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: ジュラルミン 海軍は住友伸銅所に分析を依頼して航空機用アルミニウム合金の開発に着手し、金属片の分析や英国金属学会誌の文献をもとに試作研究が繰り返され、1919年(大正8年)頃には工場試作品が完成するまでに至った。その残材の一部は現存しており、UACJの技術開発研究所で保管されている。1921年(大正10年)には住友伸銅所でジュラルミンの工業生産が開始され、翌年には中島式ブレゲー型飛行機B-6型の構造体に国産ジュラルミンが使用された。1928年、アルコア社はケイ素を添加した14S(銅0.4 %、マグネシウム0.4 %、ケイ素0.9 %、マンガン0.8 %のアルミニウム合金)を開発した。さらに1931年、アルコア社はマグネシウム含有量を増加した24S(銅4.5 %、マグネシウム1.5 %、マンガン0.6 %のアルミニウム合金)を開発した。
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: 工具鋼 金属相(マトリックス)である焼戻しマルテンサイト(ラス状のマルテンサイト構造を有しながらも結晶構造は立方晶系構造を取り結晶粒界にナノレベルの微細析出炭化物が存在)の中にミクロンレベル遷移金属炭化物が分散して存在する金属組織で構成されている。また全合金系のなかではもっとも複雑化、高度化した合金とも位置付けられ、なかには世界最多の11元素の添加によって本来は相反する特性を両立し、信頼性を上げるため各特性を高いレベルで達成した合金なども実用化している。すなわち鉄鋼材料における最先端材料の一種ということが出来る。しかしながら、目新しい技術で損傷・寿命を稼ぐことができる工具・金型はなかなかないのもこの分野の特徴である。 文章: ガンダリウム合金 また、ガンダリウムγとは希少金属をベースとしていた従来型のガンダリウムαとは異なり、マグネシウムやケイ素といった産出量の多い物質を使用しており、合金をナノメートル単位で操作することによってガンダリウムαの長所はそのままに、柔性と加工性を向上させたとする資料もみられる。だが、その一方でネモには大量生産のためガンダリウムγではなくガンダリウムαを使用したとする資料も存在し、ガンダリウムγの生産性は決してよいものではなかったため、ネモのような量産機にはガンダリウムαを使用したとする資料、コストの問題からマラサイやネモのような本格量産機ではガンダリウムβを使用したとする資料もみられる。 文章: アルクラッド アルクラッドは、高純度アルミニウムの表面層を高強度アルミニウム合金芯材に冶金学的に結合(圧延)して形成された耐食性アルミニウム板である。融点は摂氏約500度(華氏932度)である。アルクラッドの名称はアルコアの商標であるが、一般的にも使用される用語である。 1920年代後半から、アルクラッドは航空用材料として製造され、 ZMC-2飛行船の建造で始めれ使用された。アルクラッドは、ほとんどのアルミニウムベースの合金と比べて耐食性が非常に優れながら、比重はほぼ変わらないため、胴体、構造部材、外板、カウルなど、航空機のさまざまな部位を構築するのに適している。したがって、航空機製造においては比較的ポピュラーなものとなった。 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: 亜鉛 亜鉛は光沢を有し、反磁性を示す青味を帯びた銀白色の金属である。融点は419.5 °C、沸点は907 °Cと金属としては比較的低い。比重は鉄よりも小さく7.14。常温では脆いが、約100 ~150 °Cの範囲のみで展性、延性に富むようになる。210 °Cを超えると、再び脆性を示すようになる。亜鉛は良好な電気伝導体である。 単体金属の格子定数はa = 265.9 pm、c = 493.7 pm (25 °C) で、理想的な六方最密充填構造よりもやや c 軸方向に伸びている。c 軸方向の熱膨張率は a 軸方向の約3.5倍と異方性が強く現れ、線膨張率は a 軸方向(c 軸と垂直)は1.50×10 K、c 軸方向では5.30×10 Kである。亜鉛を曲げると双晶変化によるスズ鳴きが起こる。 亜鉛を含む合金は多く、銅との合金である真鍮がよく知られている。その他の亜鉛と二元合金を形成する金属としては、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、金、鉄、鉛、水銀、銀、スズ、マグネシウム、コバルト、ニッケル、テルル、ナトリウムが知られている。亜鉛とジルコニウムは共に強磁性ではないが、その合金ZrZn2は35 K以下の温度で強磁性を示す。 文章: ガンダニュウム合金 名前の由来は「Genetic on Universal Neutraly Different Alloy」(電気的に中性な異種構造の宇宙製合金)で、開発当初はGND合金とも呼ばれ、その後接尾語のNUMをつけた。かつて月面に激突した、未知の星間物質が含まれている隕石の一部である"GND原石"と、月の"ルナ・チタニウム"を無重力下で分子合成することで完成する。 文章: 水素吸蔵合金 たとえばマグネシウムは、水素と MgH2 という化合物をつくる。この反応が完全に進行すると、マグネシウムはその重量の7.6%もの水素を吸蔵する計算になる。しかし化学的結合は固溶などと比較してその結合が安定であるため、適当な条件でその結合を切るための触媒、あるいは結晶構造が要求される。 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: 銅 黄銅は海水などの塩類を多く含む溶液との接触によって亜鉛が溶出する脱亜鉛現象と呼ばれる腐食が起こる。このような脱亜鉛現象を防ぐためには黄銅へのスズの添加が有効である。6/4黄銅にスズを0.71.5 %ほど加えたネーバル黄銅とよばれるスズ入り黄銅は特に海水に強いため、船舶部品などに利用される。スズ入り黄銅のように他の元素を微量に加えた黄銅を特殊黄銅とよび、鉛を加えて切削性を向上させた快削黄銅や、マンガンおよび微量のアルミニウム、鉄、ニッケル、スズを加えて強度や耐食性、耐摩耗性を高めた高力黄銅(またはマンガン青銅とも)などがある。快削黄銅では、鉛の環境負荷に配慮して鉛の代わりにビスマスやセレンが用いられることもある。 古代から武器や通貨などとして用いられた青銅はスズと銅の合金であり、現在でもブロンズ像など、彫刻の材料である。また、アルミニウム青銅などのように、高強度、高硬度、防錆性を有するスズ以外との銅合金も総称して青銅とよばれる。青銅はスズの割合と温度によって多様な相を取り、それぞれ異なった性質を示す。例えば、スズの含有率が少ないものは加工性が良好であるが、スズの含有率が増加するとともに加工性が低下するため、スズ量の少ないもの (10 %以下) は加工用、多いものは鋳造用として利用される。 黄銅と同様に、他の元素を微量に加えた青銅を特殊青銅と呼ぶ。リンを加えて冷間加工性やばね性を向上させたリン青銅や、軸受けに用いられる鉛青銅、リンおよび鉛を加えて切削性を向上させた快削リン青銅、ケイ素を加えて耐酸性を向上させたケイ素青銅などがある。 文章: 亜鉛銅カップル 亜鉛銅カップルは、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: チタン 合金の組成例 チタンの持つ優れた耐食性・疲労特性などより、航空機・装甲・軍艦・宇宙船・ミサイルなどに使用されている。重要な構造物には、アルミニウム・ジルコニウム・ニッケル・バナジウムなどの他元素との合金が使用されることが多い。 航空機では、熱環境に応じて他素材と使い分けられる傾向にある。耐熱性・強度を優先すると、チタン合金は1000 °Cを超える耐熱性を持たないため、ジェットエンジンのホットセクションには使われない。金属チタンは500 °C以下の部分で、ニッケル超合金よりも軽量化できるノズルなどに使われる。その他のより低温な機体構造には、より安価で軽量化できるアルミニウム合金を多用する。低温部でも鉄鋼よりも軽量化できることから、降着装置に用いた例もある。 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: アルミニウム アルミニウム(英: aluminium, 米: aluminum, 羅: alminium)は、記号Al、原子番号13の化学元素である。アルミニウムは他の一般的な金属よりも密度が低く、鋼鉄の約3分の1である。酸素との親和性が高く、空気に触れると表面に酸化物の保護膜が形成される。外観は銀に似ており、色も光を反射する性質も強い。軟らかく、非磁性で延性がある。アルミニウムの同位体組成はほぼ100%が安定同位体Alであり、この同位体は宇宙で12番目に多い核種である。Alの放射能は放射年代測定に利用される。 化学的には、アルミニウムはホウ素族の後遷移金属であり、他のホウ素族元素同様、主に酸化数+3の化合物を形成する。アルミニウム陽イオンAlはイオン半径が小さく、強く正に帯電しているため分極性が高く、アルミニウムが形成する結合は共有結合になる傾向がある。酸素との親和性が高いため、天然には酸化物の形でみられることが多い。このため、地球上ではアルミニウムはマントルよりも地殻を構成する岩石中に主に存在し、地殻中における存在度は酸素とケイ素に次ぐ第3位を占める。遊離金属の形でみられることはほぼ皆無である。 アルミニウムは、1825年にデンマークの物理学者ハンス・クリスティアン・エルステッドによって発見された。アルミニウムが最初に工業生産されたのは1856年であり、フランスの化学者アンリ・エティエンヌ・サント=クレール・ドビーユによる。1886年にフランスのポール・エルーとアメリカのチャールズ・マーティン・ホールがそれぞれ独自に開発したホール・エルー法により大量生産法が確立され、アルミニウムは一般に広く普及し、産業や日常生活で広く使われるようになった。第一次、第二次世界大戦においては、アルミニウムは航空にとって重要な戦略資源となった。1954年には、アルミニウムの生産量は銅を抜き、最も多く生産される非鉄金属となった。21世紀におけるアルミニウムの用途は、主に輸送、エンジニアリング、建設、包装が占める。 文章: 第1族元素 仕事関数が小さいという特長を活かして光電子増倍管の光電面材料にはアルカリ金属を主成分とした合金が利用され、スーパーカミオカンデで使用されたものではバイアルカリと呼ばれるSb-K-Cs合金が用いられている。 すでに述べたように、リチウムは全金属中で最も低い密度を持つ。この軽さは航空産業や宇宙産業で用いる材料の素材として極めて有用である。例えば合金の一種であるLA 141(リチウム14%、アルミニウム1%、マグネシウム85%)の密度は1.35 g/cm^3であり、現在最も広く用いられている低密度金属の一つである。 金属リチウムは銀色を呈するが、空気にさらすと速やかに酸素と反応して黒変する。窒素と反応する元素は周期表全体でみても元々少数であるが、リチウムはその中の唯一のアルカリ金属である。窒素分子の三重結合の結合エネルギーは945 kJ/molであり、これより安定な窒化物を与えるためには、生成物の格子エネルギーを十分に高める必要がある。アルカリ金属中では、最も高い電子密度を誇るリチウムのみがこの条件を満足することができる。