アルミニウムの陽極酸化処理：知っておくべきことすべて

アルミニウムの陽極酸化処理では、アルミニウムまたはその合金の加工物を適切な電解液に浸し、アルミニウムを陽極、他の金属材料を陰極として作用させます。電流を流すと、アルミニウムの表面に酸化膜が形成されます。 

電解液の種類と濃度を選択し、酸化時のプロセス条件を制御することで、数十マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲で、様々な特性と厚さを持つ陽極酸化皮膜を実現できます。これらの皮膜は、化学酸化皮膜と比較して、耐食性、耐摩耗性、装飾性が大幅に向上します。

アルミニウムおよびその合金の陽極酸化処理に使用される電解液は、中程度の溶解能を持つ酸性溶液です。陽極酸化処理プロセスでは、2つの反応が同時に起こります。まず、陽極として機能するアルミニウム加工物は、水の加水分解によって生成された酸素原子と反応して酸化膜（Al₂O₃）は、以下に示すように電気化学反応によって生成されます。

H₂O – 2e ^– → [O] + 2H⁺

2Al + 3[O] → Al₂O₃

一方、電解質は新しく形成されたAlを継続的に溶解する。₂O₃ 映画に対する反応：

Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O

酸化皮膜の成長は、形成と溶解が連続的に繰り返される動的なプロセスです。より厚い酸化皮膜は、形成速度が溶解速度を上回った場合にのみ得られます。アルミニウムおよびその合金の陽極酸化皮膜の表面は、多孔質でハニカム状の二層構造を特徴としています。基材に隣接する内層は、緻密なAlです。₂O₃ 0.01～0.05μmの厚さの膜で、一般にバリア層と呼ばれ、高い硬度を示します。外層はAlからなる多孔質の酸化膜です。₂O₃ 硬度は低いですが、吸着性に優れた結晶水です。

アルミニウム陽極酸化皮膜の特性

多孔質陽極酸化皮膜中の微細孔は、金属表面に対して垂直に規則的に配列し、管状の構造を形成しています。例えば、厚さ10μmの硫酸陽極酸化皮膜では、孔径は通常20nm未満で、孔長は孔径の500倍以上になります。これらの孔は、細長い直管状の構造をしています。孔密度は1平方センチメートルあたり最大760億個に達し、親指の爪ほどの面積あたりの孔数は、世界人口の約10倍に相当します。

陽極酸化皮膜の多孔質構造と形態は、通常、高解像度の走査型電子顕微鏡を使用して直接観察され、さまざまな角度から皮膜の特性が明らかになります。

アルミニウムアルマイト処理

陽極酸化処理の典型的なプロセス アルミニウムおよびアルミニウム合金 次の手順が含まれます。

表面平坦化 → ラッキング → 化学脱脂 → すすぎ → 中和 → すすぎ → アルカリエッチング → すすぎ → 陽極酸化処理 → すすぎ → 染色または電解着色 → すすぎ → 封孔処理 → 機械研磨 → 検査

これは標準的なプロセスですが、要件や具体的な状況に応じて、特定の手順が調整または省略される場合があります。 陽極酸化法 中古。

表：硫酸陽極酸化処理の主要パラメータ

表： 化学酸化後の処理仕様

アルミニウム陽極酸化皮膜のシーリング

陽極酸化皮膜は多孔質構造と強い吸着特性を持つため、表面は汚染されやすく、特に腐食性媒体が細孔に入り込み腐食を引き起こす可能性があります。そのため、染色の有無にかかわらず、陽極酸化皮膜形成後には封孔処理を行い、細孔を封孔することで耐食性、絶縁性、耐摩耗性を向上させ、不純物や油分の吸着を低減する必要があります。一般的な封孔処理方法としては、温水封孔処理、蒸気封孔処理、重クロム酸塩封孔処理、加水分解封孔処理、充填封孔処理などがあります。

（1）温水シール

熱水封孔処理は、新たに形成された陽極酸化皮膜を沸騰水または沸騰に近い温度の水に一定時間浸漬する処理です。これにより皮膜は不活性化され、染料の吸着が抑制され、塗布された色は安定化されます。この原理は、非晶質アルミニウムの水和反応を利用しています。₂O₃

Al₂O₃+nH₂O → Al₂O₃ ・nH₂O

ここでは、 n 通常は1または3です。Al₂O₃ 水和物は一水和物（Al₂O₃ ・h₂O）の場合、体積は約33％増加する。三水和物（Al₂O₃ ・3H₂O）では、体積はほぼ2倍になります。この水和により、Alの体積が減少するため、細孔は閉じます。₂O₃ 表面や細孔壁が拡大します。

熱水シール工程

• 水温：90～110℃
• pH値：6～7.5
• 時間: 15～30分

水道水は酸化膜の透明度と光沢を低下させる可能性があるため、使用する水は蒸留水または脱イオン水である必要があります。

（２）高温蒸気シール

高温蒸気シーリングは、温水シーリングと同じ水和原理に基づいており、多孔質フィルムの体積膨張によって閉じます。その利点は以下のとおりです。

1. 熱水シールに比べてシールが速く、効率が高くなります。
2. 水質と pH への依存度が低くなります。
3. 温水シーリングでよく問題となる白灰の発生を軽減しました。
4. 染料の浸出や退色のリスクが低いため、染色陽極酸化皮膜に適しています。

蒸気シーリングの鍵は、必要な温度と湿度を確保するための機器設計と気密性にあります。温度は100℃以上、通常は115～120℃で、蒸気圧は0.7～1気圧（1気圧＝10⁵Pa）に制御する必要があります。表面の結露は避けなければなりません。化学反応速度論的に、温度を10℃上昇させると反応速度は約30%向上します。しかし、急速加熱（理想的には5分以内）と良好な断熱性が不可欠であり、高度な機器が必要となります。蒸気シーリングシステムの構築と運用コストが高いため、広く普及していません。

（３）二クロム酸塩シーリング

二クロム酸シーリングは、高温で強力な酸化力を持つ二クロム酸カリウム溶液中で行われる。AlとAlの反応により、₂O₃ 細孔壁と二クロム酸カリウム（K₂Cr₂O₇） 以下のとおりであります：

2アル₂O₃ +3K₂Cr₂O₇ + 5H₂O → 2AlOHCrO₄ + 2AlOHCr₂O₇ + 6KOH

得られた塩基性クロム酸アルミニウム、塩基性二クロム酸アルミニウム、および水和アルミナが、微細孔を総合的に封鎖します。プロセスの詳細は以下のとおりです。

処理された酸化膜は黄色く、優れた耐腐食性を備えているため、保護陽極酸化には適していますが、装飾的な染色フィルムには適していません。

（4）加水分解シーリング

加水分解シーリングは中国で広く利用されており、特に染色された酸化膜のシーリングに用いられています。これは、熱水シーリングの多くの欠点を克服できるためです。このプロセスでは、加水分解されやすいコバルト塩またはニッケル塩を酸化膜の細孔に吸着させ、そこで加水分解反応を起こして水酸化物沈殿物を形成し、細孔を封鎖します。

Ni₂ + 2H2O → Ni(OH)₂↓ + 2H⁺

Co₂ + 2H₂O → Co(OH)₂↓ + 2H⁺

得られたニッケルとコバルトの水酸化物はほぼ無色透明で、フィルムの元の色に影響を与えずに細孔を密閉するため、この方法は染色されたフィルムに最適です。

（５）充填シール

上記の方法に加え、陽極酸化皮膜は、透明ワニス、溶融パラフィン、樹脂、乾性油などの有機材料で封孔処理することができます。例えば、シリコーンオイルは硬質陽極酸化皮膜の絶縁性を高め、シリコーングリースは表面の防塵効果を高めます。また、脂肪酸や高温グリースは赤外線反射板に使用し、4～6μmの波長域における吸収損失を防ぎます。用途に応じて様々な有機封孔処理剤が開発されています。