１．はじめに

　金属は、セラミックス、プラスチックと並んで材料素材の大きな支柱をなしている。近代になり鉄に加えて、特に軽金属が大きく台頭してきた。

それぞれ素材には長所短所があり、金属にも短所をカバーするためにいろいろな方法が考えられてきた。さまざまな用途に適応するために合金が考えられてきたが、素材の良さを活かし、付加価値を高めるのに化学的表面処理が施されるようになった。鉄にペンキを塗ることは錆びないようにする表面処理方法である。

軽金属、特にアルミニウムについては、１９２４年（大正１３年）日本でアルマイト加工技術が生まれた。この電気化学的表面処理は、軽くて丈夫というアルミ素材の良さが評価されて、益々成長の一途をたどっている。高付加価値・ファッション化など、近代の消費者ニーズに応える製品の開発は益々盛んである。

２．金属の表面と腐食

１．金属の表面

固体の表面はつねに単一でないもので、特別な処置をしない限り環境の支配因子と化学結合している。

物理的にいつでも結合格子の一部が切れているので、ひずんだり種々欠陥が考えられる。金属が物理的に表面を切られると、一時的に遊離の化学結合手が空間に手を振って遊んでいる 状態になる。

このような高エネルギー状態は、周囲の何かと結合して低エネルギー状態に安定化しようとする。高真空下（１．３３×１０ 〜１．３３×１０−４Ｐａ）でも存在する微量の空気中の酸素と瞬間的に結合して酸化皮膜をつくる。

しかし湿気があると−ＯＨやＨ２Ｏが結合して、それらの介在する混合酸化皮膜ができる。表面に結合している−ＯＨをとるのには、それよりも強く結合する因子をもってくる以外にはない。酸などは一時的に−ＯＨを除くことができるが、生成した塩がだいたい水にとけるので余計に腐食が進むことになる。

２．腐食と防食

腐食がなぜ起こるのかという事は非常に難しい問題である。現在は国際腐食会議が３年毎に開かれているが、腐食による国家経済の損失は莫大なものである。

しかし、非常に珍しい事象もある。たとえば４世紀に建てたインドのデリー市にある 鉄塔は少しも錆びてないし、ヨーロッパでもドイツのコツテンホレストの村の境界線の鉄柱も６００年以上経て全然錆びていない。こうなると鉄は何らかの化学的方法で永久に錆びないようにできるといえるのではないか。

アルミニウムについても同様のことが言え、表面処理法によっては永久防食の可能性が大である。腐食は金属表面が何らかの理由によりイオン化することにより起こるのである。イオン化しない方法が即ち防食ということになる。

３．アルミニウム材料

１．アルミニウムの特性と長所

アルミニウムの良さ、鉄の良さ、プラスチックの良さ、それぞれの素材の持つ特徴を生かした用途が広げられている。そこでアルミの特長を見てみよう。　

（１）物理的長所

�@軽い

比重が２．７で鉄（７．９）、チタン（４．５）より更に小さい。

�A美しい

白色の清潔感のある色で、他の色とのコントラストが良い。この意味において、電解着色は色としては、ステン系〜ブロンズ〜ブラックである。

�B反射率大

反射鏡として、多孔質層に澄水性をもたすことよリ用途が拡大できると思われる。金属中で最も反射率が大きく、日光で９１％位である。

�C加工性

押し出し、鋳造、圧延等自由に加工ができる。

�D力学的強度

形を考えたい合金にしたりすることにより強度の大きい材料ができる。

�E熱伝導性良好

鉄よりはるかに良く、銅の半分であるから使う箇所を考えると良い。２０°Ｃで０．４８７、金は０．７０８、銀は０．９９８、銅は０．９２３である。

�F電気伝導性良好

銅の約６０％で電子機器に使用の余地がある。

�Gガス滲透しない

箔（２０μｍ）ですべてのガスは透過しない。パッキンやガス管に使用できる。ボンベの軽量化も複合化により可能と考えられる。

（２）化学的長所

�@無害

人体に有害の文献はなく、明バンは大昔から使っていた。故に食器食品関係に対する使用は多い。

�A耐食性と耐薬品性

鉄などにくらべ優れている。

�B複合性

他材料との接着性がアルマイト加工することにより増加する。

�C多孔質層形成

アルマイト加工することで、多孔質皮膜が形成されその多孔質層を利用することによりいろいろな用途がある。例：ブロンズ色アルマイト、潤滑アルマイト等

�D地球での存在量

金属の中では地球上最多である。

２．アルミニウム材料

（１）化学性分による分類

アルミニウム合金は下記の様に分類される。

アルミニウム 純 ア ル ミ ニ ウ ム 高純度アルミニウム ９９．９％以上 ＪＩＳ呼称 工業用純アルミニウム ９９．７％ Ａ１０７０ ９９．５％ Ａ１０５０ ９９．０％ Ａ１１００ ア ル ミ ニ ウ ム 合 金 Ａｌ−Ｃｕ系　（Ｃｕを３．５〜６．８％含む） Ａ２０００系 Ａｌ−Ｍｎ系　（Ｍｎを１．０〜１．５％含む） Ａ３０００系 Ａｌ−Ｓｉ系　（Ｓｉを多く含む） Ａ４０００系 Ａｌ−Ｍｇ系　（Ｍｇを０．５〜５．０％含む） Ａ５０００系 Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系　（ＭｇとＳｉを１．０％程度含む） Ａ６０００系 Ａｌ−Ｚｎ系　（Ｚｎを５．０〜６．０％含む） Ａ７０００系

（２）形状とその記号

Ｐ−板
（例：Ａ１１００Ｐ　←　純アルミニウム［９９．０％］ の板）
Ｓ−押出形材
（例：Ａ６０６３Ｓ　←　Ａｌ・Ｍｇ・Ｓｉ系押出形材。通常のサッシ材はすべてこの材料である。）

（３）抗張性とその記号

加工硬化−非熱処理合金（Ａ１０００系、Ａ３０００系、Ａ４０ ００系、Ａ５０００系）に適用。記号はＨを使う。（Ｈ１２，Ｈ１４、Ｈ２４、Ｈ３４ 等がある。）

焼き入れ、焼きもどし−熱処理合金（Ａ２０００系、Ａ６０００ 系、Ａ７０００系）に適用。
　　 Ｔ５・・・高温加工から急冷後、人工時効硬化処理し たもの。
　　 Ｔ６・・・溶体化処理後、人工時効硬化処理したもの。

その他　Ｏ・・・焼なましたもの。　Ｆ・・・製造のままのもの
例：Ａ１１００Ｐ−Ｈ１４　純アルミニウム板材
　　 Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３４　Ｍｇ系板材
　　 Ａ６０６３Ｓ−Ｔ５　Ａｌ・Ｍｇ・Ｓｉ系押出形材

４．陽極酸化（アルマイト処理）

陽極酸化処理には、前処理・陽極酸化処理・後処理があり、いろいろある。ここでは、入門であるので、一般的な処理方法について述べる。

陽極酸化処理

１． 陽極酸化皮膜について

「鉄」や「銅」を陽極とし、「鉛」を陰極として電解質溶液中で直流電解をすると、鉄や銅は溶解して陽イオンとなり拡散する。

金属
「Ｆｅ」 　−−−−→　 Ｆｅ ３＋ 　となって溶け出す。
「Ｃｕ」 　−−−−→　 Ｃｕ ２＋ 　となって溶け出す。

しかし、アルミニウムやマグネシウムは、「鉄」や「銅」と違って電解に より溶けるが、水の電気分解によって生ずる酸素と結合して、表面に酸化皮膜が形成される。

金属
「Ａｌ」 　−−−−→　 Ａｌ ２ Ｏ ３ 　の酸化皮膜が表面にできる。

２． 陽極酸化とメッキの違い

s


陽極酸化は、品物を陽極に（左）

メッキは、品物を陰極に（右）




上図のように陽極酸化ではＡｌの溶解した分だけＡｌ素地が減り、その約２倍のアルマイト層ができる。
メッキの場合は品物 の上に異種金属の膜が重なるものである。

３． 陽極酸化皮膜の構造

多孔質層は、実際にはハチの巣状の構造である。

４−４． 二次電解着色の原理

アルミニウムを陽極酸化して生成した多孔質層の孔の中に、金属 を電気化学的に析出させて着色皮膜を得る方法である。当社では、ニッケルを孔の中に析出させている。そのニッケルの量が多いとブラック、少ないとブロンズ色となる。

４−５． 陽極酸化処理浴の組成と条件

・硫酸（Ｈ２ＳＯ４）　　１３〜１７Ｗ／Ｖ％
・温度　　１９〜２３°Ｃ
・溶存アルミニウム量　　２０ｇ／Ｌ以下
・溶存塩化物量　　０．２ｇ／Ｌ以下
・電流密度　　７０〜１５０Ａ／�u
・電圧　　１３〜１８Ｖ
・時間　　約４０分 　　

４−６． 皮膜厚さの計算

生成する皮膜厚さは、次の式で計算できる。 皮膜厚さ（μｍ）＝０．３ｘ電流密度（Ａ/ｄ�u）ｘ時間（分）

４−７． 表面積の計算＝周囲長×長さ

枠付け面積＝１本当たり面積×本数
（例１）直径５０�oの丸パイプで長さが５０００�o（５ｍ）の ものの１本当たり面積は、０．０５×３．１４×５＝０．７８５�u
（例２）２５�oのアングルで長さが４０００�o（４ｍ）のものの１本当たりの面積は、０．１０×４＝０．４�u／本

５．後処理

１．封孔

文字の通り多孔質の孔を封じるもの。孔を封じることにより腐食しない様にすること。酢酸ニッケル５〜６ｇ／Ｌと添加剤を２〜３ｇ／Ｌ入れた９０°Ｃ以上の熱湯の中に１０〜２０分浸漬することにより封孔される。

２．電着塗装

水溶性塗料の中で、陽極酸化処理した品物の上に電気化学的に塗料を凝着させるもの。

電着塗装浴の組成と条件

・塗料分（アクリルーメラミン系水溶性樹脂）７〜１１％
・溶剤（イソプロピルアルコール、ブチセロソルブ等）３〜７％
・残り純水
・温度　１９〜２３°Ｃ
・電圧　１００〜２００Ｖ
・時間　２〜５分

６．アルマイトの標準工程表

左上から右横へ進みます

材料受入チェック→	枠付け→	脱脂→	水洗→	エッチング→	水洗→	中和
→電解 （アルマイト 処理）→	水洗→	水洗→	水洗→	着色→水洗 （シルバー仕様） 着色→水洗 （カラー仕様）	→封孔→	湯洗
→乾燥→	枠外し→	検査→	梱包→	出荷