主な相違点 – 置換型合金と格子間合金
合金は、金属または金属と他の元素の混合物です。
合金には、置換型合金と格子間合金の2つの主なタイプがあります。
合金の製造に溶融金属を使用する場合、原子の大きさが形成される種類を決定します。
金属の原子の大きさが比較的似ている場合は置換型合金のタイプが形成されますが、一方のタイプの金属原子が他方のタイプより小さい場合は、格子間合金が形成されます。
置換型合金と格子間合金の大きな違いは、置換型合金がある金属原子を同じ大きさの別の金属原子に置き換えることで形成されるのに対し、格子間合金は金属格子の穴に小さい原子を挿入することで形成されることである。
置換合金とは何か
ある金属原子を、同じ大きさの別の金属原子に置き換えた合金のことです。
合金を形成するためには、2つの物質（金属）を混ぜ合わせる必要がある。
混合する物質の種類と大きさによって、形成される合金の種類が決まる場合があります。
置換型合金を形成するためには、2つの金属の原子が同じような大きさである必要があります。
図1: 純金属と置換型合金の比較
置換型合金は、原子交換機構によって形成される。
ある金属格子の金属原子が、もう一方の金属の金属原子で置換される。
しかし、この置換が起こるためには、2種類の金属原子が同じような大きさか、ほぼ同じ大きさである必要があります。
原子間の差の割合は15％以下であることが望ましい。
置換型合金としてよく知られているのはブロンズです。
ブロンズは銅と錫の金属を主成分とする合金です。
しかし、銅に他の元素を混ぜてブロンズにすることもあります。
そのような元素には、ヒ素、リン、アルミニウム、マンガン、シリコンなどがあります。
銅と錫の金属原子は、その大きさがほぼ同じです。
インタースティシャルアロイとは？
格子間合金とは、金属格子の穴に小さい原子を挿入して形成される金属合金のことである。
金属格子とは、正電荷を帯びたイオンと非局在化した外側の電子が巨大な格子を構成している金属構造のことである。
金属格子の穴に入ることができる小さな原子（半径の小さな原子）からなる物質と金属を混ぜると、格子間合金ができる。
図2: 純金属と格子間合金の比較
小さな原子の例としては、水素、炭素、ホウ素、窒素などがあります。
金属格子の穴は、金属原子と金属原子の間の空間です。
鉄は、格子間合金の好例です。
鉄は、鉄、炭素、およびいくつかの他の元素を含む金属合金です。
ここでは、小さな炭素原子が大きな鉄原子の間の空間を埋めている。
鉄はこのように密に詰まった構造をしているため、硬くて非常に強いのです。
格子間合金の形成は、格子間メカニズムによるものです。
ここで、ある種の原子は、他の種の原子よりかなり小さい。
これらの原子は非常に小さいので、置換型合金のように金属格子の原子を置き換えることはできません。
その代わり、金属格子の大きな原子の隙間に入り込んでしまう。
このような空間を「間隙（かんげき）」という。
Substitutional Alloy と Interstitial Alloy の違い
定義
置換型合金。
ある金属原子を同じ大きさの別の金属原子に置き換えることによって形成される合金。
格子間合金。
金属格子の穴に、より小さな原子を挿入して形成される合金。
原子の大きさ
置換型合金。
原子の大きさが似ている、またはほぼ同じ金属原子を含む合金。
格子間合金。
大きな金属原子と小さな異なる元素の原子を含む合金。
形成のメカニズム
置換型合金。
置換型合金は、原子交換機構によって形成される。
格子間合金。
格子間合金：格子間メカニズムにより形成される。
例
置換型合金。
置換型合金の有名な例として青銅があります。
格子間合金。
鋼は格子間合金です。
結論
合金とは、2種類以上の金属成分を他の化合物とともに混合して形成される物質です。
合金の成り立ちから、置換型合金と格子間合金の2種類があります。
置換型合金と格子間合金の主な違いは、置換型合金はある金属原子を同じ大きさの別の金属原子に置き換えることによって形成されるのに対し、格子間合金は金属格子の穴に小さい原子を挿入することによって形成されることである。
