7075アルミニウムパウダー：総合ガイド

7075アルミニウムパウダーの概要

航空宇宙や航空部品のように、高い強度対重量比と優れた疲労強度を必要とする用途に広く使用されています。

7075アルミニウムパウダーは、優れた強度特性、優れた耐疲労性、平均的な切削性を持ち、熱処理が可能です。押出、鍛造、圧延などの加工が可能で、パウダー、シート、プレート、バー、押出材など様々な形状があります。

7075アルミニウムパウダーの主な特性と特徴：

• 高い強度と硬度 - 究極引張強度は510-570MPa、ブリネル硬度は150-190。
• 良好な耐疲労性 - 7050のような他の7xxxシリーズアルミ合金よりも30-40%程度の疲労強度がある。
• 軽量 - 密度は2.81g/cm3で、スチール合金よりも軽い。
• 熱処理可能 - 溶体化熱処理、焼き入れ、人工時効処理などの熱処理によって強度を高めることができる。
• 良好な靭性 - 50mm断面で11%の伸び。
• 良好な寸法安定性 - ひずみ硬化の問題がない。
• 耐食性 - クロム添加により剥離腐食に強い。
• 溶接可能 - ガス・タングステン・アーク溶接およびガス・メタル・アーク溶接が可能。
• 導電性 - 熱伝導率は130W/m・K、電気伝導率は43% IACS。

7075アルミニウムの組成

7075アルミニウムは、高強度アルミニウム合金の7xxxシリーズまたはAl-Zn-Mg-Cuシリーズに属します。代表的な組成を以下に示します：

• 亜鉛は、析出硬化によって強度を与える主要な合金元素である。MgとCuも析出硬化を助ける。
• クロムは耐応力腐食割れ性を向上させる。
• 鉄、ケイ素、マンガン、チタンが不純物として含まれている。

亜鉛、マグネシウム、銅の組み合わせにより、7075は十分な成形性、溶接性、機械加工性、耐食性を維持しながら、高い強度を持つ。

7075アルミニウムの機械的特性

7075アルミニウム粉末は、優れた強度特性と良好な破壊靭性を兼ね備えています。アニール処理および各種熱処理温度における機械的特性を以下に示します：

表1. 7075アルミニウムの機械的性質

• 焼きなましO調質では、伸びは高いが強度は低い。
• ピーク時効T6調質では、降伏強さは503MPa、引張強さは572MPaに達し、伸びは11%であった。
• また、過時効T7351調質材は、延性が低下するものの、強度は高い。
• T651やT736のような熟成不足のテンパーは、強度と成形性のバランスが良い。

7075アルミニウムは、鋼にほぼ匹敵する優れた耐疲労性を有する。T6調質では33MPa√mという優れた破壊靭性を持つ。また、耐亀裂成長性も良好です。

物理的性質

7075アルミニウムパウダーは密度が低く、熱伝導率と電気伝導率が高く、耐食性に優れている。密度は2.81g/cm3で、鋼合金のほぼ3分の1です。

表2.7075アルミニウムの物理的性質

熱伝導率はポリマーよりはるかに高いが、純アルミニウムや銅よりは低い。熱膨張率は軟鋼より50%高い。

加工特性

7075アルミニウムの平均加工性は65%であり、真鍮の加工性と比較すると、7075アルミニウムの加工性は65%である。

• 旋削 - 超硬切削工具を推奨する。高切削速度と低送りが望ましい。
• フライス加工 - ヘリックス角の大きい超硬エンドミルを使用する。クライム切削の方が仕上がりが良い。
• 穴あけ - 高速度鋼または超硬製のツイストドリルが適している。チップコントロールが重要。
• 研削 - 負荷に強いレジノイド結合砥石が効果的。大量のクーラントを使用する。
• 鋸引き - 細目刃による低送りが、滑らかな仕上がりを実現します。エアーまたはミストシステムで切りくずをコントロールします。

硫黄を添加して切屑の破砕性を向上させれば、被削性をさらに高めることができる。加工硬化を避けるため、堅固なセットアップと鋭利な工具を使用する。

溶接性

7075アルミニウム合金は、適切な技術に従うことにより、かなり良好な溶接性を有する。

• ガス・タングステン・アーク溶接 (GTAW) が一般的に使用される。4043アルミニウム・フィラー合金は、最も強 い溶接部を生成する。
• ガス・メタル・アーク溶接（GMAW）も使用で きるが、ホット・クラックを減らすために入熱を最 小限に抑える必要がある。
• トランケート・コーン電極を使った抵抗スポット 溶接は、非常にうまくいく。溶接界面は十分に洗浄する必要がある。
• 摩擦攪拌接合は、7075アルミニウムのすべての温度で高品質の固体溶接を行うことができます。
• 熱影響部は母材より柔らかくなる。溶体化処理と時効処理により特性が回復する。

耐食性

7075アルミニウムパウダーは、大気中や淡水中での一般的な腐食に対して優れた耐性を発揮します。

• 表面の薄い酸化皮膜は、中性溶液中での腐食に対して効果的なバリアとなる。
• 亜鉛、マグネシウム、銅、クロムなどの合金元素が耐食性をもたらす。
• クロムの添加は、粒界腐食や剥離腐食への感受性を防ぐ。
• アルカリ溶液に対する耐性は低いが、陽極酸化処理によって改善できる。
• 高い応力がかかると、環境によっては応力腐食割れを起こしやすい。
• 貴金属との組み合わせは電解腐食を起こしやすい。ステンレス鋼との接触は避ける。

全体的に、7075アルミニウムは、ほとんどの一般的な建築、海洋、工業用途で満足のいく耐食性を持っています。

7075アルミニウムの用途

高強度、軽量、耐疲労性、リーズナブルなコストというユニークな組み合わせにより、7075アルミニウムはさまざまな過酷な用途に適しています：

表3. 7075アルミニウムの用途

厳しい強度と重量が要求される航空宇宙用途が使用量の大半を占めています。自動車部品や高性能船舶部品にも7075アルミニウム押出材や鍛造材が使用されています。

7075アルミニウムパウダーの種類

7075アルミニウムパウダーは、製造工程や粒子の特性によってさまざまな種類があります：

アトマイズド7075アルミニウムパウダー

• 溶融した7075アルミニウム合金を微粒化し、固化させて粉末にする。
• 10ミクロンから180ミクロンまでの幅広い粒度分布を持つ不規則な形状の粒子。
• 粉末冶金ルートで、成形・焼結による部品製造に使用される。

表4. 霧化 7075 アルミニウム粉末の仕様

ガス噴霧 7075 Al 粉末

• 不活性ガスの霧化により、非常に微細な球状粒子に生成される。
• 滑らかな表面、規則的な形状、狭い粒度分布。
• DMLSやSLM積層造形などの高度な金属AMプロセスで使用される。

表5. ガスアトマイズ7075アルミニウムパウダーの仕様

ミルド7075アルミニウム・フレーク

• 7075アルミニウム粉末の原料を粉砕して製造される不規則なフレークのような粒子。
• コーティングやプライマーに使用される高表面積の薄片状粒子。
• 燃料添加剤、爆薬、火工品にも使用される。

表6. 粉砕7075アルミフレークの仕様

7075アルミニウムパウダーの加工

7075アルミニウム粉末は、粉末冶金プレスや焼結ルート、積層造形技術などの方法を用いて、完成部品に加工することができる：

粉末冶金加工

典型的なステップは以下の通り：

• 圧縮 - 冷間プレス後に静水圧プレスを行い、理論密度65-90%のグリーンコンパクト部品を形成する。
• 焼結 - 600～650℃で1～3時間真空焼結し、閉気孔率と95%密度を達成する。
• 浸潤 - 溶融アルミニウムを加圧注入し、密度を99%以上に高めたもの。
• 熱処理 - 溶体化熱処理後、焼入れと時効処理を行い、必要な特性を得る。

粉末冶金ルートは、複雑なネットシェイプの部品を、無駄な機械加工を避けるために近い公差で製造することができる。

アディティブ・マニュファクチャリング

7075アルミニウム粉末は、粉末床溶融技術を使用して完全密度の部品に加工されます：

• ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS） - 集光レーザービームを使用し、CADモデルに基づいて粉末層を選択的に融着させる。
• 選択的レーザー溶融（SLM） - 完全な溶融が達成され、微細構造を持つ完全な高密度部品が得られる。
• 電子ビーム溶解（EBM） - より速いビルドレートだが、真空下でのみ行われる。

AMは、優れた機械的特性と材料利用を備えた、複雑で軽量な形状の製造を可能にする。

7075アルミニウムパウダーの供給と価格

7075アルミニウムパウダーの主な世界的サプライヤーには以下のようなものがある：

表7. 7075アルミニウムパウダー 供給者と価格

• アトマイズ7075は、プレスおよび焼結用途で最も低コストのグレードです。
• AM用のガスアトマイズ粉末は、真球度とサイズ制御のためにコストがかかる。
• 最小注文量はサプライヤーによって25kgから500kgまで幅がある。
• 特注の粒度分布と綿密な粒度管理には、プレミアム価格が必要です。
• 価格は純度、製造方法、サイズ範囲、購入量によって異なる。

他のアルミニウム合金との比較

7075アルミニウムと、他の一般的な7xxxおよび2xxxシリーズのアルミニウム合金との比較を以下に示します：

表8. 7075アルミニウムと他の合金との比較

• 7075は強度、靭性、溶接性、コストの面で最高の組み合わせです。
• 2024は安価だが、強度と破壊靭性が劣る。
• 7178は最強だが、非常に高価で、靭性に劣る。
• 6061は耐食性と溶接性に優れているが、強度は低い。
• 7050は7075より若干強いが、疲労強度と靭性は低い。

ほとんどの高強度航空宇宙および防衛用途では、7075が特性とコストのベストバランスを提供します。また、自動車や一般的なエンジニアリングの分野でも、入手のしやすさ、加工性、アルマイト処理への対応から7075が好まれている。

制限と欠点

その長所にもかかわらず、7075アルミニウムには一定の限界もあります：

• 他のアルミニウム合金よりも応力腐食の影響を受けやすい。
• 2024 や 2024 のような 2xxx 合金よりも破壊靭性が低い。
• 5xxxマリングレード合金よりも耐食性に劣る。
• 4xxx、5xxx、6xxx系アルミ合金より溶接しにくい。
• 250℃以上の高温用途には適さない。
• 6061や5052アルミニウムのような合金よりもかなり高価である。
• 最適な特性を得るためには熱処理が必要。

7075アルミニウムパウダー - FAQ

Q.7075アルミニウムと2024アルミニウムの比較は？

A.7075は、2024アルミニウムよりも強度、硬度、疲労強度が高く、耐応力腐食性に優れています。しかし、破壊靭性と成形性は劣ります。また、7075は合金元素を多く含むため、2024アルミニウムより30-40%高価です。

Q.7075-T6と7075-T651の気性は同じですか？

A.T6 はピーク時効調質で、最大の強度が得られる。T651は、T6より若干低い強度で、より優れた靭性を提供する若干低時効です。

Q.7075アルミニウムの亜鉛、マグネシウム、銅の含有量は？

A.典型的な組成は、亜鉛5.1～6.1%、マグネシウム2.1～2.9%、銅1.2～2.0%。残りはアルミニウムと、クロム、シリコンなどのマイナーな合金元素です。

Q.7075アルミニウムはアルマイト処理できますか？

A.はい、7075アルミニウムは、耐食性と耐摩耗性を高める酸化皮膜を生成するために陽極酸化処理することができます。硬質アルマイトでは最大75ミクロン、通常のアルマイトでは最大25ミクロンの皮膜が得られます。

Q.7075-T6アルミニウムの硬度はどのくらいですか？

A.7075-T6アルミニウムのブリネル硬度は150-190です。対応するロックウェル硬度はロックウェルB 95-105です。

Q.7075アルミニウムは航空機に使われていますか？

A.はい、7075アルミニウムは、胴体スキン、主翼、リブ、隔壁などの航空機構造部品に広く使用されています。その高い強度対重量比は、航空機の軽量化に不可欠です。

Q.7075アルミニウム合金と7050アルミニウム合金の違いは何ですか？

A.主な違いは、7075は強度が若干高く、7050は耐応力腐食性がわずかに優れています。また、疲労強度も7075の方が優れています。7075の7050は7075は7050の度疲労強度が7075度。

Q.

A.7075アルミニウムパウダーは、密閉容器に入れて涼しく乾燥した環境で保管してください。湿気にさらされると酸化の原因となり、極端な温度差はパウダーの特性や流動性に影響を与えます。生保存期間は理想的な生保存条件下で1年。

結論

7075アルミニウムパウダーは、軽量で耐久性に優れ、優れた強度特性を持つアルミニウム合金で、航空宇宙、航空機、防衛、高性能自動車などの厳しい用途に適しています。加工性、溶接性、耐食性に優れているため、一般的なエンジニアリング用途にも使用できます。他のアルミニウム合金と比較した場合の長所と限界を注意深く考慮することで、特定の設計要件に最適なものを特定することができます。