アルミニウム合金の作り方

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アルミニウムは自然界に豊富に存在し、密度が低いため、設計者は多くの用途を見出すことができる。少量の他の金属を加えることで、構造材料として十分に硬くなる。

aluminum alloy
長年、航空機メーカーはアルミニウムを使用してきた。軽量であることに加え、素材は剛性が高く、極端な温度変化にも対応できなければならない。最も軽い金属元素であるリチウムは、アルミニウム結晶の置換不純物として働くことができる。銅はアルミニウムとリチウムの合金の強度を高めることが分かっている。リチウムの代わりにマグネシウムを合金元素として使用することもできます。合金の耐食性はそれほど高くありません。酸化アルミニウムは純アルミニウムの表面に形成され、保護皮膜を作りますが、不純物の存在によってその形成が妨げられます。
アルミニウムにリチウムやマグネシウムを混ぜただけでは、硬い金属にはなりません。青銅では、大きなスズ原子が銅原子のすべり面を滑りにくくしている。鉄鋼では、小さな炭素原子が鉄格子の間隙を埋め、鉄の平面の滑りを妨げている。リチウムとマグネシウムはアルミニウムより大きくないので、格子サイトにあったとしても原子の滑りを止めることはない。
析出硬化と呼ばれるプロセスは、アルミニウム合金の可鍛性を低下させます。材料は融点以下の温度に加熱されます。これにより、アルミニウムに溶解する不純物の量が増加します。合金は特定の速度で冷却され、数日間熟成させます。

aluminum alloys
リチウム原子やマグネシウム原子はアルミニウムの格子に収まりますが、周囲のアルミニウム原子とは、一致するアルミニウム原子ほど強く結合していません。そのため格子にひずみが生じ、歪みが生じる。熱によって不純物原子は結晶中を漂う。数個のリチウム原子が互いに出会うと、それらは結合し、異なる（より小さな）格子パターンを持つ原子の塊である析出物を形成する。析出物はアルミニウム格子のスリップ面をブロックする。析出物がある材料は著しく硬くなります。
アルミニウム合金は冷間加工されることもあります。圧延やプレスは結晶粒を歪ませ、サイズを小さくします。

著者について

Chin Trento

イリノイ大学で応用化学の学士号を取得。彼の学歴は、多くのトピックにアプローチするための幅広い基盤となっている。スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）で4年以上にわたり先端材料の執筆に携わる。彼がこれらの記事を書く主な目的は、読者に無料で、しかも質の高いリソースを提供することである。誤字、脱字、見解の相違など、読者からのフィードバックを歓迎する。

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