常用的合金材料有铝合金、锌合金和镁合金。钛合金由于其生物相融性好，常用在医疗领域。本篇文章就来扒一扒这几种合金材料的特性，做个对比。

因此，归纳性的总结先放在前面，见以下性能表。

这四种合金，钛合金最硬，强度也最高。硬度方面，钛合金要远硬于其他三种合金。就抗拉强度而言，钛合金强于锌合金，其次是镁合金，强度最低的是铝合金。

但就产品结构设计而言，还需要考虑重量，如果将比重考虑进去，锌合金由于密度最大，比强度反而最小。钛合金和镁合金比强度高，但钛合金价格昂贵，加工性能不好，

因此在需要综合考虑重量和强度的结构件中，多采用镁合金。

镁及镁合金

 镁（Mg）

镁的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。20℃时金属镁的密度是1.738g/cm3，液态金属镁的密度为1.58g/cm3；在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。在空气中加热时，金属镁在632℃～635℃开始燃烧。因此决定了镁的制备及合金冶炼工艺比较复杂。工业用镁的纯度可达到99.9%，但是纯镁不能用作结构材料，在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。

镁合金的特性

①质轻

镁的比重只有1.8G/CM3,铝合金的比重为2.7G/CM3，镁合金比铝合金轻30%，比钢轻80%。所以，汽车及手提电子产品中镁合金已成为零件制造成理想材料。

②强度

镁合金在金属及塑料等工程材料中，具有极佳的强度/重量比。屈服强度160MPa ，抗拉强度240MPa。

③压铸性

在保持良好的结构条件下，镁合金允许铸件壁厚最小达到0.6mm，这是塑料在相同强度下无法达到的。铝合金的压铸性能也要在1.2-1.5mm以上时才能与镁合金相比。镁合金较易压铸成型，适合大批量压铸生产（生产速度可达铝的1.5倍）。此外，镁合金模的磨损也较铝为低。主要原因就是铝的粘度高。

④减震性

镁有极好的滞弹吸震性能，可吸收震动和噪音，用作设备机壳可减少噪音传递、预防冲击和防止凹陷损坏。作为LCD或是LED的背板是好的。

⑤刚性

镁的刚性为铝的2倍并比大部分塑胶为高。镁有良好的抗应力阻力。

⑥高电磁干扰屏障

镁合金有良好的阻隔电磁波功能，适合生产电子产品。

⑦良好的切削性能

镁比铝和锌有更好的切削性，使镁成为更易切削加工的金属材料。

⑧镁合金的比热容较小，合金液的冷却速度快。

⑨镁合金和模具钢材的亲和力小，不易粘附模具。

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镁合金材料的优点

①重量轻

镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，它的比重为铝合金的68%，锌合金的27%，钢铁的23%，它除了做3C产品的外壳、内部结构件外，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。

②比强度、比刚度高

镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。

③耐振动性好

在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300～500倍。

④电磁屏蔽性佳

3Ｃ产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰。

⑤散热性好

一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。

⑥质感佳

镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。

⑦可回收性好

只要花费相当于新料价格的4%，就可将镁合金制品及废料回收利用。

⑧稳定的资源提供

镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。

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镁合金压力铸造的优点

①高的生产率

②高精度

③好的表面质量

④精细的铸件晶粒

⑤可压铸薄壁和复杂结构的产品

铝合金

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铝合金

以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。

铝合金密度低，但比强度高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

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铝合金分类

铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。

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铝合金加工方法

铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。

铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。

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铝合金和镁合金的对比

铝合金和镁合金没有太大的区别，只是铝合金稍重一些。加工性比较粘。而且压铸的铝合金由于含有较高成分的Si，所以在做Anodizing（阳极氧化）时，直接与药液产生反应。以致失败。镁合金是可以的，而且颜色比较鲜艳，有用Anodizing做后期外观工艺的。不过，不是每一家都能做的。

锌合金

通常用于电镀的锌基合金材料的牌号为ZnAl 4-1, 成分( %): Al 3.5～4. 9 ,Cu 0.75～1.25, Mg 0.03～0.08, 余量为Zn。

①比重大

②铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑

③ 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆

④熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模

⑤有很好的常温机械性能和耐磨性

⑥ 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型

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使用过程中注意的问题

①抗蚀性差。

当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。

②时效作用

锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件的形状和尺寸略起变化。

③锌合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。

锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

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锌合金和镁合金的对比

①成分区别

镁合金以镁为主要成分，通常添加铝、锌、锰等元素。而锌合金则以锌为主要成分，通常添加铝、铜、镁等元素。因此，两种合金的成分有明显差异，这也导致了它们的性能特点不同。

②机械性能区别

在机械性能方面，镁合金的密度较小，强度高、刚度好、耐冲击性能强，且具有较好的防腐蚀性，故广泛应用于航空航天、汽车、电子产品等领域。锌合金则密度较大，机械性能相对较差，但具有较好的铸造性能和表面处理性能，常用于模具、压铸件、五金制品等领域。

③耐腐蚀性能区别

由于成分的不同，镁合金和锌合金的耐腐蚀性能也有所差别。镁合金在大气环境下易于氧化和腐蚀，但是有些镁合金经过特殊处理后可以大大提高其耐腐蚀性。锌合金则在湿润环境下容易产生腐蚀现象，但是可通过合适的表面处理方法来提高其耐腐蚀性。

④其他区别

除了上述主要区别外，镁合金和锌合金还有其他一些差异。比如：镁合金燃烧性能强，且易于点燃；锌合金燃烧性能相对较差，即使是高温下也不容易燃烧。此外，由于镁合金的电化学性质较活泼，因此易于发生自腐蚀现象；锌合金虽然不太容易自腐蚀，但在电化学方面的性质相对较差。

综上所述，虽然镁合金和锌合金都是常见的金属合金，但它们的成分、机械性能、耐腐蚀性能等方面存在较明显的差异。因此，在具体应用时，需要根据不同的需求和使用环境进行选择。

钛合金

钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：

①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。

②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。

③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

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钛合金的特性

钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。

①强度高

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

②热强度高

使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

③抗蚀性好

钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

④低温性能好

钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。

⑤化学活性大

钛的化学活性大，与大气中O、N、钛合金制品、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

⑥导热弹性小

钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

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钛合金和镁合金的对比

①密度比较

钛合金和镁合金都是轻金属材料，比一般的钢铁材料轻很多。钛合金的密度约为4.5克/立方厘米，而镁合金的密度则仅为1.7克/立方厘米，因此总体上来说镁合金比钛合金更轻。

②强度比较

钛合金和镁合金在强度方面也有所不同。钛合金具有高强度和优异的机械性能，可以承受高温和高强度的应力。而镁合金则较为柔软，具有较低的强度和硬度，但是也可以在一定条件下发挥出很好的性能。因此，在具体应用中需要根据具体要求来选择不同的材料。

③耐腐蚀性

钛合金和镁合金都具有较好的耐腐蚀性能，但是镁合金的腐蚀性还是相对较强的，尤其是在潮湿的环境中容易腐蚀和变形。而钛合金则具有更为优异的耐腐蚀性能，特别是在海洋环境中，因此常用于制造海工设备等。

总体来说，钛合金和镁合金都是优秀的轻金属材料，在不同领域有着广泛的应用。钛合金的密度相对较大，但是强度更高，且耐腐蚀性能更为优异，适用于制造需要高强度和耐腐蚀性的场合。而镁合金比较轻，但是强度较低，通常适用于制造部分要求轻量化、柔软的零部件和器具。

来源：轻合金国家工程研究中心应用基地、网络整理