軽量金属であるマグネシウムは、その優れた強度対重量比により、自動車産業から航空宇宙産業まで幅広い産業で使用されています。マグネシウムの重要な特性の 1 つは融点であり、これはマグネシウムの用途や加工技術において重要な役割を果たします。この記事では、マグネシウムの特性、特に融点と他の金属との比較について詳しく説明します。
マグネシウムとは何ですか?
マグネシウムは、記号 Mg、原子番号 12 の化学元素です。地殻で XNUMX 番目に多い元素で、主にマグネサイト (MgCO₃) やドロマイト (CaMg(CO₃)₂) などの鉱物に含まれています。海水にも存在し、電気分解や沈殿などのプロセスで抽出されます。工業的には、マグネシウムは海水または塩水から抽出された塩化マグネシウムの電気分解によって生産されます。
マグネシウムの融点
マグネシウムの融点は650℃（1,202°F）です。これは、鉄の融点1,538℃（2,800°F）、アルミニウムの融点660℃（1,220°F）など、製造業で一般的に使用される他の金属と比較すると低い温度です。マグネシウムの融点が低いため、 ダイカスト と 金属射出成形複雑な形状やデザインが求められる製造工程において有利です。
マグネシウムの融点は低いですか？
はい、マグネシウムの融点は他の多くの金属に比べて比較的低いです。たとえば、マグネシウムの融点は約 650°C (1202°F) で、アルミニウムの 660°C (1220°F) よりわずかに低く、その差はわずか 10°C (18°F) です。亜鉛の融点 419°C (786°F) よりは大幅に高く、その差は 231°C (416°F) です。1538°C (2800°F) で融解する鉄と比較すると、マグネシウムの融点は 888°C (1608°F) 低く、銅の融点 435°C (795°F) より 1085°C (1985°F) 低いです。
マグネシウムの融点が低い理由
マグネシウムの低い融点は、その原子構造と原子間力に関連するいくつかの重要な要因の影響を受けます。
原子構造と結合
マグネシウムの融点は、主にその原子構造と結合タイプによって決まります。この金属は六方最密充填 (HCP) 結晶構造を形成します。この配置は、融点の高い金属に見られる体心立方 (BCC) または面心立方 (FCC) 構造に比べて、あまり密に充填されていません。HCP 構造では、原子は層状に配列され、BCC または FCC 構造に比べて隣接する原子の数が少なくなります。その結果、マグネシウムの金属結合は、結合力に寄与する接触原子の数が少ないため、比較的弱くなります。この弱い結合では、克服するために必要なエネルギーが少なく、融点が低くなります。
原子質量と原子間力
マグネシウムの原子質量も、その低い融点に影響を及ぼしています。マグネシウムは、鉄や銅などの重い金属に比べて原子質量が比較的低いです。原子の質量と電荷に関連する原子間力は、質量が低いためマグネシウムでは弱くなります。その結果、これらの力を破壊し、マグネシウムを固体から液体に変化させるために必要なエネルギーは、原子質量が大きい金属よりも少なくなります。これが、マグネシウムの融点が比較的低い理由です。
マグネシウムの沸点は何ですか?
マグネシウムの沸点はおよそ 1,090°C (1,994°F)。この温度は融点よりもかなり高く、液体から気体状態への移行に必要なエネルギーを反映しています。マグネシウムの沸点は、融点と同様に、さまざまな産業におけるその特性と用途に影響します。
他の金属との比較
一般的な金属の中では、マグネシウムの融点は多くの構造用金属よりも低いですが、亜鉛などの他の軽量金属よりも高いです。次の表は、マグネシウムと他の金属の融点を明確に比較したものです。
| 金属 | 融点（°C） | 融点（°F） |
|---|---|---|
| マグネシウム | 650°C | 1,202°F |
| アルミ | 660°C | 1,220°F |
| 亜鉛 | 419.5°C | 787.1°F |
| 鉄 | 1,538°C | 2,800°F |
| 鋼鉄 | 1,370-1,540°C | 2,500-2,800°F |
| 銅 | 1,984°C | 3,623°F |
| チタン | 1,725°C | 3,135°F |
| Chromium | 1,907°C | 3,465°F |
| ニッケル | 1,455°C | 2,651°F |
| タングステン | 3,422°C | 6,192°F |
| シルバー | 961.8°C | 1,763°F |
| タ | 327.5°C | 621.5°F |
| 錫 | 231.9°C | 449.4°F |
| コバルト | 1,495°C | 2,723°F |
| Platinum | 1,768°C | 3,214°F |
| カドミウム | 321°C | 610°F |
| アンチモン | 631.5°C | 1,168°F |
| スカンジウム | 1,541°C | 2,806°F |
| リチウム | 180.5°C | 356.9°F |
| シリコン | 1,410°C | 2,570°F |
| リン | 44.1°C | 111.4°F |
| 酸素 | -218.79°C | -361.82°F |
| 窒素 | -210°C | -346°F |
| ナトリウム | 97.8°C | 208°F |
| フッ素 | -219.67°C | -363.41°F |
| アルゴン | -189.35°C | -308.83°F |
| Selenium | 221°C | 430°F |
| マンガン | 1,246°C | 2,275°F |
| 硫黄 | 115°C | 239°F |
| バリウム | 727°C | 1,341°F |
| ジルコニウム | 1,855°C | 3,371°F |
| ナトリウム | 97.8°C | 208°F |
この表は、リチウムやナトリウムの非常に低い融点から、タングステンやレニウムの極めて高い融点まで、さまざまな金属の幅広い融点を示しています。マグネシウムの融点は、多くの構造用金属と比較して比較的低いため、加工が容易です。ただし、マグネシウムの融点は亜鉛よりも高いものの、高温用途に適したタングステンやモリブデンなどの金属よりも大幅に低いです。
マグネシウムの応用
マグネシウムは、さまざまな業界で幅広く使用されている、非常に用途の広い金属です。軽量で、強度と重量の比率が高く、融点が低いため、さまざまな分野で重宝されています。マグネシウムの用途の概要は次のとおりです。
航空宇宙産業
航空宇宙産業では、マグネシウムは密度が低く、重量比強度が高いことから貴重な材料となっています。マグネシウムは航空機のフレームやパネルの製造に広く使用されており、その軽量性により燃料効率と全体的な性能が向上しています。マグネシウム合金はエンジン部品にも使用されており、その強度と軽量性により機能性と効率性が向上しています。
自動車産業
マグネシウムは自動車の性能と軽量化に影響を及ぼすため、自動車分野で重要な役割を果たしています。マグネシウム合金はエンジン ブロックやシリンダー ヘッドに使用され、車両全体の重量が軽減されます。これにより燃費が向上し、排出量が削減されます。さらに、マグネシウムはトランスミッション ハウジングやホイールにも使用され、強度と軽量性を提供し、ハンドリングと加速の向上に貢献します。
電子
電子機器業界では、マグネシウムは強度と軽量性から好まれています。ノートパソコンやスマートフォンのケースによく使用され、デバイスの持ち運びやすさを保ちながら耐久性を高めています。マグネシウム合金はカメラのボディにも使用されており、余分な重量を加えずに耐久性を高めています。
医療機器
マグネシウムは生体適合性が高いため、さまざまな医療用途に適しています。体内で徐々に溶解して害を及ぼさないという特性が特に有利なため、生体分解性のインプラントや人工装具に使用されています。さらに、マグネシウム合金は整形外科用機器に使用され、重量を軽減して患者の快適性を高めています。
マグネシウムは錆びないですか?
マグネシウムは錆びないわけではありません。腐食すると錆び (酸化鉄) を形成する鉄とは異なり、マグネシウムは酸素や水分と反応して別の種類の腐食を形成します。マグネシウムは、水や湿気にさらされると表面に水酸化マグネシウムの層を形成します。この層は下にある金属をある程度保護しますが、特に過酷な環境や保護層が損傷している場合は、マグネシウムは依然として腐食の影響を受けます。耐腐食性を向上させるために、マグネシウムは他の金属と合金にしたり、コーティング処理したりすることがよくあります。
まとめ
マグネシウムの融点は 650°C (1202°F) と、他の多くの金属に比べて比較的低くなっています。この特性は、マグネシウムの加工、合金化、用途に影響を及ぼします。マグネシウムの融点が低いため鋳造が容易で軽量ですが、安全上のリスクを回避するために取り扱いには注意が必要です。マグネシウムのこれらの側面を理解することは、さまざまな産業用途でのマグネシウムの使用を最適化し、マグネシウムの加工の効率と安全性を向上させるのに役立ちます。
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Q＆A
マグネシウムは、特に粉塵や細片状の場合、非常に燃えやすく、激しく燃えることがあります。マグネシウムは水と反応して水素ガスを生成し、これが爆発します。マグネシウムの粉塵を吸い込むと呼吸器系を刺激し、皮膚や目に触れると炎症を引き起こす可能性があります。火災や環境汚染を防ぐには、乾燥した涼しい場所で適切に保管し、慎重に取り扱うことが重要です。
マグネシウムは約 650°C (1202°F) で溶けて液体になります。
マグネシウムは、化学記号 Mg で呼ばれることがあります。科学や産業の分野では、用途に応じて「マグネシウム合金」や「酸化マグネシウム」(MgO) などの特定の合金や化合物で呼ばれることもあります。ただし、「マグネシウム」は元素自体を指す最も一般的な用語です。
塩化マグネシウム (MgCl₂) は、他の多くの塩に比べて融点が比較的低く、約 714°C (1317°F) で溶けます。融点が低いのは、化合物のイオン性および、融点の高い塩に比べてマグネシウムイオンと塩化物イオン間の力が比較的弱いためです。
カタログ： マテリアルガイド
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
