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。アルミニウムは汎用性が高いため、鉄に次いで最も広く使用されている金属です。

アルミニウムの生産

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ヤー法によって酸化アルミニウム（アルミナ）に変換されます。その後、アルミナは電解槽とホール・エルー法によって金属アルミニウムに変換されます。

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。そのうち約2,200万トンは新アルミニウム、700万トンはリサイクルされた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魅力的です。新アルミニウム1トンを生産するには14,000kWhの電力が必要です。一方、1トンのアルミニウムを再溶解してリサイクルするには、この電力のわずか5%しかかかりません。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、耐腐食性があり、高い導電性を備えています。箔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、他の元素との合金化が必要です。アルミニウムは最も軽量なエンジニアリングメタルの一つであり、強度対重量比は鋼鉄を上回っています。

アルミニウムは、強度、軽量性、耐腐食性、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に利用されています。その製品は、構造材料から薄型包装箔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、リチウムとの合金化が最も一般的です。また、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、鉄は常に少量含まれています。

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、現在では世界的に認められている4桁の番号体系で識別されます。表1は鍛造合金の番号体系を説明しています。鋳造合金も同様の名称で、5桁の番号体系が用いられます。

表1.鍛造アルミニウム合金の名称。

1XXXで示される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。これは、アルミニウムの純度を0.01%単位で表す場合の小数点以下の最後の2桁に相当します。2桁目は不純物の許容値の変更を示します。2桁目が0の場合、天然の不純物許容値を持つ非合金アルミニウムを示し、1から9は個々の不純物または合金元素を示します。

2XXXから8XXXのグループでは、最後の2桁の数字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桁目の数字は合金の改良を示します。2桁目の数字が0の場合は元の合金を示し、1から9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特性

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量な金属の一つです。その結果、高い強度と重量比を実現し、特に輸送業界において積載量の増加や燃料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。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高め、特定の用途に適した特性を持つ合金を作ることができます。

アルミニウム寒冷環境に適しています。鋼鉄に比べて、温度低下に伴い引張強度が上昇し、靭性も維持されるという利点があります。一方、鋼鉄は低温では脆くなります。

アルミニウムの耐食性

アルミニウムは空気にさらされると、ほぼ瞬時に表面に酸化アルミニウムの層を形成します。この層は優れた耐腐食性を有し、ほとんどの酸に対しては比較的耐性がありますが、アルカリに対してはそれほど耐性がありません。

アルミニウムの熱伝導率

アルミニウムの熱伝導率は鋼鉄の約3倍です。そのため、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。この特性に加え、無毒性であることから、調理器具や台所用品に広く使用されています。

アルミニウムの電気伝導性

銅と同様に、アルミニウムは導電体として使用できるほど高い電気伝導率を有しています。一般的に使用されている導電合金（1350）の導電率は焼鈍銅の約62%に過ぎませんが、重量は3分の1であるため、同じ重量の銅と比較して2倍の電気伝導率を有します。

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。可視光線の反射率は約80%と高く、照明器具に広く使用されています。この反射特性により、アルミニウム夏には太陽光線から保護し、冬に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特性

アルミニウムは、破損することなく大きな変形が可能です。そのため、圧延、押し出し、引抜、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す。また、高い公差で鋳造することも可能です。

合金化、冷間加工、熱処理はすべて、アルミニウムの特性をカスタマイズするために利用できます。

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

アルミニウム規格

旧BS1470規格は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.アルミニウムのEN規格

EN 規格は、以下の点で旧規格 BS1470 と異なります。

• 化学組成 – 変更なし。
• 合金番号体系 – 変更なし。
• 熱処理可能な合金の焼き入れ度表示は、より広範囲の特殊焼き入れ度をカバーしています。非標準用途向けに、「T」の後に最大4桁の数字が追加されました（例：T6151）。
• 熱処理不可合金の焼き戻し表示 – 既存の焼き戻し表示は変更ありませんが、焼き戻し方法に関してより包括的な定義が行われました。軟質（O）焼き戻しはH111となり、中間の焼き戻しとしてH112が導入されました。合金5251の焼き戻しはH32/H34/H36/H38（H22/H24などに相当）と表示されます。H19/H22とH24はそれぞれ別々に表示されます。
• 機械的特性 – 以前の数値と同様です。試験証明書には 0.2% 耐力が記載される必要があります。
• 許容範囲はさまざまな程度まで厳しくなっています。
  

  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。
  • 焼鈍し - 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ます。
  • 析出硬化または時効硬化（合金 2XXX、6XXX、および 7XXX）。
  • 析出硬化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付け
  • 熱処理後、指定番号に接尾辞が追加されます。
  • 接尾辞 F は「製造されたままの」という意味です。
  • Oは「焼鈍加工製品」を意味します。
  • Tは「熱処理」されていることを意味します。
  • W は材料が溶体化熱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。
  • 熱処理が不可能な合金は、3XXX、4XXX、および 5XXX グループの合金です。