アルミニウム部品に適切な表面処理プロセスを選択する方法

Hansheng Automation は精密機械のコンポーネント サービスの提供に重点を置いています。私たちは、不適切な表面処理により部品が公差基準を満たさなくなるケースを数多く見てきました。開口部が小さいとアセンブリの詰まりが発生したり、やみくもに硬度を追求すると薄肉部品の脆性破壊が発生したり、屋外に 2 週間放置すると美しい陽極酸化層が退色したりするなどです。-

表面処理は製造工程の最後のステップであるだけでなく、部品の精度や機能にも関係します。精密アルミニウム部品、特に航空、医療、ロボットの関節に使用されるコア部品の場合、表面処理も非常に重要です。次に、Hansheng が別の視点から、アルミニウム表面処理の意思決定ロジックといくつかの表面処理トラップについて説明します。-

表面処理プロセスは万能ではなく、実際の状況に応じて最高の性能を発揮できる表面処理プロセスを選択する必要があります。 Hansheng は、実際の処理経験に基づいて 4 つの異なるカテゴリをリストしました。

機械的性能カテゴリー

部品の機械的性能を優先することは、極めて高い耐摩耗性、表面硬度、および低い摩擦係数を達成することを主な目的としています。一般的なシナリオには、ロボットのジョイント、ギア、スライド、ピストンが含まれます。
提案：硬質アルマイト（タイプIII）、無電解ニッケルメッキ（ENP）、DLCコーティング。

化学・環境パフォーマンスカテゴリー

When prioritizing the chemical/environmental performance of the parts, it is generally because the parts require extremely high corrosion resistance (salt spray test>1000h)、耐候性、絶縁性に優れています。一般的なシナリオには、海洋機器、屋外通信基地局、医療消毒機器などがあります。
提案：陽極酸化処理、粉体塗装、マイクロ アーク酸化処理 (MAO) が施されており、優れた穴シール性を備えています。

身体的・美的パフォーマンス部門

物理的/美的性能を優先するコンポーネントは通常、特定の色、質感 (マット/高光沢)、および触感を必要とします。典型的なシナリオには、家庭用電化製品の筐体や計器パネルが含まれます。
提案：装飾アルマイト（タイプII）、液体スプレー、サンドブラスト+酸化。

特殊機能カテゴリー

一般に良好な導電性、生体適合性、超高い真の空調効率を必要とする特殊な機能を備えたコンポーネントを優先する必要があります。{0}
提案：化成処理（導電性）、電解研磨（クリーン）、PTFE含浸（スティッキング防止）。

 

硬質アルマイト/タイプIII

この加工の利点は硬度がHV400-600に達し、絶縁性が優れていることです。

しかし、隠れたリスクの罠を分析してみましょう。
脆化のリスク: 硬質酸化物層はセラミックの特性を持つアルミナであり、非常に脆いです。大きな衝撃や曲げ変形を受ける薄肉コンポーネントに塗布すると、コーティングがガラスのようにひび割れ、さらには基材の疲労破壊を引き起こすことがあります。-
材料への影響: 7075 (高銅) または鋳造アルミニウム (高シリコン) に対して非常に不適です。銅とシリコンは酸化膜の成長を妨げ、膜層の焼けや緩みを引き起こす可能性があります。これには、非常に特殊な電解質配合とパルス電流制御が必要です。

標準アルマイトおよび染色（タイプ II）

利点は、低コスト、豊富な色の選択、耐食性です。

リスクの罠:
色あせ: 多くの明るい有機染料は、紫外線 (UV) 光の下では非常に壊れやすいです。アウトドア用品に使用する場合は、無機塩着色または電解着色を指定しないと、「ディープスペースブラック」は3ヶ月後には「ナスパープル」に変わります。
腐食チャネル: 陽極酸化層は本質的に多孔質です。封止プロセスが基準を満たしていない場合（温度や時間が不十分な場合など）、塩水噴霧分子が細孔を通過して基板に直接到達します。

粉体/液体コーティング

利点としては、優れた耐候性、下地の欠陥の被覆性、色の安定性が良好であることが挙げられます。

リスクの罠:
影響耐性: 粉体塗装の厚さは通常 60 ～ 120 μ m です。 H7/g6 レベルのはめあい公差では、この厚さが公差に大きく影響します。
不可逆性: スプレーが失敗したり、局所的な傷がついたりすると、修復するのは非常に困難です。コーティングの剥離には通常、強アルカリまたはサンドブラストが必要ですが、これにより精密基板の寸法がさらに損傷する可能性があります。

電解研磨・化学研磨

利点は、微小粗さ (Ra) を低減し、清浄度を向上させ、光沢を高めることができることです。

リスクの罠:
これは材料を減らすプロセスです。粒界と不純物を優先的に腐食します。原材料（アルミ棒など）の結晶構造が不均一な場合、研磨後の表面にオレンジピールやくぼみが現れる場合があります。基板の品質には非常に高い要件が求められます。

化成皮膜（クロメート・アロジン）

利点は、導電性、耐食性、極薄（<1 μ m), and do not affect size.

リスクの罠:
多くの人が耐久性が高いと誤解しています。実際、非常に柔らかく、耐摩耗性はありません。-組み立ての際、酸性の汗や指の軽い摩擦により破損する場合がございます。通常、プライマーまたはシャーシ内部の導電性表面としてのみ使用でき、精密可動部品の最終作業面としては使用できません。

高精度のフィッティングを設計している場合、私たちの経験に基づいて 2 つの提案を提供します。{0}

アルマイトのサイズの計算

物理的メカニズム: 酸化膜の成長は「50% 浸透+50% 成長」の経験則に従います (特定の比率は合金の種類によって若干異なる場合があります)。これは、50 μm の膜層を生成する必要がある場合、厚さの約 25 μm が基板の内部に向かって侵食され、残りの 25 μm は外側に成長することを意味します。

GD&T エンジニアリングの提案:
非合わせ面の場合、これは通常無視できます。ただし、H7/g6グレードの精密穴やシャフトの場合、サイズ体系に誤差が生じます。

計算例：設計で最終口径 ϕ 20.00 ± 0.01mm が必要で、40 μm の硬質アルマイト処理を指定する場合。したがって、CNC 加工段階では、旋削のターゲット サイズは ϕ 20.00 ではなく、およそ ϕ 20.04 (20.00+0.02 × 2 から計算) である必要があります。

図面注釈標準:加工者間での誤解を避けるため、図面上に「めっき前寸法」と「めっき後寸法」を明記することを強くお勧めします。

酸化による脆化と薄肉コンポーネントの「体積効果」-

物理的メカニズム: アルミナのモル体積はアルミニウム (Al) のモル体積よりも大きくなります。アルミニウムがアルミナになると体積が膨張します。この微視的な体積膨張により、膜層内に重大な残留圧縮応力が発生します。

リスク：肉厚が 1～2 mm 未満の薄肉部品の場合、この圧縮応力が制御されないと、ワークピースに巨視的な反りや楕円形の変形が発生する可能性があります。{0}}また、硬質酸化皮膜の伸びは極めて低い（<0.5%), and when the substrate undergoes elastic deformation, the film layer is prone to microcracks, significantly reducing the fatigue life of the parts.

解決：このような部品では、工程設計時に「膜厚」と「変形」のバランスが必要となります。通常、膜厚を制限する（25 ～ 30 μ m を超えないなど）か、特定の低応力酸化プロセス パラメータを使用することが推奨されます。必要に応じて、体積膨張による変形力に抵抗するために特殊な内部支持固定具を導入します。

注意: 計算とデータは参考用です。実際の生産にあたっては表面処理業者にご確認いただくことをお勧めします。

表面処理は、化学、物理学、力学などの複雑な分野をカバーします。 Hansheng Automation では、表面処理を精密製造プロセスに適応させ、精密製造プロセスの重要な一部となっています。当社の表面処理ソリューションにご興味がある場合は、ここをクリックしてください –アルミニウム表面処理サービス.

ASTM B117-19: 塩水噴霧 (霧) 装置の操作に関する標準慣行。

ISO 10074:2017: アルミニウムおよびその合金の陽極酸化 - アルミニウムおよびその合金の硬質陽極酸化コーティングの仕様。

ワーニック S.、ピナー R.、シースビー PG (1987)。アルミニウムおよびその合金の表面処理および仕上げ。 ASMインターナショナル。

ASM ハンドブック、第 5 巻: 表面エンジニアリング。 ASMインターナショナル。