非鉄金属の理解：種類、用途、主要特性

金属は至る所にあり、多様な形と用途で存在します。しかし、鉄含有量に基づくと、金属には2種類あります：鉄系金属と非鉄金属。ここでは、非鉄金属について詳しく情報を提供します。

では、非鉄金属とは何か？その歴史、種類、用途、特性は？鉄系金属とどう違うのか？これらの質問や、この金属タイプについて知っておくべき重要な事項への答えを読み進めてください。

非鉄金属とは、鉄または鉄系を含まない金属です。結果として、鉄（Fe）以外のすべての金属は純粋な形では非鉄金属です。

さらに、この金属タイプは鉄系金属よりも高価になる傾向があります。しかし、錆と腐食耐性、加工容易性、ゼロ磁性といった驚異的な特性により、メーカーはコストを度外視して採用します。

メーカーがこの金属のコストを度外視するもう一つの理由はリサイクル性です。非鉄金属のリサイクルは、採掘よりも容易でエネルギー消費が少ないです。リサイクルに必要なプロセスには、再溶解と再鋳造が含まれます。

非鉄金属には、銅、鉛、ニッケル、チタン、錫が含まれます。また、銀、金、タングステン、バナジウム、水銀、コバルトなどの貴金属も含まれます。さらに、これらの金属にはさまざまな用途があり、さまざまなタイプの板金製造などがあります。

また、これらの金属の主要な供給源は通常、硫化物、ケイ酸塩、炭酸塩などの化学化合物です。

非鉄金属の歴史

人間が冶金に最初に使用した金属として、非鉄金属には豊かな歴史があります。初期の人間は、これらの金属がほとんど腐食しないことに魅了されました。

人間が発見した最初の非鉄金属の一つは銅で、これは銅器時代の始まりを告げました。さらに、この金属を最大限に活用するために、人間は鍛造と成形の技術を学ばなければなりませんでした。低融点と加工容易性により、銅は人間の選択金属となりました。

青銅器時代は銅器時代に続き、人間が銅と錫を合金化して青銅を製造できることを発見したときに訪れました。

人間は鉄系金属よりも長い期間、非鉄金属を使用してきました。事実、紀元前5000年頃には青銅製造技術を開発しました。この技術は、銅を錫やヒ素などの他の金属と製錬・合金化することを含みました。この製錬と合金化期間の始まりは石器時代を終わりにし、青銅器時代の始まりを告げました。

発見された他の非鉄金属には金と銀があります。これらの金属は、人間の装飾品として木と石の地位を取りました。しかし、これらの金属は稀少なため、贅沢品の製造に使用されます。

今日、非鉄金属は工具、車両エンジン、パイプライン、カトラリー、電気ケーブル、装飾品などの製造に使用されています。

これらの金属には、住宅、産業、商業用途に適した望ましい特定の特性があります。

これらの金属の共通特性を定義することはほぼ不可能です。理由は、多種多様な金属がこのカテゴリに分類されるためです。特性は柔らかいものから硬いもの、脆いものから延性のあるものまで多岐にわたります。しかし、金属強度チャートを見れば、さまざまな金属の相対的な強度がわかります。

すべての非鉄金属に共通する特性があります。これらを検討しましょう。

• 高い耐食性と防錆性： 非鉄金属は鉄含有量が少ないため、錆と腐食に強く耐性があります。これにより、雨風にさらされる雨樋、屋根、その他の用途に最適です。
• 非磁性： この金属タイプは非磁性で、配線と電子機器に最適です。
• 軽量： これらの金属は鉄系金属より軽いことが多いです。重量差は両金属タイプの炭素含有量の差によるものです。ただし、すべての非鉄金属が軽量とは限りません。オスミウム、鉛、タングステンなどは、鋼などの鉄系金属より重く高密度です。
• コスト： 製造に非鉄金属を使用する場合、鉄系金属より高価であることを知っておくべきです。コストを高める主な理由は2つあります。1つ目はこれらの金属の需要と供給です。非鉄金属の需要が供給を上回っており、入手がかなり高価です。もう1つの理由は、自動車・航空宇宙からエンジニアリング・建設までさまざまな業界で用途があることです。多くの業界が限られた供給のこれらの金属を求めているため、より高価になります。
• リサイクル性： すべての金属タイプはリサイクル可能です。非鉄金属は、鉄系金属と比較して劣化リスクが最小限で何度もリサイクルできます。プロセス中も化学的特性を保持します。これらの金属が容易に入手できないためリサイクルは重要です。もう一つの理由は、天然資源からの抽出エネルギーを節約し、採掘プロセスで発生するガス排出を減らすことで、廃棄物削減と環境保護につながるからです。

非鉄金属とは、かなりの量の鉄を含まない金属であるため、世界中に多くの該当金属があります。したがって、重要で一般的なものとその製造用途のみを紹介します。以下に非鉄金属の例 とその用途を示します。

アルミニウム

これは最も重要な非鉄金属の一つです。これは少なからず、加工容易性と軽量性のおかげです。アルミニウムが一般的なもう一つの理由は、多くの合金の基材であることです。アルミニウムはCNC加工において最もコスト効率の良い金属の一つでもあります。

銅ほどではありませんが、優れた導電体でもあります。アルミニウムのその他の特性には、優れた延性と展性があります。欠点として、この金属は比較的高価で、冷間加工後にかなり硬くなり、焼鈍が必要になります。

アルミニウム合金は多様な業界で用途があります。軽量で飛行機、自動車部品、ヨットの製造に最適です。また、飲料缶、ソースパン、自転車フレームなどの日用品製造にも使用されます。

銅

銅とその合金である黄銅（銅と亜鉛）と青銅（銅と錫）は、いくつかの業界で多様な用途があります。これは、高電気伝導性、延性、熱伝導性、耐食性という特性によるものです。合金化されていない場合、軟らかく延性があります。

これらの特性により、銅とその合金は加熱容器と熱交換器の製造に適しています。高電気伝導性により、モーターと配線に最適です。さらに、銅は配管継手、屋根材、彫像、調理器具の製造にも用途があります。

欠点として、銅はかなり高価で、この材料で作られたワイヤーは通常腐食しやすいです。また、材料が軟らかいため形状を失いやすいです。

関連：黄銅vs青銅vs銅の違いを検証

ニッケル

ニッケルはもう一つの一般的な非鉄金属です。この銀白色金属の特性には、耐食性、靭性、耐温性が含まれます。この金属は純粋な形で存在しますが、この形態の用途は最小限です。

しかし、他の元素と合金化すると優れた機械的・化学的特性を得られます。これにより、飛行機、自動車、船舶設備の高温部、極低温機器の製造に用途があります。

また、ニッケルは高温でも耐食性を維持できるため、釘、パイプ、装甲板の製造に適した材料です。

亜鉛

単体の金属としても合金元素としても、亜鉛には多様な用途があります。最も人気のある用途の一つは、銅と合金化して黄銅を形成することです。

亜鉛のもう一つの用途はめっき元素としてです。亜鉛めっきされた鋼はより優れた耐食性を持ちます。これにより、街灯、熱交換器、金属屋根、ガードレール、車体、吊り橋の製造に用途があります。また、電池の陽極材料として陰極防食にも用途があります。

亜鉛のもう一つの用途は酸化亜鉛で、ゴム製造に用途があります。ゴム製造中の熱分散を助けます。

鉛

この金属は多くの用途があり、最も重い一般的な非鉄金属です。さらに、鉛は有毒で人体に害を及ぼします。この金属は耐食性と重さを持ち、塗料、燃料、弾丸の製造に用途があります。

鉛は電気の不良導体ですが、延性、高密度、展性があります。空気暴露で色変化を経験します。また、ケーブルシース、鉛ガラス、ダイビング用ウェイトベルトの製造にも用途があります。今日の主な用途は、酸タンク、電力ケーブル、電池の製造です。しかし、鉛は化学的に不活性です。これは多くの化学物質と反応しないことを意味します。

銀

銀は光沢のある輝く外観を持つ比較的軟らかい金属です。すべての金属の中で最高の熱伝導性と電気伝導性を持ち、高い展性と耐食性があります。

銀は、太陽技術と電子機器からろう付けとはんだ付けまで多くの業界で使用されます。その他の用途には、エンジンベアリング、通貨、浄水、食器、医療、宝飾品があります。一方、すべての金属の中で最低の接触抵抗を持ちます。

金

金は優れた展性を持つ非鉄金属の一つです。また、延性と耐食性があります。金は他の化学物質と反応しないため、化学反応による劣化リスクがほとんどありません。さらに、この金属は優れた熱伝導性と電気伝導性を持ちます。

ネックレス、指輪、ブレスレットなどの宝飾品製造に用途があります。また、金融と投資の法定通貨としても機能します。さらに、電気伝導性により電子機器とコンピュータデバイスの製造に最適です。金は着色ガラスの製造と医療・歯科での歯の修復にも使用されます。

チタン

この金属は優れた強度対密度比と耐食性を持ちます。この金属をアルミニウムと鉄と合金化すると、軽量かつ強力な金属が生まれます。

非合金状態では、チタン金属の強度は一部の鋼と同等ですが、密度は低いです。この金属は、農業、医療、スポーツ、軍事、航空宇宙、自動車業界などいくつかの業界で用途があります。

機械加工または鋳造向け非鉄金属

砂型鋳造プロセス、金型鋳造プロセス（高圧ダイカストと低圧パーマネントモールド）、精密鋳造は、これらの金属に理想的な鋳造方法です。

低密度、高伝導性、防錆・耐食性、高強度対密度比、非磁性といった特性により、非鉄金属は構造用途に最適です。金属部品製造にも最適です。

メーカーは電解によってこれらの金属を精製します。鋳造時、鋳造プロセスで使用される鉄に金属を鋳込み前の段階で添加します。目的は、改善された特性を持つ特殊鋳鉄または合金鋼を得ることです。特性は耐熱性と耐食性から耐摩耗性まで多岐にわたります。

どの金属が非鉄または鉄系か？鉄系金属はかなりの量の鉄を含み、非鉄金属は鉄を含みません。両金属タイプには望ましい特性と属性があります。

メーカーは鉄系金属を耐久性と強度で評価しています。これにより建設業界での使用に最適な材料となります。一般的な鉄系金属には合金鋼、炭素鋼、錬鉄、鋳鉄が含まれます。しかし、鉄系金属の炭素と鉄含有量は、湿気暴露で錆びやすくなります。錆に強い唯一の鉄系金属は錬鉄で、これは低炭素含有量によるものです。

一方、非鉄金属は防錆・耐食性があります。これにより屋外看板、屋根、雨樋、液体パイプの製造に最適です。また、高い展性を持ち、装飾品と宝飾品の作成に適しています。

さらに、非鉄金属には軽量からゼロ磁性まで、需要の高い特性と属性があります。非磁性であることは配線と電子用途に最適です。一般的な非鉄金属例には、アルミニウム、銀、亜鉛、銅、金、チタン、鉛、ニッケルが含まれます。

結論

非鉄金属には、いくつかの分野で用途を与える特性があります。しかし、供給が不足しているため、鉄系金属より高価です。一般的な非鉄金属にはチタン、銀、銅、金、鉛、亜鉛、ニッケルが含まれます。

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