私たちが望むほとんどすべての物質は、地球上のどこかに足元に隠されています。地球の並外れた資源の備蓄は、私たちがジュエリーとして身につける金から車を動かすガソリンまで、事実上あらゆるニーズを満たすことができます。地球上のすべての物質は、基本的な構成要素である化学元素で構成されています。自然界に存在する元素は約 90 種類あり、その大部分を金属が占めています。しかし、金属は貴重なものですが、私たちが必要とする仕事に常に理想的であるとは限りません。たとえば、鉄を取ります。それは信じられないほど強いですが、壊れやすく、湿った環境では急速に錆びます.例えば、アルミニウムはどうですか？軽いですが、純粋な形では価値がないほど柔らかくて弱いです。そのため、私たちが使用する「金属」の大部分は合金です。これは、金属を他の材料と混合して、より強く、より硬く、より軽く、または他の方法でより良くするためのものです.合金は、歯の詰め物から車の合金ホイール、頭上を高速で飛行する人工衛星まで、私たちの周りにあふれています。
合金
「合金」という用語は「金属の組み合わせ」と表現されることがありますが、これは少し誤解を招く可能性があります。これは、特定の合金は 1 つの金属のみを含み、非金属とブレンドされているためです（たとえば、鋳鉄は 1 つの金属のみで作られた合金です）。 、鉄、1 つの非金属、炭素と混合)。
合金は、少なくとも 2 つの別個の化学成分で構成される材料として最もよく説明され、そのうちの 1 つは金属です。主金属、親金属、またはベース金属は、合金の最も重要な金属成分です (通常、全材料の 90% 以上を占めます)。合金化剤 (合金の追加成分) は金属または非金属であり、かなり少ない割合で存在します (時には全体の 1% 未満)。合金は化合物 (それを構成する元素が化学的に結合している) である可能性がありますが、より多くの場合、固溶体 (元素の原子は塩と水のように単純に混合されています) です。
合金の組成
強力な電子顕微鏡は、結晶格子として知られる規則的な配置でグループ化された、金属内の原子を明らかにすることができます。ビー玉でいっぱいの小さな段ボール箱を想像してみてください。原子の配置がよくわかります。親金属の原子とは別に、合金には、構造全体に散らばった合金化剤の原子が含まれています。 (いくつかのプラスチック ボールを段ボール箱に入れ、ビー玉の間に無作為に落とすことを想像してください。
代替合金
合金化剤の原子が主金属の原子を置換すると、置換合金が生成されます。このような合金は、母材金属と合金化剤の原子がほぼ同じサイズである場合にのみ形成できます。ほとんどの代替合金の構成元素は、周期表で互いに近接しています。たとえば、真鍮は、亜鉛原子が通常存在する銅原子の 10 ～ 35% を置換する銅ベースの置換合金です。銅と亜鉛は周期表で近く、原子のサイズがほぼ同じであるため、真鍮は合金としてうまく機能します。
腸内合金
合金は、合金化剤の原子が親金属の原子よりもはるかに小さい場合にも形成できます。次に、エージェント原子は、一次金属原子間のギャップまたは「隙間」に移動し、侵入型合金になります。鋼は、少数の炭素原子が鉄の結晶格子内の大きな原子の間を滑り落ちる格子間合金です。
合金の挙動
金属が特定の機能に必要な品質を正確に備えていないことがわかっているため、人々は合金を作成して使用しています.鋼 (鉄に少量の非金属炭素を加えた合金) は、鉄に代わる、より強く、より硬く、錆びにくい代替品です。アルミニウムは軽い金属ですが、純粋な形では柔らかい金属でもあります。適度な比率のマグネシウム、マンガン、および銅で作られた優れたアルミニウム合金であるジュラルミンは、飛行機で使用されるのに十分な強度があります。重要な物理的性質の 1 つまたは複数において、合金は常に母材よりも優れています (強度、耐久性、電気を通す能力、熱に耐える能力など)。合金は一般に、母材金属よりも強くて硬く、可鍛性が低く (加工しにくい)、延性があります (ワイヤーに引っ張るのが難しい)。
合金はどのように作られますか?
「金属の組み合わせ」としての合金の概念に当惑する可能性があります。 2つの固体金属塊を組み合わせる最良の方法は何ですか?成分を加熱して溶かして液体を作り、それらを混ぜ合わせてから冷却して固溶体にするのが、従来の合金 (水に塩のような溶液の固体相当物) を製造する方法でした。成分を粉末に変え、それらを混ぜ合わせ、高圧と高温の組み合わせでそれらを融合させることは、合金を作る別の技術です.粉末冶金はこの方法の名前です。合金を作る 3 つ目の方法は、金属の表面層にイオン (電子が少なすぎるか多すぎる原子) を発射することです。イオン注入は、知られているように、合金製造の非常に正確な方法です。これは、電子回路やコンピュータ チップ用の半導体を製造する方法として最もよく知られています。
結論
合金は純粋な金属よりも優れた品質を持っていると結論付けています。ほとんどすべての金属は合金、つまりいくつかの元素の混合物として利用されています。合金化はさまざまな目的で行われますが、その最も一般的な目的は、強度、耐食性、またはコスト削減の向上です。
