鋁合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金對比

什麼是鋅合金材質

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採用合金材料來製作。金屬材料給人高階、堅固、耐用的品質感，而傳統的塑膠外殼產品在消費者心中逐漸被貼上“廉價”和“低品質”的標籤。

對於消費類產品而言，常用的合金材料由鋁合金、鋅合金和鎂合金。鈦合金由於其生物相融性好，常用在醫療領域。方工就來扒一扒這幾種合金材料的特性，做個對比。

因此，歸納性的總結放在前面，見以下效能對比表。

物理效能對比表

這四種合金，鈦合金最硬，強度也最好。 硬度方面，鈦合金要遠硬與其他三種合金。就抗拉強度而言，鈦合金強與鋅合金，其次是鎂合金，強度最低的是鋁合金。

強度和硬度對比

但產品結構設計而言，還需要考慮重量，如果將比重考慮進度，鋅合金由於密度最大，比強度反而最小了。鈦合金和鎂合金比強度高，但鈦合金價格昂貴，加工性不好，因此在要綜合考慮重量和強度的結構件種，多采用鎂合金。

鋁合金

材料成分直接找度娘，這裡不費篇幅羅列。鋁合金的密度為2。63～2。85g/cm，有較高的強度（σb為110～270MPa），比強度接近高合金鋼，比剛度超過鋼，有良好的鑄造效能和塑性加工效能，良好的導電、導熱效能，良好的耐蝕性和可焊性。

壓鑄鋁合金的流動性比較好，熔點為熔點660℃。

鋁合金在產品結構設計中的工藝應用形式也最豐富，常用加工工藝有：壓鑄、擠出成型、機加工、衝壓、鍛造。建築門窗大量應用鋁合金型材，機械裝置也常用鋁型材搭建框架。電子產品和生活快消品的外殼也不乏鋁合金，這類產品外觀要求較高，比較常見的工藝是擠出，機加工，衝壓等。

快消品的外殼比較少用壓鑄鋁，因為壓鑄鋁合金含有較高成分的Si，所以在做Anodizing（陽極氧化）時，直接與藥液產生反應，氧化後表面效果比較差。鋁鑄件常用於內部結構件和對外觀要求不高的零件，摩托車的發動機外殼需要複雜的結構，要求重量輕同時也需要足夠的強度，大都旋轉鋁合金壓鑄作為胚料。

鋁鑄發動機外殼

鋁的牌號：

1×××系列為：純鋁（鋁含量不小於99。00%），該系列牌號的最後兩位數表示為：最低鋁含量的百分點。牌號的第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。

2×××～8×××系列牌號的最後兩位數沒有特殊意義，僅用來區分：同一組中不同的鋁合金。牌號的第二位字母表示原始純鋁的改型情況。

2×××系列為：以銅為主要合金元素的鋁合金。2011快削合金，切削性好強度也高。2018 2218 鍛造用合金，鍛造性良好且高溫強度較高。

3×××系列為：以錳為主要合金元素的鋁合金。3105 3105建材、彩色鋁板、瓶蓋。

4×××系列為：以矽為主要合金元素的鋁合金。4032耐熱性、耐摩秏性良好，熱膨脹係數小。活塞、汽缸頭。

5×××系列為：以鎂為主要合金元素的鋁合金。5052為中程度強度之最具代表性合金，一般鈑金、船舶、車輛、建築、瓶蓋、蜂巢板。

6×××系列為：以鎂為主要合金元素並以Mg2Si相為強化相的鋁合金。6063代表性的擠出用合金，強度比6061低，擠出性良好，可作複雜的斷面形狀之形材，耐蝕性及表面處理性均佳建築、公路護欄、高欄、車輛、傢俱、家電製品、裝飾品。

7×××系列為：以鋅為主要合金元素的鋁合金。7075鋁合金中具有最高強度的合金之一，但耐蝕性不佳，與7072之覆蓋皮材可改善其耐蝕性，但成本提高。航空器、滑雪杖。

8×××系列為：以其他元素為主要合金元素的鋁合金

9×××系列為：備用合金組

抗拉強度大於480MPa的鋁合金稱為高強度鋁合金，主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu為基的合金，即2XXX（硬鋁合金類）和7XXX（超硬鋁合金類）系合金。前者的靜強度略低於後者，但使用溫度卻比後者高。由於合金的化學成分、熔鍊和凝固方式、加工工藝及熱處理制度不同，合金的效能差異很大。

常用鋁合金效能表

鋅合金

鋅合金熔點低，流動性好，易熔焊。按製造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金。鑄造鋅合金流動性和耐腐蝕性較好，適用於壓鑄儀表，汽車零件外殼等。變形鋅合金有很好的可塑性和延展性，主要用作電池外殼、印刷板、屋面板和日用五金等。鑄造合金的產量遠大於變形合金，對於快消品的結構件，很少用到變形合金。因此下文就僅針對壓鑄鋅合金了。

鋅合金密度為6。3~6。7g/cm，抗拉強度σb為280~440MPa，熔點低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。

鋅合金比重大，是本文所述的四種合金中比重最大的，流動性也是最好的，有很好的鑄造效能，可以壓鑄形狀複雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。我設計的產品中，鋅合金壓鑄件最薄壁厚僅0。4mm。

常溫下，鋅合金的強度好。需要注意的是，鋅合金不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環境下使用，鋅合金在常溫下有較好的機械效能。但在高溫下抗拉強度和低溫下衝擊效能都顯著下降。鋅合金抗蝕性差，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。鋅合金壓鑄件存在時效作用，有老化現象，即長時間後強度自然降低，變的易脆。這就是為什麼很多人吐槽，更換鋅合金水龍頭時往往會發生脆斷，導致水龍頭螺紋部分殘留在水管裡無法弄出來。因此，方工還是建議大家裝修時儘量選擇銅質的水龍頭，不要選鋅合金的。

目前國際上用作鑄件的標準系列有兩大類，—類是ZAMAK合金、一類是ZA系列合金。使用的ZAMAK合金有ZAMAK 2、ZAMAK 3、ZAMAK5及ZAMAK 7。（為簡 便起見、統稱上述合金為2號、3號、5號及7號合金）。ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35。ZA-8主 要用於熱室壓鑄，ZA-12及ZA-27因有特殊熔化要求，只能用於冷室壓鑄。ZA-35一般用於重力鑄件。而ZAMAK合金發展要先於ZA系列合金、主要用於壓力鑄造。應用最廣泛的是3號鋅合金。

ZAMAK 2： 用於對機械效能有特殊要求、對硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的機械零件。

ZAMAK 3： 良好的流動性和機械效能。應用於對機械強度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。

ZAMAK 5： 良好的流動性和好的機械效能。應用於對機械強度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機電配件、機械零件、電器元件。

ZA8： 具有良好的衝擊強度和尺寸穩定性，但流動性較差。應用於壓鑄尺寸小、精度和機械強度要求很高的工件，如電器件。

Superloy： 流動性最佳，應用於壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀複雜的工件，如電器元件及其盒體。

鎂合金

鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅合金。鎂合金因其優良的鑄造、擠壓、切削和彎曲加工等效能，可以廣泛地應用於汽車、電子、紡織、建築和軍事領域。

鎂合金的熔點是650℃，熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型效能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當，一般可達250MPa，最高可達600多MPa。

鎂合金密度小（1。8g/cm3左右），強度高。鎂合金是最輕的金屬結構材料，比重只有1。8，分別為鋁的2/3和鐵的1/4，其比強度高達133，這使得鎂合金可用作高強度材料。高強度鎂合金的比強度甚至可以和鈦相媲美。

鎂合金彈性模量大，消震性好，在彈性範圍內，鎂合金受到衝擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪效能。

鎂合金具有良好的壓鑄成型效能，壓鑄件壁厚最小可達0。5mm， 適應製造汽車各類壓鑄件。鎂合金件穩定性較高，壓鑄件的鑄造性加工尺寸精度高，可進行高精度機械加工。

鎂合金的散熱相對與合金來說有絕對的優勢，對於相同體積與形狀的鎂合金與鋁合金材料的散熱器，某熱源生產的熱量（溫度）鎂合金比鋁合金更容易由散熱片根部傳遞到頂部的速度，頂部更容易達到高溫。

但鎂合金線膨脹係數很大，達到25～26 μm/m℃，而鋁合金則為23 μm/m℃，黃銅約20 μm/m℃，結構鋼12 μm/m℃，鑄鐵約10μm/m℃，岩石（花崗岩、大理石等）僅為5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。應用在熱源處時一定要考慮溫度對結構尺寸的影響。

鎂合金的應用舉例：一般中高階及專業數碼單反相機都採取鎂合金做骨架，使其堅固耐用，手感好；手機電話，膝上型電腦的殼體；在內部產生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金；汽車方向盤、轉向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等要求重量輕而強度大的結構件。

鎂合金壓鑄方向盤骨架

按成型方法分為

變形鎂合金

和

鑄造鎂合金

兩類。

鎂合金牌號以

英文字母+數字+英文字母

的形式表示。前面的英文字母是其最主要的合金組成元素代號（元素代號如下表規定），其後的數字表示其最主要的合金組成元素上下極限值的平均值。最後面的英文字母為標識代號，用以標識各具體組成元素相異或元素含量有微小差別的不同合金。

鎂合金常用牌號有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK61M、ZK61S、ME20M、LZ91、LZ61、LZ121、LA141、LA191、LAZ933、LA81、LA91、LAZ931、MA18、MA21、MA14等。

鈦合金

鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬製成的合金金屬，強度高、

耐蝕性

好、

耐熱性

高。鈦合金廣泛應用於製作飛機發動機壓氣機部件、骨架、蒙皮、緊韌體及起落架等。鈦合金也應用在火箭、導彈和高速飛機的結構件。

鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低於882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，新增適當的合金元素而得到不同組織的鈦合金。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金，（α+β）合金和β合金。我國分別以TA、TC、TB表示。

鈦合金的密度一般在4。51g/cm3左右，僅為鋼的60%，一些高強度鈦合金超過了許多合金結構剛的強度，因此鈦合金的比強度（強度/密度）遠大於其他金屬結構材料，可製出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。

部分鈦和鈦合金的力學效能

鈦合金產品

鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性，是非常理想的醫用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2。5Nb-0。2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9。5Hf）和Ti-15Mo，適於作為植入物植入人體，如人造骨骼，血管支架等。

TiNi合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應和超彈性的醫學例項相當多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、血管支架、接骨板、髓內針、人工關節、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等。

鈦合金產品

鈦合金製品可以透過壓鑄和機械加工方法得到。鈦合金熔化溫度很高，對於模具鋼材要求也較高。鈦合金機械加工的方法很多，主要包括：車削、銑削、鏜孔、鑽削、磨削、攻絲、鋸削、電火花加工等。

鈦合金機械加工效能同樣不佳。鈦合金切削加工時切削力只是略高於同等硬度的鋼，但大多數鈦合金熱導率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16，因此切削產生的熱量不會迅速散走，聚集在切削區域，導致刀具刃口迅速磨損，崩塌和生成積屑瘤。