黄銅はその美しさと実用性から、古くから多様な用途で使用されてきました。機械部品用途でも、加工性や耐食性などの特徴により利用価値があります。ここでは、黄銅について詳しくご説明します。
黄銅とは、特徴、用途
黄銅は、銅と亜鉛が主成分の合金です。一般的には、銅が60～70%、亜鉛が30～40%程度含まれています。
黄銅の特徴
- 美しい光沢: 金に似た色合いが特徴で、装飾用途に最適です。
- 加工性: 延性や展性が高く、鍛造、鋳造、圧延、引抜きなど様々な加工が容易です。
- 耐食性: 大気中での酸化が遅く、錆びにくい特性があります。
黄銅の用途
- 装飾品: アクセサリーやメダルなど、見た目が重視される製品に使用されます。
- 楽器: 管楽器や打楽器など、音質と見た目が重要な楽器に適しています。
- 建築材料: ドアノブや装飾パネル、インテリアなど、耐久性と美観が求められる場所に使用されます。
- 機械部品：水廻りに使用される部品、加工性を生かした複雑形状の部品に多用されます。
黄銅と真鍮の違い
黄銅と真鍮は同じ素材を指す言葉です。
黄銅は日本語での呼び名で、真鍮（しんちゅう）は中国から伝わった別の呼び名です。
どちらも銅と亜鉛の合金であり、実際には全く同じ素材です。
黄銅の色は
黄銅の色は、含まれる亜鉛の割合によって変わります。
亜鉛の含有量が増えるほど、色合いが金色から銀色に近づきます。
典型的な黄銅は、美しい金色の光沢を持ち、これが装飾用途で人気の理由の一つです。
但し時間が経過すると鈍い色に変色する場合もあります。
黄銅と青銅の違い
黄銅と青銅はどちらも銅を基にした合金ですが、主な違いは含まれる二次成分にあります。
黄銅は銅と亜鉛の合金であるのに対し、青銅（ブロンズ）は銅に主にスズを加えた合金です。
青銅は黄銅に比べて硬度が高く、機械的強度が求められる場面で使用されることが多いです。
また、青銅は緑青を生成し、独特の緑色の酸化膜が形成されることがあります。
黄銅は錆びる？腐食について黄銅とステンレス鋼を比較
黄銅は錆びにくい金属として知られていますが、特定の条件下では腐食が進むことがあります。
たとえば、海水など塩分を含む環境では亜鉛が選択的に溶解し、脱亜鉛化と呼ばれる腐食が起こることがあります。
アンモニアや塩素化合物が含まれる環境で黄銅に応力がある状態で使うと、応力腐食割れという割れが生じることがあります。
ステンレス鋼との耐食性比較
ステンレス鋼は耐食性が非常に高く、錆びにくい金属です。
これは、表面に形成される不動態皮膜（酸化皮膜）が、腐食を防ぐためです。
そのため、耐久性や腐食対策が必要な場合には、ステンレス鋼が適しています。
黄銅の化学式と成分
黄銅の基本的な化学式は、Cu-Zn です。
具体的な成分は、用途に応じて異なりますが、一般的な黄銅は、60-70%の銅（Cu）と30-40%の亜鉛（Zn）を含んでいます。
また、特殊な黄銅には、少量の鉛（Pb）やスズ（Sn）が添加されることもあります。
詳細は、下記のJIS規格で調べることができます。
黄銅のJIS規格
黄銅のJIS規格は下記があります。
- JISH3100 銅及び銅合金の板及び条
- JISH3250 銅及び銅合金の棒
黄銅の物理的性質 密度、比重、融点
黄銅の密度は約8.5 g/cm3で、比重は8.5です。
黄銅の融点は約900℃～950℃と比較的低く、加工しやすい金属です。
この特性により、様々な形状に鋳造することが可能です。
代表的なJIS規格の黄銅材料
C2600（装飾用軟質黄銅）
- 用途: 装飾品、家具、楽器、硬貨、建築材料など、外観が重視される用途。
- 特徴: 加工性が高く、引張強さや伸びが良好。特に装飾品に適しています。
C2700（黄銅）
- 用途: 電気部品、ネジ、ボルト、ナット、装飾用部品。
- 特徴: C2600よりも強度が高く、耐食性も良好。加工性も十分です。
C2801（硬質黄銅）
- 用途: バルブ、コネクタ、プラグ、ポンプ部品など、機械的強度が求められる部品。
- 特徴: 強度が高く、耐食性にも優れる。冷間加工や熱間加工に適しています。
C3771（鍛造用黄銅）
- 用途: バルブ、コネクタ、配管継手、機械部品。
- 特徴: 鍛造性に優れ、強度と加工性のバランスが良い。耐摩耗性にも優れています。
C3602（快削黄銅）
- 用途: 精密機械部品、電気部品、計器類、自動車部品など、精密な切削加工が必要な部品に使用されます。
- 特徴:鉛（Pb）が添加されており、これにより切削性が大幅に向上しています。切削加工時の工具の摩耗が少なく、スムーズな加工が可能です。
C3604（快削黄銅）
- 用途: C3602と同様に、自動車部品、電気部品、機械部品、計器類などに広く使用されます。
- 特徴:C3602よりもわずかに高い強度を持ち、さらに切削性が優れています。鉛（Pb）の添加により、切削中に優れたチップ（切りくず）排出性を発揮し、加工効率を向上させます。
C3604についてはこちらの記事もご覧ください。
C3604の用途やRoHS対応は？強度や比重と耐食性もまとめ
黄銅の機械的性質
上記で挙げた代表的な黄銅材の機械的性質は下記のとおりです。
下表の値は目安であり、黄銅の場合、質別（加工硬化の度合い）によって異なりますので、上記のJIS規格や、材料メーカーの規格等で確認願います。
| 規格 | 材料名 | 引張強さ (MPa) | 伸び (%) | 硬さ (HV) |
|---|---|---|---|---|
| C2600 | 軟質黄銅 | 270〜380 | 40 | 70〜110 |
| C2700 | 黄銅 | 300〜450 | 30 | 80〜120 |
| C2801 | 硬質黄銅 | 450〜540 | 20〜30 | 110〜150 |
| C3771 | 鍛造用黄銅 | 400〜550 | 20〜30 | 100〜140 |
| C3602 | 快削黄銅 | 340〜500 | 20〜30 | 90〜120 |
| C3604 | 快削黄銅 | 450〜600 | 15〜25 | 120〜150 |
黄銅とRoHS規制
黄銅において特に重要なのは、鉛（Pb）の含有量です。黄銅の一部の種類、特に快削黄銅（例：C3602、C3604）では、鉛が添加されることがあり、これがRoHS規制の対象となります。
RoHS規制の鉛の制限
RoHS規制では、電気・電子機器に使用される材料中の鉛の含有量は、均質材料中の質量の0.1%未満でなければなりません。しかし、黄銅に関しては特別な免除があり、黄銅材料中の鉛含有量が質量の4%未満であれば許可されています。
鉛フリーの代替材料も開発されてますので、今後適用する部品については鉛フリー材を適用したほうが良いです。
黄銅におけるカドミウムのリスク
黄銅自体にはカドミウムが含まれていないため、通常の黄銅製品に関してカドミウムのリスクはほとんどありません。
しかし、リサイクルされた材料や他の合金との混合など、製造工程での偶発的な汚染が発生する可能性はあります。
カドミウムの管理を行うには、材料メーカーに材料の成分の管理を要求し、成分分析を行うことが一般的です。
まとめ
黄銅については、今後も利用する機会が多いと思いますので、特徴を理解して適用しましょう。
