アルミニウム合金粉末 はアルミニウム合金の粉末冶金形態を指す。アルミニウム粉末は、その軽量性、高強度、耐食性、熱伝導性、電気伝導性により、様々な用途で使用されています。
アルミニウム合金粉末の概要
アルミニウム合金粉末は、溶融合金を微粒化し、粉末粒子に凝固させることによって製造される。合金粉末の組成と特性は、要求に基づいて調整することができます。
アルミニウム合金パウダーの主な詳細
- アルミニウム合金の微粒化によって製造される。
- 粒子径は数ミクロンからミリメートルまで
- 球状、不規則、または薄片状の粒子形状
- Si、Mg、Zn、Cuなど、さまざまな合金元素を使用。
- 合金組成に依存する特性
- 軽量、高強度、耐食性
- 積層造形、溶射、MIMなどに使用。
アルミニウム合金粉末の種類
| タイプ | 構成 | 特徴 |
|---|---|---|
| ピュア・アル | 99%+ Al | 低強度、高導電性 |
| 1000シリーズ | Al + Mn, Fe, Si | 加工硬化性、高強度 |
| 2000シリーズ | Al-Cu | 熱処理可能、高強度 |
| 5000シリーズ | Al-Mg | 中～高強度 |
| 6000シリーズ | Al-Mg-Si | 中〜高強度 |
| 7000シリーズ | Al-Zn | 最高強度 |
アルミニウム合金パウダー 構成
アルミニウム合金粉末は、合金元素と共にアルミニウムをベース金属として含んでいます。一般的な合金添加物には以下のようなものがある：
- シリコン - 鋳造性と溶接特性を向上させる。
- マグネシウム - 析出硬化により強度を増す。
- 銅 - 強化効果は最も高いが、耐食性は低下する。
- 亜鉛-析出硬化により強度を高める
- マンガン - 延性を低下させることなく強度を高める
- クロム - 高温での強度を向上
- ジルコニウム - 均一な特性を与える結晶粒構造の微細化剤
正確な組成は、様々な国際規格で定義されている4桁の数値で指定されている。
アルミニウム合金粉末の特性
| プロパティ | 説明 |
|---|---|
| 強さ | 合金の種類と状態により、低強度から超高強度まで様々。 |
| 密度 | 約2.7g/cm3で、鋼鉄よりはるかに軽い。 |
| 電気伝導度 | 高いが純アルミニウムよりは低い、合金によって異なる |
| 熱伝導率 | 高いが、合金添加により純Al値より低下する。 |
| 耐食性 | 保護酸化膜により一般的に良好だが、合金組成により異なる |
| 溶接性 | 通常は良好だが、合金によっては強度が低下するものもある。 |
| 作業性 | より柔らかい低合金パウダーにより、幅広い成形が可能 |
| コスト | 鉄粉より高いが、チタンより経済的 |
アルミニウム合金粉末の特性
| パラメータ | 詳細 |
|---|---|
| 粒子形状 | 球状、不規則、フレーク |
| 粒子径 | 1ミクロンから1000ミクロンまで |
| サイズ分布 | 狭い分布から広い範囲まで様々 |
| 見かけ密度 | 2.5g/cm3前後 |
| タップ密度 | 約2.7g/cm3 |
| 流量 | 粉体の取り扱いと加工に重要 |
| 圧縮性 | 最終的な部品密度を決定する |
アルミニウム合金粉末の用途
アルミニウム合金粉末は、その有益な特性により、様々な産業で使用されています：
| 申し込み | 詳細 |
|---|---|
| 積層造形 | 粉末溶融炉と指向性エネルギー蒸着に使用 |
| 金属射出成形 (MIM) | 複雑な部品を低コストで大量生産 |
| 溶射コーティング | 部品に耐摩耗性と耐腐食性を与える |
| 粉末鍛造 | 下流加工用のネットシェイプブランクを製造 |
| 溶接 | 溶接溶加材用の合金元素として添加 |
| 花火技術 | 効果やガスを発生させるために使用される微細な反応性粉末 |
| ろう付け | アルミ部品の接合用充填材として使用 |
アルミニウム合金粉末を用いた積層造形
選択的レーザー溶融（SLM）、直接金属レーザー焼結（DMLS）、電子ビーム溶融（EBM）などの積層造形技術は、アルミニウム合金粉末原料を使用して、航空宇宙、自動車、産業部門にわたる最終用途の部品を製造する。
Al合金粉末を用いたAMの利点：
- 従来の方法では不可能だった複雑な形状
- 最適設計による軽量化
- 部品の統合により製造効率が向上
- ほとんどの合金で鍛造品に匹敵する特性
- サブトラクティブ法に比べ、材料の無駄が少ない。
Al粉末を使用したAMにおける現在の限界は以下の通りである：
- 高い反射率は高出力レーザーを要求する
- 熱伝導率が高く、熱制御が難しい
- 生産量が多い場合、従来の技術に比べてコストが高くなる
- 空隙率制御と異方性という課題は残る
- 現在、表面仕上げの品質は機械加工部品より劣る
- 錬合金に比べ、合金の選択肢が制限される
現在進行中のプロセス開発により、付加製造アルミニウム部品の品質、能力、経済性が改善され続けている。
アルミニウム合金粉末による金属射出成形
金属射出成形（MIM）は、アルミニウム合金粉末を原料として、複雑で公差の厳しいネットシェイプの金属部品を比較的低コストで製造することができる。
アルミニウム合金粉末によるMIMの利点：
- 0.5mm以下の壁や特徴のある複雑な部品
- 0.1%に迫る厳しい寸法公差
- PMまたは鋳造合金に類似したAs焼結特性
- ほぼ完全な密度と良好な表面仕上げ
- 自動化された大量生産が可能
アルミニウム粉末を用いたMIMの限界：
- 鋼鉄よりも加工が難しく、より硬い工具が必要
- 融点が高いほど成形機の需要が増える
- 反応性が原料配合におけるバインダーの選択を制限する
- 最終的な特性を得るために、二次的な仕上げが必要になる場合がある。
課題にもかかわらず、MIMは、複雑なアルミニウム合金部品のための他の製造アプローチよりも優れているため、高性能分野への拡大を続けている。
溶射用アルミニウム合金粉末
AA2024、AA5083、AA7075のようなアルミニウム合金粉末は、摩耗、腐食、熱などから部品を保護するために、様々な溶射プロセスの原料材料として一般的に使用されています。
| プロセス | 説明 |
|---|---|
| 燃焼式ワイヤーアーク | シンプルな装置による2線アークメタライジングプロセス |
| 火炎スプレー | 酸素-燃料ガス炎に注入された粉末 |
| 高速オキシ燃料(HVOF) | 空隙率を最小限に抑える高運動エネルギースプレー |
| コールドスプレー | 高速粉末衝撃による固体析出 |
| プラズマスプレー | 高温のイオン化ガスを用いた最も汎用性の高い技術 |
溶射皮膜にAl合金粉末を使用する利点：
- 磨耗と腐食の防止
- オーバーサイズの部品を元の寸法に復元
- 最小限の熱入力で基板の反りを防止
- 吹き付け塗装、または浸透塗装による高密度塗装
- 高合金溶接オーバーレイよりも低い材料費
- 多くの鍛造合金よりも加工が簡単
アルミニウム合金パウダー仕様
アルミニウム合金粉末は、許容組成限界、粒度範囲、形状制御などを定めた様々な標準仕様に従って製造されます。
| スタンダード | 説明 |
|---|---|
| AMS 4200 | アトマイズAl合金粉末の航空宇宙材料仕様 |
| ASTM B602 | Al合金粉末標準仕様 |
| EN 1706 | アトマイズAl粉末の欧州標準仕様 |
| ISO 13318 | ガスおよび水アトマイズAl粉末の国際規格 |
| DIN 50125 | アトマイズAl粉末のドイツ国家規格 |
仕様により、顧客は特定の用途やプロセス要件に適したパウダーを調達することができる。
アルミニウム合金粉末のサイズ
最終用途に応じて、様々なサイズのアルミニウム合金粉が製造される：
- 超微粉<10ミクロン（反応性用途向け
- 一般的な溶射用微粉15～45ミクロン
- ミディアムパウダー 45 - 100ミクロン 幅広く使用されているサイズ
- 特殊用途向け150ミクロンまでの粗粉
180ミクロン以上の大きな粒子は、主に厚いコーティングのためのコールドスプレー工程で使用される。用途によっては粒度分布のコントロールも重要です。
アルミニウム合金粉末の等級
アルミニウム合金粉末は、合金の種類によって異なるグレードに製造される：
- 1xxxシリーズパウダー - AA1100, AA1350
- 2xxxシリーズパウダー - AA2014、AA2024、AA2219、AA2519
- 5xxxシリーズパウダー - AA5083, AA5654
- 6xxxシリーズパウダー - AA6061, AA6082
- 7xxxシリーズパウダー - AA7050, AA7075
数字が大きいほど合金レベルが高く、強度が高いことを示す。独自の合金組成も可能です。
アルミニウム合金粉末の比較
| パラメータ | コールドガスアトマイゼーション | 水の霧化 |
|---|---|---|
| 粒子形状 | 球形度が高い | よりイレギュラーな衛星 |
| 粒子径範囲 | 15～180ミクロン | 5～350ミクロン |
| サイズ分布 | 管理強化 | より広い分布 |
| 見かけ密度 | より高い | より低い |
| 生産率 | より低い | より高い |
| コスト | より高い | より低い |
水アトマイズ粉末はコスト面で有利な傾向があるが、ガスアトマイズアルミ合金粉末に比べて真球度が低く、粒子分布が広いという問題がある。
アルミニウム合金粉末規格
アルミニウム合金粉末の主要規格：
| スタンダード | 組織 | 説明 |
|---|---|---|
| AMS4200 | SAE | 航空宇宙材料仕様 |
| ASTM B602 | ASTM | 化学組成とふるいサイズ |
| EN1706 | CEN | 欧州標準仕様 |
| ISO13318 | 国際標準化機構 | ガスアトマイズ製剤および水アトマイズ製剤の国際規格 |
様々な国家規格や組織規格が、アルミニウム合金粉末の品質と一貫性の確保に役立っている。
アルミニウム合金粉末のグローバルサプライヤー
| サプライヤー | 所在地 | 能力 |
|---|---|---|
| ヴァリメット社 | アメリカ | 広い噴霧範囲、大容量 |
| サンドビック・オスプレイ | 英国 | 制御粉体のリーディングサプライヤー |
| TLSテクニック社 | ドイツ | ガスおよび水噴霧粉体のスペシャリスト |
| 福田金属箔粉株式会社 | 日本 | 幅広い合金の提供 |
| SCMメタル・プロダクツ | シンガポール | アルミニウムと銅合金に注力 |
アルミニウム合金粉末の価格
アルミニウム合金パウダーの価格は、以下の条件によって異なる：
- 合金グレードと特性
- 粒子形状および粒子径の仕様
- 購入数量とロットサイズ
- 地域関税と輸送
| タイプ | 価格帯 |
|---|---|
| 1xxxシリーズ | 1kgあたり$5～$15 |
| 2xxxシリーズ | 1kgあたり$10～$30 |
| 5xxxシリーズ | 1kgあたり$15～$35 |
| 6xxxシリーズ | 1kgあたり$20～$40 |
| 7xxxシリーズ | 1kgあたり$30～$60 |
上記の価格は、あくまでも参考のためのおおよその範囲です。特定のニーズに基づいた正確な現在の価格については、サプライヤーにお問い合わせください。
の利点と限界 アルミニウム合金パウダー
メリット
- スチールやチタン合金に比べて軽量
- 多くの鍛造製品を超える強度を達成
- 組成と特性はカスタマイズ可能
- チタンやニッケル合金に比べて原料コストが低い。
- 様々な環境下での優れた耐食性
- 高い熱伝導性と電気伝導性
- 粉体から可能な多様な製造工程
制限事項
- 高温での強度が高合金鋼より低い。
- 反応性による加工アプローチと用途の制限
- 完全性の高い大断面積の作成は依然として難しい
- コストは従来の炭素鋼粉末より高い
- 疲労に敏感な用途では、鍛造製品が必要な場合があります。
- AMコンポーネントにおける異方性特性と空隙率の問題
よくある質問
アルミニウム合金粉末として使用される最も一般的な合金は何ですか？
最も一般的な合金粉末は以下の通りである：2014や2024のような2XXXシリーズ、5083のような5XXX合金、6061や6082を含む6XXX合金、そして7050や7075が人気のある7XXX合金である。
アルミニウム粉末を使用した金属射出成形に最適な粒子径は？
アルミニウム合金粉末を使用する金属射出成形では、一般的に15～45ミクロンの粒度範囲が推奨される。
アルミニウム合金粉末を製造できるアトマイズプロセスにはどのようなものがありますか？
ガスアトマイズと水アトマイズが、工業的に使用される2つの主なプロセスである。回転ディスクアトマイズ法でもアルミニウム粉末を製造できる。
溶射に5xxx系アルミニウム合金を使用する利点は何ですか？
5083のような5xxx系Al合金は、高温でも寸法安定性を保ちながら優れた耐食性を有し、海洋や化学薬品に曝される溶射皮膜に適しています。
アルミニウム合金粉末の価格に影響を与えるものは何ですか？
合金組成、サイズや形状などの粒子特性、注文量、地域関税、輸送コストが、異なるアルミニウム粉末サプライヤーの最終価格を決定する。
積層造形用のアルミニウム合金粉末にはどのような規格が適用されますか？
主な規格には、ASTM B602、AMS4200、EN1706、ISO13318などがある。プロセス関連の要件に対応するため、AMに特化した規格も現在開発中である。
アルミニウム合金粉末は再利用できますか？
アルミニウム粉末の再利用は、一般的に重要な用途には推奨されません。保管条件によって水分の吸着や酸化が起こり、粉末の性能が制限される可能性があります。非重要用途では、適切なテストを行えば、軽度の再利用は可能です。
高合金ほど低合金より強度が高いのですか？
一般的に、2xxx、6xxx、7xxx シリーズの粉末は 1xxx や 5xxx 合金よりも強度が高いが、正確な組成、粉末特性、加工履歴に基 づいて、かなりの重複が存在する可能性がある。保証される粉末特性については、常に供給元のデータを確認してください。
AMで製造されたアルミニウム部品に多孔性と異方性が懸念されるのはなぜですか？
アルミニウムの高い熱伝導率と反射率は、レーザーまたは電子ビーム溶融時の急速な凝固と相まって、最適な融合とガス気泡の脱出を妨げ、欠陥の原因となる。ビルド層に対して平行方向と直角方向で異なる機械的特性も生じます。
異なるアルミニウム合金粉末を混ぜてカスタムグレードを作ることはできますか？
一般的に、中間合金やカスタム合金を作るために粉末を混合することは、不完全な混合、合金反応、または部品製造中の不十分な粒子結合の危険性があるため、お勧めできません。特性の組み合わせを検討する際には、粉末供給業者とよく相談してください。
