アルミニウム
アルミニウムは軽くて丈夫な非鉄金属であり、その合金の種類も豊富である。鉄に比べて安価で、生産量も全世界10数億トンにのぼる。99.5%以上のアルミニウムを含有する純アルミニウムと、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)などの合金元素を含有するアルミニウム合金があり、用途によって使い分けられている。その利用分野は、アルミ缶、アルミ鍋、アルミサッシから自動車や鉄道車両、航空機まで日常の多岐にわたる。アルミニウム（Al）の重さは、同じ体積の鉄（Fe）や鋼の約1/3の軽さであり、展延性に富む。またアルミニウム（Al）に他元素を添付することによって機械的性質を改善したアルミニウム合金も一般的に使われている。
アルミニウムの歴史
アルミニウムは、地球では、最も豊富な金属のひとつである。結合力の大きい化合物として地中に存在しているため、長く金属材料として利用されにくい状況にあった。1807年、イギリスのダービー（SirH.Davy）がボーキサイトを電気分解の手法でアルミナ（酸化アルミニウム、Al2O3）の製造に成功したことをきっかけとして始まる。20世紀の中頃から、大規模で効率的な発電所の建設とともに、送電システムが確立されることで、大規模なアルミニウムの電気精錬が行われるようになり、大量生産が行われ広く利用されるようになった。
原料と製造方法
アルミニウムの原料は、ボーキサイトとよばれる、アルミナを52~57%含む赤褐色の鉱石であり、オーストラリア、中国、ブラジルなどが主な産地である。製造は、ボーキサイトを電気分解して、白い粉末状のアルミナを取り出す、精製から始まる。次に、アルミナは溶融氷晶石の中で電気分解され、アルミニウム地金が製造される。電気精錬には大量の電力が必要とされるため、その国の電力政策に密接的にかかわるため、電気代の高い日本では精錬されておらず、アルミニウム地金の形で輸入されることが多い。アルミニウム地金は、圧延・押出し・鍛造・鋳造などの加工によって、いろいろな形の製品素材に成形される。
基本性質
アルミニウムの一般性質は、鉄に比べて、軽量で耐熱性、耐食性、導電性、鋳造性、加工性が優れている。のびが大きく靭性があり、機械加工性に優れている。そのため航空機用材料、建築材料、導電材料、ヒートシンクなど利用性は幅広いが、引張強さは劣っている。加工硬化は生じやすい。融点は約660℃、熱伝導率はおおよそ200〜240 W/mK、縦弾性係数は約70 GPaである。電気伝導率は純銅に劣るが、軽量であるため単位重量当たりの導電性能に優れる。自然酸化皮膜は数nm規模でも緻密で、塩化物やアルカリの強い環境を除けば安定である。ガルバニック腐食には注意が必要で、鉄や銅など貴な金属と接触すると局部電池が生じやすい。熱膨張係数は鉄鋼より大きく、温度変化に伴う寸法設計や締結のゆるみ対策を要する。
アルミニウム板の機械的性質（1.5㎜板）
アルミニウムの性質
加工性:加工性は高く、延性に富み、しばしば塑性加工により加工される。圧延、押出しなどの展伸材用途に適する。また、融点が低いため、鋳造が容易である。
比重:比重は2.7で、鉄Fe（7.8）や銅Cu（8.9）に比べてほぼ3分の1の軽さである。航空機や鉄道など、軽くするメリットが大きい機械にて重宝される。
比強度:比強度（単位重量当たりの強度）が大きく強度の素材である。軽くて丈夫なため、様々な機械の構造材として利用される。
耐食性:酸類やアルカリには侵されやすいが、空気中で緻密で安定な酸化被膜をつくり、耐食性に優れている。酸化皮膜を人工的に厚くしたものがアルマイト（陽極酸化被膜）で、これはアルミニウムの表面を酸化させたものである。
通電性:銅（Cu）に次いで高い導電率（電気を通す）のため送電線などに使用される。
非磁性:非磁性（磁気を帯びない）で磁場に影響されないため、医療機器やアンテナなどの通信機器、電気設備などに使用されている。
熱伝導率:熱伝導率が高く、鉄の約3倍である。
低温:低温に強く、極低温下でも脆性破壊がない。
無毒性:無害・無毒で、人体に影響が少ない。
反射性:光や熱をよく反射する特性を持ち、エネルギーの90%以上を反射することができる。
加工と表面処理
圧延板は成形性に優れ、押出材は中空・複雑断面を一体成形できる。鋳造ではダイカストが量産に適し、砂型・金型鋳造は大型・高剛性部材に向く。溶接はMIG/TIGが一般的で、熱影響による軟化を考慮した継手設計が重要である。摩擦攪拌接合（FSW）は低ひずみ・高品質なソリッドステート接合として普及する。表面は陽極酸化（アルマイト）で皮膜を肥厚化でき、染色・封孔により耐食・意匠機能を付与する。
特性と設計留意点
疲労強度は降伏強さに比べ相対的に低く、応力集中や残留応力の管理が要点である。クリープは常温では小さいが高温下で無視できない。導電・熱伝導用途では酸化皮膜の接触抵抗が課題となるため、表面処理や適切な締結が必要である。異種金属接触では絶縁スペーサやシールで電解質侵入を防ぐ。合金選定は耐食性・溶接性・成形性・強度のトレードオフを見極め、使用温度域・腐食環境・疲労条件を基準として行う。
用途と産業分野
航空機の主構造、鉄道車両や自動車ボディ、建築外装・サッシ、熱交換器やヒートシンク、送配電用導体、缶材・箔など包装分野まで裾野が広い。軽量化は運輸エネルギーを削減し、ライフサイクルでの環境負荷低減に寄与する。導体用途では伸び・曲げ耐性を活かし、大断面ケーブルやバスバーに採用される。表面意匠性を高めやすく、アルマイトと化成処理の組合せで高耐久の外装建材が実現する。
リサイクルと環境側面
- 再溶解時のエネルギーは一次精錬比で大幅に低減され、循環材の活用が資源・CO₂の両面で効果的である。
- スクラップ中のCuやFe等の不純物は機械的性質や導電性に影響するため、グレード分別と合金設計の工夫が必要である（例：自動車シュレッダスクラップのダイリューション）。
- 酸性・塩化物環境では局部腐食のリスクが高く、封孔性の高い陽極酸化や粉体塗装との複合化が有効である。
規格・呼称
化学成分・機械的性質はJISやISOで規定され、板・押出・鍛造・鋳物ごとに規格群が設けられる。材質記号は合金系とテンパー（O/H/T6等）で表し、設計・加工・検査の各工程で整合を取る。元素学的関連としてマグネシウム、リチウム、ベリリウム、酸化挙動の理解には酸素やフッ素、材料比較には鉄・銅、化学結合・組織理解には炭素を参照すると体系的に理解しやすい。
純アルミニウム
純アルミニウムとは、アルミニウムのうち純度99.00%以上のアルミニウムである。加工性、熱伝導性、電気伝導性に優れているが、強度が劣ることが特徴である。
アルミニウム合金
アルミニウム合金とは、アルミニウムの性質を改良するため、純アルミニウムにCu、Si、Mg等の元素を添加して強度を高めるなどの機械的性質を向上させた素材である。アルミニウム合金は用途により、板、はく、型材、管、棒および鍛造品に加工する圧延用合金（展伸用合金）と、ダイキャストなどの鋳造用合金に分けられ、また、これらは、さらに非熱処理型合金と熱処理型合金に分けられる。
アルミニウム合金の種類
アルミニウム合金は1000〜7000系に大別される。2000系（Al–Cu）や7000系（Al–Zn–Mg/–Cu）は析出硬化型で、溶体化・焼入れ後の時効処理（T6等）により高強度化する。5000系（Al–Mg）は加工硬化と中程度の耐食性が特長で、海洋・輸送用途に多い。6000系（Al–Mg–Si）は押出性と時効硬化性のバランスが良く、建材や自動車外板に普及する。微量添加元素の制御により粒界析出、耐SCC、溶接性などが最適化される。
