合金とは？定義と例

合金とは、主元素が金属である場合に、2 つ以上の元素を組み合わせて作られる物質です。ほとんどの合金は、元素を一緒に溶かすことによって形成されます。冷却すると、合金は結晶化し、物理的方法では分離できない固体、金属間化合物、または混合物になります。合金にはメタロイドまたは非金属が含まれる場合がありますが、金属の特性を示します。

合金の主な金属は、そのベース、溶媒、またはマトリックスと呼ばれます。二次元素は溶質と呼ばれます。望ましくない元素は不純物と呼ばれます。合金が 2 つの元素のみで構成されている場合、結果は二元合金になります。 3 つの要素の場合、結果は三元合金になります。要素の割合を変えると、2 進法、3 進法、4 進法などを作成できます。

合金の例

よく知られている合金の例には、真鍮、ブロンズ、ステンレス鋼、14K ゴールド、スターリング シルバー、鋳鉄などがあります。

• アルニコ :アルニコには少なくとも 50% の鉄が含まれており、アルミニウム、ニッケル、コバルト、およびその他の金属が含まれています。エレキギターのピックアップやスピーカーのマグネットに使用されています。
• アマルガム ：アマルガムは水銀合金です。純粋な水銀は液体の元素であるため、アマルガムはペースト状になる傾向があります。水銀も蒸気圧が高いため、アマルガムを加熱して水銀を追い出し、他の成分を残すことがあります。
• ブラス :真鍮は、銅と亜鉛、場合によっては他の元素との合金です。真鍮は硬くて頑丈なため、機械加工部品や配管器具に使用されます。
• ブロンズ :ブロンズは、銅と錫の合金で、他の元素を含む場合もあります。青銅は彫像や一部の楽器に使用されています。
• 鋳鉄 :鋳鉄は、非金属を含む合金の例です。少なくとも 2% の炭素を含む鉄です。
• エレクトラム :エレクトラムは銀と金の天然合金です。
• 14K ゴールド :14K ゴールドは 58.5% が金で、通常は銀、銅、亜鉛が含まれています。金を合金化すると、より硬く、より強くなります。
• 18K ゴールド :18K ゴールドは 75% が金で、通常は銅、ニッケル、または亜鉛が含まれています。合金は金の色と光沢を保持していますが、純粋な元素よりも硬くて強いです。
• 隕鉄 :隕石はさまざまな組成を持っていますが、一部は鉄とニッケルの天然合金です。
• ニチノール :ニチノールは 50 ～ 55% のニッケルと 45 ～ 50% のチタンです。眼鏡フレーム、医療用品、温度スイッチに使用される形状記憶合金です。
• ピューター :ピューターは錫合金です。他の元素は、銅、アンチモン、または鉛であってもよい。ピューターは純粋なスズよりも強く、可鍛性があり、低温でも崩れにくいです。
• スターリングシルバー :スターリングシルバーは 92.5% の銀で、通常は銅が含まれていますが、他の元素が含まれていることもあります。銀を合金化すると、より硬く耐久性が高くなりますが、変色しやすくなります。

合金の製造方法

合金の形成には 2 つの方法があります。これらの方法を組み合わせて、第 3 のタイプの合金を形成することもできます。

• 代替合金 – 1 つの原子が同等のサイズの別の原子と交換すると、置換合金が形成されます。黄銅と青銅は置換合金の例です。スズまたは亜鉛はそれぞれ、結晶格子内の銅原子の一部を置き換えます。
• インタースティシャル合金 – 小さな原子が大きな原子の結晶格子内に閉じ込められると、格子間合金が形成されます。鋼は侵入型合金の一例です。炭素原子は、鉄の結晶マトリックスの隙間に入ります。

一部の合金は、原子交換と格子間メカニズムの組み合わせから形成されます。たとえば、ステンレス鋼の隙間には炭素原子があり、一部の炭素原子はニッケルとクロム原子に置き換えられています。

合金の用途

設計上、合金は純粋な元素よりも優れた化学的および物理的特性を備えています。つまり、商業的に使用されている金属の 90% 以上が合金です。合金は、耐食性、耐熱性、硬度、機械加工性、摩耗の改善、または特別な電気的または磁気的特性の点で、純粋な元素よりも優れています。合金が純粋な金属の主要な特性を保持しているが、より安価である場合、改善は単に費用対効果を反映している場合があります.

参考文献

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