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西游記里孫悟空一柱擎天，橫掃千軍的金箍棒；漫威宇宙中金剛狼寒氣逼人，銀光閃閃的利爪；美國隊長(cháng)堅不可摧，光滑明亮的盾牌以及鋼鐵俠威風(fēng)凜凜，帥氣酷炫的戰甲，這些“趁手兵器”都是超級英雄們最具標志性的名片。不過(guò)，統觀(guān)這些古今中外的神兵利器，其實(shí)都有一個(gè)共同的名字——合金。

合金制成的菜刀

（圖片來(lái)源：veer圖庫）

從超級英雄們的神兵利器到尋常百姓的菜刀，為什么無(wú)一例外用的都是合金而不是純金屬呢？合金相比于純金屬又有哪些不可替代的優(yōu)勢？這還要從合金的身世講起。

Part.1

見(jiàn)證歷史發(fā)展的合金

合金是指一種金屬與另一種或幾種金屬或非金屬經(jīng)過(guò)混合熔化，冷卻凝固后得到的具有金屬性質(zhì)的固體產(chǎn)物。由此觀(guān)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。

材料常常成為一個(gè)時(shí)代的標志，而除了遠古的石器時(shí)代之外，青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代以及近百年內鋁等金屬的利用，都離不開(kāi)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(guān)于人們冶鑄青銅器的記載。而鼎盛時(shí)期則是在商、西周、春秋及戰國早期，延續時(shí)間約一千六百余年。這個(gè)時(shí)期的青銅器主要分為禮樂(lè )器、兵器及雜器等。曾侯乙編鐘，越王勾踐劍均是這段時(shí)期的青銅器代表，傳世國寶。盡管已經(jīng)沉睡了2000多年，其鐘依然蕩氣回腸，其劍依然削鐵如泥。

曾侯乙編鐘（左）和越王勾踐劍（右）

圖片來(lái)源：veer圖庫

轉變時(shí)期一般指戰國末年至秦漢末年這段時(shí)間，伴隨著(zhù)禮崩樂(lè )壞，由青銅器所構建的的禮制逐漸瓦解。而國之大事，在祀與戎，取而代之的，是隨著(zhù)兵器和祭祀用品中鐵器的出現，人們開(kāi)始迎來(lái)了鐵器時(shí)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，可分為生鐵、熟鐵以及鋼。實(shí)際上在自然界中，鐵的儲量遠高于銅。而之所以在問(wèn)世時(shí)間上被青銅捷足先登，是因為煉鐵所需溫度較高，要達到1500℃，青銅器時(shí)期的人們還無(wú)法達到這種溫度以及工藝的要求。

漢代鐵器

（圖片來(lái)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？

首先，嚴格意義上說(shuō)，地球上本就不存在100%的純金屬，我們所接觸到的一切金屬，都屬于合金范疇。因為從科學(xué)上嚴謹地講，金屬不可能有100%純，也無(wú)法檢驗是否100%純。所以金銀市場(chǎng)所謂的“純金”、“純銀”，也僅僅是接近100%的純度而已，除非把非金非銀的原子一個(gè)一個(gè)挑出來(lái)，才能得到100%純度的金銀，這顯然是不可能實(shí)現的事情。

但是現在的提煉技術(shù)已經(jīng)可以獲得純度達到99.999%的金屬，其應用性能和100%的純金屬已并無(wú)二致，所以通俗地講，我們可以把雜質(zhì)總含量在0.1%以下的金屬稱(chēng)為純金屬。

圖片來(lái)源：veer圖庫

其次，合金擁有純金屬所不具備的一些獨特的優(yōu)勢。比如合金的硬度一般比其基體的硬度大，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(guò)也存在一些特例，例如鈉鉀合金是液態(tài)的，用于原子反應堆里的導熱劑）。

合金的導電性和導熱性低于任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以制造高電阻和高熱阻材料，還可制造有特殊性能的材料；有的合金抗腐蝕能力強于任一組分金屬，如在鐵中摻入15%鉻和9%的鎳可以得到耐腐蝕的不銹鋼。

Part.3

各路神通的“合金武器”

西游記中關(guān)于金箍棒的描寫(xiě)是這樣的“棒是九轉鑌鐵煉，老君親手爐中煅。禹王求得號神珍，四海八河為定驗”。這里面的九轉鑌鐵，實(shí)際上就是不銹鋼，它是一種鐵碳合金，原產(chǎn)于伊朗、印度等地，南北朝時(shí)期引入中國。

圖片來(lái)源：影視劇《西游記》

到了明代，上等的武器都選用不銹鋼制備。把其表面磨光再用腐蝕劑處理，可見(jiàn)花紋，就被稱(chēng)為“賓鐵”?！袄暇H手爐中煅”指的就是不銹鋼加工時(shí)所必不可少的鍛造技術(shù)，是讓鋼鐵逐漸變硬的過(guò)程。并且結合后面那句“四海八河為定驗”，證明金箍棒既可以置于淡水之中，又可以置于海水之中而不腐蝕生銹，再次驗證了其材質(zhì)是不銹鋼的猜測。

而狼叔的利爪以及美隊的盾牌，據原著(zhù)的描寫(xiě)，均來(lái)自于“艾德曼合金”，盡管地球上目前還沒(méi)有這種合金。在鋼鐵俠的眾多戰甲當中，鈦合金戰甲則占據著(zhù)最重要的位置。

金剛狼利爪（左）和美國隊長(cháng)盾牌（右）

圖片來(lái)源：電影《金剛狼》《美國隊長(cháng)》

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

目前，人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現的金屬元素總共只有108種，而通過(guò)不同金屬不同含量的排列組合，可以形成千千萬(wàn)萬(wàn)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(mǎn)足人類(lèi)文明的發(fā)展。

參考文獻：

[1]吳承恩.西游記[M].

出品：科普中國

制作：X-Y 中科院大連化學(xué)物理研究所
監制：中國科普博覽

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