以下是主要性能区别及其带来的特殊用途：
强度与硬度：
- 区别： 合金通常比其组成纯金属具有更高的强度和硬度。这是合金化最重要的目的之一。机制包括：
- 固溶强化： 合金元素原子溶入基体金属晶格，造成晶格畸变，阻碍位错运动。
- 第二相强化： 形成硬质化合物或颗粒（如钢中的碳化物），阻碍位错运动。
- 细晶强化： 某些合金元素能细化晶粒，晶界增多阻碍位错。
- 特殊用途：
- 结构材料： 建筑（钢筋、结构钢）、桥梁、汽车车身和底盘（高强度钢、铝合金）、飞机结构（铝合金、钛合金）、压力容器。
- 工具材料： 切削刀具（高速钢、硬质合金）、模具（工具钢）、钻头、轴承（轴承钢）。
- 装甲： 坦克、防弹衣（特种装甲钢、钛合金）。
延展性和韧性：
- 区别： 合金化通常会降低延展性（塑性变形能力）。不过，通过精心设计成分和热处理工艺，可以优化韧性（抵抗断裂的能力）。有些合金在强度大幅提升的同时，仍能保持足够的韧性（如高强度低合金钢）。
- 特殊用途：
- 需要兼顾强度和一定塑性的场合：如汽车保险杠（吸收冲击能量）、船舶结构（抵抗海浪冲击）、紧固件（螺栓、螺母）。
- 通过牺牲延展性获得超高强度：如弹簧钢（高弹性）、琴弦（高抗拉强度）。
导电性和导热性：
- 区别： 合金化通常会显著降低导电性和导热性。杂质原子（合金元素）会破坏晶格的周期性，增加电子和声子（热振动量子）散射。
- 特殊用途：
- 电阻材料： 电热丝（镍铬合金如NiCr）、精密电阻（康铜CuNi）、变阻器（利用电阻变化）。
- 需要较低导热性的场合： 某些需要隔热或控制热传递的部件（虽然不如专门的隔热材料）。
- 对比： 高导电性应用（如电线、散热器）通常必须使用高纯度金属（如纯铜、纯铝）。
耐腐蚀性：
- 区别： 许多合金比其基体纯金属具有优异的耐腐蚀性。这是合金化的另一个核心目标。
- 钝化： 加入Cr、Al等元素能形成致密、稳定的氧化膜（如不锈钢中的Cr₂O₃），阻止进一步腐蚀。
- 牺牲阳极： 某些合金成分优先腐蚀以保护基体（如镀锌钢中的锌）。
- 提高热力学稳定性： 加入贵金属元素（如Cu-Ni合金中的Ni）。
- 特殊用途：
- 化工设备： 反应釜、管道、阀门（不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔合金、钛合金）。
- 海洋工程： 船舶、海上平台、海水淡化设备（铜镍合金、不锈钢、钛合金）。
- 医疗器械： 手术器械、植入物（不锈钢、钴铬合金、钛合金）。
- 食品加工： 容器、管道（不锈钢）。
- 建筑装饰： 幕墙、栏杆（不锈钢、耐候钢）。
熔点：
- 区别： 合金的熔点通常低于其组成金属中熔点最高的那种，甚至可能低于所有组成金属的熔点（形成低共熔混合物）。
- 特殊用途：
- 焊料： 锡铅焊料、无铅焊料（Sn-Ag-Cu等）熔点远低于被焊金属（如铜、铁）。
- 保险丝： 低熔点合金（如伍德合金）在特定温度下熔化以保护电路。
- 铸造： 某些低熔点合金用于复杂铸件（如锌合金压铸件）。
- 高温应用： 相反，一些高温合金（如镍基超合金）通过固溶强化和形成稳定相，具有极高的熔点稳定性和高温强度，用于喷气发动机涡轮叶片、火箭发动机部件。
铸造性能：
- 区别： 某些合金设计具有更好的流动性（熔融金属填充铸型的能力）、更小的收缩率和更低的熔点，从而改善铸造性能。
- 特殊用途：
- 复杂形状铸件： 汽车发动机缸体（铸铁、铝合金）、泵壳、艺术品（青铜、黄铜）。
- 压铸件： 电子产品外壳、汽车零件（锌合金、铝合金、镁合金）。
其他特殊性能：
- 磁性：
- 区别： 通过合金化可以精确控制磁性（软磁、硬磁、非磁性）。
- 特殊用途： 变压器铁芯（硅钢）、永磁体（铝镍钴、钕铁硼）、电磁屏蔽（某些合金）。
- 形状记忆效应：
- 区别： 某些合金（如镍钛诺）在特定条件下变形后，加热到一定温度能恢复原状。
- 特殊用途： 医疗器械（支架、导管接头）、航空航天（可展开结构）、温控装置。
- 低热膨胀系数：
- 区别： 某些合金（如殷钢）具有极低的热膨胀系数。
- 特殊用途： 精密仪器（钟表摆轮、光学平台支撑）、双金属片（恒温器、热继电器）。
- 生物相容性：
- 区别： 特定合金（如钛合金、钴铬合金）在人体内稳定且相容。
- 特殊用途： 人工关节、骨板、牙科植入体。
总结：
合金的核心优势在于通过改变成分和微观结构，可以设计并优化材料的综合性能，以满足特定应用的苛刻要求。纯金属虽然在导电、导热或某些特殊物理性能（如高纯度要求）方面有优势，但其力学性能、耐蚀性等往往难以满足现代工程需求。合金化是材料科学的核心技术，使得金属材料能够广泛应用于从日常生活到尖端科技的各个领域，极大地推动了人类社会的进步。
