アルミニウム1350：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
1350は1xxxアルミニウムシリーズの一つで、実用純アルミニウム系統に属し、名目上のアルミニウム含有量は約99.5%です。このシリーズは極めて低い合金元素の添加で特徴付けられ、Mn、Mg、またはMg+Siによる強化を行う3xxx、5xxx、6xxxシリーズとは異なります。
1350の主な合金元素は痕跡レベルの不純物および鉄、シリコン、ごく少量のマンガンやチタンなどの管理された残留物であり、これらは電気伝導性および熱伝導性を維持するために低く抑えられています。1350の強化は熱処理ではなく、ほぼ完全に加工硬化（ひずみ硬化）によって実現され、軟化は焼なましおよび再結晶によって行われます。
1350の主な特性は、合金としては非常に高い電気伝導性および熱伝導性、大気環境下での良好な耐食性、焼なまし状態での優れた成形性、そして一般的な溶融溶接法による容易な溶接性です。1350は電力配電（導体、バスバー）、電子機器（シム、箔、ヒートスプレッダー）、建築部材、および導電性や成形性をピーク強度より重視する軽量構造用途などの分野で利用されています。
エンジニアは最高強度よりも電気伝導性、良好な表面仕上げ、成形や溶接の容易さを設計上の要件とする場合に1350を選択します。導電率、耐食性、コストが支配的な要因である際には、高合金化または熱処理可能なアルミニウム系より1350が選ばれます。その相対的な純度により、電気的および反射部品の接合および表面仕上げも簡素化されます。
調質（テンパー）バリエーション
| 調質 | 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；最大の延性および導電率 |
| H12 | 低～中 | 中程度 | 非常に良好 | 優秀 | 1/4硬化；軽度の加工硬化 |
| H14 | 中 | 低～中 | 良好 | 優秀 | 1/2硬化；導体ストリップや一部成形部品に一般的 |
| H16 | 中～高 | 低 | 可～良 | 優秀 | 3/4硬化；より高い降伏強さが必要な場合に使用 |
| H18 | 高 | 低 | 限定的 | 優秀 | 完全硬化；寒冷加工による最高強度だが成形性が最低 |
| T4（該当なし） | — | — | — | — | 1xxx合金は熱処理不可能；T系調質は希で加工定義に限られる |
| T5/T6/T651 | — | — | — | — | 1xxxシリーズには熱処理調質は該当せず、参照用のみ掲載 |
1350は時効硬化に反応しないため、調質は機械的特性と成形挙動を大きく左右します。すべての実用的な強化効果は加工硬化によるものです。O調質を選択すると深絞りや急曲げに適した最大の延性と導電率を得られますが、H調質は成形性を犠牲にしてより高い降伏強さと引張強さを提供し、構造用ストリップ、バスバー、剛性が求められる成形部品に有用です。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 導電率維持および金属間化合物の最小化のため管理 |
| Fe | ≤ 0.60 | 主な不純物；Fe含有量増加は導電率低下と成形性に影響 |
| Mn | ≤ 0.05 | 微量でわずかに強度増加；1350では低く抑制 |
| Mg | ≤ 0.05 | 最小レベル；本級では強化目的で使用しない |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性および導電率維持のため非常に低く保つ |
| Zn | ≤ 0.05 | 最小限；ガルバニック腐食および脆化回避のため管理 |
| Cr | ≤ 0.05 | 痕跡レベル；本級では意図的合金元素ではない |
| Ti | ≤ 0.03 | 一部インゴット製造で脱酸・結晶粒細化剤として使用 |
| その他 | 合計 ≤ 0.15 | 残留元素および痕跡元素；Alをバランス（約99.5%以上） |
ほぼ純アルミニウムに近い化学組成は、高い電気・熱伝導性を実現しつつ、金属間化合物や第二相粒子の最小化を目指して最適化されています。微量の鉄およびシリコンは加工残留物として許容されますが、設計者はこれらが導電率、表面仕上げ、深絞り応答に及ぼす影響を考慮する必要があります。
機械的性質
引張特性では、1350は焼なましO状態で低い降伏強さを示し、加工硬化の進行に伴い（H調質）降伏強さと引張強さが段階的に上昇します。O調質では高い伸びを持ち、深絞りや厳しい成形が可能ですが、冷間加工で著しく強化されるH18調質へ移行すると伸びは急激に低下します。
硬さは調質に連動し、焼なまし材は純アルミニウム特有の低硬さを示す一方、完全加工硬化状態では軽度の構造負荷や剛性ストリップに適した硬さとなります。1350の疲労耐性は高合金アルミニウム系より中程度であり、表面品質、成形による残留応力、ノッチや溶接痕の有無に影響されます。
板厚は成形性と強度に影響し、薄板は高い硬さに冷間加工しやすい一方で、適切に処理しないとエッジクラックのリスクがあります。厚板は焼なまし条件でより高い板厚方向の延性を保ちますが、成形にはより大きな力と大きなツール半径が必要となります。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的調質（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約60～110 MPa | 約120～160 MPa | 加工硬化に伴い引張強さが増加；調質と板厚に依存 |
| 降伏強さ | 約20～50 MPa | 約100～140 MPa | H調質で顕著に上昇；焼なまし状態は低い |
| 伸び | 約30～40% | 約5～15% | 調質の強化に伴い伸びは減少；板厚も影響 |
| 硬さ | 約20～35 HB | 約35～55 HB | 冷間加工度合に大きく依存；硬さ上昇で成形性低下 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.69 g/cm³ | アルミニウム合金として標準値；質量と剛性計算に有用 |
| 融点範囲 | 約660 °C（固相点 ≈ 660 °C） | ほぼ純アルミニウムの融点；融解範囲狭い |
| 熱伝導率 | 約215～235 W/m·K | 合金としては高い値；不純物含有量および調質で変動 |
| 電気伝導率 | 約57～62 %IACS | 高い導電率で導体やバスバーに適する |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 熱解析で用いられる典型的なアルミニウム比熱 |
| 熱膨張係数 | 約23～24 µm/m·K（20～100 °C） | 接合体や熱サイクル設計に重要な係数 |
物理特性は熱および電気伝導性能に重点を置いており、熱伝導率と電気伝導率はいずれも多くの構造用合金に比べて高く、1350は電気および熱管理用途に適しています。低密度と優れた熱特性の組み合わせにより、電子機器や電力システムにおいて質量削減と放熱効率の向上を狙った設計を可能にします。
製品形状
| 形状 | 代表的な板厚・サイズ | 強度傾向 | 常用調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.2～6.0 mm | O状態では軟らかく、冷間圧延でH調質に強化 | O、H12、H14、H16 | 反射板、コンデンサー箔、ヒートスプレッダーに広く使用 |
| 厚板（プレート） | ＞6.0 mm | 同様の傾向だが厚板は延性を長く維持 | O、H12 | あまり一般的でない；より厚い導体が必要な場合に使用 |
| 押出材 | 大断面までのプロファイル | 押出直後は軟らかく、後で冷間加工されることが多い | O、H14 | 高延性のため断面形状の複雑さは中程度まで可能 |
| 管材（チューブ） | 壁厚0.5～10 mm | 薄肉管では板材と同様の挙動；曲げ時の成形性が重要 | O、H14 | バスダクトや配管で導電性が求められる場合によく使われる |
| 棒材・丸棒 | 直径2～50 mm | 冷間鍛造で強化；低合金化で硬化範囲は限定的 | O、H18 | 電気ターミナルや機械加工部品に使用 |
製品形状ごとの加工の違いが機械的特性に影響します。板材・薄ストリップは冷間加工でH調質にしやすく強度増加が予測可能ですが、厚板や棒材はより厳しい成形や機械加工が求められます。押出材やチューブは高い導電性を維持しつつ複雑な形状を実現でき、製品選択は調質と必要な成形加工を部品形状に合わせて最適化することが重要です。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1350 | USA | この特定の1xxx系商用合金に対する業界指定 |
| EN AW | Al99.5（概ね） | ヨーロッパ | 商業純アルミニウム分類に該当；仕様はEN規格によって異なる |
| JIS | A1050 / A1070（概ね） | 日本 | JISの1xxxシリーズに相当；正確な化学成分と硬さは若干異なる |
| GB/T | Al99.5（概ね） | 中国 | 中国規格の商用純アルミグレードに対応 |
一対一の明確な同等品は地域規格において「商業純度アルミ」やAl99.5系統のグレードで表されることが多いですが、含有不純物限度、許容される微量元素および硬さ定義は規格団体によって異なります。エンジニアは地域間の同等品を代替使用する際には、電気伝導率、不純物上限、許容される硬さについて、該当規格書および供給者の認証を必ず確認してください。
耐食性
1350は高いアルミニウム含有量と低い活性合金元素含有率により、良好な自然大気腐食耐性を示します。一般的な都市部および工業地帯の大気環境下では、自然に形成される酸化被膜が有効な保護層を提供し、表面外観が重視される場合の塗装や陽極酸化処理仕上げにも適しています。
海洋環境では一般腐食に対する耐性は合理的ですが、塩化物濃度が高く隙間状態が存在すると局部的な攻撃を受けやすいため、陽極酸化や保護コーティングが一般的な対策となります。ストレス腐食割れは低合金1xxx系アルミでは典型的な破損モードではありません。これは、高強度合金でよく見られる析出物構造が無いため、従来のSCC促進要因が存在しないためです。
1350を銅やステンレス鋼などより貴な金属と組み合わせる場合、電解質内で電気的に接続されると鋭利な腐食を起こすため、ガルバニック腐食を考慮する必要があります。1350は比較的活性な金属であり、優勢に腐食します。5xxxや6xxx系合金と比べると、1350は強度では劣りますが、純度の高さとガルバニック腐食を促進する合金相の不在により、多くの大気環境において同等または優れた耐食性を提供します。
加工性
溶接性
1350は高いアルミ含有率と硬化促進析出物の不在により、TIGやMIGなど一般的な融接法で容易に溶接可能です。機械的性質と電気的性質のバランスを取るために同様の組成のフィラー合金（例えば電気伝導率が重要な場合はER4043またはER1100）が推奨されます。フィラーの選択は伝導率重視か接合強度重視かによって異なります。銅やマグネシウム含量が高い合金に比べて熱割れのリスクは低いものの、接合設計、汚染防止、酸化物除去に注意を払わないと多孔や不良融着が発生しやすいため重要です。熱影響部の軟化は熱処理型合金のような懸念はなく、冷間加工で機械的性質を制御します。
切削加工性
1350の切削加工性は平均的で、比較的軟らかい合金であるため長く連続した切りくずが発生しやすく、不適切な工具や送り速度では加工面にかじり（ガリング）を生じることがあります。高生産性を目指す場合、正の排刃角と切りくず破砕ジオメトリを持つカーバイド工具が推奨され、切削速度はビルドアップエッジを避けるために適度に設定するべきです。仕上げ面は良好ですが、薄肉や長尺部品ではチャタリングを防ぐためにクランプおよび部品剛性に注意が必要です。
成形性
アニーリングO硬さ状態の1350は深絞り、曲げ、引張り成形において優れた成形性を示し、狭い曲げ半径や複雑形状が要求される用途に広く用いられます。O硬さでは曲げ半径は工具や表面潤滑によりますが、材料厚みの数倍程度まで小さくできることが多いです。H硬さになると推奨される最小曲げ半径は大きくなります。冷間加工により強度は上がりますが成形性は低下するため、厳しい成形を必要とする場合は実用上最も軟らかい硬さを選択し、必要に応じて成形後に最終的な硬さ調整や機械的強化を検討してください。
熱処理挙動
1xxx系合金の1350は析出硬化型の熱処理は行えず、機械的性質の調整は冷間加工と焼鈍によって達成されます。1350の焼鈍は回復と再結晶を促進し、断面積や加工条件により異なりますが一般的に300〜400 °Cでの完全焼鈍が延性および伝導率の回復に用いられます。
強化析出物を形成する合金元素を含まないため、溶体化処理や時効処理は実質的に存在せず、時効硬さ分類のT硬さは該当しません。主な強化機構は加工硬化であり、圧延、引抜き、スウェージングのパラメータ管理により部品の最終的な強度と延性のバランスが決定されます。
高温特性
1350は約150〜200 °C以下の温度範囲で金属的な一体性を維持しますが、高温になると強度の低下やクリープ傾向が進行し、高強度合金に比べて性能が劣ります。連続使用が150 °C以上に及ぶ設計では降伏強さの低下や熱軟化を考慮に入れる必要があり、熱サイクルは結晶粒の粗大化や表面酸化物の特性変化をもたらすことがあります。空気中の酸化はアルミ特有の保護酸化被膜の形成に限られますが、高温での長時間露出は表面仕上げや電気接触抵抗に影響を与える可能性があります。
溶接やろう付け作業においては、熱処理型合金で見られる過時効や析出物の溶解は発生しませんが、局所的な焼鈍により溶接部隣接の冷間加工による強度は低下します。高温構造用途やクリープ耐性が要求される場合は、1xxx系列以外の耐熱合金の採用を検討してください。
用途例
| 産業 | 代表的部品 | 1350が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気・電力 | 架空導体ストランド、バスバー、コネクタ | 高い電気伝導率と導体成形に適した良好な成形性 |
| 電子機器 | ヒートスプレッダ、フォイル、シールド | 高い熱伝導率と優れた表面仕上げ |
| 建築 | 屋根トリム、リフレクター | 耐食性と美観を考慮した仕上げ適性 |
| 自動車 | 非構造導電ストリップ、リフレクター | 良好な成形性、伝導性、低コスト |
| 海洋 | 非重要部品の付属品、トリム | 大気海洋環境における耐食性 |
1350は電気的または熱的性能と成形性を優先し、高強度を必要としない場合に広く用いられています。これらの特性により、導体部品、熱管理パーツ、装飾用建築部材において経済的な選択肢となっています。低コスト、入手容易性および一般的な接合・仕上げ方法への適合性の組み合わせにより、現代の生産環境でも引き続き重要な材料です。
選定のポイント
最大強度よりも伝導性と成形性を重視する設計には1350が適切です。焼鈍状態で高い電気および熱伝導率と優れた延性を提供します。同じ商業純アルミの1100と比較すると、1350は類似の伝導率を保ちながら若干高い機械的性質を持ち、不純物限度もやや異なります。形成性はわずかに低下しますが、特定の硬さ状態では剛性の向上が期待できます。
3003や5052などの加工硬化型合金と比較すると、1350は一般的に優れた電気伝導率と同等の大気耐食性を持ちますが、十分な冷間加工なしには強度面で劣ります。6061や6063などの熱処理型合金と比較すると、1350は最高強度や剛性は及びませんが、伝導性、成形性、表面仕上げおよびコストが重視される場合はこちらが好まれます。
電気的または熱的要件、成形のしやすさ、コストや入手性が材料選択の主因であれば1350を使用してください。追加の冷間加工による強度向上が必要な場合はH硬さを選択し、深絞りや狭い曲げ、最大伝導性が必要な場合はO硬さを指定してください。
まとめ
1350は高い電気および熱伝導率と優れた成形性、耐食性、加工性を併せ持つ実用的かつ広く使用される商業純度アルミニウムです。最高強度が設計の第一条件でない導体、熱管理部品、成形された建築部材の第一選択材料として今後もその地位を維持します。