私たちは毎週、エンジニアが「最高の素材である」という理由でチタンを指定し、見積価格で白紙にするという RFQ を受け取ります。そうしたケースのほとんどでは、アルミニウムでも同様の仕事をすることができ、コストは 40 ～ 60% 低くなり、加工速度は 3 ～ 4 倍速くなりました。この記事は、ある素材が他の素材よりも普遍的に優れているということを伝えるつもりはありません。それぞれがどこで勝ち、どこで負けるか、そしてその決定が実際に重要となるグレーゾーンを教えてくれます。

こんなときはアルミを選んでください: 強度重量比、優れた機械加工性、耐食性、熱伝導性が必要であり、予算は現実的です。これは、CNC 加工アプリケーションの約 70% をカバーします。

こんなときはチタンを選んでください: 高温での高い強度、攻撃的な環境での優れた耐食性、生体適合性、または非強磁性特性が必要です。これで残りの 30% がカバーされますが、この 30% は絶対に妥協できない部分です。

まずはお金の話から始めましょう。それがチタン対アルミニウムのほとんどの議論に終止符を打つものだからです。

アルミニウム 6061 棒材の価格は、原材料 kg あたり 3 ～ 5 ドルです。 Ti-6Al-4V 棒材の価格は原料 kg あたり 30 ～ 50 ドルです。これは、加工を開始する前でさえ、材料コストが 10 倍も異なることになります。

しかし、実際のコスト倍増は機械加工にあります。アルミニウムは毎分 300 ～ 500 表面フィートで切断されます。チタンは 30 ～ 60 SFM で切断します。これはタイプミスではありません。チタンを 1/10 の速度で加工していることになります。スピンドルは同じ RPM で回転していますが、送り速度が大幅に低下し、刃先あたりの工具寿命が 60 ～ 80% 減少します。

実際の結果は、アルミニウムで 50 ドルかかる部品は、チタンで 150 ～ 250 ドルかかるということです。部品にチタン特有の特性が必要ない場合、それは自分が抱えていない問題を解決するためにお金を費やしていることになります。

この表は具体的なストーリーを示しています。

チタンは、どの温度でもアルミニウムよりも強くて硬いです。ジェット エンジン コンポーネント、レーシング ブレーキ キャリパー、高性能モーター ハウジングなど、高温で構造的負荷がかかる用途の場合、チタンの利点は実際に測定可能です。

アルミニウムはチタンの25倍の熱伝導率を持っています。ヒートシンク、LED ハウジング、バッテリー冷却プレート、電子筐体など、熱を放散する必要がある部品の場合、合理的な選択肢はアルミニウムだけです。チタンは本質的に断熱材です。

チタンはアルミニウムよりも1.6倍重いです。しかし、重量あたりの強度も約 1.9 倍です。したがって、理論上は、同じ構造負荷であれば、チタン部品はアルミニウム部品よりも薄く、軽量にすることができます。実際には、材料の強度対重量比ではなく、機械加工のための最小肉厚が重量を決定することがよくあります。

アルミニウムの耐食性は酸化層によってもたらされます。通常の大気暴露では、アルミニウム 6061 はベースメタルを保護する自己修復酸化層を形成します。以下の場合に優れたパフォーマンスを発揮します。

• 屋内環境（一般産業）

• 海洋大気 (適切な処理を行った場合)

• 淡水および軽度の化学物質への曝露

次の場合に失敗します。

• 高アルカリ性環境 (pH > 9)

• 銅または炭素鋼とのガルバニック接触 (絶縁なし)

• 陽極酸化処理（孔食）を行わない塩化物が豊富な環境

チタンの耐食性は、より安定した、より粘り強い酸化物層によってもたらされます。事実上あらゆる腐食環境で優れた性能を発揮します。

• 海水（孔食、隙間腐食のないこと）

• 高温の塩化物溶液

• 強酸（希HCl、H2SO4、HNO3）

• 人体液（生体適合性）

実践的なポイント: 部品が海水、化学処理工場、または人体内に入る場合、チタンにはコストの価値があります。工場の床、屋外構造物、または消費者製品に使用する場合は、陽極酸化処理または粉体塗装を施したアルミニウムで十分です。

ここでアルミニウムの優位性はほとんど不公平になります。

アルミニウム6061：綺麗に切れます。切りくずはきれいに砕けます。工具寿命は分ではなく時間で測定されます。積極的な送りで高い主軸速度を実行できます。 Ra 0.8 ～ 1.6 の表面仕上げは、標準的な工具を使用すると日常的に行われます。 Ra 0.4 は特別な努力をせずに達成可能です。冷却剤は役に立ちますが、軽い切り傷の場合は必ずしも必要というわけではありません。

チタン Ti-6Al-4V: チタンの加工は制御された戦いです。この材料は熱伝導率が低いため、熱が切断ゾーンに留まります。加工硬化の傾向は、鋭利な工具が必要であることを意味します。切れ味の悪いインサートは硬化した表面層を形成し、次の刃先の寿命を早めてしまいます。切りくずの形成は糸状であり、切りくずは簡単には壊れないため、切りくずが工具の周りを包み込み、再切削が発生します。工具寿命は、仕上げパスのエッジごとに分単位で測定されます。

プロジェクトへの実際的な影響:

• アルミニウムのプロトタイプ: 1 ～ 3 日のリードタイム、簡単なプログラミング

• チタンプロトタイプ: 5 ～ 10 日のリードタイム、慎重な工具の選択とパラメータの最適化

• アルミニウム生産 (100 個): 予測可能、最小限の工具コスト

• チタン生産 (100 個): 工具コストの増加、より厳格なプロセス管理、より多くの検査

どちらの材料にも表面処理オプションがありますが、目的は異なります。

アルミニウム:

• タイプ II 陽極酸化処理: 装飾的、適度な耐摩耗性、幅広い色のオプション

• タイプ III 硬質陽極酸化処理: HV 500 までの耐摩耗性、滑り面に優れています。

• パウダーコート: 腐食防止と美観、幅広い色範囲

• クロメート変換: 導電性を維持しながら腐食を防止

チタン:

• 電解研磨: 鏡面仕上げ、Ra 0.1 達成可能、医療および化粧品用途向け

• 不動態化 (ASTM F86): 医療用インプラントの自然酸化層を強化します。

• 陽極酸化処理: 装飾色のオプション (アルミニウムと比較してパレットが限られています)

• PVD コーティング: 高摩耗用途向けの硬質耐摩耗コーティング (TiN、CrN)