为什么铝合金比纯铝要硬

铝是现代社会里应用最广泛的金属之一。铝的密度（2.7克/厘米3）约只有钢密度的1/3，又不易腐蚀。不过在大多数情况下，我们使用的并不是纯铝，而是将其他金属按一定的比例混合在一起组成的铝合金。比如把铝和铜混合就成了铝铜合金；和镁混合，就成了铝镁合金。这里说的“混在一起”，并不是像打铁那样敲打成一块，或者把它们都碾碎后掺在一起，而是把它们在高温中熔融，形成原子尺度下混合均匀的合金。

铝合金制成的锅

合金最大的特点，就在于它具备一些原先的纯金属所不具备的物理特性。拿铝合金来说，它的硬度就比纯铝要大得多。我们知道，纯铝是很柔软的，非常容易弯折或者变形。这在有些情况下当然是好事，可是如果想用它来造飞机轮船，那可就不行了，而铝合金就没有这种问题。1906年，德国冶金学家威尔姆首先在铝中加入少许铜和微量的镁，制成了一种坚硬的铝合金，在第一次世界大战期间被应用到飞机制造上。

铝合金之所以比纯铝硬，主要原因是其结构发生了改变。合金的结构比纯金属的结构要复杂得多，由于合金与单质中的原子排列有很大差异，合金的生成常会改善元素单质的性质，例如，钢的强度大于其主要组成元素铁。铝合金的加入元素主要有镁、锰、铜、锌和硅等，把它们和铝一起通过一定温度的热处理后快速冷却，产生的过饱和固溶体放置一段时间后，会逐渐析出金属化合物，此时所得的铝合金，其强度将有显著的提高（这种现象称为“时效硬化”）。高强度的铝合金现在已经广泛应用于工业的各种领域中。

合金结构

合金是由两种或两种以上的金属元素（或金属和非金属元素）经一定方法所合成的具有金属特性的物质。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。大多数合金的组成元素都是金属，如黄铜是由铜和锌的合金，青铜是锡和铜的合金；但也有的合金中有非金属元素，例如，钢就是由铁和碳两种元素组成的合金。

根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可将合金分为三种结构类型：相互溶解所形成的金属固溶体；相互起化学作用而形成的金属化合物；没有化学作用发生的机械混合物。

一种元素（金属或非金属）原子溶解到另一种金属元素的晶体中，形成均匀的固态溶液，所制成的合金称为“金属固溶体”。金属固溶体在液态时为均匀的液相，转变为固态后，仍保持组织结构的均匀性，且能保持溶剂元素的原来晶格类型。由于溶质原子与溶剂原子的直径不可能完全相同，因此当溶剂原子格点溶入溶质原子后，会使原来的格点发生畸变，它们能阻碍外力对材料引起的形变，因而使固溶体的强度提高，同时其延展性和导电性将会下降。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的变形抗力增大、强度、硬度升高的现象称为“固溶强化”，它是金属材料强化的重要途径之一。

当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外，同时还会出现新的相，最常见的是形成金属化合物。金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬度高，脆性大。当合金中出现金属化合物时，合金的强度、硬度和耐磨性均提高，而塑性和韧性降低。

由此可见，合金的性能是由其结构决定的，不同类型的合金具有不同的性能特点。（匡志强）