アルミニウムの表面処理関連　マメ知識＜素材編＞

アルミニウム合金展伸材の一般的性質に示します。

1．1000系アルミニウム

1000番台の表示は工業用純アルミニウムを示します。1100、1200が代表的で、いずれも純度99.0％以上の純アルミニウム系材料です。1100は陽極酸化処理（アルマイト）後光沢を良好にするCuが微量添加されています。1050、1070、1085はそれぞれ純度99.50、99.70、99.85％以上の純アルミニウム材料であることを示します。この系の材料は成形性、耐食性、表面処理、染色性に優れていますが、強度は低いため、構造材としては適しません。しかし、強度を必要としない家庭用品、日用品、電気器具に多く用いられています。また、電気伝導性、熱伝導性にも優れるため、1060、1070は送配電用材料、放熱材として多く用いられています。

2．2000系合金

2000系合金にはジュラルミン、超ジュラルミンの名称で知られる2017、2024が代表的なもので、鋼材に匹敵する強度を有しています。しかし比較的多くの銅を含むため耐食性に劣り、腐食環境にさらされる場合には十分な防食処理を必要とします。航空機用材料として表面に防食を目的に純アルミニウムを合わせて圧延したクラッド材が使用されています。また、2014は高強度鍛造材として幅広い用途をもっています。溶融溶接性は他のアルミニウム合金に比して劣るため、結合は主にリベット、ボルト接合、抵抗スポット溶接が行われます。切削性は良好で、特にPb、Biを添加した2011は優れた快削性合金として機械部品に多く用いられています。

3．3000系合金

3000系合金は成形性、溶接性、耐食性に優れており、強度がA1100より10％高いことが特長です。3003はこの3000系の代表的金属で、Mnの添加により純アルミニウムの加工性、耐食性を低下させることなく、強度を少し増加させたもので器物、建材、容器、船舶用材などに用いられます。

3003に相当する合金にMgを1％程度添加した3004、3104は、さらに強度を増加させることができるため、カラーアルミ、アルミ缶ボディ、屋根板、ドアパネルなどの材料として需要が高くなっています。

4．4000系合金

4000系合金は耐熱性、耐摩耗性に優れている上、線膨張係数が小さく、湯流れが良いことが特長です。4032はSiの添加により熱膨張率を抑え、耐摩耗性の改善を行ったもので、さらにCu、Ni、Mgなどの微量添加により耐熱性を向上させ、鍛造ピストン材料として用いられます。4043は溶融温度が低く、溶接ワイヤー、ブレージングろう材として使用されます。また、この合金はSi粒子の分散により陽極酸化処理皮膜が灰色を呈するため、ビル建築の外装パネルにも使用されています。

5．5000系合金

5000系合金は中程度の強度を持った機械加工性が良く、アルマイトに良好な材質です。Mg添加量の比較的少ないものは装飾用材や器物用材に、多いものは構造材として使用されます。したがって合金の種類が多数あります。中程度のMgを含有するものとしては、5052が中程度の強度を持つ材料として最も一般的です。5083はMg含有量の多い合金で非熱処理合金としては最も優れた強度をもち、溶接性も良好。このため、溶接構造材として船舶、車輌、科学プラントなどに使用されています。

5000系の合金は冷間加工のままでは強さがやや低下し、伸びが増加するという経年変化を示すので、安定化処理が行われます。海水や工業地帯の汚染雰囲気に強く、外観を問題としない場合は、防食処理を施す必要は比較的少なくなっています。

6．6000系合金

6000系の合金は押し出し性に優れ、強度、耐食性に加えてアルマイトとも良好で、代表的な構造用材として挙げられます。ただし溶接のままでは継手効率が低く、ビス、リベット、ボルト接合による構造組立が行われることが多いのが特徴です。6061-T6は耐力245N／㎟以上でSS400鋼に相当し、設計上、たわみを問題にしない場合は、同等の許容応力が得られるという利点があるため、鉄塔やクレーンなどに用いられます。6063は優れた押出性を備え、建築用サッシを中心に、6061ほど強度を必要としない構造材として使用されています。6N01は6063と6061の中間の強度を有する合金で、1982年にJISに登録されたアルミ材料です。

7．7000系合金

7000系合金はアルミニウム合金の中で最も高い強度をもつAI-Zn-Mg-Cu系合金と、Cuを含まない溶接構造用Al-Zn-Mg合金に分類できます。後者はわが国ではいわゆる三元合金として親しまれています。AI-Zn-Mg-Cu系合金の代表的なものは7075で、航空機やスキーストックなどのスポーツ用品類に使用されています。Al-Zn-Mg合金は比較的高い強さをもち、溶接後の熱影響部も自然時効により母材に近い強さに回復するため、優れた継手効率が得られます。7N01がその代表的合金で、溶接構造用材料として鉄道車輌などに用いられています。なお、7000系の合金は熱処理が適切でない場合には応力腐食割れを生じることがあります。このためJISに示された標準熱処理条件よりは過時効となる条件で焼き戻しが行われることもあります。また、最高位の強度を有する一方、耐食性に難点があるため用途に応じて注意が必要となります。

8．その他合金（8000系合金）

8000系合金は他のアルミ合金である2000系や5000系、7000系など材料のうち、高強度用の合金に対してさらにLi（リチウム）を添加して、ヤング率の向上や密度の低減などといった高強度と伸びおよび箔圧延性を兼ね備えた箔圧延合金材料です。高剛性のアルミ合金として知られ、航空機の材料としても使われます。代表的な合金としては、A8011があります。