究竟什么是合金呢？

        對(duì)這個(gè)問(wèn)題目前還沒(méi)有一個(gè)一致的回答。您要用顯微鏡來(lái)觀察一小塊鉛銻合金，就可以看到它是有不同晶體鑲嵌成的金屬塊。其中一些是鉛的晶體，另一些是銻的晶體，這是一種機(jī)械混合物。鋁硅合金，鉍鎘合金等等也都是這樣。用鋁硅合金可以制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的某些零件，用鉛，銅和銻的合金可以制造軸承?？磥?lái)，各種機(jī)械混合物能將各種有益的性質(zhì)巧妙地組合在一起，譬如說(shuō)，在軸承合金的柔軟的鉛錫合金基中就分布著銻化合物的堅(jiān)硬的細(xì)小晶粒。這種合金，一方面耐磨，從而保證軸承的使用壽命長(zhǎng)；另一方面，易于加工，且摩擦系數(shù)很小。

         科學(xué)家還能制造出這樣一些金屬的合金，例如，鐵和鉛的合金或鐵和鉍的合金。這些金屬在熔融狀態(tài)下完全不能互相混合在一起，就像水和油不能互相混合在一起一樣。在失重條件下倒是可以進(jìn)行這些混合。這種合金通常是用粉末治金的方法（即將不同金屬的粉末在高溫下燒結(jié)的方法）制造的。

          除了機(jī)械混合物之外，還有一種所謂固溶體。顧名思義，這是一種金屬溶于另一種金屬中的熔體。銅和鎳，像其他許多對(duì)金屬一樣，彼此可以按無(wú)限制的比例溶解在一起。而鉛與鋅，鉛與銅，鐵與鉛彼此之間只能按某種比例溶解在一起。如果把熔化在一起的鋅和鉛放在一邊澄清，液體很快就形成兩層；上層是鉛溶解在鋅中的較輕的一層，下層是鋅溶解在鉛中的較重的一層。這兩層溶液就這樣彼此分開(kāi)凝固。

           顯然，當(dāng)溶液呈液態(tài)時(shí)，一種金屬的原子分布在另一種金屬的原子之間。而當(dāng)合金結(jié)晶變硬時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？如果兩種金屬的原子大小差不多（更準(zhǔn)切些說(shuō)，如果兩者大小相差不大于15%），而且兩種金屬具有同一類(lèi)型的晶格，那么它們的原子在晶格的任何位置都可以互相置換。這樣的合金稱(chēng)為置換固溶體。鐵和鉻和鎳的合金都屬于這一類(lèi)。它們都廣泛地應(yīng)用著。例如，日常習(xí)慣所稱(chēng)的“銀幣”，實(shí)際上就是銅和鎳的合金制成。

         如果被溶解元素（即溶質(zhì)元素）的原子比溶劑金屬的原子小得多，則會(huì)得出一種所謂間隙固溶體。在這種情形下，溶質(zhì)元素的原子分布在溶劑金屬晶格內(nèi)的各原子之間。（就好像在裝有西瓜的箱子里填充的核桃可以安排在西瓜之間的空隙內(nèi)一樣。）

          在固溶體和機(jī)械混合物之間，還有數(shù)不清的中間過(guò)渡型的合金結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，除置換晶體或間隙晶體以外，還生成每一種金屬的一些獨(dú)特的晶體。

           大多數(shù)金屬能夠無(wú)限互溶，因?yàn)樗鼈兛梢陨芍脫Q固溶體或間隙固溶體。然而，具有這種溶解度的，只有那些在元素周期表中排列相近而且它們的原子具有類(lèi)似的電子層結(jié)構(gòu)的元素。如果這些元素處在同一族內(nèi)，則通常它們都具有同一類(lèi)型晶格。晶格類(lèi)型不同的元素也可能彼此具有有限互溶度。許多金屬，只有當(dāng)一種金屬在另一種金屬中的濃度小于一定值時(shí)，才會(huì)形成固溶體，超過(guò)這個(gè)濃度，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械混合物。各元素的原子量之間相差愈大，互溶度愈小。在門(mén)捷列夫周期表中相距很遠(yuǎn)的各種金屬，或者形成機(jī)械混合物，或者形成化合物。

      總之，合金可能是金屬與非金屬的化合物，或者是不同的金屬彼此形成的化合物。在這些化合物中不保持組合化合物的各種金屬的一半化合價(jià)。這里可例舉幾個(gè)化合物的化學(xué)式：MgZn5,NaZn12，IB104.

       

        同一對(duì)金屬可能形成各種不同的化合物。例如，鈉同錫可以生成九種化合物！

       形成化合物的，主要是一些最外電子層結(jié)構(gòu)的差別很大的元素，即在周期表中彼此位置相距遠(yuǎn)的元素。

       合金中也可能同時(shí)包含有機(jī)械混合物，固溶體和化合物。例如，當(dāng)鐵，鎢以及其他金屬同碳相溶合時(shí)，不僅會(huì)形成碳在金屬中的固溶體，而且會(huì)形成化合物——碳化物。

        隨著合金研究的發(fā)展，不斷增加許多新發(fā)現(xiàn)的各種不同的合金。這就像俄語(yǔ)里總共只有32個(gè)字母，按各種不同的方式組合，形成極為豐富的語(yǔ)言一樣，80種金屬可制成無(wú)數(shù)具有各種不同性質(zhì)的合金。因此，原則上說(shuō)，人們可以制成人類(lèi)可能需要的任何材料。

         與晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，單位晶格中只有幾個(gè)原子的那些金屬不同，金屬化合物往往具有非常復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，例如，在B相鋁鎂合金的單位晶格內(nèi)只有104個(gè)原子，而釔硼化合物的單位晶格內(nèi)卻有1700個(gè)原子；它們的原子之間的鍵的類(lèi)型也是各式各樣的：有金屬鍵，共價(jià)鍵和離子鍵。

          原子鍵類(lèi)型的多種多樣和晶體結(jié)構(gòu)的多種多樣性，使得金屬化合物所具有的特殊的物理化學(xué)特性，電學(xué)特性，磁學(xué)特性，光學(xué)特性，力學(xué)特性以及其他特性的變化范圍很大。例如，許多金屬化合物的電學(xué)特性可以從液氦溫度下的超異性變化到室溫下的半導(dǎo)電性。

         無(wú)論是超導(dǎo)體，還是具有非凡的永久磁鐵，都是金屬化合物。也正是金屬化合物具有機(jī)械記憶效應(yīng)。金屬化合物也是所有中最難熔的物質(zhì)。例如，碳化鉿和碳化鉭的固溶體的熔點(diǎn)為4215C，硬質(zhì)合金的成分中90%是金屬化合物（碳化鎢等等）。在工具鋼中就含有大量的鐵，硼，鉻，錳，釩，鎢，鉬以及其他金屬的碳化物。

          在軸承合金中，金屬化合物在軟質(zhì)體中起著硬質(zhì)支撐物的作用（例如，錫基合金中的銅錫化合物）。

         正是金屬化合物使 輕合金在熱處理之后的強(qiáng)度得到提高。

        在通常情況下，金屬化合物的特點(diǎn)是具有非常高的硬度和脆性。因此，許多金屬學(xué)家不久以前還認(rèn)為，用它不能制成任何形狀的制品。他們也沒(méi)有看到它們?cè)诠I(yè)中應(yīng)有的前景。然而，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，金屬化合物只是在常溫下具有脆性。E。M。薩維茨基在蘇聯(lián)學(xué)院普通化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)研究所（該所當(dāng)時(shí)是H。C。庫(kù)爾納科夫院士的一批學(xué)生在那里工作，后來(lái)他們轉(zhuǎn)到蘇聯(lián)科學(xué)院巴依科夫治金研究所）工作時(shí)所做的研究發(fā)現(xiàn)，所有的金屬化合物在達(dá)到其熔點(diǎn)的70~90%的溫度下，它們的性能就像塑性極好的物體一樣。這就使我們可以擬定出制造金屬化合物制品的工藝。

          后來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)另一個(gè)重要而有趣的現(xiàn)象；當(dāng)金屬化合物和半導(dǎo)體（鍺，硅，金剛石）加熱至熔點(diǎn)的50~80%的溫度時(shí)，它們的強(qiáng)度都增大了。（而我們知道，那些塑性良好的金屬和合金在加熱時(shí)它們強(qiáng)度總是下降的）。這種強(qiáng)度的增大有時(shí)可達(dá)百分之幾百。這種效應(yīng)除了具有重要的科學(xué)意義之外，還具有很重要的實(shí)用意義，特別是對(duì)于研制新型的耐熱材料來(lái)說(shuō)更是如此。然而，對(duì)這種現(xiàn)象暫時(shí)尚未做出圓滿(mǎn)的解釋。

         合金不僅可以在金屬熔化時(shí)形成，而且可以在金屬粉末燒結(jié)時(shí)形成，也可以使金屬或非金屬原子滲進(jìn)金屬部件表層而形成。用這些方法可以使各種性能似乎是不可想像地結(jié)合在一起。例如，可以使曲軸或齒輪的芯體具有彈性和韌性，而使其表面堅(jiān)硬，耐磨。這些零件使用軟質(zhì)的低碳鋼制成，然后使其在有碳存在的900~950C的溫度下保持一段時(shí)間，碳就溶解在金屬的表層內(nèi)。這樣一來(lái)，在零件的具有彈性和韌性的芯體上就成功地套上一層硬質(zhì)高碳鋼的“鎧甲”?？梢杂妙?lèi)似方法給零件表明滲氮，使其有超級(jí)硬度，給零件表面滲鉻，使其具有抗腐蝕性；等等。