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2021.10.13 | ブログ

材料解説シリーズ!~アルミニウム編~

おはようございます!本日は材料解説シリーズ、アルミニウム編です。
先日からちょこちょこと材料の解説記事を書いておりましたが、シリーズものにしてみようと思います!

必達試作人
必達試作人
精密加工の多工程品は大阪の株式会社アスクへ!

アルミニウムとは

アルミの試作品 アルミの試作品

アルミニウムはJIS記号ではAluminiumのAに続いて4桁の数字が付つくことで表されます。
合金の種類によって1000系から7000系まで番号がつけられています。

アルミニウムの最も大きな特徴はその軽さであり、鉄と比較して約1/3の密度となります。
軽さ以外にも多くの性質を持っており、様々な用途に使用され、非鉄金属の中では最も生産量の多いのがアルミニウムです。
ただし、私たちの身の回りで使われているアルミニウムはほとんどが合金として利用されており、1円硬貨のような純アルミニウムはむしろ稀な存在です。

アルミニウムの成分と性質

軽さ

たくさんの性質がある中でも最も特徴的なのが軽さです。
鉄と比較すると約1/3の2.7g/cm^3ほどであり、とても利用しやすい金属です。

アルミニウムを利用する上で利用価値が高いのは、活かして軽量化や効率化を図れることにあります。
実際、アルミニウムが工業製品として利用され始めたのは、航空機の軽量化を目的としたときに、アルミニウムの開発がすすめられたことが大きく関係しています。
今では人工衛星や新幹線、地下鉄に至るまで、広く使われています。

強さ

純アルミニウムでは強さはそれほどありませんが、添加する合金によっては強いアルミニウムになります。
中でも亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)を添加した7000系のA7075は炭素鋼のSS400を超える引っ張り強さがあります。

その他A2024、A2017は上位3品種でありジュラルミン系と呼ばれます。
しかし剛性の指標である縦弾性係数はどの品種でも鉄の1/3のままなので、同じ力が加わると鉄の3倍の変形量が生じます。

加工性

柔らかくて属性も高く、また切削の抵抗が小さく熱伝導性も優れ、切削熱を拡散できるためとても加工しやすい金属です。
一方で熱が逃げてしまうため、溶接性は炭素鋼と比べ劣ります。

耐食性

アルミニウムは大気中で酸素と結合し、不動態の酸化被膜を形成します。
酸化被膜は酸素と水分を遮断するため、とても優れた耐食性をもたらします。

ただ、何らかの影響で酸化被膜が消失したとき、アルミニウムの腐食が始まります。
さらに耐食性が必要な際は、表面処理としてアルマイト処理を行い、人工的に酸化被膜を形成することで耐食性を大きく向上させることができます。

他にも熱伝導性、金・銀・銅に次いで高い点や、膨張係数が高く温度変化に注意が必要な点、耐熱温度が低く200℃を超えると強さが急激に下がるなど多くの特徴があります。

アルミニウムの種類と特徴

1000系(純アルミニウム)

純度99.90%以上のアルミニウムを純アルミニウムと言います。
純度が高いため、熱伝導性や導電率、加工性、耐食性に優れるが強度が弱いため構造部品には用いることができません。
強度は純度が高くなるにつれ弱くなります。
外観は良いため、製品や生産設備のカバーの用途があります。

2000系(Al-Cu-Mg系)
A2017の試作品

銅が添加されているため強度が高くなっているが、一方で耐食性は悪くなっています。
海水などの腐食環境にさらされる場合には防食処理が必須になります。
A2017はジュラルミン、A2024は超ジュラルミンと呼ばれ、鋼材に匹敵する強度を持ちます。
加工性は良いが溶接性は悪いため、接合にはネジ固定やリベットが用いられます。

5000系(Al-Mg系)
A5052の試作品

5000系の代表格はA5052です。
強度と耐食性に加え、溶接性や加工性にも優れるため船舶材料や車両に多く用いられます。

6000系(Al-Mg-Si系)

マグネシウム(Mg)とシリコン(Si)が添加された合金であり、強度、加工性、耐食性、溶接加工性に優れた合金です。
特に押し出し加工性が良いので、板、棒Lアングルなど様々な形状のバリエーションに対応しています。
特に代表格のA6063は、優れた押し出し加工性から建築用のサッシに使われています。

7000系(Al-Zn-Mg系)

亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)を添加した合金であり、熱処理を行うとアルミ合金中で最も高強度の合金となります。
代表格であるA7075はSS400を超える強度があり、超々ジュラルミンと呼ばれます。
材料価格は高価ですが、その強度や加工性は魅力的であり、航空機やスポーツ用品に使用されます。

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株式会社アスク

【この記事の著者】

株式会社アスク 営業部

小ロット・小物部品の製作を手掛け、手のひらサイズの部品製作を得意としています。国家検定1級技能士が多数在籍し、一日でも早く製品をお届けするためお見積りの回答は最速1時間!
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