亜鉛メッキ鋼とアルミニウム: コスト、強度、重量、腐食

建設プロジェクトや製造事業に着手する際に直面する重要な決定の 1 つは、適切な材料を選択することです。亜鉛メッキ鋼とアルミニウムは 2 つの一般的な選択肢であり、それぞれに独自の利点があります。この記事では、両方の材料の特性、用途、利点、欠点について詳しく説明し、情報に基づいた決定を下せるようお手伝いします。

亜鉛メッキ鋼とは何ですか?

亜鉛メッキ鋼板は、亜鉛メッキ鋼板または亜鉛メッキ鉄板とも呼ばれ、表面に亜鉛の層でコーティングされた鋼板を指します。亜鉛メッキは一般的な金属腐食防止方法で、主に鋼の腐食を防ぐために使用されます。鋼製品の表面に金属亜鉛の層をメッキすると、鋼と空気中の酸素および水蒸気との接触を隔離できるため、鋼の腐食を回避または遅らせることができます。

亜鉛メッキ工程

亜鉛メッキ鋼板の主な製造方法は、溶融亜鉛メッキ（ホットディップ亜鉛メッキ）と電気亜鉛メッキ（亜鉛メッキ）の2つです。

• 溶融亜鉛めっき：これは最も一般的に使用される亜鉛めっき方法です。まず、きれいな鋼材を溶融亜鉛溶液に浸し、その表面に亜鉛の層を付着させます。この方法で得られる亜鉛めっき層は厚く、耐腐食性が強いため、建築材料、送変電塔、通信塔、高速道路のガードレール、橋梁、船舶など、屋外や過酷な環境で使用される鋼材に適しています。
• 電気亜鉛メッキ：電気メッキプールでは、電気分解によって鋼製品の表面に亜鉛の層が堆積されます。この方法で得られる亜鉛メッキ層は薄いですが、外観は滑らかで精細であり、家電製品の外装、自動車部品など、装飾性と耐腐食性の要件が高い場合に適しています。

亜鉛メッキ鋼はどのように見えるのでしょうか?

亜鉛メッキ鋼の表面は亜鉛層で覆われているため、外観は通常銀色または薄い灰色です。さらに、亜鉛メッキ鋼の表面の亜鉛層の厚さは、さまざまなニーズに応じて制御でき、通常は5〜25ミクロンの範囲です。この亜鉛層は美しいだけでなく、鋼を外部の酸素や水蒸気との接触から効果的に隔離して錆を防ぐこともできます。

亜鉛メッキ鋼の特性

亜鉛メッキ鋼の性能は主に以下の側面に反映されます。

• 耐食性：亜鉛メッキ鋼板の表面は亜鉛の層でコーティングされており、亜鉛は耐食性が強く、通常の冷間圧延鋼板と比較して、亜鉛メッキ鋼板の表面硬度が高く、鋼板の強度と耐摩耗性を高め、鋼板の耐用年数を向上させることができます。
• 機械的特性: 亜鉛メッキ鋼板は加工性に優れており、曲げ、打ち抜き、せん断などの加工が可能で、鋼板全体の性能に影響を与えません。
• 物理的特性：亜鉛メッキ鋼板の重量は、通常の鋼板よりも約10％重い。 冷間圧延鋼 伸び率は約1.5～2倍で、通常の冷間圧延鋼板より若干劣りますが、引張強度は非常に高いです。
• 化学組成: 亜鉛メッキ平鋼 (亜鉛メッキ鋼の一種) の化学組成には、炭素 (C)、ケイ素 (Si)、マンガン (Mn) およびその他の主要元素が含まれます。
• その他の特徴: 亜鉛メッキ鋼は耐火性に優れており、表面コーティングにより火炎の広がりを効果的に遅らせ、建物の安全を守ります。
• 特殊特性（アルミめっき亜鉛鋼板の場合）：アルミめっき亜鉛鋼板は、加工特性の面では溶融亜鉛めっきに類似しており、さまざまな加工要件を満たすことができます。アルミめっき亜鉛鋼板は耐食性に優れており、その耐用年数は通常の亜鉛めっき鋼板の2〜6倍です。

亜鉛メッキ鋼の用途は何ですか?

亜鉛メッキ鋼は、その優れた耐食性と機械的性質のため、多くの分野で広く使用されています。通常、建設、自動車、電子、製造、輸送などの分野で使用されます。たとえば、亜鉛メッキ鋼は、ボディ、ドアなどの部品など、自動車の製造に広く使用されており、効果的に錆を防ぎ、車の耐久性を向上させることができます。また、航空機のシェル、エンジンサポート、メンテナンス機器などの部品にも使用され、耐食性を高め、耐用年数を延ばします。

亜鉛メッキ鋼の例

亜鉛メッキ鋼の例は豊富で多様ですが、亜鉛メッキ鋼で作られた一般的な製品は次のとおりです。

• 建物の外壁、屋根、壁パネルなどに使用されます。例えば、溶融亜鉛めっき鋼板（SGCC）は、ガラスカーテンウォール、大理石カーテンウォール、アルミカーテンウォールの柱・力材として使用されます。
• ボディパネル、ドア、シャーシブラケット、サスペンションシステムなども亜鉛メッキされており、部品の耐久性と安全性が向上しています。
• 亜鉛メッキ鋼は、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなどの家電製品の外装や、ブラケット、ベースなどの内部部品の製造によく使用されます。
• 家庭、オフィス、建設現場などの場所では、亜鉛メッキのクリップやファスナーは、フォルダー、ブッククリップ、レンチなどによく使用されます。 ボルトとナット, etc.

亜鉛メッキ鋼の利点と欠点は何ですか?

重要な金属材料として、亜鉛メッキ鋼には独自の長所と短所があります。以下は、亜鉛メッキ鋼の長所と短所の概要です。

利点：

1. 表面仕上げが高い：亜鉛メッキ鋼板の表面処理後、表面仕上げが非常に高く、装飾性が良好です。
2. 優れた耐火性能: 亜鉛メッキ鋼板は優れた耐火性能を備えており、表面コーティングにより火炎の広がりを効果的に遅らせ、建物の安全を守ります。
3. 強力な溶接性能：亜鉛メッキ鋼板は強力な溶接性能を備え、他の材料との接続が良好で、さまざまな機械設備や工業部品の製造に広く使用されています。
4. 優れた可塑性と靭性: 亜鉛メッキ鋼板は優れた可塑性と靭性を備えており、さまざまな形状や変形要件に適応できるだけでなく、優れた機械的特性も維持できます。
5. メンテナンスが簡単: 亜鉛メッキ鋼板はメンテナンスが簡単で、簡単な清掃とメンテナンスを行うだけで済み、特別な処理は必要ありません。

短所：

1. 長期使用には適していません。過酷な環境で使用したり、長時間大気にさらされたりすると、亜鉛層が徐々に腐食し、鋼に損傷が生じます。
2. 亜鉛層が不均一：亜鉛メッキ鋼の亜鉛層は不均一な場合があり、隆起した「亜鉛の花」を形成し、美観に影響を与えます。亜鉛層が溶解すると、鋼の表面に白い物質が現れ、商品の保管と美観に一定の影響を与えます。
3. 高コスト: 亜鉛メッキ鋼は製造工程で亜鉛メッキする必要があり、製造コストが高くなるため、通常の鋼よりも価格が高くなります。

アルミとは？

アルミニウムは、化学記号 Al、原子番号 13 の軽量金属元素です。地殻に非常に多く存在し、酸素とケイ素に次いで地殻に最も多く存在する金属元素の XNUMX つです。アルミニウムは、さまざまな独自の物理的および化学的特性を備えているため、さまざまな分野で幅広く使用されています。

アルミニウムの生産と抽出

1. ボーキサイト抽出: アルミニウムは主にボーキサイトから抽出されます。ボーキサイトはバイエル法によって処理され、アルミナ (Al2O3) が生成されます。
2. 電気分解法: 酸化アルミニウムから金属アルミニウムを抽出するプロセスは、ホール・エルー法と呼ばれます。このプロセスは、高温の電解セルで電流を使用してアルミナをアルミニウムと酸素に分解することで行われます。

アルミニウムはどのように見えますか?

アルミニウム金属は通常、銀色またはオフホワイトの外観をしています。特定の条件下では、アルミニウムは黒、青、紫などのさまざまな色も示します。これらの色の生成は、表面反応、酸化物の形成、電気分解などの要因に関連しています。たとえば、アルミニウムが空気中で高温で酸化されると、表面に黒い酸化物が現れることがあります。特定の条件下では、アルミニウムの表面に青いアルミナ層が形成されます。非常に特殊な条件下では、アルミニウムは紫色の外観を示します。

アルミニウムの種類

アルミニウムの種類は、さまざまな分類基準に従って分類できます。次に、一般的な分類とそれに対応するアルミニウムの種類をいくつか示します。

• 純アルミニウム：不純物を除いて、アルミニウム含有量は99％以上です。純度の違いにより、純アルミニウムは高純度アルミニウム、工業用高純度アルミニウム、工業用純アルミニウムの99.7つのカテゴリーに分けられます。工業用純アルミニウムの純度は通常98.8％～1％で、グレードはL2、L3、L4、L5、L6、LXNUMXなどXNUMX種類あります。純アルミニウムは、高い電気伝導性、熱伝導性、延性などの利点があります。
• アルミニウム合金：アルミニウムにさまざまな元素を混合して金属のような材料にしたものを指します。アルミニウム合金は通常、アルミニウムと他の金属（銅、マグネシウム、亜鉛など）を混合して構成され、異なる合金組成と製造プロセスに応じて、アルミニウム合金は、アルミニウム銅合金（2xxxシリーズ）、アルミニウムマグネシウム合金（5xxxシリーズ）、アルミニウム亜鉛合金（7xxxシリーズ）など、いくつかのシリーズに分類できます。これらの合金は、アルミニウムに強度、耐腐食性、加工性などの優れた特性を与えます。

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アルミニウムの特性

• 軽量: アルミニウムの密度は 2.7 立方センチメートルあたり約 XNUMX グラムで、鉄や銅の約 XNUMX 分の XNUMX です。そのため、アルミニウムは航空宇宙や輸送の分野で大きな利点を持っています。
• 活性：アルミニウムは、酸素、水、酸などと化学反応を起こす活性金属です。室温では、アルミニウムの表面は空気中の酸素と素早く反応して緻密なアルミナ膜を形成し、アルミニウムがさらに酸化されるのを防ぐことができるため、アルミニウムは優れた耐食性を備えています。
• 電気伝導性と熱伝導性: アルミニウムの電気伝導性と熱伝導性は銅の約 60% と優れています。このため、アルミニウムは電力伝送や放熱の用途でも重要です。
• 延性と成形性: アルミニウムは延性に富み、細い線状に伸ばしたり、シート状にプレスしたりできます。さらに、アルミニウムの成形性により、さまざまな形状に簡単に機械加工できます。
• リサイクル性：アルミニウム本来の特性はリサイクルプロセスで失われません。アルミニウムのリサイクルは資源を節約するだけでなく、環境汚染も軽減し、持続可能な金属材料です。

アルミニウムは何に使われますか？

アルミニウムは、軽量、優れた延性、電気伝導性、熱伝導性、耐腐食性などの特性により、幅広い用途に使用されています。アルミニウムは、自動車製造において、車体、エンジン部品、ホイールなどの部品に使用され、車両の軽量化と燃費向上に貢献しています。また、アルミニウムは、電車、地下鉄、自転車の製造にも使用されています。ハイテクな航空宇宙分野でも、日常的な包装材料の使用においても、アルミニウムはかけがえのない重要性を示しています。

アルミニウムの例

アルミニウムの例は非常に豊富で、日常生活のほぼすべての側面に関係しています。以下は、アルミニウム材料を使用して製造された製品の例です。

• 自動車の車体、エンジン部品、車輪、航空機の胴体、翼、エンジン部品などの製造に使用されます。アルミニウムの軽量性により、自動車や航空機の重量が軽減され、燃費が向上します。
• 携帯電話、タブレット、ノートパソコンなどの電子製品の筐体とラジエーターは通常、軽量で美しいアルミニウムで作られています。
• アルミドア・窓、アルミパネル、アルミハニカムパネル、アルミタイル、アルミバックルプレートなど。
• アルミ製のポット、ボウル、椅子、テーブル、その他の家具。

アルミニウムの利点と欠点は何ですか?

一般的な金属材料として、アルミニウムには一連の利点と欠点があります。

利点：

1. 軽量かつ高強度: 鋼鉄よりも大幅に軽量で、構造物や車両全体の重量を軽減します。
2. 耐腐食性: 湿気や腐食性の高い環境でも、アルミニウム製品は長期的な安定性と耐久性を維持し、メンテナンスや交換の頻度を減らすことができます。
3. 優れた熱伝導性と電気伝導性: アルミニウムの熱伝導性は多くの金属材料よりも高いため、アルミニウムは効率的な熱伝導材料となります。
4. 成形性: 成形や成型が容易なので、複雑なデザインに最適です。

短所：

1. 強度が低い: 鉄、鋼、銅などの金属と比較すると、アルミニウムの強度は低く、変形や破損しやすいです。
2. 摩耗しやすい：アルミニウムの硬度は比較的低く、摩耗しやすいため、特定の使用条件下では、アルミニウム製品の耐用年数と性能に大きな影響を受ける可能性があります。
3. 熱膨張係数が大きい：アルミニウムは高温で膨張または収縮しやすいため、寸法が変化し、アルミニウム製品の性能が不安定になる可能性があります。

亜鉛メッキ鋼とアルミニウム

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムは多くの点で大きな違いがあります。2 つの材料の詳細な比較は次のとおりです。

耐食性

耐食性の観点から見ると、アルミニウムは亜鉛メッキ鋼よりはるかに優れています。アルミニウムの酸化アルミニウム保護膜は、長期にわたる自己修復性の防食層を提供し、さまざまな環境で優れた耐食性を維持します。亜鉛メッキ鋼には一定の耐食性がありますが、特定の環境（高温多湿、有機環境など）では耐食性が影響を受け、亜鉛層の破壊や鋼の腐食につながる可能性があります。

第３章：濃度

亜鉛メッキ鋼の強度指標には、通常、降伏点、引張強度、伸びなどが含まれます。アルミニウムの相対密度は2.7で、鋼の約半分ですが、引張強度は鋼の2.0倍に達し、伸びも約20％と高く、優れた可塑性と靭性を備えていることを示しています。

したがって、強度の観点から見ると、アルミニウムの引張強度は重量に対して比較的高く、つまりアルミニウムは軽量で高強度という特性を持っています。これにより、軽量化が求められる用途ではアルミニウムが有利になります。ただし、より大きな圧力と重量が求められる用途では、機械的強度と構造的安定性が高い亜鉛メッキ鋼の方が適している場合があります。

重量

重量比だけを考慮すると、好ましい材料はアルミニウムです。鋼自体の密度は一般に 7.7～8.1 g/cm ³ ですが、亜鉛メッキ層の密度は約 7.14 g/cm ³ です。アルミニウムの密度は 2.7 g/cm ³ で、鋼の密度よりもはるかに低いです。そのため、重量を減らす必要がある一部の用途 (航空宇宙、自動車製造など) ではアルミニウムがより人気があります。

柔軟

展性という点では、アルミニウムは亜鉛メッキ鋼よりはるかに優れています。アルミニウムの延性はその原子構造の特性に由来します。つまり、外力の作用下で、アルミニウム原子は比較的簡単に滑ったり歪んだりするため、形状が変化しても壊れにくく、シート、パイプ、プロファイルなど、さまざまな形状とサイズの製品に加工できます。亜鉛メッキ鋼は、鋼を基材とし、表面に亜鉛合金材料の層をコーティングしたものです。鋼の延性は一般にアルミニウムより低くなりますが、その具体的な延性は鋼の種類と合金の組成によって異なります。

表面処理

アルミニウム製品の表面は、次のようなさまざまな方法で処理できます。 陽極酸化、スプレー、電気メッキなどにより、外観、耐食性を改善したり、機能性を高めたりします。アルミニウムの酸化膜には自己修復能力があり、たとえ少し損傷してもすぐに回復するため、アルミニウム製品をそれ以上の腐食から保護します。亜鉛メッキ鋼板の後処理は、主に水素脆化を排除して耐食性を高め、脱水素化および不動態化処理によって性能と安定性を向上させることに関係しています。

熱伝導率

亜鉛メッキ鋼の熱伝導率は、一般的に 40～52 W/(m·K) です。室温では、アルミニウムの熱伝導率は一般的に 237～241 W/mK です。この値は銅 (427 W/mK) よりわずかに低いですが、亜鉛メッキ鋼 (40～52 W/(m·K)) よりはるかに高いです。したがって、亜鉛メッキ鋼とアルミニウムの熱伝導率には明らかな違いがあり、アルミニウムの熱伝導率は亜鉛メッキ鋼よりもはるかに高いため、アルミニウムは効率的な放熱を必要とする用途 (電子機器、自動車エンジンなど) に適しています。

溶接

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムは、どちらも特定の溶接方法とプロセスで接合することができ、一般的な溶接方法には、TIG溶接、MIG / MAG溶接、アーク溶接、レーザー溶接などがあります。ただし、亜鉛メッキ鋼の融点は419℃〜450℃であるのに対し、アルミニウムの融点は660℃であることに注意する必要があります。亜鉛メッキ鋼とアルミニウムの融点は非常に異なり、溶融プロセスで酸化しやすく、直接溶接では両者の溶融状態を制御することが難しく、 溶接不良.

耐錆性

亜鉛メッキ層は、鋼鉄が空気に触れるのを効果的に防ぎ、錆びを遅らせます。厳しい環境では、亜鉛メッキ層が破損して鋼鉄が錆びることがあります。しかし、強酸性、高湿度、高温、長期の屋外などの厳しい環境では、亜鉛層が腐食して鋼鉄が錆びる可能性があるため、亜鉛メッキ層の保護効果が大幅に低下します。

アルミニウムの表面は緻密なアルミナ膜を形成しやすく、常温、低温、高温、湿気などの条件下でも優れた性能を発揮し、さまざまな作業環境のニーズを満たすことができます。

持続可能な開発と環境への影響

亜鉛メッキ鋼板の製造工程では、廃水、排気ガス、固形廃棄物が発生しますが、これらには重金属や化学物質などの有害物質が含まれている可能性があり、環境を汚染します。環境汚染を軽減するために、電気亜鉛メッキ、溶融亜鉛メッキなどのグリーン亜鉛メッキ工程の使用を推進します。

アルミニウムは再生可能な素材であり、その製造過程で発生する廃棄物はリサイクルして再利用できるため、資源の消費と環境汚染の削減に役立ちます。

クリーニング性

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムの表面は滑らかで、ほこりや汚れがたまりにくいため、通常の状況では掃除が簡単です。ただし、亜鉛層が損傷すると、鋼自体が腐食や汚染を受けやすくなり、掃除が難しくなります。亜鉛メッキ鋼の掃除には、通常、通常の洗浄剤または水を使用して掃除することができます。

費用

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムのコストは、原材料費、加工費、市場の需給など、さまざまな要因によって変わります。一般的に、亜鉛メッキ鋼はアルミニウムよりも安価になる傾向があります。鋼自体のコストは低く、亜鉛メッキ処理によって比較的小さなプレミアムが追加されます。

亜鉛メッキ鋼の原材料コストは、主に鋼材コストと亜鉛メッキ工程コストで構成されています。亜鉛メッキ鋼管の価格は800トンあたり900ドルから1,800ドルの範囲で、アルミニウムの平均コストは約XNUMXドル/トンです。通常、アルミニウムの価格は亜鉛メッキ鋼よりも高く、アルミニウムの生産にはより複雑な抽出および精製プロセスが必要であるためコストが高くなりますが、具体的な価格は市場の状況と製品の仕様に応じて決定する必要があります。

アルミニウムは亜鉛メッキ鋼よりも優れていますか?

アルミニウムと亜鉛メッキ鋼はそれぞれ独自の利点と適用シナリオを持っているため、アルミニウムが亜鉛メッキ鋼よりも「優れている」かどうかを直接判断することはできません。

アルミニウムは軽量で耐腐食性があり、加工しやすい金属です。熱伝導性と電気伝導性に優れているため、電子機器やラジエーターなど、効率的な熱伝達や伝導性が求められる用途に最適です。さらに、アルミニウムはリサイクル性が高く、環境に優しく、現代の持続可能な開発の概念に沿っています。建築分野では、アルミニウムは美しい外観と耐候性のため、ドアや窓、カーテンウォール、装飾ストリップに広く使用されています。

亜鉛メッキ鋼は、鋼の耐食性を向上させるために鋼の表面に亜鉛層をコーティングしたものです。亜鉛メッキ鋼は、強度が高く、耐久性に優れ、比較的安価であるという利点があるため、重い荷重や高い構造強度が求められる用途（橋梁、建築構造物など）でよく使用されます。さらに、亜鉛メッキ鋼は屋外環境でも優れた耐候性と耐腐食性を示します。

アルミニウムは亜鉛メッキできますか？

アルミ 直接亜鉛メッキできないしかし、特殊な処理を施すことで同様の効果を得ることができます。例えば、アルミニウムの表面に亜鉛の複合層を形成することで、アルミニウムの表面を保護し、その後の塗装や着色のためのより優れた表面処理を施すことができます。

アルミニウム部品に亜鉛メッキを施すことは可能ですが、プロセスがより複雑で、特別な処理が必要です。アルミニウム合金は加熱すると柔らかくなりやすいため、加工性は良好ですが、亜鉛は強力な還元金属であるため、アルミニウム合金と反応しやすく、亜鉛メッキが不安定になり、剥がれ落ちてしまいます。

アルミニウムの電気亜鉛めっきには、不動態化、溶融亜鉛めっき、陽極酸化などの非堆積コーティング処理が必要であり、亜鉛親和性を持つ化合物または純金属の層を形成し、めっきプロセス中に亜鉛の安定性を維持します。

材料選択の重要性

異なる材料は、強度、硬度、靭性、耐摩耗性、耐腐食性、熱伝導性、電気伝導性など、異なる物理的および化学的特性を持っています。適切な材料を選択することで、製品またはコンポーネントが耐荷重性、耐久性、安全性などの期待される性能要件を満たすことができます。たとえば、食品、医療などの特定の業界では、材料を選択するために厳格な規制と基準に従う必要があります。

さらに、原材料価格、加工費、輸送費など、材料によってコストは大きく異なります。したがって、材料を選択する際には、費用対効果を総合的に考慮する必要があります。環境に優しく、リサイクル可能で分解可能な材料を選択すると、環境汚染や資源の無駄を減らすのに役立ちます。

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムのどちらを選ぶべきでしょうか?

亜鉛メッキ鋼とアルミニウムを選択するときは、性能、適用シナリオ、コスト、および特定の要件を考慮する必要があります。亜鉛メッキ鋼は強度と耐腐食性が高く、建物やパイプラインなどの耐荷重および耐腐食状況に適しています。アルミニウムは軽量で加工が容易で、軽量化が必要な航空宇宙や自動車などの業界に適しています。特定のニーズに基づいて、コストと性能を比較検討し、最も適切な材料を選択します。さまざまなアプリケーションに適した材料を選択するのに役立つ比較表を以下に示します。

C特徴的な	亜鉛めっき鋼	アルミ
耐食性	✔️ 良好（亜鉛コーティング）	✔️ 優秀（自然酸化層）
抗張力	✔️ 高い	❌ 中程度
構成	✔️ 幅広いラインナップ	✔️ 幅広いラインナップ
重量	❌ 重い	✔️ 軽量
価格	✔️ コストが低い	❌ より高価
耐薬品性	✔️ 良い	✔️ 素晴らしい
硬度	✔️ 高い	❌ 下げる
耐久性	✔️ 耐衝撃性が向上	❌ 耐衝撃性が低い
温度抵抗	✔️ 最高1200°F	❌ 最高600°F
被削性	✔️ より簡単	❌ より難しい

まとめ

これらの要素を慎重に考慮することで、ニーズに最も適した材料を選択し、プロジェクトの成功と長期にわたる寿命を確保できます。亜鉛メッキ鋼は、低コストで優れた強度と耐久性を備えているため、高負荷用途に最適です。一方、アルミニウムは優れた耐腐食性、軽量性、メンテナンスの容易さを備えているため、これらの特性が最も重要となる用途に適しています。

Q＆A

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カタログ： マテリアルガイド