版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

西遊記裏孫悟空一柱擎天，橫掃千軍(jun) 的金箍棒；漫威宇宙中金剛狼寒氣逼人，銀光閃閃的利爪；美國隊長堅不可摧，光滑明亮的盾牌以及鋼鐵俠(xia) 威風凜凜，帥氣酷炫的戰甲，這些“趁手兵器”都是超級英雄們(men) 最具標誌性的名片。不過，統觀這些古今中外的神兵利器，其實都有一個(ge) 共同的名字——合金。

合金製成的菜刀

（圖片來源：veer圖庫）

從(cong) 超級英雄們(men) 的神兵利器到尋常百姓的菜刀，為(wei) 什麽(me) 無一例外用的都是合金而不是純金屬呢？合金相比於(yu) 純金屬又有哪些不可替代的優(you) 勢？這還要從(cong) 合金的身世講起。

Part.1

見證曆史發展的合金

合金是指一種金屬與(yu) 另一種或幾種金屬或非金屬經過混合熔化，冷卻凝固後得到的具有金屬性質的固體(ti) 產(chan) 物。由此觀之，合金是在一種純金屬的基礎上加入了其他的金屬或者非金屬元素所組成的混合物。

材料常常成為(wei) 一個(ge) 時代的標誌，而除了遠古的石器時代之外，青銅器時代、鐵器時代以及近百年內(nei) 鋁等金屬的利用，都離不開合金的身影。青銅是金屬冶鑄史上最早的合金，是在純銅（紫銅）中加入錫或鉛所組成的合金。

我國早在距今5000年左右的夏朝，就有關(guan) 於(yu) 人們(men) 冶鑄青銅器的記載。而鼎盛時期則是在商、西周、春秋及戰國早期，延續時間約一千六百餘(yu) 年。這個(ge) 時期的青銅器主要分為(wei) 禮樂(le) 器、兵器及雜器等。曾侯乙編鍾，越王勾踐劍均是這段時期的青銅器代表，傳(chuan) 世國寶。盡管已經沉睡了2000多年，其鍾依然蕩氣回腸，其劍依然削鐵如泥。

曾侯乙編鍾（左）和越王勾踐劍（右）

圖片來源：veer圖庫

轉變時期一般指戰國末年至秦漢末年這段時間，伴隨著禮崩樂(le) 壞，由青銅器所構建的的禮製逐漸瓦解。而國之大事，在祀與(yu) 戎，取而代之的，是隨著兵器和祭祀用品中鐵器的出現，人們(men) 開始迎來了鐵器時代。

鐵器是以金屬鐵和碳元素所組成的合金，根據其中含碳的比例，可分為(wei) 生鐵、熟鐵以及鋼。實際上在自然界中，鐵的儲(chu) 量遠高於(yu) 銅。而之所以在問世時間上被青銅捷足先登，是因為(wei) 煉鐵所需溫度較高，要達到1500℃，青銅器時期的人們(men) 還無法達到這種溫度以及工藝的要求。

漢代鐵器

（圖片來源：鄭州市古滎漢代冶鐵遺址博物館）

Part.2

合金比純金屬強在哪兒(er) ？

首先，嚴(yan) 格意義(yi) 上說，地球上本就不存在100%的純金屬，我們(men) 所接觸到的一切金屬，都屬於(yu) 合金範疇。因為(wei) 從(cong) 科學上嚴(yan) 謹地講，金屬不可能有100%純，也無法檢驗是否100%純。所以金銀市場所謂的“純金”、“純銀”，也僅(jin) 僅(jin) 是接近100%的純度而已，除非把非金非銀的原子一個(ge) 一個(ge) 挑出來，才能得到100%純度的金銀，這顯然是不可能實現的事情。

但是現在的提煉技術已經可以獲得純度達到99.999%的金屬，其應用性能和100%的純金屬已並無二致，所以通俗地講，我們(men) 可以把雜質總含量在0.1%以下的金屬稱為(wei) 純金屬。

圖片來源：veer圖庫

其次，合金擁有純金屬所不具備的一些獨特的優(you) 勢。比如合金的硬度一般比其基體(ti) 的硬度大，所謂固溶強化，比如鋁合金的硬度比純鋁的硬度大很多。不過也存在一些特例，例如鈉鉀合金是液態的，用於(yu) 原子反應堆裏的導熱劑）。

合金的導電性和導熱性低於(yu) 任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以製造高電阻和高熱阻材料，還可製造有特殊性能的材料；有的合金抗腐蝕能力強於(yu) 任一組分金屬，如在鐵中摻入15%鉻和9%的鎳可以得到耐腐蝕的不鏽鋼。

Part.3

各路神通的“合金武器”

西遊記中關(guan) 於(yu) 金箍棒的描寫(xie) 是這樣的“棒是九轉镔鐵煉，老君親(qin) 手爐中煆。禹王求得號神珍，四海八河為(wei) 定驗”。這裏麵的九轉镔鐵，實際上就是不鏽鋼，它是一種鐵碳合金，原產(chan) 於(yu) 伊朗、印度等地，南北朝時期引入中國。

圖片來源：影視劇《西遊記》

到了明代，上等的武器都選用不鏽鋼製備。把其表麵磨光再用腐蝕劑處理，可見花紋，就被稱為(wei) “賓鐵”。“老君親(qin) 手爐中煆”指的就是不鏽鋼加工時所必不可少的鍛造技術，是讓鋼鐵逐漸變硬的過程。並且結合後麵那句“四海八河為(wei) 定驗”，證明金箍棒既可以置於(yu) 淡水之中，又可以置於(yu) 海水之中而不腐蝕生鏽，再次驗證了其材質是不鏽鋼的猜測。

而狼叔的利爪以及美隊的盾牌，據原著的描寫(xie) ，均來自於(yu) “艾德曼合金”，盡管地球上目前還沒有這種合金。在鋼鐵俠(xia) 的眾(zhong) 多戰甲當中，鈦合金戰甲則占據著最重要的位置。

金剛狼利爪（左）和美國隊長盾牌（右）

圖片來源：電影《金剛狼》《美國隊長》

鈦合金是在金屬鈦中摻入了鋁、釩等金屬所製成的合金。與(yu) 強度足夠的合金鋼比起來，鈦合金質量很輕；與(yu) 密度足夠輕的鋁合金比起來，鈦合金又具有足夠高的強度以及耐熱性，所以在需要輕質以及高強度的領域，鈦合金成為(wei) 第一選擇，比如航空航天領域。而且，鈦合金與(yu) 人體(ti) 有較好的親(qin) 和性，所以假肢、假牙等人造骨骼也多用鈦合金。

目前，人類已經發現的金屬元素總共隻有108種，而通過不同金屬不同含量的排列組合，可以形成千千萬(wan) 萬(wan) 種不同性能的合金。所以合金具有更廣闊的設計加工空間，也具有更多的可能性，可以不斷滿足人類文明的發展。

參考文獻：

[1]吳承恩.西遊記[M].

出品：科普中國

製作：X-Y 中科院大連化學物理研究所
監製：中國科普博覽

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！