鋳造用低融点金属:特性と用途|化学

エミリー・ニュートン著

2024 年 12 月 18 日 2026 年 3 月 30 日更新

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暑いってどのくらい暑いの？低融点金属の標準的な定義はありませんが、ほとんどの金属が 1,000°F (537°C) 以上で溶けることを考えると、コンロの上や人の手の中でさえ崩壊する金属は確かに特殊です。これらの金属とその合金は、特に共晶混合物を形成する場合に鋳造に最適です。

低融点金属

融点が最も低い金属は水銀で、-38°F (-39°C) であり、室温では液体です。対照的に、タングステンは融点が最も高く、6,191°F (3,422°C) でのみ液化します。 15 の最低融点金属は次のとおりです。

水星: -38°F (-39°C) で溶けます
フランシウム: 27°C (81°F) で溶けます
セシウム: 28°C (82°F) で溶けます
ガリウム: 30°C (86°F) で溶けます
ルビジウム: 40°C (104°F) で溶けます
カリウム: 145°F (63°C) で溶けます
ナトリウム: 208°F (98°C) で溶けます
インジウム: 157 °C (315 °F) で溶けます
リチウム: 180 °C (356 °F) で溶けます
錫: 450°F (232°C) で溶けます
ポロニウム: 489°F (254°C) で溶けます
ビスマス: 520°F (271°C) で溶けます
タリウム: 579°F (304°C) で溶けます
カドミウム: 610°F (321°C) で溶けます
リード: 621°F (327°C) で溶けます

これらの低融点金属の多くは、一般に可溶合金を構成します。ただし、すべてがキャストに適しているわけではありません。

鋳造用の低融点金属の品質

ポロニウムやフランシウムなどの一部の金属は非常に放射性が高いです。水銀と鉛は有毒であり、多くの鋳造用途に使用するには危険すぎます。したがって、金属の融点が低いからといって、それが鋳造に有用であるとは限りません。

鋳造用の低融点金属の有用な特性には、用途に応じて、高い融解エンタルピー、低い体積変化、高い熱伝導率、低い湿潤性などが含まれます。鋳造用金属のその他の特性として、人々が通常重視するのは、高拡散性、高耐食性、低可燃性などです。自分の金属製の彫刻や車の部品に火がつくことを望む人は稀です。

多くの合金のもう 1 つの有用な化学的特性は、合金が共晶であることです。この品質は、それらを組み合わせたときの融点が、個々の構成要素の融点よりも低いことを意味します。たとえば、麻酔薬のリドカインとプリロカインはどちらも室温では固体ですが、組み合わせると融点 61°F (16°C) の液体になります。

共晶金属合金は、個々の成分よりも溶解に必要なエネルギー入力が少ないため、鋳造に役立ちます。つまり、型に流し込む準備に必要な時間、お金、燃料が削減されます。

鋳造用の低融点金属の種類

低融点合金は通常、次のカテゴリに分類されます。

アルカリ金属のみで構成される合金。アルカリ金属は、簡単に切断できる柔らかい金属です。
水銀とアルカリ金属を含まないガリウム含有合金
一部の産業用途向けの水銀含有合金
スズ、鉛、ビスマス、インジウム、カドミウム、亜鉛、タリウムの合金

さらに、ガリウムは毒性と融点が低いため、単独で鋳造に使用できます。化学者の中には、何も知らない客にガリウムスプーンでお茶を出すという悪ふざけをする人もいます。お茶は熱い液体に触れるとすぐに溶けてしまいます。ガリウムは、接触するとアルミニウムや銅などの他の多くの金属も破壊します。

低融点合金の例

多くの可溶合金 (低温で溶ける合金) には特定の名前や特許が付いています。

フィールドのメタル

この無毒の合金は 144°F (62°C) で溶けます。フィールドの金属には、ビスマス 32.5%、インジウム 51%、錫 16.5% が含まれています。 Itl はラピッドプロトタイピングや少量生産のダイカストに役立ちますが、通常は Wood のメタルや Rose のメタルよりも高価です。液体フィールドの金属と接触すると、融点が平均より低いにもかかわらず、第 3 度の火傷を引き起こす可能性があります。

ローズのメタル

鋳造に便利なこの可溶合金は、ビスマス 50%、鉛 25% ～ 28%、錫 22% ～ 25% から作られています。ローズの金属を摂取すると、鉛が含まれているため有毒です。その融点は約 212°F (100°C) です。パイプの充填材や鋳鉄手すりのはんだとして多くの人が使用しています。

ウッズメタル

この共晶合金は触れたり、近くで吸い込んだりすると有毒ですが、カスタム金属部品の鋳造には役立ちます。金属の象嵌や複製が難しい鍵の鋳造を行うためにこれを使用する人もいます。この合金は、質量比でビスマス 50%、鉛 26.7%、錫 13.3%、カドミウム 10% で構成されています。 158°F (70°C) で溶けます。

セロセーフ

セロセーフは、ビスマス 42.5%、鉛 37.7%、錫 11.3%、カドミウム 8.5% の混合物です。冷却時の熱膨張特性により、多くの人がリファレンス鋳物の作成に使用しています。セロセーフは最初の 30 分で収縮するため、型からの取り外しが容易になります。その後数日かけて拡大します。 158°F (70°C) から 190°F (88°C) の間で溶けます。

セロロー 136

この共晶合金は最初は膨張し、その後収縮します。タービンブレード、ジェットブレード、スプリンクラーヘッド、シール調整ネジ、その他多くの機械部品の作成に役立ちます。融点は 136°F (57.8°C) で、ビスマス、鉛、インジウム、スズが含まれています。

セロロー 117

このビスマスベースの共晶合金は、金型や工具工場での校正鋳造、低温はんだ付け、歯科模型の作成に役立ちます。ビスマス、鉛、インジウム、スズ、カドミウムで構成されており、その名前の由来となっている 117°F (47°C) で溶けます。

低融点金属は何に使用されますか?

自宅で金属の彫刻やその他の物体を作りたいと考えている愛好家は、通常、金、銀、鉄などの材料を溶かす能力を持っていません。オーブンは、ほとんどの金属を液化させるのに十分な温度ではありません。

さらに、低融点金属は、高温で溶けてしまうプラスチック金型での鋳造にも役立ちます。ほとんどの 3D プリンタは媒体としてプラスチックを使用するため、可溶合金は 3D プリンタを使用して金型を作成するのに適しています。

鋳造に低融点金属を使用することは、全体的にも安全です。多くは重度の火傷を引き起こす可能性がありますが、たとえばガリウムはわずか 86°F (30°C) で液体になるため、安全に取り扱うことができます。

金属と 3D プリントの融合

最近鋳造用の金属に詳しくなった人なら、ほぼ確実に、3D プリントに金属を使用している例に遭遇したことがあるはずです。この製造方法は、多くの従来のオプションよりもはるかに効率的であり、ユーザーにはより多くのカスタマイズオプションが提供されます。 3D プリンティングが金属鋳造をどのように改善したかを示す最近の例と、これらの概念をその製造方法を超えた用途にどのように適用できるかを示す別の例を見てみましょう。

金属鋳造をより手頃な価格に

一例として、大学のチームは、従来の鋳造に代わる方法としてロスト PLA 法を研究しました。従来のアプローチでは通常、ロストフォームプロセスが使用されます。これには、発泡スチロールのモデルを作成し、それを砂型に配置し、その形状に溶融金属を注ぎ込むことが含まれます。発泡スチロールは溶融金属の熱により溶解し、負の空間が残ります。これは効果的な鋳造方法ですが、発泡スチロールが必要なため、コストと時間がかかります。

ロスト PLA 法では、PLA フィラメントのロールと 3D プリンターを使用して、より手頃な価格で精密な金型を作成します。フィラメントは融点が低く、コストも同様に低いため、短期間の金属鋳造プロジェクトに最適です。

この例は、イノベーションが必ずしも過去の手法をすべて放棄することを意味するものではないことを示しています。代わりに、人々は顕著な欠点のある側面に焦点を当て、3D プリンターなどの新しいテクノロジーを使ってそれらに取り組むことができます。

室温でオブジェクトを 3D プリントするための金属ゲルを開発

ガリウムとインジウムは 2 つの低融点金属であり、どちらも 3D プリンターを使用して室温で金属物体を作成する機会を開く革新において重要な役割を果たしました。この取り組みは、研究者らが水に懸濁したミクロンスケールの銅粒子の溶液を使用したことから始まりました。次に、室温で液体であるインジウム-ガリウム合金を加え、2つの成分を撹拌して混合しました。

その作用により銅粒子と液体金属がくっつき、水溶液内に金属ゲルが形成されます。科学者らはまた、ゲル内に銅粒子を均一に分散させることで、3D プリンターの目詰まりを引き起こす可能性のある問題を防止できることも明らかにしました。
研究者らは、この方法により、最大 97.5% が金属で導電性の高い製品を印刷できることを確認しました。金属鋳造は当面は重要な分野であり続けるでしょうが、人々は低融点金属についての知識を応用して、新たなニーズを満たす可能性のある他の方法を見つける必要もあります。