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: アルミニウム合金 アルミニウム合金(アルミニウムごうきん、英: aluminum alloy)は、アルミニウムを主成分とする合金である。アルミニウムには軽いという特徴がある一方、純アルミニウムは軟らかい金属であるため、銅(Cu)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)などと合金にすることで強度など金属材料としての特性の向上が図られる。アルミニウム合金を加工する場合、大きく分けて展伸法と鋳造法が採用される。 アルミニウム合金の軽さと強度を応用した例として、航空機材料としてのジュラルミンの利用が挙げられる。ジュラルミンはAl-Zn-Mg-Cu系のアルミニウム合金である。 アルミニウム合金は高い強度を持つ反面、溶接・溶断は特に難しく、用途変更に応じた改造や、破損の際の修繕は鋼などに比べて困難である。
文章: 機体 商用機体製造の歴史は、1920年代からの全アルミニウム構造、1940年代からの高強度合金と高速翼型、1960年代からの長距離設計と効率向上、そして1980年代からの複合材料による製造、の4つの時代に分けられる。 文章: メラミックス メラミックスは「β-サイアロン」の特性をもったシリコン合金。メタル(特殊鋼)より硬く、セラミックスより軽い新素材としてこれまで特殊鋼を使用してきた自動車、産業機械、住宅設備関連製品などへの普及が期待されている。 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: 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: 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: ダイカスト 使用素材として、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなどの非鉄金属とその合金で、優れた寸法精度の製品を短時間に大量生産できることから、自動車関連部品に多く使用されてきた。近年金型技術の発達、合金素材の改良により通信機器、建築材料、産業機械など急速な需要の広がりをみせている。特に、マグネシウム素材の開発でデジタルカメラ、パソコン、携帯電話他、事務用品、日用品等、身近な雑貨から最先端機器にいたるまで、用途を拡大している。従来のダイカストはパワートレイン関連の自動車部品の製造に多用されている。代表的な部品は以下の通りである。 また、自動車へのアルミニウム部品適用拡大の流れから、従来板金部品が大半であった車体へのダイカスト部品適用も広がっている。 自動車部品以外の鋳造品の代表例として以下がある。 文章: 耐火金属 耐火金属とその合金は、卓越した性質と実際的有用性の有望さから、研究者の注目を集めるものである。モルブデン、タンタル、タングステンといった耐火金属の物理特性、特に強度と高温での安定性から、高温金属加工や真空炉(英語版)技術といった用途の材料に適する。多くの特別な用途がこの特性を生かしており、例えばタングステンの電球フィラメントは3,073ケルビンまでの温度で動作し、モリブデンの加熱炉巻線は2,273ケルビンまで耐える。しかし、多くの耐火金属にとって、低温での成形性の悪さ、高温で非常に酸化しやすいことなどは欠点である。雰囲気との相互作用は、高温でのクリープ強度に重要な影響がありうる。こうした金属の使用には、保護的な雰囲気かコーティングが必要となる。モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステンなどの耐火金属合金は、宇宙原子力システムに用いられてきた。 文章: アルミニウム 軽量で加工性もよいことから、軽さと強度の両立のため部材形状の工夫も求められる航空機ではアルミ合金が主流となった。冷戦中盤あたりまで、塗装まで削って軽量化したアルミの銀色の輝きは高速航空機の象徴であった(ただし20世紀末頃からさらなる性能向上の要求のため炭素繊維複合材料やチタン合金等の新素材の割合が増えつつある)。鉄道車両でも新幹線電車をはじめとして特急型電車や通勤型電車などでアルミ車体の採用例も多い。押し出し材を使って長大な部材を一体成型し、さらに連続溶接組立する低コスト化量産法が確立され、同一断面を保った1625 mに及ぶ車体を持つ鉄道車両では、生産性の面でメリットが大きい。なお、一時期自動車も航空機材料に倣うかたちでアルミ化の取り組みがあったが、一部メーカーの高級車やスポーツカーなど特殊な車種での導入に留まり、費用対効果を両立させるため、現在はアルミではなくハイテン材料(高張力鋼)の適用が進み、また炭素繊維の適用も始まっている。軽量さが要求される高速船でもアルミが船体材料に選択されることがある。アルミ合金は軍事分野では装甲車輌や戦闘艦にも応用されているが、鉄鋼に比べて火災時の高熱や被弾に弱いため、軽量さを求められる小型の艦船や、自走砲など直接敵と交戦することを想定しない装甲車輌での使用が主流である。 構造材としての使用もある(アルミニウム構造)が、窓枠(アルミサッシ)やフェンス等、外構での使用が多い。工場での規格集中生産により高い精度で加工されており、また軽量であるため、建付けや現場での組み立てやすさ、基本的な耐候性が優秀で、1960年代以降急速に普及した。しかし、断熱性の問題から窓ガラスともども結露を生じやすく、近年は代替品として樹脂サッシや現代化された木製サッシが増えている。 高圧送電線にもアルミニウム線が使用される。銅に比べ単位体積あたりの電気伝導度は劣るが、密度が低いため銅線よりも軽量に抑えながら断面積をより大きく取る(太くする)ことができ、単位質量あたりの電気伝導度で優り材料費でもほぼ拮抗する。このため支柱(送電鉄塔)のスパンが大きくなる高圧送電線の材料として有利である。 文章: プラッタ 一般にA5086系のアルミニウム合金が用いられる。この合金は、表面欠陥の元となるケイ素(Si)と鉄(Fe)の成分を抑制した純度99.94% - 99.99%のアルミニウムに、めっき性を良くするために銅(Cu)と亜鉛(Zn)が加えられたものである。このアルミニウム合金は脱ガス・フィルタ処理が行われてから鋳造され、均質化熱処理と熱間圧延の後に、精密な板厚制御冷間圧延が行われて、板状のコイルとなる。 素材であるアルミニウム・コイルはリコイルによって曲がりが直されてから打ち抜き加工されてドーナッツ状のブランク材となる。ブランク材は積み付け鈍焼によってひずみが直される。この段階でブランク材の表面平坦度は4μm以下になっている。内径と外径が切削加工によって端面処理され表裏2枚の表面がSiCを砥粒とするPVA砥石を備えた両面研削盤で研削加工されて洗浄後、アルミニウム・サブストレートになる。 アルミニウム・サブストレートは洗浄、エッチング処理、ジンケート処理の後にNiPの無電解めっきが施され、再びさらに精密に表面が研削加工される。研削後の洗浄が終わった段階で平滑度は数オングストローム以下となる。 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: 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: グラハム・ファリッシュ イングランド南西部ドーセット州プール(Poole)で無線機メーカーとして創業した。当初は無線機や部品を製造していたが、第二次世界大戦終結後の1940年代後半には無線機の需要が落ちたため、1950年代初頭に鉄道模型の製造に参入した。最初にOOゲージの線路やイギリスの貨車、アクセサリー類を発売した。1953年に発売したエリザベス女王戴冠式のフィギュアは現在コレクターズアイテムとなっている。 同社のOOゲージ車両はMZAC合金を使用していた。MZAC合金はマグネシウム、亜鉛、アルミニウム、銅の合金で、それぞれの頭文字をとって「MZAC」と呼ばれていた。この合金は当時、純度の低い亜鉛を使用していたため、後年になって崩壊するものが多かった。動力車は直流2極モーターを使用していた。 1970年代一時期にブランド名を「Graham Farish」から「Grafar」に変更していた。1970年初め頃、イギリスのOOゲージ市場は行き詰まり閉塞感が漂っていたため、グラハム・ファリッシュでは新たにNゲージに参入し、イギリスにおける鉄道模型のニッチ市場を開拓することになった。 文章: コメット連続墜落事故 コメット以後の航空機開発では、デ・ハビランド社のような部分構造ではなく、完全な機体を2機製作した上で、1機は静強度試験に供し、もう1機は与圧の繰返しを含めた耐久性評価試験に供して、破壊強度特性を評価することとなった。この手法はボーイング社のボーイング707や日本航空機製造のYS-11など、後続の与圧構造を用いる多くの航空機開発において採用されている。 航空機の材料としてアルミニウム合金が使用されるようになったのは、1920年代からと早かったが、当時の航空機は鋼管などでフレームを構築し、その外部に木材や防水布を張る原始的構造が普通であったため、アルミ合金採用は強度計算の容易な金属製骨材や外装部材への部分採用に留まっていた。 胴体や翼の金属製外皮全体に応力を分担させる、機体全体を一体の強度構造とした、近代的な全金属製モノコック構造を採用した航空機が広まったのは、1930年代前期頃からであった。 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。