アルミニウム

  板   棒   管

A 1050板
A 1100板
A 5052板
AFP 52板
A5052 4x8
A5052 4x8シマ板

KS21 B
17S B
24S B
52S B
56S B
61S B
75S B
63S 平角
63S 平角アルマイト
63S 四角
63S 等辺アングル
63S 不等辺アングル
63S チャンネル

丸 管
63S 平角管
63S 四角管

 

アルミニウムとは

アルミニウム(英Aluminium,米Aluminum)は、原子番号13の元素である。元素記号はAl。
軽銀やアルミニウムを略してアルミということもある。
単本は常温常圧では良い熱伝導性・電気伝導性を持つ金属。
融点660.2℃、沸点2060℃(2467℃、2400℃という実験値あり)。
密度は2.7g/cm3で、金属としては軽量である。
常温では面新立方格子構造が最安定となる。
酸やアルカリに侵されやすいが、空気中では表面に酸化膜(アルマイト)ができ、内部は侵されにくくなる。

単体の性質

化学的性質

アルミニウムは両性金属で、酸にもアルカリにも溶解する。
アルカリ性の水溶液では、以下の反応によって水が還元されて水素祖を発生する。
(化学式)6OH- +2Al +6H2O → 6OH- +2Al(OH)3 +3H2
ただし、生成する水酸化アルミニウムの溶解度積([Al3+][OH-]3)は1.92×10-32であり、ほとんど水に溶解しない。したがって、薄いアルカリでは皮膜が発生して反応が止まる。
しかし、強アルカリ条件では水酸化アルミニウムが次式によって水溶性のアルミン酸を形成するため、反応は表面のみでなく内部まで進行する。
(化学式)OH- +Al(OH)3 +2H2O → [Al(OH)4(H2O2)]-
また、鉄の溶接にも使われているテルミット反応にも使われている。

機械的性質

アルミニウムは鉄の約35%の比重(2.70[g/cm3])しかなく、金属の中でも軽量な方に属し、属性に富む。
純アルミニウムは強度は低いが、ジュラルミンなどのアルミニウム合金はその軽量さ、加工のしやすさを活かしつつ強度を飛躍的に改善しているため、様々な製品に採用され産業界で幅広く活躍している。(「用途」を参照)

アルミニウム合金は軟鋼などと違い、応力がかかった時の変形に降伏現象を示さない。それは進入方個溶体である炭素によるコットレル雰囲気を持つ鉄合金とは違い、アルミニウム合金には置換型個溶体合金が多いことに起因する。
よって、構造設計等の計算を行う場合には、材料力学では「引張応力」として「0.2%耐力」が代わりに用いられる。「0.2%耐力」とは、応力をかけた際に永久ひずみが0.2%になる時の応力である。
ただし、アルミニウム合金には常温クリープと呼ばれる現象が顕著であり、どんな小さな力、衝撃でも数千、数万回と加え続ければひずみが蓄積していき、いつか必ず破壊されるという点で、鉄とは大きな違いを持つため、機械設計時には構造体の寿命計算等に厳重な注意が必要である。

生 産

アルミニウムはボーキサイトを原料としてホール・エルー法で生産されるのが一般的である。ボーキサイトを水酸化ナトリウムで処理し、アルミナ(酸化アルミニウム)を取り出した後、溶解し電気分解を行う。したがって、アルミニウムを作るには大量の電力が消費されることから「電気の缶詰」と呼ばれることもある。
電力価格が高いためコスト競争に弱い日本国内のアルミニウム精錬事業は、オイルショック後採算困難になり、大部分は国外に拠点が移った。現在、日本国内で原石(ボーキサイト)から製品まで一貫生産を行っているのは、自前の水力発電所により自家発電を行っているため低価格の電力が入手可能な日本軽金属(工場所在地は静岡市清水九)のみである。

ボーキサイトからアルミニウムを精錬するのに比し、アルミニウム屑からリサイクルして地金を作るほうがコストやエネルギーが少なく済む。そのため、回収された空き缶等をリサイクル原料とし、電気炉等を用いる形態で再生するケースは徐々に増えている。アルミニウム屑を溶解するにあたっても融点が約660℃と銅や鉄などの主要金属の中では低いほうなので、少ないエネルギーで行うことができる。この利点をとらえて、アルミニウムはしばしば「リサイクルの優等生」や「リサイクルの王様」と表現される。

アルミニウムの生産量は2002年時点で2574万トンに及ぶ。中国が約1/6を生産し、これにロシア・カナダ・アメリカを加えた4カ国で生産量の過半数を占める。中国、ロシア、アメリカはボーキサイト原産国でもある。インドも世界生産量のシェア10位以内に含まれる。

用 途

アルミニウムは金属の中では軽量であるために利用しやすく、また、軟らかくて展性も高いなど加工が楽な性質を持っており、さらに表面にできる酸化皮膜のためにイオン化傾向が大きい割には耐食性もあることから、一円硬貨やアルミホイル、缶(アルミ缶)、鍋、窓枠(アルミサッシ)、エクステリア、建築物の外壁、道路標識、鉄道車両や自動車の車体、自転車のリム、パソコンや家電製品の筐体など、様々な用途に使用されている。ただし大抵はアルミニウム合金としての利用であり、一円硬貨のようなアルミニウム100%のものはむしろ稀な存在である。
有名な合金としてはジュラルミンが挙げられる。ジュラルミンは航空機材料などに用いられているが、金属疲労に弱く、腐食もしやすいという欠点を持つため、航空機などでは十分な点検体制を取ることが求められている。
なお、一時期自動車も航空機材料にならう形でアルミ化が進んだが、車体強度と安全性を両立させるため、現在はアルミではなくハイテン材料(高張力鋼)の適用が進みつつある。

高圧送電線にもアルミニウム線が使用される。銅に比べ電気伝導度は劣るが密度が低いため、断面積を大きく取る(太くする)ことができるので、総体の電気抵抗値は同等となる。材料費もほぼ拮抗する。

真性半導体であるケイ素に微量のアルミニウムを添加することにより、P型半導体が得られる。

俗に「銀ペン」とも呼ばれる銀色の塗料には、アルミニウムの微粉末が顔料として加えられている。耐食性があるため、橋梁などの建築物によく使われた。