工業生産と金属加工の分野では、「非鉄金属」はよく使われる言葉だが、誤解されることも多い。簡単に言えば 非鉄金属とは、鉄を主成分としない金属および合金のことである。 (すなわち、主要元素として鉄をほとんど含まない）。その自然な存在量と消費量は、一般的に鉄金属よりも少ないが、非鉄合金は、そのユニークな物理的・化学的特性により、現代の鋳造において不可欠なものとなっている。
この記事では、鋳造用途における非鉄金属の基本的な定義、分類、独自の特性について、一般的な科学の概要を説明します。
非鉄金属とは何か？
非鉄金属の科学的定義は簡単で、鉄を主成分としない金属または合金である。これらの材料は不純物として微量の鉄を含むことがあるが、その核となる化学的特性は鉄によって決定されるものではない。
非鉄金属に関する科学の基本的なポイントは、錆との関係である。 非鉄金属は赤い酸化鉄錆を形成しない錆びは鉄に特有の化学反応だからである。特定の環境下では酸化や腐食が進むが、アルミニウムや亜鉛などの多くの非鉄金属は、しばしば緻密な酸化皮膜を形成し、適切な条件下でさらなる攻撃を遅らせることができる。
さらに、非鉄金属の範囲は広い。身近なアルミ缶や銅の配線から、金のような貴金属、そして高性能の金属まで含まれる。 航空宇宙部品に使用されるチタン合金.
非鉄金属の歴史
非鉄金属の歴史は、本質的に人類の文明の歴史である。鉄の製錬に習熟する以前の何千年もの間、非鉄金属は進歩と革新の主要な原動力であった。
- 金石併用時代と青銅器時代:銅は人類が最初に使用した金属のひとつであり、紀元前5000年頃までさかのぼる自然銅使用の証拠がある。銅と錫を合金にして ブロンズ人類はより硬い道具や武器を作り出した。この転換は青銅器時代の幕開けとなり、生産性と軍事力の両方を飛躍的に向上させた。
- 古代の貴金属:金と銀は、その化学的安定性と光沢のある魅力から、古代より通貨、宝飾品、美術品の素材として好まれてきた。金と銀は何千年もの間、古代の貿易や異文化交流の中心的な媒体として機能してきた。
- アルミニウム産業の勃興:アルミニウムは地殻中に最も豊富に存在する金属であるが、反応性が高く、抽出するのは極めて困難であった。アルミニウムを工業規模で生産できるようになったのは、19世紀後半にホール・エロー電解法が発明されてからである。その軽量の特性は、航空、航空宇宙、そして現代の輸送分野に瞬く間に革命をもたらした。
- 戦略金属の発見:20世紀に入り、冶金技術の飛躍的な進歩により、チタン、マグネシウム、そして様々なレアメタルが単離され、応用されるようになった。高耐熱性、高強度、超低密度のこれらの金属は、原子力、半導体、深海探査などの最先端分野に不可欠な戦略的資源となった。
非鉄金属の一般的な例
理解を容易にするために、産業界で一般的に使用されている非鉄金属をいくつかの主要な系統に分類することができる。これらの金属は、鋳造プロセスにおいて明確な特性を示す：
- アルミニウム（Al）:アルミニウムは、地殻中に最も豊富に存在する金属のひとつです。軽量で耐食性に優れ、熱伝導性に優れているため、鋳造業界で最も広く使用されている非鉄金属です。
- 銅（Cu）:人類が最初に使用した金属のひとつ。電気伝導性に優れ、電力産業の基礎となっている。鋳造では、真鍮（銅-亜鉛）または青銅（銅-錫）として現れることが多い。
- 亜鉛:低融点と優れた流動性で知られる。そのため、精密ダイカストで極めて優れた性能を発揮し、極めて薄い壁の部品を製造することができる。
- マグネシウム (Mg):最も軽い構造金属であるマグネシウムの密度は以下の通りである。 アルミニウムの約3分の2.航空宇宙や高性能レースにおける軽量化のための重要な素材である。
- チタン（Ti）:鋼鉄よりもはるかに軽量でありながら、極めて高い強度と耐熱性を持つ。医療用インプラントや特殊な航空宇宙部品によく使用される、ハイエンド産業向けの最先端素材です。
非鉄金属のコア特性
非鉄金属が広く使用されているのは、標準的な鋼鉄や鉄ではしばしば達成困難な特定の物理的特性を提供するためである：
耐食性
ほとんどの非鉄金属は、湿度の高い環境や化学的に活性な環境において、天然の利点を提供する。例えばアルミニウムは、空気と接触すると酸化アルミニウムの薄膜を生成し、建築や海洋工学で非常に好まれる自己保護レベルを提供する。
電気伝導率と熱伝導率
鉄鋼はしばしばプロジェクトの構造骨格となるが、非鉄金属は「神経」とヒートシンクとして機能する。銅とアルミニウムは現在、エネルギーと熱の伝送に最も効率的で費用対効果の高い材料です。
磁気
非鉄金属の大部分は非磁性である。この特性は、エレクトロニクス産業や医療機器（MRI装置の部品など）において、電磁干渉を避けるために極めて重要である。
密度
重い鋼鉄に比べ、アルミニウムやマグネシウムのような低密度の金属は、自動車や機械の自重を大幅に削減し、エネルギー消費の削減や炭素排出量の削減に直結します。
鋳造における非鉄金属の用途
非鉄鋳物では、合金を特定の用途に適合させることが不可欠です。すべての金属システムは、その重量、耐久性、耐環境性に基づいて独自の役割を果たしています。
アルミニウム合金
アルミニウム鋳造は、軽量化、耐食性、放熱性が優先される部品の一般的な選択肢です。
- 自動車産業:エンジンブロック、ギアボックスハウジング、ホイール。
- エレクトロニクス:ノートパソコンのシェル、電話の内部フレーム、オーディオのヒートシンク。
- 建築:屋外照明ハウジングと窓枠部品。
銅合金
真鍮や青銅のような銅合金は、耐久性、耐摩耗性、美観が要求される場合に使用される。
- 流体制御:蛇口、バルブ部品、水道メーターのハウジング。
- 海洋工学:船舶用プロペラ、ポンプ用インペラ、水中コネクタ。
- メカニカル:ベアリングブッシュ、ギア、ウォームホイール。
マグネシウム合金
マグネシウムは、重量に非常に敏感なハイエンドの製造分野で使用されている。
- 航空宇宙:航空機のシートフレームとサテライトブラケット。
- ハンドヘルド工具:チェンソーや電動ドリル用のパワーハウジング。
- スポーツ用品:レーシングカーのハンドルフレームとプロ用カメラボディ。
亜鉛合金
亜鉛合金はその優れた流動性で知られ、複雑で高精度なディテールを可能にします。
- ハードウェア:高級ベルトバックル、キーホルダー、トロフィー。
- コネクター:電子機器と自動車用ロックシリンダーのインターフェース・シールド。
非鉄金属と鉄金属：簡単な比較
| 特徴 | 非鉄金属 | 鉄金属 |
| コアの構成 | 鉄ベースではない | 主に鉄ベース（Fe） |
| "さび" | 赤い酸化鉄の錆がない | 酸化鉄の錆を形成する可能性がある（保護されていない場合） |
| 磁気 | 通常は非磁性 | しばしば磁性（合金によって異なる） |
| 重量 | 軽いことが多い（Al、Mgなど） | しばしば重くなる |
| 導電率 | しばしば高い | しばしば低い |
結論
多様な物理的特性と優れた加工性能により、非鉄金属は現代産業に無限の可能性を提供しています。日用品から最先端技術に至るまで、適切な材料を選択することが製品の耐久性と効率を直接左右します。
鋳造部品用に金属を選択する場合、合金系を使用環境とプロセスに適合させることが鍵となる。 図面のアップロード DFMのレビューとお見積もり
