リン青銅とは？
リン青銅 は銅と錫の合金であることから大きく進化し、現在では新たな用途が見つかり続けている銅合金の広範なクラスとなっています。青銅の多様化により材料選択が難しくなることもありますが、本記事ではリン青銅という一種の青銅に焦点を当てて混乱を軽減します。リン青銅の物理的、化学的、機械的特性を検証することで、関心のある設計者がこの銅合金が自分のプロジェクトに適用可能かどうか判断する手助けを目指します。まずリン青銅の組成を調べ、その後強み、欠点、機械的特性、そしてこの有用な金属の一般的な用途について論じます。
リン青銅の物理的特性
銅合金の共通点や一般的な用途を理解するために、青銅の種類に関する当社の記事を復習することが役立つかもしれません。
以下の図1は、リン青銅の組成を示す定性的なチャートです：
リン青銅の材料組成を円グラフで表現。
図1：リン青銅の定性的内訳。
含まれる亜鉛、鉄、鉛、リンの割合が極微量であることに注目してください。
図1を見てわかるように、リン青銅は主に銅と錫の合金であるにもかかわらず、なぜリン青銅と呼ばれるのか理解しにくいかもしれません。これは、重量比で約0.03～0.035％のわずかなリンの添加が、流動性の向上、耐摩耗性、剛性などの独特な特性をこの合金に付与するためです。これらは錫青銅とも呼ばれますが、真のリン青銅と見なされるには必ず一定量のリンが含まれています。密度は約8.8 g/cm3で、ほとんどの形態の合金は熱間加工、冷間加工、熱処理に反応します。非常に弾性が高く、疲労や腐食に強く、成形性、鋳造性、はんだ付け性に優れています。鉛の添加によりリン青銅はより強く加工性が向上しますが、無鉛のリン青銅もそれ自体で強く耐性があります。主に耐腐食用途や、弾力性がありながら耐久性を必要とする用途に使用されます。
耐性と弱点
ほとんどのリン青銅合金は変色や腐食に強く、電気配管やその他の腐食性環境で有用です。また疲労に強く、多数の荷重サイクルにわたり強度を保持します。錫の添加はこの耐性と強度を高め、鉛の添加により「機械工の友」として知られるリン青銅（合金COLPHOS 90/C54400）が作られ、切削性の良い真鍮合金とほぼ区別がつかなくなります。ほとんどの合金は酸素の存在下で魅力的な緑青を形成するため、装飾用途にも適しています。リン青銅の主な欠点は電気伝導率が低いことで、リンが金属の電流伝導能力を低下させる点と価格です。リン青銅の粉塵や煙は吸入すると有毒なので、財布と肺の両方に注意が必要です。
リン青銅の機械的特性
以下の表1は、リン青銅の用途と強度に関連するいくつかの機械的特性を示しています。このセクションでは各特性を簡単に説明し、この銅合金がいかに独特であるかを示します。
表1：リン青銅の機械的特性の概要－この表は一般的な概要であり、すべてのリン青銅の特性の決定版リストではありません。
注：この表は一般的な概要であり、すべてのリン青銅の特性の決定版リストではありません。
機械的特性
単位
英語
引張降伏強さ
380-450 MPa
55100-65260 psi
弾性係数
110 GPa
16000 ksi
電気伝導率（純銅に対する相対値）
15%
硬さ（ロックウェルB）
75-85
加工性
20-100%
引張降伏強さは、材料が塑性変形を始める点を決定する応力値です。これは、材料の非降伏強度の一般的な指標であり、この点以下の応力では合金は曲がったり伸びたりしません（例外もありますが）。加工時や、材料が形状を保ちつつ構造の完全性を損なわない必要がある用途において、重要な指標です。リン青銅は、アルミニウム合金に匹敵し、他の青銅をも超える優れた降伏強さを持ち、その高い錫とリンの含有量のおかげです。良好なバネ特性と組み合わせることで、強く長持ちする合金となっています。
弾性係数、またはヤング率は、材料が弾性変形する能力を示します。これは、どれだけ硬いかを表すもので、直感に反して高いヤング率はより弾性のある材料を示しますが、これは「伸びやすさ」の尺度ではなく、内部の材料強度と、増加する力に対して元の形状に戻る可能性を示すものです。したがって、高いヤング率は、荷重増加時に塑性変形しにくい、一般的に強い材料を意味します。リン青銅は、ほぼ半分の弾性係数を持ち（ほとんどの鋼の半分程度）、他の合金ほど強くはありませんが、中程度の条件下では耐えることができます。これにより、成形作業に適している一方、加工はやや難しいとされますが、その詳細は後述します。
リン青銅の電気伝導率は、純銅の約15%です。では、なぜ銅よりも電気用途に使われるのか？その答えは、リン青銅の疲労強度、耐食性、電気伝導性のバランスの良さにあります。これらのカテゴリーのいずれでも突出しているわけではありませんが、耐性、強度、導電性の両立が可能なため、リン青銅製の電気部品は銅製品より長持ちします。そのため、スイッチ、ファスナー、コネクタなどの電気部品に長年使用されており、機械的および電気的負荷に対して優れた耐性を持ちます。
材料の硬さは常に何らかの標準硬さ測定機に対して相対的であり、さまざまな硬さスケールは同じ一般的なクラスや材料内の比較リストを提供します。表1は、銅合金や他の金属の硬さを表すためによく使われるロックウェルBスケールの硬さ値を示しています。硬さ値が低いほど柔らかく、表面に傷やへこみ、局所的な変形がしやすいことを意味し、高い数値は傷がつきにくい（ホウケイ酸ガラスやセラミックスなど）ことを示します。参考までに、銅のロックウェルB硬さは約50であり、表1からリン青銅は純銅より傷に強いことがわかります。また、鋼のように硬化性の高い合金ほど強くはありませんが、用途によって良し悪しが分かれます。例えば、エッチングやインレイを行う場合、リン青銅は強度と加工性のバランスが良いと言えますが、これは特定の合金タイプや強化処理に依存します。
加工性と同様に、機械加工性は材料の加工のしやすさを比較する尺度であり、常に何らかの標準的な加工材料（青銅の場合はUNS C36000 - フリーカッティング真鍮）に対して評価されます。この標準材料は加工性スコア100とされており、加工が容易で問題が少ないことを示します。比較対象の合金は、この基準よりスコアが低い場合、加工が難しいとされます。リン青銅も一般的に加工が難しいとされますが、特定の工夫や合金の選択により改善可能です。リン青銅は、添加された鉛の量を増やすことで自己潤滑性を高め、加工の難しさを軽減することもできます。したがって、多くのリン青銅合金は加工がやや難しいですが、適切な選択によって対処可能です。
リン青銅の用途
リン青銅は長年にわたり電気部品に使用されてきましたが、技術の進歩やより特殊な材料への需要により、新たな用途も見出されています。以下はリン青銅の代表的な用途のリストですが、このリスト以外にも多くの用途があり、新しい応用も開発されています。
一般的な用途には次のようなものがあります：
ばね
スリーブブッシュとベアリング
溶接棒
宝飾品
ギター弦
デンタルブリッジ
その他多数。
リン青銅は多くのデザイナーの仕様を満たし、実績のあるエンジニアリング材料です。もしあなたの用途に魅力的に感じられるなら、最新の合金を取り扱っている供給業者に必ずお問い合わせください。
XTJは、試作から量産までのワンストップ製造ソリューションを提供することに専念する主要なOEMメーカーです。私たちはISO 9001認証の品質管理システム企業であることを誇りに思い、すべての顧客関係に価値を創造することを決意しています。それは、協力、革新、プロセス改善、そして卓越した技術によって実現しています。
