合金:定義、特性、および一般的なタイプ

コンセプトの紹介 – 合金

合金とは、2 つ以上の金属の混合物です。さまざまな金属とさまざまな比率の金属を組み合わせた合金が多数存在します。このチュートリアルでは、合金とは何か、合金の特性、現在使用されている最も一般的な合金のいくつかについて学びます。

他の記事で取り上げられているトピック

金属結合
遷移金属
周期表の金属
定期的な傾向

合金は、金属物質を作るための 2 つの元素材料の混合物です。主成分は金属 (多くの場合、複数の金属) であり、金属の特性は新しい混合物中に保持されます。合金は、化合物 (固体) または溶液 (液体) のいずれかになります。最も一般的な合金は、室温では固体として存在します。

スターリングシルバーリング (銀と銅の合金)

合金の特性

合金には、硬度、耐食性、延性など、調整可能な有益な特性が数多くあります。

延性とは、材料が局所的に変形する能力です。ガラスは延性がないため、圧力がかかると割れてしまいます。ただし、合金は局所的な圧力に対しては破損することなくわずかに曲がることができます。これは、合金の延性が高いことを意味します。これは建築材料における重要な特性です。合金は延性が高い傾向があります。

耐食性も、天候や過酷な条件にさらされる材料の重要な特性です。腐食は、物質が酸化などの化学反応を起こし、ゆっくりと素材が磨耗するときに発生します。錆は腐食の一般的な生成物です。一般に、合金は金属単体よりも高い耐食性を持っています。

硬度は、材料がどれだけ傷つきやすいかを測定します。モース硬度スケールはこの特性を測定します。純金属ははるかに柔らかく、展性があり、多くの製造シナリオで使用できます。建築において、非常に展性の高い材料は構造的な完全性を十分に発揮しません。

合金はどのように作られるのですか?

合金は、必要な材料を溶融するまで加熱することによって最も一般的に製造されます。次に、成分が混合されます。溶融した物質は金型に流れ込みます。金型を冷却して、新しい材料を目的の形状に作成します。

溶けたブロンズを型に流し込む様子。青銅には銅と錫という金属が含まれています。

材料が互いに溶け合うことが重要です。鉄や銅など、混ぜ合わない金属もあります。したがって、これらの組み合わせは合金としては悪い材料になります。

合金中の不純物

合金は定義上、不純な物質です。ただし、合金中の不純物に言及する場合、そこに存在するはずのない元素を指します。たとえば、鋼には通常、不純物である硫黄（炭素と鉄だけであると考えられています）が含まれています。最も一般的な不純物は、合金内の主な金属によって異なります。アルミニウム合金では、リチウム、カルシウム、ナトリウムが最も一般的な不純物です。酸素は金属と酸化物を形成するため、広範囲にわたる不純物の原因となります。

不純物の問題は、合金の特性が変化することです。たとえば、不純物が存在すると材料が弱くなり、破損しやすくなります。不純物を避けるために、製造中に多くのステップが発生します。

一般的な合金

真鍮: 真鍮は銅と亜鉛を組み合わせたものです。
ブロンズ: 銅と錫は青銅の 2 つの成分です。青銅器時代 (紀元前 3,000 ～ 1,200 年) は、この合金の発見によってその時代の歴史が劇的に変わったため、この合金にちなんで名付けられました。
鋳鉄: 鋳鉄は鍋などによく使われる素材です。この素材には、非常に高い割合（90% 以上）の鉄と少量の炭素が含まれています。
スチール: 鋼には炭素（非金属）と鉄が含まれています。鋼は純鉄に比べて強度と耐破壊性が向上しています。
スターリングシルバー: ジュエリーの一般的な成分はスターリングシルバーです。この合金の標準は銀 92.5%、銅 7.5% です。
はんだ ：鉛と錫の混合物。ワイヤの接続に使用されます。
可溶合金 :融点が低い合金の一種。はんだ付け材料や防火用スプリンクラーにはこの材料がよく使用されます。火災により合金が溶けるまで加熱されるため、火災用スプリンクラーとして最適です。溶けた合金はシールを破り、水を放出して消火します。これらの材料は 100 ℃ 付近で溶けます。