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アルミ合金の種類や特徴、用途について詳しく解説【専門家が語る】適切なアルミ番がわかります!

アルミ | 2021年04月22日

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アルミホイルやアルミ缶など、私たちの生活には身近で欠かせないアルミニウム。

そんなアルミニウム製品ですが、実は純粋なアルミニウムのみで作られているものだけではなく、他の金属と混ぜ合わせた「アルミニウム合金(アルミ合金)」でも作られているとご存じでしょうか?

今回は、アルミ合金について解説します。

アルミ材の選び方!

アルミ材をどういう基準で選べばいいのかを簡単に動画で解説しています!3分程度でサクッと見れるので、お時間が無い方はぜひ!

アルミ合金とは

合金とは2種類以上の金属を混合した材料や、少量の非金属が加えられた金属的な性質をもつ材料を示します。

なぜ金属を混ぜ合わせて、「合金」を作るのでしょうか。

それは、一種類では加工時に材料としての条件が揃わないものでも二種類以上の金属を混ぜ合わせる事によって、剛性・耐熱等の条件が揃った金属として扱うことができるからです。

アルミといえば、軽い・熱が伝わりやすい・加工しやすいなどの特長があります。

しかしながらその一方で、柔らかいため傷がつきやすい・強度も鉄よりは劣る、などの面も持ち合わせています。

そこで、銅やマグネシウムなどの金属や、ケイ素(シリコン)などと合わせることによって、より強く、より軽く、より熱が伝わりやすい材質を作り出すことが可能になりました。

アルミ合金の種類とその特徴、用途

一般に、アルミ合金には国際アルミニウム合金名が使用され、JIS(日本産業規格)においても、4桁の数字からなる国際アルミニウム合金名がアルミ合金の名前の一部に取り入れられています。

それぞれNo.1000ごとに混合されている物質が異なり、その番号で何の物質との合金なのか判断することが出来ます。

それでは、No.1000ごとに性質と用途を見ていきましょう。

No.1000~【純アルミニウム】

工業用の純アルミニウム。成分の99%がアルミニウム(Al)で構成されています。

アルミの純度が高いので、加工性・耐食性(錆びにくい・酸化しにくい)・熱・電気伝導性などに優れていますが、強度が低い為、構造材料には適していません。

強度がそれほど必要ではない部材や部品に使用されることが多く、アルミの中でも熱処理をせずに用いることの多い非熱処理型の材料です。

【用途】

家庭用品、電気器具、送配電用材料、放熱材、化学工業タンク など

No.2000~【Al-Cu系】アルミニウム+銅

銅(Cu)を加えた合金。鉄鋼材料に匹敵する強度を持ち、熱処理型で調質することでさらに強度が向上します。高強度のアルミ合金として航空機部材として有名なジュラルミンや超ジュラルミンがあります。

銅を含むと強度が向上する一方で、多く含むと耐食性は低下します。また、切削性には優れますが溶接性に難があり組みつけをする場合に多くは機械的方法をとったり、溶接でも抵抗スポット溶接が使われます。

【用途】

航空機用部材、ねじ・ギア部品、成形用金型、油圧部品 など

No.3000~【Al-Mn系】アルミニウム+マンガン

マンガン(Mn)を加えた合金。純アルミニウムの加工性・耐食性を低下させずに、強度を少し上げたものです。

器物、建材、容器などに広い用途があります。さらにマグネシウムを加えることで、より強度を増すことも可能です。

【用途】

建築用部材、屋根材、アルミ缶、電球口金など

No.4000~【Al-Si系】アルミニウム+ケイ素

ケイ素(Si)シリコンを加えた合金。シリコンを加えることで熱膨張率が抑えられ、耐摩耗性も上がります。

耐熱性にも優れるため、鍛造されてピストンなどで使われたり、他のアルミ合金よりも融点が低い為、溶接溶加材などでも使われています。

【用途】

ピストン、シリンダーヘッド、溶接線 など

No.5000~【Al-Mg系】アルミニウム+マグネシウム

マグネシウム(Mg)を加えた合金。強度と耐食性、溶接性が向上します。マグネシウム量の少ないものは装飾用や器物用に、多いものは船舶、車両、化学プラントなどの構造材として使用されます。

加えるマグネシウム量の幅が広いため、比較的種類が多く用途が広い点が特徴です。

【用途】

調理器具、燃料タンク、建築用内外装、反射板など

No.6000~【Al-Mg-Si系】アルミニウム+マグネシウム+ケイ素

マグネシウムとシリコンを加えた合金。強度・耐食性に優れるため、構造材料としても使われます。

溶接には弱く、アルミの長所の熱伝導率の関係で、溶接個所や周辺部位にまで熱による強度低下が起きるため、ボルトやナットなどの機械的な接合を用いられることが多い材料です。

また、経年損傷に強く、押し出し性にも優れます。

このことから建築用のサッシなどに使われます。少量の銅を加えることで耐力を向上させた種類もあります。

【用途】

車両・船舶など輸送構造部材、建築用サッシ、ドアなど

No.7000~【Al-Zn-Mg系】アルミニウム+亜鉛+マグネシウム

亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)を加えた合金。

熱処理により現存するアルミ合金の中で、最も高い強度を誇ります。

日本で開発された超々ジュラルミンの名で知られる7075合金は、航空機やスポーツ用品などに使用されています。

また、大きく分けるとAl-Zn-Mg-Cn系合金とAl-Zn-Mg系合金があります。

溶接にも優れていますが、熱処理が不十分の場合には経年損傷を生じる場合があるので、注意が必要です。

【用途】

スポーツ用品、金型部材、車軸 など

No.8000~【その他 Li添加系など】アルミニウム+リチウムなど

No.1000~7000のどの合金系にも属さないその他の材料で、主な合金は低密度材・高剛性として開発されたAl-Li系合金などがあります。

高剛性のアルミ合金として、航空機の材料としても使用されています。

その他にも鉄(Fe)を添加することによって強度と圧延加工性を付与した

アルミはく用合金が電気通信用や包装用として使用されています。

【用途】

食品包装材、医療用包装、アルミキャップなど

それぞれのアルミ合金の比重と融点について

アルミ合金の種類と特徴、用途がわかったところで、次はアルミ合金の比重(密度)と融点についてご紹介します。設計段階や試作段階でアルミニウム合金の素材を選ぶ際に、用途や性能向上のためにも、比重や融点を知っておくと役に立つのではないでしょうか。

アルミの比重

アルミニウムの比重(密度)は2.7mg/cm3(20℃)です。鉄の比重は7.8mg/cm3(20℃)で銅は8.9mg/cm3(20℃)なので、同じ体積ではアルミが1/3ほど軽いため、部品や筐体・ボディをアルミで軽量化することにより、製品の性能を向上させることができます。

例えば、機械の高速回転や摺動部品をアルミで軽量化すれば、作業効率をアップさせることが可能です。また輸送分野でも、自動車や船舶、鉄道車両、航空機などのボディや部品をアルミで軽量化すれば、エネルギー効率がアップできます。

アルミの融点

アルミニウムは、他の金属を加えて合金にすることにより、高い強度を得るという利点がありますが、鋼などと比べると溶接や溶断が難しくなるという難点もあります。

純アルミニウムの融点は約660℃、沸点は2470℃です。

金属材料の中でアルミはかなり融点が低く、Al2O3(非晶質アルミナ)の膜ができて周囲のガス吸収を遮断し湯流れしやすいため、鋳造性は良いといえます。

鋳造加工する場合などは融点の660℃で事足りますが、真空蒸着などの加工をする場合は沸点の2470℃程度まで温度を上げる必要があります。

引用元:材料屋ドットコム

*引張強さ・耐力:N/mm2 硬さ:ビッカース硬さ(Hv) 比重:g/cm3 溶解温度:℃

No.1000~

工業用の純アルミニウムであるNo.1000番台は、アルミニウムの成分が99%からどのくらい多いかにもよりますが、1000系アルミ合金の融点は約 643~657℃くらいになります。

No.1000番台の比重は、2.7~2.71mg/cm3(20℃)になります。

No.2000~

ジュラルミンや超ジュラルミンなどに代表されるNo.2000番台のアルミ合金は、アルミに銅(Cu)とマグネシウム(Mg)を添加した合金です。

この2000系アルミ合金の融点は、約502~640℃ほどで、比重は、2.58~2.84mg/cm3(20℃)になります。

No.3000~

アルミにマンガン(Mn)を加えたNo.3000番台のアルミ合金の融点は、約629~654℃程度になります。

3000系アルミ合金の比重は2.72~2.73mg/cm3(20℃)です。

No.4000~

アルミにケイ素(Si)シリコンを加えて作られたNo.4000番台のアルミ合金の融点は、532~571℃になります。

4000系アルミ合金の比重は、A4032で約2.68mg/cm3(20℃)です。

No.5000~

アルミにマグネシウム(Mg)を添加されて作られた5000系アルミ合金の融点は、約568~652℃ほどになります。

5000系アルミ合金の融点は比重は、2.64~2.702mg/cm3(20℃)です。

No.6000~

マグネシウムとシリコンをアルミに加えて作られた6000系アルミ合金の融点は、約582~655℃です。

6000系アルミ合金の融点は比重は2.69~2.70mg/cm3(20℃)になります。

No.7000~

アルミにマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)を加えて作ったNo.7000番台のアルミ合金の融点は、約477~635℃ほどです。

7000系アルミ合金の比重は2.80mg/cm3(20℃)ほどです。

No.8000~

Al-Li系合金などに代表される8000系アルミ合金は、No.1000~No.7000番台に属さない他の材料との合金になります。そのため、融点も比重も一定の範囲に収まりません。主な8000系アルミ合金の比重を参考までに挙げておきます。

・A8021-2.73mg/cm3(20℃)

・A8079-2.72mg/cm3(20℃)

・A8090-2.54mg/cm3(20℃)

アルマイトについて

アルマイトとは陽極酸化処理とも言い、硫酸や硝酸などの強酸性の電解液で、アルミニウムの表面を電解処理し、人工的に薄い酸化被膜を形成する表面処理のことです。アルマイトの主成分は非晶質アルミナ(Al2O3)になります。

元々アルミニウムは酸素と結びついて酸化しやすく、表面に薄い酸化膜を形成するため、保護され錆にくいですが、自然に形成される酸化被膜では薄いため、環境によっては錆びてしまいます。

そこで、人工的に酸化膜を作って保護膜を厚くし、アルミニウムの耐食性をさらに高めるため、アルマイトが活用されるのです。

アルマイトによって、アルミニウムの耐摩耗性も高くなり、傷もつきにくいため美観も良くなります。

アルマイトのメリット

アルマイトの主なメリットをまとめると、次の通りです。

・耐食性

・耐摩耗性

・美観性

・絶縁性

・放熱性

アルマイトのデメリット

アルマイトのデメリットは、耐久性に優れていますが、強い酸やアルカリには弱く、溶解・腐食しやすい面があります。加えて、イオン化しやすいため、海水などの塩分の強い水溶液にさらされたり、湿度の高い状態で鉄や銅などに接触すると、腐食しやすくなります。

また、アルマイトは柔軟性に欠けるため、アルマイト処理後に曲げたり加工したりした場合や素材が熱膨張する100℃を超えた環境下では、アルマイト被膜にクラックや剥がれが発生しやすいです。

アルマイトの用途

アルマイトが使われている製品は、身近なところで弁当箱・やかん・鍋などです。他にも、建材・光学部品・電車・航空機の内装品・自動車部品・光学部品・半導体部品・照明機器・医療機器・各種のネームプレート・化粧板など幅広い使い道があります。

アルミ合金の1000~8000まで簡単に説明しましたがその中にも数多くの種類があり、私たちの生活の中で活躍しています。

合金は元素の組み合わせや比率を変えることで、無限の可能性が生まれるので、これからも更に発展していくことでしょう。

アルミに関する金属加工のお見積りをご検討中の方は、Mitsuriにご相談ください。全国250社のパートナー工場から適切な工場をご紹介させていただきます。

お見積りは無料です。下の赤いボタンをクリックして、お気軽にお問い合わせください。

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