アルミニウム合金種類、特性、選択ガイド

アルミニウム合金は、現代のCNC機械加工とエンジニアリングのバックボーンです。航空宇宙部品、自動車筐体、カスタムロボット部品の設計のいずれにおいても、アルミニウムは、高い強度対重量比、優れた加工性、自然な耐食性の比類のないバランスを提供します。

このガイドは、合金科学から機械加工プロジェクトのための実践的な選択戦略まで、アルミニウム合金の包括的な技術的概要を提供します。

アルミニウム合金とは？

アルミニウム合金は、アルミニウム（Al）を母材（通常は85%-99%）とし、他の元素と組み合わせることで物理的・機械的特性を高めた金属物質です。

純アルミニウムは柔らかく、延性があり、ほとんどの産業用途で必要とされる構造強度がありません。特定の合金元素を導入することで、エンジニアは金属の挙動を劇的に操作することができます。このプロセスにより、柔らかい導電性金属が、鋼鉄のような強度（7075のような）や紙のような成形性（アニール箔のような）を持つ材料へと変化します。

合金元素の特性への影響

特定の鋼種の性能は、その "レシピ "によって決定される。各一次合金元素の役割を理解することは、材料が加工中や使用中にどのような挙動を示すかを予測するのに役立ちます：

マグネシウム（Mg）： 引張強度を高め、耐海水腐食性を向上させる。また、溶接性を向上させます（5xxxシリーズのキー）。
シリコン（Si）： 融点を下げ、流動性を高めるため、合金の鋳造に不可欠。鍛造合金では、マグネシウムと結合し、次のような形になる。 Mg2Si熱処理による強化が可能である（6xxx & 4xxx シリーズのキー）。
亜鉛（Zn）： 最も強力な強化元素。マグネシウムや銅と組み合わせると、最高の強度と硬度を持つ合金ができる（7xxxシリーズのキー）。
銅（Cu）： 機械加工性を向上させながら、強度と硬度を大幅に高める。しかし、耐食性と溶接性に悪影響を与える（2xxxシリーズのキー）。
マンガン（Mn）： 延性や耐食性を犠牲にすることなく、溶体化硬化によって強度を向上させる（3xxxシリーズのキー）。

物理的・化学的特性

お客様の用途に合ったアルミニウム合金を効果的に選択するためには、この材料ファミリーを定義する基本特性を理解することが極めて重要です。

物理的性質

アルミニウムの物理的特性は、軽量エンジニアリングと熱管理アプリケーションにおける優位性を支えている。

密度が低い： アルミニウムの密度は約 2.7 g/cm³鋼鉄の約3分の1である(7.8 g/cm³).この優れた強度対重量比により、アルミニウムは航空宇宙や自動車設計における軽量化の主要な選択肢となっている。
高い熱伝導性： アルミニウムは熱伝導に優れているため、放熱が重要なヒートシンク、エンジン冷却部品、電子筐体の業界標準となっています。
電気伝導率： 重量ベースでは、アルミニウムは銅よりも電気をよく通す。この特性は、高圧送電線やバスバーに広く利用されている。
非磁性体： スチールとは異なり、アルミニウムは非磁性です。そのため、繊細な電子回路を保護したり、アンテナやレーダー機器用のシールド・ハウジングを製造するのに理想的な素材です。

化学的性質

アルミニウムの化学的挙動を理解することは、過酷な環境におけるアルミニウムの寿命を予測し、適切な仕上げ工程を決定するために不可欠です。

陽極酸化の適性： 天然酸化物層は、電気化学的に厚くすることができる。 陽極酸化処理.これは、耐食性と表面硬度を高めるだけでなく、永久的な着色のための染料の吸収を可能にする。

自然な耐食性： 酸素に触れると、アルミニウムは瞬時に微細な自己修復層を形成する。 酸化アルミニウム（Al2O3）。

この硬いバリアが芯金を環境から密閉し、鉄系金属にありがちな剥がれ落ちる錆を防ぐ。

化学反応性（両性）： アルミニウムは化学的に両性であり、強酸と強アルカリの両方に反応します。CNC加工では、クーラント液を監視することが重要です。 pHレベル (中性から弱アルカリ性に保つ）。

アルミニウム合金の種類

鍛造アルミニウム合金は、その主要な合金元素に基づいて7つの主要なシリーズに分類されます。

シリーズ	メイン・エレメント	主な特徴	代表的なアプリケーション
1xxx｜純Al（99%以上）		優れた耐食性と導電性。強度が低い。	電気バスバー、化学薬品タンク
2xxx	銅	高強度、高耐疲労性。耐食性に劣る。	航空宇宙構造物、トラックのホイール
3xxx	マンガン	適度な強度と優れた加工性。汎用。	飲料缶、調理器具。
4xxx	シリコン	融点が低い。	溶接ワイヤ、ブレージングシート
5xxx	マグネシウム	強度が高く、耐海水腐食性に優れている。	船体、圧力容器。
6xxx	Mg + Si	構造規格。強度、加工性、陽極酸化処理に優れている。	6061部品、建築用押出材。
7xxx	亜鉛	最高の強度。硬いが高価。	航空機部品、高荷重ギア。

一般的なアルミニウムの等級と用途

CNC機械加工の世界では、ほぼ90%のプロジェクトが数種類の特定の材種に依存しています。弊社では、お客様が迅速に選択できるよう、これらの材種を3つのグループに分類しています。

汎用・構造用合金（6xxxシリーズ）

最も汎用性の高い合金シリーズで、強度、溶接性、耐食性のバランスが絶妙である。

6061-T6（「何でも屋」：） CNC機械加工業界の絶対的な標準。優れた耐食性、良好な溶接性、アルマイト処理後の優れた外観が特徴です。カスタム機械部品、電子ブラケット、オートメーション・フレームなどに広く使用されている。
6082（「欧州構造規格」）： 6061と非常によく似た性能を持つが、マンガン含有量がわずかに高いため、引張強度が優れている。英国および欧州市場では、頑丈なトラスやクレーンブームによく見られる6061に代わる合金として好まれている。

高強度航空宇宙合金 (7xxx & 2xxx シリーズ)

いつ強さがコストや耐食性よりも優先されるため、これらの合金は業界標準となっている。

7075-T651（「航空宇宙の選択」）： 亜鉛を主成分とする合金で、その降伏強度は多くの構造用鋼に匹敵する。高価で溶接が難しいが、高負荷のかかる航空機部品、ロッククライミング用具、射出成形用工具などに最適。
2024年（「疲労ファイター」）： 卓越した耐疲労性で知られる銅ベースの合金。耐食性は劣るが（多くの場合Alcladを必要とする）、航空機のスキン、翼構造、高張力ファスナー用の主力材料である。

板金・舶用合金（5xxxシリーズ）

これらの合金は、複雑なフライス加工よりも、成形性と過酷な環境への耐性を重視して設計されている。

5052（「板金規格」）： 塩水噴霧腐食に対して最高の耐性を持ち、優れた曲げ／スタンピング成形性を持つ。軟質で切削時に "グミ "状になりやすいため、フライス加工にはほとんど使用されませんが、船舶用エンクロージャー、スタンプパネル、燃料タンクには最適です。

アルミニウム合金の利点

なぜアルミニウムがCNC加工市場を席巻しているのか？アルミニウムは、製造効率と機能的性能のユニークな融合を提供します。

卓越した加工性とコスト効率： アルミニウムは、しばしば被削性の基準となります。切り屑は簡単に破砕され、スムーズに排出されるため、加工者は高い主軸回転速度と積極的な送り速度を使用することができます。これは、鉄やチタンと比較して、サイクルタイムの短縮と部品コストの削減に直結します。
高い強度重量比： アルミニウムの密度はわずか2.7g/cm³で、エンジニアは鋼鉄製の部品よりも大幅に軽い堅牢な部品を設計することができます。7075-T6のような高強度グレードは、構造用鋼の強度に匹敵する一方で、重量は3分の2になります。
自然な耐食性： 標準的な大気条件下では、アルミニウムは錆を防ぐ保護酸化物層を形成します。そのため、炭素鋼のようにすぐに塗装やメッキをする必要がなく、多くの用途で「メンテナンスフリー」の素材となります。
持続可能性とリサイクル性： アルミニウムは、特性を損なうことなく100%リサイクル可能である。アルミニウムのリサイクルに必要なエネルギーは、一次生産に必要なエネルギーのわずか5%であり、持続可能性とカーボンフットプリントの削減に重点を置く企業にとって、アルミニウムは非常に魅力的な素材です。

アルミニウム合金の限界

アルミニウムはその汎用性の高さにもかかわらず、すべての工学的課題に対する解決策ではありません。アルミニウムの物理的な限界を理解することは、構造上の不具合を防ぐために非常に重要です。

熱性能の低下： 鋼鉄とは異なり、アルミニウムは高温になると急速に強度を失う。上記 150°Cの場合、引張強度が著しく低下する。排気マニホールドやジェットエンジンの燃焼部などの高温用途には、鋼、チタン、ニッケル超合金が必要である。
下部弾性係数（剛性）： アルミニウムのヤング率（約70GPa）は、スチール（200GPa）のおよそ3分の1です。つまり、同じ荷重をかけた場合、アルミニウム部品は同じスチール部品の3倍たわんだり曲がったりします。これを補うために、アルミニウム部品は同じ剛性を得るために、断面を厚くしたり、リブをつけたりする必要があります。
疲労制限なし： 鉄（鋼）には耐久限界があり、それ以下の応力レベルでは理論上、疲労で破壊することはありません。アルミニウム はない。.応力がどれほど低くても、サイクル数が十分に多ければ、アルミニウムはいずれ疲労によって破損する。これは、航空機や回転機械の部品にとって、設計上の重要な考慮事項である。
表面硬度と摩耗： アルミニウムは比較的柔らかい。硬質アルマイト（タイプIII）のような表面処理が施されていないと、特に摺動摩擦用途では、引っかき傷やカジリ、接着剤の摩耗が生じやすい。

正しい合金の選び方

適切なアルミニウム等級を選択することは、単に金属を選ぶことではなく、機械的強度、製造コスト、耐環境性の間で正確な工学的トレードオフを行うことです。以下のガイドは、具体的な設計目標に基づいて最適な材料を選択するのに役立ちます。

汎用性とコスト効率

非重要構造部品の大部分について、 6061-T6 は、誰もが認める業界標準です。強度、原材料費、加工効率の完璧な均衡を提供します。極端に特殊な性能要件がない限り、6061は最も幅広い在庫と最低の調達コストで、CNC加工のニーズの80%をカバーします。

最大強度（スチール交換）

軽量でありながら、極度の張力や高荷重に耐えなければならない部品（航空宇宙用リブ、高性能ギア、ドライブシャフトなど）、 7075-T6 が理想的な選択である。その降伏強度は多くの構造用鋼に匹敵するが、重量は3分の1しかない。7075を選べば、その高い材料費に見合う予算があれば、究極の軽量化が可能になる。

耐食性（海洋および化学）

海水または化学的に腐食性のある環境、 5052 は、その自然な耐性から、シートメタルやエンクロージャーの部品に最適です。複雑なCNCフライス加工が必要な部品には、以下をお勧めします。 6061 併せて タイプIIIハードアルマイト.2024や7075は銅や亜鉛を多く含むため、酸化や孔食の影響を受けやすい。

溶接性要件

アセンブリにTIGまたはMIG溶接が必要な場合、 6061 そして 5052 いずれも優れた溶接性を示す。 警告だ： 7075や2024を溶接部品に指定することは絶対に避けてください。これらの高強度合金は、熱影響部(HAZ)で微小クラックが発生しやすく、構造破壊の深刻なリスクにつながります。

外観とアルマイト処理

高品質な着色を必要とする家電製品や装飾部品向け、 6063 が優れた選択肢です。きめ細かい粒子構造により、アルマイト処理後の均一で鮮やかな仕上がりが保証されます。 6061 も非常に良い結果をもたらす。対照的に、7075はアルマイト処理後に不安定な黄色味やくすんだ色合いになることが多く、ロット間の色の一貫性を保証するのが難しい。

寸法安定性（精密治具）

大型検査治具、ベースプレート、光学ブレッドボード用、 MIC-6（鋳造金型プレート） は（6061のような）どのような鍛造合金よりも優れています。MIC-6は鋳造され、完全に応力除去されているため、残留内部応力がほとんどありません。これは、材料が大幅に除去された後でも、部品が反ったり、曲がったり、ねじれたりしないことを意味し、ミクロンレベルの平坦性を保証します。

代表的な産業用途

さまざまな業界が、独自の規制基準や性能基準を満たすために、特定のアルミニウムシリーズに依存しています。ここでは、アルミニウムが主要分野でどのように利用されているかをご紹介します。

航空宇宙

航空宇宙では 強度重量比 が決定的な指標となる。エンジニアは主に 7075-T6 そして 2024-T4.7075は、主翼リブや胴体フレームなど、高いG力に耐えなければならない重要な耐荷重構造に使用される。2024は、耐疲労性に優れているため、引張部材や航空機の外板によく選ばれますが、通常は腐食を防ぐために保護被覆が必要です。

自動車・EV

自動車産業は次のような要因によって牽引されている。 軽量化 燃費とEV走行距離を向上させる。 6061 は、その高い成形性により、シャーシの押し出し材や衝突エネルギー吸収システムに広く使用されている。エンジンブロックやトランスミッションハウジングのような複雑な形状の場合、鋳造アルミニウム合金（たとえば A380)が標準である。 5083 シートは、高い耐食性を必要とするボディ・パネルによく使用される。

エレクトロニクス＆コンシューマー・テクノロジー

スマートフォン、ノートパソコン、LEDシステムなどの機器向け、 熱伝導率 そして美学が最も重要である。 6063 は、熱を効率的に放散し、複雑なフィン形状に押し出すことができるため、ヒートシンクの最有力候補です。さらに、6063および6061は、アルマイト処理に非常に適しており、ハイエンドの家電製品に見られる高級感のあるカラフルな仕上げが可能なため、外部筐体に好まれています。

産業オートメーション＆ロボティクス

カスタムオートメーションの世界では、 寸法安定性 そして 加工性 が鍵となる。 6061-T6 は、ロボットアームや構造用ブラケットの主力製品である。しかし、高精度の光学ブレッドボードや検査治具の場合、エンジニアは多くの場合、以下の製品に切り替える。 MIC-6（鋳造金型プレート）.押し出し合金とは異なり、鋳造板には内部応力がないため、材料を大量に除去しても部品は完全に平坦なままです。

よくある質問

Q: アルミ合金は錆びますか？
A: アルミニウムはそうだ。ない赤い酸化鉄の錆が発生する。その代わり、その表面は薄く安定した自己修復性を持つ 酸化アルミニウム 層を形成します。塩水噴霧や強いアルカリ性にさらされるような過酷な環境では、アルミニウムを適切に保護しないと、孔食や白粉腐食が発生することがあります。

Q: アルミニウム合金は高精度加工に適していますか？
A: はい。ほとんどの展伸アルミニウム合金は、内部応力が低く、熱伝導率が良く、切削挙動が予測可能です。応力除去されたプレートは、アルミニウムが重切削加工中に寸法精度を維持することを可能にします。

Q: アルミ合金は簡単に溶接できますか？
A: アルミニウム合金の多く、特にマグネシウムとの合金は溶接性が高い。銅や亜鉛を多く含む合金は熱間割れの影響を受けやすく、別の接合方法や設計変更が必要になる場合があります。

Q: アルミ部品は屋外や海洋環境でも耐久性がありますか？
A: アルミニウムはその酸化皮膜により、もともと腐食しにくい性質を持っています。湿度、海水、工業薬品に長期間さらされる場合、 アルマイト または クロメート変成皮膜 耐久性を向上させるために

Q: なぜアルミニウムはアルマイト処理に適しているのですか？
A: アルミニウムの自然酸化皮膜は、次のような特徴がある。 電気化学的増粘 をアルマイト処理中に生成します。これにより、耐摩耗性、染料吸収性、耐腐食性が向上し、スチールや銅では再現が困難な性能特性が得られます。

結論

適切なアルミニウム合金の選択は、機械的要件、環境要因、および製造コストのバランスです。6061はほとんどの機械加工プロジェクトで完璧なデフォルトとして機能しますが、高性能の用途では7075の強度や5052の耐久性が要求される場合があります。

このようなニュアンスを理解することで、お客様の部品が意図したとおりに機能するだけでなく、効率的に製造されることが保証されます。機械加工明和では、以下のような幅広い加工を専門としています。アルミニウム合金厳しい航空宇宙産業規格に適合している。