在新能源、電動車、航太與高端工業設備領域中，異種金屬材料的結合已成為產品開發的重要趨勢。工程師藉由結合不同材料的特性，例如鋁的輕量化、鋼的高強度、銅的導電性與散熱能力，讓零件在重量、性能與成本間取得最佳平衡。然而，異種金屬組合也伴隨著高加工風險與長期可靠性挑戰，需要成熟的工程策略與製程控管。

異種金屬結合的常見方法

不同產業會依照機械強度、導熱性、重量與製造成本，採用不同的異材結合方式。常見方法包括：

1. 焊接

適用於鋁 / 鋼等組合，但熱膨脹係數差異大，容易在界面產生應力集中、孔洞或裂紋。

2. 擠壓、鉚接與機械壓接

避免高溫問題，但需控制界面壓痕、間隙、夾持痕與接觸疲勞。

3. 螺紋連接

易維修、易組裝，但若未管理電偶腐蚀，壽命常大幅縮短。

不同結合方式都需配合相應的加工策略，才能確保整體結構可靠性。

異種金屬加工可能帶來的風險

異材結合雖能帶來性能優勢，但製造過程必須特別留意以下風險：

1. 電偶腐蝕

兩種不同電位的金屬接觸，再加上導電液體（例如濕氣、鹽霧），會形成電化學反應，使較活潑的金屬快速腐蝕。

銅–鋁、釩–鋁、鎳–鋼等組合尤其常見。

2. 加工變形

異材在硬度、延展性、彈性模數上的差異，會造成切削力分布不均，導致以下結果：

• 尺寸偏差
• 表面缺陷
• 端面不平行或同軸誤差上升

特別是鋁 + 鋼、銅 + 鋁組合最容易因柔硬差異而出問題。

3. 介面疲勞與微裂縫

在振動、交變載荷或長期熱循環下，異材界面可能出現微裂縫，逐步影響整體壽命。

異種金屬加工的工程控制策略

為確保異材零件具備可量產性與耐久性，工程師通常透過以下方式降低風險：

1. 材料選擇與表面處理

透過表面處理可以有效「隔離電位差」並提升抗腐蝕能力，例如：

• 電鍍
• 陽極處理
• 氧化膜、陶瓷塗層
• 絕緣塗層

適當的塗層不僅減少電偶腐蝕，也能穩定表面硬度與耐磨性。

2. 加工順序的最佳化

為了降低界面受損風險與變形問題，通常採用：

• 高負荷、重切削加工 → 先在單一材料完成
• 只需微量加工或面修 → 放在最終組裝後執行
• 使用低應力刀路與高穩定性夾治具

這能降低異材界面受力不均帶來的尺寸偏差。

3. 精密量測與壽命預測

CMM（座標量測機）＋ FEA（有限元素分析）可用於：

• 找出應力集中區
• 評估界面受力行為
• 模擬不同載荷下的疲勞壽命
• 優化結構與組合工藝

在汽車動力系統、航太結構件中是必備流程。

異種金屬在新能源、EV 與航太中的應用趨勢

隨著產品需求朝向：

• 更輕
• 更高導熱性
• 更高功率密度
• 更耐腐蝕
• 更高結構強度

異材結合將持續擔任關鍵角色，例如：

• EV 馬達端蓋：鋁 + 鋼
• 電池銅排：銅 + 鋁
• 航太結構件：鈦 + 鋁
• 散熱模組：鋁 + 銅

工程挑戰將不再是「能不能結合」，而是——

如何在更高強度、更嚴苛環境下維持穩定耐久性。

結論

異種金屬材料的整合是現代產品設計的基礎，但其加工難度與風險也遠高於單一材質。唯有在材料選擇、加工順序規劃、表面處理與界面設計等方面進行嚴謹控制，才能確保產品在能源、電動車與航太領域中具備可靠性、穩定性與長期耐用性。