銅と真鍮：電気導体としての主要材料特性の違い

電気材料と商取引においては多くの種類の金属が存在するため、製造業界では多くの議論を呼んでいます。これらの議論は、金属ユーザーが様々な金属材料を区別できないことが原因です。特に違いがわずかで、通電導体として使用される場合に顕著です。

赤銅（純銅）と真鍮は、しばしば混同される2種類の金属材料です。これら2つの金属を並べると、見た目が少し似ていることに気づきます。しかし、色合いには微妙な違いがあり、専門的な知識なしでは区別が困難です。プロジェクトで間違った選択をしないために、これらを理解することはプロジェクトの成功にとって極めて重要です。この記事では、赤銅と真鍮の違いを詳細に説明します。

赤銅（純銅）とは

赤銅は純銅とも呼ばれ、人類が発見・加工・利用した最も古い金属の1つです。これは銅が自然状態で存在するためです。この純粋な金属は先史時代に道具、武器、装飾品の製造に使用されてきました。人工的に作られる真鍮とは異なり、直接加工に適した純粋な金属の一種です。赤銅は単独で使用することも、他の合金や純粋な金属と組み合わせて合金のサブセットを形成することもできます。

赤銅は高い電気伝導率と熱伝導率を持つ元素で構成されています。最も純粋な形では柔らかく延性があります。数千年にわたり、建築要素や他の合金の基盤材料として使用されてきました。

真鍮とは

真鍮は一定量の亜鉛を含む銅合金です。そのため、この金属はしばしば銅と間違われます。また、真鍮はスズ、鉄、アルミニウム、鉛、シリコン、マンガンなどの他の金属で構成されています。これらの他の金属の添加により、より独自の特性の組み合わせが生まれます。例えば、真鍮中の亜鉛含有量は、銅ベース材料の延性と強度を向上させるのに役立ちます。真鍮中の亜鉛含有量が高いほど、合金の柔軟性は強くなります。さらに、添加される亜鉛の量によって、その色は赤から黄色まで変化します。

真鍮は金に似ているため、主に装飾用として使用されます。また、耐久性と加工性に優れているため、楽器の製造にもよく使用されます。

赤銅と真鍮の違い

このセクションでは、真鍮と赤銅の違いを詳細に比較し、まとめます。

元素組成

2つの金属は元素組成によって区別できます。前述の通り、赤銅は高い導電性を持ちます。その電子構造は銀や金に似ています。金属としての真鍮は銅と亜鉛の合金です。赤銅とは異なり、その合金形態に応じて多くの元素を含みます。真鍮の一般的な元素組成には、主要成分である銅（Cu）と亜鉛（Zn）が含まれます。

耐食性

耐食性も2つの金属を区別する指標となります。これら2つの金属は鉄を含まないため、錆びにくいです。一定期間の酸化後、赤銅は緑青を形成します。これにより銅金属表面の更なる腐食が防止されます。一方、真鍮は銅、亜鉛、その他の元素の合金であり、これも耐食性を持ちます。結論として、赤銅と比較して、真鍮はより金色が強く、より強い耐食性を持ちます。

導電性

様々な金属の導電性の違いはしばしば知られていません。しかし、既知の導電性を持つ別の導電性材料に見た目が似ているという理由で、ある材料の導電性を推測することは、プロジェクトにとって破滅的な結果を招く可能性があります。この誤りは、電気用途において赤銅を真鍮で置き換える現象において、多かれ少なかれ明らかです。

対照的に、赤銅はほとんどの材料の導電性基準となっています。これらの測定値は赤銅の相対測定値で表されます。これは、銅が抵抗を持たず、絶対的な意味で100%導電性であることを意味します。一方、真鍮は銅の合金であり、その導電性は銅のわずか28%に過ぎません。

熱伝導性

材料の熱伝導性は、その熱伝導率の尺度に過ぎません。この熱伝導率は金属によって異なるため、高温作業環境で材料を使用する場合は考慮する必要があります。純金属の熱伝導率は温度上昇とともに変化しませんが、合金の熱伝導率は温度上昇とともに増加します。この場合、赤銅は純金属、真鍮は合金金属です。対照的に、赤銅は223 BTU/(hr・ft・°F)という最高の熱伝導率を持ち、真鍮は64 BTU/(hr・ft・°F)です。

硬度

材料の硬度とは、所定の荷重下で所定形状の圧子を金属平面に押し込んだ際の局所変形に対する抵抗能力です。金属として真鍮は赤銅よりも強度があります。硬度指数では、真鍮の硬度は3〜4の範囲です。一方、赤銅の硬度は金属硬度図で2.5〜3です。真鍮は銅と亜鉛の異なる成分からなる製品です。亜鉛含有量が高いほど、真鍮の硬度と延性は向上します。

耐久性

材料の耐久性とは、材料がその半生涯において通常の運用課題に直面した際、過度な修理やメンテナンスなしで機能を維持する能力を指します。これら2つの金属は、それぞれのプロジェクトにおいてほぼ同等の耐久性を示します。しかし、真鍮と比較して、赤銅は最大の柔軟性を示します。

切削加工性

材料の切削加工性とは、許容可能な仕上げ面を得るために材料を切削（加工）できることを意味します。加工活動にはフライス加工、切削、ダイカストなどが含まれます。切削加工性は、材料をどのように製造するかという観点からも考慮できます。対照的に、真鍮の切削加工性は赤銅よりも高いです。

溶接性

銅は真鍮よりも溶接しやすいです。しかし、鉛を含むものを除くすべての真鍮合金は溶接可能です。また、真鍮中の亜鉛含有量が少ないほど溶接しやすくなります。したがって、亜鉛含有量20%未満の真鍮は良好な溶接性を持ち、20%以上の真鍮も良好な溶接性を持ちます。最後に、鋳造真鍮金属はかろうじて溶接可能なレベルです。

前述の通り、鉛・スズを含む真鍮合金は半田付けできません。高い溶接熱、高い予熱、遅い冷却速度という投入環境への暴露は避ける必要があります。

色

赤銅は純粋な金属であるのに対し、真鍮は銅の合金です。したがって、銅の色は通常、赤銅と真鍮を区別するのに十分です。赤銅は通常赤褐色ですが、真鍮はその元素組成によって金黄色、赤金色、銀色など様々な色を呈することがあります。

価格

真鍮と銅の価格は、比較する材料グレードによって異なる場合があります。異なる場合もありますが、通常、赤銅の方が2つの材料の中で最も高価です。真鍮の場合、銅含有量が低いため価格が下がります。