陽極酸化アルミニウム素材：特性、利点、用途

陽極酸化処理 アルミ素材 が使われるのは、主に軽くて丈夫で耐食性に優れているからです。生のアルミニウムはある程度の耐久性と耐傷性を備えていますが、酸化やへこみ、傷がつきやすいため、長期的には見た目の美しさが変わってしまいます。そこで、アルミニウムの強度と耐久性を高めるため、アルマイト処理を施し、表面に酸化保護層を形成します。この層を形成する理由は、金属を硬化させ、より腐食しにくく摩耗しにくい表面と、より美しい外観を与えるためです。陽極酸化アルミニウムはこれらの要因から好まれ、航空宇宙分野で広く使用されています、 自動車, 建築、家電産業など。陽極酸化は、表面の洗浄、電解液槽への浸漬、電流による酸化、封止といういくつかの工程からなる。アルマイト処理は、材料の強度を高めるだけでなく、さまざまな色合いや仕上げに着色することができる。電解着色、ディップ着色、インテグラル着色、干渉着色などが一般的な着色方法です。

通常のアルマイト処理と硬質アルマイト処理は、アルマイト処理の2つの主要なタイプです。一般的には、主に仕上げや軽量用途に使用される通常のアルマイト処理と、軍事、工業、航空宇宙用途に優れた耐久性、耐摩耗性、強度を与える硬質アルマイト処理の2つのプロセスがあります。アルマイト処理に加えて、電気めっき、粉体塗装、クロメート化成処理、PVD塗装、セラミック塗装、溶融亜鉛めっきなどの表面処理を施すこともできます。陽極酸化アルミニウムは、これらの特性を一様に持っているわけではないため、耐食性、硬度、導電性など、それぞれの方法によって材料に特定の強化された特性を与え、多くの産業で汎用性と信頼性の高い材料として使用されています。

この記事では、アルマイトの特性、利点、用途、メンテナンスにはどのようなものがあり、なぜ他の金属や処理よりも優れているのかについて説明します。これらの点を知れば、特定の産業や消費者にどの素材を使うべきかが理解できるはずです。

アルマイトとは？

陽極酸化処理されたアルミニウムは、電気化学的プロセスを経て、より厚く耐久性のある酸化層を表面に形成したアルミニウムです。この陽極酸化層が存在することで、金属の耐食性が向上し、表面硬度が向上し、染料やコーティング剤の付着能力が高まります。

陽極酸化プロセス

つまり、陽極酸化処理にはいくつかの重要な工程がある。

• アルミニウムの表面は、乾燥、洗浄、前処理工程の前に、表面の汚れ、グリース、不純物を取り除くために洗浄される。また、均一な仕上げのために表面をエッチングすることもあります。
• 陽極酸化浴 - アルミニウムを電解液（通常は硫酸）の中に入れ、電流を流します。これにより酸化が始まり、厚くなった酸化アルミニウム層が形成されます。
• 多孔質酸化物層は、所望に応じて染料または顔料を同様に提供することにより、同時に着色することができる（オプション）。
• 気孔を塞ぐ - 陽極酸化皮膜のシールは、熱水または蒸気によって行われ、気孔を塞いで耐食性をさらに高める。

陽極酸化アルミニウム素材の主な特性

1.耐食性の向上

陽極酸化アルミニウムは、最も腐食に強い金属のひとつです。酸化皮膜が湿気や環境から金属を保護するため、屋外や水中ではほとんど役に立ちません。

2.表面硬度の向上

アルマイト処理はアルミニウムの硬度を大幅に向上させ、アルミニウムは傷、へこみ、摩耗に対してより強くなります。そのような硬質アルマイトのひとつは耐久性に優れ、実際に高性能用途に使用されています。

3.美的魅力とカラーバリエーション

また、陽極酸化アルミニウムは、金属の自然な質感を変えることなく、黒、金、青銅、銀などの色で提供されます。そのため、建築だけでなく装飾用途にも好まれています。

4.軽量でありながら丈夫

酸化皮膜はアルミニウムの上に形成されるが、アルミニウムが著しく重くなることはなく、ステンレス鋼のような重い素材よりも軽い。

5.電気絶縁

陽極酸化アルミニウムは、未処理のアルミニウムに比べて電気をあまり通さないため、電気的または電子的な目的で絶縁が必要な用途に使用するには魅力的な素材です。

6.環境に優しく持続可能

陽極酸化アルミニウムは完全に無害で、リサイクル可能であり、危険で健康に有害なVOC（揮発性有機化合物）を発生させないので、環境に優しい。

アルマイト部品に色を付けるには？

アルマイトの色持ちの良さはよく知られています。電解着色と浸漬着色は、アルマイトを着色するために使用される多くの技術のうちの2つです。

1.電解着色

アルマイトを美しくする一般的な方法のひとつが電解着色で、アルマイトを耐久性と耐紫外線性に優れた色合いで着色します。アルマイト処理工程を経たアルミニウムは、金属塩を含む浴槽に入れられます。ここ数年、金属化塩が開発され、電流を流すと、アルマイト表面の開いた孔に金属化塩が定着し、金属色の表面を永久に作り出します。

最後に、色は金属塩の種類によって変わる。例えば、銅塩は溶液を赤っぽい色調にし、他の金属は他の色調にすることができる。この方法で作られた色は長持ちし、色あせしないので、屋外や露出度の高い場所での使用に適しているため、広く使われている。

2.ディップ・カラーリング

もうひとつの着色方法は「ディップ・カラーリング」で、これによってさまざまな色の選択が可能になる。この種の加工では、多孔質層が染料溶液に浸され、アルマイトが顔料を吸収します。色合いが決まったら、アルミニウムを水に浸して密閉し、反応の継続を止めます。

ディップ・カラーリングは、より鮮やかでカスタマイズ可能なコントラストのある色合いを提供するが、耐紫外線性がなく、日光にさらされるとかなり色落ちする。しかし、この耐久性の欠如が、部品の耐久性が重要な要素となる用途で一般的に使用されない主な理由である。

3.インテグラル・カラーリング（ワンステップ・プロセス）

インテグラル・カラーリングは、アルマイト処理とカラーリングを1つの工程に組み込んだユニークなプロセスで、多段階の方法よりも効率的です。他のいくつかの技法とは異なり、アルミニウムの表面と反応し、素早く乾燥する電解液は、黒、金、またはブロンズを含む深く豊かなメタリックな色調を作り出します。この色はまさに酸化皮膜に形成され、そのため耐久性に優れ、傷がつかず、腐食しにくく、色あせることもありません。

インテグラル・カラーリングは高品質な仕上がりをもたらすが、コストと複雑さのため、ほとんど行われていない。建築部品、ハイエンドの電子機器、産業機器など、部品が厳しい条件に耐える必要があり、魅力的な外観と長寿命が要求される場合に、一般的に適用される。

4.干渉色

干渉彩色は、製品の酸化皮膜の厚さを操作することで、染料や顔料を使わずに虹色のマルチトーン・ブルー、グリーン、パープルを作り出すことができるハイテクの高度なアルマイト処理です。アルミニウムは色を吸収するのではなく、光の波動に反応し、視点によって異なる色を反射します。

建築、高級品、装飾的な金属加工によく使われるこの方法は、所望のユニークな視覚効果を実現するものである。卓越した耐候性により、外面だけでなく、高級看板や芸術的用途にも適している。非常に複雑ですが、大量生産は容易ではありません。

陽極酸化アルミニウムの代替品 

アルマイト処理などのアルミニウム表面処理は、アルミニウムの耐久性、耐食性、外観を向上させるために広く使用されています。その理由は、電気化学的な保護酸化物層を形成し、アルミニウムをさまざまな用途に適したものにするからです。とはいえ、要件を適切に選択すれば、同様の、あるいはそれ以上の結果を提供できる別の表面処理方法も存在します。これらの代替品とは異なり、例えば保護性の向上、より優れた接着特性、装飾的な仕上げなど、独自の利点があります。アルマイトに代わる一般的な表面処理方法を以下に示します。

1.電気めっき

電気メッキは、アルミニウムやその他の金属の表面に、ニッケル、クロム、金などの金属の薄い層を蒸着させる技術です。これは電気化学的なプロセスによって行われ、耐食性、耐久性、美観を向上させます。自動車トリム、宝飾品、電気部品などは、一般的に電気メッキが施される材料の一部である。この方法の最大の利点は、メーカーがメッキ材料を決定し、アルミニウムの特性をカスタマイズできることです。例えば、金メッキの導電性や、クロムメッキの硬度や耐摩耗性の向上などです。

2.粉体塗装

粉体塗装は、乾燥した静電気を帯びた塗料の粒子を使用して金属を仕上げる最も広く使われている方法のひとつです。高温の結果、塗装された部分には耐久性のある保護膜が形成されます。この方法は、耐食性、耐衝撃性に優れ、多くの色を選択できるため、広く応用されています。溶剤を使用しない従来の液体塗料とは異なり、粉体塗装は有害な溶剤を使用しない。欠けたり色あせたりすることなく過酷な環境にも耐えることができるため、建築部品、自動車部品、家電製品などに広く使われている。

3.クロメート変換コーティング（アロジンまたはケムフィルム）

アロジンまたはケムフィルムは、クロメート化成皮膜と呼ばれる薄い保護皮膜でアルミニウムを覆う化学プロセスとして使用される。電気伝導性を損なうことなく耐食性を向上させるため、航空宇宙や電子機器用途に適しています。厚い酸化皮膜を形成する陽極酸化処理とは異なり、クロメート化成皮膜は塗料や接着剤の密着性を向上させます。信頼性の高い保護コーティングを施した軽量素材は、特にそれが求められる産業において有用である。また、アルマイト処理ほどの耐久性はないが、摩耗の少ない用途には適しているかもしれない。

4.物理蒸着(PVD)コーティング

PVDコーティングは、真空中でアルミニウム上に金属化合物を薄膜状に蒸着させるアルミニウム表面処理です。これにより、硬度、耐摩耗性、美観が大幅に向上します。PVDコーティングの中でも、耐久性に優れたTiNやCrNは、その優れた耐久性により、超硬質表面（産業用工具、銃器、高級時計など）に適用することができます。金、黒、虹色など様々なメタリック仕上げが可能なPVDコーティングは、部品の形状を変えることなく、様々な仕上げが可能です。

5.セラミックコーティング

セラミック・コーティングは、アルミニウムやその他の金属の優れた耐摩耗性・耐熱性表面保護材です。セラミックコーティングは、溶射または化学気相成長法（CVD）により、非常に薄く、耐久性の高い層として塗布されます。部品が極端な温度や過酷な条件にさらされる自動車、航空宇宙、産業用途では、セラミック・コーティングを最良のものにするために特別な言及をすることができます。セラミック・コーティングは、極めて高い耐久性を持つだけでなく、熱絶縁性にも優れているため、エンジン部品や排気装置、調理器具などに使用されています。

6.溶融亜鉛メッキ

溶融亜鉛メッキとは、溶融亜鉛浴に鉄や鋼などの金属を浸漬して亜鉛メッキを施す表面塗装のことです。溶融亜鉛めっきは、屋外、橋梁、産業機器に適した長期耐食性を持つ亜鉛皮膜を形成します。溶融亜鉛メッキは通常、アルミニウムの保護には使用されませんが、それでも鉄系金属を錆びや環境損傷から保護する理想的なツールです。この工程が重要なのは、亜鉛めっき皮膜が自己回復するため、表面に傷がついても腐食が進行せず、鋼鉄表面の錆を防ぐことができるという事実です。

どの選択肢を選ぶべきか？ 

硬質アルマイトと通常のアルマイトの違い

アルマイト処理とは、アルミニウムの耐食性、耐久性、外観を向上させる処理である。一般的には、通常のアルマイト処理と硬質アルマイト処理の2種類がある。どちらの方法も酸化皮膜を生成しますが、処理条件、酸化皮膜の性質、用途はそれぞれ異なります。

1.陽極酸化処理の違い

酸の濃度

最終的な皮膜に影響を与えるのは、アルマイト処理に使用される酸の濃度である。通常のアルマイト処理では、平滑で均一な酸化皮膜を形成するために20%程度の酸濃度が使用される。 

一方、硬質アルマイト処理では、酸濃度が15%以下と低く、皮膜が緻密で強度が高い。

温度要件

酸化皮膜の硬度は重要な要素であり、これは完全に温度に依存する。通常のアルマイト処理は18 22℃（添加剤の種類と量によっては最高温度30℃）で行われます。 

高温の場合、コーティングが粉々になったり、ひび割れたりする可能性がある。より強固で耐摩耗性の高い皮膜は、硬質アルマイト処理では5℃以下というはるかに低い温度でしか作ることができない。

電流と電圧レベル

通常の陽極酸化処理は、電流密度1～1.5 A/dm²、電圧18 V以下で行われる。 

しかし、硬質アルマイトの場合は、120ボルトという非常に高い電圧で行わなければならない。

2.コーティング性能の違い

アプリケーションと用途

アルマイトの表面を着色し、表面を滑らかにすることができるため、装飾と平滑化が通常のアルマイトの主な用途である。消費財、家具、建築部品などがその代表的なものである。 

しかし、硬質アルマイト処理は、優れた耐摩耗性と耐久性のために、工業用、軍事用、自動車用アプリケーションで使用されている。

表面外観

アルマイト処理方法は、アルマイトの表面の質感を決定します。アルマイトの表面は、美的用途に適した滑らかで均一なものです。硬質アルマイトの表面は、ミクロの目で見るとより粗く、摩耗や摩擦に耐える能力があります。

多孔性

気孔率とは、酸化皮膜中の微小な開口部の数を指す。多孔性の高い通常のアルマイト層は、染色や着色には適しているが、耐摩耗性ではやや劣る。硬質アルマイト層は多孔度が低いため、強度が高く、損傷に強い。

コーティングの厚さ

基本的な保護と美観は、通常のアルマイト処理によって形成される、通常15μm以下の酸化皮膜によってもたらされる。  

しかし、硬質アルマイト処理では、硬質で耐摩耗性の高い用途に必要な、通常15μmを超えるはるかに厚い層を形成する。

透明性と不透明性

光がどのように透過するかは、酸化皮膜の厚さや使用されている素材によって決まる。通常の陽極酸化皮膜は透明であるため、さまざまな色に簡単に染めることができる。 

硬質アルマイト皮膜は厚みがあるため不透明で、装飾的な着色には適さない。

一般的なアルマイト製品

1.スマートフォンとノートパソコンのケース

陽極酸化アルミニウムは、多くの高級スマートフォンやノートパソコンの外装に使用されている。この素材のおかげで、デバイスは傷やへこみ、摩耗に強い。また、滑らかでスタイリッシュな仕上がりになると同時に、軽量で持ち運びも簡単です。

2.タブレット筐体

軽量で優れた保護を提供するため、タブレットの筐体はアルマイトで作られていることがあります。メーカーはまた、アルマイト処理工程を経ることができるため、タブレットを劣化させないさまざまな色から選んで使用することができます。

3.窓枠とドア枠

陽極酸化アルミニウムは錆びにくく、色あせや剥離がないため、建物の窓枠やドア枠に使用されています。そのため、長寿命でメンテナンスが少なくて済む住宅や商業施設に最適です。

4.自動車トリムとバイクフレーム

アルマイトの特性は、高い耐久性と車両の軽量化を求める消費者にとって良い選択となり、どちらも燃費を向上させる可能性があります。アルマイト処理された自転車フレームは、その強度と軽量のためサイクリング業界で人気があり、通常のサイクリングや競技レースでの使用に適しています。

アルマイトの種類

アルマイトには様々な種類があり、それぞれ用途や性能に応じて要求される特性や対応が異なるため、独自の特性や利点があります。アルマイトの種類は、耐久性、耐食性、厚み、美観などのパラメータに応じて選択されます。アルマイトの主な種類とその用途は以下の通りです。

1.タイプI（クロム酸アルマイト処理）

タイプIの陽極酸化処理では、クロム酸が薄いながらも耐食性の高い酸化皮膜を形成する。通常の寸法を変更しないため、軽量化の必要性があまりない航空宇宙分野には最適な方法です。タイプIアルマイトの厚みはタイプIIよりも薄いため、カラーアルマイトには適していませんが、塗料やプライマーの密着性は良好です。

主な特徴

• 薄い耐食性酸化皮膜を形成
• アルミニウムの導電性を維持
• 航空宇宙および防衛用途に最適
• コーティングに優れた接着性を与える。

2.タイプII（硫酸アルマイト処理）

陽極酸化の最も一般的なタイプはタイプⅡで、硫酸を使用して中程度の厚さの酸化皮膜を成長させる。このタイプはアルマイト処理で色をつけることができ、消費財、建築部品、自動車部品に使用される。耐食性、耐摩耗性に優れ、美観も向上するからである。

主な特徴

• 標準陽極酸化処理
• 適度な厚さの酸化被膜を形成
• カラーアルマイトが可能
• 電子機器、家具、建築によく使われる。

3.タイプ III（硬質アルマイト処理）

ハードコートアルマイトとしても知られるIII型アルマイト処理は、最も厚く硬い酸化皮膜を形成し、耐摩耗性と耐久性に優れています。このタイプは、高強度、優れた耐摩耗性、優れた耐食性が必要とされる軍事用、工業用、調理器具の用途に広く適用されています。タイプIII陽極酸化アルミニウムは高い耐久性を持ち、機械部品、銃器部品、医療機器などによく使用されます。

主な特徴

• 厚い耐摩耗性酸化皮膜を形成
• 最高の耐久性と硬度を提供
• 高性能産業用アプリケーションに使用
• 優れた耐食性を提供

アルマイト材の用途

陽極酸化アルミニウムはその優れた特性から、さまざまな産業や製品に使用されている。

1.航空宇宙および自動車産業

• 機体パネルや翼構造などの航空機部品
• ボディ・パネル、エンジン部品、車内に入るトリム部品
• 軽量で耐食性に優れ、耐久性に優れている。

2.建設と建築

• 窓枠、カーテンウォール、ドアなど
• 屋根材と手すり
• 近代的な超高層ビルやビルのファサードは、美的魅力のために使われている。

3.家電製品

• アップルのMacBookは、陽極酸化アルミニウムとスマートフォン、ラップトップ、タブレットを使用しています。
• コーヒーメーカーやトースターなどのキッチン用品
• 陽極酸化処理により、指紋、ひっかき傷、汚れを防止。

4.医療機器および検査機器

• 手術器具および医療用トレイ
• 非反応性であるため、無菌の実験室表面が使用された。
• 医療環境での寿命は耐腐食性に依存する

5.スポーツ・アウトドア用品

• 自転車フレーム、ハイキング用品、キャンプ用品。
• 過酷な条件下での使用に耐える耐久性と軽量性を備えた素材

6.調理器具とキッチン用品

• ノンスティック・アルマイトのフライパンまたは調理器具
• 傷や高温にも強い。
• 従来のノンスティック・コーティングに代わる、より安全なものだ。

アルマイトと他の金属の比較

アルマイトのメンテナンスとお手入れ

アルマイトの耐久性は高く、腐食にも耐えることができますが、定期的にアルマイト処理を行うことで、見た目の強度を保ち、長持ちさせることができます。天然アルマイトの劣化、変色、表面の損傷などを防ぐような予防的なお手入れをすることで、素材を何年も良い状態に保つことができます。以下は、アルマイト表面のメンテナンスのためのヒントです。

1.定期的なクリーニング

アルマイトをきれいに保つには、中性石鹸と水をこまめに使う必要があります。柔らかい布やスポンジを使って、ほこりや汚れ、不潔な汚れを落としてください。乱暴なクリーナーやスチールウールは、アルマイト層に傷をつける可能性があります。中性洗剤をぬるま湯に溶かすと、厄介な汚れに効果的です。洗浄後はきれいな水ですすぎ、柔らかいタオルで水滴を拭き取ります。

2.刺激の強い化学物質を避ける

多くの環境要素にも耐性がありますが、強酸、アルカリ溶液、刺激の強い工業用クリーナーによって、保護酸化膜が損傷する可能性があります。漂白剤、アンモニア系クリーナー、酸性の物質は、素材の色あせやピット（穴）を生じさせるので使用しないでください。強い洗浄剤が必要な場合は、アルマイト専用のpH中性の溶液を使用してください。

3.研磨と保護

アルマイトの光沢と滑らかさを保つには、柔らかいマイクロファイバーの布かスポンジを使い、表面をごく軽く磨いてください。さらに保護が必要な場合は、研磨剤を含まないワックスやアルマイト保護剤を塗布してください。酸化を防ぎ、金属の輝きと色合いを保つのに役立ちます。

4.傷や衝撃によるダメージを防ぐ

陽極酸化アルミニウムは耐傷性に優れていますが、傷がつかないわけではありません。へこみや傷、欠けを防ぐため、鋭利なもの、重い道具、粗いものを直接表面に使用しないでください。アルマイト加工された部品に偶発的な損傷を与えないよう、保護パッドカバーやシャープペンをご用意ください。

5.過酷な環境条件からの保護

アルマイトの表面は、塩水、紫外線、極端な風化に長期間さらされることで徐々に摩耗していきます。一方、アルマイトを屋外で使用する場合は、定期的に点検する必要があります。海洋や沿岸の環境では、真水で表面を洗い流すと、腐食を促進する塩分を除去できる場合があります。

結論

アルマイト処理は、その軽量性、耐久性、強化された表面硬度と耐食性により、多くの産業にとって非常に汎用性が高く、信頼性の高い材料であることが分かっています。アルマイト処理は、アルミニウムを硬化させるだけでなく、外観を魅力的にするオプションでもあり、建築、自動車、航空宇宙、電子機器、調理器具などの産業で好まれています。

アルマイト加工は、最小限のメンテナンスで長寿命という点で、サーキットの主な利点のひとつである。しかし、刺激の強い化学薬品を避け、刺激の少ない石鹸と水で簡単に洗浄し、傷や衝撃から保護することで、使いやすさは向上します。耐摩耗性と耐腐食性に優れていますが、用途に応じてどのタイプのアルマイト処理（普通アルマイト処理または硬質アルマイト処理）を選択するかが重要です。

電気めっき、粉体塗装、PVDコーティングは、独自の特性を提供する他のタイプの代替処理です。アルマイト処理は、このグリーンコーティングほど環境にやさしいものではありませんが、その手頃な価格とさまざまな環境下での優れた性能により、環境にやさしいソリューションの中でもトップクラスの人気を誇っています。

よくある質問 (FAQ)

1.陽極酸化アルミニウムはどのような目的で使用されますか？

軽量、耐食性、耐久性といった特性から、陽極酸化アルミニウムは航空宇宙、自動車、建築、電子機器、調理器具、産業機器などに使用されている。

2.アルマイトは錆びますか？

陽極酸化アルミニウム 錆びないのは、陽極酸化処理後に水分や環境ダメージに耐える酸化皮膜が形成されるからです。

3.アルマイトの調理器具は安全ですか？

陽極酸化アルミニウムは、無毒で調理に安全です。食品と反応せず、表面に傷がつきにくいため、調理器具に使われているのは当然だ。

4.アルマイトの表面をクリーニングする最良の方法は？

アルマイトの表面をクリーニングするには、柔らかい布を使い、マイルドな石鹸とぬるま湯だけで十分です。アルマイトの表面にダメージを与える可能性があるため、スチールウールは絶対に使用しないでください。

5.アルマイトと粉体塗装とは何ですか？

アルマイトの保護酸化皮膜は電気化学的プロセスで形成されるのに対し、粉体塗装に使用される塗料は高温で硬化する乾燥塗料です。粉体塗装は一般的に、アルマイトよりも色のバリエーションが豊富ですが、時間の経過とともに欠けやすくなります。