陽極酸化処理の種類の説明: タイプ II、タイプ III、およびアルミニウム部品に適切な陽極酸化処理が必要な理由

先月、お客様が別のショップで陽極酸化処理したアルミニウム ブラケット 2,000 個のバッチを私たちに送ってくれました。ブラケットは黒色陽極酸化処理 (タイプ II) されており、色が均一で、縞模様や裸の斑点​​がなく、見た目も素晴らしかったです。しかし、このブラケットは食品加工コンベア用のもので、設置後 6 週間以内に接触部分の黒いコーティングが摩耗してしまいました。顧客が図面上で種類を指定せずに「黒色アルマイト」と指定したことが判明しました。硬質陽極酸化タイプ III (25 ～ 75 ミクロン) が必要な場合、装飾的なタイプ II (5 ～ 15 ミクロン) が使用されました。やり直しには 12,000 ドルかかりました。

これは常に発生します。エンジニアは図面に「MIL-A-8625 に従って陽極酸化」と書き、それについて考えるのをやめます。しかし、その仕様は 5 種類の異なる陽極酸化処理をカバーしており、それぞれが完全に異なるコーティングを生成します。間違ったタイプを使用することは、住宅用塗料かエポキシタンクライニングのどちらが必要かを指定せずに「ペイント」を指定するようなものです。

陽極酸化が実際に行うこと

陽極酸化は、アルミニウム表面を酸化アルミニウム (Al2O3) に変換する電気化学プロセスです。これはアルミニウムの上にコーティングを施すのではなく、アルミニウムそのものを変形させたものです。この部品は酸性電解液 (タイプ II および III の場合は硫酸、タイプ I の場合はクロム酸) に浸され、電気回路のアノードとして接続されます。電流が流れ、酸素イオンがアルミニウム表面に移動し、多孔質酸化物層が成長します。

キーワードは「多孔質」。形成されたままの酸化物層には、1平方センチメートルあたり数百万の微細な孔があります。これらの細孔は、染料の浸透を可能にし（カラー陽極酸化処理の場合）、コーティングに摩耗特性を与えるものです。タイプ II (硫酸陽極酸化) は比較的薄い多孔質層を生成し、染料をよく吸収しますが、適度な耐摩耗性を備えています。タイプ III (硬質陽極酸化処理) は同じ硫酸を使用しますが、より低い温度とより高い電流密度で、非常に耐摩耗性に優れたより厚く緻密な層を生成しますが、染料が均一に付着しません。

コーティングは外側（元の表面の上）と内側（アルミニウムの内部）の両方に成長します。コーティングの厚さのおよそ 50% が元の表面の上にあり、50% が下にあります。これは、25 ミクロンのタイプ III コーティングが元のアルミニウム表面の約 12.5 ミクロンを除去し、その上に 12.5 ミクロンを追加することを意味します。部品に重要な寸法がある場合は、これを考慮する必要があります。

タイプ II: 硫酸アルマイト (標準)

「陽極酸化アルミニウム」というと、ほとんどの人がタイプ II を意味します。これは、装飾および汎用の防食のデフォルトです。

膜厚: 5 ～ 25 ミクロン (ほとんどの用途では通常 8 ～ 15 ミクロン)。 MIL-A-8625 タイプ II、クラス 1 (非染色) またはクラス 2 (染色)。

何に良いのか：腐食防止（屋外および屋内）、装飾着色（黒、青、赤、金、透明など）、アルミニウムの自然な金属外観を維持し、適切な塗装ベースを提供します。タイプ II 陽極酸化アルミニウムは、ASTM B117 塩水噴霧中で 200 時間以上耐えても、目に見える腐食はありません。

良くないこと: 摩耗の激しい用途。コーティングは比較的柔らかく（約 200 ～ 300 HV）、接触点、滑り面、ねじ山で磨耗します。ブラケットが別の部品に対して滑ったり、頻繁に扱われると、タイプ II が磨耗して裸のアルミニウムが露出します。

機械加工への影響: コーティングは元の表面の約 50% 上に成長します。 12 ミクロンのコーティングの場合、部品の各表面は約 6 ミクロン (0.006 mm) 大きくなります。これは、ほとんどの部品の通常の加工公差の範囲内であるため、通常、タイプ II の寸法を調整する必要はありません。ねじ山がきつい場合は、ねじ山の寸法を調整する必要がある場合があります。

料金：アルマイトの種類の中で最も低い。色と数量に応じて、部品 1 kg あたり約 0.50 ～ 2.00 ドル (バッチ価格)。クリア（ナチュラル）が一番安いです。黒はもう少し多いです。カスタムカラー (Pantone マッチング) には追加コストがかかります。

タイプ III: 硬質アルマイト (可動部品に実際に必要なもの)

タイプⅢは全く異なる動物です。基本的な化学的性質（硫酸電解質）は同じですが、より低い温度（タイプ II の場合は 18 ～ 22 ℃ に対して -1 ～ +5 ℃）で処理され、より高い電流密度（2.5 ～ 4.0 A/dm2 対 1.0 ～ 1.5 A/dm2）、より長い処理時間で処理されます。その結果、厚く、緻密で、硬いコーティングが得られます。

膜厚: 25 ～ 100 ミクロン (ほとんどの用途では通常 25 ～ 50 ミクロン)。 MIL-A-8625 タイプ III。

硬度：400～600HV（約50～60HRC相当）。これは、ほとんどの機械的接触による摩耗に耐えるのに十分な硬さです。硬質アルマイト処理されたアルミニウムの表面は、重大な摩耗を引き起こすことなく鋼鉄に接触することができます。

何に良いのか: 高摩耗用途 (滑り面、ピボット ポイント、軸受穴)、耐摩耗性、電気絶縁 (厚い酸化物層は高い絶縁耐力を持っています)、最大の耐食性が必要な用途 (タイプ III の厚いコーティングにより、タイプ II よりも大幅に優れた塩水噴霧性能が得られます)。

色: ナチュラル タイプ III は、アルミニウム合金とコーティングの厚さに応じて、濃い灰色から青銅色になります。黒に染色できますが、厚く緻密なコーティングはタイプ II ほど染料を吸収しにくいため、明るい色 (青、赤) を実現するのは困難です。ほとんどの硬質陽極酸化部品は、自然なグレー/ブロンズまたは黒に染色されています。

機械加工への影響：ここが人々がトラブルに陥るところです。 50 ミクロンのタイプ III コーティングは、元の表面の 25 ミクロンを除去し、その上に 25 ミクロンを追加します。これは、表面あたり 25 ミクロン (0.025 mm) の正味の寸法変化になります。 50mm のボアの場合、硬質アルマイト処理後に 50.000mm にする必要がある場合は、アルマイト処理前に 50.025mm に機械加工する必要があります。部品が硬質陽極酸化されることがわかっている場合、機械加工プロセスでこれを考慮します。

ねじ寸法の調整は必ず必要です。 M6 ネジに 50 ミクロンのコーティングを施すと、ネジがきつくなりすぎて組み立てられなくなります。コーティングの余裕を考慮してねじ山を事前にサイズ設定するか、陽極酸化中にねじ山をマスキングするか、または陽極酸化後にタップでねじ山を追いかけます。

料金: タイプ II の 2 ～ 3 倍。部品 1 kg あたり約 1.50 ～ 5.00 ドル。コストが高くなるのは、処理時間の延長、バッチ スループットの低下 (温度の低下と電流の増加による)、品質管理の厳格化によって生じます。

タイプ I: クロム酸陽極酸化処理 (エアロスペース ワン)

タイプ I は硫酸の代わりにクロム酸を使用します。コーティングは薄く (2 ～ 10 ミクロン)、柔らかく、適度な腐食保護を提供します。その主な利点は、クロム酸電解液が（硫酸とは異なり）隙間や接合部に閉じ込められないため、完全に洗浄できないアセンブリに適していることです。

これは主に航空宇宙プロセスです。航空機の部品を製造している場合は、タイプ I が指定されていることがわかります。一般的な産業用途では、ほとんどの場合、タイプ II がより良い選択となります (耐食性が高く、コストが低く、色も豊富です)。

タイプ I に関する環境への懸念は重大です。クロム酸には、発がん性物質として知られ、厳しく規制されている六価クロム (Cr6+) が含まれています。多くのメーカーは、タイプ I から薄膜硫酸または他の代替品に移行しています。

クイック意思決定ガイド

誰もが間違える次元のこと

私たちが最もよく見る間違いは次のとおりです。エンジニアは、内径 30,000 mm の部品を設計し、それを硬質陽極酸化処理に送り、コーティング後の内径が 29.950 mm であることがわかりました。コーティングは片面あたり 25 ミクロンずつ内側に成長し、ボアは縮小しました。

経験則: タイプ II (12 ミクロン コーティング) では、表面ごとに寸法が約 6 ミクロン変化します。通常は無視できる程度です。タイプ III (50 ミクロン コーティング) では、表面ごとに約 25 ミクロン寸法が変化します。決して無視できるものではありません。コーティングの成長を考慮して、重要なフィーチャのサイズを事前に設定する必要があります。

硬質陽極酸化される部品を、指定されたコーティングの厚さを考慮した陽極酸化前の寸法に機械加工します。お客様から目標のコーティング厚を教えていただき（または仕様に基づいて計算し）、それに応じてすべての重要な寸法を調整します。これは当社の DFM レビューの一部です。部品が陽極酸化される予定であることをお知らせいただければ、加工前に寸法への影響にフラグを立てます。

非アルミニウム部品についてはどうですか?

陽極酸化はアルミニウムにのみ機能します。期間。工業的な意味での「ステンレス鋼のアルマイト」や「チタンのアルマイト」は存在しません。チタンは陽極酸化することができます (干渉色を持つ薄い酸化物層を生成します) が、主に装飾的なものであり、顕著な磨耗や腐食からの保護はありません。ステンレス鋼は不動態化、電解研磨、またはメッキされますが、陽極酸化はされません。

非アルミニウム部品に硬質で耐摩耗性の表面が必要な場合のオプションは、硬質クロムメッキ (鋼、真鍮)、無電解ニッケルメッキ (鋼、真鍮、銅)、物理蒸着 (PVD) コーティング、または溶射コーティングです。それぞれに独自の厚さ、硬さ、寸法特性があります。