アルミニウム合金は、主に自動車、航空宇宙、工具分野での製造において、常に重要な役割を担ってきました。中でもAlSi10Mgは、その多くの優れた機械的および熱的性質のおかげでしばしば選択されます。この合金は鋼鉄よりも強く軽量であるため、鋳造や積層造形、特に選択的レーザー溶融（SLM）において大きな役割を果たしています。 

ここでは AlSi10Mg鋳造, AlSi10Mgとは何か、なぜ有用なのか、AlSi10Mgの特徴、密度、その他の関連データを含む主な技術的事実についての情報を提供する。

AlSi10Mgとはどういう意味ですか？

AlSi10Mg 合金は、以下の組成を持つ。 アルミニウム 含有量は最大89%、シリコンは約10%、マグネシウムは少量（通常は0.3%以下）。その構造からこの名前が付けられた。4000番台と5000番台のアルミニウム3003は、非常に強く、耐食性があり、溶接で接合しやすいことで有名です。その結果、積層造形は、強度が高く、軽量で、誤差が非常に小さく、長期間使用できる部品に適している。

AlSi10Mg合金は、航空宇宙用途、最新の自動車や産業機器に多くの用途がある。主にその有益な溶融方法により、多くの人が3Dプリント金属に使用している。

AlSi10Mg鋳造の概要

合金の溶解プロセス

AlSi10Mg鋳造の初期には、混合物は通常660℃から700℃の温度で溶解される。合金の主成分はアルミニウム、シリコン、マグネシウムであるため、完全に溶融するためには均一に加熱する必要があります。酸化とガスの吸収を防ぐための措置が取られます。

金型の製作と充填に必要な手順

加熱後、液体合金を金型に移し、完成品の形状を決定します。ダイカスト、砂型鋳造、またはインベストメント鋳造を使用して部品を鋳造することができます。精密で複雑な部品が必要な場合は、選択的レーザー溶融（SLM）が積層造形で好まれます。AlSi10Mgは非常に流動しやすいため、金型の細部に適しています。

液体の冷却と固体化

金型が充填されると同時に、未加工の液体金属は冷却を開始する。適切な冷却を維持することで、収縮、亀裂、内部応力などの完成品の問題を軽減することができます。合金の冷却速度は、材料内部の構造に影響を与え、加工強度と表面の両方に影響を与えます。より急速に冷却される材料は、より良い構造を持ち、全体的な性能が向上する傾向があります。

後処理のステップ

固化して金型から取り出された部品は、理想的な状態にある。材料の耐久性を高めるために、溶体化処理や時効処理などの熱処理が頻繁に行われる。機械加工や表面仕上げのために部品をパッケージに入れることで、精密な構造やより見栄えの良い結果を得ることができる。

AlSi10Mgの代替品

AlSi10Mgは優れた特性を備えているため、溶接用としてよく選択されるが、機械的、温度、価格など他の要因がより重要になる場合は、他の材料が必要になることもある。

AlSi10Mgに代わる最も一般的な合金を以下に挙げる：

A356アルミニウムは合金の一種

なぜAlSi10MgではなくA356が検討されているのですか？

A356はAlSi10Mgと同等の合金で、主に延性と伸びが優れている点が異なる。ライザーは砂型鋳造や重力ダイカストで最もよく使用される。

メリット

• 顧客は、より優れた強靭性のために、より高い伸度の生地を選ぶことができる。
• 優れた耐食性
• 溶接が容易

アプリケーション

• ねずみ鋳鉄部品には、自動車部品、ポンプ部品、一般鋳造品などがある。

12%シリコンを含む合金

なぜAlSi10MgをAlSi12に変更するのか？

ケイ素を豊富に含むAlSi12は、耐摩耗性を高め、ダイカスト鋳造時の流動性を改善します。

メリット

• 鋳造性は黄銅よりも優れている。
• 耐摩耗性は非常に効果的だ。
•  アクセサリーの低価格化

アプリケーション

• 複雑で脆弱な鋳物、エンジンハウジング、装飾部品に適している。

EN AW-7075 (EN 7075アルミニウム合金)

なぜAlSi10Mgを7075に置き換える必要があるのか？

強靭な合金7075は航空宇宙分野で使用され、AlSi10Mgよりもはるかに優れた強度を発揮する。しかし、鋳造ができないため、機械加工品や鍛造品の製造に適している。

メリット

• 驚くほど強力な張力範囲
• 過度の使用による摩耗に対する優れた耐性

制限：

• 溶接が難しい
• 多くの場合、それらはより高価である。
• キャスティングには使用できない

アプリケーション

• 航空機、モータースポーツ用部品、大型機器にはすべて複合材が使用されている。

Ti-6Al-4Vはチタン合金である。

なぜアプリケーションはAlSi10Mgの代わりにチタンを採用すべきなのか？

アルミニウム合金に比べ、チタンは圧力に耐えなければならない部品に使用される場合、はるかに軽量で耐腐食性に優れています。

メリット

• 優れた強度と身体への安全性
• 優れた耐熱性

制限：

• 非常に高額な費用
• 作るのも加工するのも難しい

用途

• 航空機、宇宙製品、医薬品、システムのエンジニアリング業務

一般的なマグネシウム合金はAZ91Dと類似のものである。

なぜAlSi10Mgをマグネシウムに置き換える必要があるのか？

AlSi10Mgよりもはるかに軽く、最大の軽量化が必要な場合に選択される。

メリット

• 密度は1立方センチメートル当たりわずか1.74グラムと非常に低い。
• よく鋳造できる

制限：

• 強度と耐食性の両方が低い
• 加工されているため、発火しやすい。

目的 

• 電子コンテナ、スポーツ用品の支持構造、飛行機の内装を作る

比較表

代替品の取り扱いに注意

そのため、交換先を選ぶ際には、以下の点に注意する必要がある：

• 部品に強度を加えるには7075かTi-6Al-4Vを使うべきだ。
• A356やAlSi12は通常、他のタイプよりも容易に鋳造できる。
• マグネシウム合金は軽量であることから選ばれた。
• AlSi10Mgやチタンは他よりも耐食性が高い。
• AlSi12またはA356を使用することで節約できる。

AlSi10Mg合金の特性

この合金の技術者、設計者、製造者は、AlSi10Mgに何ができるかを知る必要があります。その強度、軽量性、熱特性から、AlSi10Mgは鋳造だけでなく3Dプリンティングにも応用されています。不動産で使用される特性の主なタイプを以下に説明します：

機械的特性

AlSi10Mgの機械的特性は、熱処理や積層造形で加工することで大幅に向上する。以下の値は、加工条件によって変化する可能性があるため、推定値として考えてください。

• 引張強さは次のように与えられる：320-450 MPa
• 降伏強度は230～260MPaである。
• 破断時伸び：2-12%（熱処理後のサンプルはそれ以上）
• 各グレードの硬度は100～120HB（ブリネル）である。
• ねじの疲労強度は、その製造方法と負荷がかかった状態での使用回数によって100MPaから変化する。

AlSi10Mgの有用な機械的特性により、航空宇宙、自動車、工具分野で耐荷重部品として使用されている。

物理的性質

AlSi10Mgの長所は、熱と重量が大きな役割を果たす用途に適している。

• 密度：～2.68 gcm-3
• 実効熱伝導率は150～170W/m・Kと推定される。
• 溶融温度範囲：570～590
• 金属の熱膨張係数は約20×10⁶/℃です。
• 中程度の電気伝導性（数値はアルミニウムの場合よりも低い）

密度が低く、熱的特性も十分であるため、電子機器や航空宇宙システムでの使用に最適である。

化学組成

AlSi10Mg合金の主成分は以下の通りである：

• 塗料に含まれる成分で最も多いのはアルミニウムで、約89-91%含まれている。
• シリコン（Si）：範囲は9.0%～11.0%
• マグネシウム（Mg）：その濃度は約0.25～0.45%である。
• 鉄の量は0.55%以下でなければならない。
• Mn、Zn、Cu、Ti、およびその他のさまざまな元素の合計 ≤ 0.5%

シリコンが存在すると、鋳造が容易になり、部品は耐摩耗性が増す。マグネシウムの添加は、鋳造部品の強度と熱処理性の両方を高める。

その他の物件

• 耐食性は、乾燥した環境や湿度の高い環境で特に優れている。
• アルミの溶接は非常に簡単で、修理にも、印刷部品や鋳造部品の接合にも役立つ。
• 処理、特に熱処理は、資源生産機械をより操作しやすくする。
• PETの高いリサイクル性が、持続可能な社会への取り組みを支える

その強靭で柔軟な特性から、この合金は性能、信頼性、デザインを重視する業界でよく選ばれている。

AlSi10Mgの熱特性

AlSi10Mgは、耐熱性、熱効率、温度変化時の形状変化を最小限に抑えることが重要な場合に理想的な材料です。その優れた特性から、航空宇宙、自動車、電子部品の冷却に必要な時に重要な役割を果たします。

AlSi10Mgの熱特性表

概要

• AlSi10Mgは熱をよく伝えるので、ヒートシンク、ハウジング、エンジン部品に選ばれている。
• 温度による膨張が緩やかなため、通常の条件下では安定性を保つ。
• 温度が200℃を超えると、プラスチックの機械的強度は徐々に、あるいは急激に低下する可能性が高い。

AlSi10Mgの密度とその影響

AlSi10Mgの密度は、より軽量であることが重要な特徴である場合に、その選択に大きな役割を果たします。AlSi10Mgの通常の密度は2.68g/cm³です。軽量であることは、アルミニウムの最大の利点の一つですが、ほとんどの用途に必要な強靭さも持ち合わせています。

AlSi10Mgの密度は、強度を犠牲にすることなく、軽量な航空機の継手、電気自動車のフレーム、またはロボットアームを作ろうとするときに非常に有益です。航空宇宙は、軽量化によって燃費が向上し、積載量が増える例です。

AlSi10Mgの密度は、部品の製造方法、冷却速度、最終的な対象物の気孔率によって影響を受けます。そのため、主にコンプライアンス要件が厳しい分野では、品質検査を実施することが不可欠です。 

デザインと製造における効果

AlSi10Mg合金を使用する場合、設計者は部品形状をスリム化し、強度を維持しながら重量を抑えられるという利点があります。合金の密度が低いため、3Dプリンティングと鋳造の両方が、機械的強度を維持した軽量設計の製造に役立ちます。製造業者にとっては、材料の加工がより簡単で容易になります。

さらに、ヒートシンクやハウジングのように効率的な放熱が必要な場合、密度の低いAlSi10Mgを使用することで、より少ない部品点数でシステムを構築でき、スペースを節約し、より効率的に冷却することができる。

その他の素材

データに基づくと、AlSi10Mgはマグネシウムよりも強く靭性があり、いくつかの用途では鋼鉄よりも重くないため、最適ゾーンにある。

AlSi10Mg合金を使うとどんな利点があるのか？

AlSi10Mg合金が多くの産業で広く使用されるようになった理由はいくつかあります。AlSi10Mg合金は非常に鋳造性に優れ、耐食性に優れ、熱的特性にも優れているため、様々な部品製造方法で使用されています。なぜエンジニアはこの合金に決めることが多いのでしょうか？

• これらのパーツは重量を減らしても強度を維持するため、スポーツのような重要な場所での使用に最適である。
• 優れた熱伝導性 - 熱交換器や電子機器のハウジングに応用できる。
• 腐食は大きな問題なので、ゴムは水や化学薬品がかかる危険性のある場所では特に有効だ。
• 高流動性-精密な用途に適している。
• この合金は、製造後の溶接や機械加工が容易である。

AlSi10Mg合金は、厳しい気候や頻繁な応力下でも信頼性を維持するため、重要なシステム部品に適しています。

AlSi10Mgの利点

強度が高く、軽量である。

強度が高く、それほど重くないAlSi10Mgは、重量に対する強度の割合が大きいため、航空や自動車によく使われている。

鋳造と印刷で優れたパフォーマンス

AlSi10Mgは成形が容易で、積層造形、特に複雑な形状の製造を可能にする選択的レーザー溶融に適している。

耐食性

シリコンとマグネシウムを使用しているため、A286は屋外や過酷な条件下でも高い耐性を示し、特別な保護は必要ない。

優れた熱伝導性

熱伝導率が150～170W/m・Kの伝熱材料であるAlSi10Mgは、ハウジングやヒートシンクの製造に容易に使用できる。

熱処理性によりさらなる利点が可能に

T6時効などの熱処理を施すことで、合金の強度と硬度を向上させる。

高いリサイクル性

AlSi10Mgはリサイクルが容易で、環境に優しい製造が可能である。

AlSi10Mgに関連する問題

アルミニウムの場合、延性は限られている。

AlSi10Mg合金を鋳造または印刷した場合、十分な延性（2-4%）を持たないことが多く、曲げや強い衝撃を多く必要とする用途には使用できません。

高温による材料の軟化

セラミックスを200℃以上で長時間熱処理すると、強度の一部が失われるため、高温にさらされる構造物には使用できない。

多孔質粘土

鋳造や3Dプリンティングが不適切に行われた場合、適切に処理されない限り、ガスポロシティが発生し、構造が弱くなることがよくある。

適度な被削性

AlSi10Mgの焼き入れ材は、加工時に切削工具に負担をかける。その結果、工具の磨耗が早くなり、より優れたクーラントシステムが必要になる場合があり、工作機械全体のコストを押し上げることになる。

積層造形の価格

3DプリントはAlSi10Mg粉末でうまくいくとはいえ、この粉末は高価なので、小ロットの製造は割高になる。

総括表

AlSi10Mg鋳物の用途

優れた特性を持つため、AlSi10Mgはいくつかの産業で使用されている：

航空宇宙

AlSi10Mg合金は質量が小さく剛性が高いため、ブラケット、ハウジング、その他の部品の製造に役立ち、同様の部品よりも重量が軽くなります。

自動車

エンジンブロック、ギアボックス、サスペンションでは、AlSi10Mgは安全性を低下させることなく燃費を向上させる。

ロボット工学の科学

これらの素材は、軽快な動作に適応したカスタマイズされたロボットアーム、ジョイント、エンドエフェクターの構築に優れている。

コンシューマー・エレクトロニクス

熱特性に優れているため、ヒートシンクや構造フレームに効果的な素材となる。

医療機器

AlSi10Mg合金で作られた補綴物や工具の使用が増加しているのは、その精度と身体への安全性によるものである。

問題点と課題

AlSi10Mgには良い面も多いが、留意すべき点もある：

• シリコンは硬化剤であり、適切な取り扱いをしないと、過剰に使用した結果、もろいストーンウェアになってしまう。
• 部品が構造的に破損しないようにするには、多孔質になる度合いをコントロールすることが不可欠である。
• チタンは高度に製造されるため、他の有名なアルミニウム合金よりも高価になります。

これらの問題を減らすには、適切な熱処理と鋳造設定の最適な選択が必要です。また、増加したシミュレーション・ソフトウェアを使用すれば、実際の鋳造前に収縮やポロシティの影響を確認することも可能です。

今後の展望

より多くの企業が強靭でありながら軽量な製品を必要としているため、AlSi10Mgの使用は増加すると予測され、これは特に積層造形によって助けられるだろう。粉末冶金、後処理、熱処理における最近の進歩は、この材料の信頼性と有用性を高めている。

セラミックやグラフェンを添加したナノ析出AlSi10Mg合金を強化し、何度も繰り返し使用できる耐久性を持たせる実験が進行中である。この技術革新は、防衛、宇宙への物体の打ち上げ、革新的な医療機器の開発などの分野につながる可能性がある。

結論

AlSi10Mgグレードは、優れた機械的性能、軽量構造、卓越した熱的性質を兼ね備えています。航空宇宙から電子機器まで多くの分野で信頼性が高く、重量も軽いため、エンジニアや設計者にとって理想的な材料であることに変わりはありません。謝辞 その特徴的なAlSi10Mgの特性、ユニークなAlSi10Mg密度、AlSi10Mg合金としての強力な性能のために、この組成は、現代の産業界にしっかりと存在しています。 重要な航空宇宙部品の設計においても、芸術的な3Dプリントモデルにおいても、AlSi10Mgは材料科学の新たな境界を押し広げる先導役となっている。新たな発展が現れるにつれ、データ分析がさらに大きな役割を果たし、多くの場所で利用されるようになることが期待される。

よくあるご質問 

AlSi10Mgの目的は何ですか？

AlSi10Mgの軽さ、耐久性、優れた耐熱性は、航空宇宙、自動車、ロボット、エレクトロニクス用途に適している。鋳造や3Dプリンティングでは、安定性と精度の両方が重要であるため、多くのプラスチックが使用されている。

AlSi10Mg材料を研究する上で最も重要な特性は？

AlSi10Mgから作られたものは、高い引張強度（450MPaまで）を示し、熱伝導性が良く、腐食しにくく、適度な硬度を持つ。そのため、この素材は大きな力がかかる場所に適している。

AlSi10Mgの密度は？

密度が2.68g/cm³のAlSi10Mgは、鋼鉄よりも軽く、重量が重要な設計に必要な強度を備えている。

AlSi10Mgの熱処理は可能か？

AlSi10Mg合金は、より強くより硬くする熱処理を施すことができる。最も一般的な処理は、溶体化処理と時効処理です。

AlSi10Mgは積層造形に適しているか？

その通りである。AlSi10Mgは、滑らかな流れ、強力な性能、微細構造を持っているため、3D金属印刷、特に選択的レーザー溶融（SLM）で広く使用されています。