鉄でもアルミでも、場合によってはステンレスや樹脂にも表面処理を施すことがあります。
用途は様々で、表面硬度の向上、耐食性の向上など、素材にない特性をプラスすることが基本となります。
表面処理は本当にたくさんの種類がありますが、産業機械を構成する部品に良く使われるということに限定すると、それほど多くはありません。
その中から、特に良く使われるものを選び、その対象となる材質、特徴・用途、注意点を紹介します。
三価クロメート
主に対象となる材質
- 鉄
特徴・用途
ベースとなる亜鉛めっきを施したあとに、クロメート処理を行って耐食性を高めています。
亜鉛めっきで鉄のサビに対する対策はできるのですが、今度は亜鉛から白サビがでますので、クロメートでそれをさらに防止する、という組み合わせになっています。
低価格で施せるため、産業機械では一番使われる表面処理でしょう。
主に耐食性の向上を目的としますが、色もある程度選べて光沢も少しでますので、外観の向上も望めます。
産業機械の場合は白色を指定することがほとんどです。
注意点
膜厚が厚めなので、公差指定がある部品に対しては不向きです。
めっき業者によっては膜厚コントロールが出来るところもあるみたいですが、ほとんどの業者は出来ないと思ったほうがいいです。
クロメートには六価クロメートと三価クロメートがあります。
違いは処理に六価クロムを使うか三価クロムを使うかです。
六価クロムはRoHS指令の規制物質になっているので、現在ではあまり使用されなくなりました。
耐食性は六価のほうが優れていますが、RoHSで規制されては使うことができません。
RoHS指令に準拠することを装置の納入仕様にうたわれていることもあるので、気をつけなければならない項目です。
これから作る部品には六価は使わず、必ず三価クロメートを適用するようにしましょう。
無電解ニッケルめっき（カニゼンめっき）
主に対象となる材質
- 鉄
- アルミ
- その他あらゆる金属
- プラスチックも可
特徴・用途
膜厚が均等で極めて薄く、公差指定がある加工があっても問題となることが少ない優れためっきです。
膜厚は5μmとかそのくらい微細なレベルです。
電気を使用しためっきと違い、めっき液に浸漬させることができれば処理ができるので、複雑な形状や精密な部品にも対応しやすい特徴があります。
耐食性も高く、アルカリに対しても高い耐性を得ることができます。
表面硬度も上がり、耐摩耗性も向上します。
注意点
非常に高機能なめっきですが、価格はやや高めです。
また、表面についた汚れが落ちにくいです。
汚れやすいということではないですが、指でさわったことによる汚れや、油がついてしまった場合の除去がやりにくいです。
汚れをシンナーやアルコールでふき取ろうとしても、ある程度のところからよごれがのびるだけで、きれいにならなくなります。
その状態になった場合、そこからは純水でのふき取りなどが効果的です。
ただ純水を用意できる環境は難しいので、そういうときに役に立つのがアルカリ電解水です。
キレイなウェスにアルカリ電解水を噴霧してふきとると非常にきれいになります。
黒染め（四三酸化鉄皮膜）
主に対象となる材質
- 鉄
特徴・用途
サビ止めが主な用途となります。
低価格で加工ができ、膜厚も1μm程度と非常に薄いです。
そのため公差指定がある部品でも精度を維持できます。
注意点
黒染めを施しただけでは防錆としては不十分で、その効果を持続するためには表面に油分を残しておく必要があります。
油切れを起こすとサビが発生しますので注意が必要です。
間違っても購入した部品が油だらけだからといってふき取ってはいけません。
よってある程度クリーンな環境での適用は難しいと考えるべきです。
硬質クロムめっき（ハードクローム、ハードクロム、HCr、など）
主に対象となる材質
- 鉄
- アルミ
特徴・用途
電気めっきの中で耐摩耗性の向上が一番優れているめっきです。
摩擦抵抗が非常に少なく耐摩耗性がとても優れているので、ガイドシャフトなどの摺動（しゅうどう）部品に適用します。
もちろん耐食性も優れていて、ニッケルめっき以上の耐食性があります。
磨いたときの光沢はすばらしいものがあり、硬質でなく普通のクロムめっきは装飾用ととしても幅広く使われています。
用途によっては硬質+バフ研磨とする場合もあります。
注意点
めっき工程では表面粗さを調整してから処理をするなど、やや複雑で手間がかかる印象があります。
しかし図面で指定する場合は面粗度と公差をいれておけば、しっかりしたものが出来上がってくるので大丈夫です。
角がある部品に処理を施すと角部にバリが出やすくなるので、ピン角はなるべく避けて極力大きいR形状にすることが望ましいです。
砲金や黄銅を摺動させるとかじりが生じることがあるので、組み合わせには気をつける必要があります。
アルマイト処理
主に対象となる材質
- アルミ
特徴・用途
アルミ専用の表面処理で、耐食性を向上することができます。
白色アルマイトの膜厚は10μm前後と薄めで、寸法精度の維持もできます。
着色目的でも利用されており、装飾としても幅広く用いられています。
ただし着色目的の場合は膜厚が20μm前後とやや厚くなるので、寸法精度には注意が必要です。
また、強度を向上させる目的の硬質アルマイトも存在します。
注意点
一度処理した物を剥離して、再度アルマイト処理をするのは難しいため避けたほうがいいです。
やってもらったことがあるのですが、仕上がりは非常に汚くなりました。
基本的には処理は一回限りと考えておいたほうが無難です。
処理後に溶接を施す場合はアルマイトが残っていると溶接ができません。
溶融させる部分は完全に除去してから行う必要があります。
溶接を強行すると素材が飛び散りとんでもないことになりますので絶対にやめましょう。
また、アルマイト処理を施すと表面は電気を流さなくなります。
静電気対策などでアースを取る場合は、アルマイトを剥がすか処理後にねじ穴をたてて導通を確保するようにしてください。
電解研磨
主に対象となる材質
- ステンレス
特徴・用途
表面の異物やニッケルを溶かし、クロムを析出させ表面を平滑化します。
これにより表面のクロムの量が増えて非常に強い不動態皮膜を形成し、耐食性が向上します。
また、平滑化されることで汚れがつきにくくなるので、洗浄装置でよく使用されます。
平滑化により光沢もでますので、外観の向上目的で使われることもあります。
バフ研磨しずらい形状でも電解研磨なら対応できる場合があるためです。
注意点
表面のクロムが増えるので、その分かじりが多くなります。
ねじ穴でボルトが焼きつく現象がよく見られます。
ボルトは負荷がかからないように注することが必要です。
ねじ込んでいるときに少しでもかたいと思ったら無理にねじ込まず、状態をしっかり確認するようにしましょう。
対策としておねじにナフロンペーストを塗布することで、焼きつきをある程度防止することが出来ます。
電解研磨は対象物が大きくなると高額になりますので、必ず見積を取り金額を確認するようにしましょう。
窒化処理（タフトライド、イソナイト、など）
主に対象となる材質
- 鉄
- ステンレス
特徴・用途
窒素化合物の皮膜を表面に形成し、表面硬度の向上ができます。
耐摩耗性、耐かじり性が向上します。
非常に硬くなるので、衝撃が生じる部品にも適しています。
焼き入れに比べると表面の皮膜が薄い。
しかし窒化は耐食性も向上しますので、鉄系の部品に施した場合はこの処理のみで防錆・耐摩耗性・耐かじり性など必要な処理が全てできることも優れているといえます。
摩擦抵抗が減り耐摩耗性が向上しますので、摺動部に適しています。
またSUS304などオーステナイト系のステンレスに施すことで、耐食性を併せ持つ高機能な部品に仕上げることができます。
耐かじり性も向上しているので、ステンレスの欠点を補うことができる、ステンレスととても相性のよい表面処理です。
水中コンベアのチェーンガイドなどがいい例でしょう。
注意点
焼き入れほどではないにせよ、500度を超える熱処理なので、歪みの発生がゼロとはいえません。
歪みが気になる場合は前処理として焼鈍を行ってから、窒化するほうが安心です。
まとめ
細かい用途を考えればまだまだたくさんあるのですが、良く使われる表面処理はこの程度でしょう。
使い分けをきっちり行えばコスト削減も望めます。
装置の品質向上にも一役買うこの表面処理を是非使いこなして装置の質を高めていきましょう。
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