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私たちのために書く
構造用途におけるマグネシウム合金とアルミニウム合金の比較
I.はじめに
軽量金属は現代工学において非常に重要である。軽量金属は燃費を下げ、日常的な機械の性能を向上させるのに役立っている。今日、多くの製品が効率と強度を得るために軽量金属を使用している。人気のある2つの選択肢はマグネシウムとアルミニウムである。
II.物理的・機械的特性
重要な要素のひとつは密度である。マグネシウムの密度は1立方センチメートル当たり約1.74グラムです。これに対し、アルミニウムの密度は1立方センチメートルあたり約2.70グラムです。
次に強度と剛性です。アルミニウム合金は一般的に降伏強度と引張強度が高い。例えば、多くのアルミニウム合金の降伏強度は270メガパスカル以上です。対照的に、マグネシウム合金の降伏強度は150～200メガパスカル程度であることが多い。剛性は弾性率で測定されます。アルミニウムの弾性率は約70ギガパスカルですが、マグネシウムはそれ以下です。つまり、アルミニウムは曲げる前に高い荷重を扱うことができるのです。
熱伝導率と電気伝導率も重要です。アルミニウムは熱と電気をよく通します。多くのアルミニウム合金は熱交換器や導電体に使用されています。マグネシウムは伝導率が低いです。そのため、アルミニウムは熱伝導や電気経路が重要な用途に適しています。
III.腐食挙動
腐食は全ての金属にとって共通の課題です。マグネシウムとアルミニウム合金はそれぞれ独自の腐食メカニズムを持っています。マグネシウムは反応性が高い。特に湿気の多い環境や塩分の多い環境では腐食が早い傾向があります。マグネシウムの部品を保護するためには、しばしば特別な表面処理やコーティングが必要となります。
アルミニウムは自然に強靭な酸化層を形成します。この層は、多くの状況でさらなる腐食からアルミニウムを保護します。それでも、一部のアルミニウム合金は、過酷な環境において特別な保護を必要とします。コーティングと陽極酸化は、両方の金属の耐食性を向上させるために使用される一般的な方法です。
IV.製造と加工
マグネシウムとアルミニウム合金の加工方法は全く異なります。どちらの金属も鋳造、押出、鍛造が可能です。鋳造は、複雑な形状を可能にするため、両方に人気があります。しかし、マグネシウム合金は鋳造パラメータを注意深く制御する必要があります。アルミニウムは鋳造の際、より寛容です。
押出と鍛造は、両方の金属の機械的な利点を引き出します。鍛造は一般に、より強度の高い部品を生産します。多くの場合、アルミニウム合金はこれらの工程でより高い強度向上を示します。
機械加工性は、違いが現れるもう一つの分野です。マグネシウムは機械加工が容易です。切削速度も速い。しかし、可燃性があり、微細な切り屑が発生するため、特別な注意が必要です。アルミニウムも加工性が良く、多くの精密部品に使用されている。
接合技術は金属によって異なる。アルミニウムでは溶接が一般的です。接着剤やボルト締めもよく使われる。マグネシウムは溶接で接合できるが、そのプロセスは難しい。エンジニアは、マグネシウム・アセンブリの構造接合には、ボルトや接着剤を好むかもしれない。
V.マグネシウムとアルミニウム合金の構造用途
どちらの金属も、多くの日常構造物に使用されている。
自動車用途では、シャーシ部品、エンジン部品、ボディパネルに軽量化が求められることが多い。マグネシウム部品は、1グラム単位が重要視される分野で使用されている。アルミニウムは、強度が重要なボディパネルや構造部品に広く使用されている。
航空宇宙分野では、重量は非常に重要です。マグネシウムは最小限の重量しかないため、重要でない内装部品に使用されます。アルミニウムは、一次および二次構造によく選ばれる。航空機の多くの部品は、アルミニウムが必要な強度と腐食防止を提供する、この技術の融合を示している。
民生用電子機器では、両方の金属が活用されている。アルミニウムはノートパソコンのフレームやスマートフォンの筐体によく使われている。その放熱特性と強度は、密に詰め込まれた機器に理想的である。マグネシウムはあまり一般的ではないが、非常に軽量な設計を求める一部のハイエンド機器に使用されている。
VI.マグネシウム合金とアルミニウム合金の選び方
マグネシウム合金は最も軽量化を実現します。しかし、耐食性に劣ります。また、特殊な加工が必要なため、一般的に高価です。
一方、アルミニウム合金はより強度があります。様々な環境下での耐腐食性に優れています。アルミニウムは入手しやすく、標準的な製造工程で加工しやすい。唯一の欠点は、アルミニウムはマグネシウムより少し重いことです。多くの設計では、追加された重量は許容範囲内です。
よくある質問
F: なぜエンジニアリングで軽量金属を選ぶのですか？
Q: 軽量金属はエネルギー消費を減らし、性能を向上させ、設計の全体的な効率を高めます。
F: どの金属が耐食性に優れていますか？
Q: アルミニウムには天然の酸化皮膜があり、マグネシウムよりも耐食性があります。
F: 自動車の設計ではどちらの金属も有効ですか？
Q: はい、マグネシウムは重量を軽減し、アルミニウムは強度と耐久性に優れています。
Chin Trento
