下降。

　　03、鋅合金和鎂合金的對比

　　①成分區別

　　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，這也導致了它們的性能特點不同。

　　②機械性能區別

　　在機械性能方面，鎂合金的密度較小，強度高、剛度好、耐沖擊性能強，且具有較好的防腐蝕性，故廣泛應用于航空航天、汽車、電子產品等領域。鋅合金則密度較大，機械性能相對較差，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、五金制品等領域。

　　③耐腐蝕性能區別

　　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。鎂合金在大氣環境下易于氧化和腐蝕，但是有些鎂合金經過特殊處理后可以大大提高其耐腐蝕性。鋅合金則在濕潤環境下容易產生腐蝕現象，但是可通過合適的表面處理方法來提高其耐腐蝕性。

　　④其他區別

　　除了上述主要區別外，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，且易于點燃；鋅合金燃燒性能相對較差，即使是高溫下也不容易燃燒。此外，由于鎂合金的電化學性質較活潑，因此易于發生自腐蝕現象；鋅合金雖然不太容易自腐蝕，但在電化學方面的性質相對較差。

　　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，在具體應用時，需要根據不同的需求和使用環境進行選擇。

鈦合金

　　鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。

　　合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：

　　①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,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穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，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。

　　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、氧等雜質含量有關，最純的碘化鈦雜質含量不超過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構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料，可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發動機構件、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中工作，其抗蝕性遠優于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。

　　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構材料。

　　⑤化學活性大

　　鈦的化學活性大，與大氣中O、N、鈦合金制品、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大于0.2%時，會在鈦合金中形成硬質TiC；溫度較高時，與N作用也會形成TiN硬質表層；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%。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產生粘附現象。

　　⑥導熱彈性小

　　鈦的導熱系數λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降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、粘結磨損。

　　02、鈦合金和鎂合金的對比

　　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強度比較

　　鈦合金和鎂合金在強度方面也有所不同。鈦合金具有高強度和優異的機械性能，可以承受高溫和高強度的應力。而鎂合金則較為柔軟，具有較低的強度和硬度，但是也可以在一定條件下發揮出很好的性能。因此，在具體應用中需要根據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較強的，尤其是在潮濕的環境中容易腐蝕和變形。而鈦合金則具有更為優異的耐腐蝕性能，特別是在海洋環境中，因此常用于制造海工設備等。

　　總體來說，鈦合金和鎂合金都是優秀的輕金屬材料，在不同領域有著廣泛的應用。鈦合金的密度相對較大，但是強度更高，且耐腐蝕性能更為優異，適用于制造需要高強度和耐腐蝕性的場合。而鎂合金比較輕，但是強度較低，通常適用于制造部分要求輕量化、柔軟的零部件和器具。