マグネシウムの用途と応用分野

マグネシウムはアルミニウム金属に似ています。しかし、マグネシウムにはさまざまな産業に最適な独自の特性があります。マグネシウムは海水中に 3 番目に多く存在する (溶解している) 元素です。さらに、地殻にも存在が目立ちます。マグネシウムの特性と用途を理解することは重要です。

マグネシウムの特性は、特定の用途に特有です。たとえば、軽量で密度が低いため、航空宇宙に最適です。錆びにくいことも、製造プロセスに適した特性です。このトピックには詳細な説明が必要なので、その顕著な特徴について詳しく説明しましょう。

マグネシウムの概要

マグネシウムは銀色の金属で、非常に軽量で延性がありやすいです。錆びにくく、電気伝導性が高いのが特徴で、多くの産業でさまざまな部品の製造に大規模に使用されています。自動車産業や航空宇宙産業がその筆頭です。

前述したように、マグネシウムは一般的に銀色です。しかし、鈍い灰色の緑青を帯びていることもあります。マグネシウムは反応性の高い金属で、酸素と反応します。この反応により、酸化マグネシウムが形成されます。この酸化マグネシウム層により、マグネシウムの色は銀色から鈍い灰色の緑青に変わります。

マグネシウムの発見は1808年に始まりました。英国の化学者ハンフリー・デービー卿が最初に純粋なマグネシウムを製造しました。彼の製造プロセスでは、硫酸マグネシウムと水銀の混合物が使用されました。プロセス中、彼はこの混合物に電流を流しました。その後、この混合物は加熱処理を受けました。

その後、彼は水銀をろ過し、混合物からマグネシウムを分離しました。他の多くの科学者も運を試し、大きな進歩を見つけました。しかし、マグネシウムの工業的生産とマグネシウム合金の加工は 1930 年代に開始され、多くの適切な特性により、さまざまな業界でその使用が増加しています。

アルミニウムの特性

興味深いことに、マグネシウムをアルミニウムの代替品と考える人もいます。しかし、マグネシウムにはさまざまな独自の特徴があり、さまざまな価値提案をもたらします。さらに、人々はマグネシウムをさまざまな合金金属と組み合わせて、望ましい結果を達成します。マグネシウムの特性について深く掘り下げて説明しましょう。

1- 低密度と高可燃性

前述したように、マグネシウムの密度は 1.738 g/cm 3 と低くなっています。この低密度のため、アルミニウムや他の金属に比べて軽量です。そのため、メーカーは航空宇宙産業や自動車でマグネシウムを使用しています。

軽量であるため、航空機や自動車の燃費が向上します。マグネシウムは非常に可燃性が高く、強く明るい白い炎を発します。この炎の温度は高すぎるため、緊急時のフレアに最適です。この金属は空気中でも非常に反応性が高いことにも留意してください。

2- 耐腐食性

マグネシウムは酸素と容易に反応するため、防錆性に優れています。この反応により酸化マグネシウムが形成され、マグネシウムがそれ以上腐食するのを防ぎます。マグネシウムは湿気にさらされる製品の製造に使用されます。

1 つ注意点があります。マグネシウム金属は、最も過酷な条件に置かれると錆びにくくなります。酸化物層が枯渇する可能性があります。このような場合、マグネシウムの反応性により、腐食が急速に進行します。したがって、マグネシウム製の製品を使用するときは賢明に使用してください。適度な湿気がある場合にのみ適しています。

 

3- 優れた電気伝導性と熱伝導性

マグネシウム金属は、多くの電子部品の製造に使用されています。その最適な電気伝導性により、ノートパソコンやコンピューターで広く使用されています。電気伝導には適していますが、銅と比較しないでください。アルミニウムと比較しても、その性能は劣っています。

したがって、電気システムにマグネシウム線が使用されることはありません。銅線は、電気伝導性が優れているため、一般的に好まれています。マグネシウムの熱伝導性について説明しましょう。マグネシウムは熱を放散し、部品間で熱を伝達します。そのため、家庭用品や調理器具に適しています。

4- 合金の形成と優れた鋳造性

想像してみてください。強度が高く、重量が軽い部品が必要です。どうすればこれを実現できますか? 強度が必要な場合は、重量を維持する必要がありますよね? ただし、航空宇宙分野では、エンジニアは重量を低く抑え、部品の強度を高めることを目指しています。マグネシウム合金は、このために便利です。

亜鉛などの別の元素を使用して、亜鉛またはアルミニウムを製造し、合金を作ることができます。この合金要素は堅固ですが軽量です。マグネシウム合金の種類によって特性が異なります。これにより、エンジニアはこれらの合金を使用して目的の特性を実現できます。

鋳造性は、マグネシウム金属のもう 1 つの一般的な特性です。この金属を使用して、さまざまな形状やデザインを作成できます。その理由は、柔らかく、成形しやすいためです。さらに、脆くないため、機械加工が簡単です。多くのメーカーが、自動車エンジンの複雑な部品の製造にマグネシウムを使用しています。

5- 反応性、融点、沸点

まず、マグネシウム金属は非常に反応性があります。先ほど述べたように、その反応能力により、耐腐食性に優れています。マグネシウムは酸素と反応して酸化マグネシウム層を形成します。この層は、マグネシウムを錆や腐食から保護するのに非常に役立ちます。上記のセクションで、マグネシウムは優れた鋳造性があると述べました。

その理由は、融点が 650 度と低いためです。メーカーは、この温度を効率的に提供して、マグネシウムの形状を変更します。マグネシウムの溶融は簡単に達成できると言っても過言ではありません。次に、熱安定性に関連する沸点について説明します。

マグネシウムの沸点は非常に高く（1090℃）、これはマグネシウムが非常に強く、熱的に安定していることを意味します。マグネシウムは、軽く加熱したり、厳しい夏の日にも放置したりしても劣化しません。この素材で作られた製品は、屋外での使用でも十分に機能します。

6- 柔らかく、延性があり、強度対重量比が高い

マグネシウムはそれほど硬くも脆くもないため、機械加工性に優れています。メーカーは、さまざまな機械にマグネシウムを当てて、希望の形状を得ることができます。さらに、強度も高いです。驚くべきことに、密度は非常に低く、約1.738 g/cm 3ですが、強度は優れています。

マグネシウムは、鋼鉄やアルミニウムよりも約75%と33%軽量です。しかし、優れた強度対重量比が際立っています。たとえば、AZ91Dマグネシウム合金は非常に強力です。引張強度は230 MPa（33,000 psi）です。このため、エンジニアは軽量かつ高強度が求められる箇所にマグネシウムを使用します。

生マグネシウムの用途

一次マグネシウムはマグネシウム合金の製造に使用されます。また、製鋼の脱硫、希土類合金、金属還元にも使用されます。生マグネシウムの主な用途は、耐腐食性部品の製造です。多くの製鉄所では、脱硫にマグネシウムを使用しています。

マグネシウム粒子を使用した脱硫効果は、カルシウムカーバイドよりも優れています。マグネシウム犠牲陽極は、金属の腐食を効果的に防止します。これらは陰極保護に使用されます。これらの犠牲陽極は、以下の用途で広く使用されています。

蒸発器
ガソリンスタンド
給湯器
熱交換器
ボイラーと製錬所
石油パイプライン
天然ガスパイプラインと貯蔵タンク

マグネシウム合金の応用

マグネシウム合金には、人気素材となる価値ある特徴が数多くあります。その特徴には次のようなものがあります。

機械加工性
耐腐食性
衝撃吸収性
寸法安定性
耐衝撃性

これらの特性により、マグネシウム合金は幅広い分野で応用できます。これらの産業は私たちの生活を持続可能にしています。主な分野としては、輸送、電子機器、医療、軍事などがあります。さらに、マグネシウムの使用傾向は増加の一途をたどっています。さらに深く掘り下げて、いくつかの典型的な用途を探ってみましょう。

1- 輸送におけるマグネシウムの使用

(1) 飛行機

20 世紀以来、マグネシウム合金は航空宇宙で使用されてきました。多くの飛行機部品にマグネシウム合金が使用されています。なぜでしょうか。マグネシウム合金は軽量です。そのため、この材料で作られた飛行機部品は軽量です。一般航空用マグネシウム合金は主にプレートと押し出し材です。

覚えておいてください。航空業界ではマグネシウム合金の鋳造はあまり使用されていません。マグネシウム合金は、民間および軍用航空機部品、プロペラ、ギアボックス、ブラケットを製造します。一部のロケット、ミサイル、衛星部品にも使用されています。マグネシウム合金の製造技術が向上するにつれて、その性能も向上します。その使用も増加します。

(2) 自動車

マグネシウム合金は主に自動車業界で使用されています。ダッシュボード、シートブラケット、ギアボックスハウジング、ステアリングシステムの製造に使用されています。これらの合金は、エンジンブロック、フレームなどにも使用されています。

マグネシウム合金を使用して自動車部品を製造すると、自動車の重量を大幅に軽減できます。これにより、燃料使用量と排気ガスが削減されます。また、部品の統合と設計の柔軟性が向上します。車両の重量が 10% 減少すると、燃費が 5.5% 向上します。

自動車を軽量化する 2 つの方法は、設計を最適化し、軽量素材を使用することです。製造に最適な 3 つの素材は、アルミニウム合金、プラスチック、マグネシウム合金です。プラスチックは樹脂ベースの複合材です。

マグネシウム合金ダイカストは、最も軽量なダイカスト合金です。自動車にとって非常に競争力のある軽量素材です。多くのマグネシウム合金部品は、プラスチック、アルミニウム、さらにはスチール部品の代替品として作られています。技術が進歩するにつれて、マグネシウム合金は自動車でより多くの用途に使われるようになるでしょう。

2- 通信

電子情報業界ではデジタル技術が急速に進歩しています。現在、市場ではより統合された、軽量で薄くコンパクトな製品が求められています。以前は、エンジニアリング顔料が主な材料として使われていました。

ただし、マグネシウム合金と比較した場合、特にその強度には疑問があります。これらの合金は優れた薄肉鋳造性能を備えていることを忘れないでください。ダイカスト部品の壁厚は 0.6 ～ 1.0 mm です。

マグネシウム合金は、薄くても強度、剛性、耐衝突性を維持します。そのため、超薄型、超軽量、小型化された製品に最適です。エンジニアリング顔料では、これらの品質に匹敵することはできません。

マグネシウム合金は現在、さまざまな電子製品に使用されています。電子業界がこれらの合金に大きく依存していることは間違いありません。これらの製品には、カメラ、カムコーダー、デジタルカメラ、ノートパソコン、携帯電話、テレビなどがあります。軽量、薄型、コンパクトな 3C 製品のニーズが、マグネシウム合金の使用を促進しています。

(1) ノートパソコン

ノートパソコンのシャーシやハウジングにマグネシウム合金を使用するのは、多くの利点があるからです。その耐衝撃性能により、コンピュータ部品の信頼性の高い動作が向上します。電磁干渉防止と電磁シールドも重要です。それらの性能により、コンピュータの情報セキュリティが確保されます。

(2) 携帯電話

携帯電話はマグネシウム合金を使用しています。衝撃、摩耗、電磁波を防ぎます。また、軽量、薄型、小型、軽量の要件を満たすことができます。マグネシウム合金ケースの携帯電話は、電磁両立性が向上しています。これにより、通信中の電磁波損失が削減され、人体への害が軽減されます。2005 年には、世界中で 4 億台の携帯電話が製造されました。そのうち約 10% から 11% がマグネシウム合金ケースを使用していました。

(3) デジタルカメラ

SLR カメラの骨格は通常、マグネシウム合金で作られています。プロ仕様のデジタル SLR カメラの構造もこれらの合金に依存しています。これらの合金により、耐久性が高まり、手触りが良くなります。そのため、カメラが落下しても、壊れたり傷がついたりすることはありません。ボディとケースは衝撃に対して無敵になります。

3- 医療

マグネシウムは、整形外科用生体材料として医療分野で初めて導入されました。多くの特徴があるため、マグネシウムインプラントは美しいです。初期の医療用インプラントには、ステンレス鋼、チタン、コバルトクロム合金が使用されていました。

その利点は、耐腐食性に優れていることです。長期間、体の構造的安定性を維持することができました。しかし、患者はインプラント後に苦しみました。これらの材料は体と融合することもできませんでした。そのため、有害な金属イオンが溶出し、アレルギーを引き起こします。治癒後にそれらを取り除くには、2回目の手術が必要です。

したがって、生分解性の医療用金属は、インプラント材料の未来です。密度が1.7 g/cm³のマグネシウム合金は、1.75 g/cm³の人間の骨に近いです。マグネシウム合金には、際立った独自の利点があります。たとえば、マグネシウム合金は加工しやすく、生分解できます。これは、ステンレス鋼やチタンの優れた代替品です。

マグネシウムは人体にとって不可欠なマクロ金属です。マグネシウムがなければ、私たちの体は維持できないと言っても過言ではありません。マグネシウム合金の弾性率は約 45 GPa で、人間の骨の弾性率 (10～40 GPa) に近いです。マグネシウム合金は「ストレスシールド効果」を軽減または回避できます。

合金が放出するマグネシウムイオンは、骨細胞の成長と治癒を促進します。また、マグネシウム合金は、ポリ乳酸やリン酸カルシウムなどの他の分解性インプラントよりも優れています。そのため、心血管ステントなどの臨床用途で価値があります。

4- 軍事産業

最初に、アルミニウム合金は非常に強くて耐久性があると述べました。そのため、軍事産業での使用が増えています。軍事機器のこれらの合金は、構造部品を改良することができます。これだけでなく、重量を減らして武器の精度を高めることもできます。マグネシウム合金は、航空宇宙やその他のハイテク分野の材料要件も満たしています。

騒音吸収、衝撃吸収、放射線防護に優れています。これらの合金は、重量を減らすことで飛行機の空気力学を大幅に改善します。したがって、マグネシウム合金は飛行機の部品の製造によく使用されます。これらの合金の一般的な用途は、壁パネル、ブラケット、シリンダーヘッドボックス、ピストンです。

バンカーブラケット、迫撃砲ベース、ミサイルをご存知ですか？これらは軍事防衛システムの不可欠な部分です。これらはすべてマグネシウム合金で作られています。マグネシウム合金を徹底的に研究すると、より多くの機会と用途が明らかになります。特性が向上するにつれて、マグネシウム合金は武器でより多く使用されるようになります。

5- その他の用途

マグネシウム合金は、日常生活でも広く使用されています。たとえば、オートバイや自転車の製造によく使用されています。自転車はマグネシウム合金の新しい用途です。主に自転車のフレームに使用されています。マグネシウム合金には多くの利点があります。

軽量で、速く、快適です。また、パイプの直径を小さくし、パイプの壁を薄くし、フレームをより頑丈にすることができる口があります。マグネシウム合金の折りたたみ自転車のフレームの重量はわずか1.4ポンドです。もう1つの例は、リハビリテーション機器の重要な部分である車椅子です。市販の車椅子は3つのタイプに分けられます。

標準（アルミニウム、チタン合金製）
軽量
超軽量

AZ31 マグネシウム合金は、車椅子のフレームと部品に使用されています。なぜこの合金が使用されているのか不思議に思うかもしれません。この合金は軽量で、車椅子の重量を約 15% 軽減します。そのため、AZ31 合金で作られた車椅子は、超軽量で柔軟性に優れています。マグネシウム合金は、次のような海洋機器に使用されていることを覚えておいてください。

水中兵器
海水電池
潜水服
犠牲陽極
タイミング装置

鉄鋼は造船業や海洋工学において重要な役割を果たしており、さまざまな用途に使用され、私たちの日常生活に欠かせないものとなっています。

結論

マグネシウムは私たちの生活を可能にしていると言っても過言ではありません。多くの産業がさまざまな部品やコンポーネントの作成にマグネシウムを使用しています。マグネシウムがメーカーの間で人気があるのは、そのユーザーフレンドリーな機能です。マグネシウムが役に立たない分野があるでしょうか?

私たちの世界にはそのような分野はないと思います。マグネシウムには数多くの機能があり、その中で最も顕著なのは防錆性と軽量性です。このため、この素材はさまざまな産業で使用されています。このガイドでは、マグネシウムとその合金のすべての用途について説明しました。