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アルミニウムとは何か？素材の概要と設計上の考慮事項

Dec 10, 2025

アルミニウム、別名アルミニウム , は、鉄系金属には見られない独自の特性を持つことから、最も広く使用されている非鉄金属です。その特性を理解し、適切なグレード、加工方法、熱処理を選定することは、製品設計において極めて重要です。では、 ’さまざまなアルミニウムの種類や特性について探っていきましょう。

アルミニウムの主な特徴

アルミニウムは、軽量で強度があり、耐食性、加工性に優れ、高い熱伝導性と電気伝導性を持ち、リサイクル可能で、非磁性であり、低温にも耐え、熱と光を反射し、外観が美しく、無毒であるなど、多くの優れた特性を備えています。

軽量

アルミニウムの比重（密度）は約2.7で、鋼鉄の約3分の1です。この軽量性から、輸送機器（航空機、人工衛星、新幹線など）、建設、電子機器（携帯電話）などの分野で非常に好まれています。

強い

純アルミニウムに他の金属を合金化することで、比強度を高めることができます。亜鉛やマグネシウムを添加して熱処理した7000番系合金などは優れた強度を示します。例えばA7075（超々ジュラルミン）は、航空機部品に広く使用されています。

耐腐食性

アルミニウムは酸素と容易に反応し、表面に緻密な酸化皮膜を形成して腐食を防ぐ保護層となります。この高い耐食性により、海洋、造船、建築分野での使用に最適です。海岸の潮風にさらされる環境下でも、30年使用しても問題がなかったという報告もあります。

使用可能

アルミニウムは非常に延性が高いため、さまざまな加工方法に適しています。低融点で流動性も良好なため、鋳造に最適です。容易に切断および溶接が可能であり、アルミホイルのような薄肉形状から複雑な形状まで、多様な形状を作成できます。

高熱伝導性

アルミニウム ’アルミニウムの熱伝導率は鉄の約3倍であり、自動車用ラジエーター、熱交換器、電子機器用ヒートシンクなどに最適です。

高電導性

同じ重量の銅と比較して、アルミニウムは2倍の電流を流すことができます。この特性と軽量性を組み合わせることで、送電線に適した材料となっています。これにより、塔間距離を広げてコスト削減を実現できます。

再利用可能

アルミニウムは長期使用後も劣化しにくく、融点が低いため使用後の製品を溶かして簡単にリサイクルできます。アルミニウムのリサイクルには新品を作るのに必要なエネルギーのわずか3%しか必要とせず、再生アルミニウムの品質は新品とほぼ同等です。

非磁性

アルミニウムは非磁性であり、周囲の磁場の影響を受けません。この特性により、放物線アンテナ、医療機器、磁気コンパス、超伝導関連製品への使用に適しています。また、金、銀、銅などの他の非磁性材料と比べてコストが安いという利点もあります。

低温に耐性

液体窒素（-196 °F）や液体酸素（-183 °F）といった極めて低い温度下でも、アルミニウムはその強度を維持し、場合によっては強度が増すこともあります。この特性から、低温プラント、LNG（液化天然ガス）タンク、宇宙探査、バイオテクノロジー分野での使用に適しています。

熱と光を反射

アルミニウムは赤外線、紫外線、電磁波を反射する能力を持っています。純度を高めたり鏡面仕上げを施すことで、さらに反射率を高めることができ、加熱リフレクターや宇宙服、ポリゴンミラーなどに適しています。

視覚的に魅力的

アルミニウムは本来美しさを持つ素材であり、アノダイズ処理（アルマイト処理）などの表面処理によってその美しさをさらに高めることができます。また、電解着色によって色付けも可能で、建築外装材や包装材として適しています。

毒性がない

アルミニウムは食品と反応せず、無毒です。万が一摂取された場合でも99％以上が体外に排出され、土壌にも害を及ぼしません。食品や医薬品の包装容器、医療機器などに広く使用されています。

アルミニウムを使用する際の注意点

アルミニウムには多くの優れた特徴がありますが、使用にあたっていくつかの注意点もあります：

鋼鉄と比較して強度が低い

アルミニウムは比強度が優れているものの、その強度は鋼に比べて低くなっています。飛行機の翼のような柔軟性のある構造には適していますが、ギアなど高強度が要求される部品には不適切である可能性があります。

腐食に関する検討事項

アルミニUMは錆びにくい性質がありますが、塩分を含む環境下や異種金属と接触する場合に腐食を起こすことがあります。腐食を防ぐためには、アルマイト処理が必要となる場合があります。

線膨張係数が大きい

アルミニウムの線膨張係数は鉄系材料の約2倍です。大きな熱応力を受けて繰り返し加熱・冷却される部品では、熱疲労破壊が生じる可能性があります。

疲労限度がない

鉄系材料と異なり、アルミニウムには疲労限度がありません —金属疲労が発生しない下限応力。したがって、設計時には使用中に発生する変動応力をS-N線図と比較し、製品の予想寿命期間中に割れが発生しても強度上の問題がないことを確認する必要がある。

溶接が難しい

アルミニウム ’酸化皮膜は約3632°Fという高い融点を持つため、溶接前の除去が必要である。 °さらに、アルミニウムの高い熱伝導率と低い融点により、溶接時の熱が母材に急速に伝わるため、母材が溶け落ちる可能性がある。 ’アルミニウムの溶接では、トーチの移動速度を慎重に制御する必要がある。最も良い結果を得るには、アルミニウム溶接で実績のある企業を利用することを検討すべきである。

代表的なアルミニウムの種類

純アルミニウムは強度が低いため、通常は他の金属を添加して合金とする。アルミニウムに鉄、亜鉛、マグネシウム、銅などを添加することで、多様な種類の合金を作ることができる。

産業用アルミニウム材料は、最終製品の用途に応じて、加工用アルミニウム合金と鋳造用アルミニウム合金の2つに大別されます。 ’加工用アルミニウムは塑性変形による加工が可能であり、鋳造用アルミニウムは鋳造に使用されます。ここでは、加工用アルミニウム合金の種類を確認してみましょう。 ’加工用アルミニウム合金

加工用アルミニウム合金

• 1050 アルミニウム合金

1050アルミニウム合金（1050 AA）は純度の高い典型的なアルミニウム材です。強度は低いですが、成形性および耐食性に優れており、装飾品や送電線などに適しています。

• 2017年のアルミ合金

2017アルミニウム合金（2017AA）はドゥラルミンとも呼ばれ、耐食性は低いものの高強度であるため、航空機、自動車、機械部品などの用途に適しています。

• 2024アルミニウム合金

2024アルミニウム合金（2024 AA）はスーパードゥラルミンとも呼ばれ、2017AAよりも高い強度を発揮します。

• 5052アルミニウム合金

5052アルミニウム合金（5052 AA）は優れた耐食性、加工性および溶接性を備えており、最も広く使用されているアルミニウム合金です。フレーム材などに用いられます。シート金属部品 .

• 6061アルミニウム合金

6061アルミニウム合金（6061 AA）は優れた耐食性を持つアルミニウム合金です。T6処理などの熱処理により、さらに耐食性が向上します。

• 6063 アルミニウム合金