アルミの基礎情報を発信します!

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アルミの基礎・基本的な情報を丁寧に解説する・配信するページです。


『アルミの材質について』
アルミの材質は1000番~7000番まであります。
1000桁単位の数字によって添加する金属が違い、それぞれの特徴があります。


①1000番系(A1050、A1100)
1000番系の材質は純アルミと呼ばれます。(純度99%以上)
※A1050は純度99.5%以上、A1100は純度99%以上のものとなります。

(特徴)
電気・熱伝導性、加工性、表面処理性、耐食性などアルミの特性を活かせる材質です。
しかし強度は他の材質と比べると劣ります。
一般材料としてはA1050、A1100の板材などがあります。

(用途)
熱交換器、化学工業タンク、電気機器などに利用されています。



②2000番系(A2017 A2024)
2000番のアルミ材は銅を添加した合金でジュラルミンと呼ばれます。

(特徴)
高い強度を持っております。 ただし銅を添加しているため酸化しやすく、耐食性が低いのも特徴です。
代表的なのがA2017,A2024で、前者がジュラルミン、後者が超ジュラルミンです。



③3000系(A3003 A3004 A3104)
3000系の合金は、アルミにマンガンを添加した合金です。

(特徴)
純アルミニウム系の加工性,耐食性を下げずに、強度を増加させています。
代表的な材質はA3003になります。

(用途)
アルミ缶ボディーや屋根板などの建材があげられます。
また、A3003やそれに相当する合金にマグネシウムを1%程添加し
強度を増加した材質として3004、3104があります。



④4000系(A4032)
4000番のアルミ材はシリコンを添加した合金です。
4000番はA4032という材質があります。

(特徴)
この合金は熱膨張率が抑えられており、また耐摩耗性・耐熱性が改善されております。

(用途)
鍛造ピストン材料として多く利用されております。

⑤5000番系(A5052、A5056、 A5083)
5000番系の材質はマグネシウムを添加した材質です。

(特徴)
耐食性と強度、溶接性が高い材質です。
A5052はアルミ合金全体の中で中程度の強度を持ち、合金板材の一般的な材質です。
A5056は丸棒の一般的な材質で、耐食性や切削性に優れています。
A5083は非熱処理合金の中では最高の強度を誇り溶接性に優れております。

(用途)
船舶や車両、通信機器部品などに利用されます。



⑥6000番系(A6063)
6000番系の合金はシリコンとマグネシウムを添加した合金です。

(用途)
5000番のアルミ材よりも耐食性を持っております。
また6000番の中でもA6063は押出加工性に優れ、
建築用サッシを中心とした形材によく利用されます。


⑦7000番系(A7075 A7204)
アルミに銅・マグネシウム・亜鉛を添加したものと銅を含まないものの2種類があります。

(特徴)
アルミニウム合金の中で最も強度がある合金です。
前者で代表的なものがA7075で、超々ジュラルミンと呼ばれてます。
後者で代表的なものはA7204 (A7N01) で溶接性に優れたています。

(用途)
鉄道車両やバンパー補強材に利用されます。



『アルマイト処理について』


アルミと腐蝕について

元来アルミは表面に酸化被膜を形成します。
この酸化被膜は絶縁性を有しており、酸化しにくい性質を持っております。
しかし自然発生する酸化被膜は非常に薄く、水分や異物が付着すると、
そこから腐食が進行してしまいます。

その為、例えば外でアルミをそのまま利用する場合、雨などに含まれる成分が滞留し、
電解の発生によりで酸化被膜が破壊されてしまい、そこから腐食する恐れがあります。

アルマイト処理について

簡単に表現すると、わざとアルミ材の表面に酸化被膜を形成する処理です。
つまり、人工的にアルミを酸化させ自然に発生するものよりも厚く丈夫な酸化被膜を作る処理。
メッキや塗装との違いは、表面にだけでなく内部にも浸透被膜を同じだけ生成することです。
アルマイト処理を行うことで、耐摩耗性、耐腐食性、絶縁性、耐熱伝導率が向上されます。

アルマイト処理の工程

アルミ材を固定する治具にプラス電極をつなぎ、洗浄・エッチングを経て
アルミ材を硫酸やシュウ酸などの電解液に浸し電流を流します。
電流を流すことで、アルミ材に酸化被膜を形成させます。
この際、被膜に微細な穴が生じるので、これを塞ぐ為の封孔処理をいくつかの方法で行い、
強固な被膜とします。


『アルミと鉄の比較について』


「耐食性」

(鉄)
酸化反応が活発なため錆の進行が早いのが特徴。
対策として表面を空気や水分と絶縁する塗装やメッキが必要となります。

(アルミ)
表面に酸化被膜を形成するため、酸化が進行しにくい性質持ち、
さらにアルマイト処理をすることで耐食性を上げることが可能です。
しかしアルミは水分や異物が付着すると腐蝕が進行します。
そのため水気があるところでは対策が必要です。

具体的には鉄と同様に塗装による絶縁等が考えられます。
塩害発生地域の様なより厳しい環境によっては
高い耐食性を持つステンレスを選択することもあります。

価格面では、鉄<アルミ<ステンレスが一般的です。
価格とどこまでの耐食性を必要かを検討して選ぶ必要があります。

「重さと強度」

アルミの比重は鉄の約1/3の為、重さについてはアルミが軽いことになります。
同一の体積の場合は鉄の方が剛性は勝りますが、同一の重量とした場合、
アルミはより大きい断面積を得られるので、軽量化を図ることができます。

鉄をアルミに置き換えた場合、概ね30~50%軽量できるため、軽量化に適しております。
但し、比例して鉄よりもコスト高となる事が多いです。

「熱伝導」

アルミは鉄と比較して4倍以上の熱伝導率があり、非常に熱を通しやすい性質です。
そのため、放熱の用途に使う際はアルミが適しています。
例えば、手すりの素材がアルミだと放熱することであまり熱くなりません。
但し、​​​​​​温度変化に対して2倍の熱膨張があるため、高い温度を放熱し、
熱膨張で悪影響が出るところには注意が必要です。



『アルミの基本的な13の特性について』


①軽さ

アルミニウムは鉄・銅と比べて1/3の軽さです。
その為、主に軽量化の目的でよく利用されます。

②強度

アルミは合金の種類や、熱処理等の加工をすることで、強度を向上することができます。
その為、用途に応じて必要な強度のものを選ぶことができます。

③加工性

アルミは薄い箔から板・棒状など様々な形状に加工することができます。
また、精密加工も可能なため、他の金属と比べて加工しやすいのも特性です。

④耐蝕性

アルミは自然に酸化被膜を生成することで腐食を防ぎます。
その為、鉄のような赤さびが発生することがございません。

⑤表面の美しさ

素地のままでも美しい銀色をしております。
また、表面処理により表面光沢を保持したまま、耐蝕性・耐摩耗性を向上させることができます。

⑥再生しやすい

アルミは他の金属に比べて、スクラップ再生が容易であり、
品質も新品とほとんど変わらない為、省エネ資源として有効的です。

⑦電気を良く通す

銅と比べると約60%程度の伝導率の為少し劣りますが、比重が銅より約1/3程度なので、銅の半分程度の重さのアルミで同量の電流を通すことができます。
最近ではワイヤーハーネスやCVケーブル等で軽量化や曲げやすさから利用さるようになってきております。

⑧磁気を帯びない

外部磁場にほとんど影響されず磁気を帯びない性質があります。
その為、パラボラアンテナや電子医療機器など非磁性が必要な電気機器の材料としてよく利用されます。

⑨熱伝導性

アルミは熱伝導性が良く、熱しやすく冷めやすい素材です。
また比重も軽い為、放熱材やエンジン部品、冷暖房装置などに用いられます。

⑩反射性

純度の高いアルミニウムは光線、電磁波、熱線をよく反射します。
その為、反射性が必要な照明器具、反射板、宇宙服などに利用されます。

⑪低温特性

鋼鉄と違い、-200℃でも脆性破壊がなく低温に強いことも特徴です。
アルミニウムは温度の低下によって強度が増していくため、低温プラントやLNGタンクなど低温で利用されるものに用いられます。
また近年、バイオテクノロジーなどの最先端技術でも注目を浴びています。

⑫鋳造しやすい

アルミニウムは融点が鉄や銅より低く、鋳造しやすい特徴があります。
その為、薄肉や複雑な形状の加工物を生産することが可能です。
自動車部品や産業機械部品など幅広く利用されております。

⑬毒性がない

アルミニウムは無害・無臭です。
また食品類との反応も無い為、食品・医薬品の包装、飲料缶、医療機器など私たちが日常で利用するものにも多く用いられます。



『アルミと塗装について』


アルマイト処理とは別に意匠性・耐食性を上げる「塗装」についてご紹介いたします。

塗装工程
塗装処理の基本的工程

1.洗浄(製品本体の汚れ落とす)
2.下地処理 (表面を荒らし微細な凹凸を付け、塗料を付着しやすくする
下地処理には、物理的方法と化学的方法の2種類がある
3.再洗浄
4.脱脂(アルコールやシンナー、湯洗で油分を除去)
5.下塗り(プライマー)
6.乾燥・焼付(オーブン、自然乾燥)
7.上塗り(トップコート)
8.乾燥

塗装の種類について
塗装は下記の3種類があります。

1.メラミン塗装:主にインテリア材(内装・室内)で使用。
比較的耐候性は劣り、退色しやすい。
剥がれやすいがコストは比較的安価。

2.アクリル塗装:エクステリア材(外装・屋外)で使用。
3種類の中では耐候性や、退色、コストも中間程度。

3.フッ素塗装:エクステリア材で使用。
耐侯性や退色は強いがコストが高い為、それだけの塗装が必要な個所で使用される。


アルミと塗装について
塗装処理は鉄などでよく利用される耐侯性と意匠性を向上させる処理ですが、
アルミへの塗装は充分な注意が必要です。

理由は、アルミの表面が平滑であり、塗装が付着しにくく剥がれやすい為です。
アルミ材で塗装処理を行うには、下地処理を充分行う必要があります。

方法は、物理的方法と化学的方法のクロメート処理やアルマイト処理を行い、
被膜を生成することで下地を調整します。

塗装はあらゆるところで利用されていますが、ただペンキを塗るだけでなく、
様々な工程を得て綺麗で最適な塗装ができます。


『アルミニウム展伸材用素材の製造過程ついて』
工程①:ボーキサイトからアルミナへ
アルミニウムの原料はボーキサイトという赤褐色の鉱石です。
このボーキサイトを精製することでアルミナ(AL2O3)を抽出します。

工程②:アルミナからアルミニウム地金へ
アルミナを電気分解すると、アルミナ(AL2O3)から酸素(O)が除去されアルミ地金(AL)ができあがります。
一般的にアルミ地金とはA1070材で99.7%、純アルミのインゴットです。
地金価格とはこの価格を指します。

工程③:アルミニウム地金から展伸材用素材へ
出来上がったアルミニウム地金を溶解し、別の元素を添加することでA5052・A6063等、
それぞれの性質をもった合金のスラブやビレットができあがります。
それらを圧延・押出することで、板や形材などの材料品として出来上がります。


『日本のアルミニウムの歴史』

1886年、ホール・エール法によりアルミの工業用材料としての基礎ができあがり、電解製錬が始まりました。
日本では1919年にジュラルミンが製造開始されてから、航空機の生産に多く利用されました。

アルミは鉄より軽い為、機体部分に必要であり、零戦などの機体材料として需要が高まりました。
戦後では、日用品・家電の普及により需要が拡大。
1970年代はアルミサッシなどの建材需要、自動車、陸運関連の需要が増加。

現在では、日本のアルミ新地金の消費量は世界第4位の地位を占めており、
家庭用品や土木建築、輸送機、船舶、電気通信機、産業機械と幅広い用途で利用されております。
用途別需要としては輸送、建設、容器包装が3大分野で全体の約3分の2を占めております。


『アルミ材の選定指針』

1.純アルミニウムを利用
まずは他の金属がほぼ混ざっていない純アルミと言われるアルミで対応可能かを検討していきます。
アルミは純度が高いほど耐食性が強く、強度が必要でなければこのアルミ材を選んでおけば大丈夫です。

純アルミニウムは、A1050やA1100が一般的です。​​​​主に器物や建築用材料として使用します。
また、A1100アルマイト付の板材が市販されており、これを使用することで、加工後の表面処理を省くこともできます。

2.汎用的なアルミ合金を利用
純アルミよりも、もう少し強度が欲しい場合、次は市販に流通しているアルミ合金で対応可能かを検討していきます。
板材はA5052、丸棒はA5056、形材はA6063が多く利用されており、お手頃な価格で購入可能です。

3.汎用的なアルミ合金では条件を満たせない場合
純アルミや一般材ではご希望の条件が満たせない場合、別の合金で満たせないかを考えていきます。
例えば強度が足りない場合は、A2017やA7075などの強度が高い合金。溶接性が必要なら、A5083やA7N01などを検討していきます。



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