格安航空券をもたらした金属 | 南昌ステンレスパイプ株式会社

これにより、安価な海外旅行の時代が可能になり、長年にわたってマーガリンを塗りやすくすることができました。ニッケルは最も派手な金属ではないかもしれませんが、ニッケルがなければ現代の生活は大きく変わっていたでしょう。

ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの奥深くには、金属が切断され、旋盤加工され、さまざまな科学部門の器具や装置に成形される機械工房があります。

化学教授のアンドレア・セラは、ニッケルと銅の合金であるモネルでできた長さ2メートルの太いパイプを持って私の前に立っています。それから彼は耳をつんざくような音を立ててそれを地面に落としました。

「これはこの金属の硬さと剛性を実際に物語っています」と彼は損傷していないパイプを手に取りながら説明した。

しかし、モネルが「素晴らしい合金」であるもう一つの理由は、腐食に強いことだと彼は言う。化学者は、反応性の高い物質（強力な酸やフッ素や塩素などのガス）を扱う方法を必要としているため、それ自体が反応しない物質が必要です。

金、銀、プラチナでもよいかもしれませんが、金でできた長さ 2 メートルのパイプの価格を想像してみてください。対照的に、ニッケルは安価で豊富なため、化学者のスパチュラから自転車のスプロケットの保護コーティングに至るまで、腐食が懸念されるあらゆる場所で発生します。

しかし、ニッケルはモネルよりもはるかに奇妙な合金を生成する可能性がある、とセラ氏は熱心に説明しようとしている。

ニッケルと鉄の合金であるインバーを例に挙げます。ユニークなことに、この素材は温度変化による膨張や収縮がほとんどありません。この特性は、他の低金属の「熱膨張」によって動作が妨げられる可能性がある精密機器や時計において非常に役立ちます。

次にニチノールです。

セラはペーパークリップの形をしたワイヤーを製造していますが、ねじると形が崩れやすく、紙をまとめるのには使えません。彼はそれを指で細かく砕き、沸騰したお湯の入ったカップに浸します。それはすぐにのたうち回り…そして完全なクリップに戻ります。

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ニッケルのデモンストレーション

ニチノールには、最初に形成された形状に対する特別な記憶があります。また、その組成は調整できるため、特定の温度では常に元の形状に戻ります。これは、たとえば、丸めたニチノールステントを血管に挿入できることを意味します。ステントが体温まで温まると、ステントが開き、血液が流れるようになります。

しかし、これらの合金はすべて、特別なクラスの合金に比べれば重要性が劣ります。非常に特殊なため、「超合金」と呼ばれます。これらはジェット時代を可能にした合金です。

最初のジェットエンジンは 1930 年代と 40 年代に、加速する軍拡競争の反対側にあった英国のフランクホイットルとドイツのハンスフォンオハインによって同時に開発されました。

これらのエンジンは鋼鉄でできており、重大な欠点がありました。

英国最大のジェットタービンメーカー、ロールスロイスの材料責任者マイク・ヒックス氏は、「約500℃を超える温度能力がなかった」と説明する。「強度はすぐに落ちますし、耐食性も良くありません。」

これに応じて、1940 年代にホイットル氏の研究を担当したロールスロイスのチームは、周期表をピンで貼り付けた状態で振り出しに戻りました。

タングステンは重すぎた。銅が低すぎる温度で溶けた。しかし、少量のクロムを混ぜたニッケルがゴルディロックスのレシピだった。高温に耐え、丈夫で耐食性があり、安価で軽量でした。

現在でも、これらの初期の超合金の子孫は、ジェット機で使用されるタービンと発電で使用されるタービンの両方のタービンの後端の大部分を提供しています。

「タービンブレードはエンジンの最も高温の部分で動作する必要があり、非常に高速で回転します」とヒックス氏の同僚でロールスロイスの材料技術研究責任者のニール・グローバー氏は言う。

「これらのブレードはそれぞれ、F1 レーシングカーのエンジンと同じ出力を引き出します。現代のガスタービンエンジンの中核には、これらのブレードが 68 枚あります。」

これらのずっしりとしたブレードが置かれているガス流は 1700℃ で、ブレード自体の溶融温度よりも約 200℃ 高いです。

この偉業は、耐熱セラミックコーティングと、エンジンのさらに上方から中空ブレードに引き込まれ、小さな穴からブレードの表面に吹き出される「冷却」空気（それ自体約 650℃）のおかげで達成されます。。

このような極端な温度でも動作する超合金の能力により、アルガルヴェやフロリダへの休暇が手頃な価格になります。

「タービンがより高温で動作できるほど、エンジン全体の効率が向上し、使用する燃料が少なくなります」とニールは説明します。

しかし、ブレードが対処しなければならないのは、極端な温度以上のものです。回転速度が非常に速いため、遠心荷重は数トンに相当します。

これに定期的な加熱と冷却が組み合わさると、「クリープ」として知られる問題が発生する可能性があります。ブレードがタービンケーシングに食い込み始めるまでゆっくりと伸びます。

ほとんどの金属は、粒子と呼ばれる無数の小さな結晶が融合して構成されています。しかし、粒界は脆弱性の原因となり、結晶が滑ったり、材料が変形したりする可能性があります。

そこでロールス・ロイスは、ブレードを単結晶として作成することでこの問題に対処しています。これは、子供の頃に学校の化学実験で成長させた硫酸銅の結晶に似た、方向性凝固を使用して溶融物からブレードを成長させることです。

実際、ブレードは宝石のようなもので、全体に単一の原子格子が存在します。

合計 10 種類以上の他の元素を追加することで合金も改良されており、タービン設計者が各エンジン部品の材料特性を調整できるようになりました。

そして、ジェットエンジンの物語が、ニッケルよりもはるかに謎めいた別の化学元素の物語であることが判明するのは、これらの追加の合金成分のおかげです。

その元素はレニウムです。超合金に添加すると、クリープ耐性がさらに高まります。

しかし、レニウムは地球上で最も希少な物質の 1 つでもあります。それは地殻の10億分の1だけを形成します。世界全体の年間レニウム生産量はわずか 40 トンで、その 4 分の 3 以上が超合金に使用されます。

したがって、次回滑走路を滑走するときは、ニッケルに感謝することができますが、その無名な親戚であるレニウムについても少し考えてください。

しかし、冒頭でマーガリンについて触れましたが、この時点でマーガリンが超合金やジェットエンジンとどのような共通点があるのか疑問に思われるかもしれません。

答えは、それほど多くはありません。マーガリンは主に植物油脂から作られています。問題は、これらのほとんどはトーストに塗るには液体すぎるということです。その場合は、ニッケルを使用してより粘性を高め、「バターっぽく」することができます。

これは水素化と呼ばれる化学反応によって行われ、触媒として機能する少量のニッケルとともに水素がオイルに注入されます。ニッケルはオイルとは反応しませんが、分子機械として機能し、オイルと水素の反応を可能にします。その結果、より水素が豊富な脂肪はより濃厚になり、広がりやすくなります。

それでは、マーガリンのニッケルにも感謝すべきでしょうか？かもしれないし、そうでないかもしれない。

水素化プロセスでは、ねじれたシス脂肪と、あまり歓迎されていないまっすぐなトランス脂肪という 2 種類の脂肪分子が生成される可能性があります。これらのトランス脂肪は自然界には通常存在せず、高コレステロール値やそれに伴う心臓病や脳卒中と関連しています。これにより、パーム油の代わりにパーム油を使用する動きが生まれました。パーム油は、特に乳化剤と組み合わせると、自然に粘度が高く、より伸びやすくなります。しかし、これは、パーム油プランテーションに道を譲るための熱帯雨林の破壊という、まったく新しい虫の缶詰の扉を開きました。

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