介紹常見合金(Alloy)之性質及其用途

介紹常見合金(Alloy)之性質及其用途
台北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

我們日常生活中有許多物品都是金屬製，但是你注意到這些金屬製品是單一金屬成品還是金屬的混合物？ 一般金屬具有質軟、延展等性質，但加入其它元素後形成的金屬混合物稱為「合金(Alloy)」，合金的硬度、熔點、強度、導電性和磁性都和單一金屬不同，有時具耐腐蝕、耐酸等性質，所以比單一金屬具有更大的應用範圍。以下列舉一些常見的合金：

1. 銅的合金
早在西元前兩千年人類就已經開始使用銅的合金。銅合金如黃銅、青銅、白銅等， 通常應用於器具及貨幣等。黃銅(Brass)是銅鋅合金，呈黃色，具有易熔、不生銹、強度比銅小、易於加工等性質；由於機械性和耐磨性很好，可製造槍炮彈殼、精密儀器、船舶零件等。此外黃銅聲音獨特，許多東方的鑼、鈸、鈴、號等樂器，及西方銅管樂器等皆以黃銅製作而成。隨著銅鋅含量比不同，其顏色也不同，含鋅量18%-20%呈紅黃色，而含鋅量為20%-30%就會呈棕黃色 。青銅(Bronze)是最為人所知的銅合金，是銅、鋅或鉛的混合物，因顏色為青灰色，故取明青銅。青銅熔點約 800 度較銅金屬低，且強度比銅高，便於鑄造成器具、貨幣和獎牌等。白銅(German silver, white copper, or nickel silver)是銅鎳合金，顏色為銀白色，具有質堅硬、電阻大、不生鏽等性質，可製造電阻箱、電熱器及貨幣、裝飾等。

2. 鐵的合金
鐵的合金通稱鋼(Steel)，可分為碳鋼(Carbon Steel)及合金鋼(Alloy steel)兩種。碳鋼依含碳量多至少又可分為高碳鋼、中碳鋼及軟鋼。高碳鋼含碳量達0.6~1.5％，可用於製造剃刀、外科手術刀；中碳鋼含碳量約0.2~0.6％，可用於製造鐵軌、鋼樑等結構材料；軟鋼含碳量0.2以下，富延展性，可取代熟鐵，製造鐵絲、鐵釘等。鋼中加入少量其他元素，製成特殊用途稱為合金鋼，如不銹鋼(Stainless steel)、耐酸鋼(Acid resisting steel)、高速鋼(High speed steel)等。不銹鋼是鋼中加入鉻、鎳，使表面產生防鏽的氧化膜，保護鋼材受到空氣、水等外界自然環境的氧化腐蝕，可製為刀具。耐酸鋼是在鋼中加入矽，使鋼材具有耐酸、鹼等腐蝕物質的性質，可製成酸導管或酸容器。高速鋼是在鋼中加入鎢、鉻及釩，使鋼在高溫下仍保持其硬度，可作為高速切削工具。

3. K金
純金的質地較軟，通常會加入銅、銀、鋅、鎳等其他元素增加其硬度。金合金稱為K金，隨著添加金屬的不同Ｋ金顏色也不同。添加銅、銀的金合金為黃色稱為黃K金，也就是我們最熟悉的Ｋ金，100%純黃金標準訂為24K，以1K至24K來表示Ｋ金中黃金的含量有多少；最常使用於珠寶首飾者為18K及14K，鑄造金幣者為20K及22K，而成色在9K以下者為含有其他金屬的比例較高，即使經過電鍍後仍容易因為氧化而變黑或失去光澤，因此較少使用。添加鈀、銀的金合金呈現白色，稱為白K金，外觀與白金非常類似，但其質感與重量則有明顯差異；白K金具有良好反射性、不易失去光澤、硬度大、不易磨損等性質，近年來成為最受歡迎的流行飾品。

參考資料：
1. 維基百科網站–不鏽鋼    http://zh.wikipedia.org/zh-tw/不鏽鋼
2. 陳秋炳主編，《高中化學（下）》，第163、164、167頁，翰林出版社，2010年2月再版。
3. 互動百科網站    http://www.hudong.com/wiki/不锈钢
4. 潘瑞玉，〈K金〉，臺灣大百科全書網站–工藝
   http://taiwanpedia.culture.tw/web/content?ID=7331