合金（英语：alloy），是由金属与金属或非金属合成的混合物。常见的合金有生铁、碳钢、锰钢、铜合金、磁性合金、钛合金、铝合金和镁合金等。在工业上，常用熔盐电解法制备合金。合金对人体的危害主要是接触与吸入中毒。各类合金在不同领域有各自的用途，大部分用于制造业。

公元前4000年以前，美索不达米亚人发现在熔化了的铜里加入锡铜之后，可制成较坚硬的金属，而且熔点会变低，又不会生锈。这种青铜现在称为青铜，以前用来制造碗、杯、煮食用具、斧头和箭头等。

5000-2000年前的青铜器时代，青铜器制造业十分发达。在中国和泰国，在公元前2700年以前已有青铜制品。

公元前2000年，已经有人开始使用铁，直到现在仍是最重要的金属之一。只要去掉使生铁变脆弱的碳，就可炼成坚硬的钢，再加上铬，就可炼成不会生锈的不锈钢。

中国是最早使用黄铜的国家之一，南北朝的炼丹士已能用炉丹石炼得黄铜。

自1884年Farrar（法拉）在文献中首次提出银汞合金以后，银汞合金一直是最常使用的根尖倒充填材料。

1810年，伯齐利厄斯（Baron JГns Jakob）等人把石英、木炭和钢屑放在锻工炉中冶炼，第一次得到了含硅2.2%~9.3%的五种低品位硅铁。

1860年，法国普尔塞尔（Purcell）等人把铬铁矿、还原剂碳和熔剂CaO混合后在埚炉中冶炼得到低品位疏松的高碳铬铁。

1895年，普尔塞尔等人将铁矿装入高炉中进行冶炼，生产出含锰8%左右的高炉锰铁。后来用锰矿石在高炉中冶炼出较高品位的高炉锰铁。

合金的组元就是组成合金的元素。如白铜的组元是铜和，碳钢的组元是铁和碳。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金。当不同的组元经熔炼或烧结组成合金时，这些组元间由于物理和化学的相互作用，形成具有一定晶体结构和一定成分的相。相是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。

相的种类很多，不同的相具有不同的晶体结构，根据相的晶体结构特点可以将其分为金属固溶体和金属化合物两大类。

合金组成物在固态下像溶剂一样具有溶解元素的能力，溶质原子溶解于溶剂的晶格中所形成均匀的固相（体）称为固溶体。固溶体中被溶组成物可以有限地或无限地溶于基体组成物的晶格中。固溶体的晶格与溶剂的晶格相同，溶质原子使溶剂晶格发生畸变。

根据溶质原子在晶体中所处的位置，固溶体分为置换固溶体、间隙固溶体。

溶剂金属保持其原有晶格，溶质金属原子置换了溶剂晶格结点上的一部分原子而形成单相固体。一般来说，溶剂和溶质的原子半径比较接近、电化学特征接近和晶格类型相同的组元容易形成置换固溶体。在合金中，如Mn、Cr、Si、Ni、Mo等元素都能与Fe元素形成置换固溶体。

溶质原子分布在溶剂原子晶格的间隙中所形成的单相固体。当溶质元素与溶剂元素的原子半径的比值小于0.59时才可能形成间隙固溶体。一般过渡族元素（溶剂），与尺寸较小的C、N、H、B、O等元素易于形成间隙固溶体。溶剂晶格中的间隙总是有一定限度的，凡是间隙固溶体必然是有限固溶体。

溶质溶于固溶体中的量为固溶体的浓度，用重量百分比或原子百分比表示。在一定的温度、压力条件下，溶质在固溶体中的最大浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。影响固溶体种类和溶解度的主要因素是组元的原子半径、电化学特征及晶格类型等。

固溶体的溶剂组元中，溶质原子的介入局部地破坏了原子排列的规律性，造成溶剂晶格的畸变，固溶度越高，晶格畸变越严重。间隙固溶体中，溶质原子溶入溶剂晶格的空隙后，将使溶剂晶格常数增大而发生晶格畸变。置换固溶体虽然保持了溶剂的晶体结构，但由于各组元间的原子半径不可能完全相同，从而也形成晶格畸变。组元间原子半径差别越大，晶格畸变的程度就越大。晶格畸变增大了位错运动的阻力，使金属滑移变形更加困难，从而使固溶体的强度、硬度增加，塑性和韧性下降。

合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即为金属化合物，金属化合物中两种金属元素的电负性、电子层结构和原子半径差别较大。金属化合物一般熔点较高，硬度高，脆性大。合金中含有金属化合物时，强度硬度和耐磨性提高，而塑性和韧度降低。金属化合物分为“正常价”化合物和电子化合物两大类。

其化学键介于离子键与金属键之间。由于键的这种性质，“正常价”的化合物的导电性和导热性比各组分金属低。

大多数金属化合物是电子化合物，以金属键相结合，不遵守化合价规则。其特征是化合物中价电子数与原子数之比有一定值，每一比值都对应一定的晶格类型。

除密度外，合金的性质并不是它各成分金属性质的总和。多数合金的熔点低于组成它任何一种成分金属的熔点。合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大，合金的导电性和导热性比纯金属低得多。

在工程材料的应用中，金属化合物脆性太大，无法单独应用。同时，仅由一种固溶体组成的合金，则往往因强度不够高而难以满足工业应用上的要求。因此，多数工业合金均为固溶体和少量化合物所构成的多相混合物通过调整固溶体的固溶度和分布于其中的金属化合物的形态、数量、大小及分布，可使合金的力学性能在一个相当大的范围内变动，从而满足不同的性能要求。

根据含碳量不同，铁碳合金可分为生铁和碳钢两类。

生铁，也称铸铁，主要由铁和碳、少量的硅、硫磷组成，碳的含量在2.0%~4.3%。生铁比较脆，塑性差，可铸不可锻，生铁可用于铸造日常取暖使用的暖气片和楼房上使用的排污管道。

生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等种类。炼钢生铁也称白口铁，硬而脆，一般用做炼钢的原料，炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在。铸造生铁也称灰口铁，一般用于铸造各种铸件，如铁管。铸造生铁中的碳以片状石墨的形态存在，石墨具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，球墨铸铁具有一定的弹性，其机械性能接近钢，广泛用于制造各种机械零件。

碳钢，也称碳素钢，主要由铁和碳、少量的硅、硫、磷组成，碳的含量小于2.0%。按照含碳量的不同，碳钢可以分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类，其中低碳钢的含碳量不大于0.25%，中碳钢的含碳量大于0.25%、不大于0.6%，高碳钢的含碳量大于0.6%、小于20%。按照磷、硫的含量的不同，碳钢可以分为普通碳钢、优质碳钢和高级优质碳钢，其磷、硫的含量依次降低。碳钢中碳的含碳量越高，则碳钢的硬度和强度越高、塑性越差。

在碳钢中加人一定量的锰可制成锰钢。高锰钢中锰的含量一般为13%。低锰钢中锰的含量在3%左右，像玻璃一样脆。高锰钢的硬度和强度大，耐磨损性好，没有磁性，用于制造坦克的履带板、保险箱的箱体、推土机和挖掘机的铲斗齿、防弹板、滚珠轴承等需要抗冲击、耐磨损的部件。

铜合金是以纯铜为基体，加人一种或几种其他元素所构成的合金。铜合金既保持了铜的良好塑性和高抗蚀性,又改善了纯铜的强度、硬度等机械性能。常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。

黄铜是铜和锌的合金，适合制造精密零件。青铜适合铸造室外雕塑。在景观中，它的用途与铸铁相似，如水槽、排水渠盖、井盖、矮柱、灯柱，以及固定装置等。铜和镍的合金称为白铜，它具有很好的耐腐蚀性能，常被用于制造在强腐蚀环境中使用的工具的零部件。

钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，具有很高的塑性，便于冷热加工，在航空、化工、导弹、航天及舰艇制作等方面，钛及其合金得到广泛的应用，尤其是在航天领域有特殊应用。

铝合金质地轻柔，密度较小，坚硬度高。常用的铝合金有铝锰合金和铝镁合金，它们耐腐蚀性较强，用于制造容器和管道。铝合金易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类。铝合金保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。

镁合金中主要合金元素是铝、锌、锰等。铝和锌都能溶于镁中形成固溶体，使合金基体的晶格歪扭而强化，还能与镁形成化合物，使合金可以通过火和时效来提高强度和硬度。锰除了能细化晶粒和提高耐蚀性，还有固溶强化作用。

镁合金是结构材料中最轻的一种金属，主要优点是密度小，比强度、比模量高，抗震能力强，可承受较大的冲击载荷，并且其切削加工和抛光性能优良。在飞机、导弹、仪表、汽车等制造业中应用广泛，目前以铸造镁合金的应用为主。

镁铝合金是借装在镁铝合金弹体内压制的粉末状的高热剂或高热燃烧剂来引燃的。由于用镁铝合金制成的弹体也能燃烧，这种燃烧弹的有效载荷极大，燃烧能力高，燃烧时其火焰能飞溅到2 ~3 m远处。但缺点是镁铝合金力学性能比钢铁的差，因此对目标的侵彻深度小，同时由于它借空气中的氧燃烧，一旦隔绝空气，就会自行熄灭。

一些合金能大量吸收氢，或具有良好的可逆吸放氢性能。在一定的温度和压力条件下，这些合金能够大量吸收氢气，生成金属氢化物，放出热量；将金属氢化物加热，又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收释放”氢气的金属，被称为储氢合金。可应用在高容量的氢储存上，用作氢燃料发动机、催化剂、氢化物-镍电池等。

形状记忆合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某数值时，合金会自动恢复到变形前原有的形状，似乎对前的形状保持记忆。合金材料恢复形状所需的刺激源通常为热源，故又称为热致形状记忆金。形状记忆合金被用在军事、航天、工程、医疗等方面。

超耐热合金主要是指第V～Ⅱ副族元素和第Ⅲ族元素形成的合金。通常将在700~1200 ℃高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，能满足工作条件的金属材料称为超耐热合金。超耐热合金又称为高温合金，对于需要高温条件的工业部门和应用技术有着重要的意义。

具有特殊组织的材料，在适当的变形条件下，变形所需应力小，变形均匀，延伸率大且不会断裂、颈缩，此现象称为超塑性。合金发生超塑性时的断后伸长率通常大于100%，有的甚至可以超过1000%，最初发现的超塑性合金是锌与22%铝的合金。利用金属的超塑性可以制造高精度的，形状极其复杂的零件，又因其晶粒组织细致，容易和其他合金压接在一起，组成复合材料，故在材料加工中具有很大的优势。根据金属学特征可将超塑性分为细晶超塑性和相变超塑性两大类。

熔融法的原理是将酸性或者碱性试剂与试样在高温下进行复分解反应，从而将试样中的组分转化为合金的方法。

采用熔盐电解制备合金是常用的制备方法，尤其是活泼金属或元素。

熔盐体系中两种或者两种以上的金属离子同时在阴极上被还原为金属。通过以下几种方法可以实现不同的金属离子同时在阴极上析出：1.改变金属离子的活度。2.析出的金属与阴极相互作用生成合金化合物，产生去极化作用，使金属离子的析出电势变得更正些。

共电沉积法制备合金操作简单、降低金属氧化的可能性、节省能源。共电沉积制备合金，合金一般是沉在熔盐的底部，防止金属被氧化。

阴极合金化法选用一种活性金属作为阴极，另外一种组分欠电位沉积在活性阴极表面生成金属间化合物，如果形成的合金熔点比较低呈液态，则合金就不断从活性阴极上融解下来，阴极不断被消耗，称为自耗阴极法。由于此种方法能在比平衡电位较正的情况下电沉积出金属（欠电位沉积），因此得到广泛的应用。

液态阴极法是采用熔点较低的金属做阴极，在电解过程中呈液态。优点是将熔点较高的金属在较低温度下在液态阴极上电沉积为熔点较低的合金，然后再分离制备单一金属。

用其具有很大动能的磨球，将不同粉末重复地挤压变形，经破裂、焊合、再挤压变形呈中间复合体。这种复合体在机械力的不断作用下，不断产生新表面，不断细化形成的层状结构，从而缩短了固态粒子间的相互距离，加速了合金化过程。机械合金化一般在高温磨球机中进行。在合金化过程中，需要或氮气作气氛，防止新生的原子面发生氧化。

机械合金化可制取熔点或密度相差较大的金属的合金、生成亚稳相和非晶相;、生成超微组织（微晶纳米晶等）、工艺设备简单，无需高温熔炼及破碎设备。

还原扩散法是将元素的还原过程与元素间的反应扩散过程结合在同一操作过程中而直接制取金属间化合物的方法。此法一般采用氧化物与钙作还原剂来还原。此法成本低，无需高温反应和设备，总能耗低于由纯金属熔炼制取的合金。

合金的危害性主要发生在制造合金和用合金来炼钢的过程中，制造不同的铁合金所用的材料不同，它们的危害性也有很大的差别。一般来说，合金不会对工人的健康造成严重的威胁。有些合金在生产和使用时都呈细粒状，悬浮于空气中的合金尘粒会造成潜在的中毒、发生严重的火灾和爆炸危险。有些合金受潮后可能起化学反应，反应时生成的气体也会造成严重的危害。

控制烟气、粉尘和气溶胶。可向矿石堆洒水减少粉尘，在矿石和合金的运输和装卸过程中需要妥善地控制粉尘。除这些基本的粉尘控制措施外，在处理各种不同的合金时，需采取特殊的预防措施。

生产和使用合金的工人，应接受仔细的医学监护，对工作环境应根据其危险程度进行连续监测或定期监测。合金中各种金属的毒性作用与纯金属的毒性作用有很大的不同，因此更需要严格的医学监护，直到能获得更多的有关铁合金危害的数据。在合金产生粉尘和气溶胶的地方，工人应接受定期的胸部X线检查，以便尽早查出呼吸系统的病变。也需要进行肺功能试验

人员烫伤时，应马上做紧急冲洗淋浴，将合金材料冲洗干净。脱去或去除患部衣物，以便伤处散热，防止烧伤进一步扩散。用清凉干净的水浸泡患部，起降温等作用，用干净的薄纱布等盖住患部防止感染。紧急处理完，若严重，应该迅速送医，并告知医务人员是何种合金材料烫伤，以便对症救治。