硬質アルマイト処理

硬質アルマイト処理とは

低温の硫酸液で厚い皮膜を生成する硬質アルマイト処理は、高硬度（Hv450〜500）でかつ耐摩耗性に優れた皮膜になることが特徴です。そのため、硬質アルマイト処理のことをハードアルマイトと呼ぶこともあります。

硬質アルマイト処理の原理は？

陽極酸化処理といわれ、電解を利用して電解液中の分子やイオンに対して陽極で行わせる酸化反応をいいます。
アルミニウムを陽極として通電させることで、酸化されて陽イオンとなり、溶液中に溶解し発生した酸素と化合して、耐久性の高い酸化アルミニウムの皮膜が生成されます。
この電解処理をアルマイトといいます。

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アルミニウムを硫酸などの溶液中で電流を流すと、表面のアルミニウムが溶解（浸透）＋同時に酸化皮膜が成長し、時間の経過と共にセルと呼ばれる立体構造を形成します。
基本構造は六角柱の集合体です。

1. 空気中には自然酸化皮膜として、2nm程度の酸化皮膜があります。
2. 電解液中でバリヤー層（酸化皮膜）が成長します。
3. 硫酸イオン（シュウ酸イオンなど）が内部に入り、局部的に皮膜が硫酸アルミニウム（シュウ酸など）となって溶出し、表面に無数の孔（ポア）が発生します。
4. 酸化反応と皮膜の溶出反応とが同時に進行し孔（ポア）が下がるので絶縁層を形成し始めます
5. 絶縁体となり孔（ポア）の成長が止まります。酸化皮膜は、1／2とアルミ素材の浸透します。

[2]

アルマイト処理の皮膜構造は、以下のようなハニカム構造です。

硬質アルマイト処理の特徴

硬質アルマイト処理の特徴は主に5つあり、「硬度が高い」「皮膜を厚くできる」「耐摩耗性が向上し硬質クロムめっきと遜色ない摺動摩耗性が手に入る」「絶縁皮膜」であり抵抗値が10の12乗Ωから10の14乗Ωとなる」「破壊電圧」が高く、封孔処理したもので1000〜2000Vある」といったことが挙げられます。
中でも、硬度が高くなることで得られる摺動摩耗性については、摩耗性、滑り特性が求められる自動車部品等にとっては重要な要素です。通常のアルマイト処理よりも厚い皮膜が生成されるため、強度が増し耐久性が向上します。

めっきとの違いは？

硬質アルマイト処理は、通常のめっきとは皮膜生成の方法が異なります。
硬質アルマイト処理の場合は、酸化皮膜を生成するのに対して、めっきの場合はめっき皮膜を生成します。また膜厚にも違いがあり、通常のめっきと比べ厚い皮膜を生成できるのが硬質アルマイト処理の特徴です。
また、生成の方法に関しても電流の流し方が逆になったり処理工程などに違いがあります。

例えば、10μｍ厚の処理をする場合、めっきは10μｍ増加します。

一方アルマイト加工（処理）は、皮膜の半分がアルミニウムの素地に浸透し残りの半分がアルミニウムから形成されるため、下へ浸透した皮膜の分、元のアルミニウム部分の厚みが変わります。

硬質アルマイト処理の工程

硬質アルマイト処理が完成するまでの一般的な工程を図でまとめました。

硬質アルマイト処理の用途

硬質アルマイト処理が行われるのは、主に自動車や航空機などの工業分野で、硬度や摩耗性だけでなく潤滑性が求められる分野で幅広く使われています。自動車や航空機以外には、シャフトやロールなどの摺動性が必要な部品に対しても硬質アルマイト処理が好まれます。

硬質アルマイト処理の事例

種類、等級及び記号

皮膜厚さの等級

皮膜厚さの等級と主な用途例

耐食性

皮膜の耐食性は、各種の環境にたれる特性で、用途によっては酸性、アルカリ性及び塩水雰囲気などの環境に耐える特性が要求される場合があるが、その品質は下記の表1または表2に適合しなければならない。

表1　アルカリの耐食性

表2　キャス耐食性

耐摩耗性

皮膜の耐摩耗性は、摩耗環境に耐える特性であり、用途によっては摩耗性物質の衝突による摩耗、摺動摩耗及び転がり摩擦などの摩耗環境に耐える特性が要求される場合があるが、その品質は表3のいずれかに適合しなければならない。なお、噴射摩耗試験の耐摩耗性は、通電判定法によることとし、素地が露出するまでの摩耗時間［W1(T)］で表す。

表3

硬質アルマイト処理のJIS（専門用語）

硬質アルマイト処理の英語表記

硬質アルマイト処理のまとめ

硬質アルマイト処理は、品質の性能としてさまざまな優れた特性がありますが、中でも重要なのは、皮膜厚さ、皮膜硬さおよび耐摩耗性です。
その他、単位面積当たりの皮膜質量、耐食性、潤滑性、絶縁耐力等がありますが、反面、皮膜がもろいといったデメリットもあります。ですからめっきに求めたい性能や素材の特性を理解した上で硬質アルマイト処理を選択しなくてはなりません。

硬質アルマイト処理に関する技術レポート

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