CNC 機械加工ハウジングと陽極酸化処理を組み合わせると、通常、高品質の仕上げと優れた美的質感が得られますが、生産コストが高く、リードタイムが長くなるという問題があります。
スマートフォンの筐体を例にとると、CNCフライス加工では、最初の切削だけで30分以上かかり、仕上げ工程を含めると、全体のサイクルタイムは1時間近くになります。一方、ダイカスト加工では、成形に20～30秒しかかからず、仕上げ工程を含めても10～20分で完了します。ダイカスト加工では、金型を使用して高速成形を行うため、加工時間とコストを大幅に削減できます。ただし、ダイカストアルミニウムは陽極酸化処理が非常に難しいことで知られています。
ダイカストアルミニウムの陽極酸化処理が難しいのはなぜですか?
陽極酸化は電気化学的なプロセスです。合金部品が陽極として機能し、ステンレス鋼、クロム、または導電性電解質が陰極として機能します。電解質中の特定の電圧と電流条件下では、陽極は酸化され、ワーク表面に陽極酸化皮膜が形成されます。カラー陽極酸化には、通常、硫酸陽極酸化処理が必要です。
硫酸陽極酸化における材料制約
合金元素の存在は酸化皮膜の品質を低下させる可能性があります。同一条件下では、純アルミニウムは最も厚く、最も硬く、最も耐腐食性が高く、最も均一な酸化皮膜を形成します。最適な結果を得るには、材料中のアルミニウム含有量は通常95%以上である必要があります。
- 銅： 酸化膜が赤みを帯び、電解液の品質が低下し、酸化欠陥が増加します。
- シリコン： 特に含有量が4.5%を超えると、酸化膜が灰色に変わります。
- 鉄： 鉄は、その固有の特性により、陽極酸化処理後に表面に黒い斑点として現れます。
ダイカストアルミニウム合金
鋳造アルミニウム合金およびダイカスト部品は一般にシリコン含有量が高く、その結果、暗色の酸化皮膜が形成されます。無色透明な皮膜を得ることは事実上不可能であり、シリコン含有量が増加するにつれて、皮膜の色は薄い灰色から濃い灰色、そして最終的には黒っぽい灰色へと変化します。したがって、標準的な鋳造アルミニウム合金は装飾用陽極酸化処理には適していません。
一般的に使用されるダイカストアルミニウム合金は、主に次の 3 つのグループに分類できます。
- Al-Si合金: 主にYL102（ADC1）、YL104（ADC3、A360）が含まれます。
- Al-Si-Cu合金: 主にYL112（A380、ADC10）、YL113（A383、ADC12）、YL117（B390、ADC14）が含まれます。
- Al-Mg合金: 主に302（5180、ADC5、ADC6）を含みます。
Al-Si および Al-Si-Cu アルミニウム合金
名前の通り、アルミニウムの他にシリコンと銅が主要成分です。シリコン含有量は通常6%から12%で、主に溶融合金の流動性を向上させる役割を果たします。銅は2番目に多い元素で、強度と引張特性を向上させるために使用されます。鉄含有量は通常0.7%から1.2%に維持され、型から取り出す際の作業性を向上させます。
この組成のため、これらの合金は効果的に着色陽極酸化処理を施すことができません。脱珪処理を施しても、理想的な結果が得られることは稀です。さらに、Al-Si合金や高銅合金は安定した酸化皮膜を形成するのが難しく、結果として得られる層は鈍く灰色で、光沢が欠けていることがよくあります。
Al-Mgアルミニウム合金
Al-Mg合金は、高品質の酸化皮膜を形成でき、発色陽極酸化処理が可能な点で際立っています。これは他のダイカスト合金との重要な差別化要因です。しかしながら、いくつかの欠点も存在します。
- 陽極酸化皮膜は不均一で多孔性が高いため、最適な耐食性を実現することが困難です。
- マグネシウムは加工硬化と脆化を引き起こしやすく、伸びを低下させ、高温割れが発生しやすくなります。ADC5やADC6などの合金は凝固範囲が広く、収縮率が高いため、ひけ巣や割れが発生しやすくなります。鋳造性が低いため、複雑な形状のワークピースへの使用は制限されます。
- 市販のAl-Mg合金は、多くの場合、複雑な微量組成と低いアルミニウム純度を有しています。硫酸陽極酸化処理では、透明な保護膜ではなく、不透明な乳白色の保護膜が形成される傾向があり、染色性が低下します。
結論
まとめると、一般的に使用されているダイカスト用アルミニウム合金は、硫酸陽極酸化処理には適していません。ただし、これはすべてのダイカスト材料に当てはまるわけではありません。Al-Mn-Co系合金（例：DM32）やAl-Mn-Mg系合金（例：DM6）などの特殊合金は、ダイカスト性能と陽極酸化処理能力の優れたバランスを備えています。
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