クエリ: ドイツの冶金学者ウィルムが発明した合金で、アルミニウムを主成分とした、飛行機の骨組みなどに使われる軽合金は何でしょう?
文章: ジュラルミン 1903年頃からドイツ中西部のデュレン(ドイツ語版)に住むアルフレート・ヴィルムは、鋼と同じように他の金属でも適当な元素を添加して焼入れを行えば硬さが増すと考え、実験を繰り返したもののまったく硬くはならなかった。薬莢の材料として従来は銅と亜鉛の合金の黄銅を用いていたが、ヴィルムは「もっと軽いアルミニウムを銅と混ぜたらよいのではないか」という発想から4%の銅を混ぜたアルミニウム合金を考えた。1906年9月のある土曜日、ヴィルムは銅4%とマグネシウム0.5%を含むアルミニウム合金を焼入れし、月曜日に硬さを測定したところ、合金は著しく硬くなっていた。これが金属の時効硬化現象の発見である。この合金は、1909年にデュレナ・メタルヴェルケ社(ドイツ語版)から銅4.2 %、マグネシウム0.5 %、マンガン0.6 %を含む組成のアルミニウム合金「ジュラルミン」として発売された。
文章: アルミニウムの歴史 アルミニウムがはじめて電気分解で生成されたのは1854年、ドビーユとドイツの化学者ロベルト・ヴィルヘルム・ブンゼンがそれぞれ独自に行ったときだった。しかし、当時は電力供給の効率が低く、すぐにはアルミニウムの工業生産に使用されなかった。1870年にベルギーの工学者ゼノブ・テオフィル・グラムがダイナモを発明、1889年にロシアの工学者ミハイル・ドリヴォ=ドブロヴォルスキーが三相交流を発明してようやく変わり始めた。 アルミニウムの最初の工業(大規模)生産法は1886年にフランスの工学者ポール・エルーとアメリカの工学者チャールズ・マーティン・ホールが開発したホール・エルー法である。純アルミナの電気分解はアルミナの融点が極めて高いこと(2,072 °C)もあって現実的ではなかったが、エルーとホールは融解した氷晶石(融点1,102 °C)でアルミナの融点を大きく下げられることを発見した。エルーはアルミニウムの需要がまだ低かったことと、サランドルの製錬所が製造工程の改善を目指していなかったことにより、長らく自身の発明への需要を見出せないでいたが、彼は1888年に友人とともにアルミニウム工業株式会社(Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft)を設立、同年にノイハウゼン・アム・ラインファル(英語版)でアルミニウム青銅の工業生産を開始した。このときは操業が1年間しか続かなかったが、同時期にパリでフランス電気冶金会社(Socit lectromtallurgique franaise)が設立された。この会社はエルーの特許を買い上げ、彼をイゼール県にある製錬所の所長に任命した。この製錬所ははじめアルミニウム青銅を大規模に生産、続いて数か月後に純アルミニウムを生産するようになった。 一方、ホールも同じ生産法でオハイオ州オーバーリン(英語版)にある自宅でアルミニウムを生産し、ロックポートの製錬所でも生産法のテストに成功した。続いて大規模生産に発展しようとしたが、既存の製錬所は生産法を劇的に変える必要があり、また大量生産がアルミニウム価格の下落を招くため、ホールの生産法を使用したくなかった。会社の総裁はホールの技術が同業他社に使われないよう、ホールの特許の買い上げを検討したほどだった。結局ホールは1888年に自分でピッツバーグ還元会社を設立、アルミニウムの大量生産を開始した。その後、生産技術はさらに進歩、新しい工場が建設された。 文章: 板金 アメリカ合衆国では厚さによる管理の他にゲージと呼ばれる数字で区分されている。ゲージは金属ごとに規格が異なっており、数字が大きいほど厚さが薄くなる。様々な材料が板金にされており、アルミニウム、真鍮、銅、冷間圧延鋼板、軟鋼、ブリキ、ニッケル、そしてチタニウムは板金にできる金属のほんの一例である。板金の用途は自動車のボディ、サスペンションアーム、重ね板ばね、はしごフレームなど、飛行機の機体、翼、医療用テーブル、建築のための屋根など多岐にわたって使われる。 文章: ケラー試薬 ケラー試薬(ケラーしやく、英: Keller's reagent)は、以下の2つの異なる酸混合物のいずれかを示す。 冶金学において、ケラー試薬は硝酸、塩酸、フッ化水素酸の混合物であり、アルミニウム合金の結晶粒界と方向性を明らかにするためのエッチング処理に使用する。この試薬は、1920年代末と1930年代初頭にこの手法を開拓したアルコア社のE. H. Dix, Jr. とFred Kellerに因んでディクスケラー試薬と呼ばれることもある。 有機化学において、ケラー試薬は脱水(英語版)(氷)酢酸、濃硫酸、少量の塩化第二鉄の混合物であり、アルカロイドの検出に用いられる。ケラー試薬は幅広い色の生成物を生成する反応によってその他の種類のアルカロイドの検出に用いることもできる。コーンはジキタリスの主成分の検出でのケラー試薬の使用について述べている。この試薬を使った反応は、19世紀末にジキタリスの研究にこの試薬を共に使用したC・C・ケラーとH・キリアニに因んでケラーキリアニ反応と呼ばれることもある。 文章: アルミニウムの歴史 本項では、アルミニウムの歴史(アルミニウムのれきし)について述べる。アルミニウムは原子番号13、原子量26.98の元素であり、標準状態では明るい銀色の金属である。アルミニウムが地殻で3番目に多い元素であるため、人類の活動にも広く使われている。 金属という形のアルミニウムが人類に使われてきた歴史はそれほど長いものではないが、アルミニウムの鉱石である白礬/明礬は紀元前5世紀には知られており、古代から染料や都市の守備に使われていた。特に中世ヨーロッパにおいて明礬は染料として広く使われた。ルネサンス期の科学者は明礬を新しい土類の塩と信じており、啓蒙時代になってこの「新しい土類」は新しい金属の酸化物と証明された。1825年、デンマークの物理学者ハンス・クリスティアン・エルステッドはこの新しい金属の発見を発表、続いてドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーがエルステッドの発表に基づいて研究を行い、金属アルミニウムを発見した。 純粋な金属アルミニウムは精練が難しく、珍しかったため、発見直後の金属アルミニウムは価格が金よりも高く、1856年にフランスの化学者アンリ・エティエンヌ・サント=クレール・ドビーユが初の工業用精錬法を開発してようやく下がった。1886年にフランスの工学者ポール・エルーとアメリカの工学者チャールズ・マーティン・ホールがホール・エルー法を開発したことでアルミニウムが一般人にも使えるほど広まり、ホール・エルー法は現代のアルミニウム精錬でも使われる。 文章: 軽金属 代表的な軽金属は、アルミニウム(比重2.7)、マグネシウム(比重1.7)、ベリリウム(比重1.9)、チタン(比重4.5)、アルカリ金属、アルカリ土類金属(ラジウムを除く)などが挙げられる。 軽金属でない金属の例としては、鉄は比重が7.85であるため重金属である。 製錬するのが技術的に難しかったため、人類が軽金属を使いこなしたのは17-18世紀ごろ以降である。さらに大量生産が可能になったのは19世紀以降である。例えば、アルミニウムの大規模製造に適した融解塩電解法は、1886年にフランスのポール・ルイス・トゥーサン・エルー (Hroult) とアメリカ合衆国のチャールス・マーティン・ホール (Hall) がそれぞれ独自に開発したものである。チタンは、1946年にウィリアム・ジャスティン・クロール (Kroll) が開発したクロール法によって初めて大量生産が可能になった。 1903年に発明された航空機の発達は、軽金属なしではあり得なかった。近年では鉄道、乗用車なども含めた輸送機器の軽量化のために使用されるようになったが、その量は鉄に比べて圧倒的に少ない。例えば、2003年の銑鉄の生産量は5億トンだが、比較的生産量の多い軽金属であっても、アルミニウムは2500万トン、マグネシウムは50万トンに留まる。 文章: アート商会 榊原は1920年代半ばの数年は弟の真一とともにレーシングカーの製作にも熱中していたが、アート商会が参戦していた日本自動車競走大会は、1925年12月の開催(第8回大会)を最後にしばらく開催されなくなった。それを機に、榊原は以前から計画していた製造業への転換を図るべく、それまでレースに注いでいた余暇の時間をアルミニウム製ピストンの試作と研究に充て、本格的に没頭するようになった。 翌1926年(大正15年)、榊原はアルミ軽合金によるピストンの試作に成功した。その後も改良を加え、自動車のエンジン用としての実用に耐えるアルミ軽合金製ピストンの製造にも成功し、1932年(昭和7年)にアート軽合金鋳造所を設立し、アルミ軽合金製ピストンの量産を開始した。これに伴い、榊原は自動車修理事業を弟の真一に譲った。 満州事変(1931年)以降、戦時色が濃くなるにつれて国産ピストンへの需要も高まり、アート軽合金鋳造所は工場を拡大・増設していき、1930年代半ばにはピストンを月20,000個生産し、国産エンジンについてオートバイ関係では100%、四輪自動車では80%のシェアを占めるに至る。 文章: アルミニウムの歴史 1827年、ドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーはエルステッドの実験を再び行ったが、アルミニウムは発見できなかった。彼は後にベルセリウスに手紙を書き、「エルステッドがアルミニウムの塊と仮定したものは確実にただのアルミニウムを含有するカリウムである」と述べた。彼は続いて似たような実験を行った。その内容は無水の塩化アルミニウムとカリウムを混ぜることであり、アルミニウム粉末の作製に成功した。彼は研究を続け、1845年に小さなアルミニウムの塊を作製することに成功、その物性を記述した。しかし、ヴェーラーの記述はそれが不純物を含むアルミニウムだったことを示している。ヴェーラーなどほかの科学者がエルステッドの実験を再現できなかったことはエルステッドが金属アルミニウムの発見者とされない理由の1つになり、逆にヴェーラーは1845年の実験の成功とその詳細が発表されたことで金属アルミニウムの発見者とされた。エルステッドとヴェーラーの実験結果が異なった理由は1921年にようやくデンマークの化学者ヨハン・フォー(Johan Fogh)によって発見された。彼は、エルステッドの実験が成功したのは大量の塩化アルミニウムとカリウムの含有量が少ないカリウム合金を使用したためだったことを示した。 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: 低融点合金 低融点合金(ていゆうてんごうきん)とは、低融点を特徴とする合金である。易融合金(いゆうごうきん)とも呼ばれる。一般には、スズの融点(230°C)程度より低い融点を持つ合金を言う。用途や扱いの違いによりアルカリ金属系とそれ以外のものに分けられる。 アルカリ金属系は、その名の通りアルカリ金属間の合金であり、空気や水と激しく反応するという性質がある。そのため、密閉された状態で主に熱媒体として利用される。代表的なものとしてナトリウムカリウム合金(NaK)がある。 アルカリ金属系以外では亜鉛、インジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛などを主成分とした合金である。錫基の合金であるはんだや、ウッドメタル、ローズ合金、ガリンスタンなどがある。特にはんだは、空気中で安定であり、電子部品や日用品などの強度を必要としない接合や、温度ヒューズ・消火用スプリンクラーヘッドなどの感温材料、パイプ曲げ加工時の充填物などに広く使われている。 ただし、鉛やカドミウムは有毒であるため、これらを成分として含む場合には取り扱いに注意が必要である。 文章: 第13族元素 ホウ素、およびホウ素化合物(例えば窒化ホウ素や金属ホウ化物)は強い共有結合を有し、高融点や高い硬度を持つ化合物が多い。 アルミニウムは種々の金属と強度の大きい合金を形成し、軽金属の中心となる元素の一つである。また、酸素との親和性が高くテルミット法に利用される側面を持つ一方、強固な酸化皮膜が不動態を形成する(アルマイト)ので単体金属も広く金属製品素材として利用される。 文章: 低融点合金 低融点合金(ていゆうてんごうきん)とは、低融点を特徴とする合金である。易融合金(いゆうごうきん)とも呼ばれる。一般には、スズの融点(230°C)程度より低い融点を持つ合金を言う。用途や扱いの違いによりアルカリ金属系とそれ以外のものに分けられる。 アルカリ金属系は、その名の通りアルカリ金属間の合金であり、空気や水と激しく反応するという性質がある。そのため、密閉された状態で主に熱媒体として利用される。代表的なものとしてナトリウムカリウム合金(NaK)がある。 アルカリ金属系以外では亜鉛、インジウム、ガリウム、スズ、ビスマス、鉛などを主成分とした合金である。錫基の合金であるはんだや、ウッドメタル、ローズ合金、ガリンスタンなどがある。特にはんだは、空気中で安定であり、電子部品や日用品などの強度を必要としない接合や、温度ヒューズ・消火用スプリンクラーヘッドなどの感温材料、パイプ曲げ加工時の充填物などに広く使われている。 文章: アルミニウム構造 アルミニウム合金は、比重2.7で鉄の1/3という軽量な金属である。ヤング率は70 GPa、強度は概ね鉄の1/3~2程度なので、どちらも鉄より劣るが、それでも構造材で使用すると鉄骨の半分程度の重量で成立させることができる。延性に優れるため、加工性が良く、圧延・押出に適した材料である。建築では熱伝導率が良いことを利用して、熱環境装置を兼ねる試みも見られる。構造設計では展伸材として比較的強度の高い、5000系、6000系が用いられ、鋳物材ではAC系が用いられている。 文章: ネオジム磁石 ネオジム磁石(ネオジムじしゃく、英語: Neodymium magnet)とは、ネオジム、鉄、ホウ素(ボロン)を主成分とする希土類磁石(レアアース磁石)の一つである。以前から存在していたサマリウム-コバルト合金を超えて、永久磁石のうちで最も強力であり、更に素材が安価で大量製造可能であるので、個人用コンピューター(パソコン)時代の幕開けにも決定的な役割を果たし、風力発電機や電気自動車など、エコエネルギー技術を実現する中核的な材料として使われている。1984年に日本の住友特殊金属(現:プロテリアル)の佐川眞人によって発明された(ほぼ同時期にアメリカのゼネラルモーターズでも開発されていたが、粉末焼結製法を併せて開発したのは佐川が世界で最初であることが認められている)。主相はNd2Fe14B。しばしば誤って「ネオジウム磁石」と表記されることがある。 文章: アルミニウム青銅 アルミニウム青銅は、アルミニウムと銅の合金。アルミ金や、偽金(ぎきん)、もしくはアルミ銅とも呼ばれる。 「青銅」の本来の意味は錫と銅の合金であり、錫を含まないこの合金を「青銅」(Bronze)と呼ぶのは厳密には誤りであるが、これは銅と錫の合金というより銅合金全般の意味合いから「青銅」を用いたものであり、同様に「青銅」の語を名称に付けた合金にはマンガン青銅などがある。 文章: タンタル かつて白熱電球のフィラメントの製造にタンタルが利用されていたことがある。フィラメントは当初炭素(カーボン)のものが使用されていたが、その性能を向上させるために様々な金属フィラメントの開発が行われ、1902年にドイツのジーメンス・ウント・ハルスケの技術者ヴェルナー・フォン・ボルトン(ドイツ語版)がタンタルを利用したフィラメントを開発した。この電球は効率が良く明るく白い光を出すことから好評であった。アメリカのゼネラル・エレクトリックはライセンス生産の権利を買って1910年まで生産しており、ジーメンス自体は1913年まで生産していたが、1904年に発明され1906年に商品化されたタングステンフィラメントを利用した電球がより効率が高く寿命が長かったことから、タンタル電球は時代遅れとなった。 タンタルは無線送信機の極超短波真空管の製造に広く用いられている。タンタルは、窒化物や酸化物を形成して窒素や酸素を捕獲できるので、グリッドやプレートといった真空管内部の部品に使って、真空管内に必要な高い真空度を維持するためのゲッター(英語版)としても利用できる。 タンタルは、高い融点や強度、展延性などを持つ様々な種類の合金を製造するために用いられる。他の金属と合金とすることで、金属加工用の超硬工具を製作したり、ジェットエンジン部品、化学処理装置、原子炉、ミサイル部品、熱交換器、タンクや容器向けの超合金の生産といった目的で用いられる。展延性が高いことから、細いワイヤやフィラメントをタンタルから作って、アルミニウムのような金属の蒸着処理に用いられる。