非鉄金属の探求：種類、特性、産業用途

非鉄金属は、かなりの量の鉄を含まない金属または合金であり、さまざまな種類があります。これらの金属は、展延性、非磁性、高導電性、耐食性、低重量といった特性により特別な存在です。

ほぼすべての非鉄金属が鉄系金属より高価ですが、屋根配管、電気設備、雨樋などほとんどの産業目的に適しています。液体、化学、下水パイプラインなどの高腐食環境にも適しています。

これらの金属の非磁性により、多くの電気・電子機器で使用されます。アルミニウムは軽量、銅は高導電性、亜鉛は非磁性で耐食性があるなど、それぞれ固有の特長を持ちます。

非鉄金属の種類

最も一般的で重要な非鉄金属には、アルミニウム、銅、鉛、ニッケル、スズ、チタン、亜鉛、黄銅があります。これらは産業プロセスで使用されます。貴重な非鉄金属には銀、金、プラチナがあります。

アルミニウム

アルミニウムはボーキサイトから得られる非鉄金属の一種です。不純物として銀と酸化鉄を含む不純な酸化アルミニウムと結合水・自由水で構成されます。電解還元プロセスで大量に抽出可能です。

アルミニウム合金

合金元素を添加する目的は、機械的特性（硬度、切削性、引張強度、鋳造用流動性、耐食性向上）を改善することです。これらの非鉄金属は鋳造形または鍛造形（「鍛造」とは何らかの加工：鍛造、圧延、深絞りなどを意味）で使用されます。これらの合金の一部の特性は特定の熱処理で改善可能ですが、他では焼きなましや加工硬化による変化のみです。

銅

銅は純粋な状態、合金形態、添加元素として世界で最も重要な非鉄金属の一種です。良好な電気伝導性と高い熱伝導性、展延性と延性、合金形成の容易さ、酸化物保護層形成による大気腐食抵抗性など、他の金属の特性に影響を与えるために使用されます。これらの非鉄金属は独特の暖かい赤色で容易に識別できます。

銅合金（黄銅）

「黄銅」という用語は、対応する特性と用途の範囲を持つ広範な銅亜鉛合金をカバーします。これらの非鉄金属では銅含有量が80%を超え、「ギルディングメタル」として知られます。豊かな金色で装飾工事に使用されます。黄銅は、耐食性が高いだけでなく、圧延、プレス、鍛造、押出、引抜、鋳造、機械加工、ハンダ/ロウ付けによる接合が容易なため、エンジニアリングで多くの用途を見出します。

青銅

青銅は銅スズ合金の範囲をカバーする非鉄金属です。ただし、この用語は他の銅ベース合金を広く記述するためにも使用されます。10%以上のスズ添加（リン青銅など）は弦楽器製造に広く使用されます。高スズ含有量（6〜12%）のリン青銅は軸受とエンジニアリング鋳造に広く使用され、20%スズ含有の青銅は鐘の製造に使用されます。

アルミニウム青銅

銅アルミニウム合金（スズなし）は、海洋および一般エンジニアリング作業で使用される非鉄金属です。高温での耐食性、良好な強度と硬度がサービス条件とされる場面でよく使用されます。

マンガン青銅

高引張強度と良好な耐食性を持つ特殊な「黄銅」で、マンガン、スズ、鉄、アルミニウムを含みます。

銅ニッケル合金

多くの銅ニッケル合金が一般的に使用される非鉄金属として分類されます。ニッケル含有量5%で耐食性が大幅に向上。約15%以上のニッケルで灰白色、25%ニッケルで現在の英国「銀」貨幣に使用されます。

銅ニッケル合金は、海水耐食性が要求される凝縮器チューブで使用されます。モネル金属（銅29%、ニッケル68%、少量の鉄とマンガン）は優れた機械的特性と非常に良好な耐食性を持ち、化学工学プラントと高温にさらされる内燃機関部品に使用されます。

鉛

鉛は比重11.3で全非鉄金属中最重です。非常に柔らかく展延性があり、ノコギリやナイフで容易に切断可能。最初切断時は銀白色の光沢がありますが、空気中で表面が速やかに酸化被膜を形成して変色します。

これらの非鉄金属は多くの酸に耐性がありますが、奇妙なことに純水には攻撃されます。融点が低い（330℃）ため、多くの合金の必須成分です（例：配管用とブリキ用はスズとさまざまな割合で合金化）。

スズ

スズは黄色みを帯びた白色金属です。非常に展延性があり薄箔に圧延可能ですが、主用途は缶詰業界でのスズメッキです。また、軸受金属の合金元素として、半田の製造にも使用されます。融点は約232℃と非常に低いです。

亜鉛

亜鉛は光沢のある青白色金属で、大気腐食に対する良好な耐性を示します。この特性は、溶融亜鉛浴に浸漬することで亜鉛めっきを施す薄板鉄製品、配管、ワイヤー、釘などに利用されます。これらの非鉄金属に加えて、銅亜鉛合金にも使用されます。ダイカスト用のさまざまな亜鉛合金にも使用されます。

亜鉛、銅、アルミニウムを含む合金は、キャブレター、洗濯機部品、模型玩具など幅広いアイテムに使用されます。亜鉛精鉱はろ過され、酸化亜鉛焼結物を形成するために焙焼され、無煙炭、瀝青炭、粘土と混合されブリケットにプレス成形されます。

以下の動画で非鉄金属について学んでください：

以上で、非鉄金属のさまざまな種類と用途について議論したこの記事を終わります。この投稿から多くを得られたなら、ぜひ他の学生とも共有してください。読んでいただきありがとうございました、また次回お会いしましょう！