アルミニウムは世界で最も豊富な金属であり、地殻の 8% を構成する 3 番目に一般的な元素です。アルミニウムは多用途性があるため、鋼に次いで最も広く使用されている金属となっています。

アルミニウムの製造

アルミニウムは鉱物ボーキサイトから得られます。ボーキサイトは、バイエル法によって酸化アルミニウム (アルミナ) に変換されます。次に、アルミナは、電解槽とホール・エルー法を使用してアルミニウム金属に変換されます。

アルミニウムの年間需要

世界のアルミニウム需要は年間約 2,900 万トンです。約2,200万トンが新品アルミニウム、700万トンがリサイクルアルミニウムスクラップです。リサイクルされたアルミニウムの使用は、経済的にも環境的にも魅力的です。新しいアルミニウムを1トン生産するには14,000kWhが必要です。逆に、1 トンのアルミニウムを再溶解してリサイクルするのに必要な量は、このうちわずか 5% です。バージンアルミニウム合金とリサイクルアルミニウム合金の間に品質の違いはありません。

アルミニウムの用途

純粋なアルミニウム柔らかく、延性があり、耐食性があり、高い導電性を持っています。フォイルケーブルや導体ケーブルに広く使用されていますが、他の用途に必要な高い強度を得るには、他の元素と合金化する必要があります。アルミニウムは最も軽量なエンジニアリング金属の 1 つであり、重量比強度がスチールよりも優れています。

アルミニウムは、強度、軽さ、耐食性、リサイクル性、成形性などの優れた特性をさまざまに組み合わせて利用することにより、ますます多くの用途で使用されています。この一連の製品は、構造材料から薄い包装用ホイルまで多岐にわたります。

合金の名称

アルミニウムは、銅、亜鉛、マグネシウム、シリコン、マンガン、リチウムと合金化されるのが最も一般的です。クロム、チタン、ジルコニウム、鉛、ビスマス、ニッケルも少量添加されており、鉄も常に少量で存在します。

300 を超える精錬合金があり、そのうちの 50 が一般的に使用されています。これらは通常、米国で生まれ、現在では広く受け入れられている 4 桁のシステムによって識別されます。表 1 は、鍛造合金のシステムを説明しています。鋳造合金にも同様の名称があり、5 桁のシステムが使用されます。

表1.鍛造アルミニウム合金の名称。

1XXX と指定された非合金鍛造アルミニウム合金の場合、最後の 2 桁は金属の純度を表します。アルミニウムの純度を0.01パーセント単位で表した場合の小数点以下2桁に相当します。 2 番目の桁は、不純物制限の変更を示します。 2 番目の桁が 0 の場合は、自然不純物制限のある非合金アルミニウムを示し、1 ～ 9 は個別の不純物または合金元素を示します。

2XXX ～ 8XXX グループの場合、最後の 2 桁はグループ内の異なるアルミニウム合金を識別します。 2 桁目は合金の修飾を示します。 2 番目の桁のゼロは元の合金を示し、整数 1 ～ 9 は連続した合金の変更を示します。

アルミニウムの物性

アルミニウムの密度

アルミニウムの密度は鋼鉄や銅の約 3 分の 1 であり、市販されている金属の中で最も軽いものの 1 つです。結果として得られる高い強度対重量比により、特に輸送産業において積載量の増加や燃料の節約を可能にする重要な構造材料となっています。

アルミニウムの強度

純アルミニウムは引張強度が高くありません。ただし、マンガン、シリコン、銅、マグネシウムなどの合金元素を添加すると、アルミニウムの強度特性が向上し、特定の用途に合わせた特性を備えた合金を生成できます。

アルミニウム寒い環境によく適しています。靭性を維持しながら、温度の低下とともに引張強さが増加するという点で、鋼よりも利点があります。一方、鋼は低温では脆くなります。

アルミニウムの耐食性

空気にさらされると、ほぼ瞬時にアルミニウムの表面に酸化アルミニウムの層が形成されます。この層は優れた耐食性を持っています。ほとんどの酸に対してはかなり耐性がありますが、アルカリに対してはあまり耐性がありません。

アルミニウムの熱伝導率

アルミニウムの熱伝導率は鋼の約3倍です。このため、アルミニウムは熱交換器などの冷却および加熱用途の両方にとって重要な材料となっています。アルミニウムは無毒であるため、調理器具や台所用品に広く使用されています。

アルミニウムの導電率

アルミニウムは銅と同様に、導電体として使用できるほど高い導電率を持っています。一般的に使用される導電性合金 (1350) の導電率は焼きなまし銅の約 62% に過ぎませんが、重量はわずか 3 分の 1 であるため、同じ重量の銅と比較した場合、2 倍の電気を伝導できます。

アルミニウムの反射率

アルミニウムは、紫外線から赤外線まで、放射エネルギーの優れた反射材です。可視光線反射率が約80％と照明器具に広く使用されています。反射率の同じ特性により、アルミニウム夏は太陽光線を遮断し、冬は熱損失を防ぐ断熱材として最適です。

表 2.アルミニウムの特性。

アルミニウムの機械的性質

アルミニウムは破損することなく大幅に変形する可能性があります。これにより、圧延、押出、絞り、機械加工、その他の機械プロセスによってアルミニウムを形成することができます。高い許容範囲でキャストすることもできます。

合金化、冷間加工、熱処理はすべて、アルミニウムの特性を調整するために利用できます。

純アルミニウムの引張強さは約 90 MPa ですが、一部の熱処理可能な合金ではこれを 690 MPa 以上に高めることができます。

アルミニウム規格

古い BS1470 標準は 9 つの EN 標準に置き換えられました。 EN 規格を表 4 に示します。

表4.アルミニウムのEN規格

EN 規格は、次の点で古い規格 BS1470 と異なります。

• 化学組成 – 変化なし。
• 合金の番号付けシステム – 変更なし。
• 熱処理可能な合金の調質指定は、より広範囲の特殊な調質をカバーするようになりました。非標準アプリケーション (T6151 など) では、T の後に最大 4 桁が導入されています。
• 非熱処理合金の焼き戻し指定 - 既存の焼き戻しは変更されませんが、焼き戻しはその作成方法に関してより包括的に定義されるようになりました。ソフト (O) テンパーは H111 になり、中間のテンパー H112 が導入されました。合金 5251 の場合、焼き戻しは H32/H34/H36/H38 (H22/H24 などに相当) として表示されます。 H19/H22 および H24 が個別に表示されるようになりました。
• 機械的特性 – 以前の数値と同様のままです。 0.2% 耐力を試験証明書に記載する必要があります。
• 公差はさまざまな程度に厳格化されています。
  

  アルミニウムの熱処理

  アルミニウム合金にはさまざまな熱処理を適用できます。

  • 均質化 – 鋳造後の加熱による偏析の除去。
  • アニーリング – 加工硬化合金 (1XXX、3XXX、5XXX) を柔らかくするために冷間加工後に使用されます。
  • 析出または時効硬化 (合金 2XXX、6XXX、および 7XXX)。
  • 析出硬化型合金の時効前の溶体化熱処理。
  • コーティングの硬化のための焼き付け
  • 熱処理後は、指定番号に末尾が追加されます。
  • 接尾辞 F は「製造されたまま」を意味します。
  • ○は「焼鈍鍛造品」を意味します。
  • Tは「熱処理」が施されていることを意味します。
  • W は材料が溶体化処理されていることを意味します。
  • H は、「冷間加工」または「ひずみ硬化」された熱処理不可能な合金を指します。
  • 非熱処理合金は、3XXX、4XXX、および 5XXX グループに属する合金です。