アルミニウム合金とは何ですか?
アルミニウム合金は、純粋なアルミニウムに他の元素を添加して特性を向上させた化学組成であり、主に強度の向上を目的としています。これらの他の元素には、鉄、ケイ素、銅、マグネシウム、マンガン、亜鉛が含まれ、合計で重量比で合金の15%を占めることもあります。合金には4桁の番号が割り当てられており、最初の1桁は主要な合金元素によって特徴付けられる一般的なクラス（シリーズ）を表します。
純アルミニウム
1xxxシリーズ
1xxxシリーズ合金は、純度99%以上のアルミニウムで構成されています。このシリーズは、優れた耐食性と加工性に加え、高い熱伝導性と電気伝導性を備えています。そのため、1xxxシリーズは送電線や電力網の配線によく使用されます。このシリーズの一般的な合金番号は、電気用途では1350、食品包装トレイでは1100です。
熱処理可能な合金
一部の合金は、溶体化熱処理を行った後、急冷（クエンチング）することで強化されます。熱処理では、固体の合金金属を特定の温度まで加熱します。すると、溶質と呼ばれる合金元素がアルミニウム中に均一に分散し、固溶体となります。その後、金属は急冷（クエンチング）され、溶質原子がその場に固着します。その結果、溶質原子は微細に分散した析出物を形成します。この現象は室温で起こる自然時効と、低温炉内で起こる人工時効に分けられます。
2xxxシリーズ
2XXXシリーズでは、銅が主要な合金元素として使用され、溶体化熱処理によって大幅に強化されます。これらの合金は高い強度と靭性を兼ね備えていますが、他の多くのアルミニウム合金ほどの耐大気腐食性はありません。そのため、これらの合金は通常、大気暴露に備えて塗装またはクラッド処理されます。また、耐腐食性を高めるために、高純度合金または6XXXシリーズ合金でクラッド処理されることが多いです。合金2024は、おそらく最も広く知られている航空機用合金です。
6xxxシリーズ
6xxxシリーズは、汎用性、熱処理性、成形性、溶接性に優れ、中程度の強度と優れた耐食性を備えています。このシリーズの合金には、合金中にマグネシウムシリサイドを形成するためにシリコンとマグネシウムが含まれています。6xxxシリーズの押出製品は、建築・構造用途の第一選択肢です。合金6061はこのシリーズで最も広く使用されている合金で、トラックや船舶のフレームによく使用されています。また、6xxxシリーズ合金で作られた携帯電話ケースもいくつかあります。
7xxxシリーズ
このシリーズの主な合金成分は亜鉛で、少量のマグネシウムを添加することで、熱処理が可能で非常に高い強度を持つ合金が得られます。銅やクロムなどの他の元素も少量添加できます。最もよく知られている合金は7050と7075で、航空機産業で広く使用されています。
熱処理不可合金
熱処理されていない合金は、冷間加工によって強化されます。冷間加工は圧延や鍛造の過程で行われ、金属を「加工」して強度を高める作用です。例えば、アルミニウムを薄く圧延すると強度が増します。これは、冷間加工によって組織内に転位や空孔が蓄積され、原子間の相対的な動きが阻害されるためです。これにより金属の強度が向上します。マグネシウムなどの合金元素はこの効果を強め、さらに高い強度をもたらします。
3xxxシリーズ
このシリーズの主な合金元素はマンガンで、少量のマグネシウムが添加されることが多い。しかし、アルミニウムに効果的に添加できるマンガンの割合は限られている。3003は、適度な強度と良好な加工性を備え、熱交換器や調理器具などの用途に使用できるため、汎用合金として人気がある。3004合金およびその改良型は、アルミニウム飲料缶の缶体に使用されている。
4xxxシリーズ
4xxxシリーズ合金はシリコンと混合されており、十分な量のシリコンを添加することで、アルミニウムの融点を低下させながらも脆性を引き起こすことはありません。そのため、4xxxシリーズは、より低い融点が求められる用途において優れた溶接ワイヤおよびろう付け用合金を生み出します。合金4043は、構造用および自動車用途における6xxxシリーズ合金の溶接において最も広く使用されているフィラー合金の一つです。
5xxxシリーズ
マグネシウムは5xxx系合金の主要成分であり、アルミニウム合金化において最も効果的で広く使用されている元素の一つです。この系の合金は、中程度から高い強度特性に加え、優れた溶接性と海洋環境における耐腐食性を備えています。そのため、アルミニウム-マグネシウム合金は、建築・建設、貯蔵タンク、圧力容器、海洋用途など、幅広い用途で使用されています。一般的な合金用途としては、電子機器用の5052、海洋用途の5083、建築用途の陽極酸化処理された5005鋼板、そして飲料缶の蓋に使用される5182などが挙げられます。
