表面仕上げは、板金加工において不可欠なステップです。部品の切断、成形、溶接が完璧であっても、その性能と外観は表面処理に左右されます。仕上げは金属を錆から守り、耐久性を高め、使用目的に必要な外観を与えます。
エレクトロニクス、医療機器、自動車製造などの業界では、さまざまな仕上げが異なる目的を果たす。導電性を高める仕上げもあれば、強度、色、環境保護を優先する仕上げもあります。適切な仕上げを選択することで、部品は見た目が良いだけでなく、意図された環境でも十分に機能するようになります。
この記事では、板金部品の標準的な仕上げオプションについて見ていきます。ここでは、メッキ、陽極酸化、シーリング、粉体塗装、塗装、不動態化を取り上げます。それぞれの方法には、金属、部品の設計、および意図された目的に応じて、独自の利点があります。
メッキ
めっきは、多くの場合、電気化学的または化学的プロセスによって、基材上に金属の薄層を析出させることを含む。その目的は、基材の構造を変えることなく表面特性を向上させることである。
メッキの厚さは通常0.1～25ミクロン。より厚い層はより強力な保護を提供するが、より高価であり、より長い適用時間を必要とする。
ニッケルめっき
ニッケルめっき は板金加工に広く使用されている。耐食性、耐摩耗性、外観のバランスがとれている。ニッケル皮膜は硬く、滑らかで光沢があり、磨 き上げられた外観を与えながら、摩擦の低減に 役立ちます。ニッケルめっきには、電気めっき（光沢ニッケル）と無電解めっきがあり、それぞれ異なる用途に適しています。
光沢ニッケルは、電気を利用して光沢のある反射面を作り出します。添加物により、平滑性と光沢が向上します。この仕上げは、パネル、ハンドル、装飾部品に標準的に施されます。腐食に強く、加工部品の精度を際立たせます。より強固に保護するために、光沢ニッケルはクロ ムや銅の層と組み合わせることがよくあります。また、表面硬度も向上し、傷や変形を抑えます。
無電解ニッケルめっきは、電気を使用せず、ニッケル-リンまたはニッケル-ホウ素合金を化学的にめっきします。これにより、電気メッキが不均一になる可能性のあるエッジ、コーナー、空洞でも均一な被覆が保証されます。切り抜きや細かい形状のある複雑な板金部品に最適です。無電解ニッケルは、正確な寸法を維持しながら、優れた耐食性と耐摩耗性を発揮します。
亜鉛、錫、金、銀、その他のメッキオプション
その他の金属は、導電性、腐食防止、コストなどのニーズに応じてメッキが施される。
亜鉛メッキ は、保護層を形成することで鋼を保護し、部品の寿命を延ばす費用対効果の高い方法である。コーティングは通常、灰色または青みがかった色をしていますが、色をつけたり保護を強化するために不動態化することができます。亜鉛は屋内や温和な環境に最適です。
錫メッキは腐食に強く、はんだ付け性を向上させます。滑らかでソフトな仕上がりで、導電性を高め、摩擦を軽減する。錫は、特に電子機器などの非磨耗部品に最適です。
金めっきと銀めっきは、高い導電性と耐食性のために使用される。金は導電性が高く、変色しにくく、コネクターや端子によく使われる。銀はやや安価で導電性が高いが、保護しないと変色する可能性がある。どちらも航空宇宙、電気通信、精密電子機器に広く使われている。
陽極酸化（電気化学変換プロセス）
陽極酸化は、電流を使って金属表面に酸化皮膜を形成するプロセスである。部品は電解槽の陽極として機能し、これが名前の由来となっている。電解液中の酸素イオンが表面の金属原子と結合し、多孔質の酸化皮膜が形成されます。
この工程は通常、洗浄、陽極酸化処理、シーリングの3段階からなる。洗浄では、油分や汚れを取り除きます。陽極酸化処理で酸化皮膜を形成する。シーリングは気孔を閉じ、腐食から保護する。多孔質の皮膜は染料を吸収し、装飾的な着色を可能にする。
アルマイトの表面は母材よりも複雑です。これにより、耐摩耗性が向上し、腐食から保護されます。層厚は通常、用途に応じて5～100ミクロンです。
アルミニウム陽極酸化処理
アルミニウム陽極酸化処理 は最も一般的なアルマイト処理です。アルミニウムの自然酸化被膜を強化し、耐久性と装飾性を高めます。酸の種類によって、皮膜の厚さや性質が異なります。
産業界では主に3つのタイプが使用されている：タイプI（クロム酸）、タイプII（硫酸）、タイプIII（ハードコート）である。それぞれのタイプには、部品の使用目的に応じて利点がある。
タイプI - クロム酸
タイプIは、電解液としてクロム酸を使用する。通常0.5～2.5ミクロンの薄い酸化皮膜を形成する。このタイプは耐食性に優れ、寸法がほとんど変化しないため、公差の厳しい部品に最適です。
薄い皮膜は強い耐疲労性を維持する。精密さと耐食性の両方が要求される航空宇宙や防衛分野でよく使用される。
欠点はクロム酸が高価で、環境にあまり優しくないことだ。多くの産業では、クロム酸をより安全な代替品に置き換えています。
タイプII - 硫酸（装飾用）
タイプIIは硫酸を使用し、通常5～25ミクロンのより厚い多孔質層を形成する。多孔質構造は染料を吸収することができるため、装飾部品やブランド部品に最適である。
このタイプは、耐食性、硬度、外観のバランスがとれている。消費者向け製品、電子機器、建築部品などによく使われる。染色後、シーリングによって色を閉じ込め、長期間の耐久性を実現します。
層が厚くなるため、寸法はわずかに変化する。設計者は通常、厳しい公差で作業する場合、これを考慮しています。
タイプ III - ハードコート
タイプIII、またはハードコート陽極酸化処理最大100ミクロンという非常に厚く緻密な層を形成する。他のタイプよりも低い温度と高い電流を使用する。
ハードコートは、過酷な環境で最大限の耐摩耗性を必要とする部品に最適です。表面硬度は焼き入れ鋼に匹敵するレベルに達します。また、摩擦を低減し、電気絶縁性を提供することもできます。
用途としては、機械、航空宇宙機器、軍用機器などがある。ハードコートは染色には不向きだが、比類のない耐久性と耐食性を提供する。
| タイプ | 電解質 | 典型的な厚さ (µm) | カラーオプション | 一般的な用途 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| タイプI - クロム酸 | クロム酸 | 0.5 - 2.5 | リミテッド（グレー） | 航空宇宙部品、精密部品 | 薄層で寸法変化が少なく、公差が厳しい場合に最適 |
| タイプII - 硫酸（装飾用） | 硫酸 | 5 - 25 | 幅広い（染色可能） | 消費者製品、建築部品、電子機器 | 吸色性に優れ、広く使用されている装飾仕上げ |
| タイプ III - ハードコート | 硫酸（低温、高電流） | 25 - 100 | リミテッド（ダークグレー～ブラック） | 産業機械、航空宇宙、防衛部品 | 厚く緻密な耐摩耗性層、過酷な環境に最適 |
チタン陽極酸化
チタン陽極酸化 はアルミニウム・アルマイトと似た働きをするが、自然に色がつく。色は電圧によって変化する酸化物の厚さによって決まる。これにより、ゴールドやブルーからパープルやグリーンまで、さまざまな色が生み出される。
医療、海洋、航空宇宙用途での耐食性を向上させます。また、チタン陽極酸化は生体適合性を高め、インプラントや手術器具に理想的な材料となります。表面はより硬く、滑らかになり、耐摩耗性が向上します。
チタン陽極酸化処理は、一貫した品質を保証するために確立された基準を遵守しています。一般的な規格は以下の通りです：
- AMS 2487：チタン陽極酸化処理による耐食性と耐摩耗性。
- AMS 2488：色と表面改善のための酸化チタン膜。
シーリング（陽極酸化処理後）
アルマイト処理後の酸化皮膜はまだ多孔質です。この気孔が開いたままだと、染料を吸収したり、汚れを閉じ込めたりする可能性があります。シーリングは陽極酸化処理後の工程で、気孔を塞ぎ、耐食性を高め、表面の外観を長期間維持します。
シーリングには通常、アルマイト処理された部品を加熱した溶液に浸すことが含まれる。これにより酸化皮膜が水和され、気孔が閉じる。主なシーリング方法は以下の通り：
- 熱水シール：部品を沸騰した脱イオン水（約96～100℃）に入れる。酸化アルミニウムが水酸化アルミニウムに変化し、膨潤して気孔を塞ぐ。最もシンプルで一般的な方法です。
- ニッケルアセテートシーリング：染色部品や耐食性が必要な場合によく使用される。ニッケル塩が酸化物と反応し、より強力で耐久性のあるシールを作ります。
- コールド・シーリング：フッ化ニッケルなどの化学薬品を使って低温で行う。より速く、エネルギーを節約できるため、大量生産に適している。
パウダーコーティング
パウダーコーティング は、金属部品に保護層と装飾層を付加する乾式仕上げ方法である。液体塗料の代わりに、金属表面に付着する静電気を帯びた粉末を使用する。その後、パーツをオーブンで焼くと、パウダーが溶けて滑らかで耐久性のあるコーティングが形成される。
この加工により、耐摩耗性、耐腐食性、紫外線による損傷に対する優れた耐性が得られる。工業製品と消費者製品の両方で、シートメタル部品に人気のある選択肢です。
粉体塗装の工程には、強力で均一な仕上がりを保証するためのいくつかの重要なステップがあります：
- 表面処理：金属部分を洗浄し、場合によっては化学薬品で処理したり、サンドブラストで油脂や錆を除去する。表面がきれいだと、パウダーの付着がよくなる。
- パウダーの塗布：パウダー（多くの場合、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタン）は、静電ガンを使ってスプレーされる。帯電した粒子が接地された金属部分に付着する。
- 硬化：コーティングされた部品は、約160～220℃のオーブンで焼かれる。熱によってパウダーが溶融し、均一で硬い皮膜となる。
- 冷却と検査：硬化後、部品は冷却され、均一な被覆、光沢、表面の欠陥がないかチェックされる。
絵画
絵画 は、板金部品の標準的な仕上げ方法である。色をつけ、腐食から守り、表面を滑らかにする液体塗料を塗る。粉体塗装と異なり、塗装は低温で硬化するため、より幅広い素材に適している。
この方法は、特定の色、光沢仕上げ、費用対効果の高い保護が必要な場合に最適である。自動車、電子機器、一般製造業で広く使用されている。
塗装工程では、耐久性のある高品質な仕上がりを保証するために、いくつかの工程を経る：
- 表面処理：金属表面を洗浄し、油分、汚れ、錆を取り除く。リン酸塩処理、下塗りなどの前処理を行うことで、塗料の密着性と耐食性を高めることができる。
- プライマーの塗布下塗りは塗料が金属に密着しやすくし、均一な下地を作ります。また、腐食に対する保護層も追加します。
- トップコートの塗布：スプレー、刷毛塗り、浸漬などの方法で塗る。一般的な塗料の種類としては、アクリル系、ポリウレタン系、エポキシ系などがある。
- 硬化または乾燥：塗料によっては、自然乾燥させるか、オーブンで焼いて表面を固めます。
不動態化・化成処理
不動態化 および化成皮膜は、金属表面を腐食から保護します。不動態化処理は表面の汚れを除去し、表面に薄く安定した酸化皮膜を形成します。化成皮膜は金属と化学反応し、耐食性を高め、塗料の密着性を向上させる保護皮膜を形成します。
ステンレス鋼の場合、不動態化処理によって遊離鉄を除去し、自然な酸化クロム層を復元します。これにより、金属の外観や寸法を変えることなく、耐食性が強化される。これは、食品加工、医療機器、航空宇宙部品に一般的に使用されています。
化成皮膜はアルミニウム、亜鉛、鋼鉄に施される。アルミニウムには、クロメートまたはリン酸塩皮膜が耐食性を高め、塗料の密着性を向上させる。鋼鉄の場合、リン酸塩皮膜は成形時の潤滑性を高め、塗装や粉体塗装の下地を作ります。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
