旅客機からゼロ戦まで使われる飛行機の金属 ジュラルミン

化学

ジュラルミンの誕生

ジュラルミンは20世紀初頭に発見された硬くて軽いアルミニウムの合金です。

通常約4%の銅を含みさらに少量のマンガンやマグネシウムを含んでいます。純アルミニウムに比べて強度が高いことから「耐久性(durability)」と「アルミニウム」の合成語である「ジュラルミン」と呼ばれるようになった。

ライト兄弟が空を飛んだ1903年、ドイツにてアルフレッド・ウィルムによって開発されました。ウィルムはアルミニウムに銅を加えて合金化し熱処理を施すと、硬度が大幅に向上することを発見。そしてアルミニウムの軽さを保ちながら、より高い強度を持つ素材、ジュラルミンの誕生につながった。

軽い金属アルミニウムを強化したもの、ジュラルミン

ジュラルミンの特性と利用

ジュラルミンはその強度対重量比の高さから、工業的・商業的な用途が非常に広い。初期には飛行船のフレームに使用され、その後、航空宇宙工学の多くの分野で使用されている。また、ジュラルミンは軽量で強度が高いため、キャンプ用品や自転車のフレームなど、アウトドア用品の製造にも使われています。さらに、自動車産業では軽さと耐久性を両立させる部品として採用されています。

しかし製造時の取り扱いに注意が必要です。ジュラルミンは空気に触れると酸化し、表面に酸化アルミニウムの薄い層ができ、材料の健全性が損なわれることがあるのです。この酸化を防ぐために、メーカーは保護膜などの加工を施すことが多いです。

この素材は飛行機誕生の1903年に飛行機と全く個別に生まれましたが、近代航空の発展に重要な役割を果たしました。20世紀初頭に建造された飛行船「ツェッペリン」のフレームにジュラルミンが使用され、その強度と軽さを活かして、巨大な構造物を上空で維持することができたのです。今の航空機にももちろん使われていますし第二次大戦時のゼロ戦にさえ使われていました。

アルミニウムの軽さを生かしながら強度を大幅に向上させた優れた素材。それがジュラルミンです。

備考

アルフレッド・ウィルム

ドイツの冶金学者で、アルミニウム合金ジュラルミンの発明で最もよく知られています。彼は、焼き入れと時効処理後、アルミニウムと銅の合金が著しく改善された機械的特性を示すことを発見しました。ジュラルミンは鋼鉄よりも軽量でありながら同等の強度を有していたため、この発見は航空産業や自動車産業に革命をもたらした。ウィルムの研究は、現代のアルミニウム合金システムの基礎を築き、材料科学に多大な影響を与えた。

ツェッペリン

ドイツの発明者であるフェルディナント・フォン・ツェッペリン伯爵にちなんで名付けられた剛体飛行船である。この飛行船は当初、第一次世界大戦中の偵察やパトロール任務に使用された。その後、グラーフ・ツェッペリン号やヒンデンブルク号を代表とする民間航空旅行に使用された。ツェッペリンは、ジュラルミンで作られた硬い内部骨組みが特徴で、非硬質飛行船よりもはるかに大きく安定した飛行を可能にしていた。しかし、揚力ガスとして水素を使用したため、悪名高いヒンデンブルク号の事故を含むいくつかの大惨事が発生し、ツェッペリンの時代はほぼ終わりを告げた。

ゼロ戦

第二次世界大戦中に日本海軍が運用した戦闘機、三菱A6M零式艦上戦闘機の通称。ゼロファイター。零戦は登場当時、世界で最も高性能な空母艦載戦闘機のひとつとされ、太平洋戦域のほぼすべての主要な海戦に参加した。軽く高い旋回能力で最初は圧倒したが、アメリカ軍の新型機が導入されるにつれて、零戦は装甲の弱さと自己密封式燃料タンクを備えていないため、当初ほど効果を発揮しなくなった。この戦闘機の要となったのがハイパージュラルミンの存在である。

ハイパージュラルミン

ジュラルミンをさらに高強度化し、耐食性を向上させたもの。ジュラルミンと同様、高強度対重量比が重要な航空宇宙用途や自動車用途でよく使用される。この合金は通常、機械的特性を最適化するために一連の熱処理が施され高応力環境に適している。

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