白銅

白銅または銅ニッケル(CuNi) は、銅とニッケルの合金で、通常は強度を高めるために鉄やマンガンなどの他の元素が少量加えられています。銅の含有量は通常 60 ～ 90 パーセントです。(モネルは、最低 52 パーセントのニッケルを含むニッケル銅合金です。)

高銅含有量にもかかわらず、白銅は銀色です。白銅は塩水による腐食に非常に強いため、海水システムの配管、熱交換器、凝縮器、および海洋ハードウェアに使用されます。高級ボートのプロペラ、プロペラシャフト、船体に使用されることもあります。その他の用途には、軍事機器、化学、石油化学、電気産業などがあります。^[1]

装飾用途では、ニッケルシルバーと呼ばれる白銅合金が一般的ですが、これには亜鉛が追加されていますが、銀は含まれていません。

20 世紀に白銅が一般的に使われたもう 1 つの用途は、銀色のコインです。この用途では、典型的な合金は銅とニッケルの比率が 3:1 で、マンガンがごく少量含まれています。過去には、1947 年以降の ポンド硬貨の中身が白銅で置き換えられるなど、本物の銀貨は白銅で価値が下がっていました。

白銅やニッケル銅以外にも、この素材を表すのにいくつかの用語が使われてきました。商標名のAlpakaまたはAlpacca、Argentan Minargent、登録されたフランス語の用語cuivre blanc、Chinese silver、ローマ字化された広東語のPaktong、 白銅 （フランス語と広東語の両方で「白銅」を意味します）などです。

亜鉛を含む白銅合金は洋銀、ホテル銀、ドイツ銀、プラタ・アレマナ（スペイン語で「ドイツ銀」）とも呼ばれる。 ^[2]

白銅合金は、海水腐食に対する耐性、良好な加工性、マクロファウリングレベルの低下に効果があることから、海洋用途に使用されています^[3]。90%Cu-10%Niから70%Cu-30%Niまでの組成範囲の合金は、さまざまな海洋用途の熱交換器や凝縮器チューブによく使用されています^[4]。

白銅ニッケルの重要な海洋用途には以下のものがあります。

• 造船および修理：ボートおよび船舶の船体、海水冷却、ビルジおよびバラスト、衛生、消火、不活性ガス、油圧および空気圧チラーシステム。^{[5] [6]}
• 淡水化プラント：塩水加熱器、熱除去および回収、蒸発器チューブ内。^[7]
• 沖合石油・ガスプラットフォームと処理施設およびFPSO船舶：システムと飛沫帯被覆材。^[8]
• 発電：原子力発電所および化石燃料発電所の蒸気タービンコンデンサー、オイルクーラー、補助冷却システム、高圧予熱器。^[9]
• 海水システムコンポーネント：凝縮器および熱交換器チューブ、チューブシート、配管、高圧システム、継手、ポンプ、ウォーターボックス。^{[10] [11]}

白銅が貨幣に広く使用されているのは、耐腐食性、導電性、耐久性、展性、アレルギーリスクの低さ、刻印のしやすさ、抗菌性、リサイクル性などの理由によるものです。^[12]

ヨーロッパでは、スイスが1850年に銀と亜鉛を加えた白銅ベースのビロン貨幣の先駆者と^{なり、5、10、20ラッペンの硬貨に使用されました。 [13]} 1860/1861年から、ベルギーは5、10、20サンチームを純粋な白銅（75%銅、25%ニッケル、銀と亜鉛を追加しない）で発行し、^{[14] [15]}、ドイツは1873/1874年から（1915/1916年まで）5と10ペニヒを同じ75:25の比率で発行しました。^{[16] 1879年、スイスは5と10ラッペン硬貨に、当時ベルギー、}米国、ドイツで使用されていたより安価な75:25の銅とニッケルの比率も採用しました。^{[17] [18]} 1947年から2012年まで、英国のすべての「銀」貨幣は白銅で作られていました（しかし、2012年以降、英国の最小額面の白銅貨幣2枚は、より安価なニッケルメッキ鋼貨幣に置き換えられました）。さらに、 1960年代から1970年代に銀の価格が上昇すると、他のヨーロッパ諸国でも残りの銀貨が白銅に置き換えられました。たとえば、1968年からの1/2～5スイスフラン（写真）硬貨^[19]や、1975～2001年のドイツの5ドイツマルクがそうです。1999年以降、白銅は1ユーロ硬貨の内側部分と2ユーロ硬貨の外側部分にも使用されています。

南北戦争中の銀の貯蔵の影響もあり、アメリカ合衆国造幣局は1865年から3セント硬貨の流通に初めて白銅を使用し、1866年からは5セント硬貨にも白銅を使用した。それ以前は、アメリカ合衆国では両額面とも銀でのみ製造されていた。白銅は、1971年以降、アメリカ合衆国のハーフダラー（50¢）の両面に使用されており、1964年以降に製造されたすべてのクォーター（25¢）とダイム（10¢）にも使用されている。現在、アメリカ合衆国のジェファーソン・ニッケル（5¢）^[20] 、スイス・フラン、韓国の500ウォンと100ウォンなど、流通している硬貨の一部は、純白銅（比率75:25）でできている。^[21]

洋白銅は、食器やその他の装飾用家庭用品の銀の代替品として広く使用されています。洋白は銀メッキのベースとしても使用され、その製品は電気メッキ洋白、またはEPNSとして知られています。^[22]

熱電対接合部は、鉄-コンスタンタン、銅-コンスタンタン、ニッケル-クロム/ニッケル-アルミニウムなどの一対の熱電対導体から形成されます。接合部は銅、白銅、またはステンレス鋼のシースで保護される場合があります。^[23]

白銅は極低温用途に使用されている。非常に低い温度でも高い延性と熱伝導性を維持する。鋼鉄やアルミニウムなどの他の金属は粉々になって熱的に不活性になるが、このような低温での白銅の並外れた熱的・機械的性能は、多くのニッチな用途を可能にする。低温で継続的に多くのデューティサイクルを実行しなければならない機械や極低温プラントの熱交換器は、極低温用途における白銅の主な産業用途である。^{[24] [25] [26]ニッチな用途も存在し、例えば、合金の低温での高い熱伝導性により、白銅は}凍結焼印作業で広く使用されている。^[27]

20 世紀初頭から、弾丸のジャケットはこの素材で作られることが多くなりました。その後すぐに、銃身内の金属汚れを減らすために、金メッキ金属に置き換えられました。

現在、白銅と洋白は銀メッキのカトラリーの基本的な素材として残っています。機械・電気機器、医療機器、ジッパー、宝石類、バイオリン系の楽器の弦、ギターのフレットにも広く使用されています。フェンダー ミュージカル インストゥルメンツは、 1970 年代にさまざまなテレキャスターやスターキャスターギターの「ワイド レンジハムバッカー」ピックアップに「CuNiFe」磁石を使用しました。 ^{[引用が必要]}

高品質のシリンダー錠およびロックシステムの場合、シリンダーコアは耐摩耗性の白銅で作られています。

白銅は錆びないため、従来の鋼製油圧ブレーキライン (ブレーキ液が入っているパイプ)の代替品として使用されてきました。白銅は鋼よりもはるかに柔らかいため、簡単に曲がったり広がったりします。また、同じ特性により、油圧部品との密閉性が向上します。

白銅はニッケルの電気陰性度が高いため銅色がなく、銅の d 殻で電子が 1 つ失われます (純粋な銅の通常の 10 個の電子に対して、d 殻には 9 個の電子が残ります)。

白銅合金の重要な特性としては、耐食性、マクロファウリングに対する固有の耐性、良好な引張強度、焼鈍時の優れた延性、熱交換器や凝縮器に適した熱伝導性と膨張特性、極低温での良好な熱伝導性と延性、有益な抗菌性タッチ表面特性などがあります。^[28]

耐食性と強度の微妙な違いによって、どの合金を選択するかが決まります。表の下に行くほど、配管の最大許容流量が増加し、引張強度も増加します。

海水中では、この合金は優れた腐食速度を示し、最大設計流速を超えない限り、腐食速度は低いままです。この流速は、形状とパイプの直径によって異なります。他の合金システムでは問題となる可能性のある隙間腐食、応力腐食割れ、水素脆化に対して高い耐性があります。銅ニッケル合金は、海水にさらされてから最初の数週間は自然に薄い保護表面層を形成し、これが継続的な耐性をもたらします。さらに、海水中に生息するマクロファウラー（海草や軟体動物など）の付着に対して、高い固有の生物付着耐性があります。この特性を最大限に活用するには、合金がいかなる形態の陰極防食の影響を受けないようにするか、または遮断されている必要があります。

しかし、Cu-Ni 合金は、硫化物やアンモニアが存在する場合、汚染された海水やよどんだ海水中で高い腐食率を示すことがあります。したがって、特に試運転中や表面の膜が成熟する改修中は、そのような条件にさらさないようにすることが重要です。海水システムに硫酸鉄を 添加すると、耐性が向上します。

銅とニッケルは互いに合金化しやすく、構造も単純なため、延性があり、容易に製造できます。各合金の強度と硬度は冷間加工によって増加しますが、熱処理では硬化しません。90–10 (C70600) と 70–30 (C71500) の接合は、溶接またはろう付けで可能です。どちらもほとんどの技術で溶接できますが、自溶法 (溶接材料を使用しない溶接) や酸素アセチレン法はお勧めできません。通常、両方の合金で 90–10 溶接材料ではなく 70–30 溶接材料が好まれ、溶接後の熱処理は必要ありません。また、鉄の希釈効果を避けるために 65% ニッケル–銅溶接材料を使用すれば、鋼に直接溶接することもできます。C71640 合金は、チューブ プレートに溶接するよりも、シームレス チューブや拡張として使用される傾向があります。ろう付けには適切な銀ベースのろう付け合金が必要です。ただし、銀ろう付けされる Cu-Ni に応力がかからないように細心の注意を払う必要があります。応力があると、ろう付け材料の粒界浸透や深刻な応力割れが発生する可能性があるためです (画像を参照)。したがって、潜在的な機械的応力を完全にアニールする必要があります。

Cu-Ni 合金の用途は時の試練に耐え、現在でも広く使用されており、海水システムの配管、海軍艦艇の凝縮器や熱交換器、商用船舶、多段フラッシュ淡水化装置、発電所など多岐にわたります。また、海洋構造物の飛沫帯被覆材や船体の保護被覆材、さらには固体船体自体にも 使用されています。

銅ニッケル合金は延性があるため、さまざまな製品形態^{[32]や継手に容易に加工することができます。銅ニッケルチューブは、シェルアンドチューブ}熱交換器の製造用のチューブシートに容易に拡張できます。

一般的な取り扱い、切断と機械加工、成形、熱処理、溶接の準備、溶接準備、仮付け溶接、溶接材料、溶接プロセス、塗装、溶接部の機械的特性、チューブとパイプの曲げなどの製造手順の詳細が利用可能です。^[33]

白銅の鍛造品や鋳造品を注文するためのASTM、 EN、 ISO規格が存在する。 ^[34]

温度変化に対して抵抗が安定している熱電対と抵抗器には、55% の銅と 45% のニッケルからなる コンスタンタン合金が含まれています。

白銅合金は紀元前3世紀頃から中国では「白銅」として知られていた。戦国時代に作られた武器の中には、銅ニッケル合金で作られたものもあった。^[35]バクトリアの白銅が中国起源だという説は、 1868年にフライトによって提唱された。フライトは、これまで発見された最古の白銅貨とされる貨幣が、中国のパクトンと非常によく似た合金でできていることを発見した。^[36]

作家で学者の何維は、紀元1095年頃の白銅の製造工程を正確に記述している。パクトン合金は、雲南省で自然に発生する鉱石の小粒を溶けた銅の浴槽に加えて製造されたと記述されている。スラグの殻が形成されたら硝石を加え、合金をかき混ぜてすぐにインゴットを鋳造した。亜鉛は材料として言及されているが、いつ加えたかの詳細は不明である。物語によると、 使用された鉱石は雲南省でのみ入手可能であると記されている。

「三毛春は飢饉の年に丹陽にいましたが、多くの人が亡くなりました。そこで、英は特定の化学物質を銀に投射して金に変え、また鉄を銀に変えました。こうして多くの人の命が救われました（この偽の銀と金で穀物を購入することで）。その後、銅を投射して加熱して化学粉末を調製した人々は皆、自分たちの方法を「丹陽技法」と呼びました。」^[36]

明代後期と清代の文献にはパクトンに関する情報がほとんど残っていない。しかし、1637年頃の『天公航』に初めて具体的な名前で言及されている。

「炭酸亜鉛（カラミン）または亜鉛金属（亜鉛）を銅と混ぜると、黄銅（普通の真鍮）ができます。皮商と他のヒ素物質を加熱すると、白銅（白銅）：パイトンができます。ミョウバンと硝石と他の化学物質を混ぜると、緑青銅：チントンができます。」^[36]

コー・フンは300年に「丹陽銅は、丹陽銅に水銀の妙薬を注ぎ、加熱することで金が形成される」と述べた。しかし、『八宝子』と『神易経』には、西域の像は銀、錫、鉛、丹陽銅でできており、金のように見え、器や刀剣のメッキや象嵌に鍛造できると記されている。^[36]

ジョセフ ・ニーダムらは、少なくとも紀元前120年、雲南省の劉安の治世中に、白銅は中国人にはユニークな合金として知られていたと主張している。さらに、雲南省の天国は、紀元前334年に楚の植民地として建国された。おそらく、現代のパクトンはその当時の中国人には知られていなかったが、雲南省で自然に発生した白銅鉱石合金は、貴重な国内貿易品であったと思われる。^[36]

1868年、W.フライトは、紀元前180年から170年頃の、エウテュデモス2世の胸像が表面に描かれた、ニッケル含有量20%のグレコ・バクトリアの貨幣を発見した。同様の合金で、エウテュデモス2世の弟であるパンタレオンとアガトクレスの胸像が描かれた貨幣が、紀元前170年頃に鋳造された。貨幣の組成は、後に伝統的な湿式法と蛍光X線分光法で検証された。^[36]カニンガムは1873年に「バクトリアのニッケル説」を提唱し、この貨幣は中国からインドを経由してギリシャに至る陸路貿易の産物に違いないと主張した。カニンガムの説は、WWターン、ジョン・マーシャル卿、J・ニュートン・フレンドなどの学者に支持されたが、ERケイリーとS・ファン・R・カマンからは批判された。^[36]

1973年、チェンとシュヴィッターは新たな分析で、バクトリアの合金（銅、鉛、鉄、ニッケル、コバルト）は中国のパクトンと非常に類似しており、アジアの既知のニッケル鉱床9か所のうち、同一の化学組成を提供できるのは中国のものだけであると示唆した。^[36]カムマンはチェンとシュヴィッターの論文を批判し、白銅貨幣の衰退はシルクロードの開通と一致するはずがないと主張した。カムマンによると、バクトリアのニッケル説が真実であれば、シルクロードは白銅の供給を増加させたはずだ。しかし、グレコ・バクトリアの白銅貨幣の終焉は、エウテュデモス家の終焉など他の要因に起因する可能性がある。^[36]

この合金は西洋で錬金術の実験中に再発見されたようだ。特に、アンドレアス・リバウィウスは1597年の著書『錬金術』の中で、水銀や銀で表面を白くした銅について言及している。しかし、1599年に出版された『金属の自然について』第1部では、同じ用語が東インド諸島（現在のインドネシアとフィリピン）産の「錫」に当てはめられ、スペイン語名「tintinaso 」が与えられた。^[36]

ケンブリッジ大学のリチャード・ワトソンは、白銅が 3 種類の金属の合金であることを発見した最初の人物のようです。白銅の秘密を再発見しようとしたワトソンは、ジャン＝バティスト・デュ・アルデの『中国史』（1688 年）が「パクトン」という用語を混同していると批判しました。彼は、当時の中国人は銅を合金として形成するのではなく、入手しやすい未加工の鉱石を精錬したと述べています。

「北京で行われた膨大な実験から、この地域で採掘された鉱石として自然に発生した銅の中で、最も珍しい銅はペトンまたは白銅であることが判明しました。鉱山から掘り出されたときは白く、外側よりも内側の方がさらに白いです。北京で行われた膨大な実験から、その色は混合によるものではないことがわかりました。逆に、混合すると美しさが損なわれます。適切に処理すると銀とまったく同じように見え、柔らかくするために少量のツテナグなどの金属を混ぜる必要がないとしたら、この種の銅は中国以外どこにも見つからず、それも雲南省だけで見つかるので、さらに素晴らしいものになるでしょう。」ここで述べられているように、銅の色は混合によるものではないにもかかわらず、中国から持ち込まれた白銅は混合金属であることは確かです。したがって、抽出された鉱石はさまざまな金属物質で構成されているに違いありません。そして、もし天然のオリハルコンが存在したならば、それはそのような鉱石から作られた。」^[36]

1750 年から 1800 年にかけてヨーロッパが中国産白銅を輸入するピークを迎えた時期には、その成分の発見にますます注目が集まりました。ピートとクックソンは、「最も暗いものはニッケルを 7.7% 含むことが判明し、最も明るいものは銀と区別がつかず、叩くと特徴的な鐘のような響きがあり、腐食に対してかなりの耐性があり、11.1% である」ことを発見しました。

アンドリュー・ファイフによる別の試験では、ニッケル含有量が31.6%と推定された。推測は、マカートニー大使館のジェームズ・ディンウィディーが1793年にかなりの個人的な危険を冒して（パクトン鉱石の密輸は中国皇帝による死刑に値する罪だった）、パクトンが作られた鉱石の一部を持ち帰ったことで終了した。^{[37]白銅は、1823年にE・トーマスンが}王立芸術協会に提出した論文（後に新知識ではないとして却下された）で発表され、広く知られるようになった。

ヨーロッパでは、中国のパクトンを正確に再現しようとする試みは、必要なコバルト、ニッケル、ヒ素の複合天然鉱石が全般的に不足していたため失敗に終わった。しかし、有名なブルーファルベンヴェルケ社がコバルトブルーやその他の顔料を製造していたドイツのシュネーベルク地区には、ヨーロッパで必要なコバルト、ニッケル、ヒ素の複合鉱石が唯一存在していた。

同時に、プロイセンの勤勉さ向上協会は、この工程の習得に対して賞を授与した。当然のことながら、シュネーベルクのEAガイトナー博士とJRフォンゲルスドフが賞を受賞し、アルジェンタンとノイジルバー（新銀）という商標名で「ドイツ 銀」 ブランドを立ち上げた。^[37]

1829年、パーシヴァル・ノートン・ジョンストンは、ロンドンのリージェンツ・パーク運河の裏にあるボウ・コモンに鋳造所を設立するようガイトナー博士を説得し、ニッケル18%、銅55%、亜鉛27%の組成を持つニッケル銀のインゴットを入手した。^[37]

1829年から1833年にかけて、パーシバル・ノートン・ジョンソンはイギリス諸島で初めて白銅を精錬した人物でした。彼は年間16.5トンを超える白銅を生産し、裕福な人物となりました。この合金は主にバーミンガムのウィリアム・ハットン社によって刃物に加工され、「アルゼンティン」という商標名で販売されました。

ジョンソンの最大のライバルであるチャールズ・アスキンとブロック・エヴァンスは、優秀な化学者EWベンソン博士の指導の下、コバルトとニッケルの懸濁法を大幅に改良した方法を考案し、「ブリティッシュ・プレート」と呼ばれる独自のニッケル銀ブランドを販売した。^[37]

ドイツ統一後、ドイツ貨幣法により白銅貨幣が導入され、1873年から1876年にかけて鋳造された5ペニヒ^[38]と10ペニヒ^[39] の貨幣が数千万枚にも上るという突発的な需要が、それまで平穏だった市場に衝撃を与え、価格が3倍以上に跳ね上がり、供給が大幅に増加した。^[40]

1920 年代までに、海軍の復水器用に 70-30 銅ニッケル グレードが開発されました。その後すぐに、現在合金 C71640 として知られる 2% マンガンと 2% 鉄の合金が、海水中に混入する砂の量が多いため、より耐食性を高める必要があった英国の発電所向けに導入されました。90-10 合金は 1950 年代に初めて利用可能になり、当初は海水配管用に使用されましたが、現在ではより広く使用されている合金となっています。

• 真鍮（亜鉛を含む銅合金）
• 青銅（錫を含む銅の合金）
• 養殖における銅合金
• フリーズブランディング

• 銅ニッケル合金
• 銅ニッケル合金：特性、処理、用途（出典：ドイツ銅協会（DKI））]
• 海水に対する耐腐食性と防汚性を備えた銅ニッケル合金 - 最新技術レビュー (CA Powell および HT Michels、Corrosion 2000、NACE 2000 年 3 月 (NACE))