铝合金 3003 不仅以其耐腐蚀性和良好成形性著称，还因其轻质特性而广泛应用——其密度（ρ）是定义材料单位体积质量的指标，并直接影响结构和热管理应用中的重量、刚度和热容。3003 合金在室温下的标称密度约为 2.73 g/cm³（2 730 kg/m³），略高于纯铝（≈ 2.70 g/cm³），这主要是由于添加了锰和其他微量元素导致的。
| 温度 (°C) | 密度 (g/cm³) | 密度 (kg/m³) | 相对于 20 °C 的变化 (%) |
|---|---|---|---|
| 20 | 2.730 | 2 730 | — |
| 100 | 2.725 | 2 725 | –0.18 % |
| 200 | 2.718 | 2 718 | –0.44 % |
| 300 | 2.710 | 2 710 | –0.73 % |
表 1. 3003 铝合金不同温度下的密度（近似值）
温度依赖性
与所有金属一样，3003 铝合金的密度会随着温度升高而略有降低，这是由于热膨胀引起晶格间距增大所致。在 20 °C 到 300 °C 范围内，其密度下降约 0.73%。对于大多数低于 150 °C 的工程应用，这一变化可以忽略不计；但在高精度或高温设计中，需要考虑其热膨胀系数（≈ 23 × 10⁻⁶ K⁻¹）以准确计算质量和体积。
影响因素
1.合金成分：3003 合金中 1.0–1.5 wt % 的锰使其密度略高于纯铝。铁、硅、铜等微量元素也会增加质量，但因含量极低，对总体影响有限。
2.状态与加工硬化：冷加工会改变位错密度，但对整体密度影响微乎其微；退火态（O）与全硬态（H18）的密度差异通常在 ±0.01 g/cm³ 之内。
3.孔隙率与制造工艺：挤压或轧制过程中可能产生气孔或微小空隙。通过脱气处理和合理的轧制工艺可最大限度地降低孔隙率，保证成品密度接近理论值。
测量标准
密度通常按照 ASTM B328 或 ISO 3451 的阿基米德原理（浮力法）进行测定：比较试样在空气中的质量与在标准流体（通常为水）中的视质量，以计算体积。对于更高精度的检测，可采用氦质谱体积测量法（He pycnometry）评估开孔及闭孔体积。生产过程中定期进行密度检测，可确保密度符合 ±0.03 g/cm³ 的规格要求。
工程应用意义
•轻量化结构：在汽车和航空航天等交通领域，每减轻 1 kg 都能提升燃油效率；采用 3003 合金面板或零部件，可充分利用其 ~2.73 g/cm³ 的低密度和优良成形性。
•热管理系统：密度与比热容共同决定了体积热容量（ρ · cₚ），即单位体积材料能储存的热量，这对散热器、换热器和炊具设计至关重要。
•耐腐蚀设备：在储罐和风管等应用中，低重量与高耐蚀性能相结合，可减少支撑结构的需求。
综上所述，3003 铝合金在 20 °C 时的标称密度约为 2.73 g/cm³，并在 300 °C 降至约 2.71 g/cm³。由于添加了锰和微量杂质，其密度略高于纯铝，但仍足够轻盈，非常适合各种轻量化工程应用。了解其温度依赖特性，并结合优异的成形性和耐腐蚀性，可帮助设计师在汽车、热管理和结构系统中优化组件，实现性能与重量的最佳平衡。
