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アルマイト処理(表面処理)とは?処理工程やメリット・デメリットを解説

アルマイト処理とは

アルミニウムには、アルマイト処理が行われることが一般的です。この記事では、アルマイトによる表面処理を検討しているかた向けに、アルマイト処理とはどのようなものか、アルマイト処理をすることで得られるメリットなどを解説します。さらに、アルマイト処理の種類、処理工程についても解説しているので参考にしてください。

アルマイトとは?

アルマイトとは、アルミニウムに対して行う人工的な防錆処理のひとつです。アルミニウムは化学的には活性な金属である一方で錆びにくい性質があります。しかし、アルミニウム表面に自然にできる酸化膜は、機械的な損傷や化学的な影響で損傷した場合、腐食が進行します。また、強度を高めるため合金にすることで耐食性が低下するなどの特徴があるため、多くの場合でアルマイトという処理を行います。

アルミニウムに行う表面処理

アルマイトは、アルミニウムの表面に酸化被膜を生成させる表面処理です。アルミニウムは何もしなくても自然に酸化被膜が作られる素材ですが、自然の被膜は非常に薄いため、傷に弱いなど万能ではありません。そこでアルミニウムを陽極として電解処理を行うと、酸素とアルミニウムの表面が結合し、耐久性の高い酸化被膜が作られます。この電解処理をアルマイト処理といいます。

メッキとの違い

アルマイト処理ではアルミニウムに直接、酸化被膜を生成します。したがって、被膜は素材そのものに浸透した状態です。アルマイト処理をするとき、アルミニウム側は陽極となります。

一方、メッキは、表面に金属の膜をつける処理です。すなわち、金属は表面に張り付いているような状態となります。メッキ処理をするときは、アルミニウム側は陰極の扱いです。さらに、アルミニウムは自然状態ですぐに酸化被膜ができてしまうため、メッキをする場合は一度、酸化被膜を取り除かなくてはならず手間がかかります。

日本で発明されたアルマイト処理

実はアルマイト処理は、日本が誇る世界的な技術です。アルミニウムに酸化被膜が生成されることは、すでに解明されていました。これを応用した被膜製法で、当時の記録によると1923年(大正12年)鯨井恒太郎氏・植木栄氏によって「アルミニウム並びにアルミニム合金の防銹法」の特許出願が行われたのです。

その後1931年、この製法を用いた製品につける名称として「アルマイト」が商標登録化するなど、アルマイト処理は日本発祥の技術として発展してきました。

アルマイト処理の種類

アルマイト処理には、製品の機能や求められる装飾に対して適合可能な、いくつかの種類があります。アルマイト処理の種類について解説します。

白アルマイト処理(普通アルマイト処理)

白アルマイト処理

白アルマイト処理は、染料で染めていない、一般的な無色のアルマイトです。製品は白っぽく見えますが、白く着色しているわけではありません。色はアルミニウムそのものの色に近いものです。汎用性が非常に高く、主に家庭用品全般、機械部品や工業製品などに使われます。

カラーアルマイト処理(着色アルマイト処理)

カラーアルマイト処理

カラーアルマイト処理とは、アルマイト処理後、表面にできる孔にカラー染料や顔料を吸着させる着色処理のことです。染料の濃度や温度、アルマイト被膜の厚さなどにより色を調整できるため、カラーバリエーションは豊富で選択肢が多くなります。モバイル機器・化粧品容器・インテリア雑貨などに活用されています。

黒アルマイト処理

黒アルマイト処理

黒アルマイト処理は、カラーアルマイト処理時に、黒色の染料や顔料を使ったものです。素材の加工方法や材質の状態などで、仕上がりのつやの有無や色味が作れます。染色だけではなく化学薬品を使用してさらに光沢を調整でき、選択肢が豊富です。黒アルマイト処理部材の多くは装飾部品や光学機器に活用されています。

硬質アルマイト処理

硬質アルマイト処理

硬質アルマイト処理は、通常のアルマイトよりも硬く厚い被膜を生成したものです。硫酸浴において、低温で電解処理を行い、部材の表面硬度を上げられることがメリットです。硬質アルマイト処理を施した素材は自動車・航空機の部品など、耐摩耗性や強度が求められるシーンで活用されます。

アルマイト処理をするメリット

ここでは、アルマイト処理をするメリットについて解説します。

表面の変色・腐食を防止できる

アルマイト処理をすることで、耐食性を高めることができます。特にアルミニウム合金は、添加する金属によっては、自然酸化被膜だけの状態ではすぐに腐食が進んでしまう恐れがあるため、アルマイト処理は重要なプロセスです。

硬度・耐摩耗性の向上

アルマイト処理では、アルミ素材の硬度や耐摩耗性も高められます。特に硬質アルマイト処理を行うことによって、強い力がかかる部分に使われる素材を製作できるのは大きなメリットです。硬い酸化被膜によって表面の硬度が高まり摩耗することも防げます。

電気が流れない

アルミニウムは電気が流れる素材ですが、アルマイト処理をすることで絶縁され、電流が流れなくなります。絶縁性の高い部材がほしいときに、アルマイト処理をしたアルミニウムが重宝します。

熱伝導率が低くなる

アルミニウムは他の金属と比べて熱伝導性の良い素材ですが、アルマイト処理をすると、酸化膜により熱伝導率は下がります。

豊富なカラーバリエーションが楽しめる

カラーアルマイト処理なら、酸化被膜にできた孔に染料を吸着させることで、多様な色のアルマイトを作れます。カラーバリエーションは赤、緑、青など実に豊富で、色味の調整などもできるため可能性は無限です。

アルマイト処理をするデメリット

ここでは、アルマイト処理のデメリットも確認しておきましょう。

被膜がはがれやすい

アルマイト処理を行った被膜は、耐熱性の低さが特徴です。特に通常のアルマイトであれば100℃ほどでクラックが生じます。また、アルマイトには柔軟性がなく加工時や加熱時に、はがれてしまうこともあるため注意が必要です。

退色しやすい

カラーアルマイトはカラフルでさまざまな製品に活用できますが、退色のしやすさがひとつの課題となっています。一般的なカラーアルマイトが退色しやすい原因は紫外線や高温などです。さらに、空気中の水分が原因となることもあります。

アルマイト処理の工程と処理内容

アルマイト処理の工程は、前処理・アルマイト処理・後処理の3つに分けられます。それぞれについて詳細を解説します。

前処理

前処理の工程には、脱脂処理・エッチング・スマット除去・化学研磨・化学梨地などに分類されます。前処理から後処理までは製品を順次浴槽に投入するため、事前に治具を取り付けておきます。この場合の治具とは、浴槽投入の際に製品を固定する部品です。

脱脂処理

脱脂処理はアルミニウム表面の油分を取り除く洗浄の工程です。まず脱脂処理をしなければ均等なアルマイト処理ができないため、溶剤やアルカリ、酸などを用いて脱脂を行います。

エッチング

水酸化ナトリウム溶液などを使って行うエッチングは、アルミニウムの表面を溶解させる作業です。溶解させることによって、小さな傷を除去したり、脱脂処理のときに表面に残ってしまった油脂分を落としたりできます。

スマット除去

スマットとは、エッチングの際にアルミニウムの表面に残る残渣です。アルカリ溶液で溶解しない鉄や銅、ケイ素などがスマットになります。薄めた硝酸溶液などを使いスマットを落とす工程がスマット除去です。

化学研磨

化学研磨では、研磨溶液を使ってアルミニウムの表面を溶かし、細かな凹凸を平らにならします。凹凸がなくなるため、化学研磨を行ったアルミニウムは光沢のある状態です。細かな形状でも均一に光沢が出るのがメリットです。

化学梨地

化学梨地は、製品を浸ける溶液の種類によって不均一にアルミニウムを溶解させ、全体に光沢のない表面をつくりあげる工程です。化学梨地で使われる溶液には、アルミニウム表面の被膜を破壊するイオンを持つ塩化物やフッ化物が含まれています。

アルマイト処理

前処理が終わったアルミニウム製品について、陽極酸化処理を行います。これがアルマイト処理です。

アルマイト処理の方法としては、製品を治具に取り付けたまま電解槽の中へ投入し、電流を流します。このときアルミニウム製品は陽極となり、電解によってアルマイト被膜が生成されます。寸法精度が求められる製品では被膜の厚さに注意します。

後処理

後処理には、アルマイト種類によって染色・電解着色・封孔処理の工程があります。処理の終了後に水洗いして、治具を外せば完成です。

染色

カラーアルマイト処理を行う場合は、ここで染色にうつります。アルマイト処理の直後、アルミニウムの表面にはたくさんの小さな穴が空いている状態です。この穴に染料を染みこませることで、カラーアルマイトを作ることができます。

電解着色

電解着色では、アルマイト処理が完了したアルミニウムをさらに別の溶液に浸けて二次電解処理を行います。溶液中にあるアルミ以外の金属粒子を電着させ、ステンカラー、シャンパンゴールド、ブラック、ブロンズといった色を実現する方法です。

封孔処理

アルマイトは多孔質被膜であるため、この微細な穴を塞がない限り、汚れやすく、腐食しやすい状態です。そこで加圧水蒸気や熱水による処理などで穴を塞ぎ、耐汚染性、耐酸性、耐候性などを持たせます。

アルマイト処理が可能な金属

アルミニウムとアルミニウム合金には、アルマイト処理が可能です。ただし、高温環境で使用するものについては、アルマイトにヒビが入ってしまうため不向きとなります。

また、鋳物・ダイキャストなどに使われる鋳造用アルミニウム・アルミニウム合金はアルマイト処理を行っても均等な表面にならないことが多いため、アルマイト処理には不向きです。

まとめ

アルミニウムに対して行う表面処理「アルマイト」は、耐食性の低いアルミニウムの欠点をカバーできる、メリットの多い表面処理です。しかし、アルマイトに不向きな素材や環境もあるため、実際にアルマイト処理を行うかどうかについては、専門業者に相談するとよいでしょう。

金属の表面処理が製品に適しているかどうかは、生産性の良し悪しにも関わります。自社製品の生産性を上げたいときは、表面処理の加工メーカー、吉田SKTへご相談ください。テフロン™コーティングはもちろん、さまざまな独自技術を用いて、効率の良い生産体制を確保するための最適な表面処理をご提案します。さまざま機能や用途でもご使用いただける表面処理の詳細は以下のページでご覧いただけます。