アルミニウムは世界で最も豊富な金属であり、地球の地殻の8%を占める3番目に多い元素です。アルミニウムはその汎用性の高さから、鉄鋼に次いで最も広く使われている金属となっています。

アルミニウムの生産

アルミニウムはボーキサイトという鉱物から作られる。ボーキサイトはバイヤー法によって酸化アルミニウム（アルミナ）に変換される。その後、アルミナは電解槽とホール・エルー法を用いて金属アルミニウムに変換される。

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。そのうち約2,200万トンが新規アルミニウム、700万トンがリサイクルアルミニウムスクラップです。リサイクルアルミニウムの利用は、経済的にも環境的にも非常に魅力的です。新規アルミニウム1トンを生産するには14,000kWhのエネルギーが必要ですが、アルミニウム1トンを再溶解してリサイクルするには、そのわずか5%のエネルギーしか必要ありません。新品アルミニウム合金とリサイクルアルミニウム合金の品質に違いはありません。

アルミニウムの用途

純粋なアルミニウムアルミニウムは柔らかく、延性があり、耐腐食性に優れ、電気伝導率も高い。箔や導体ケーブルに広く用いられているが、他の用途に必要な強度を高めるには、他の元素との合金化が必要となる。アルミニウムは最も軽量な工業用金属の一つであり、強度対重量比は鋼鉄を凌駕する。

アルミニウムは、強度、軽量性、耐食性、リサイクル性、成形性といった優れた特性を様々な組み合わせで活用することで、ますます多くの用途で利用されるようになっている。その製品群は、構造材料から薄い包装用箔まで多岐にわたる。

合金の名称

アルミニウムは、銅、亜鉛、マグネシウム、ケイ素、マンガン、リチウムと合金化されるのが一般的である。クロム、チタン、ジルコニウム、鉛、ビスマス、ニッケルを少量添加することもあり、鉄は必ず少量含まれている。

鍛造合金は300種類以上あり、そのうち50種類が一般的に使用されています。これらは通常、米国で発祥し、現在では世界的に受け入れられている4桁の数字で識別されます。表1は、鍛造合金の識別システムを示しています。鋳造合金も同様の識別方法を用い、5桁の数字を使用します。

表1鍛造アルミニウム合金の規格。

1XXXと表記される非合金鍛造アルミニウム合金の場合、末尾の2桁は金属の純度を表します。これは、アルミニウムの純度を小数点以下0.01パーセント単位で表した場合の、小数点以下の2桁に相当します。2桁目は不純物許容値の変更を示します。2桁目がゼロの場合は、不純物許容値が自然な非合金アルミニウムであることを示し、1～9の場合は、個々の不純物または合金元素を示します。

2XXXから8XXXまでのグループでは、最後の2桁がそのグループ内の異なるアルミニウム合金を識別します。2桁目は合金の改良を示します。2桁目が0の場合は元の合金、1から9までの整数は連続する合金の改良を示します。

アルミニウムの物理的性質

アルミニウムの密度

アルミニウムは鋼鉄や銅の約3分の1の密度を持ち、市販されている金属の中で最も軽量なものの1つです。その結果、強度対重量比が非常に高いため、特に輸送業界において、積載量の増加や燃料消費量の削減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低い。しかし、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ことで、アルミニウムの強度特性を向上させ、特定の用途に合わせた特性を持つ合金を作り出すことができる。

アルミニウム低温環境に適している。鋼鉄に比べて、引張強度が温度低下とともに増加し、靭性も維持されるという利点がある。一方、鋼鉄は低温では脆くなる。

アルミニウムの耐食性

アルミニウムは空気に触れると、ほぼ瞬時に酸化アルミニウムの層が表面に形成される。この層は優れた耐腐食性を持ち、ほとんどの酸に対しては比較的強い耐性を示すが、アルカリに対してはそれほど強くない。

アルミニウムの熱伝導率

アルミニウムの熱伝導率は鋼鉄の約3倍です。このため、アルミニウムは熱交換器などの冷却・加熱用途において重要な材料となっています。さらに無毒であることから、調理器具やキッチン用品にも広く使用されています。

アルミニウムの電気伝導率

銅と同様に、アルミニウムも電気伝導体として使用できるほど高い電気伝導率を有している。一般的に使用されている導電性合金（1350）の伝導率は焼きなまし銅の約62%に過ぎないが、重量は銅のわずか3分の1であるため、同じ重量の銅と比較すると2倍の電気を伝導することができる。

アルミニウムの反射率

紫外線から赤外線まで、アルミニウムは放射エネルギーの優れた反射体です。可視光の反射率は約80%で、照明器具に広く使用されています。同じ反射特性により、アルミニウム夏は太陽光線から保護する断熱材として理想的であり、冬は熱損失を防ぐ断熱材として機能します。

表2アルミニウムの特性。

アルミニウムの機械的特性

アルミニウムは、破損することなく大きく変形させることができる。そのため、圧延、押出、引抜き、機械加工などの機械加工によって成形することが可能である。また、高精度な鋳造も可能である。

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る。

純アルミニウムの引張強度は約90MPaですが、熱処理可能な合金では690MPa以上にまで高めることができます。

アルミニウム規格

旧規格BS1470は、9つのEN規格に置き換えられました。EN規格は表4に示されています。

表4。アルミニウムに関するEN規格

EN規格は、旧規格であるBS1470と以下の点で異なっています。

• 化学組成は変更なし。
• 合金番号体系は変更なし。
• 熱処理可能な合金の調質記号は、より幅広い特殊な調質を網羅するようになりました。非標準的な用途向けに、Tの後に最大4桁の数字が導入されています（例：T6151）。
• 熱処理不可能な合金の調質記号 – 既存の調質記号は変更されていませんが、調質記号の作成方法に関して、より包括的な定義が加えられました。軟質（O）調質記号はH111となり、中間調質記号H112が導入されました。合金5251の場合、調質記号はH32/H34/H36/H38（H22/H24などと同等）として表示されます。H19/H22およびH24は別々に表示されます。
• 機械的特性は、以前の数値とほぼ同じです。試験証明書には、0.2%耐力値を記載する必要があります。
• 公差は様々な程度に厳しくなっている。
  

  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施すことができる。

  • 均質化とは、鋳造後に加熱することによって偏析を除去することである。
  • 焼きなまし – 冷間加工後に加工硬化合金（1XXX、3XXX、5XXX）を軟化させるために使用される。
  • 析出硬化または時効硬化（合金2XXX、6XXX、7XXX）。
  • 析出硬化型合金の時効処理前の固溶化熱処理。
  • 塗料の硬化のための焼却
  • 熱処理後、指定番号に接尾辞が追加されます。
  • 接尾辞のFは「製造されたまま」を意味します。
  • Oは「焼きなまし加工品」を意味します。
  • Tは「熱処理済み」であることを意味します。
  • Wは、材料が固溶化熱処理されていることを意味します。
  • Hは、熱処理不可能な合金で、「冷間加工」または「加工硬化」が施されたものを指します。
  • 熱処理不可能な合金は、3XXX、4XXX、および5XXXグループに属する合金である。