銅と銅合金の種類、特性
銅は産業や生活に欠かせない代表的な非鉄金属材料の一つで、様々な種類があります。実用化された歴史も古く、紀元前400年前のエジプトの古墳などからも出土しており、世界各国で長いこと使われている馴染み深い材料の一つです。現在実用化されている多くの銅や銅合金は当時とは比較にならないほど多彩な種類と性質を持つようになりましたが、銅の持つ基本的な性質はそう大きくは変わっていません。鉄にはない特性がこの銅を有用な一材料とする所以でもあります。
銅と銅合金の特性
銅の特性の最たるものといえば、加工性のよさと導電性、熱伝導のよさがあげられます。銅線の例を見ればわかるとおり、銀に次ぐ高い導電性・熱伝導性を持つこの材料は、電気部品、電動機や配線・基盤に多数使われています。
古来、銅が良く使われた背景には、加工性のよさもあるといわれます。圧延や押し出しなどの塑性加工がしやすく、展延性に優れた代表金属です。また切削の仕上げ面が美しい、色が豊富などの面でも銅を身近なところで見かける要因といえます。
他に、熱間鍛造性に優れるため、複雑な製品の加工にも向いています。ばね特性にも卓越したものがあり、ベリリウム銅やりん青銅などの疲労強度の高い銅合金が活用されています。鉄鋼材料とは異なり、極低温においても組織が破壊されず、低温脆性に優れた材料でもあります。耐食性についても優れた特性を持ち、貴な金属なため、接触による腐食にも強いとされます。
一般には２００℃以下で使い、耐熱性に優れたものでも最高使用温度は２５０℃から３００℃程度となります。一部、例外的に４００℃以上で使われるキュプロニッケルのような銅合金もあります。反対に、極低温では脆化しないため、問題なく使うことができます。
多彩な銅の種類
銅は種類別に見ると、純銅、黄銅、青銅、白銅、洋白、キュプロニッケル、ベリリウム銅などがあります。純銅以外は、銅に亜鉛や鉛、錫、アルミ、ニッケルなどを単独もしくは複数組み合わせてある銅合金です。
また銅にはその製法から伸銅品と鋳物があり、実用上は９割近くが伸銅品といわれます。また伸銅の中でも黄銅（真鍮）が最も多く使われる材料となっており、純銅と黄銅で銅需要のほとんどを占めるとも言われます。
銅の記号
銅材料（伸銅）の表記記号も、これらの分類と合致しております。C1020（無酸素銅）など、銅や銅合金はJIS規格上、アルファベットのCと四桁の数字で表します。C1〜の1000番台は純銅もしくは銅を多く含む合金類で、C17〜のベリリウム銅やC19〜のチタン銅なども含むカテゴリーです。C2801やC2700のように2000番台は黄銅や丹銅のような銅と亜鉛のCu-Zn系の銅合金、C3604といった3000番台は加工性をあげるためにPbを添加した快削黄銅、C4621をはじめとする4000番台はCu-Zn系にSn（錫）を添加したネーバル黄銅、C5191を代表種とする「りん青銅」（Cu-Sn-P合金）はC5000番台、C6161やC6191などの6000番台はアルミ青銅もしくは楽器弁用黄銅、高力黄銅、C7351などの7000番台は洋白や白銅（Cu-Ni系合金）といった種類があります。それぞれの特性については各銅合金のページで簡単に紹介していきます。
| 融点 | 約1084℃ |
|---|---|
| 沸点 | 約2360℃ |
| 比熱（20℃） | 385 J/kg・℃ |
| 密度 | 8.96g/cm3（20℃） |
| 縦弾性係数（ヤング率） | 117.7kN/mm2 |
| 熱膨張率（20〜100℃） | 16.8x10-6/℃ |
| 導電率 | 100%IACS |
| 電気比抵抗（20℃） | 1.7241 μΩ・cm |
| 抵抗の温度係数（20℃） | 0.00397/℃ |
| 帯磁率 | -0.080x10-6cgs 単位/g |
銅（伸銅品）の種類と分類について
製法で大きく分類すると、銅は伸銅品と鋳物になりますが、このうち伸銅品は以下のような分類が可能です。伸銅の形状は、板、条、棒、線、管、ブスバー等となっています。
- 純銅
- 無酸素銅、タフピッチ銅、脱酸銅があり、これら3種類の違いは製法上、含有する酸素量の違いです。銅純度99.9％以上で、導電性や熱伝導には特に優れていますが、強度は他の金属と比べても弱くなります。
- 高銅合金
- ベリリウム銅、チタン銅、ジルコニウム銅、錫入り銅、鉄入り銅、コルソン合金など、銅の比率の高い合金で、銅が本来持っている高い電気伝導性や熱伝導性大きく損なわずに強度を高めたものがあります。ただ機械的性質を高めるためには添加元素の量が増え、結果として電気伝導性は下がる傾向にあります。685N/mm2以上の高い強度を持つものや、再結晶強度が高く耐熱性に優れたものなどがあります。
- 黄銅（真鍮）
- 黄銅（もしくは真鍮、ブラスとも言います）は最も使用量の多い銅として知られます。丹銅、雷管用黄銅、七三黄銅、六四黄銅、65:35黄銅、快削黄銅、ネーバル黄銅、アドミラルティ黄銅、アルミニウム黄銅、高力黄銅があり、ベースとなるのは銅と亜鉛の合金で、ここにPbやSn、Alなどを添加して各々特徴あるものにしています。
- 青銅
- Cu-Sn系の銅合金である「すず青銅」やこれに「りん」（P）を少量添加した「りん青銅」、快削りん青銅、アルミニウム青銅があります。
- 銅ニッケル合金
- 銅とニッケルの合金には白銅、キュプロニッケル、洋白、快削洋白があります。「白」の文字が入っていることから容易に想像できる通り、これらは白っぽい銅合金です。
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