クエリ: アルミニウムに銅、マグネシウム、亜鉛を混ぜて作られる、軽くて丈夫なことから飛行機の機体などに用いられる合金は何?
文章: アルミニウム 純アルミニウムは強度は低いが、ジュラルミンなどのアルミニウム合金は軽量さ、加工のしやすさを活かしつつ、強度を飛躍的に改善しているため、さまざまな製品に採用され、産業界で幅広く利用されている(「#用途」を参照)。アルミニウム合金は軟鋼などと違い、応力がかかったときの変形に降伏現象を示さない。これは侵入型固溶体である炭素によるコットレル雰囲気を持つ鉄合金とは違い、アルミニウム合金には置換型固溶体合金が多いことに起因する。よって、構造設計などの計算を行う場合には、材料力学では降伏点の代わりに「0.2%耐力」が代わりに用いられる。「0.2%耐力」とは、応力をかけた際の永久ひずみが0.2%になるときの応力である。こういった特性のために、アルミは押し出し成形や摩擦攪拌接合に向いている。
文章: フレーム素材 (自転車) 現在、最もポピュラーな素材といえる。軽量かつ堅牢で、錆びにくいうえに安価であるため、初心者から上級者まで幅広く使われており、用途もほとんどあらゆる種類の自転車に使われている。素材そのものの弾性率では鉄の約1/3、チタンの約1/2とかなり軟らかいアルミであるが、密度がやはり鉄の約1/3、チタンの約1/2と軽いため、フレームを構成するチューブを大径化して剛性を上げても鉄などと比較して軽量なフレームが設計しやすい。しかしながらアルミニウム合金には疲労強度の限界点が存在しないため、負荷をかければ必ず金属疲労が進行する(スチールやチタンでは限界点より小さな負荷であれば金属疲労が進行しない)。このためスチールやチタンと比較するとフレームの寿命が短い傾向にある。 アルミニウム合金を用いたロードバイクフレームはフランスのVITUS(ヴィチュー)によって世界で最初に量産された。1970年代後半のことである。ラグを利用した接着工法によるこのフレーム979は当時画期的なモデルとして高く評価された。 現在使用されているアルミ合金は、大きく6000系と7000系に分けられる。なお、フレーム以外のハンドルバーやシートピラーには2000系のアルミ合金も使用される。 文章: 合金 合金(ごうきん、英: alloy)とは、単一の金属元素からなる純金属に対して、複数の金属元素あるいは金属元素と非金属元素から成る金属様のものをいう。純金属に他の元素を添加し組成を調節することで、機械的強度、融点、磁性、耐食性、自己潤滑性といった性質を変化させ材料としての性能を向上させた合金が生産されて様々な用途に利用されている。 一言に合金といっても様々な状態があり、完全に溶け込んでいる固溶体、結晶レベルでは成分の金属がそれぞれ独立している共晶、原子のレベルで一定割合で結合した金属間化合物などがある。合金の作製方法には、単純に数種類の金属を溶かして混ぜ合わせる方法や、原料金属の粉末を混合して融点以下で加熱する焼結法、化学的手法による合金めっき、ボールミル装置を使用して機械的に混合するメカニカルアロイングなどがある。ただし、全ての金属が任意の割合で合金となるわけではなく、合金を得られる組成の範囲については、物理的・化学的に制限(あるいは最適点)が存在する。 文章: M551シェリダン M551の特徴は、空挺戦車として要求された重量や浮航性を得るために車体がアルミ合金で構成されていることである。これは、アメリカ陸軍の制式戦車としては初めてのアルミ合金採用車となった。同様に、エンジンにもアルミ合金が、トランスミッションにはマグネシウムが用いられるなど、各部に軽量化が図られている。車体はアルミ合金製であるが、砲塔は圧延防弾鋼板を溶接したものとなっていた。車体側面部は中空構造とされ、内部にはウレタンフォームを充填して浮航性を確保している。車体前面上部には起倒式の波切板を、車体上部外周部には防水スクリーンが装備されており、水上航行時にはこれを展開して浮上航行する。主武装としてM81 152mmガンランチャーを装備している。これは、M41軽戦車が装備していたM32 60口径76.2mm戦車砲に比べて軽量であり、MGM-51A シレイラ対戦車ミサイルと通常弾の両方が発射可能である。 文章: 青銅 本来、「青銅」は錫を含む銅合金の意味であるが、これが銅合金として有名であるために、アルミニウム青銅・マンガン青銅・ニッケル青銅・シルジン青銅などでは、「青銅」の語が錫が含まれていることを示すというよりも銅合金一般の代名詞として用いられている。このため、銅と錫からなる通常の意味での青銅を「錫青銅」と呼ぶこともある。同様に今日ベリリウム銅と呼ばれている合金も当初はベリリウム青銅と呼ぶことがあった。なお、リン青銅は錫を含んでおり、すなわち(通常の意味での)青銅にリンを加えた合金である。 一方、近年開発された銅合金の場合は、チタン銅、ジルコニウム銅、クロム銅のように主要合金元素名に銅をつけてよぶようになっている。 文章: チタン 金属チタンは強度・軽さ・耐食性・耐熱性・環境性能・色彩などを備え、さまざまな分野で活用されている。しかし、金属チタン(チタン合金)は比切削抵抗が高く熱伝導率が低いため、製錬・加工が難しく、費用もかかるため大量には使われていない。 化合物では酸化チタン(IV)が安価な白色顔料として広く用いられ、日常でも接する機会が多い。 チタンあるいはチタン合金は、一般の合金鋼と同等の強度を持ち、鉄よりも軽く、ステンレス鋼・アルミニウムよりも圧倒的に耐食性に優れており、500 °Cの高温でも有効な強度を保てる耐熱性といった性質から、航空機や潜水艦、自転車、ゴルフクラブなどの競技用機器、化学プラント、生体インプラントの材料、打楽器など多岐にわたって使用されるほか、合金鋼との脱酸剤や、ステンレス鋼において、炭素含有量を減少させる目的などにも使用される。 文章: アルミニウム 真性半導体であるケイ素に微量のアルミニウムを添加することにより、P型半導体が得られる。 軽量で熱伝導性に優れるため、調理器具にアルミニウム合金がよく利用される。熱伝導度についても銅に劣るが、銅よりも安価であるため広く使われる。 俗に「銀ペン」とも呼ばれる銀色の塗料には、アルミニウムの微粉末が顔料として加えられている。耐食性があるため、橋梁などの建築物によく使われた。 文章: 半金属 1914年、Deschは、特定の非金属元素は明確に金属的な性質の化合物を形成することが出来、これらの元素はしたがって合金の組成として組み込むことが可能であるかもしれないと書き記した。彼は合金の構成元素として、特にケイ素、ヒ素およびテルルを想定していた。後にPhillipsとWilliamsは、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンの貧金属との混合物はおそらく最良の合金であるとされると記した。半金属元素を合金に加えることで、その融点を下げる方向に制御することができる。また、その合金の融点 (Tm)に対するガラス転移温度 (Tg)の比 (Tg/Tm)を大きくすることで非晶質な合金を形成することができるため、半金属元素を加えて融点を下げるということは非晶質な合金が得やすくなることを意味している。ホウ素は遷移金属との間で、MnB (n>2の場合)の組成の金属間化合物および合金を形成する事ができる。 文章: 亜鉛銅カップル 亜鉛銅カップル(あえん-どうカップル、亜鉛銅偶、英: Zinccopper couple)は、有機合成において試薬として使用される銅と亜鉛の合金である。この「カップル」は、アルケンのシクロプロパン化反応において有機亜鉛試薬の形成に必要な亜鉛の活性化された供給源としての応用を報告したシモンズとスミスの1959年の論文が発表された後に広まった。亜鉛銅カップルは活性化された亜鉛金属を必要とするその他の反応における試薬としても広く使用されてきた。亜鉛銅カップルは厳密に規定された化学構造または合金組成を指さない。亜鉛銅カップルは銅と亜鉛をいろいろな割合で含む。亜鉛含量は典型的に90%を超えるが、亜鉛と銅を近い割合で含む合金が使われる場合もある。カップルは暗色の粉末としてしばしば調製され、基質に対してわずかに過剰に用いられる前にエーテル溶媒の懸濁液とされる。銅による亜鉛の活性化はカップルが働くために必須であるが、この効果の起源はしっかりと実証されていない。銅は合金の表面において亜鉛の反応性を高めていると推測されている。 文章: 飛行機 翼桁の太さ・外板の厚さと材質はその部分にかかる応力に応じて設定され、翼の先端近くでは桁は細く外板は薄く設定される。最近ではこれらの構造を大きな金属槐から直接削り出す工法も採用されている。飛行中は主翼を上に曲げる方向に揚力が働くため、下面外板には引っ張りに強い素材、上面外板には圧縮に強い素材を選定する。戦闘機のような薄翼では、各場所にかかる応力に応じて素材を組み合わせて使う複合材料が多用される。主翼内部のトーション・ボックスを耐燃料性シーラントにより密閉構造にして燃料タンクに使うことが多く、この方式をインテグラルタンクと呼ぶ。また主翼にエンジンや主脚などの降着装置を装備することが多い。攻撃機などでは主翼に兵装爆弾・ミサイルや増加燃料タンクをずらりとぶら下げているが、いずれの場合も主翼には充分な強度が要求され、脚や兵装の取り付け部は充分な補強が実施されている。 文章: 丹銅 丹銅(たんどう)は、銅と亜鉛の合金だが、同じく銅と亜鉛からなる黄銅よりも亜鉛が少ない。 JISではC 2100 C 2400がこれに相当する。Cu:Zn = 96:4 ~ 88:12 程度の銅合金である。赤っぽい色から丹銅の名称がある。 レッドブラス、ゴールドブラスとも言う。その組成は、レッドブラスは Cu:Zn = 90:10 程度、ゴールドブラスは 85:15 程度とされる(さらに亜鉛が増すとイエローブラスの 70:30 となる)。ただしレッドブラスはスズや鉛を含むこともある。 文章: マグノックス マグノックス(英語:Magnox)とは、マグネシウム99.196%、アルミニウム0.8%、ベリリウム0.004%の合金である。 その名前は「酸化しないマグネシウム」(Magnesium non-oxdising)に由来する。 中性子吸収断面積が小さいという特徴があるため改良型コルダーホール炉の核燃料の被覆材として用いられている。 このため同炉はマグノックス炉とも呼ばれている。 文章: 黄銅 青銅と並ぶ重要な銅合金で、少なくとも紀元前後に古代ローマ人が銅鉱と亜鉛鉱を混ぜて精製して使用していたが、両単体金属を溶かし合わせて作るようになったのは、十六世紀に亜鉛金属が発見されてからである。 先史時代から使用されていたが、製造時に使う亜鉛蒸気が金属として認識されていなかったため、銅亜鉛合金としての真の性質は中世後期まで理解されていなかった。 初期は、亜鉛が豊富に含まれる銅鉱石を精練して自然に得ていたと考えられる。ローマ時代までにはセメント化プロセスを使用したカラミンブラス(英語版)が開発され、19世紀半まで類似手法で製造されるようになった。最終的には、16世紀にヨーロッパに導入されたスペルター(英語版)法に置き換えられた。 文章: 空力加熱 空力加熱が航空機の設計にもたらすもう1つの問題は、一般的な材料特性に対する高温の影響である。航空機の翼の設計に使用されるアルミニウムや鋼などの一般的な材料は、温度が極端に高くなると強度が低下する。材料が受ける応力とひずみの比率として定義される材料のヤング率は、温度が上昇するにつれて減少する。ヤング率は、翼の材料の選択において重要である。値が高いほど、材料は揚力と熱負荷によって引き起こされる降伏応力とせん断応力に耐えることがでる。これは、ヤング率が、軸方向部材の臨界座屈荷重とスキンパネルの臨界座屈せん断応力を計算するための方程式の重要な要素であるため。空力加熱によって引き起こされる高温で材料のヤング率が低下する場合、航空機が超音速になるにつれて強度が低下することを説明するために、翼の設計ではより大きなスパーとより厚いスキンセグメントが必要になる。 文章: 溶体化処理 溶体化処理(ようたいかしょり) 金属材料の熱処理の一種で、均一な固溶体を得る目的で行う、加熱後に高温状態を一定時間保持し、均質な固溶体組織にした後に急冷する処理。固溶化処理。 溶体化処理においては、加熱により銅が基材中に分散する必要があるため、設定温度に到達してからある程度の保持時間が必要となる。(中小企業庁「アルミニウム部品の急速加熱による高品質・高効率熱処理技術の開発」)〔2009年〕 電気抵抗炉を用いて開発合金を大気中で683K(410°C)まで加熱し、0時間~20時間の種々の時間で保持する溶体化処理実験を行った。(中小企業庁「耐熱・難燃性マグネシウム合金鋳造によるパワートレイン耐熱部材の開発」)〔2012年〕 溶体化処理においては、加熱により銅が基材中に分散する必要があるため、設定温度に到達してからある程度の保持時間が必要となる。(中小企業庁「アルミニウム部品の急速加熱による高品質・高効率熱処理技術の開発」)〔2009年〕 電気抵抗炉を用いて開発合金を大気中で683K(410°C)まで加熱し、0時間~20時間の種々の時間で保持する溶体化処理実験を行った。(中小企業庁「耐熱・難燃性マグネシウム合金鋳造によるパワートレイン耐熱部材の開発」)〔2012年〕 時効処理 英語: solution treatment, solution heat treatment ↑ 『平成20年度戦略的基盤技術高度化支援事業「アルミニウム部品の急速加熱による高品質・高効率熱処理技術の開発」研究開発成果報告書』財団法人やまなし産業支援機構(委託先)(中小企業庁ホームページ)政府標準利用規約(第2.0版)公開 https://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2006/18-10-16-3.pdf 2020年2月22日参照。 ↑ 『平成23年度戦略的基盤技術高度化支援事業「耐熱・難燃性マグネシウム合金鋳造によるパワートレイン耐熱部材の開発」研究開発成果報告書』財団法人福岡県産業・科学技術振興財団(委託先)p.11(中小企業庁ホームページ)政府標準利用規約(第2.0版)公開 https://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2009/21184010002.pdf 2020年2月22日参照。 文章: 銅貨 「銅貨」の語は、素材面から見ると、最も狭義には純銅~銅96%以上の合金(高銅合金)で作られているものをいい、日本の貨幣では1873年(明治6年)制定の竜2銭・竜1銭・竜半銭・1厘銅貨(品位は銅98%、錫1%、亜鉛1%)がこれに当たり、純銅製のものはアメリカの1793年1857年の1セント銅貨やハーフセント銅貨などの例がある。しかし、銅貨が純銅で製造されることは少なく、多くは耐久性などの面から青銅貨として鋳造される。一般的には、銅貨というと、この青銅貨(現行の日本の硬貨では十円硬貨がこれに当たる)を指す場合が多いが、他にも銅を主体とする合金、例えば黄色い黄銅貨や白い白銅貨、洋銀貨やアルミニウム青銅貨、さらにはノルディック・ゴールド貨なども広義では銅貨の範疇に入る。 世界的には、一般的に高額硬貨は白銅貨が、また低額硬貨には青銅貨が用いられる場合が多くなっている。高額硬貨について、偽造防止などのため日本の2代目五百円硬貨のニッケル黄銅のような特殊な合金が用いられる場合もある。近年の銅価格の高騰により、英国の2ペンス銅貨(1992年以前鋳造分)は金属素材として額面以上の価値を持つに至っている。ちなみに青銅貨レベルよりも小さな額面の硬貨に関しては、ステンレスやメッキを施した鋼鉄(鉄貨)が用いられる場合が多く、日本の一円硬貨のようにアルミニウムが用いられる場合もある。 変わった例として、クラッドメタルというタイプのものも増えてきている。これは、アメリカの硬貨に代表されるように、「表面は白い白銅であるが中身は青銅(縁の部分を見ると赤茶色の銅の色が見られる)」などのように、2種類の金属の貼り合わせによる硬貨であり、素材面では普通広義の銅貨の範疇に入る。またバイメタル貨は外周と内側とで異なる2種類の金属を用いた硬貨で、これも素材面では普通広義の銅貨の範疇に入るものである。日本では、3代目五百円硬貨が銅を主体とするバイカラー・クラッド貨の例に当たる。