真鍮

イスラム黄金時代の真鍮製アストロラーベ
鷲の付いた真鍮の書見台、アールト・ファン・トリヒト作、リンブルフ（オランダ）、1500年頃

真鍮は銅と亜鉛の合金であり、その割合を変えることで様々な色や機械的、電気的、音響的、化学的特性を実現できるが[ 1 ]、通常は銅の割合が多く、一般的には2 ⁄ 3の銅と1 ⁄ 3の亜鉛で構成される。先史時代から使用されている真鍮は置換型合金であり、2つの成分の原子が同じ結晶構造内で互いに置き換わることがある。

真鍮は青銅に似ており、亜鉛の代わりにスズを含む銅合金です。 [ 2 ]青銅と真鍮はどちらも、ヒ素、鉛、リン、アルミニウム、マンガン、シリコンなど、様々な元素を微量含んでいる場合があります。歴史的に、この2つの合金の区別は一貫しておらず、[ 3 ]美術館ではより一般的な用語である「銅合金」を使用することが多くなっています。[ 4 ]

真鍮は、その鮮やかな金色の外観から古くから人気があり、引き出しの取っ手やドアノブなどに使用されています。また、融点が低く、加工性（手工具だけでなく、現代の旋盤やフライス盤でも加工可能）、耐久性、電気伝導性、熱伝導性にも優れているため、彫刻や食器にも広く使用されています。銅の含有量が多い真鍮は柔らかく、より金色に近い色をしています。逆に、銅が少なく亜鉛が多い真鍮は硬く、より銀色に近い色をしています。

真鍮は、錠前、蝶番、ギア、ベアリング、弾薬ケース、ジッパー、配管、ホース継手、バルブ、スキューバ調整器、電気プラグやソケットなど、耐腐食性と低摩擦性が求められる用途でよく使用されます。また、ホルンやベルなどの楽器にも広く使用されています。真鍮の成分は、耐腐食性に優れているため、コスチュームジュエリーやファッションジュエリーでは銅の代替品として適しています。真鍮は青銅ほど硬くないため、ほとんどの武器や道具には適していません。また、亜鉛が海水中のミネラルと反応して多孔質の銅が残るため、海洋での使用にも適していません。スズが添加された海洋用真鍮は、青銅と同様にこれを回避します。

真鍮は、可燃性または爆発性の物質の近くで使用される継手や工具など、火花を発生しない必要がある機器によく使用されます。 [ 5 ]

プロパティ

圧延および焼鈍された真鍮の微細構造（400倍）

真鍮は青銅や亜鉛よりも展性に優れています。融点が比較的低く（組成によって900～940℃、1,650～1,720℉）、流動性も高いため、比較的鋳造しやすい素材です。銅と亜鉛の比率を変えることで真鍮の特性を変えることができ、硬い真鍮や柔らかい真鍮を作ることができます。真鍮の密度は8.4～8.73 g/cm 3（0.303～0.315 lb/cu in）です。[ 6 ]

現在、真鍮合金のほぼ90%がリサイクルされています。[ 7 ]真鍮は強磁性ではないため、強力な磁石に近づけることで鉄スクラップを分離することができます。真鍮スクラップは溶解され、ビレットに再鋳造され、所望の形状とサイズに押し出されます。真鍮は一般的に柔らかいため、切削油を使用せずに機械加工できる場合が多いですが、例外もあります。[ 8 ]

アルミニウムは真鍮の強度と耐腐食性を高めます。また、表面に薄く透明で自己修復性のある非常に有益な硬質酸化アルミニウム（Al 2 O 3 ）層を形成します。スズも同様の効果があり、特に海水用途（海軍用真鍮）に使用されています。鉄、アルミニウム、シリコン、マンガンの組み合わせは、真鍮の耐摩耗性と耐引裂性を高めます。[ 9 ]真鍮合金にわずか1%の鉄を添加するだけで、顕著な磁気吸引力を持つ合金になります。[ 10 ]

二成分系相図

真鍮は、湿気、塩化物、酢酸塩、アンモニア、そして特定の酸の存在下で腐食します。これは、銅が硫黄と反応して茶色、そして最終的には黒色の硫化銅の表面層を形成することでよく起こります。この層が都市の雨水などの弱酸性の水に定期的にさらされると、空気中で酸化され、緑青色の炭酸銅の緑青を形成します。緑青層の形成方法によっては、下層の真鍮をさらなる損傷から保護する可能性があります。[ 11 ]

銅と亜鉛は電位差が大きいにもかかわらず、混合物内に腐食環境が存在しないため、結果として得られる真鍮合金は内部ガルバニック腐食を起こしません。しかし、そのような環境で真鍮を銀や金などの「より貴な」金属と接触させると、真鍮はガルバニック腐食を起こします。逆に、真鍮を亜鉛や鉄などの「より貴でない」金属と接触させると、貴でない金属が腐食し、真鍮は保護されます。

リードコンテンツ

真鍮の切削性を向上させるため、鉛が約2%の濃度で添加されることがよくあります。鉛は真鍮の他の成分よりも融点が低いため、鋳造から冷却される際に、鉛は球状となって粒界に向かって移動する傾向があります。球状が真鍮表面に形成する模様は、利用可能な鉛の表面積を増加させ、それが浸出の程度に影響を与えます。さらに、切削加工によって鉛の球状体が表面に広がることもあります。これらの影響により、比較的鉛含有量の少ない真鍮でも、鉛の浸出が著しくなることがあります。[ 12 ]

規制、カリフォルニア州、米国

1999年10月、カリフォルニア州司法長官は、鉛含有量をめぐって13社の鍵製造業者および販売業者を提訴しました。州の研究者による実験では、新品・中古を問わず、平均的な真鍮製の鍵は、 1日に2回取り扱うと仮定した場合、カリフォルニア州提案65の規制値を平均19倍超えていることが分かりました。[ 13 ] 2001年4月、製造業者は鉛含有量を1.5%に削減するか、消費者に鉛含有量について警告することを義務付けることに同意しました。他の金属でメッキされた鍵はこの和解の影響を受けず、鉛含有量の高い真鍮合金を引き続き使用できます。[ 14 ] [ 15 ]

カリフォルニア州では、「配管および配管継手、配管部品、器具の接液面に接触するすべての部品」に鉛フリー素材を使用することが義務付けられています。2010年1月1日、カリフォルニア州における「鉛フリー真鍮」に含まれる鉛の最大含有量は4.0%から0.25%に引き下げられました。[ 16 ] [ 17 ]

過酷な環境に耐える耐腐食性真鍮

真鍮製サンプリングコック（ステンレス製ハンドル付き）

耐脱亜鉛性黄銅（DZRまたはDR）は、CR（耐食性）黄銅とも呼ばれ、腐食リスクが高く、通常の黄銅では要件を満たせない場合に使用されます。水温が高い、塩化物が存在する、または水質が変動する（軟水）用途がこれに該当します。例えば、DZR黄銅は給湯器システムに使用されます。この黄銅合金は、長期的な故障を回避するために、バランスの取れた組成、適切な製造温度、およびパラメータに特に注意を払い、細心の注意を払って製造する必要があります。[ 18 ] [ 19 ]

DZR真鍮の一例として、C352真鍮が挙げられます。この合金の亜鉛含有量は約30%、銅含有量は61～63%、鉛含有量は1.7～2.8%、ヒ素含有量は0.02～0.15%です。鉛とヒ素は亜鉛の損失を大幅に抑制します。[ 20 ]

「レッドブラス」は、銅の含有量が多く、亜鉛含有量が通常15%未満の合金の一種で、亜鉛の損失に対する耐性が優れています。レッドブラスと呼ばれる金属の一つは、銅85%、錫5%、鉛5%、亜鉛5%で構成されています。レッドブラスとしても知られる銅合金C23000は、銅84～86%、鉄0.05%、鉛0.05%をそれぞれ含み、残りは亜鉛です。[ 21 ]

もう一つの類似材料は、赤色真鍮の一種である砲金です。砲金合金は、銅を約88%、錫を8～10%、亜鉛を2～4%含んでいます。加工性を向上させるため、あるいは軸受合金として鉛が添加されることもあります。 [ 22 ]

海水中で使用される「海軍用黄銅」は、亜鉛を40%含有していますが、錫も1%含まれています。錫の添加により、亜鉛の浸出が抑制されます。[ 23 ]

NSFインターナショナルは、配管や配管継手に使用される15％以上の亜鉛を含む真鍮に耐脱亜鉛性を要求しています。[ 24 ]

楽器での使用

金管楽器のコレクション

真鍮は、その高い展性と加工性、比較的良好な耐腐食性、そして伝統的に音響特性があるとされていることから、楽器の製造によく選ばれる金属となっている。楽器の音響共鳴部は、コンパクトにするために折り畳まれたりコイル状に巻かれたりしていることが多い。銀やその合金、さらには金も同じ理由で使われてきたが、真鍮が最も経済的な選択肢である。総称して金管楽器、あるいは単に「金管楽器」と呼ばれる楽器には、トロンボーン、チューバ、トランペット、コルネット、フリューゲルホルン、バリトンホルン、ユーフォニアム、テナーホルン、フレンチホルン、その他サクソルンなどの様々なサイズの「ホルン」が含まれる。

その他の管楽器は真鍮またはその他の金属で作られることがあり、実際、ほとんどの現代の学生用モデルのフルートとピッコロは何らかの種類の真鍮、通常は洋銀（ドイツ銀としても知られる）に似た白銅合金で作られています。クラリネット、特にコントラバスやサブコントラバスなどの低音クラリネットは、小型の木管楽器に伝統的に好まれる、密度が高く木目の細かい熱帯産広葉樹の供給が限られているため、金属製になることがあります。同じ理由で、一部の低音クラリネット、ファゴット、コントラファゴットは、長くまっすぐな木材の部分と、湾曲した接合部、ネック、ベルなどを金属で作ったハイブリッド構造になっています。金属を使用することで、温度や湿度の変化に木製楽器がさらされて突然割れてしまうリスクも回避できます。サクソフォンとサルソフォンは木管楽器に分類されますが、同様の理由から通常は真鍮で作られており、その広い円錐形の穴と薄い壁の本体は、木材を機械加工するよりも板金を成形する方が簡単かつ効率的に製造できるためです。

木製ボディの楽器を含む現代の木管楽器のキーワークは、通常、洋白などの合金で作られています。このような合金は、楽器本体に使用されている真鍮よりも硬く耐久性に優れていますが、簡単な手工具で加工できるため、迅速な修理が可能です。金管楽器だけでなく、稀に木管楽器のマウスピースも、真鍮をはじめとする金属で作られることが多いです。

金管楽器に次いで、音楽において真鍮が最もよく使われているのは様々な打楽器で、特にシンバル、ゴング、そしてオーケストラベル（管楽器）が有名です（大型の教会ベルは通常青銅製です）。小型のハンドベルやジングルベルも、一般的に真鍮製です。

ハーモニカはフリーリードの気音器で、真鍮製のものが多い。リード系のオルガンパイプでは、真鍮の細片（タングと呼ばれる）がリードとして使用され、シャロットに叩きつける（フリーリードの場合はシャロットを「貫通」して叩く）。金管楽器ではないが、スネアドラムも真鍮製のものがある。エレキギターの一部の部品も真鍮製で、特にトレモロシステムの慣性ブロックは音質に優れ、弦ナットとサドルは音質と低摩擦性の両方に優れている。[ 25 ]

殺菌および抗菌用途

真鍮の殺菌作用は何世紀にもわたって観察されており、特に海洋環境においては生物付着を防ぐことが確認されています。病原体の種類と濃度、そしてそれらが生息する媒体に応じて、真鍮は接触後数分から数時間以内にこれらの微生物を死滅させます。 [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

多数の独立した研究[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]において、この抗菌効果がMRSAやVRSAなどの抗生物質耐性菌に対しても確認されています。銅およびその合金（真鍮を含む）の抗菌作用のメカニズムは、現在も精力的に研究が進められています。[ 27 ] [ 33 ] [ 34 ]

季節のひび割れ

アンモニア攻撃による真鍮のひび割れ

真鍮は応力腐食割れを起こしやすく、[ 35 ]特にアンモニアやアンモニアを含む、あるいは放出する物質によって生じやすい。この問題は、1920年代にイギリス領インド軍でライフル弾薬として使われていた真鍮薬莢で初めて発見されたため、季節割れと呼ばれることもある。この問題は、製造中に薬莢を冷間成形することで生じる高い残留応力と、大気中の微量アンモニアによる化学的侵食によって引き起こされた。薬莢は厩舎に保管されていたが、夏の暑い時期にアンモニア濃度が上昇し、脆性割れが発生した。この問題は、薬莢を 焼きなまし処理し、薬莢を別の場所に保管することで解決された。

種類

クラス 重量割合（％） 注記
銅 亜鉛
アルファブラス65歳以上35歳未満アルファ黄銅は展延性があり、冷間加工が可能で、プレス加工、鍛造加工などの用途に使用されます。面心立方結晶構造を持つ単相のみを含みます。銅の含有量が多いため、他の黄銅よりも金色がかった色合いをしています。アルファ相は銅に亜鉛が置換固溶した合金です。銅に似た性質を持ち、強靭で強度がありますが、機械加工はやや困難です。最も成形性に優れるのは亜鉛含有量が32%のときです。耐食性のある赤色黄銅は、亜鉛含有量が15%以下です。
アルファベータ真鍮55～65歳35～45歳二相黄銅とも呼ばれ、熱間加工に適しています。α相とβ'相の両方を含みます。β'相は体心立方構造で、立方体の中心に亜鉛原子があり、α相よりも硬く強度があります。α-β黄銅は通常、熱間加工されます。亜鉛含有量が多いため、α-β黄銅よりも光沢があります。亜鉛含有量が45%の合金は、最も高い強度を示します。
ベータ真鍮50～55歳45～50歳ベータ黄銅は高温加工のみ可能で、硬く、強度が高く、鋳造に適しています。亜鉛含有量が高く銅含有量が低いため、一般的な黄銅の中で最も光沢があり、金色は薄いものの一つです。
ホワイトブラス50未満50歳以上これらは一般的な用途には脆すぎます。この用語は、特定の種類の洋白合金、錫および／または亜鉛の含有量が高い（通常40%以上）Cu-Zn-Sn合金、そして主に亜鉛を主成分とし銅を添加した鋳造合金を指す場合もあります。これらの合金は黄色みがほとんどなく、むしろ銀色に近い外観をしています。
ガンマブラス33～3961～67Ag-ZnおよびAu-Znガンマ黄銅（Ag 30～50％、Au 41％）もあります。[ 36 ]ガンマ相は立方格子金属間化合物、Cu 5 Zn 8です。

α、β、γ以外の相としては、六方晶系金属間化合物CuZn 3 のε相と、亜鉛中の銅の固溶体η相があります。

真鍮合金

合金名 重量割合（％）銅、-亜鉛-、-スズ-、鉛- 他の 注記
銅 亜鉛 錫 鉛
アビシニアンの金（商業用青銅 [C220]）9010
海軍本部幹部69301スズは多くの環境において 亜鉛の損失を抑制します。
アイチの合金60.6636.581.02鉄1.74%耐食性、硬度、靭性に富むことから、船舶用途向けに設計されています。船底保護によく使用されますが、陰極防食の近代化により、その使用は減少しています。外観は金に似ています。[ 37 ]
アルミニウム真鍮77.520.5アルミニウム2%アルミニウムは耐食性を向上させます。熱交換器や凝縮器の管に使用されます。[ 38 ]
ヒ素黄銅ヒ素、しばしばアルミニウムボイラーの火室に使用される。[ 39 ] [ 40 ]
ヒ素黄銅 2597029.5≤0.05ヒ素 0.2～0.6、鉄 ≤0.05熱交換器、水中での優れた耐食性が求められる配管。[ 40 ]
ブラスティル----銅、シリコン、亜鉛銅、亜鉛、シリコンの合金で、非常に高い引張強度と耐腐食性を備えています。オハイオ州トレドのドーラー・ダイカスト社はブラスティルの製造で知られていました。[ 41 ] [ 42 ]ブラスティルは、当時鋼鉄よりも安価だったため、 1932年にM1911ピストルでテストされました。
カリフォルニア産鉛フリー真鍮0.25未満カリフォルニア州議会法案AB 1953では、「鉛含有量は0.25%以下」と定義されています。[ 16 ]以前の上限は4%でした。
カートリッジ真鍮（C260）7030—≤  0.07 [ 43 ]冷間加工性に優れ、弾薬ケース、配管、金物などに用いられる。また、C260合金としてトークンコインにも使用される。 [ 44 ]
一般的な真鍮6337リベット真鍮とも呼ばれます。安価で冷間加工の標準品です。
DZR真鍮砒素微量のヒ素を含む耐脱亜鉛性真鍮。
デルタメタル5541～43ページ鉄は1～3％で、残りはさまざまな他の金属で構成されています。使用される割合によって材料は硬くなり、バルブやベアリングに適したものになります。
切削性の良い真鍮（C360）61.535.52.5～3.7鉄0.35%360またはC360真鍮とも呼ばれる。機械加工性に優れている。[ 43 ]
金メッキ金属955一般的に入手可能な真鍮の中で最も柔らかい種類です。金メッキ金属は、主に弾頭の「ジャケット」（フルメタルジャケット弾など）に使用されます。色はほぼ赤色です。
ガンメタル88102例: 英国海軍のガンメタル。バリエーションあり。
ハイブラス6535引張強度が高く、バネ、ネジ、リベットなどに使われます。
鉛入り真鍮> 0加工性を向上させるために鉛を添加したアルファベータ真鍮。
低音金管楽器8020明るい金色で、非常に延性があり、フレキシブル金属ホースや金属ベローズに使用されます。
マンガン黄銅7712マンガン7% 、ニッケル4%アメリカ合衆国の「金」ドル硬貨の被覆材として使用される。[ 45 ]他のマンガン真鍮合金組成物も存在する。
マンツメタル6040鉄の痕跡船の裏地として使われます。
海軍用真鍮（C464）59401アドミラルティ・ブラスに類似。トービン・ブロンズ、464、C464とも呼ばれる。[ 46 ]
海軍用真鍮、高鉛（C485）60.537.51.80.7加工性を高めるために鉛を添加した海軍用真鍮。485またはC485とも呼ばれる。[ 47 ]
ニッケル真鍮70～76歳20～24.5ニッケル4～5.5%1ポンド、 2ポンド、1ユーロ硬貨のバイメタルコインの外輪、および2ユーロ硬貨の中央部分。以前は丸型の1ポンド硬貨に使用されていました。
北欧の金8951アルミニウム5%10、20、50 セントユーロ硬貨に使用されます。
オリハルコン75～8015～20歳トレース微量のニッケルと鉄シチリア島ジェーラの古代難破船から回収された 39 個のインゴットから判定されました。
ピンチベック89%または93%11％または7％18世紀初頭、クリストファー・ピンチベックによって発明されました。金に非常によく似ているため、安価なゴールドエフェクトジュエリーとして購入されることもあります。
プリンスのメタル7525アルファ黄銅の一種。その黄色の色から、金の模造品として使用される。[ 48 ]プリンス・ルパートの金属とも呼ばれるこの合金は、ライン公ルパートにちなんで名付けられた。
オンスメタル85555「レッドブラス」と呼ばれることもある
合金C2300084～85.914～16歳最低0.07%鉄分最低0.05%[ 43 ] [ 49 ]「レッドブラス」と呼ばれることもある
レッドブラス、ローズブラス（C230）85555ガンメタルとして知られる銅・亜鉛・スズ合金のアメリカ用語であり、真鍮と青銅の両方と見なされる合金。[ 50 ] [ 51 ]また、トークンコインを作るのにも使用されます。[ 44 ]レッドブラスは、14～16%の亜鉛、最低0.05%の鉄、最低0.07%の鉛の含有量、 [ 43 ]残りが銅で構成される銅合金C23000の別名でもあります。 [ 49 ]オンスメタル（Cu 85.0、Zn 5.0、Pb 5.0、Sn 5.0）を指す場合もあります。
豊かな低音金管楽器、トムバック80～975～20ジュエリー用途でよく使用されます。バリエーションも豊富です。
シリコントムバック8016シリコン4%精密鋳造鋼部品の代替として使用されます。
トンヴァル真鍮>  0CW617N、CZ122、OT58とも呼ばれる。脱亜鉛腐食の影響を受けやすいため、海水での使用は推奨されない。[ 52 ] [ 53 ]
イエローブラス673333% 亜鉛真鍮を表すアメリカの用語。

歴史

真鍮は先史時代から様々な形で使用されてきたが、[ 54 ]銅と亜鉛の合金としての真の性質は、銅と反応して真鍮を作る亜鉛蒸気が金属として認識されていなかったため、中世以降まで理解されていなかった。[ 55 ]欽定訳聖書には「nechosheth」（青銅または銅）をヘブライ語から英語に翻訳するために「brass」（真鍮）という表現が頻繁に登場する[ 56 ]。最も初期の真鍮は、亜鉛を多く含む銅鉱石を精錬して作られた天然合金であった可能性がある。[ 57 ]ローマ時代には、真鍮はセメンテーション法を用いて金属銅と亜鉛鉱物から意図的に製造されており、その生成物はカラミン真鍮であった。この方法のバリエーションは19世紀半ばまで続いた。[ 58 ]最終的には、16世紀にヨーロッパに導入された銅と亜鉛の直接合金であるスペルタリング法に取って代わられた。[ 57 ]

真鍮は歴史的に「黄銅」と呼ばれることもあります。[ 59 ] [ 60 ]

初期の銅亜鉛合金

西アジアと東地中海では、紀元前3千年紀のエーゲ海、イラク、アラブ首長国連邦、カルムイク、トルクメニスタン、ジョージアの遺跡や、紀元前2千年紀のインド西部、ウズベキスタン、イラン、シリア、イラク、カナンの遺跡から、初期の銅亜鉛合金が少数発見されています。[ 61 ]銅亜鉛合金の散発的な例は、青銅が広く使用されるようになってからずっと後の紀元後1世紀から中国で知られています。[ 62 ]

これらの初期の「真鍮」製品の組成は非常に多様で、そのほとんどは亜鉛含有量が5～15重量%で、セメント化法で製造された真鍮よりも低い。[ 63 ]これらは、亜鉛を多く含む銅鉱石を酸化還元条件下で精錬することで製造された「天然合金」である可能性がある。多くの製品には同時代の青銅製品と同様の錫含有量があり、銅亜鉛合金の中には偶然に生じたものもあり、銅と区別がつかなかった可能性もある。[ 63 ]しかし、現在知られている銅亜鉛合金の数が膨大であることから、少なくとも一部は意図的に製造されたことが示唆され、多くの製品には12重量%を超える亜鉛含有量があり、独特の金色を呈していたと考えられる。[ 63 ] [ 64 ]

紀元前8世紀から7世紀にかけてのアッシリアの楔形文字の粘土板には「山の銅」の採掘について記されており、これは「天然」真鍮を指している可能性がある。[ 65 ]「Oreikhalkon」（山の銅）[ 66 ]は、この用語の古代ギリシア語訳であり、後にラテン語の「黄金の銅」を意味するaurichalcumに改称され、これが真鍮の標準的な用語となった。[ 67 ]紀元前4世紀にはプラトンがオリハルコンが希少で金とほぼ同等の価値があることを知っており[ 68 ]、プリニウスはアウリハルコンが1世紀までに枯渇したキプロスの鉱床から産出されたことを記述している。[ 69 ] シチリア島沖で2600年前の難破船から回収された39個のオリハルコンのインゴットを蛍光X線分析した結果、75～80%の銅、15～20%の亜鉛、少量のニッケル、鉛、鉄からなる合金であることが判明しました。[ 70 ] [ 71 ]

ローマ世界

7世紀ペルシャの真鍮製水差し（銅象嵌入り）、ウォルターズ美術館（米国メリーランド州ボルチモア）

紀元前1千年紀後半には、真鍮の使用は西はブリテン島[ 72 ]とスペイン[ 73 ]から東はイラン、インドに至るまで、広い地理的範囲に広がりました。 [ 74 ]これは、金属銅鉱石と亜鉛鉱石から真鍮を意図的に生産する手法が導入されていた中東と東地中海地域からの輸出と影響によって促進されたようです。[ 75 ]ストラボンが引用している紀元前4世紀の著述家テオポンプスは、トルコのアンデイラの土を加熱すると「偽銀の滴」（おそらく金属亜鉛）が生成され、銅をオレイカルコスに変えることができると記しています。[ 76 ]紀元前1世紀のギリシャ人ディオスコリデスは、亜鉛鉱石と真鍮の関連性を認識していたようで、亜鉛鉱石または銅を加熱する炉の壁からカドミア（酸化亜鉛）が発見され、それが真鍮の製造に使用できると説明しています。[ 77 ]

紀元前1世紀までには、真鍮はフリギアとビテュニアで貨幣として使うのに十分な量があり、[ 78 ] 、紀元前23年のアウグストゥスによる通貨改革後には、ローマのデュポンディウスとセステルティウスの製造にも使われた。[ 79 ]ローマ世界で貨幣や軍事装備に真鍮が一様に使われていたことは、国家がこの産業にある程度関与していたことを示しているのかもしれない。[ 80 ] [ 81 ]さらに、真鍮はローマの権威と関連があるという理由で、パレスチナのユダヤ人コミュニティによって意図的にボイコットされていたようである。[ 82 ]

真鍮は、銅と亜鉛鉱石を加熱して亜鉛蒸気を発生させ、これが銅と反応するセメンテーション法によって生産されました。この方法には優れた考古学的証拠があり、セメンテーションで真鍮を生産するために使用されたるつぼは、ドイツのクサンテン[ 83 ]とニッダ[ 84 ]、フランスのリヨン[ 85 ] 、および英国の多くの遺跡 [ 86 ] を含むローマ時代の遺跡から見つかっています。それらのサイズは、小さなドングリ大から大きなアンフォラのような容器までさまざまですが、すべて内部に高レベルの亜鉛が含まれており、蓋が付いています。[ 85 ]それらにはスラグや金属のプリルの兆候が見られず、亜鉛鉱物を加熱して亜鉛蒸気を発生させ、それが固体状態の反応で金属銅と反応したことを示しています。これらのるつぼの素材は多孔質で、おそらく圧力の蓄積を防ぐために設計されていると思われます。また、多くのるつぼの蓋には小さな穴が開けられており、圧力を逃がすためのものと考えられています[ 85 ]。あるいは、工程の終盤で亜鉛鉱物を追加するためのものかもしれません。ディオスコリデスは、亜鉛鉱物が真鍮の加工と仕上げの両方に使用されていたと記しており、おそらく二次的な添加が行われたことを示唆しています[ 87 ] 。

ローマ時代初期に作られた真鍮は、重量比で20%から28%の亜鉛を含んでいたようです。[ 87 ]貨幣や真鍮製品に含まれる亜鉛の含有量は西暦1世紀以降減少しており、これはリサイクル中に亜鉛が失われ、新しい真鍮の生産が中断されたためではないかと考えられています。[ 79 ]しかし、現在ではこれはおそらく意図的な組成の変更であったと考えられています。 [ 88 ]そして全体的にこの時期に真鍮の使用が増加し、西暦4世紀までにはローマ世界で使用された銅合金の約40%を占めるようになりました。[ 89 ]

中世

リエージュの聖バルトロマイ教会にある12 世紀の洗礼盤でのキリストの洗礼

ローマ帝国崩壊直後の数世紀の真鍮生産についてはほとんど知られていない。西ヨーロッパからの錫と青銅の交易の混乱が、東方における真鍮の人気の高まりに貢献したと思われ、6世紀から7世紀までにはエジプトの銅合金工芸品の90%以上が真鍮製であった。[ 90 ]しかし、錫含有量の少ない青銅などの他の合金も使用されており、それらは地域の文化的態度、金属の用途、そして特にイスラム世界とビザンチン世界の間で亜鉛の入手状況によって異なっていた。[ 91 ]逆に、この時期に西ヨーロッパでは真鍮の使用は減少し、代わりに砲金やその他の混合合金が使われるようになったようですが[ 92 ]、 1000年頃にはスコットランドのスカンジナビア人の墓から真鍮の工芸品が見つかっており[ 93 ] 、ノーサンブリアでは真鍮が硬貨の製造に使用されていました[ 94 ]。また、カラミン鉱石が豊富なドイツ[ 83 ]や低地諸国[ 95 ]ではカラミン真鍮が生産されていたという考古学的、歴史的証拠があります。

これらの場所は中世を通じて真鍮製造の重要な中心地であり続けたが、[ 96 ]特にディナンはそうであった。真鍮製の物はフランス語で今でも総称してディナンドリーと呼ばれている。現在のベルギー、リエージュにある聖バーソロミュー教会の洗礼盤（1117年以前）はロマネスク真鍮鋳造の傑作であるが、青銅と呼ばれることも多い。12世紀初期のグロスター燭台に使われている金属は中世の基準から見ても珍しく、銅、亜鉛、錫、鉛、ニッケル、鉄、アンチモン、ヒ素の混合物で、銀の含有量が非常に多く、台座では22.5%、燭台の下の受け皿では5.76%となっている。この混合物の割合から、この燭台はローマ時代後期の古い貨幣の貯蔵品から作られたのではないかと推測される。[ 97 ]ラッテンとは、組成が不確かで、しばしば変化する中世の合金を指す用語で、真鍮や青銅などの金属板から切り出された装飾的な縁飾りや類似の物品によく用いられます。特にチベット美術においては、大きな作品の両端の組成が全く異なることが分析で明らかになるものもあります。アクアマニレは、ヨーロッパ世界とイスラム世界の両方で、典型的には真鍮で作られていました。

真鍮製アクアマニレ、ドイツ、ニーダーザクセン州、1250年頃

セメンテーション法は引き続き使用されたが、ヨーロッパとイスラム世界両方の文献には、上部が開いたるつぼで行われるより高温の液体プロセスのバリエーションについて記述されているようだ。[ 98 ]イスラムのセメンテーションでは、真鍮の製造に亜鉛鉱石ではなく、トゥティヤまたはトゥッティと呼ばれる酸化亜鉛が使用されたようで、鉄の不純物の少ない金属が得られた。[ 99 ]多くのイスラムの著述家と13世紀イタリアのマルコ・ポーロは、亜鉛鉱石から昇華によってこれが得られ、粘土または鉄の棒の上に凝縮された方法について記述しており、その考古学的例はイランのクシュで確認されている。[ 100 ]その後、それは真鍮の製造や医療目的に使用できた。10世紀イエメンのハムダニは、おそらく酸化亜鉛であるアル・イグリミヤを溶けた銅の表面に塗布するとトゥティヤ蒸気が発生し、それが金属と反応する様子を記述している。[ 101 ] 13世紀のイランの著述家アル＝カシャニは、トゥティヤをレーズンと混ぜて軽く焙煎し、溶融金属の表面に加えるという、より複雑な工程について記述している。この時点で仮の蓋が取り付けられたと考えられるのは、亜鉛蒸気の放出を最小限に抑えるためである。[ 102 ]

ヨーロッパでは、蓋の開いたるつぼを用いた同様の液体処理が行われていましたが、ローマの製法よりも効率が悪かったと考えられています。13世紀のアルベルトゥス・マグヌスが「トゥッティ」という用語を使用したことから、イスラム技術の影響があったことが示唆されます。[ 103 ] 12世紀のドイツの修道士テオフィロスは、予熱したるつぼにカラミン粉末と木炭を6分の1まで入れ、次に銅と木炭を上乗せして溶かし、かき混ぜてから再び満たす方法について記述しています。最終製品は鋳造され、再びカラミンで溶解されます。この2回目の溶解は、より多くの亜鉛を吸収させるために、より低い温度で行われた可能性が示唆されています。[ 104 ]アルベルトゥス・マグヌスは、カラミンとトゥッティの両方の「力」が蒸発する可能性があることに気づき、粉末ガラスを加えることでガラスを金属に結合する膜を形成できることを記述しました。[ 105 ] ドイツの真鍮製造用のるつぼは、ドルトムントでは10世紀に、ゾーストとヴェストファーレン州のシュヴェルテでは13世紀頃に発見されており、テオフィロスの記述を裏付けている。これらのるつぼは上部が開いているが、ゾーストで発見された陶器の円盤は、亜鉛の蒸発を抑えるための蓋として使われていた可能性があり、内部には液体処理によって生じたスラグが付着していた可能性がある。[ 106 ]

アフリカ

12世紀の「イフェの青銅製頭部」、実際には「鉛を多く含んだ亜鉛真鍮」製

アフリカ美術で最も有名な作品の一つに、西アフリカのロストワックス鋳造品（主に現在のナイジェリア）があります。これらは、まずイフェ王国、次いでベニン帝国によって制作されました。通常は「ブロ​​ンズ」と分類されますが、現在主に大英博物館をはじめとする西洋のコレクションに収蔵されているベニン・ブロンズや、同じく大英博物館所蔵の「重鉛亜鉛真鍮」製のイフェ出土ブロンズ頭部やイディア女王ブロンズ頭部といった大型肖像頭部は、組成は様々ですが、真鍮と分類するのが適切です。[ 107 ] 真鍮やブロンズを使った作品は、ベニン美術やアカン族の金錘など、他の西アフリカの伝統においても重要な位置を占めていました。アカ​​ン族では、金属はヨーロッパよりも価値の高い素材とみなされていました。真鍮製のマニラ（貨幣）ブレスレットも、 20世紀まで西アフリカ全域で交換手段として使用されていました。 [ 108 ] [ 109 ]

ルネサンスと中世以降のヨーロッパ

ルネサンス期には、ヨーロッパにおける真鍮製造の理論と実践の両方に大きな変化が見られました。15世紀には、ドイツのツヴィッカウで蓋付きのセメント坩堝が再び使用されたという証拠があります。[ 110 ]これらの大型坩堝は約20kgの真鍮を生産することができました。[ 111 ]内部にはスラグと金属片の痕跡が見られます。それらの不規則な組成は、このプロセスが低温で、完全に液体ではなかったことを示唆しています。[ 112 ]坩堝の蓋には小さな穴が開いており、プロセスの終盤で粘土の栓で塞がれました。これはおそらく、最終段階での亜鉛の吸収を最大化するためだったのでしょう。 [ 113 ]その後、鋳造用の真鍮を溶解するために三角形の坩堝が使用されました。[ 114 ]

16世紀の技術評論家、例えばビリンゴッチョ、エルカー、アグリコラなどは、様々なセメンテーション法による真鍮製造技術を記述し、銅が真鍮に変化するにつれて重くなり、カラミンを加えるとより金色になることを指摘することで、そのプロセスの本質への理解に近づきました。[ 115 ]亜鉛もまた、より一般的に使用されるようになりました。1513年までに、インドと中国から金属亜鉛のインゴットがロンドンに到着し、ドイツのランメルスベルクの炉の煙道で凝縮された亜鉛のペレットは、1550年頃からセメンテーション法による真鍮製造に利用されました。[ 116 ]

やがて、金属亜鉛を銅と合金にして真鍮を作ることができることが発見され、このプロセスはスペルタリングと呼ばれました。[ 117 ]そして1657年までに、ドイツの化学者ヨハン・グラウバーはカラミンが「溶けない亜鉛に他ならない」こと、そして亜鉛が「半熟金属」であることを認識しました。[ 118 ]しかし、1530年にイギリスで発見されたワイトマン真鍮の記念碑のような、それ以前の高亜鉛・低鉄の真鍮は、銅と亜鉛を合金にして作られた可能性があり、中国の亜鉛インゴットに見られるものと同様の微量のカドミウムを含んでいます。 [ 117 ]

しかし、セメンテーション法は放棄されたわけではなく、19世紀初頭には、ドーム型炉で約900〜950℃で最大10時間続く固体セメンテーションの記述があります。 [ 119 ]ヨーロッパの真鍮産業は、鍋などの製品の製造に16世紀に水力ハンマーが導入されるなどの革新に支えられて、中世以降の時代にも繁栄し続けました。[ 120 ] 1559年までに、ドイツの都市アーヘンだけで、年間300,000 cwtの真鍮を生産することができました。 [ 120 ] 16世紀と17世紀に数回の失敗の後、新しい石炭を燃料とする反射炉で精錬された安価な銅の豊富な供給を利用して、イギリスでも真鍮産業が確立されました。[ 121 ] 1723年、ブリストルの真鍮製造業者ネヘミア・チャンピオンは、溶けた金属を冷水に注ぐことで製造される粒状銅の使用に関する特許を取得しました。 [ 122 ]これにより銅の表面積が増加し、反応が促進され、この新技術により最大33重量%の亜鉛含有量が報告されました。[ 123 ]

1738年、ネヘミアの息子ウィリアム・チャンピオンは、金属亜鉛を初めて工業規模で蒸留する技術の特許を取得しました。この技術は「英国式蒸留法」または「英国式蒸留法」として知られています。[ 124 ] [ 125 ]この地元産の亜鉛は精錬に使用され、真鍮の亜鉛含有量をより厳密に制御できるようになりました。また、セメント法では製造が困難または不可能であった高亜鉛銅合金の製造を可能にし、科学機器、時計、真鍮ボタン、コスチュームジュエリーなどの高価な製品に使用されました。[ 126 ]しかし、チャンピオンはより安価なカラミンセメント法を用いて亜鉛含有量の低い真鍮を製造し続けました。[ 126 ]ウォームリーにある彼の工場では、蜂の巣のような形のセメント炉の考古学的遺跡が確認されています。[ 127 ]

18世紀中期から後半にかけて、ベルギーのジョン・ジャック・ドニーの水平炉などの安価な亜鉛蒸留法の開発や亜鉛に対する関税の引き下げ[ 128 ] 、耐腐食性の高い高亜鉛合金の需要の増加により、スペルタリングの人気が高まり、その結果、19世紀中期までにセメンテーションはほとんど放棄されました[ 129 ] 。

インドのシロヒ剣（西暦16～19世紀）の柄は真鍮で作られていました。

参照

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一般的な参考文献

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  • マルティノン・トーレス, M.; レーレン, T. (2002). 「アグリコラとツヴィッカウ：南東ドイツにおけるルネサンス期の真鍮生産の理論と実践」.ヒストリカル・メタラージー. 36 (2): 95– 111.
  • Rehren, T. および Martinon Torres, M. (2008)「Naturam ars imitate: European brassmaking between craft and science.」 Martinon-Torres, M. および Rehren, T. (編著) 『考古学、歴史、科学：古代資料への統合的アプローチ』レフト・コースト・プレス
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