Aluminum 1200：組成、特性、硬さの目安および用途
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総合概要
Alloy 1200は、1xxxシリーズに属するアルミニウム合金で、商業的に純度の高いアルミニウム（約99.0%以上のアルミニウム含有量）として分類されます。1xxxシリーズは意図的な合金元素含有が非常に低く、物性は基体金属によって支配されており、強化添加元素によって左右されないことが特徴です。1200に含まれる典型的な微量元素は、鉄およびシリコンの不純物であり、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、チタンは厳密に管理されたトレース量で含まれています。
1200は熱処理による強化ができない合金であり、その機械的強度はほぼ完全に加工硬化とテンパー制御によって得られます。この合金は優れた電気および熱伝導性、多くの環境での卓越した耐食性、優れた成形性、非常に良好な溶接性を提供します。主な制約は、意図的に合金化された系と比べて絶対的な強度が低く、疲労強度も劣ることです。
1200が一般的に使用される業界には、電気導体やバスバー、熱交換器および熱管理装置、化学・食品加工機器、建築装飾部材、包装用薄箔などがあります。エンジニアは、最大限の導電性、耐食性、広範な成形性が強度より優先される場合、またはプロセスメディアとの適合性のために化学的純度が必要な場合に1200を選択します。
テンパーバリエーション
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし状態、最大延性 |
| H12 | 低～中程度 | 高 | 非常に良い | 優秀 | 部分的に加工硬化、良好な成形性を保持 |
| H14 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 一般的な市販の冷間加工テンパー |
| H16 | 中高 | 中程度 | 普通～良好 | 優秀 | より多くの冷間加工で高強度化 |
| H18 | 高 | 低 | 限られる | 優秀 | 最大非熱処理強度のために多量の冷間加工 |
| H22 / H24 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 加工硬化＋安定化処理で特性維持 |
| H111 | 低～中程度 | 高 | 非常に良い | 優秀 | わずかにまたは不均一に加工硬化された状態 |
1200は析出硬化できないため、テンパーは強度と延性のバランスを直接制御します。多くの冷間加工テンパー（H16、H18）は、伸びと成形性を犠牲にして降伏強さや引張強さを高めます。焼なまし（O）状態は深絞りやスピニング加工に最適な伸びと延性を提供します。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Al | バランス（約99.00以上） | 主要成分；導電性と耐食性を決定付ける |
| Si | ≤ 0.30 | 不純物；強度と鋳造特性に微小影響 |
| Fe | ≤ 0.30 | 一般的な不純物；延性および電気伝導性に影響する中間金属化合物を形成 |
| Mn | ≤ 0.03 | 通常は微量；強度にわずかな影響 |
| Mg | ≤ 0.03 | 微量のみ；1200における強化元素ではない |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性と導電性保持のために非常に低く管理 |
| Zn | ≤ 0.03 | 微量；増加すると耐食性低下 |
| Ti | ≤ 0.03 | 加工時の結晶粒微細化剤として添加されることがあり、通常は非常に低濃度 |
| その他（各元素） | ≤ 0.05 | 純度維持のため他元素の総和を低く制御 |
成分はアルミ純度を強調し、熱伝導性および電気伝導性の最大化と優れた耐食性の確保を意図しています。鉄およびシリコンは製錬やリサイクル過程で避けられない不純物としてごくわずかに含まれ、中間金属化合物を形成し機械的性質や成形性に若干の影響を与えます。銅と亜鉛の管理が重要で、小さな増加でも耐食性と導電性を低下させます。
機械的性質
焼なまし（O）状態では1200は低い引張強さと降伏強度を示しますが、伸びと靭性は非常に高く、深絞りや成形加工に適しています。O状態の引張強さは板厚や加工履歴により変動し、特殊薄板や箔では異なる基準値を示すこともあります。焼なまし1200の疲労耐性は静的強度の低さに制約されるものの、良好な延性および大きな第二相粒子の不在により利点があります。
冷間加工により降伏強さと引張強さが大幅に向上しますが、伸びと成形性は低下します。1200はほぼ純アルミニウムのため、加工硬化による引張強さの増加は予測可能であり、熱処理なしで部品性能の調整に有用です。硬さはテンパーと冷間加工度に密接に関連し、焼なまし材はブリネル硬さやビッカース硬さで低値を示す一方、Hテンパーはそれに比例して高くなります。
板厚や加工履歴は機械的挙動に影響を与えます。薄板では加工応力や圧延時の加工硬化により見かけの強度が高くなる傾向があります。表面状態、成形による残留応力、および不純物起因の中間金属粒子の存在も実使用時の疲労開始や伝播に影響します。
| 特性 | O（焼なまし） | 代表的テンパー（H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約70–120 MPa | 約120–160 MPa | 幅広い範囲は板厚・加工履歴で変動；H14は一般的市販テンパー |
| 降伏強さ | 約20–50 MPa | 約50–110 MPa | 加工硬化で降伏強さが著しく上昇 |
| 伸び | 約30–45％ | 約10–30％ | テンパーの強度上昇に伴い伸びは減少 |
| 硬さ（HB） | 約13–25 HB | 約25–45 HB | 硬さは加工硬化と比例；測定法により報告値に差あり |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.71 g/cm³ | 商業用純アルミニウム合金として典型的 |
| 融点範囲 | 約660 °C | アルミニウムの固相・液相転移温度に近い |
| 熱伝導率 | 約220–235 W/m·K（25 °C時） | 非常に高い熱伝導率；純度とテンパーに依存 |
| 電気伝導率 | 約58–62 % IACS | 商業用アルミ合金の中で非常に高い値 |
| 比熱 | 約0.897 J/g·K | 周囲温度付近の典型的なアルミ比熱 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 ×10^-6 /K（20–100 °C） | 中程度の係数；熱サイクル設計上重要 |
1200の物理的特性群、特に熱伝導率と電気伝導率の高さは、ヒートシンク、バスバー、導体用途での選択理由となっています。高導電性は合金の高いアルミニウム含有量と低不純物レベルの直接的な結果です。密度や熱膨張は他のアルミ合金と類似しており、重量や熱膨張に関する設計上の考慮は標準的なアルミ設計慣行に従います。
製品形状
| 形状 | 典型的な厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的なテンパー | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.2 mm – 6 mm | 加工硬化または焼なまし | O, H12, H14, H16 | 筐体、フィン、被覆材に広く使用 |
| 厚板 | 6 mm超（限定的） | 強度は低め | O, H111 | 低強度のため厚板用途では稀 |
| 押出材 | 断面寸法最大約150 mm | 押出後の冷間加工で強度変動 | O, H112, H22 | 純度が重要なバスバーや特注断面に使用 |
| 管材 | 薄肉〜中肉管 | 板材同様の挙動；加工硬化可能 | O, H14 | 熱交換器や流体取扱いに使用 |
| 丸棒・棒材 | 直径数mm以上 | 冷間引き抜きにより強度増加 | O, H14, H18 | 導体棒や成形用素材として一般的 |
成形方法、厚さ、最終用途により適切な製品形状とテンパーが選択されます。箔や薄板は優れた延性と導電性を活かし熱用途や包装用途に使われます。押出材および棒材は断面内の純度や導電性が必要な用途に用いられ、これらは押出後の冷間加工で機械的性能を付与することが一般的です。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1200 | アメリカ | ASTM/AA指定の商用純アルミ（約99.0% Al） |
| EN AW | 1200 / Al99.0 | ヨーロッパ | EN指定はAA1200と化学成分が一致し、欧州のサプライチェーンで使用される |
| JIS | A1080 / A1050（最も近い） | 日本 | JISシリーズには似通った商用純アルミグレードがあり、厳密な不純物限界は異なる場合がある |
| GB/T | 1200 (Al99.0) | 中国 | 中国規格はAA1200に相当するAl99.0グレードを示す |
各規格間の相互参照はあくまで概算的なものであり、各国規格で定められる不純物限界や微量元素の許容差が若干異なります。実務上はAA1200、EN AW-1200、およびGB/T 1200はいずれも類似した性能を持つ商用純アルミグレードを指し、JISでは近接する表現（例：A1050/A1080）で非常に高純度のアルミニウムを示しています。発注時には各規格の証明書に記載された成分および機械試験条件を比較し、地域間の差異を正確に把握してください。
耐食性
1200は高いアルミニウム含有量により、安定した保護性のアルミナ酸化膜が形成されるため、一般的な大気環境において優れた耐食性を発揮します。工業汚染地域や多くの農村環境でも非常に耐久性が高く、セカンドフェーズが起点となる高合金アルミニウムに比べて局部的なピッティングは稀です。1200の純度の高さは内部でのガルバニックカップリングを低減し、多くの条件下で選択的腐食の発生を抑制します。
海洋環境や塩分に曝露される条件下でも、1200は多くの使用条件で良好な耐食性を示しますが、高塩化物濃度の停滞した塩水環境では局部的なピッティングを受けやすい場合があります。Mgを含む5xxx系合金と比較すると、1200はMg含有相が存在しないため一部の腐食モードに対して優れた抵抗性を示しますが、5xxx系はより高い機械的強度を持ちます。1200は非熱処理材であり、応力腐食割れ（SCC）を引き起こす析出相がないため、SCCの懸念は少ないです。
多種材料とのガルバニック腐食にも注意が必要です。1200は多くの一般的な金属（ステンレス鋼、銅製品など）に対して陽極側にあり、導電性の電解液中で電気的に接続されると選択的に腐食します。異種金属接合時には適切な絶縁処理やコーティング、犠牲防食設計が必須です。総じて1200の耐食特性は構造用アルミニウム合金の中でも最も安定的であり、化学処理設備や食品加工装置に広く採用される理由となっています。
加工性
溶接性
1200は基本的に単一相の純アルミであるため、TIGやMIGなど一般的な溶融溶接法で容易に溶接できます。ホットクラックのリスクは非常に低いです。高純度かつ低合金成分のため、母材の熱伝導性や伸び特性に合わせて充填材を選定します。適用される代表的な充填材は1100や4043で、充填材の合金化が許容される場合に使用されます。熱影響部（HAZ）では有害な析出物の溶解は起きませんが、1200は熱処理によって強化されないため、HAZの軟化による設計上の懸念もありません。
機械加工性
1200の機械加工性は一般に「普通からやや難しい」と評価されます。鉛入り真鍮や自由切削鋼と比較すると柔らかく粘りがあるためです。切削工具には鋭利な超硬または高品質HSSインサートを用い、正面刃角で連続切り屑を得ることが推奨されます。切削速度は工具表面の加工硬化を避けるために中程度に抑えます。切り屑管理と冷却剤の選択は表面仕上げ品質に大きく影響し、加工中のビルドアップエッジ（BUE）が表面の品質を左右する要因となります。
成形性
成形性は1200の最も優れた特長の一つで、特にO（焼なまし）および軽度H系のテンパーで顕著です。深絞り、スピニング、曲げ加工、ストレッチ成形が容易で、小半径曲げや優れたばね戻り予測性が得られます。加工硬化が進むほど曲げ半径や成形力は予測可能な形で変化します。厳しい成形が予想される場合は焼なまし材を指定し、成形後に一定の強度が必要な部品はHテンパーを用いる設計が一般的です。
熱処理挙動
1200は非熱処理型合金であり、2xxx〜7xxxシリーズの合金に用いられる固溶処理および析出硬化は適用できません。人工時効による強化もほとんど期待できません。強度調整は冷間圧延、引抜き、伸張、制御された焼なましによる機械的処理でのみ行われます。焼なまし（Oテンパー）は再結晶が起こる温度まで加熱し延性を回復させる工程であり、その後制御された加工と安定化により商業的なHテンパーが得られます。
高温性能
1200の使用温度限界は常温を超える100〜150 °Cあたりから強度低下が顕著になり、高温では微細構造変化が進行することに依存します。設計者は150 °Cを超える連続的な構造用途を通常避けます。この温度域では軟化やクリープが顕著になるためです。熱管理用途（ヒートシンク）では、高い熱伝導率と酸化膜の形成により1200は高温下でも機能的に有用です。
酸化挙動は穏やかで、薄く密着したAl2O3層が迅速に形成され、空気中での更なる腐食から金属を保護します。熱循環環境では膨張差や酸化膜の剥離を考慮した接合設計が必要ですが、通常の工業温度域では1200の全体的な酸化は制限因子とはなりません。溶接接合部でも析出物による脆化は見られませんが、高温での機械的マージン低下は設計考慮が必要です。
用途例
| 産業分野 | 代表部品例 | 1200が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、導体、変圧器部品 | 高い電気伝導率と良好な成形性 |
| 海洋・化学 | タンク、ダクト、熱交換器、プロセス機器 | 優れた耐食性と化学的適合性 |
| 熱管理 | ヒートシンク、フィン、蒸発器コイル | 高い熱伝導率と加工容易性 |
| 包装・消費財 | 箔、装飾トリム、食品加工部品 | 純度、成形性、表面仕上げ |
| 建築 | 外装材、フラッシング、トリム | 成形性、耐食性、意匠性 |
1200は電気・熱伝導性、耐食性、成形性の組み合わせが優れており、高い構造強度よりも純度や加工のしやすさを重視する用途に適しています。包装用の薄箔から腐食環境下の成形部品、電気用途の押出形材まで幅広く使用されています。
選択のポイント
伝導性、耐食性、極めて優れた成形性が最優先され、ピーク強度を要求しない場合は1200が適しています。板材、箔材、押出形材ともに低コストかつ広く入手可能であり、多くの熱処理・電気・化学処理用途で経済的な選択肢となります。
商用純アルミの1100と比較すると、1200はわずかに高い不純物許容範囲を持つが類似の伝導性能を示し、コスト効率はやや高い傾向があります。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、1200は優れた電気・熱伝導率および純アルミの耐食挙動を示しますが、強度は低いため、伝導性と成形性が荷重能力より重要な場合に選択されます。6061や6063のような熱処理合金に比べると、1200は溶接性、耐食性、伝導性が重視され、人工時効による高強度化を必要としない用途に適しています。1200は機械的強度が低めでも伝導性や化学的適合性を優先する導電部品や化学処理機器で好まれます。
まとめ
アルミニウム1200は高い伝導率、卓越した耐食性、優れた成形性を低コストで実現する重要なエンジニアリング材料です。純度と加工性が設計上の主なトレードオフとなる用途では、1200が最も実用的かつ効率的な選択肢であることが多いです。