アルミ
アルミは元素記号Alの金属であり、軽量・耐食・加工性・熱伝導性・電気伝導性に優れるため、輸送機、建築、電気機器、包装材まで幅広く用いられる。標準密度は約2.70g/cm3、融点は約660℃で、常温では緻密なAl2O3の自然酸化皮膜が形成されるため高い耐食性を示す。合金化と熱処理により強度・延性・耐食・溶接性などを最適化でき、A5052やA6061、A7075などの代表鋼種（JIS系記号）が存在する。設計ではガルバニック腐食、疲労、熱膨張の影響を理解し、表面処理や異種金属接触の管理を適切に行うことが重要である。
原子・結晶と基本物性
アルミは原子番号13、面心立方格子（FCC）であり、弾性率は約70GPa、ポアソン比は約0.33、線膨張係数は約23×10^-6/Kである。電気抵抗率は約2.65×10^-8Ωmで銅に次ぐ高い導電性を持ち、熱伝導率は200W/mK級と高い。標準電極電位は約-1.66V（SHE基準）で熱力学的には酸化されやすいが、緻密な酸化皮膜が自己受動化を与えるため、実用上は安定である。
酸化皮膜と耐食性
自然酸化皮膜は数nm〜数十nmのAl2O3で、塩基性・強酸性環境や塩化物イオン存在下では局部的な皮膜破壊から孔食が生じうる。陽極酸化により人為的に数μm〜数十μmの多孔質皮膜を形成し、染色やシーリングで耐食・意匠を付与できる。ガルバニック対を形成しやすい鋼や銅との接触では電食に注意し、電位差・面積比・電解質の管理、絶縁ワッシャやシーラントの適用が有効である。
合金系と特性の整理
アルミの合金は展伸材系（1000〜7000番台）と鋳物系に大別される。1000系は純度が高く導電・熱伝導に優れる。2000系（Al-Cu）は高強度だが耐食に配慮を要する。3000系（Al-Mn）は成形性良好、4000系（Al-Si）は溶加材・ダイカストに多い。5000系（Al-Mg）は溶接性・耐食性に優れ、海洋環境でも広く用いられる。6000系（Al-Mg-Si）は析出硬化により汎用高強度・押出性良好、A6061が代表例である。7000系（Al-Zn-Mg）は最高強度級でA7075が代表、応力腐食割れへの対策が重要である。
熱処理・加工硬化と記号
析出硬化型では溶体化→焼入れ→時効（T6、T7）が基本で、母相に微細析出物を分散させ強度を高める。非熱処理型（例:5000系）は冷間加工による加工硬化で強度を得る（H32、H34など）。調質記号は「O（焼なまし）」「H（加工硬化）」「T（熱処理）」の体系で、規格値の保証はJIS/ISO/ASTMで規定される。
成形加工法の要点
展伸材は熱間・冷間圧延、押出、引抜で幅広い断面形状を実現する。鋳物はダイカスト、重力鋳造、低圧鋳造で薄肉形状や複雑形状に対応する。摩擦攪拌接合（FSW）は溶融を伴わず、変形抵抗の小さいアルミで高品質接合を実現する。曲げではスプリングバックを考慮し、押出材では異方性や肉厚変動への配慮が必要である。
代表的プロセス（実務指針）
- 圧延・押出：表面疵の前処理、ロールマーク管理、温度プロファイル最適化
- ダイカスト：Si含有で流動性向上、ピンホール対策として溶湯管理・真空化
- 機械加工：切削は高回転・大送り、刃先にポジティブレークを用い溶着対策
- FSW：ツール形状・回転数・送りを材質と板厚に合わせ、キッシングボンド防止
接合技術と前処理
アルミの溶接はTIG/MIGが主流で、Mg・Siを含む6000系は溶接性が良い。溶接前に酸化皮膜を機械的/化学的に除去し、乾燥と脱脂で気孔・割れを抑制する。ろう付はAl-Si系ろうとフラックスを用い、拡散接合や抵抗スポット溶接も選択肢である。異種金属接合では異種金属接触腐食を避けるため、絶縁スペーサや表面処理で電気回路を遮断する。
表面処理と塗装
陽極酸化は耐食・耐摩耗・意匠性に有効で、封孔処理により耐食性を高める。化成処理（クロメート代替を含む）は塗装下地に適し、粉体塗装やフッ素樹脂塗装で屋外耐候を確保する。導電用途では処理による抵抗上昇に注意し、接触部はマスキングや導電ガスケットを活用する。
設計・信頼性の留意点
アルミは比強度に優れるが、鉄鋼に比べ弾性率が低く撓みが大きいため剛性評価が重要である。疲労限度の明確な水平部が小さいため、応力比・切欠き感受性・表面粗さ管理が寿命を左右する。熱膨張差によるクリアランス変動、温度上昇時のクリープ、ねじ座面のかじり（ガリング）にも配慮し、必要に応じて鋼製インサートや表面硬化皮膜を併用する。ガルバニック抑制ではアノード・カソードの配置、電解質遮断、面積比設計が基本である。
代表的用途と材料選定
航空宇宙ではA2024やA7075など高強度合金、自動車ではA6000系パネル・A5000系シャシ、建材では押出形材・カーテンウォール、熱交換器はフィン材・ブレージングシート、電力分野では導体・母線に用いる。缶材のような薄板は成形性と耐食性のバランスが要で、食品衛生やリサイクル性（溶解エネルギー低減）も評価指標となる。
規格・試験・評価
規格はJIS、ISO、ASTMが整備され、化学成分、公称特性、寸法公差、調質記号、試験方法が定義されている。硬さ（ブリネル）、導電率、皮膜厚、塩水噴霧、曲げ・引張・衝撃、疲労などの評価を組み合わせ、製品仕様と工程能力で合否判定する。腐食対策では材料選定、表面処理、環境制御、必要に応じて陰極防食の適用可否を検討する。
実務チェックリスト
- 材料：合金系・調質の適合確認（例: A6061-T6、A5052-H34）
- 製造：前処理・雰囲気・温度管理、治具剛性と歪み対策
- 接合：酸化皮膜除去、シールドガス純度、溶加材整合
- 表面：陽極酸化/化成/塗装の順序とマスキング設計
- 信頼性：疲労・腐食・熱膨張・クリープ・ガリングの同時評価
- 保全：清掃液のpHと塩分管理、電位差の小さい組合せを優先
アルミは軽量・耐食という基礎特性に、合金設計・調質・加工・接合・表面処理を重ね合わせることで、コスト・信頼性・意匠性を同時に満たす設計解を提供する材料である。性能を最大化する鍵は、環境（温湿度・電解質・温度域）と使用応力の適合、そして異種材料界面の制御にある。
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