切削加工部品の表面処理

表面処理

表面処理の必要性

切削加工で製作される部品の多くは表面処理の指示があります。

処理の理由の一つとしては「耐食性を上げる」ことです。

加工中の鋼や銅合金などは削っているそばから錆びたり変色します。

当然完成した部品も使用環境では、錆や変色が起こるので耐食性を上げる必要があります。

今回は図面指示に多い表面処理について説明します、

対象はまだ経験の浅い加工担当者です。

表面処理の用途知ると、加工も楽しくなります。

表面処理の種類

切削加工部品の表面処理として多いのがメッキとアルマイト、対象は鋼とアルミです。

鋼は空気中の酸素と水分によって錆が発生します。

アルミは加工中の電蝕や加工後の電蝕、更にアルミは腐食しやすいモノしにくいモノに分けられます。

アルミの表面処理

アルマイト

アルミの表面処理に最も多いのがアルマイトです。

アルマイトとはアルミの表面に意図的に酸化被膜を生成する処理です。

アルミはとても酸化しやすく、アルマイトをしていない状態でも空気中の酸素でごく薄い酸化被膜が生成されています。

この極薄い酸化被膜のおかげで、それ以上の酸化が起こらないように保護されています。

アルマイト処理の方法は、溶液中にあるアルミと溶液に電気を流すことでアルミを酸化させます。

具体的な方法は表面処理メーカーのwebサイトをご覧ください。

アルマイトの種類としては大きく分けて通常のアルマイトと硬質アルマイトです。

硬質アルマイトは厚い酸化被膜を生成し、硬度も鋼並みです。

高精度部品に対してアルマイト指示がある場合は、アルマイト業者に対してアルマイト被膜の膜厚指示をする必要があります。

アルマイトは溶液に浸す時間や方向などの条件で膜厚に変化があります、寸法指示がある場合は必ず膜厚指定します。

また、アルマイト処理は電気を通すので、製品の一部に電極を取り付ける必要があります。

電極を取り付けた部分にはアルマイトが処理されないので注意が必要です。

アルマイト業者には必ず電極の取り付け位置を指示指示します。

ワーク寸法10.00mm厚の板に20μの膜厚を指定した場合、処理後寸法は10.02mmになります。

アルマイトの被膜は半分材料に浸透し、半分被膜となるので、

板に20μ指定した場合は40ミクロンの膜厚の半分は浸透しているので20μプラスになります。

段差の場合は同じだけ膜厚が付きますので寸法は変わりません。

嵌め合い穴と軸がある場合はアルマイト業者とよく打ち合わせする必要があります。

小径の穴の場合、穴内径には被膜が付きにくいです。

経験上、Φ4H7であれば膜厚20μ指定でも寸法の変化は5ミクロン以下です。

ですが、穴入口のみ被膜が付くので面取りをするなど注意が必要です。

そしてアルマイト被膜には電気が通りません。

アルマイト被膜の有無はテスターによる通電テストで判別可能です。

  • 必ず膜厚を指定する
  • 電極位置を指示する
  • 被膜は半分浸透する

アルマイトは発明当時の商品名で、正式名称は陽極酸化被膜処理です。

アルマイト業者ごとに技術があり、処理方法が異なるので初めて以来数場合はよく打ち合わせしてください。

アロジン

アルマイトと同様耐食性を向上させる処理です。

異なるのはアロジンは化成処理ということと、通電するということです。

主な利用用途としては塗装の下地です、アルミは塗装をはじきやすいのでアロジン処理をすると密着性が良くなります。膜厚は1μ以下。

鋼の表面処理

鋼や鉄は切削して脱脂された状態では水分があれば一晩で錆びてしまいます。

錆びさせない方法はただ一つ、酸素を遮断することです。

遮断の方法はさまざまで、油でコーティングしたり塗装やメッキする方法です。

切削加工部品ではメッキなどのコーティングが多く用いられます。

亜鉛メッキ

亜鉛メッキは、酸素・水分を遮断する他、「犠牲防食作用」によって腐食を防ぎます。

「犠牲防食作用」とは亜鉛めっきに、キズが発生し、素地の鉄が露出したとしても、

キズの周囲の亜鉛が「鉄より先に溶け出して」電気化学的に保護するため、

鉄を腐食させない作用です。

鋼鉄製の船底やエンジンには犠牲防食作用を目的に防触アノード(亜鉛ブロック)が取り付けられています。

ニッケルメッキ

ニッケルメッキには「無電解ニッケルメッキ」と「電解ニッケルメッキ」の二通りがあります。

無電解ニッケルメッキ」は文字通り電子を利用しないため鋼や鉄の他、

通電しないアルマイト後のアルミや樹脂にも処理が可能です。

アルミはアルマイト処理をして防触しますが、装飾メッキをする場合は無電解ニッケルをした後に装飾クロームメッキを施したりします。

クロームメッキ

硬質クロームメッキと装飾クロームメッキがあります。

メッキの膜厚に違いがあり、装飾クロムメッキは膜厚が1μm以下、硬質クロムメッキは1μm以上とされています。

装飾用は薄い膜厚で光沢のある仕上がり、大して硬質は膜厚が厚いので、硬く耐摩耗性に優れています。

装飾用の用途はエンブレムや意匠など見た目重視の製品に施します。

硬質は機械部品や自動車部品など耐久性の必要な箇所に使用されます。

どちらのメッキも下地のメッキを施した上にクロームメッキを施します。

下地メッキには無電解ニッケルメッキ→銅メッキが一般的です。

下地は、メッキを施すワークの材質が空気中で酸化しやすいどうかで選択されます。

アルミに対してクロームメッキを施す場合は上の通りです。

また、メッキは下地の状態が反映されるため、光沢を出す場合はバフ研磨をする場合もあります。

そのほかの表面処理

黒染め処理

鉄鋼の表面に酸化被膜を形成させ、それ以上錆びさせなくする処理です。四三酸化鉄被膜とも言います。いわゆる黒錆で、赤錆を防ぐ表面処理です。

低コストで処理可能、ボルト・ナットやレンチに採用される。

ホモ処理

350~370℃で予熱後、500℃前後で30~60分加熱して生成する黒錆の皮膜。

密着性が良く多孔質のあるため保油性を持ち、膜厚が10μm以下で精度が高い。

主に切削工具(ねじ切りのタップ)に施します。

DLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)

主に炭素と水素で構成される、ナノレベルの薄膜コーティングです。

非常に薄いにも係わらず硬質な性質を持ちます。

高硬度・低摩擦・低相手攻撃性・化学的不活性・耐食性に優れるので、

自動車の部品をはじめ切削工具に採用されています。

まとめ

金属材料の表面処理は

耐蝕性の向上

金属材料の表面処理の目的

  • 耐蝕性向上
  • 機能追加

加工時の注意点

  • 膜厚を見込んだ寸法で加工する
  • アルマイトの場合は小径の穴の寸法変化は少ない
  • アルマイトは角の膜厚が厚くなる傾向にあるので面取り・フィレットは必須
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