アルミニウム1095：組成、特性、硬さ状態ガイドおよび用途
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総合概要
1095は1xxx系アルミニウム合金で、高純度に近いグレードを示し、アルミニウム含有率は約99.95%に達します。1xxx系は意図的な合金元素を最小限に抑えたシリーズであり、1095は不純物成分が非常に低く、合金強化よりもアルミニウム本来の特性に重点が置かれています。
主要な合金元素はほぼ不純物および残留物で、シリコン、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、クロム、チタンなどが0.1%未満のレベルで含まれています。1095は金属学的には熱処理による強化ができず、変形硬化（加工硬化）によって強度を得ています。
主な特長として、優れた電気伝導性および熱伝導性、焼なまし状態での高い延性・成形性、高純度による大気腐食耐性の良好さが挙げられます。溶接適性は一般的な溶融法で非常に良好ですが、溶接部の熱影響部（HAZ）では焼なましが起こり強度が低下する場合があります。
1095の代表的な用途分野は、化学処理装置、電気導体、熱交換器やクラッド材、インゴットや箔の製造、特殊な建築・装飾用途などです。高い導電性、優れた成形性、純アルミに近い最大の耐食性を求める場合に、強度は若干劣るものの高強度で導電性が低い合金より1095が選ばれます。
硬質区分（テンパー）
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い（30–45%） | 非常に良好 | 非常に良好 | 完全焼なまし、最高の延性と導電性 |
| H12 | 低〜中 | 中程度（15–30%） | 良好 | 非常に良好 | 軽度の加工硬化、成形性も十分 |
| H14 | 中程度 | やや低下（8–20%） | 良好 | 非常に良好 | 半硬質；曲げや軽いプレスに一般的 |
| H16 | 中〜高 | 低〜中（6–12%） | やや劣る | 非常に良好 | 四分硬質、より強い成形部品向け |
| H18 | 高い | 低い（4–8%） | 限定的 | 非常に良好 | 全硬質の冷間加工製、最高強度 |
1095の硬質区分は、塑性変形（Hテンパー）および焼なまし（O）により達成されます。Tテンパー（熱処理強化）や析出硬化処理は適用できません。なぜなら1095には時効硬化に必要な有意な固溶元素が含まれていないためです。選択した硬質区分は設計の主要変数であり、Oの焼なましは最大の成形自由度と導電性を提供しますが、Hテンパーが進むにつれて成形性は低下し強度は転位密度の増加により向上します。
化学組成
| 元素 | ％範囲 | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤0.25 | 典型的不純物；鋳造性に影響、強度には小さな影響 |
| Fe | ≤0.95 | 主要な残留物；高濃度では靭性を低下させる金属間化合物形成 |
| Mn | ≤0.05 | 通常は極めて少量；存在すると微細組織にわずかに影響 |
| Mg | ≤0.05 | 微量；析出強化には不十分 |
| Cu | ≤0.05 | 腐食耐性と導電性維持のために極めて低く抑制 |
| Zn | ≤0.05 | 微量；強度向上効果はほぼなし |
| Cr | ≤0.01 | 微量；一部製造工程で粒径制御に寄与 |
| Ti | ≤0.03 | 鋳造または圧延加工時の粒径細化用に意図的添加される場合あり |
| その他 | 合計100％まで（Al 約99.90〜99.99） | 残りは主にAl。その他は微量元素を含む |
1095の化学組成は、アルミニウムが主体でわずかな残留物のみが含まれる点に特徴があります。シリコンと鉄は最も影響の大きい不純物であり、金属間化合物を形成して割れの起点になることがあり、成形性に影響する場合があります。銅とマグネシウムの含有が低いことで、耐食性と電気伝導性が維持されており、粒径制御のためにチタンが添加されることもあります。
機械的性質
1095の引張特性は純度と冷間加工度に強く左右されます。焼なまし状態では降伏強さと引張強さは低く、均一伸びと全伸びが大きく非常に延性に富みます。冷間加工（Hテンパー）は主に転位蓄積による加工硬化で降伏強さおよび引張強さを向上させる一方で、均一伸びと全伸びは比例して低下します。
硬さは硬質区分に強く依存し、ブリネル硬さおよびビッカース硬さは合金系よりも低く、Hテンパーの進行とともに上昇します。疲労性能は粗大な析出物がないため良好ですが、表面状態、不純物粒子の分布、冷加工状態が疲労開始に大きく影響します。板厚は引き伸ばしや成形挙動に影響し、薄板はO状態で容易に冷間引き伸ばし可能ですが、厚板は加工エネルギーが増大し硬質条件では成形性が劣ります。
成形履歴（圧延比、焼なまし工程、表面仕上げ）管理は、構造部品に必要な靭性と疲労寿命の確保に重要です。溶接は回復や再結晶による局所軟化を伴い、接合部の降伏分布に影響し、適切に管理しないと疲労耐性が低下する場合があります。
| 特性 | O/焼なまし | 主要テンパー（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 典型60〜110 MPa | 典型110〜170 MPa | 純度と加工硬化により広範囲；工程依存性が大きい |
| 降伏強さ | 典型25〜60 MPa | 典型95〜140 MPa | 冷間加工によるHテンパーで著しく増加 |
| 伸び | 典型30〜45% | 典型8〜20% | 硬さと強度の上昇に伴い延性は低下 |
| 硬さ | 典型15〜30 HB | 典型30〜60 HB | 硬さは冷間加工に比例、合金系よりも絶対値は低い |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミニウム標準値。質量や剛性計算に有用 |
| 融点範囲 | 660〜665 °C | 高純度のため融点範囲が狭い |
| 熱伝導率 | 約220〜235 W/m・K (25 °C) | 純アルミニウムに近い高い熱伝導率。ヒートシンク等に適す |
| 電気伝導率 | 約58〜62 %IACS | 優れた電気伝導性。バスバーや導体用途に有効 |
| 比熱 | 約900 J/kg・K (0〜100 °C) | 多くの金属と比べ高い比熱。熱慣性に影響 |
| 熱膨張係数 | 約23〜24 µm/m・K | アルミニウムとして標準的。異種材料部品設計に重要 |
物理的性質は、熱および電気伝導性が重要で質量を抑えたい用途に適します。密度や熱膨張係数は異種材料との組み合わせ設計で公差決定に影響を与えます。融点や熱伝導率はろう付け、溶接、熱管理設計の熱入力計算において考慮すべきポイントです。
製品形態
| 形態 | 代表的厚さ/サイズ | 強度特性 | 代表的テンパー | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.1〜6 mm | 均一；厚さが引き伸ばし性に影響 | O、H12、H14 | クラッド材、熱交換器、装飾パネルに広く使用 |
| プレート | 6 mm超〜50 mm以上 | 厚板は厚さ方向の延性が低下 | O、H18 | 大型で純アルミニウム材が必要な場合に使用されることが多い |
| 押出材 | 複雑断面、広範囲 | 押出比および後加工で強度が変化 | O、H12、H14 | 電気バスバー、建築用プロファイル、フレーム部品に使用 |
| チューブ | 薄肉から肉厚まで | 引き抜き、ピルガリングにより残留応力発生 | O、H14 | 配管、流体処理で耐食性が求められる用途に一般的 |
| バー／ロッド | 直径1 mm〜200 mm | 冷間引き伸ばしで強度増加 | O、H16、H18 | 加工部品、リベット、特殊電気導体に使用 |
加工形態による違いは大きく、圧延シート・プレートと押出材・チューブでは履歴や硬化状態、テクスチャ（配向性）が異なり異方性、成形性、機械的応答に影響を与えます。製品形態の選択は接合方法と最終テンパー要求に合致させることが重要です。成形や溶接の後工程により局所的な機械的・電気的特性が変化する可能性があるためです。
同等材質記号
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1095 | USA | American Aluminium Associationによる高純度アルミニウムの指定記号 |
| EN AW | 1095 | ヨーロッパ | EN規格は高純度の圧延製品に対してAAの命名法を踏襲 |
| JIS | A1095 | 日本 | 国内仕様で使用される日本工業規格の同等品 |
| GB/T | 1095 | 中国 | 国際的な命名規則に沿った中国標準の指定記号 |
同等の鋼種記号は1xxx系合金がアルミニウムの最低含有率と厳密な不純物制限によって定義されているため概ね一致しています。ただし、微量元素と許容不純物レベルの許容範囲は規格ごとにわずかに異なることがあり、これが電気伝導率、再結晶挙動、および厳密な公差を必要とする用途での成形性に影響を与えます。特に電気用途や箔用途など重要な用途には、必ず特定の規格およびサプライヤーの認定された組成と特性を確認してください。
耐食性
1095は高いアルミニウム含有量と攻撃的な合金元素が含まれていないため、一般的大気腐食に対して優れた耐性を示します。自然酸化皮膜によるパッシベーションで多くの環境下で保護されますが、汚染大気条件や酸性環境では局所的な腐食が発生することがあります。定期的なメンテナンスと陽極酸化処理や被覆など適切な表面仕上げにより、長期の性能向上が期待できます。
海洋環境においては、均一腐食に関しては良好な性能を示しますが、塩化物イオン誘発の孔食および隙間腐食は5xxx系などの海洋用グレード合金の方がより効果的に抵抗します。電気化学的な相互作用にも注意が必要で、1095は銅やステンレス鋼に対してアノードとなるため、より貴な材質と電気的接触があると犠牲腐食することがあります。絶縁措置や適合したファスナーの使用で対策が必要です。
高純度アルミニウム合金は、高濃度の合金元素が応力腐食割れ（SCC）を促進しないため、SCCの発生率は低いです。5xxx系や6xxx系と比較すると、1095は局所腐食耐性の一部を犠牲にする代わりに、より高い伝導率と延性を持ち、銅や亜鉛を含む熱処理合金に対しては優れた全体的耐食安定性を示します。
加工性
溶接性
1095は低い合金含有量と高い熱伝導率により、TIG、MIG、抵抗溶接の各プロセスで良好に溶接できます。溶接フィラーは純度に合わせたものかAl-pure溶接棒が一般的に使用され、耐食性維持のために銅含有フィラーは避けられます。熱割れのリスクは低いものの、収縮応力や熱影響部（HAZ）の軟化が発生しやすいため、溶接前後の変形制御や必要に応じた機械的補正が求められます。溶接部は、冷間加工の回復・再結晶により融着部近傍で機械的特性が低下することがあります。
加工性
1095の切削加工性は中程度から良好で、軟らかい母材と延性のある切りくずには鋭利な工具およびチップブレーカーの使用が効率的です。超硬付きカッターや正しい形状の高速度鋼工具が効果的で、熱伝導率が高いため切削熱は速やかに除去されます。表面仕上げは良好で工具摩耗も少ないですが、低速で深切込みを行う場合は粘着性のある切りくずに注意が必要です。高シリコンアルミ合金と比較して工具の摩耗は少なめです。
成形性
O状態での成形性は非常に優れており、深絞り、スピニング、複雑なプレス加工に対応可能で、比較的大きな曲げ変形が可能です。最小曲げ半径は材質の調質と板厚に左右され、O状態では多くの加工で内側曲げ半径は厚さの0.5～1.0倍まで許容されますが、H調質ではより大きな曲げ半径が必要で中間焼鈍を要する場合があります。冷間加工は降伏点を上げ伸びを低下させるため、複雑形状の場合は段階的な成形と中間的な応力除去が一般的です。狭い半径曲げや強い引き伸ばし成形には、焼鈍もしくは軽度の加工硬化調質が推奨されます。
熱処理挙動
熱処理強化ができない合金であるため、1095は溶体化処理および時効処理によって強度が向上しません。強度調整は冷間加工（加工硬化）および管理された焼鈍によって行われます。完全軟化のための典型的な焼鈍処理は板厚に応じた浸漬時間で約300–420 °Cの温度域で実施され、O調質を得て延性と伝導率を回復します。
調質は加工硬化の度合い（H12、H14、H16、H18）として表され、圧延・帯鋼引き・曲げ加工量の指定により選択されます。過焼鈍や製造過程（溶接、ろう付け）での過度の熱曝露は再結晶と軟化を引き起こし、部品設計や接合計画において考慮する必要があります。
高温特性
1095は常温と比較して高温で顕著な強度低下を示し、100 °Cを超えて荷重支持能力が低下し、継続使用はおおむね150 °C以上では制限されます。酸化はアルミニウムにより安定した酸化皮膜が形成されるため比較的緩やかで、スケーリングは鋼材や高温合金に比べて最小限です。熱サイクルや高温曝露は特に溶接部熱影響部で局所的な焼鈍を招き、恒久的な軟化と寸法安定性の低下を引き起こす可能性があります。
したがって設計者は連続使用の最高温度を制限し、100 °C以上の温度での長期荷重下ではクリープを考慮すべきです。短時間の高温曝露では合理的な耐久性を維持しますが、長期的な機械的寿命や疲労寿命は温度影響を受けるため、用途ごとの検証試験が推奨されます。
用途例
| 業界 | 使用例部品 | 1095が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気・電力 | バスバー、電導体 | 高い電気伝導率と成形性 |
| 熱伝導 | ヒートシンク、フィン材 | 高い熱伝導率と低密度 |
| 化学処理 | 被覆材、タンク | 多くの化学薬品に対する高い耐食性 |
| 建築 | 装飾パネル、カーテンウォール | 表面仕上げ容易性と耐食安定性 |
| 消費財 | 箔、リフレクター、調理器具 | 優れた成形性と表面品質 |
1095は、純アルミニウム特性の組み合わせが高強度より重要視される用途で頻繁に使われます。伝導率、熱特性、耐食性、成形性が重視される部材で、広範な成形や狭い曲げ半径、高い表面品質や電気的特性を求められる場合に適しており、コストや入手性の面でも有利です。
選択のポイント
設計上の優先事項が高い電気伝導率や熱伝導率、優れた成形性、優秀な一般耐食性であり、ピーク強度は必要ない場合に1095を選択してください。その純度の高さから、バスバーや熱伝導部材、装飾または被覆用途で表面品質や伝導率が機械的荷重容量を上回る場合に魅力的です。
1100などの商業純アルミニウムと比較すると、1095は同等かやや高い純度および類似した成形性を持ち、伝導率の差はほとんどなく、電気特性に厳しい用途では残留不純物の管理がより重要となる場合があります。3003や5052のような加工硬化合金と比べて、1095は一般に高い伝導率と同程度かそれ以上の成形性を持つ一方で、強度は低く、Mgを含む5xxx系合金に比べ海水孔食など局所的耐食性は劣ります。6061や6063のような熱処理構造用合金と比べると、1095は伝導率と成形性を重視し、到達可能な最高強度を追求しない場合に選択されます。電気的・熱的役割や繰り返し成形や高度な表面品質が求められる部品に適しています。
まとめ
1095は、純アルミニウムとして優れた伝導率、卓越した成形性、固有の耐食性と低密度を兼ね備えた性能が必要な用途で重要な材料です。その役割は高強度および析出硬化型合金を補完するものであり、純度と延性が重要な電気、熱、化学暴露のある用途において定番の材料となっています。