変換コーティングとは何か：種類と適用？
変換コーティング は、金属表面の性能と耐久性を向上させる重要な要素です。これらのコーティングは、化学的または電気化学的反応によって材料の表面に生成される、非溶解性化合物の密着性の高い保護層です。これらのコーティングは通常、金属基材を腐食から保護するために適用されますが、追加のコーティング層の基盤として、表面の潤滑性を向上させるため、または望ましい外観を得るためにも使用されます。
最も一般的な4つの変換コーティングには、クロム酸塩、リン酸塩、ブラック酸化物、ブルーイングがあります。ブラック酸化物とブルーイングは鋼にのみ適用されます。外観を向上させますが、腐食保護はほとんど提供しません。
この記事では、表面処理と金属保護における変換コーティングの重要性について、その機能、仕組み、種類を探ることで説明します。
変換コーティングとは何か？
“変換コーティングは、金属表面の化学的または電気化学的処理によって形成されるコーティングを包括的に表す用語であり、金属化合物を含む表層層を生成します。この処理は、潤滑性や耐腐食性などの特性を向上させることで、金属材料の寿命と機能性を延ばします。また、その後に適用されるコーティング層の付着性も向上させることができます。
変換コーティングは バリアコーティング?
と同じですか？
いいえ。化学的変換コーティング、または変換コーティングは、金属の表面を修飾し、腐食や摩耗に対して保護的な金属酸化物層を形成するために使用される表面のパッシベーションの一種です。一方、バリアコーティングは、湿気や物理的障壁として機能し、金属やセラミックスに適用されることが多く、過酷な条件に耐えるために使用されます。変換コーティングは金属表面を強化しますが、バリアコーティングは環境要因からの保護層を提供し、場合によっては追加の保護のために変換コーティングの上に適用されることもあります。
変換コーティングは陽極酸化と同じですか？
いいえ、陽極酸化は特定のタイプの変換コーティングです。変換コーティングは、金属表面が化学反応を経てその性質を向上させるさまざまなプロセスを指します。このカテゴリーの中で特に技術は、アルミニウムを主成分とする金属の電解酸化を含む陽極酸化であり、腐食に耐性のある層を生成します。
変換コーティングの目的は何ですか？
変換コーティングの目的は、金属基材に保護層を形成し、金属の耐久性と性能を向上させることです。塗装や接合のためにより適した表面を提供します。 製造において 変換コーティング
はどのように使用されますか？
化成皮膜はどのように機能しますか？
化成皮膜は、金属表面と化学的に反応して保護層を形成することで機能します。このプロセスは、リン酸塩、クロメート、黒染め皮膜など、さまざまな皮膜の種類によって異なります。各種類の特定の化学反応は、耐食性の向上、後続の皮膜の密着性の向上、および多様な産業用途における全体的な耐久性の向上に貢献します。
化成皮膜は他の種類の皮膜とどのように異なりますか？
化成皮膜は、金属表面と化学的に反応して保護層を形成するため、他の種類の皮膜とは主に異なります。対照的に、塗料のような物理的な皮膜は、金属と環境の間に単に障壁を作るだけです。保護皮膜は、バリア皮膜、抑制皮膜、犠牲皮膜、およびそれらの組み合わせに分類できます。非金属皮膜はポリマー、エポキシ、ポリウレタンをよく使用しますが、金属皮膜は耐食性のために亜鉛、アルミニウム、クロムを一般的に使用します。化成皮膜は、金属表面の独自の化学的改質を提供し、耐食性を高め、後続の皮膜の密着性を向上させます。
化成皮膜にはどのような種類がありますか？
化成皮膜の異なる種類は次のとおりです。
1. クロメート化成皮膜
アロジン皮膜としても知られるクロメート化成皮膜は、鋼、アルミニウム、亜鉛などの金属に汎用性の高い保護層を生成できます。浸漬またはスプレーによって適用されるこの皮膜は、金属表面で発生する化学反応によって生成されます。スプレーまたは浴には、クロメートと重クロメートが含まれています。生成されたゲルは、錆を抑制するだけでなく、塗料や接着剤の接着性を高める薄い耐食性層を形成します。ネジ、ヒンジ、ブラケット、ワッシャーなどのハードウェアアイテムによく適用されるクロメート化成皮膜は、金属表面に独特の、認識しやすい緑がかった黄色の色合いを与えることがよくあります。図1は、部品のクロメート化成皮膜の例です。
化成皮膜
クロメート化成皮膜。画像クレジット：Shutterstock.com/KPixMining
2. モリブデン酸塩
モリブデン酸塩化成皮膜は、アルミニウムとその合金、マグネシウムとその合金、ならびに亜鉛および亜鉛-ニッケル合金に耐食性を提供します。これらは、クロメート皮膜よりも有害性の低い代替品と見なされており、関連する環境リスクなしに同様の防食品質を備えています。
3. リン酸塩化成皮膜
リン酸塩化成皮膜は、鋼部品の一般的な化学処理であり、耐食性を高め、後続の皮膜の基礎を提供します。このプロセスでは、リン酸と亜鉛、鉄、マンガンリン酸塩などの可溶性塩の溶液を、スポンジで塗布するか、金属表面にスプレーします。これらの塩は、金属表面と反応して保護皮膜を形成することにより、耐食性を高めます。温度と浴濃度は、皮膜特性にさまざまな影響を与えるパラメーターの2つの例です。より高い浴濃度によって生成されるより厚い皮膜によって、より優れた耐食性を実現できます。化学反応の速度は、温度が皮膜の密着性と厚さに影響を与えるもう1つの方法です。産業用途では、これらのパラメーターの最適な管理が保証されます。
4. チタン酸塩
AZ31マグネシウム合金は、保護を提供するためにチタン酸塩でコーティングされています。テトライソプロピルチタネート（TIPT）やテトラブチルチタネート（TNBT）などの有機チタン酸塩は、その反応性のためによく使用されます。この皮膜は、腐食やその他の形態の摩耗を防ぐ薄いバリアを作成します。形成プロセスには、ケイ酸ヒドロキシド、チタンヒドロキシド、マグネシウムヒドロキシド、およびフッ化物の析出が含まれ、耐食性を高める多孔質層が得られます。
5. 陽極酸化処理
陽極酸化処理は、アルミニウム合金、チタン、および他のいくつかの金属に広く適用される電解不動態化プロセスであり、電解液に直流電流を流し、金属表面に酸化物層を形成することによって機能します。陽極酸化皮膜は、耐食性と耐摩耗性を高め、塗料プライマーと接着剤の接着性を向上させます。このプロセスは、スマートフォンやキッチン家電などの消費者製品、および航空機部品などの航空宇宙部品で多様な用途が見られます。
6. スズ酸塩
スズ酸塩化成皮膜は、マグネシウム合金の腐食を防ぐためのクロメートフリーの方法を提供します。スズ酸塩化成皮膜は、主にマグネシウム合金ワークピースを希釈されたスズ酸塩溶液に浸すことによって開発された酸化スズマグネシウムの層で構成されています。このような皮膜は、腐食性物質に対するバリアとして機能し、腐食速度を低下させ、（自己修復品質を示し、時間の経過とともに皮膜への小さな損傷を修復できることを意味します）。
7. 黒染め
黒染めは、鉄金属または鉄系合金、銅、亜鉛など、さまざまな材料に適用される化成皮膜として機能します。材料中に形成される酸化物は黒色である可能性がありますが、すべてが同じ化合物ではありません。黒染めの主な目的には、軽度の耐食性の提供、外観の向上、光の反射の低減などがあります。鉄系合金の場合、このプロセスでは、被覆される金属を、水酸化ナトリウム、硝酸塩、またはナトリウムなどの金属の亜硝酸塩を含む高温（通常141°C）の浴に浸します。浴中の化合物が反応して、材料の表面にマグネタイト（Fe3O4）の層を形成します。
高温、中温、低温の黒染めプロセスは、それぞれ特定の利点を提供します。高温黒染めは、深くて均一な黒色の仕上がりを提供し、耐食性を高め、潤滑性を向上させます。中温黒染めは、コストと性能のバランスが取れており、中程度の腐食保護に適しています。低温黒染めは、エネルギー消費量が少なく、繊細な部品に最適で、寸法安定性を維持しながら腐食保護を提供します。黒染めプロセスが完了した後、耐食性を向上させるために、オイル、ワックス、またはラッカーが材料に適用されます。
鉄系合金とは対照的に、銅（Cu）および亜鉛（Zn）は、黒染め皮膜の適用に異なる手順を必要とします。これらの金属の手順では、金属の組成に基づいて選択された特定の酸化剤を含む化学溶液に浸漬する必要があります。その結果生じる酸化物層は、金属の外観を変化させ、耐食性を提供しますが、形成される化合物は異なる場合があります。さらに、鉄系合金とは異なり、これらの金属は、黒染めを適用する際に、異なる温度、化学組成、および後処理方法を必要とする場合があります。
8. ジルコネート
ジルコネート皮膜は、強力で長持ちする仕上がりを提供します。ジルコネート皮膜の適用に必要な表面処理には、金属表面の徹底的な洗浄と脱脂が含まれ、油、グリース、汚れなどの汚染物質を除去して、金属との長持ちする結合を保証します。塗料の密着性の向上、耐食性、およびリン酸塩を含まない前処理は、ジルコネート皮膜の利点の一部です。鋼、亜鉛、アルミニウムに使用できるこれらの皮膜は、経済的および環境的利点の両方があります。廃棄物と排出量を削減し、メンテナンスと修理の必要性を減らします。プロセスの利点には、品質の信頼性と現在の生産ラインとの互換性があります。
9. ブルーイング
ブルーイングは、黒染め化成皮膜と同様に、鉄系合金の表面に密着性の高いFe3O4皮膜をもたらします。ブルーイングによって形成される皮膜は、「黒染め」皮膜と呼ばれる皮膜よりもはるかに薄いです。ブルーイングは非常に薄いため、錆に対する部分的な保護しか提供しません。ブルーイングは、低温、高温、錆、煙ブルーイングなど、いくつかの異なるプロセスで実現できます。二酸化セレンベースの化合物を利用する低温ブルーイングは、小さなタッチアップに適しており、高温ブルーイングはアルカリ塩溶液を使用し、大規模な銃のブルーイングで一般的に使用されます。錆ブルーイングは、優れた錆および耐食性を提供し、煙ブルーイングは、混合酸性ガスを使用して錆ブルーイングを模倣します。ブルーイングの適用は、外観の向上、耐食性、およびグレアの低減のために、銃器業界で普及しており、使用されるプロセスに応じて効果の程度が異なります。
10. プラズマ電解
プラズマ電解またはプラズマ電解酸化（PEO）は、高電圧電解液浴を含む独自のプロセスを通じて、軽金属の表面にセラミック層を形成します。PEO皮膜は、耐食性と耐摩耗性を提供し、低炭素鋼よりも最大4倍硬いです。このプロセスには、基板の準備、基板の酸化、およびプラズマ改質の3つのステップが含まれます。各ステップを制御および調整する機能は柔軟性を提供し、さまざまな産業ニーズを満たす多様な特性を持つ皮膜を可能にします。PEO皮膜は、剛性が低く、エッジクラックに対する耐性があるため、自動車および航空宇宙産業で有用です。さらに、PEOの環境に優しい方法は、安全な水溶液を利用しています。
化成皮膜の選び方
適切な化成皮膜を選択するには、金属基材の種類、意図された用途、環境条件、および規制要件など、いくつかの要素を考慮する必要があります。適切な化成皮膜を選択するのに役立ついくつかの手順を次に示します。
作業している金属の種類を決定します。金属が異なると、異なる種類の化成皮膜が必要になる場合があります。たとえば、アルミニウムと鋼は、多くの場合、異なる化成皮膜を使用します。
化成皮膜の目的を理解します。主に耐食性、塗料の密着性、またはその他の特定の特性を求めていますか？望ましい結果があなたの選択に影響を与えます。
被覆された金属が遭遇する環境条件（湿度、極端な温度、化学物質への暴露など）を評価します。これらの特定の条件に対する耐性を示す化成皮膜を選択し、長期にわたって最適な性能を確保します。
化成皮膜を管理する業界および地域の規制を調査します。潜在的な化成皮膜候補を対象とする環境基準、安全ガイドライン、および有害化学物質の制限を遵守できることを確認してください。
意図された環境における被覆された金属の予想される耐用年数を考慮してください。予想される寿命を満たすか、または超えるために、摩耗、腐食、およびその他の潜在的な課題に対する必要な耐久性を提供する化成皮膜を選択してください。
不動態化処理は化成皮膜ですか？
はい、不動態化処理は化成皮膜の一種です。これは、ベース材料との化学反応、または空気中の自然酸化のいずれかを通じて、シールド材料の外層を形成することを含みます。不動態化皮膜は、特定の合金で自然に発達し、耐食性と表面保護を強化します。
変換被膜の用途は何ですか？
多くの産業で変換被膜が利用されています。代表的な用途の一つは「鋼の黒色酸化被膜」です。この処理は塗料の付着性を向上させ、見た目の美しさを増し、腐食に対する耐性を提供します。黒色酸化処理された鋼部品は、実用性と美観の両方が重要な産業用、自動車用、建築用の用途に適しています。
変換被膜製品の品質とは何ですか？
変換被膜製品の品質は、以下のいくつかの重要な特性によって決まります：
耐食性：変換被膜は腐食に対する保護バリアを提供し、基材の寿命を延ばします。耐食性は、標準化された塩水噴霧試験や電気化学インピーダンス分光法によって評価されることが多いです。
付着性：変換被膜の基材への付着性は長期的な耐久性にとって重要です。クロスハッチ付着試験や引張試験などの付着試験により、被膜と基材間の結合強度が評価されます。
変換被膜の厚さはどのくらいですか？
変換被膜は金属表面に薄い保護層を追加します。例えば、クロム酸アルミニウム被膜の厚さは通常0.00001インチから0.00004インチの範囲です。
変換被膜はどのくらい持続しますか？
変換被膜の耐久性は環境条件やメンテナンスなどの要因に影響されます。適切なケアを行えば、これらの被膜は数年間持続し、処理された金属表面に効果的な耐食保護やその他の利点を提供します。
変換被膜の利点は何ですか？
変換被膜は以下のような様々な利点を提供します：
その機能の一つは金属表面を腐食から保護し、部品の寿命を延ばすことです。
変換被膜は塗料やコーティングの結合を改善し、より耐久性のある長持ちする仕上がりを保証します。
美観の良い表面仕上げを提供します。
変換被膜は塗装、プライマー、接着結合、その他の表面仕上げなど、様々な後続処理や用途のための表面準備を行います。
変換被膜の種類によっては、電気伝導性や絶縁性を向上させることができます。
変換被膜の欠点は何ですか？
変換被膜には以下のような欠点があります：
一部の変換被膜は製造や適用時に環境リスクを伴う化学物質を含む場合があります。
変換被膜に使用される特定の化学物質は、塗布作業に関わる人々に健康リスクをもたらす可能性があります。
環境および安全規制の遵守は複雑で要求が厳しい場合があります。
種類によっては、変換被膜の耐久性が限られており、定期的なメンテナンスが必要です。
塗布プロセスは複雑であり、慎重な管理と専門知識が求められます。
初期費用およびメンテナンス費用は、製品やサービスの長期的な利益や総ライフサイクルコストと比較した場合の費用対効果に影響を与える要因となり得ます。
変換被膜は高価ですか？
変換被膜のプロセス費用は、処理される金属の種類、被膜の望ましい特性、生産規模などの要因によって異なります。変換被膜は耐食性や塗料の付着性において大きな利点を提供しますが、必ずしも最も費用対効果の高い解決策とは限りません。
