純金屬不含其他雜質，具有較高的導電性、導熱性和良好的塑性等。例如純銅因導電、導熱、塑性極好，大量用于制作發電機﹑電纜﹑開關裝置等電工器材，也廣泛用于熱交換器﹑管道﹑太陽能加熱裝置的平板集熱器等導熱器材。純金屬的強度較低，種類有限，制取困難，價格較高，因此在各行業上應用較少。實際上，工程中使用的金屬材料都是合金，例如鋼鐵（鐵、碳為主要成份的合金）。
人類生產合金是從制作青銅器開始。合金，是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。與純金屬相比，合金具有許多優良的物理、化學和機械性能。例如：一般情況下，合金的熔點低、硬度大、導電性和導熱性低，利用合金的這些特性，可制造特殊性能的材料。合金的性能還可通過添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件來加以調節。因此，合金大大拓展了金屬材料的使用范圍和價值。
目前應用最廣泛的合金是鋼鐵（鐵碳合金）。鋼鐵中含碳量較生鐵低，性能優越，廣泛用于制造機械和交通工具。為了提高鋼的某些性能，人們向其中加入一定量的一種或幾種其他元素，可得到具有各種不同性能的合金鋼。例如不銹鋼（其合金元素主要是鉻和鎳），其抗腐蝕能力很強，不易生銹，用于制造醫療器械、廚房用具和餐具等。
鋁合金也是目前用途廣泛的合金之一。鋁中加入Mn、Mg形成的合金具有很好的耐蝕性、塑性和強度，用于制造油箱、容器、管道、鉚釘等。硬鋁合金（加入Cu、Mg 、Mn、S元素）因密度小、強度高、抗腐蝕能力強，是制造飛機、艦艇和宇宙飛船的理想材料。此外，銅合金（青銅、黃銅、白銅）在生活中也隨處可見。
特種金屬材料是近年來設計合成的新型合金。例如形狀記憶合金、隱身、儲氫、超導等合金。儲氫合金的研究將為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。此外，鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等廣泛應用于衛星、航空航天、生物工程和電子工業等領域。
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