【金属の表面処理】種類や目的をわかりやすく説明

材料・処理の知識

【金属の表面処理】種類や目的をわかりやすく説明

金属を製品に使用する時、金属の素材をそのまま使用することはほとんどありません。
金属はそのままだと非常に酸化しやすく、見た目も良くありません。

そのため通常は「表面処理」という処理を施して使用します。

今回は「表面処理」について、基本的な種類や目的などをご紹介していきます。

表面処理の目的

表面処理は、部品の製造工程の最終段階で行う処理です。

金属部品の場合は、下記のような目的で利用されます。

  • 装飾
    素材のままだと外観が悪いので、光沢やカラーリングなどで見た目を良くします。
  • 耐摩耗性向上
    他部品と擦れた時に発生する精度低下や破損などの摩耗現象を抑制します。
  • 耐疲労性向上
    部品が本来耐えられる力であっても、何度も繰り返し力を加えられると部品が破損してしまうことがあります。この疲労破壊に対する強度を高めます。
  • 耐食性向上
    金属部品の最大の天敵は腐食です。塩分が表面に付着すると腐食が発生します。耐食性を高めることで、多少塩分が付着しても腐食しづらくします。
  • 耐熱性向上
    金属部品は使用用途によっては非常に高温に晒されることもあります。表面処理によって、高温に晒されても変形や強度低下が起こりづらくします。

表面処理の種類

表面処理には膨大すぎる種類があります。

金属の表面処理に限定しても、すべてを上げるのは不可能です。

私が金属の表面処理について調べた時も、サイトによって記載されている表面処理の種類が様々なので大変でした…。

今回は複数サイトを調べた上で共通していたものを説明します。

清浄

清浄は、他の表面処理の前処理です。

汚れが付着したままだと表面処理の時に様々な不具合が発生するため、薬品を使用して清浄作業を行います。

清浄だけしたい場合は図面に「脱脂」とだけ記載することもあります。

研磨

研磨は、砥石を高速回転させて金属表面を削る処理です。

これによって、金属表面の凹凸を削って表面粗さの調整、バリの除去、つや出しを行います。

エッチング

エッチングは、金属を腐食させることで任意の形状に加工する処理です。

腐食させたくない箇所に防食処理を施すことで必要な箇所のみを腐食させます。

腐食させる方法には以下のようなものがありますが、目的は同じです。
化学薬品を用いる方法(化学エッチング)
電気を用いる方法(電解エッチング)

バリのない加工がしたい、切削加工よりも微小な加工がしたい、表面を滑らかにしたい、表面処理の前処理をしたい等の目的で使用されます。

<電解エッチングの参考動画>

DIY 電解金属エッチング

化成処理

化成処理は、化学反応を利用して金属表面に皮膜を形成する処理です。
処理の方法としては、薬品をスプレーしたり、金属そのものを薬品に浸漬したりします。
皮膜を形成することによって、耐食性を高めたり、塗料を剥がれづらくしたりすることが目的です。

塗装

塗装は、金属表面に樹脂材などを塗って耐食性や外観を向上させる処理です。
塗装の場合、下地となる金属と化学的に結合するわけではないので、後述するライニングやメッキと比較すると、耐久性などに劣ります。

ライニング(コーティング)

ライニングは、金属表面に樹脂材や耐食金属を厚く付着させる処理です。

前述した塗装との違いは以下の通りです。
塗装は塗料(樹脂材や油などのペンキ材料)を薄く塗る
ライニングは液化した樹脂材や耐食金属を厚く付着させる

ライニングとコーティングには明確な違いはありません。
「皮膜の厚さ」で分類したり、「材料を塗って皮膜を作ったのか、シートを貼って皮膜を作ったのか」で分類したりなど、分類基準は様々なので違いを覚える必要はないと思います。

メッキ

メッキは、金属表面に耐食金属を薄く付着させる処理です。

前述したライニングとの違いは以下の通りです。
ライニングは液化した樹脂材や耐食金属を厚く付着させる
メッキは電気的・化学的に耐食金属を付着させる
処理の方法の違いから分かるように、基本的にプラスチック材にメッキ処理はできません。

<亜鉛メッキの参考動画>

ものづくりの基本 めっきその⑥ めっきの原理

陽極酸化(アルマイト)

陽極酸化は、電解によって金属表面に酸化被膜を生成する処理です。

アルミニウムに対する陽極酸化をアルマイトと呼びます。
元々は理化学研究所がアルミニウムへの陽極酸化を発明し「アルマイト」として特許申請しました。現在はアルミニウムの陽極酸化の一般名称として用いられています。

前述したメッキとの違いは以下の通りです。
メッキは電解によって溶液から析出した金属を対象に付着させる
陽極酸化は電解によって対象金属が酸化して酸化被膜が生成される

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