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アルマイト(陽極酸化処理)とは?特徴や種類、用途などを解説 

アルマイト(陽極酸化処理)とは、アルミニウムの表面を保護するために行われる表面処理です。工業的に使用されるアルミ製品のほとんどに使用されているといっても過言ではないほど、一般的に行われています。今回はアルマイトの特徴やメリット、デメリットについて解説していきます。

アルマイト(陽極酸化処理)とは?特徴や種類、用途などを解説 

アルマイト(陽極酸化処理)の特徴

アルマイトとは、アルミニウムの表面に人工的に酸化皮膜を発生させる処理です。

一般的にアルミニウムは錆びにくい金属といわれていますが、実はアルミニウム自体はイオン化傾向が高く、水や酸素など、さまざまな化学物質と反応しやすい性質を持っています。そのため空気に触れると、空気中の酸素と結びつき、薄い酸化皮膜を生じます。酸化アルミニウム(Al2O3)はアルミナとも呼ばれ、化学的にとても安定しているのが特徴です。そのため酸素はもちろん、液体や酸にも強く、それ以上の反応を起こしません。つまりアルミニウムは、特に処理を行わなくても、表面に生じた酸化皮膜の層が、内部を腐食から保護する性質を持っているのです。アルミニウムが錆びにくい金属として扱われるのは、このためです。このように、表面に自然に生じた皮膜により内部を保護する性質をもった金属を、不動態といいます。

しかし、この自然に生じた酸化皮膜は2nm程度と、とても薄く、わずかな引っかきでも内部が露出してしまいます。そのため、あまり高い防食効果は望めません。

そこでアルミニウムを電解処理し、人工的に厚い酸化皮膜を発生させるのがアルマイトです。

硫酸やクロム酸のほか、リン酸やシュウ酸などの酸性水溶液中にアルミニウムをひたし、アルミニウムを陽極(アノード)側にして電気分解をすると、陽極酸化により、アルミニウムの表面に酸化皮膜が発生します。このような処理をアルマイト処理と呼びます。陽極酸化処理という呼び方もあります。
アルマイトによって生じた酸化皮膜は、5~70μmの厚さがあり、6角形のセルの中心に細孔が開いたものが規則的に並んだ、まるで蜂の巣のような構造をしています。

またアルマイトの特徴として、皮膜の成長が母材の表面から外側に向けて進む部分と母材の表面から内側に向かい、浸透するように進む部分があることが挙げられます。そのためアルマイト後の部品を再度アルマイトする際には一度アルマイトを剥がさなければならないため、母材の厚みが減少し、肉痩せしてしまいます。さらに皮膜が外側に進むため、製品の外形寸法が変化します。例えば標準的な白アルマイトの場合、膜厚がおよそ10μmであるため、アルマイト面の外形は5μm程度外に膨らむと考えていいでしょう。

貫通していないねじ穴などの袋穴では、事前に脱脂処理を行っても穴の中に切削油が残ることがあり、アルマイト中にそれらの溶液が噴き出すケースもあるので注意が必要です。

アルマイトの種類

アルマイトは色や仕上げによっていくつかの種類に分けられます。そのうち代表的な3つを紹介します。

白アルマイト

最も一般的なアルマイトです。白い色がつくわけではありませんが、母材の色が少しくすんだような見た目になります。皮膜の厚さは10μm程度になります。

黒アルマイト

アルマイトはさまざまな色に染められます。中でも黒色に染めるものを、黒アルマイトと呼びます。カラーアルマイトの中では最も一般的に使用されている種類になります。

アルマイト(つや消し)

アルマイト処理を行う前に素材にブラスト処理を行うと、つや消しのアルマイトが施せます。アルマイトの中でも特に高い装飾性を持ち、白だけでなくさまざまな色に染色することも可能です。

アルマイトのメリット

アルマイトには、アルミニウムの腐食を防ぐ以外にもさまざまなメリットがあります。

剥離しない

アルマイトは母材を侵食しながら成長し、一体化します。そのためメッキや塗装と異なり、剥がれる心配がありません。

耐食性が高く、変色や腐食に強い

アルマイトの主成分であるアルミナ(Al2O3)は化学的に安定しており、他の化学物質と反応しにくい性質を持っています。また、酸化皮膜上に形成された微細孔を封孔処理することで、さらに高い耐食性を持たせることが可能です。これにより変色や腐食しにくくなります。

酸化皮膜は非常に硬く、耐摩耗性が高い

アルミニウムそのものは、どちらかといえば柔らかく、加工や変形しやすい金属です。表面の硬さもHv20~150程度しかありません。しかし酸化アルミニウムはとても硬い物質なため、アルマイトを施したアルミニウムはHv200~600程度まで表面硬さが上がります。そのため、特に耐摩耗性が向上するというメリットがあります。
特に膜厚が20μmを超えるような硬質アルマイトは、硬さもHv400以上あり、表面の硬さはステンレスを上回ることも可能です。そのためシャフトのような摺動部品にも使用されます。

さまざまな色に着色可能で見栄えが良い

前述のように、アルマイトによって形成された皮膜には規則的に並んだ微細孔があります。ここに染料を吸着させ、さまざまな色合いに着色できるのも、アルマイトのメリットの一つです。アルマイトの着色は、電解処理後、微細孔の封孔処理を行う前に着色料を溶かした溶液の中に部品を浸して行います。これにより、塗装とは違う、金属光沢のある美しい表面を得られるのが特徴です。またアルマイトそのものが硬いため、美しさが損なわれにくいのも特徴です。そのため建物の外構や機械の外装など、美観が求められる部位にも、アルマイト製品が多く利用されています。

絶縁性が高く、電気を流さない

アルマイトによって形成された酸化アルミニウムの膜は電気を通しません。アルミニウム自体は高い導電性を持ちますが、アルマイト処理を行うことで、絶縁が可能です。
逆に導電性を持たせたい場合には、切削などによってアルマイトを取り除いて母材を露出させる場合もあります。

熱伝導率が低いが放熱性は高い

アルマイトは熱伝導率も低く、遮熱性をもちます。その一方で、遠赤外線などの放射性は高く、放熱性が高いという特徴があります。そのためアルマイトを施したアルミ部品はヒートシンクなどの放熱用部品としても多く用いられます。

アルマイトのデメリット

アルマイトにはさまざまなメリットがありますが、その一方でデメリットや、それに伴う注意点などもあります。

柔軟性に乏しく脆い

アルマイトは非常に硬い皮膜です。そのため、アルマイトそのものは柔軟性が乏しく、脆いというデメリットがあります。アルマイト処理後に穴開け加工や曲げ加工を行うと、皮膜にクラックが生じたり、クラックを起点にアルマイトが剥がれたりしてしまう場合があります。
アルマイトを施す前に加工を終えておくのが理想的ではありますが、アルマイト済み材料を購入し、加工する場合にはアルマイトの破損に注意しましょう。

耐熱性が低い

アルマイトは脆いため、母材の変形や膨張収縮に弱いのもデメリットです。特に母材であるアルミニウムは熱膨張しやすい素材であるため、100℃を超える環境では、アルマイトにひびや剥がれが発生する可能性があります。アルマイト自体は安定した丈夫な皮膜ですが、母材であるアルミニウムの性質による影響は避けられません。温度が高くなる場所や、温度変化の大きい場所での使用には向かないため注意が必要です。

アルマイトの主な用途

アルマイトはさまざまな場所で使用されています。代表的なのは具体例をいくつか挙げてみましょう。

弁当箱、やかん、鍋などの台所用品

軽いアルミニウムを腐食しにくく、傷に強く仕上げるアルマイトは、水の使用が多い台所周りの用品にもぴったりです。昔ながらのアルミの弁当箱ややかん、鍋などにはアルマイトが施されています。

スマートフォンなどの家電部品

美しい外観を持ち、傷つきにくいアルマイトは、家電製品の部品にも多く使われます。加飾性の高いアルマイトは、家電製品の付加価値を高めるためにも多く使用されています。

窓のサッシなどの建材

耐食性が高く、加飾性の高いアルマイトは、建材にも多く使用されます。カーポートの柱や金属製のポスト、窓のサッシなど、建物の周りでもアルマイト製品を多く見つけられます。

電車、航空機などの内装部品

輸送機器では燃費向上や省エネのために軽量化が求められています。そのためアルミ部品をアルマイトした製品が多く使われます。

アルミホイールなどの自動車部品

腐食に強く、耐摩耗性の高いアルマイト製品は自動車の足回りにもぴったりです。

光学部品

アルマイトは加飾性が高く、さまざまな色で染色できるのがメリットです。光学部品の周りには、光を反射しにくい黒アルマイトが施された部品が使用されます。

半導体部品

アルマイト製品は高い絶縁性と高い放熱性を持っています。そのため電子機器における半導体周囲の部品にもアルマイトされた製品が多く使用されています。

LEDなどの照明機器

照明器具は、電気製品の中でも特に高い意匠性が求められやすい製品です。アルマイトを施された製品は、高い加飾性だけでなく、放熱性もあることから、照明機器にも使われます。

医療機器

医療機器のように衛生が求められる機器は、傷に強くなければいけません。傷の部分に汚れが溜まり、衛生さを損なう原因になるからです。アルマイト製品は軽く、傷に強く、腐食しにくいため、衛生が求められる場面にも適しています。

ネームプレートや化粧板

化粧板など、顧客からさまざまな色の需要が発生する部品にも、アルマイトは適しています。

ここに挙げたアルマイトの使用例は、ごく一部です。一般的に見られるアルミ製品のほとんどは、アルマイト処理が施されていると考えていいでしょう。

まとめ

アルマイトとはアルミニウムに施す表面処理で、電解処理により酸化皮膜を形成するものです。アルマイトによって得られた皮膜は酸化アルミニウムを主体とした、腐食に強く、硬い皮膜であり、高い耐食性、耐摩耗性を持ちます。またアルマイトはさまざまな色に着色できるのも特徴で、加飾性が求められる部品にも多く使用されます。
一方でアルマイトは硬く脆いため、処理後の加工や母材であるアルミニウムの変形、膨張や収縮によりクラックや剥がれが発生する可能性もあるため、注意が必要です。
一般にアルミ製品にはアルマイトが施されていますし、他にも非常に多くの場所に使用されています。

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