一般的に使用される金属材料には、ステンレス鋼, アルミニウム合金、純粋なアルミニウム形材, 亜鉛合金、真鍮など。この記事は主にアルミニウムとその合金に焦点を当て、それらに使用されるいくつかの一般的な表面処理プロセスを紹介します。
アルミニウムとその合金は、加工が容易で、表面処理方法が豊富で、見た目も美しいという特徴があり、多くの製品に広く使用されています。以前、Appleのノートパソコンの筐体が、CNC加工装置を用いて一枚のアルミニウム合金から加工され、CNCフライス加工、研磨、高光沢フライス加工、線引き加工など、複数の主要工程を経て、幾重にも表面処理される様子を紹介する動画を見たことがあります。
アルミニウムおよびアルミニウム合金の表面処理には、主に高光沢フライス加工／高光沢切削加工、サンドブラスト、研磨、線引き加工、陽極酸化処理、スプレー塗装などが含まれます。
1. 高光沢フライス加工／高光沢切削加工
高精度CNC加工装置を用いてアルミニウムまたはアルミニウム合金部品の細部を切削することで、製品表面に局所的な光沢領域を作り出します。例えば、携帯電話の金属製筐体には円形の光沢面取りが施され、また、小さな金属部品には1本または複数本の浅い直線状の光沢溝が切削され、製品表面の光沢を高めています。高級テレビの金属フレームにも、この高光沢切削加工が用いられています。高光沢切削加工では、切削工具の速度が非常に重要です。速度が速いほど、切削による光沢が際立ちます。逆に、速度が遅いと光沢効果は得られず、工具痕が目立ちやすくなります。
2. サンドブラスト
サンドブラスト処理とは、高速の砂流を用いて金属表面を処理する工程であり、金属表面の洗浄や粗面化などを行い、アルミニウムおよびアルミニウム合金部品の表面に一定の清浄度と粗さを実現するものです。これにより、部品表面の機械的特性や疲労強度を向上させるだけでなく、部品の元の表面とコーティングとの密着性も向上し、塗膜の耐久性や平滑性、装飾性を高めることができます。また、サンドブラスト処理によってマットパールシルバーの表面を形成すると、金属材料の表面に繊細なマットな質感が生まれるため、一部の製品では非常に魅力的な効果が得られることが分かっています。
3. 研磨
研磨とは、機械的、化学的、または電気化学的な作用を利用して加工物の表面粗さを低減し、光沢のある平滑な表面を得る工程を指します。製品外装の研磨は、主に加工物の寸法精度や形状精度を向上させるためではなく（組み立てを考慮しないため）、滑らかな表面や鏡面のような光沢効果を得ることを目的としています。
研磨工程には主に、機械研磨、化学研磨、電解研磨、超音波研磨、流体研磨、磁気研磨などがあります。多くの消費財では、アルミニウムやアルミニウム合金部品は、機械研磨と電解研磨、またはこれら2つの方法の組み合わせを使用して研磨されることがよくあります。機械研磨と電解研磨の後、アルミニウムやアルミニウム合金部品の表面は、ステンレス鋼の鏡面のような外観になります。金属鏡は通常、人々にシンプルさ、ファッション性、高級感を感じさせ、どんな犠牲を払ってでも製品に愛着を感じさせます。金属鏡は指紋の付着問題を解決する必要があります。
4. 陽極酸化処理
ほとんどの場合、アルミニウム部品（アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む）は電気めっきに適しておらず、電気めっきは行われません。代わりに、陽極酸化などの化学的方法が表面処理に使用されます。アルミニウム部品への電気めっきは、鋼、亜鉛合金、銅などの金属材料への電気めっきよりもはるかに難しく複雑です。主な理由は、アルミニウム部品は酸素上に酸化皮膜を形成しやすく、これが電気めっきコーティングの密着性に深刻な影響を与えること、電解液に浸漬すると、アルミニウムの負の電極電位が比較的正の電位を持つ金属イオンと置換されやすく、それによって電気めっき層の密着性に影響を与えること、アルミニウム部品の膨張係数が他の金属よりも大きいため、コーティングとアルミニウム部品間の結合力に影響を与えること、アルミニウムは酸性およびアルカリ性の電気めっき溶液ではあまり安定しない両性金属であることなどが挙げられます。
陽極酸化とは、金属または合金の電気化学的酸化を指します。アルミニウムおよびアルミニウム合金製品（以下、アルミニウム製品）を例にとると、アルミニウム製品を陽極として対応する電解液中に置きます。特定の条件と外部電流の下で、アルミニウム製品の表面に酸化アルミニウム皮膜が形成されます。この酸化アルミニウム皮膜は、アルミニウム製品の表面硬度と耐摩耗性を向上させ、耐食性を高めるとともに、薄い酸化皮膜層に存在する多数の微細孔の吸着能力を利用して、アルミニウム製品の表面を様々な美しく鮮やかな色に着色し、アルミニウム製品の色彩表現を豊かにし、美観を高めます。陽極酸化はアルミニウム合金に広く用いられています。
陽極酸化処理は、製品の特定部分に異なる色を付けることも可能で、例えば二色陽極酸化処理などが挙げられます。この方法により、製品の金属的な外観は二色の対比を反映し、製品独自の高級感をより際立たせることができます。ただし、二色陽極酸化処理の工程は複雑でコストがかかります。
5. ワイヤードローイング
表面線引き加工は、金属加工物の表面に研磨によって規則的な線を形成し、装飾効果を得る比較的成熟した加工方法です。金属表面の線引き加工は、金属材料の質感を効果的に表現できるため、多くの製品に広く使用されています。一般的な金属表面処理方法であり、多くのユーザーに愛用されています。例えば、デスクランプの金属ジョイントピンの端面、ドアハンドル、ロックトリムパネル、小型家電のコントロールパネル、ステンレス製ストーブ、ノートパソコンのパネル、プロジェクターカバーなどの製品部品に、金属線引き加工がよく用いられます。線引き加工によって、サテンのような効果や、線引き加工に適したその他の効果を形成できます。
金属線引き加工は、表面効果の違いによって、直線線、不規則線、螺旋線などに分類できます。線引き加工による線の効果は大きく異なります。線引き加工技術を用いることで、金属部品の表面に細い線状の模様を鮮明に浮かび上がらせることができます。視覚的には、マットな金属に繊細な毛のような光沢が浮かび上がるような効果が得られ、製品に技術的かつ洗練された印象を与えます。
6. 散布
アルミニウム部品の表面塗装の目的は、表面保護だけでなく、アルミニウム部品の外観向上にもあります。アルミニウム部品の塗装処理には、主に電気泳動塗装、静電粉体塗装、静電液相塗装、フッ素樹脂塗装などがあります。
電気泳動塗装は、陽極酸化処理と組み合わせることができます。陽極酸化前処理の目的は、アルミニウム部品の表面から油脂、不純物、自然酸化膜を除去し、清浄な表面に均一で高品質な陽極酸化皮膜を形成することです。アルミニウム部品の陽極酸化および電解着色後、電気泳動塗装を施します。電気泳動塗装によって形成される皮膜は、均一で薄く、高い透明度、耐食性、耐候性、および金属組織との親和性を備えています。
静電粉体塗装は、粉体塗装ガンを用いてアルミニウム部品の表面に粉体塗料を吹き付け、有機ポリマー膜の層を形成するプロセスであり、主に保護と装飾の役割を果たします。静電粉体塗装の動作原理は、簡単に言うと、粉体塗装ガンに負の高電圧を印加し、塗装対象物を接地することで、ガンと対象物の間に高電圧の静電場を形成し、粉体塗装に有利な条件を作り出すことです。
静電液相スプレーとは、静電スプレーガンを用いてアルミニウム合金形材の表面に液状コーティングを施し、保護性と装飾性を兼ね備えた有機ポリマー膜を形成する表面処理プロセスを指します。
フッ素樹脂塗装は「キュリウムオイル」とも呼ばれ、高価な高級塗装プロセスです。この塗装プロセスを用いた部品は、色あせ、霜、酸性雨などの腐食に対する耐性、耐クラック性、耐紫外線性に優れ、過酷な気象環境にも耐えることができます。高品質のフッ素樹脂コーティングは、金属光沢、鮮やかな色彩、そして明確な立体感を備えています。フッ素樹脂塗装プロセスは比較的複雑で、一般的に複数回の塗装処理が必要です。塗装前には、一連の前処理工程を行う必要があり、これは比較的複雑で高い要求水準を伴います。
投稿日時：2023年9月4日