クエリ: ニッケルチタン合金のように、変形させても所定の温度まで加熱することで元の形に戻る合金のことを何というでしょう?
文章: 形状記憶合金 形状記憶合金は、変態点以上の温度では、変形を受けてもすぐさま元の形状を回復する性質を持ち、この変形範囲(→弾性)は鋼などを使う通常のばね等に比べてはるかに広い。この性質を超弾性という。このため、特に変態点が常温以下の合金のことを指して、超弾性合金と呼ぶ場合がある。 この合金は、チタンとニッケルの合金(ニッケルチタン)が一般的であるが、その他にも鉄-マンガン-ケイ素合金(→鉄系形状記憶合金)など、様々な素材で作られている。組成を変更することで任意の温度以上になった場合に、あらかじめ設定した形状に変形する性質(マルテンサイト変態)から、様々な分野での応用がみられる。 このような合金の性質が確認されたのは1951年のことで、1970年代頃から利用が研究され始めた。しかし実用化が始まったのは1980年代に入ってからのことで、以後機械工学分野から医療分野にまで応用されている。
文章: ニッケルチタン B2構造(塩化セシウム型構造)とそれが若干歪んだ単射構造・菱面体構造(マルテンサイト相)を基本とする。ニッケルとチタンとの比率や熱処理条件の微妙な違い、および第3元素の添加等によって、マルテンサイト変態温度及びその逆変態の温度は上下する。 文章: 焼戻し 焼戻しは加工品の靱性を向上させる処理だが、焼戻し温度によっては逆に脆化する場合がある。これを焼戻し脆性と呼び、低温焼戻し脆性と高温焼戻し脆性がある。。焼戻し特有の欠陥で、焼戻し処理時には焼戻し脆性が発生する温度域には注意を要する。250 - 350°Cからの焼戻しで発生する脆化を低温焼戻し脆性と呼ぶ。低温焼戻し脆性は、焼戻しの冷却速度と鋼種を問わずに発生する。一端高温で焼戻しすれば、この条件で焼戻ししても低温焼戻し脆性は発生しなくなるのが特徴である。低温焼戻し脆性の原因は、リン、窒素などの不純物が旧オーステナイト結晶粒界に析出すること、300°C以上で析出する初期セメンタイトが薄板状のため粒界に析出すること、残留オーステナイトから炭化物が析出して不安定になり、荷重負荷時にマルテンサイト変態して脆くなること、などが挙げられる。 文章: 鋼 鋼(はがね、こう、釼は異体字、英: steel)とは、炭素を400ppmから2パーセント程度含む鉄の合金。鋼鉄(こうてつ)とも呼ばれる。炭素のみを加えた炭素鋼と、ニッケル・クロムなどを加えた特殊鋼(合金鋼)の2種が存在する。純粋な鉄に比べ強靭で加工性に優れ、鉄の利用の大部分は鋼によって占められているため、鉄と鋼を合わせ鉄鋼(てっこう)とも呼ばれる。資源量が豊富で精錬しやすく、強靱であり加工もしやすい上に安価であるため世界中で広く利用され、産業上重要な位置を占める。このため生産量も非常に多く、世界の金属材料生産量の約95%は鋼となっている。 文章: 鉄 現在においても工業生産されている金属の大半は鉄鋼であり、鉄を含まない金属は非鉄金属と呼ばれる。鉄は、炭素をはじめとする合金元素を添加することで鋼となり、炭素量や焼入れなどを行うことで硬度を調節できる、きわめて使い勝手のいい素材となる。鋼は古くから刃物の素材として使われ、ほとんどの機械は鉄鋼をおもな素材とする。さらに鉄鋼は、鉄道レールの素材となるほか、鉄筋や鉄骨、鋼矢板などとして建築物や土木構築物の構造用部材に使われ大量に消費されている。鉄に炭素とさまざまな微量金属を加えることで、多様な優れた特性を持つ合金鋼が生み出される。鉄とクロム・ニッケルの合金であるステンレス鋼は腐食しにくく強度が高く、なおかつ見た目に美しく比較的安価な合金として知られる。 文章: 焼戻し 焼戻しとは、焼入れあるいは溶体化処理されて不安定な組織を持つ金属を適切な温度に加熱・温度保持することで、組織の変態または析出を進行させて安定な組織に近づけ、所要の性質及び状態を与える熱処理。 焼き戻し、焼もどしとも表記する。 狭義には、焼入れされた鋼を対象にしたものを指す、鋼の焼戻しは、焼入れによりマルテンサイトを含み、硬いが脆化して、不安定な組織となった鋼に靱性を回復させて、組織も安定させる処理である。 アルミニウム合金のような非鉄金属やマルエージング鋼のような特殊鋼などへの溶体化処理後に行われる焼戻し処理は時効処理の一種で、人工時効あるいは焼戻し時効、高温時効と呼ばれる。 本記事では焼入れされた鋼の焼戻しについて主に説明する。人工時効については時効 (金属)を参照のこと。また、本記事では日本産業規格、学術用語集に準じて、「焼戻し」の表記で統一する。 文章: ステンレス鋼 高温硫化は、硫化水素ガスや亜硫酸ガスなどの雰囲気中で起こる。高温硫化の挙動は、高温酸化と同じように、表面にできる皮膜の生成と成長に支配される。高温硫化における皮膜は硫化物によって形成されるが、格子欠陥が多くてイオンが拡散しやすいため、この硫化物皮膜には高温酸化における酸化物皮膜のような保護力はない。実用合金全般を見渡しても、硫化水素ガス雰囲気中での最大の耐用温度は 600 °C が限界といわれる。クロムの添加は硫化を抑制する効果があるため、ステンレス鋼の耐高温硫化性は炭素鋼よりは優れている。クロムの他にはアルミニウムやケイ素の添加が有効で、硫化速度減少の効果を示す。 浸炭は、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素などの高温ガス雰囲気中で起こる現象で、炭素原子が内部に拡散して炭化物を形成する。窒化は、アンモニア雰囲気などの窒素を含む高温雰囲気中で起こる現象で、窒素原子が内部に拡散して固溶体や窒化物を形成する。浸炭も窒化も材質を脆化させたり、クロム欠乏帯をつくり異常酸化の原因となったりする。浸炭に有効な合金元素には、保護性のある酸化物を形成するクロムとケイ素、炭化物を形成しないニッケルが挙げられる。窒化の場合は、特に有効な合金元素はニッケルで、ニッケル含有量が多いほど耐窒化性が増す。 ハロゲンガス腐食は塩素ガスや塩化水素ガス中で起こる腐食で、激しい腐食性を示す。塩素ガスや塩化水素ガスとの反応で生成される塩化物は低融点で容易に昇華するため、ハロゲンガス腐食の腐食速度は大きい。SUS304の例で、塩素ガス中での耐用温度が約 310 °C、塩化水素ガス中での耐用温度が約 400 °C である。 文章: 強弾性 強弾性は材料が自発的なひずみを示す現象。フェロイクスにおいて強弾性は強誘電性及び強磁性と機械的に等価である。強弾性材料に応力が加えられると、相転移が1つの相から等しく安定な相、例えば異なる結晶構造(立方晶から正方晶)もしくは異なる配向(「対となる」相)に起きる。この応力誘起相転移は材料に自発的なひずみをもたらす。 形状記憶効果と擬弾性は強弾性が現れたものである。一般的な強弾性合金であるニチノール(ニッケルチタン)はニッケル/チタン比により室温で擬弾性もしくは形状記憶効果のいずれかを示す。 文章: ニッケルクロム鋼 ニッケルにより材質を粘り強くし、クロムにより焼入れ性を向上させており、通常は焼入れ焼戻し処理して使用される。炭素鋼と比べ、強さ・じん性・焼入れ性・焼き戻し軟化抵抗性が向上している。欠点として、焼戻し脆性と呼ばれる、焼き戻しの際に脆化する傾向が強い。これを避けるために、焼戻し時は徐冷ではなく急冷が推奨される。但し後述の通り、焼き戻しを二段階にて行うと、この特性に大きな変化をもたらす。 また合金鋼の中では比較的高価である。同様の長所を備えながらより安価なクロムモリブデン鋼に代替されることも多い。ニッケルクロムモリブデン鋼やクロムモリブデン鋼が発達する以前の第二次世界大戦までは、合金鋼の主流であった。クランク軸やピストンピン、歯車などで使用される。 Cr-Ni系ステンレス鋼もニッケルやクロムを利用した合金鋼だが、ステンレスはこれらの元素をより多量に含んでいる。 文章: チタン合金 チタン合金(チタンごうきん)とは、チタンを主成分とする合金である。チタンが持つ長所の向上や短所の改善のために、各種の元素が添加される。チタニウム合金とも。機械的性質を向上させた合金や、チタンが持つ優れた耐腐食性をさらに向上させた合金などがある。優れた比強度、耐腐食性能や生体適合性を持ち、これらの特性を生かして、航空機、化学プラント、スポーツ器具、医療などで使用される。欠点として切削加工の難しさや、高コストであることが挙げられる。金属組織の状態によって、大きく α 型合金、β 型合金、α+β 型合金の3つに分類される。熱処理による特性変更が可能で、溶体化処理および時効処理によって組織を変化させ、特性を変えることができる。α+β 型に属する Ti-6Al-4V 合金は、強度と靭性を兼ねることができ、溶接性や加工性も良好で、チタン合金の中で最も多用される。 文章: 焼入れ 工具用鋼は、炭素含有量0.6 -1.5%の炭素工具鋼、炭素工具鋼に合金元素を加えた合金工具鋼、タングステンなどさらに多くの合金元素を加えた高速度鋼の大きく3つに分類される。工具鋼の場合は、高い硬さを利用するために、焼戻しする場合も組織はマルテンサイトのままにして利用される。また、変形や割れなどを避けるため、組織の炭化物が球状化した状態で焼入れする必要がある。そのため焼入れ前には球状化焼なましが行われる。 合金鋼は、合金元素の総量が5%以下のものを低合金鋼、5 - 10%のものを中合金鋼、10%以上のものを高合金鋼と呼ぶ。また、用途別に見ると、構造用合金鋼、合金工具鋼、特殊用途用合金鋼に大別される。焼きを深くまで入れたいときなどに焼入れ性の良い合金鋼が使用される。 前述の通り、A3線あるいはA1線から30 - 50°C高い温度を焼入れ温度とするのが普通だが、高合金鋼使用の場合はさらに高く焼入れ温度を設定する。これは、クロムやモリブデン、タングステン、バナジウムといった合金元素を十分にオーステナイトに固溶させるためで、このような高合金化したオーステナイトの焼入れ焼戻しにより、耐熱性の高く硬い組織が得られる。高速度鋼などでは鋼の溶融温度に近いような1200 - 1300°Cを焼入れ温度にする。 文章: インバー 50%のニッケル合金も時折インバーと呼ばれるが、厳密には「インバー」の用語は、36%のニッケルを含有し、膨張係数が極小値を示す合金しか指さない。この合金の20°Cのときの特性は、次のとおりである。 熱膨張が観測されない原理として、フォノンによる熱膨張の寄与と、磁場による電子状態の寄与が互いに打ち消しあうという理論が提唱されている。熱力学におけるマックスウェルの関係式を応用した高圧実験に基づいて、この理論が提唱された。 文章: インバー これらの元素の他に、クロムと銅も添加物として考えられる。マグネシウム、ケイ素、コバルトを添加すれば機械的特性を改善することができる。その他の元素も、一定の特性を改善することができる。例えば、さらに炭素、マンガン、クロムを添加すると、孔食タイプの腐食に対する強度が改善される。 インバーの弱い熱膨張は、この合金についてもっとも有名な特性である。絶対零度から90°Cまで、熱膨張は 2 × 10 - 6 K - 1 {\displaystyle 2\times 10^{-6}K^{-1}} 未満である。一方、純鉄とニッケルは 12 × 10 - 6 K - 1 {\displaystyle 12\times 10^{-6}K^{-1}} と 13 × 10 - 6 K - 1 {\displaystyle 13\times 10^{-6}K^{-1}} である。 この合金の特徴は低温のときには明らかだが、高温では必ずしも成立しない。事実、36%のニッケル合金については、キュリー温度は280°Cで、寸法の安定性は130°Cを超えると急激に劣化する.。 文章: モット絶縁体 モット絶縁体の例として ReNiO3 が挙げられる。ここで Re には希土類元素が入る。ReNiO3 はペロブスカイト構造をとる遷移金属酸化物である。低温では価電子が Ni サイトに局在している。しかし温度が上昇すると Re のイオン半径が増加するため、結晶構造に歪みが生じる。これにより、Ni サイトに局在していた電子が波動性を回復して結晶全体に広がり、金属に転移する。Re が Pr(プラセオジム)または Nd(ネオジム)の場合、低温の絶縁体相は同時に反強磁性を示す。二硫化タンタルTaS2は絶縁体であるが、走査型トンネル顕微鏡を駆使して、モット絶縁体である旨が確認された。二硫化タンタルでは、原子配列構造の一周期に13という奇数個の電子が含まれている。 文章: チクソモールディング チクソモールディングはマグネシウム合金の射出成形法のひとつで、アメリカのチクソ社が開発し、そのチクソモールド機を、日本では、日本製鋼所が権利を取得し販売している。(Thixomoldingは材料チップをスクリューのせん断力で半溶融を作り出すのに対して、Thixocastingは、ビレットを誘導加熱して半溶融状態にする。半溶融にする過程が全く異なるので混同しないように注意が必要。) マグネシウム合金は軽くて強い、リサイクルしやすい、という特徴を持っている。 リサイクルしやすく、原材料もほぼ無限にあり、環境に良いとされているので、処分しにくい合成樹脂(プラスチック)に代わることが期待されており、徐々に携帯電話やパソコン、デジタルカメラなどの筐体に使われつつある。 そのマグネシウム合金の成形法のひとつである。 比較的、樹脂の射出成形に製造法が似ていることもあり、従来樹脂の射出成形を行っていた企業が、この成形法を手がけるようになることが多い。 ただし、マグネシウムの有力な原産地のひとつが、中華人民共和国(中国)であることもあって、日本より中国で、より盛んに行われている。 成形温度は樹脂の場合よりもかなり高めで、おおむねノズル部分で650 °Cである。 ノズル部分の加熱にはノズルヒーター、ホッパーからノズルまでの胴体部はバンドヒーターと呼ばれる電気ヒーターで加熱されることが多い。 これは、樹脂用射出成形機の場合と同じであるが、加熱温度やワット密度が樹脂の場合に比べて高いため、特殊なヒーターが使用される。 材料は、インゴットを5mm程度のチップに加工した物を成形機のホッパに入れ、ホッパとフィーダにArガスを一定量流す必要がある。これは、材料チップの粉じんが爆発するのを防止するためである。Arガスは地球温暖化には関係ないガスなので地球温暖化には関係しない。 フィーダからスクリュに搬送されるとシリンダ表面に巻かれたヒータに加熱されながら、スクリュのせん断力で半溶融状態になる。半溶融状態になる部分はシリンダの中なので、ダイカストと比較して爆発の心配が無い安全な成型方法である。 樹脂に比べて工程時間が長くかかり、また、設備の損傷も激しく、まだまだランニングコストのかかる成形法である。 日本でもっと普及するには、新たな技術革新などによって、ランニングコストを下げることが重要とされている。 文章: タンタル あるいは、ニオブ除去後のH2[TaF7] の溶液を加水分解する代わりに、フッ化カリウムで処理してヘプタフルオロタンタル(V)酸カリウム(英語版)(フッ化タンタル酸カリウム)を得ることもできる。H2[TaF7] と異なりカリウム塩は容易に結晶化し、固体として取り扱うことができる。マリニャック法と呼ばれる古い手段では、H2[TaF7] と H2[NbOF5] の混合物を K2[TaF7] と K2[NbOF5] の混合物に変化させ、これを水への溶解度の差を利用する分別晶析法により分離していた。精錬によって得られたフッ化タンタル酸カリウムあるいは五酸化タンタルは、その後フッ化タンタル酸カリウムのナトリウム還元あるいは五酸化タンタルの溶融塩電解、炭素還元、フッ化物・塩化物・酸化物などの水素還元といった方法で金属タンタルにする。工業的に用いられる方法は、ナトリウム還元法または溶融塩電解である。