試作人基礎講座

こんにちは！本日はアルマイト処理について記事を書きました！ 製造業の方には当たり前のことかもしれませんが、是非一度ご覧ください♪

アルマイトとは

アルマイト(陽極酸化処理)とは、アルミニウムを陽極(＋極)で電解処理して人工的に酸化被膜(アルミの酸化物)を生成させる表面処理のことです。
アルマイトの主成分は非晶質アルミナであると言われています。
アルミニウムは酸素と結びつきやすく、空気に触れていると非常に薄い酸化被膜を作ります。

この自然に作られる皮膜で保護されているので一般的に錆びにくい、いわゆる耐食性が良いと言われています。
しかし、この皮膜は非常に薄いので、環境によっては化学反応で腐食してしまいます。
そのため表面を保護する表面処理、すなわちアルマイトが必要となります。

アルマイトのメリット・デメリット

メリット

耐食性

無処理のアルミニウムは化学的に活性で、水分や酸素、化学物質と反応しやすいため表面が変色・腐食しやすいですが、アルマイトは化学的に安定な酸化膜から形成され、封孔処理により被膜の微細孔を塞ぐことで耐食性を向上させることが可能になります。

耐摩耗性

アルミニウムの硬さはHv20～150(合金によって異なる)であるのに対し、アルマイトを施した場合はHv200～600ほどまで向上します。
耐摩耗性も向上しますので摺動特性の向上も期待できます。

美観性

アルマイト皮膜の微細孔に染料を吸着させることで様々な色に着色することができます。

絶縁性

金属であるアルミニウムは電気を流しますが、アルマイト皮膜は酸化アルミニウムであり、絶縁性を持つため電気を流しません。

放熱性

熱伝導率はアルミニウムの約3分の1ですが、遠赤外線などの放射性が高いという特性も持ち、ヒートシンクなどの放熱性向上処理にも用いられます。

デメリット

脆い

アルマイト皮膜は柔軟性がないため、アルマイト処理後の部材を曲げたり加工したりすると、アルマイト皮膜が割れたり、剥がれたりします。

耐熱性

通常のアルマイト皮膜は、100℃を超える環境下では、素材の熱膨張によりクラックや剥がれが発生してしまいます。

アルマイトの起源

アルマイトは理化学研究所によってアルミニウムに対するシュウ酸水溶液中の陽極酸化処理法の研究がなされ、1931年にアルミニウムの陽極酸化被膜を応用して作った色々な物品につける名前として商標登録されました。
アルマイトは現在の国内ではアルミニウムの陽極酸化処理や、処理によって得られた酸化被膜を総称して使われています。

アルマイトの用途・使用分野

酸化アルミニウムは硬くて耐久性に優れますが、強酸や強アルカリに対しては溶解したり腐食する場合があります。
また、アルミニウムはイオン化傾向の高い金属であるため、安定な酸化物であるとしても、海水や醤油(食塩などの電解質)に曝される場合、または、鉄や銅などの金属に湿潤状態で接触すると腐食しやすくなります。
アルマイトを利用した家庭用製品には弁当箱、やかん、鍋などがあります。
アルミニウム製の建材、光学部品、電車や航空機の内装品、自動車部品、光学部品、半導体部品、照明機器、医療機器、各種のネームプレートや化粧板などに幅広く用いられています。

アルマイト処理にも種類があり、その種類によって被膜の性能をある程度調整することが可能です。
部品の用途や被膜の要求性能に合わせて表面処理の種類を選ぶことが重要です。

アルマイトの構造

アルマイトの皮膜の厚さは、電解液中で通電した際の単位面積当たりの総電流量によっておおよそ決まります。
アルマイトはハニカム構造をしており、一つ一つの微細孔の直径は数十ナノメートルになります。
微細孔の長さは被膜の厚さとほぼ一致しますが、皮膜底部(アルミ素地側)にはバリア層が存在し、貫通はしていません。
アルマイトの主成分は酸化アルミ(アルミナ)ですが、母材となる合金の成分や電解液組成分が若干含有されています。

アルマイトの原料

アルマイトの原料は「アルミニウム(またはアルミニウム合金)」と「電解水溶液」になります。

アルマイトとめっきの違い

アルマイトとめっきは、実は全く違うものです。
アルマイトと(電気)めっきには、金属が陰極と陽極どちらで電解するかの違いがあります。
アルマイトは陽極での電解になりますが、めっきは表面処理をしたい金属を陰極として電解し、電解液の金属イオンを還元析出することで表面処理を行います。

また、アルマイトはアルミの表面(元々の素地面)から上に成長皮膜、下に浸透皮膜というように上下に成長しています。
一律に成長するので、元のアルミ表面が凸凹だった場合凸凹のままアルマイトがかかります。
表面を塗装のように平らにならす効果はありません。

また、一度アルマイトをかけたものを再アルマイトする場合、肉痩せしてしまいます。
それは、この浸透皮膜を化学的にいったんすべて落とす必要があるからです。
一方、めっきの方は被めっき物上に順番に他の金属を乗せていくので全く別の理屈で出来ていると言えます。

カラーアルマイトとは

アルマイト皮膜を生成させた直後に染料液中に浸漬すると、染料が孔内部に吸着し、製品を着色することができます。
染料の濃度・湿度や染色時間、またはアルマイト皮膜の厚さにより染料の吸着量が異なり、染料の吸着量が多いほど濃色になります。

アルマイトの封孔処理とは

アルマイト皮膜には無数の微細孔があるため、十分な耐食性を確保するために封孔処理を行います。
アルマイト皮膜の封孔処理とは、皮膜にある無数の孔内部に「ベーマイト」と呼ばれる水和酸化物を生成・析出させることによって、アルマイト皮膜表面を化学的に不活性な状態にする処理のことです。
封孔処理には酢酸ニッケルや酢酸コバルトなどの金属塩を用いる方法や、沸騰水・加圧蒸気を使用する方法があります。

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こちらの記事は東栄電化工業㈱様の記事を参照しております。

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