合金即为合成金属。它是由两种或两种以上的金属元素，或者金属元素与非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的物质。
合金具有较纯金属优越的性质。如纯金和纯银是十分软的材料，但当与铜熔合成为合金后，增高了硬度并富于弹性，色泽也因熔合比例的不同，而发生相应的改变。银和汞等合金，也比银和汞的硬度高；纯铜也是较软的材料，但与锌熔合后，即成黄铜，与锡熔合成为青铜，其硬度、强度亦显著增加，从而有实际应用价值。
组成合金独立的最基本单元（元素），称为组元，简称元。例如，在铁碳合金中，纯铁和碳都是组元。按组元多少可分为二元合金、三元合金和多元合金等，也可按组元名称命名，如铁碳合金、铜镍合金等。
合金中化学成分一致，物理状态（结晶构造）相同，并由明显的分界面隔开的各个均匀的组成部分，称为相。液态和固态为两个相。如水和冰虽然化学性质相同，但物理状态不同，为两个相。纯金属在结晶过程中，当液体和固体同时存在时，则为两个相。
（一）合金的相结构
合金的性能，是由组成合金各相的结构、性能和各相的组成情况决定的。合金的相结构，是指合金相的晶体结构。合金在固态下的相结构，一般可分为固溶体、化合物和机械混合物三种。
1.固溶体：在固态下合金中各组元能互相溶解而形成均匀的固相，称为固溶体。（图26、图27）在金属固溶体中，基础金属称为溶剂，而合金元素称为溶质，溶质不再具有晶体结构，而以原子（正离子）形式溶解于另一组元中，溶剂的晶体结构，就是固溶体的晶体结构。如铁碳合金中，碳溶于α-铁中而形成α-固溶体（通常称为铁素体），它保持了α-铁的晶格，仍为体心立方晶格，而溶质碳元素的晶格已消失。固溶体为相体。
根据溶质原子溶入方式的不同，可分为间隙固溶体和置换固溶体。（图26、图27）
图28 置换固溶体中的晶格畸变
A.溶剂原子小于溶质原子 B.溶剂原子大于溶质原子
2.化合物：溶质与溶剂以金属化合物的相出现，如碳钢中的渗碳体（Fe3C），黄铜中的β-相CuZn，银汞合金中的Ag2Hg3等。金属化合物不同于任何一组元的晶格，其晶体结构较为复杂，一般以分子式来表示。这种化合物熔点高，强度、硬度和耐磨性增加，但塑性、韧性低，银锡合金、铜铝合金等均属此类。
3.机械混合物：可以是两种或两种以上纯金属、固溶体或化合物各自的混合，也可以是它们之间的混合，它们各自仍保持原晶格。上述铁素体与渗碳体在某种条件下，能形成机械混合物，称为殊光体，为两个相。机械混合物的性能，取决于各组成相的性能，以及它们各自的数量、形状、大小与分布状况。其熔点较任何一母体元素都要低，如铋铅锡合金仅100℃左右。
（二）合金的结晶
合金的结晶（冷却）过程比纯金属复杂得多，多以“温度—浓度”为坐标的相图来表示。相图是通过实验测定一系列不同比例合金的状态变化温度（临界点），再根据这些数据而绘制出的相图。（图29）
图26 间隙固溶体
1.溶剂原子 2.溶质原子
图27 置换固溶体
1.溶剂原子 2.溶质原子
间隙固溶体中溶质原子不置换，溶剂晶格中的原子而仅位于溶剂晶格的间隙中，形成间隙固溶体的溶质元素，通常为原子半径都小于1埃的非金属元素，如碳（0.77埃）、氮（0.71埃）、氢（0.46埃）、硼（0.97埃）等。置换固溶体中溶质原子，则要替换晶格中的溶剂原子，在溶剂晶格中占据一定的节点，而且当溶质原子直径与溶剂原子直径不相同时，还会引起晶格的畸变，由于晶格的畸变，会引起固溶体的强度和硬度升高，物理性能也随之而发生变化。（图28）
图28 置换固溶体中的晶格畸变
A.溶剂原子小于溶质原子 B.溶剂原子大于溶质原子
2.化合物：溶质与溶剂以金属化合物的相出现，如碳钢中的渗碳体（Fe3C），黄铜中的β-相CuZn，银汞合金中的Ag2Hg3等。金属化合物不同于任何一组元的晶格，其晶体结构较为复杂，一般以分子式来表示。这种化合物熔点高，强度、硬度和耐磨性增加，但塑性、韧性低，银锡合金、铜铝合金等均属此类。
3.机械混合物：可以是两种或两种以上纯金属、固溶体或化合物各自的混合，也可以是它们之间的混合，它们各自仍保持原晶格。上述铁素体与渗碳体在某种条件下，能形成机械混合物，称为殊光体，为两个相。机械混合物的性能，取决于各组成相的性能，以及它们各自的数量、形状、大小与分布状况。其熔点较任何一母体元素都要低，如铋铅锡合金仅100℃左右。
（二）合金的结晶
合金的结晶（冷却）过程比纯金属复杂得多，多以“温度—浓度”为坐标的相图来表示。相图是通过实验测定一系列不同比例合金的状态变化温度（临界点），再根据这些数据而绘制出的相图。（图29）
图29 二元合金相图的测绘
A.冷却曲线 B.ab合金相图
相图中，开始结晶温度（上临界点）的连线，称为液相线；而结晶终了温度（下临界点）的连线，称为固相线。这两条线把合金相图分为三个相区，在液相线以上所有的合金，都处于液态，是液相单相区；在固相线以下所有成分的合金，都已结晶完毕而处于固态，是固相单相区；在液相线和固相线之间，合金虽已开始结晶，但结晶过程尚未完全，是液相和固相共存的两相区。合金在整个结晶过程中，温度一直在下降，温度无停顿不变的现象，这与纯金属的结晶过程是不一样的。
由于合金中各组元开始结晶的温度不同，结晶时若冷却过快，合金在凝固阶段的不同时刻各组元析出结晶量也就不同（表11），因而形成的合金是不均匀的（不平衡结晶）。只有在冷却很慢的情况下，各组元才有可能进行充分的扩散，合金将由各组元的均匀固体结晶粒所组成。实际上，冷却速度是较快的，得到的合金晶体内化学成分是不均匀的。为了消除这种偏析，可把合金重新加热到稍低于固相线的温度，长时间保温，使原子扩散充分进而达到各成分的均匀一致，这种处理称为扩散退火。
表11 金银合金结晶成分析出情况表
图29 二元合金相图的测绘(www.xing528.com)
A.冷却曲线 B.ab合金相图
相图中，开始结晶温度（上临界点）的连线，称为液相线；而结晶终了温度（下临界点）的连线，称为固相线。这两条线把合金相图分为三个相区，在液相线以上所有的合金，都处于液态，是液相单相区；在固相线以下所有成分的合金，都已结晶完毕而处于固态，是固相单相区；在液相线和固相线之间，合金虽已开始结晶，但结晶过程尚未完全，是液相和固相共存的两相区。合金在整个结晶过程中，温度一直在下降，温度无停顿不变的现象，这与纯金属的结晶过程是不一样的。
由于合金中各组元开始结晶的温度不同，结晶时若冷却过快，合金在凝固阶段的不同时刻各组元析出结晶量也就不同（表11），因而形成的合金是不均匀的（不平衡结晶）。只有在冷却很慢的情况下，各组元才有可能进行充分的扩散，合金将由各组元的均匀固体结晶粒所组成。实际上，冷却速度是较快的，得到的合金晶体内化学成分是不均匀的。为了消除这种偏析，可把合金重新加热到稍低于固相线的温度，长时间保温，使原子扩散充分进而达到各成分的均匀一致，这种处理称为扩散退火。
表11 金银合金结晶成分析出情况表
（三）合金的性质
1.色泽：一般与所组成的金属有关。铜镍合金根据配比不同，可得到从铜色（金红色）到镍白色的变化，含镍30%即呈银白色。
2.展性、延性、韧性：合金的展性及延性，一般均较所组成的金属为低，而韧性增高。
部分金属的三种性能秩序如下：
展性：Au＞Ag＞Cu＞Al＞Sn＞Pt＞ Pb＞ Zn＞ Fe＞ Ni＞Pd.
延性：Au＞Ag＞Pt＞Al＞Fe＞Ni＞Cu＞Pd＞Cd＞Zn＞Sn＞Pb.
韧性：Fe＞Cu＞Pt＞Ag＞Au＞Zn＞Sn＞Pb.
（三）合金的性质
3.熔点：金属由固态转变为液态的过程中，伴随着晶格的破坏和原子转化为混乱状态，称为熔化。此时的温度叫熔点。合金与纯金属一样有固定的熔点，但合金在液相到固相之间的结晶，都有两个不同的温度阶段，凝固始点及凝固终点（在相图上相应为熔限线和凝限线）。合金的熔点在理论上相当于凝固终点。但实际所测的结果，则稍低于此温度。（图30）
1.色泽：一般与所组成的金属有关。铜镍合金根据配比不同，可得到从铜色（金红色）到镍白色的变化，含镍30%即呈银白色。
2.展性、延性、韧性：合金的展性及延性，一般均较所组成的金属为低，而韧性增高。
部分金属的三种性能秩序如下：
展性：Au＞Ag＞Cu＞Al＞Sn＞Pt＞ Pb＞ Zn＞ Fe＞ Ni＞Pd.
延性：Au＞Ag＞Pt＞Al＞Fe＞Ni＞Cu＞Pd＞Cd＞Zn＞Sn＞Pb.
韧性：Fe＞Cu＞Pt＞Ag＞Au＞Zn＞Sn＞Pb.
3.熔点：金属由固态转变为液态的过程中，伴随着晶格的破坏和原子转化为混乱状态，称为熔化。此时的温度叫熔点。合金与纯金属一样有固定的熔点，但合金在液相到固相之间的结晶，都有两个不同的温度阶段，凝固始点及凝固终点（在相图上相应为熔限线和凝限线）。合金的熔点在理论上相当于凝固终点。但实际所测的结果，则稍低于此温度。（图30）
图30 液态金属与固态金属结构示意图
A.固态金属的远程规则结构
B.液态金属的近程规则结构
4.传导性：合金的导热和导电性，一般较原有金属差，其中尤以导电性更为明显。
5.硬度：表示材料抵抗压力而产生剩余变形的能力。合金的硬度比所组成的金属的硬度高。
6.腐蚀性：金属周围由于介质对它的化学或电化学作用而发生破坏，称为腐蚀。纯金属一般不易被腐蚀，合金则视其结构和组成不同而各异。若含有铬，一般耐腐蚀，如不锈钢等；含碳、硫高，则易被腐蚀。口腔临床用的合金，绝大部分要求有很高的抗腐蚀性。
图30 液态金属与固态金属结构示意图
A.固态金属的远程规则结构
B.液态金属的近程规则结构
4.传导性：合金的导热和导电性，一般较原有金属差，其中尤以导电性更为明显。
5.硬度：表示材料抵抗压力而产生剩余变形的能力。合金的硬度比所组成的金属的硬度高。
6.腐蚀性：金属周围由于介质对它的化学或电化学作用而发生破坏，称为腐蚀。纯金属一般不易被腐蚀，合金则视其结构和组成不同而各异。若含有铬，一般耐腐蚀，如不锈钢等；含碳、硫高，则易被腐蚀。口腔临床用的合金，绝大部分要求有很高的抗腐蚀性。
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