かじりは、アルミニウム部品のねじ山の焼き付き、シール面の破れ、アセンブリの不合格の最も一般的な原因の 1 つです。これは単純な摩耗ではなく凝着摩耗メカニズムであり、鋼の焼付きとは異なる挙動を示すため、予防措置を特にアルミニウムに適用する必要があります。この記事では、ねじ継手と滑り継手の機構、コーティングと潤滑剤のオプション、合金の選択、設計ルールについて説明します。
かじりとは何か、そしてなぜアルミニウムがかじりやすいのか
かじりは、接触面が凹凸レベルで付着し、その後スライドするときに裂け、材料が一方の部分から他方の部分に移動するときに発生します。アルミニウムは 3 つの理由から特に影響を受けやすいです。1 つは、市販の合金の多くが焼きなまし状態で柔らかいこと、金属には負荷がかかった状態で安定した潤滑酸化物がないこと、自然酸化膜 (Al2O3) は硬いが脆いため、割れて新鮮な化学的に活性な金属が露出し、これが相手面に瞬時に冷間溶接されます。{3}}
柔らかい気性:O 状態の 1000 および 3000 シリーズの合金は変形しやすく、接着剤が転写しやすい傾向があります。
高い接触圧力:小さなねじ山側面領域、きつい細ピッチねじ、-締め付けトルクが過剰な締結具は、負荷を集中させて溶接を加速します。-
潤滑剤が存在しない、または移動している:乾燥アセンブリ、または接触ゾーンから絞り出された潤滑剤により、最後の分離層が除去されます。
よくある失敗ポイント:ネジ留め具、圧入ブッシュ、スライド ガイド、ヒンジ、電動工具を使って高速で組み立てられるあらゆるジョイント。-
かじりを防止するコーティングと表面処理
2 つのアルミニウム表面の間に硬い層または低摩擦層を作成することが、最も信頼できる予防策です。{0}主なオプションとその代表的な厚さと硬度の範囲を以下にまとめます。
| 処理 | 一般的なコーティングの厚さ | かじりへの影響 |
|---|---|---|
| 硫酸アルマイト（II種） | 5～25μm | 硬質酸化物層は金属間の接触を減少させます。{0}{1}耐食性も向上します |
| 硬質アルマイト処理（タイプⅢ） | 25～50μm | 摩耗負荷がかかる滑り接合部に適した、高密度でより硬い酸化物- |
| PTFE-含浸陽極層 | ベースアルマイト処理と同じで、気孔が密閉されています。 | 低い摩擦係数。ドライランニングや繰り返しのサイクリングに効果的 |
| プラズマ電解酸化 (PEO) | 20～60μm | 高硬度で熱安定性に優れたセラミック化成層 |
| 結合ドライ-フィルム潤滑剤 | 5～15μm | 樹脂バインダー中の二硫化モリブデンまたはグラファイト。組み立て前に適用される |
陽極層は、アルミニウムの陽極酸化コーティングに関する ISO 7599 シリーズによって管理されており、コーティングの質量、シール、摩耗試験の要件が定義されています。-コーティングおよび陽極処理されたアルミニウム製ファスナーの実験室研究では、通常、地金に比べてかじり関連の故障が約 60 ～ 80% 減少することが報告されていますが、その結果はコーティングの連続性に大きく依存します。つまり、局所的な未コーティング領域、ねじ山の損傷、エッジの切断が地金に再導入され、開始点となります。{6}{7}}
ねじ継手および滑り継手用潤滑剤
潤滑は第 2 の防御線であり、通常は最も安価に導入できます。選択は主に温度、環境、電気腐食のリスクによって決まります。
グラファイト焼き付き防止剤:アルミニウムねじの一般的な選択肢として適しています。グラファイトはアルミニウムと化学的に適合します。
ニッケル-ベースの焼き付き防止:高温の接合部や、かじりが最も激しいアルミニウムに取り付けられたステンレス製ファスナーに適しています。-
銅-ベースの焼き付き防止剤:鋼には効果がありますが、銅が陰極として機能し、アルミニウムの電解腐食を促進するため、湿気、塩分を含んだ環境、または海洋環境ではアルミニウムを避ける必要があります。{0}
極圧 (EP) グリース:滑りが遅い高圧ジョイントでは普通のオイルよりも優れた性能を発揮します。- EP の性能は通常、ASTM D2596 に基づく 4 球テストによってランク付けされます。-
固体-皮膜潤滑剤:二硫化モリブデンと二硫化タングステンは、従来のグリースが酸化したり搾り出してしまう場合でも潤滑性を維持し、高温と真空に隣接する-用途に適しています。{1}
水-ベースの潤滑剤:耐火性や低 VOC が重要な場合に役立ちますが、腐食防止剤パッケージが含まれている必要があります。そうしないと、アルミニウム システムでの孔食が促進されます。
組み立て速度は潤滑剤そのものと同じくらい重要です。高速電動工具-の実行により、局所的なフラッシュ温度が発生し、潤滑膜を数ミリ秒で破壊します。ランダウン速度を下げることと、制御されたトルクを使用することは、簡単で効果的な対策です。
合金の選択、焼き戻しおよび材料の組み合わせ
硬度と微細構造が耐かじり性を左右します。析出硬化-された 2000 および 7000 シリーズ合金は、市販の純合金グレードまたは低合金グレードよりも大幅に耐凝着摩耗性に優れており、T6 焼き戻しにより表面硬度がさらに向上します。-鍛造合金は一般に鋳造グレードよりも優れた性能を発揮し、シリコンやニッケルなどの元素を添加すると、硬い第 2 相粒子が導入されて凝着摩耗が軽減されます。-。合金の組み合わせも重要です。-似たもの-のようなものは最も摩耗する傾向があるため、陽極酸化処理、絶縁ワッシャー、または互換性のあるコーティング システムでガルバニック適合性が管理されていれば、異なる表面に接触するアルミニウム コンポーネントの方がパフォーマンスが向上することがよくあります。重要な接合部については、ASTM G98 が材料の組み合わせの耐かじり性をランク付けするための標準的な方法を提供しています。
設計と組み立ての実習
スレッドの選択:ねじ山クリアランスを約 15 ～ 20% 増加させ、細かいピッチよりも粗いピッチを優先することで、接触圧力が低下し、引き裂きが減少します。
係合長さ:アルミニウムのねじのかみ合いを通常公称直径の約 2 倍まで延長し、荷重がより多くの側面領域に分散されるようにします。
ねじインサート:ヘリカルワイヤまたはソリッドスレッドインサートは荷重を分散し、より硬い合わせ面を提供します。これは、繰り返し整備されるねじ穴の標準ソリューションです。
表面仕上げ:接触面を Ra まで研磨すると、溶接可能な凹凸の数が減少します。非常に細かい鏡面仕上げが自動的に優れているわけではありません。軽いテクスチャーは潤滑剤を保持しやすくするためです。
トルク制御：トルク値を指定してライン上で確認し、最終的に締める前に新しいジョイントで低トルクのブレークイン サイクルを使用します。{0}
分析：耐荷重ジオメトリの有限要素解析により、局所的な圧力を接着剤の転写が始まるレベル未満に保つことができます。{0}
よくある質問
Q: アルミニウムはなぜ鋼よりも摩耗しやすいのですか?
アルミニウムは通常の焼き戻しでは柔らかく、その表面酸化物は負荷がかかると流動せずに破壊し、新たに露出した金属は容易に冷間溶接されるため、鋼よりも低い接触圧力で接着剤の転写が開始されます。{0}
Q: かじりに最も優れているアルミニウム合金はどれですか?
2000 および 7000 シリーズの高強度の析出硬化グレードと T6 焼き戻し材料は、1000 または 3000 シリーズの合金よりも優れた凝着摩耗耐性を備えています。--一般に鍛造品の方が鋳造品よりも優れています。
Q: 陽極酸化処理を行うとかじりは完全になくなりますか?
いいえ、陽極酸化処理は金属表面を離すことでリスクを大幅に軽減しますが、重い点荷重がかかると硬脆層に亀裂が生じる可能性があり、コーティングされていない領域や損傷したねじ山の頂部が新たな発生点となります。
Q: 銅-ベースの焼き付き防止剤はアルミニウムのネジに適していますか?{1}
機械的に機能しますが、湿った環境や塩分が含まれる環境では、銅はアルミニウムの電食を促進します。{0}アルミニウム接合にはグラファイトまたはニッケル-ベースの化合物がより安全です。
Q: 表面仕上げはどのように指定すればよいですか?
摺動面およびシール面の仕上げRa0.8μm以下が実用的な目標となります。約 0.2 μm 以下では、効果は頭打ちとなり、表面は潤滑剤を効果的に保持できなくなります。
Q: 洗浄後のジョイントはどのように組み立てればよいですか?
ネジ山を清掃し、転写物がないか検査し、損傷した箇所のコーティングを修復し、互換性のある焼き付き防止剤または固形皮膜潤滑剤を再塗布し、制御された速度とトルクで締め付けます。{0}}
