合金（一）

合金 (Alloys) （一）
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

合金(Alloys)是溶液的一種，為具金屬特性的元素混合物，其中至少有一種主要成分為金屬。根據混合的狀況可區分為均相合金(Homogeneous alloys)與非均相合金合金(Heterogeneous alloys)。青銅(Bronze)、黃銅(Brass)為均相合金，成份元素的原子分布均勻；非均相合金例如汞齊(Amalgam)，為不同比例晶相組成的混合物。

合金的使用相當早，原始人即懂得利用隕石中的天然鐵鎳合金。而一般而言約四千至五千年前，人們已經掌握了冶煉青銅、黃銅的技術，而在約三千年，生鐵(pig iron)、鋼(Steel)等等人造的鐵合金出現。一般而言常見的合金很多，如上述鐵碳合金包含了鋼、生鐵、熟鐵(wrought iron)；青銅、白銅、黃銅，也分別是銅錫、銅鎳、銅鋅合金。曾用來補牙的銀粉，其實是銀錫汞齊。

圖一、黃銅（左），鋅（中），銅（右）合金 。

圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Brass

合金的形成，一般而言都是熔融的金屬再加入其他物質所得到。由於合金是混合物，因此其熔點通常是較純成份金屬低。也因為合金的熔點通常較低，在高溫能力還不純熟的古代，合金比純金屬更早被人類使用。而隨著成分比例、以及冶煉方式的不同，合金的性質也會有一定的差異。例如碳與鐵以一定比例在一定溫度下反覆加熱、回溫，可以冶煉得到形成強度較純鐵強許多的鐵合金；根據碳與鐵的比例又可區分為生鐵、熟鐵、鋼等，各具不同用途。非鐵的合金，例如鈦合金，由於鈦金屬具極良好伸展性，易受壓力變形，加入錫和鋁後形成的合金保留了其柔軟彎折性，但卻可以保持其形狀。不過並不是所有的合金的硬度都比純主成份金屬高，鉍合金就具有軟化主成份金屬的效果。

不同的合金依據其成份產生不同的性質，故合金通常為因應適用於特定用途而設計。例如：鎂鋁合金則由於其輕巧又具有如鋼鐵般的強度，廣泛應用於各項產業，然而其抗腐蝕處理較麻煩，是其主要面對的課題。還有含鉍(Bismuth)的合金，其硬度變低且熔點下降，例如伍德合金(Wood’s alloy or Wood’s metal)，一種鉍鉛錫合金，適用於消防系統中控制灑水器，當火災發生時，熱度會很快融化合金讓灑水器開始灑水。

參考資料：
1. Akins, P.; Jones, L. Chemical Principles – The Guest for Insight, 4th edition; W. H. Freeman and Company: New York, 2008; p. 202.
2. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 784-785.
3. Wikipedia– Alloys  http://en.wikipedia.org/wiki/Alloys