アルミニウム部品の表面処理技術の説明

表面工学が期待するもの

アルミニウム部品は、厚さわずか数ナノメートルの自然不動態酸化膜とともに圧延機から排出されます。輸送には十分な長さの金属を保護しますが、摩耗、塩分、化学薬品、繰り返しの洗浄、または構造的結合を伴う使用環境には薄すぎ、柔らかすぎます。表面工学では、その自然なフィルムを意図的に加工された層、またはその上に塗布されるコーティングで置き換えます。

機能目標は通常、耐食性、耐摩耗性、外観、後続の塗装または接着剤接合部の接着性の 4 つの要件の組み合わせです。これらの要件は矛盾することが多いため、洗浄、前処理、コーティングの成長、必要に応じて着色、シーリングまたは硬化といったプロセスは、単一の操作ではなく一連の操作として選択されます。{1}

陽極酸化: 酸化物を堆積させるのではなく成長させる

陽極酸化は電気化学的変換プロセスです。アルミニウムの表面自体が消費され、多孔質の陽極酸化物として再構築されます。細孔は染料やシーラントを受け入れることができるため、このプロセスを非常に多用途にします。

色は、密閉する前に開いた細孔に染料を吸収させることによって、または電解着色によって得られます。電解着色では、金属塩が細孔構造の内部に堆積して、有機染料よりも退色に強いブロンズ色や黒の色調が得られます。封止により酸化物が水和され、細孔が閉じられます。これは、腐食性能が何年もの屋外暴露に耐えられるかどうかを決定するステップです。

建築工事の場合、完成した陽極皮膜は AAMA 611 の性能要件に照らして評価され、腐食試験は ASTM B117 または ISO 9227 中性塩水噴霧に従います。コーティングの厚さとシーリングの品質は、部品が組み立てられると事実上元に戻せないため、部品がラインから出る前に検証されます。

粉体塗装: 複雑な形状でも均一に塗装

粉体塗装は静電的に塗布されるため、帯電した粒子がスプレーガンでは見逃してしまうエッジ、凹み、内側の角の周りを包み込みます。次に、コーティングされた部品をオーブンで硬化させます。そこで粉末が溶け、流れ、架橋して連続ポリマー膜になります。-

硬化ウィンドウ。熱硬化性粉末は通常 180-200 度で硬化され、時間-の組み合わせによって最終的な架橋密度が決まります。

外装の耐久性。UV{0}}安定な顔料とバインダー システムにより、屋外でも色と光沢を安定に保ちます。フッ素ポリマー配合により、産業環境向けの耐薬品性と耐候性が向上します。

出現範囲。仕上げは、滑らかな高光沢から、触感のある表面や光沢のない表面のための細かい質感やしわ効果まであります。{0}}

プロセスエコノミー。オーバースプレーは回収して再利用できるため、液体塗装に比べて材料の利用率が高く維持され、揮発性有機化合物の排出が低くなります。

化成皮膜とその非クロメート代替品-

化成皮膜は、洗浄されたアルミニウム表面を処理浴と反応させることによって形成される薄い化学膜です。寸法変化がほとんどないため、公差が狭い部品や、塗料や接着剤用の表面の準備に最適です。-

クロメート化成皮膜自己修復作用を備えた黄色から緑色の皮膜を生成し、航空宇宙用アルミニウム合金として広く指定されています。{0}その性能はMIL-DTL-5541によって管理されており、単位面積あたりのコーティング重量のプロセス制御が行われます。

三価クロムこのプロセスでは、六価クロムを使用せずに同様の外観と腐食保護を実現できるため、廃棄物の処理と作業者の保護が簡素化されます。

チタン-ジルコニウム システム建築および一般工業部品に適したクロムフリーのフィルムを提供しており、粉体塗装ラインと互換性があります。{0}

リン酸ベースの処理微細な酸化物構造を作成し、自動車アセンブリの接着結合を改善します。

機械的表面処理

すべての表面要件が化学によって解決されるわけではありません。機械的処理により、表面層のトポグラフィーと残留応力状態が変化します。

ショットピーニングは、このグループの中で表面下で作用する 1 つのプロセスです。誘発された圧縮層が疲労亀裂の発生を遅らせます。そのため、外観のためだけではなく、周期的に負荷がかかるアルミニウム部品にショットピーニングが指定されています。

先進的かつ機能的なコーティング

従来の陽極酸化や塗装では不十分な場合、プラズマ電解酸化によって表面が高い耐熱性と耐摩耗性を備えた厚いセラミックのような酸化物層に変換されます。{0}物理蒸着法により、窒化アルミニウムチタンなどの硬質窒化膜を切削工具や摩耗部品に塗布します。ゾル-ゲルの化学反応により、筐体の表面に透明な指紋防止層と簡単に掃除できる層が形成されます。また、ナノコンポジット塗料がクリア コー​​ト用途での耐傷性を向上させます。-導電性仕上げは、敏感な電子機器の周囲で電磁シールドが必要な場合に使用されます。

これらのルート間の選択は、主要な障害モードに従います。摩耗によって破損した部品には硬い層が必要です。腐食によって故障した部品にはバリアまたは自己修復膜が必要です。-疲労によって破損した部品には圧縮応力場が必要です。塗装の損失によって破損した部品は、界面での接着を促進する必要があります。

よくある質問

Q: 陽極酸化処理はアルミニウムの表面をどのように保護しますか?
電気化学的成長により、表面金属が多孔質酸化アルミニウム層に変換されます。硫酸陽極酸化では建築部品に約 5 ～ 25 μm の緻密な皮膜が生成され、冷却電解液中での硬質陽極酸化では 50 ～ 100 μm の摩耗層が形成され、染料の吸収により封止前に色が追加され、沸騰水中での封止により酸化物が水和されて細孔が閉じられます。

Q: 粉体塗装の主な利点は何ですか?
静電塗布により複雑な形状を均一にカバーし、180-200 度で硬化すると架橋ポリマー ネットワークを形成します。UV 耐性のある顔料が外装の色を安定に保ち、触感効果をもたらすテクスチャー仕上げが可能で、フッ素ポリマー グレードにより産業用途向けに耐薬品性が向上します。

Q: 化成皮膜はどのように機能しますか?
表面との反応により、薄い自己修復化学膜を形成します。-クロム酸塩系は航空宇宙合金に使用され、三価クロムとチタンジルコニウム系はクロムを含まない代替品です-。リン酸処理は自動車アセンブリの接着結合を改善します。

Q: 疲労寿命を向上させる機械的処理はどれですか?
ショットピーニング。疲労亀裂の発生を遅らせる圧縮残留応力層を誘発します。電解研磨、ブラシ仕上げ、レーザーアブレーション、振動研磨は、応力状態ではなく、粗さ、外観、または破片を変化させます。

Q: クロム-フリーの前処理はクロム酸塩化成皮膜と同じくらい優れていますか?
多くの建築部品や一般工業部品では、チタン-皮膜は塗料の密着性と腐食性能においてクロメート系と同等です。需要の高い航空宇宙合金の場合、代替プロセスは、代替が許可される前に、同じコーティング重量と塩水噴霧の許容基準に照らして認定されます。