湿気や化学薬品にさらされた金属部品は、時間の経過とともに壊れてしまいます。錆は金属部品をすぐに損傷させます。腐食は毎年、産業界に何十億もの損失をもたらしている。では、どうすれば費用をかけずに金属表面を保護できるのでしょうか？亜鉛メッキは手頃な解決策を提供します。このメッキ加工は、金属の耐久性と寿命を向上させます。
この記事では、亜鉛メッキプロセス、その利点、様々な産業における用途について検討します。亜鉛メッキがどのように機能するのか、また、なぜ亜鉛メッキが部品を長持ちさせるのに効果的なのかを見てみましょう。
亜鉛めっきとは？
亜鉛メッキは、亜鉛電気メッキまたは亜鉛メッキとも呼ばれ、金属表面に薄い亜鉛層を付けるプロセスです。主な目的は、下地の金属を錆や腐食から守ることです。亜鉛は犠牲陽極の役割を果たし、下の金属が腐食する前に腐食します。
亜鉛コーティングに傷がついても、この保護機能は有効です。自動車、建設、屋外産業など、過酷な条件にさらされる部品に有効です。
亜鉛コーティングはどのように金属表面を保護するのか？
亜鉛コーティングは、主に2種類の保護を提供する：
- バリア保護： 亜鉛は物理的なバリアを作り、水分、酸素、化学物質が母材に到達して腐食を引き起こすのを阻止する。
- 犠牲的保護： 亜鉛は下地の金属よりも腐食が早い。そのため、コーティングに傷がつくと、亜鉛が犠牲になり、下地の金属を錆から守る。
亜鉛めっきの電気化学的プロセス
亜鉛めっきは電気化学的プロセスを使用する。まず、金属部分を亜鉛塩の浴槽に入れる。電流が溶液を通り、亜鉛イオンを金属の表面に移動させる。このプロセスにより、亜鉛は金属と強固に結合する。
亜鉛層の厚さは、部品が浴槽に浸漬される時間と印加される電流の量に依存します。その結果、滑らかで均一な皮膜が形成され、腐食に対する強力で耐久性のある保護が得られます。
亜鉛メッキの仕組み
亜鉛メッキは、金属の表面に亜鉛の薄い層を塗布し、腐食から保護するものです。以下では、電気メッキがどのように行われるかを順を追って説明します。
ステップ1：金属表面の準備
メッキされる金属部品は、汚れ、油脂、酸化を除去するために徹底的に洗浄される。これは通常、酸浴または研磨洗浄技術を用いて行われる。表面をきれいにすることで、亜鉛と金属がより効果的に結合します。
ステップ2：亜鉛電解液に金属を浸す
洗浄後、金属部品は亜鉛電解液に浸される。この溶液には、水に溶けた亜鉛塩（通常、硫酸亜鉛または塩化亜鉛）の混合物が含まれています。この溶液には、めっき工程が円滑に行われるよう、他の添加剤も含まれています。
ステップ3：電気めっき浴のセットアップ
金属部分は電気回路のマイナス側（正極）に接続され、亜鉛負極はプラス側に置かれる。亜鉛イオンの流れを一定に保つため、電解質溶液を浴槽内で循環させる。
ステップ4：電流を流す
電解液に電流を流します。この電流により、溶液中の亜鉛イオンがマイナスに帯電した金属部分（陰極）に向かって移動する。これらの亜鉛イオンが金属表面に到達すると、還元され、固体の亜鉛皮膜として析出します。
ステップ5：亜鉛析出
時間の経過とともに、電流は金属部品の表面に亜鉛イオンをより多く析出させ、薄いながらも強固な亜鉛層を形成する。この皮膜の厚さは、電流と金属を溶液中に放置する時間を調整することでコントロールできる。
ステップ6：すすぎと乾燥
所望の膜厚になった後、めっき金属部分を電解液槽から取り出す。その後、余分な溶液を取り除くためにすすぎ、乾燥させる。
亜鉛めっき法の種類
亜鉛めっきは、部品のサイズ、要求されるめっき厚さ、作業環境に応じて、さまざまな手法が採用されます。それぞれの技法は、独自の長所と理想的な使用ケースを持つ、ユニークな亜鉛めっき方法を提供します。
電気亜鉛メッキ
電気亜鉛メッキは最も一般的な方法です。電気を使って金属部品を亜鉛でコーティングします。その結果、薄く滑らかで明るい亜鉛層が形成されます。この方法は、きれいな仕上げと正確な寸法が必要な部品に最適です。
自動車部品によく使われる、 ファスナーやエレクトロニクスを保護する。コーティングは他の方法よりも薄いが、屋内や低湿度の環境では良好な保護効果を発揮する。
溶融亜鉛メッキ
溶融亜鉛メッキ は、溶融亜鉛の浴槽に金属部品を浸漬する。これにより、電気亜鉛めっきよりもはるかに厚く粗い皮膜が形成されます。接合は強固で、亜鉛層は過酷な天候や暴露に耐えることができます。
この方法は、屋外構造物、フェンス、鉄骨梁、建築金物などによく用いられる。厳しい環境下でも長期的な耐食性を発揮する。
メカニカル・メッキ
機械めっきは電気を使わない。その代わり、摩擦と衝撃を利用して亜鉛の粉末を金属部分に冷間溶接する。このプロセスは、ガラスビーズ、水、その他の化学薬品が入った回転ドラムの中で行われる。
ネジ、ナット、ワッシャーなどの小さな部品によく使われる。利点のひとつは、電気メッキ中に一部の金属を弱める水素脆化を回避できることだ。
シェラード化
シェラダイジングは、亜鉛粉末の入った密閉ドラムに金属部品を入れる熱を利用した方法である。ドラムは高温に加熱され、亜鉛蒸気が部品表面と結合します。これにより、均一な拡散結合亜鉛層が形成されます。
シェラダイジングは、複雑な形状やネジ部品に最適です。耐摩耗性と耐食性に優れ、特に海洋環境や化学環境での使用に適しています。
亜鉛めっきの主な利点
亜鉛めっきは、実用的で信頼性が高く、コストに優しいため、広く使用されています。金属部品の保護、外観の向上、過酷な環境下での寿命延長に役立ちます。
耐腐食性
亜鉛メッキの最も大きな利点は、錆に対する強力な保護です。亜鉛は最初にダメージを受ける層を形成するため、その下の金属は安全な状態を保ちます。コーティングに傷がついても、亜鉛は部品を保護し続けます。
費用対効果
亜鉛メッキは、より手頃なコーティングの選択肢の一つです。必要な材料や道具は容易に入手でき、比較的安価です。このプロセスは、小ロットでも大量生産でもうまく機能し、コスト削減に役立ちます。
美的仕上げ
亜鉛めっきは、部品の外観も向上させます。亜鉛メッキは、プロセスによって平滑にもつや消しにもなる、明るくきれいな仕上げになります。この仕上げにより、部品の外観が向上し、検査も容易になります。
潤滑性と耐摩耗性
亜鉛メッキの部品は、表面の摩擦が少ないことが多い。これにより、取り付けが容易になり、使用期間も長くなります。摩耗をさらに減らすために、追加のコーティングや処理を施すこともできます。
亜鉛めっきの限界
亜鉛メッキは優れた保護性能と価値を提供しますが、どんな仕事にも完璧に対応できるわけではありません。亜鉛メッキが扱えることには限界があります。適切なコーティングを選択する際には、これらを念頭に置くことが不可欠です。
限定的な耐熱性
亜鉛メッキは高熱に耐えることができません。温度が200℃（392°F）を超えると、コーティングが壊れ始めます。これは、剥離、変色、保護の喪失につながる可能性があります。
犠牲層は時間とともに摩耗する
亜鉛はまず金属を摩耗させることで保護する。そうやって錆を止めるのだ。しかし過酷な条件下では、亜鉛層はより早く摩耗してしまいます。亜鉛がなくなると、母材が露出し、錆びる可能性があります。つまり、亜鉛メッキは永遠に続くわけではないのです。
すべての状況に理想的というわけではない
亜鉛メッキはすべての用途に適しているわけではありません。海水や強い化学薬品が常に存在する場所では、亜鉛メッキはあまり持ちこたえないかもしれません。そのような場所では、より厚い、あるいはより特殊なコーティングが必要になるかもしれません。
亜鉛めっきの仕上げと外観
亜鉛メッキは金属を保護するだけではありません。メッキの後に様々な仕上げを加えることができます。これらの仕上げは、部品の色と錆や摩耗に対する耐性の両方に影響します。
クリア（ブルー）亜鉛
クリアジンクはブルージンクとも呼ばれ、光沢のある銀色の外観にわずかに青みがかった色をしています。最も一般的な仕上げです。屋内や温和な環境で使用される部品に適しています。基本的な防錆効果があり、表面はきれいで明るい。ネジなどによく使われます、 括弧ミニチュア・ハウジング
イエロー・ジンク
イエロー・ジンクは金や虹のような色をしている。この仕上げはクロメートと呼ばれる特殊なコーティングによって実現します。透明な亜鉛よりも優れた防錆効果を発揮します。保護が必要な自動車部品や機械に適しています。また、後で塗装する場合、イエロージンクは塗料の付きを良くします。
ブラック・亜鉛
黒亜鉛の表面は暗く、マットです。この仕上げは特別な後処理工程から生まれます。中程度の防錆効果があり、光を反射しません。電子機器、軍事部品、消費者製品など、外観が重要な場合によく使用されます。暗い色はまた、低照度や戦術的な状況で部品を隠すのに役立ちます。
オリーブドラブ亜鉛
オリーブドラブ亜鉛はくすんだ緑褐色をしている。主に軍用部品や航空宇宙部品に使用されます。この仕上げは強力な防錆効果を発揮し、軍装品になじみます。また、輝きを抑えるので、屋外やフィールドでの使用に役立ちます。
亜鉛めっきの一般的な用途
亜鉛めっきは、金属部品を保護し、きれいな外観を提供し、費用対効果の高いソリューションを提供する能力により、様々な産業で広く使用されています。亜鉛めっきは、小さな部品にも大きなロットの部品にも適しています。
自動車部品
自動車産業では、多くの金属部品に亜鉛メッキが使用されています。ブラケット、燃料ライン、ブレーキ部品、サスペンション部品などの保護に役立ちます。これらの部品は、水、汚れ、道路塩に接触することがよくあります。亜鉛メッキは錆びを防ぎ、寿命を延ばすのに役立ちます。
ファスナーと金物
ボルト、ナット、ネジ、ワッシャーのような小さな部品には、亜鉛メッキが施されることが多い。これらは多くの機械や製品に使われ、空気や湿気にさらされることが多い。亜鉛は、ネジ山を傷つけたり部品の分解を困難にしたりする錆を防ぐのに役立つ。また、組み立て工程での作業性も向上する。
電気部品
電気製品のコネクター、端子、ケーシングには亜鉛めっきが使用されていることが多い。これらの部品が正しく機能するためには、清潔で錆びない状態を保つ必要があります。亜鉛メッキは表面を保護し、長期間にわたって部品の機能を維持するのに役立ちます。また、プラグの抜き差しによる摩耗を軽減する効果もあります。
消費者製品
亜鉛メッキは、ドアの蝶番、引き出しの取っ手、ランプなど、多くの日用品に使われています。亜鉛メッキを施すことで、これらの部品はより効率的に機能し、見た目も良くなります。コーティングは錆を防ぎ、表面を滑らかに保つため、製品をより長く良い状態に保つことができます。
亜鉛めっき対応素材
亜鉛メッキは、皮膜が強固に結合し、強力な耐食性を発揮する特定の金属に最適です。素材によっては、非常にうまく機能するものもあれば、特別な準備が必要なものや、この目的には理想的でないものもあります。
鋼鉄と鉄
亜鉛メッキの最も一般的な材料は鋼と鉄です。これらの金属は亜鉛と強い結合を形成し、自動車、建設、製造などの産業で広く使用されています。炭素鋼も合金鋼も効率的かつ効果的にめっきすることができます。
黄銅および銅合金
真鍮や銅合金にも亜鉛めっきができる。ただし、表面処理には特に注意が必要です。これらの金属はすぐに酸化する傾向があるため、洗浄し、適切な下塗りを施すことで、亜鉛がより定着しやすくなります。
アルミニウムとステンレス鋼の制限
亜鉛メッキは通常、アルミニウムやステンレス鋼には使用されません。これらの金属には天然の酸化皮膜があり、亜鉛の結合を妨げるからです。メッキが必要な場合は、特別な表面処理または中間コーティングを最初に使用する必要があります。
亜鉛めっきと他の金属めっきの比較
亜鉛メッキは、数あるコーティングの選択肢の一つに過ぎません。それぞれの方法には明確な長所、コスト、美観への配慮があります。適切なものを選ぶには、部品の用途、環境、予算によります。
亜鉛めっきとニッケルめっきの比較
亜鉛めっきは主に腐食防止に使用される。犠牲防食を提供し、価格も手頃です。ファスナー、ブラケット、構造部品に最適です。
ニッケルめっき は、耐摩耗性に優れ、より硬く滑らかな仕上げを提供する。より装飾的で、電子機器、工具、より高い表面硬度を必要とする部品によく使用される。また、ニッケルめっきはより高価で、亜鉛のような犠牲的保護機能はない。
亜鉛めっきとクロムめっきの比較
金属を錆から守る亜鉛メッキ。外観よりも機能が重視される場合に使用される。仕上げはソフト、マット、またはわずかに光沢がある。
クロムメッキ は、明るく鏡のような仕上げを加える装飾加工である。また、耐摩耗性にも優れている。クロムは、外観と耐久性の両方が必要とされる自動車部品、工具、備品に使用される。より高価であり、犠牲腐食防止用ではない。
亜鉛と粉体塗装の比較
亜鉛メッキは薄く、主に錆を防ぐ。小さな部品や厳しい公差が要求される場合に有効です。
パウダーコーティング はスプレーガンで塗布し、熱で硬化させる乾燥した厚いコーティング剤である。強力な保護力を持ち、色彩を加え、耐久性に優れている。パウダーコーティングは、屋外製品、機械のフレーム、消費財に最適です。厚みがあるので、細い糸や細かな特徴のある部品には適さないかもしれない。
亜鉛めっきの厚さと規格
亜鉛皮膜の厚さは耐食性に影響します。規格は適切な厚さを定義し、業界全体の品質を保証するのに役立ちます。また、これらのガイドラインは、安全規制や環境規制の遵守にも役立ちます。
一般的な膜厚範囲
亜鉛めっきの厚さは、通常5～25ミクロン（0.0002～0.001インチ）です。5～8ミクロン程度の薄いめっきは、湿気の少ない屋内部品に使用されます。12ミクロンから25ミクロンのような厚いめっきは、屋外や腐食の激しい場所に使用されます。
ASTM、ISO、RoHS対応
亜鉛めっきにはいくつかの規格がある：
- ASTM B633 は、鉄鋼の亜鉛めっきに関する米国の主要規格です。コーティングのクラス、厚さ、クロメート仕上げの種類を規定しています。
- ISO 2081 は、電気めっきによる亜鉛めっきの国際規格です。様々な用途における皮膜の厚さと表面仕上げについて概説している。
- RoHS対応 は、めっき工程に六価クロムなどの制限有害物質が含まれないことを保証します。RoHSに準拠した亜鉛めっきは、3価クロメートを含む、より安全な化成処理方法を採用しています。
結論
亜鉛メッキは、金属部品に亜鉛の薄い層を塗布して錆を防ぎ、耐用年数を延ばす保護プロセスです。バリアを形成し、犠牲的保護を提供することで機能します。自動車、電気、建設、消費財産業で使用される費用対効果が高く、信頼性の高いソリューションです。
次のプロジェクトで亜鉛めっきのサポートをお探しですか？ お問い合わせ をクリックしてください。
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。
