アルミニウム1085：組成、特性、焼き状態ガイドおよび用途
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総合概要
Alloy 1085は1xxx系アルミニウム合金に属し、公称で約99.85%のアルミニウム純度を持つ商業用純アルミニウムに分類されます。ほぼ純アルミニウム系のファミリーに属しており、1000シリーズでは不純物の制限や微量の合金元素添加が、合金強化ではなく結晶粒構造や加工性の制御を主な目的としています。主な合金元素は鉄とケイ素の残留レベルであり、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタンは通常非常に低い限度に制御されています。
1085は熱処理強化ができない合金で、その機械的強度はほぼ固溶強化特性および冷間変形を伴う加工硬化によって得られます。主な特長として、優れた電気および熱伝導性、アニーリング状態での優れた成形性、大気および軽度の腐食環境における良好な耐食性が挙げられます。溶接性は適切なフィラー材と技術を用いることで一般的に良好ですが、溶接部の機械的強度は熱処理ではなく後続の冷間加工に依存します。
1085を使用する代表的な産業には、電気導体（バスバー、ストリップ、フォイル）、熱交換および熱管理部品、包装および箔、そしてピーク強度よりも延性や耐食性が重要視される建築用途があります。設計エンジニアは、合金化や熱処理可能な材料で得られる高強度よりも導電性と成形性を重視する場合に1085を選択します。その高い純度により、腐食挙動が予測可能で、成形や接合作業における寸法安定性が確保されます。
材質状態のバリエーション
| 材質状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全アニーリング、深絞りに最適な最大延性 |
| H12 | 低～中 | 中～高 | 非常に良好 | 優秀 | 軽度の加工硬化、良好な成形性を維持 |
| H14 | 中 | 中 | 良好 | 優秀 | 強度と成形性のバランスが取れた一般的な商用加工硬化材質 |
| H16 | 中～高 | 中～低 | 可 | 優秀 | 適度な成形性を許容しつつより高い強度を実現 |
| H18 | 高 | 低 | 限定的 | 優秀 | ほぼ全面硬化、強度が求められるストリップやフォイルに用いられる |
| H19 | 非常に高 | 非常に低 | 不良 | 優秀 | 非熱処理合金で最も高い強度を得るための最大加工硬化 |
材質状態の選択は主に冷間加工による延性と強度のバランスを制御します。アニーリング状態（O）は深絞り、スピニング、強い曲げ加工に必要な最大の伸びと成形性を提供します。一方、より高いH系材質は制御された冷間変形により降伏強さと引張強さを向上させる代わりに伸びが低下します。
溶接後の成形や強い冷間加工が必要な製作部品には、形成前にOまたは軽度のH材質が指定されることが多く、最終的な機械的性質は熱処理によらず、選択したH材質に応じた加工硬化度の調整によって達成されます。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 最大0.05 | 鋳造時の不純物や影響を低減するため低Siを制御 |
| Fe | 最大0.25 | 主要不純物で、強度や結晶粒構造に影響 |
| Mn | 最大0.05 | 通常無視できる量だが、存在すると結晶粒の安定に影響 |
| Mg | 最大0.05 | 意図しない析出強化を避けるため最小限に抑制 |
| Cu | 最大0.05 | 耐食性と導電性を保つため低濃度で管理 |
| Zn | 最大0.05 | ガルバニック効果や強度影響回避のため低レベル |
| Cr | 最大0.05 | 一部製造工程での結晶粒微細化に使用され微量制御 |
| Ti | 最大0.03 | 鋳造および圧延材の結晶粒微細化に小量添加 |
| その他 | 各0.03まで、合計0.15まで | 高純度アルミニウムを維持するため残留元素を制限 |
1085は基本的にアルミニウムのバランス合金で、アルミ含有量は約99.85%の最低保証値で、残りは微量の不純物で構成されます。低レベルのSiおよびFeは主に鋳造時の結晶粒構造や成形性に影響を与え、Cu、Mg、Znの厳密な管理により電気導電性と耐食性が保持されます。TiとCrの微量添加は一般的に鋳造や圧延過程で結晶粒を微細化し、表面品質および機械的性状の安定性を向上させますが合金としての基本的挙動は変わりません。
機械的性質
ほぼ純アルミニウムである1085は、完全アニーリング状態で低い降伏強さおよび引張強さを示し、冷間加工（H材質）によって強度が著しく向上します。引張特性は、O材質では低い弾性限界と高い延性が特徴で、加工硬化度が高まるにつれ降伏強さと最大引張強さは上昇しますが、伸びは減少します。析出硬化がないため、熱処理によりピーク強度を大きく向上させることはできず、機械的性質は加工条件に依存し、材質状態の制御により再現可能です。
硬さは引張強さや冷間加工度とほぼ比例し、ブラネル硬さやビッカース硬さは変形による硬化に伴い直線的に上昇します。疲労性能は中程度で、多くの低応力繰り返し使用に適しますが、疲労限度は合金化された構造用アルミニウムよりも低いため、滑らかな表面仕上げや圧縮表面処理で疲労寿命を向上させることが推奨されます。厚みの影響が顕著で、薄いフォイルやストリップは高い加工硬化度を必要とし、単位ひずみあたりの硬さが高くなりますが、厚肉部材は同等の強度に達するためにより大きな変形が必要で、中心部では靭性を維持しやすい傾向があります。
| 特性 | O／アニーリング | 代表的材質例（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約60～90 MPa | 約120～170 MPa | 値は厚みや冷間加工度に依存。H16/H18はより高い |
| 降伏強さ | 約20～40 MPa | 約80～140 MPa | 加工硬化材質で降伏強さ増加、アニーリング状態は低い |
| 伸び | 約35～45% | 約8～25% | アニーリング材は高い延性、H材質は伸びが減少 |
| 硬さ | 約15～25 HB | 約30～50 HB | ブラネル硬さの概算。冷間加工度と厚みで変動 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.71 g/cm³ | アルミニウム合金の一般的な値で、質量に敏感な設計に影響 |
| 融点範囲 | 約660 ℃ | ほぼ純アルミニウムの融点は約660.3 ℃ |
| 熱伝導率 | 約220～235 W/m·K | 高い熱伝導率で放熱器や熱交換器に有用 |
| 電気伝導率 | 約60～65% IACS | 高純度による非常に良好な伝導性 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 室温付近の概算値。熱計算に有用 |
| 熱膨張係数 | 約23.0 ×10^-6 /K | アルミニウム合金一般の線膨張係数 |
1085の高い熱伝導率と電気伝導率は、その重要な工学的特性の一つであり、電気および熱管理部品に好適な材料です。比較的低い密度と良好な熱特性により、軽量な熱システムで優れた比伝導性および比熱容量を実現します。設計者は異種材料との組み立てにおいてアルミニウムのやや高い熱膨張を考慮し、適切な隙間設計や接合手法で熱膨張差による問題を軽減する必要があります。
製品形態
| 形態 | 一般的な厚さ/サイズ | 強度の挙動 | 代表的な硬さ状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.2 mm – 6 mm | 薄板は冷間加工に迅速に反応 | O, H12, H14, H16 | 建築用外装材や熱交換フィンに広く使用 |
| プレート | >6 mm | 同じ硬さを得るには厚板ほど加工量が多く必要 | O, H14, H16 | あまり一般的でないが、高剛性・高伝導性が必要な場面で使用 |
| 押出形材 | 壁厚は様々 | 押出形材はOまたは軽度の加工硬化状態で供給可能 | O, H12 | 高い導電性が求められるバスバーや形材に使用 |
| チューブ | 直径様々；壁厚0.3–5 mm | 薄壁チューブは成形時にシートの挙動に近い | O, H14 | 熱交換器チューブや冷間成形配管に使用 |
| 丸棒/ロッド | 直径最大約50 mm | 丸棒は引き抜きや圧延で強度向上 | O, H16 | 高強度合金に比べ商業的な用途は限定的 |
1085は電気導体、箔、熱交換器での一般的な用途からシートおよび箔形態が主流です。軟化状態での薄板圧延は容易です。特定の断面形状が必要なバスバー、フィン、配管には押出形材や管材が生産され、これらは主に合金の導電性と成形性を活かしたものであり、構造部材としては用いられません。プレートや丸棒はあまり一般的ではありませんが、大断面で良好な導電性や耐食性が必要な場合に入手可能です。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1085 | アメリカ | 産業用純アルミ（約99.85% Al）のASTM/AA指定 |
| EN AW | 1085 | ヨーロッパ | ENでは「EN AW-1085」と表記されることがある |
| JIS | A1085 | 日本 | 超高純度展伸アルミのJISグループ相当鋼種 |
| GB/T | Al99.85 | 中国 | 中国規格では公称純度、Al≥99.85で表記されることが多い |
これらの同等鋼種は主に高純度の化学成分と類似した機械的特性を反映しています。各標準での不純物許容範囲、認証試験要件および微量元素の許可値に差があり、FeやSiなどの最大値や機械的試験法の定義が異なる場合があります。特に厳密な電気特性や耐食性が求められる用途では、材料仕様書およびミル証明書を必ず確認してください。
耐食性
1085はアルミニウムの酸化皮膜が迅速に形成されるため、大気中での一般的な耐食性に優れています。海洋環境では、大容量部材としては許容できる性能を示し、非構造部品や中程度の荷重がかかる部品に広く使用されます。塩化物によるピッティングを防止するため、定期的な淡水洗浄や塗装が露出エッジや加工面の保護に用いられます。銅や亜鉛を含まない低合金成分のため、高強度合金に比べ局所腐食に対する感受性が低減されています。
応力腐食割れ（SCC）に対する感受性は、Al-Zn-Mg系高強度合金や一部のCu含有合金より低く、残留引張応力が少なく延性が高いためです。一方で、ガルバニック効果には注意が必要です。アルミは大部分のステンレス鋼や銅に対して陽極となるため、異種金属を組み合わせる場合は絶縁層または犠牲陽極設計を用いて電解質の連続性がある場所での加速腐食を防止しなければなりません。5xxx系（Al-Mg）や6xxx系（Al-Mg-Si）と比較すると、1085は構造強度を若干犠牲にする代わりに、均一腐食挙動の改善と電気用途向けの優れた導電性を提供します。
加工特性
溶接性
1085はTIGやMIGなどの従来の融合溶接法に非常に適しています。低合金含有のため高温割れの傾向が少ないです。構造的あるいは電気的な接合のための推奨フィラー材は、純アルミニウム系フィラー（ER1100/ER1050系）または流動性向上や気泡抑制を求める場合はAl-Si系フィラー（ER4043）が一般的です。熱影響部は析出硬化の恩恵を受けないため、最終的な機械特性はジョイント設計とその後の冷間加工によって決まります。酸化皮膜除去とガスシールドの管理は水素含有量低減とピンホール抑制に重要です。
切削性
1085は延性が高く粘り気があるため、普通切削合金と比べて切削はやや難しい部類に入ります。切削工具はシャープな超硬またはセラミック製で、正の切れ角をもち、冷却液を多用して切りくず排出と切削面の焼き付き防止を図ります。切削速度は、シリコンを含むアルミ合金に比べて保守的に設定されることが多いです。これは1085に硬質第二相粒子がなく、切りくず分断が進みにくいためです。連続的な切りくずを出すため、切削送りおよび切込みは調整され、切削面の加工硬化を避けます。
成形性
1085の主な強みの一つは成形性です。軟化状態（O硬さ）では、深絞り、曲げ、スピニング加工に優れており、狭い曲げ半径も可能です。O硬さでの最小内曲げ半径は工具や表面状態により異なりますが、板厚の0.25〜0.5倍程度にまで近づくことがあります。一方、H16やH18などの硬さ状態ではより大きな半径や局所的なアニーリングが必要です。冷間加工は強度を高める反面、成形性を低下させるため、生産時の成形は通常軟化状態で行い、必要に応じて仕上げ強度を確保するため冷間加工を行います。
熱処理挙動
1085は実質的に純アルミニウムであり、熱処理強化型合金で用いられる古典的な固溶化処理や人工時効は適用されません。析出硬化によって強度を上げるT硬さは存在しません。強度調整は冷間圧延・引抜・引張などの加工硬化と、延性回復のためのアニーリングによって行います。完全アニーリング（O硬さ）は、部品形状により異なりますが一般に350〜415 °Cの範囲で加熱し、制御冷却することで最大の軟化と延性を得ます。
T硬さの遷移はなく、その代わりにH硬さが冷間加工量と方法および安定化処理有無を定義します。生産過程ではさらなる成形や仕上げのために加工硬化を除去するアニーリングサイクルが適用されます。特に箔や薄板用では、表面仕上げに影響を与える粒成長を防ぐために厳密なプロセス管理が求められます。
高温性能
1085は周囲温度を超えて150〜200 °C以上で降伏強さや引張強さが急激に低下し、高温構造用途には適しません。中温域では、保護的なAl2O3被膜が酸化抵抗を保つものの、長時間の高温曝露により粒成長が起き機械的性質および表面特性が劣化します。溶接部分の熱影響部は強度向上しないため、局所的なアニーリングによる軟化が発生し、高温環境下での荷重性能に影響を及ぼすことがあります。
熱管理用途では、1085は多くの合金に対して高温でも優れた導電性を維持しますが、クリープや強度低下に留意する必要があります。機械的な安全性を確保するための連続使用温度は安全側の設計マージンを加味して一般に125〜150 °C未満に制限されます。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 1085が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | サーマルフィン／熱交換フィン | 高い熱伝導性と狭いフィンスペースに対応する成形性 |
| マリン | 建築用トリム、配管 | 湿潤環境での耐食性と加工のしやすさ |
| 航空宇宙 | 非構造カバー、EMIシールド | 高導電性と軽量で遮蔽や熱拡散に適する |
| 電子機器 | バスバー、ヒートシンク、箔 | 優れた電気・熱伝導性と成形容易性 |
| 包装 | 箔および軟包装材 | 高純度と延性による薄板箔生産適性 |
1085は導電性と成形性が高く、構造強度が必ずしも求められない部品に特に適しています。低密度、高導電率、優れた延性の組み合わせにより、薄板部品、フィン、箔の効率的な生産が可能です。予測可能な耐食性と溶接性によって、多様な使用環境で経済的な選択肢となります。
選定のポイント
電気的または熱的導電性と深絞り成形性が主要な設計要素であり、機械的強度が中程度で十分な場合に1085を選択してください。この合金は1100と比べ導電性が優れ、腐食の均一性も若干改善されていますが、成形特性は類似しています。特殊合金に移行せずに純度および導電率をわずかに向上させたい場合に最適です。
一般的な加工硬化合金である3003や5052と比較すると、1085は構造強度をやや犠牲にする代わりに、導電率が高く、環境によっては一般的な耐食性がわずかに優れています。エンジニアは、導電率や箔用途が優先され、合金添加なしで加工硬化（H系硬化処理）によって必要な強度を得られる場合に1085を選択します。
熱処理可能な合金である6061や6063と比較すると、1085はピーク強度は大幅に劣るものの、導電性、成形性、耐食均一性に優れているため好まれます。1085は熱・電気部品や極めて高い成形性が求められる用途に適しており、より高い構造荷重や特定の比強度が必要な場合は6xxx系合金を選択します。
総括
合金1085は、非常に高いアルミニウム純度、優れた電気・熱伝導性、卓越した成形性が求められる現代のエンジニアリングにおいて依然として重要な材料です。予測可能な加工硬化による機械的特性と優れた耐食性により、複数の産業で導電性、熱管理、および薄板成形部品に対して経済的かつ信頼性の高い選択肢となっています。