タングステンの合金（alloy）
タングステンの合金（alloy）
母金屬元素（量的に多い元素）と合金元素や不純物のような他の元素との混合物からなる金屬物質(zhì)。
合金（ごうきん、Alloy）とは、単一の金屬元素からなる純金屬に対して、複數(shù)の金屬元素あるいは金屬元素と非金屬元素から成る金屬様のものをいう。一般に、純金屬に他の元素を添加するとその性質(zhì)（例えば融點(diǎn)、磁性、機(jī)械的強(qiáng)度、耐食性など）は大きく変化する。組成を調(diào)節(jié)して様々な用途に応じた性質(zhì)を持つ合金が生産・利用されている。合金の成分のうちのある元素が主成分と見(jiàn)なせる場(chǎng)合、その元素の名を冠して、“マグネシウム合金”・“アルミニウム合金”などと呼ぶ。
例えば、黃銅は銅（金屬元素）と亜鉛（金屬元素）の合金で、鋼は鉄を主體とした合金という意味がある。しかし鋼の場(chǎng)合、過(guò)剰あるいは僅少な炭素添加のものは歴史的に鋳鉄、純鉄と呼ばれ、それらの総稱として鉄鋼材料という呼び方がある。鋼の原義は0.6mass%を中心にその前後の炭素量のものを鋼（刃金）と呼び、金屬組織的にはマルテンサイト構(gòu)造と呼ばれるものであったが、ステンレス鋼（「こう」と呼ぶ。単純に「鋼」であれば「はがね」と呼び、「～鋼」となっている場(chǎng)合「～こう」と呼ぶ。）が開(kāi)発されるにあたり、炭素を必須とした合金以外でも鋼と呼ばれるようになった。しかしこれは鉄を主體とした合金であることには変わりなく、鉄含有量が50%以下になると、鉄が含有されているものでも鋼ではなく合金と呼ばれる。しかし、學(xué)術(shù)的には鋼を鉄合金あるいは鉄基合金とよんでもいっこうに差し支えはない。このように歴史的紆余曲折があり鋼の定義は難しいものになっている。
金屬の固溶體や、金屬間化合物なども合金の範(fàn)疇に含まれる。主要成分元素の數(shù)が2つなら2元合金、3つなら3元合金、4つなら4元合金…と呼ぶ。主體となる金屬によって、合金鋼、銅合金、ニッケル合金…と呼ぶ。合金の作製方法には、単純に數(shù)種類の金屬を溶かして混ぜ合わせる鋳造法や、近年開(kāi)発されたボールミル裝置を使用したメカニカルアロイングなどがある。合金の生成判斷ができやすいようにと、さまざまな合金の狀態(tài)図が作成されている。特に、鋼に関するFe-C系狀態(tài)図は有名である。鋼のなかでも特殊鋼は添加元素も複雑になり、特に工具鋼はもっとも複雑な合金系に屬し、近年では世界最多の11元素による多元合金が日本人により合金設(shè)計(jì)され実用化されている[1]。
合金化の目的と概要
機(jī)械的強(qiáng)度の改善（析出硬化・他）
一般に純金屬は弾性限界（永久変形が生じる応力）が小さい。というのは通常の金屬結(jié)晶は不完全な部分（転位）を含んでおり、転位の移動(dòng)による変形が小さな応力でおこりやすいためである。合金化によって、結(jié)晶を構(gòu)成する金屬元素と大きさの違う金屬元素に置換させたり、結(jié)晶のなかに小さな元素を侵入させたりして、結(jié)晶のひずみを作ることによって、転位の移動(dòng)をしにくくして機(jī)械的強(qiáng)度（硬さ、引張り強(qiáng)度）を向上させることができる。ジュラルミン・鋼などの合金がその例である。鋼などの機(jī)械的強(qiáng)度の改善の主流は、マルテンサイトという特殊な組織変化を熱処理により起こし最大5倍以上強(qiáng)化するが、これも合金化で達(dá)成される好例である。鋼は幅広い産業(yè)に大量に用いられる用途なので合金化による強(qiáng)度改善の効果の総量は計(jì)り知れないものがあり、熱処理前は比較的加工がし易いことも産業(yè)界へ多大な寄與をする。合金化や熱処理あるいはそれに冷間加工組み合わせた処理により鋼より強(qiáng)度増幅効果をもつ固體を人類は未だ知らない。
耐食性の向上
金屬元素のなかには、Crのように、その酸化物が、皮膜（不動(dòng)態(tài)）を作り內(nèi)部までの酸化の進(jìn)行を防ぐ性質(zhì)をもつものがあり、それらの金屬の添加により耐食性のある合金とすることが行われる。ステンレスが例である。
磁性および熱膨張率の制御
磁性材料は磁場(chǎng)と磁束密度の関數(shù)でその性能が表現(xiàn)され、交流磁場(chǎng)をかけた場(chǎng)合、0となる原點(diǎn)を比較的通りやすいものを軟質(zhì)磁性材料といい、原點(diǎn)を通り難いもので、たとえば磁場(chǎng)を0にしても磁束密度があるいわゆる著磁した狀態(tài)が強(qiáng)いものを硬質(zhì)磁性材料と呼ぶが、この呼び名は焼入れ前の柔らかい鋼の特徴と焼入れ後の硬い鋼の磁性的特徴からきたことが出発點(diǎn)となっている。
熱膨張率の制御も磁気特性が深く関わっている。通常の金屬は冷卻すると単調(diào)に収縮する場(chǎng)合が大半であるが、鉄はγ→α変態(tài)點(diǎn)で結(jié)晶構(gòu)造や磁気特性が変わることで一瞬膨張する。この効果を合金化して所定の溫度範(fàn)囲で金屬の基本的な冷卻による?yún)Эs効果を、先の膨張効果によって相殺することで、その溫度範(fàn)囲では熱膨張率がゼロになるという他の固體物質(zhì)では見(jiàn)られない情況を作り出すことが出來(lái)る。
融點(diǎn)の低下
共晶をつくる合金（例えばSn-Pbなど）では、それぞれの単獨(dú)の金屬の融點(diǎn)に比べて合金の融點(diǎn)を下げることができるため、より低融點(diǎn)の金屬を得ることができる。このため、二種類の金屬を接した狀態(tài)で加熱すると、それぞれ単獨(dú)の金屬では融點(diǎn)に達(dá)しない溫度であっても、接している部分から合金となって融けてゆく現(xiàn)象が起こる。たとえば、低融點(diǎn)の金屬を加熱して液體とし、そこに高融點(diǎn)の金屬を固體のまま投入することで、融かし込んで合金を作ることができる。太古から青銅作りなどで経験則的に利用されていた。
合金の種類（合金名索引）
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名稱 |
分類 |
成分 |
用途 |
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鋼（はがね）
高張力鋼（ハイテン）
工具鋼（ハイス、ダイス鋼）
刃物鋼 |
鉄合金 |
Fe-C |
構(gòu)造材、刃具他 |
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クルップ鋼 |
合金鋼 |
ニッケルクロム鋼に
浸炭処理 |
裝甲 |
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安來(lái)鋼 |
合金鋼 |
工具鋼などの難易な素材製造性
特殊鋼 |
刃物、工具、金型材料、電子磁性材料、耐食耐熱材料 |
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ステンレス鋼 |
鉄合金 |
Fe-Ni-Cr |
構(gòu)造材、容器、配管 |
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マルエージング鋼 |
鉄合金 |
Fe-18～30Ni(Co,Mo) |
航空宇宙用構(gòu)造材、ゴルフクラブヘッド素材 |
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42アロイ |
鉄合金 |
Fe-42Ni |
低膨張率合金、 ICリードフレーム材 |
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インバー |
鉄合金 |
Fe-36Ni |
時(shí)計(jì)部品、実験裝置 |
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コバール |
鉄合金 |
Fe-29Ni-17Co |
低膨張率合金 |
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センダスト |
鉄合金 |
Fe-9.5Si-5.5Al |
高透磁率合金、磁気ヘッド |
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パーメンデュール |
鉄合金 |
Fe-Co |
高透磁率合金 |
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ケイ素鋼 |
鉄合金 |
Fe-Si |
高透磁率合金 |
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KS鋼 |
鉄合金 |
Fe-Co-W-Cr |
磁石材料 |
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スピーゲルアイゼン |
鉄合金 |
Fe-15Mn |
脫酸剤・脫硫剤 |
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黃銅（真鍮：しんちゅう） |
銅合金 |
60Cu-40Zn他 |
バルブ、軸受 |
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丹銅 |
銅合金 |
Cu-5～20Zn |
建材、裝身具 |
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トムバック |
銅合金 |
Cu-15Zn |
貨幣、裝身具 |
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洋白（洋銀） |
銅合金 |
Cu-27Zn-18Ni |
食器・バネ・金管楽器 |
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青銅 |
銅合金 |
Cu-Sn |
軸受 |
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白銅（キュプロニッケル） |
銅合金 |
Cu-Ni |
貨幣 |
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赤銅 |
銅合金 |
Cu-Au |
工蕓用材料 |
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コンスタンタン |
銅合金 |
55Cu-45Ni |
ひずみゲージ、熱電対 |
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ノルディック・ゴールド |
銅合金 |
89Cu-5Al-5Zn-1Sn |
貨幣 |
|
クニフェ |
銅合金 |
60Cu-20Ni-20Fe |
電球內(nèi)のリード線 |
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ジュラルミン |
アルミ合金 |
Al-Cu |
構(gòu)造材 |
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シルミン |
アルミ合金 |
Al-Si共晶 |
鋳造材料（AC-3) |
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ハステロイ |
ニッケル合金 |
50Ni-Mo-Cr-Fe |
耐熱・耐食 |
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モネル |
ニッケル合金 |
63Ni-28～34Cu |
耐熱・耐食 |
|
インコネル |
ニッケル合金 |
72Ni-15Cr-Fe他 |
耐熱合金 |
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ニクロム |
ニッケル合金 |
80Ni-20Cr他 |
電熱合金 |
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サンプラチナ |
ニッケル合金 |
85Ni-11Cr-3Ag-他 |
眼鏡、歯科治療材料、裝飾品 |
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パーマロイ |
ニッケル合金 |
Ni-Fe |
磁気ヘッドなど |
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マグネシウム合金 |
その他 |
Mg-Al他 |
筐體 |
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ステライト（タロナイト） |
その他 |
Co-30Cr-10W他 |
刃具・表面処理材料 |
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フェロマンガン |
その他 |
Mn-Fe |
脫酸剤・脫硫剤 |
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はんだ |
その他 |
Pb-Sn他 |
接合（低融點(diǎn)合金） |
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活字合金 |
その他 |
Pb-Sn-Sb |
印刷用活字 |
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ウッドメタル |
その他 |
50Bi-27Pb-13Sn-10Cd |
低融點(diǎn)合金（融點(diǎn)約70℃） |
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ガリンスタン |
その他 |
68.5Ga-21.5In-10Sn |
低融點(diǎn)合金（融點(diǎn)約-19℃） |
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ナトリウムカリウム合金 |
その他 |
Na-K |
低融點(diǎn)合金（融點(diǎn)約20～-10℃）、高速増殖爐の熱媒體 |
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ピューター |
その他 |
Sn-Sb |
工蕓用鋳物材料 |
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バビットメタル |
その他 |
Sn-Cu他 |
軸受合金 |
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超硬合金 |
その他 |
WC/Co |
切削刃具他 |
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ウィディア |
その他 |
WC/Co |
超硬合金のクルップ社の商標(biāo) |
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ホワイトゴールド |
その他 |
Au-Ni-Pd |
裝飾品、貨幣 |
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スターリングシルバー |
その他 |
Ag-Cu |
食器、裝飾品、貨幣 |
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ミッシュメタル |
その他 |
Ce-La他 |
発火石 |
|
アマルガム |
その他 |
Hg-Au他 |
めっき |
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