表面処理の選択は、すべての設計者が直面する課題です。利用可能な表面処理オプションは多岐にわたり、高度な設計者は、設計の経済性や実用性だけでなく、組み立て工程や環境要件にも注意を払う必要があります。以下では、上記の原則に基づき、ファスナーに一般的に使用されるコーティングについて簡単に紹介します。ファスナーの実務担当者の皆様のご参考になれば幸いです。
1. 電気亜鉛めっき
亜鉛は、商業用ファスナーに最も一般的に使用されるコーティングです。価格は比較的安価で、外観も良好です。一般的な色は黒とミリタリーグリーンです。しかし、耐食性は平均的で、亜鉛めっき(コーティング)層の中では最も低い耐食性です。一般的に、亜鉛めっき鋼板の中性塩水噴霧試験は72時間以内に行われますが、特殊なシーリング剤を使用することで、中性塩水噴霧試験が200時間以上持続するようにすることも可能です。ただし、価格は高価で、通常の亜鉛めっき鋼板の5~8倍です。
電気亜鉛めっき処理は水素脆化を起こしやすいため、10.9級以上のボルトは一般的に亜鉛めっき処理されません。めっき後にオーブンで水素を除去することは可能ですが、60℃以上の温度では不動態皮膜が損傷するため、水素除去は電気めっき後、不動態化処理前に行う必要があります。この方法は操作性が悪く、処理コストも高くなります。実際には、特定の顧客から指示がない限り、一般的な生産工場では積極的に水素除去は行っていません。
亜鉛メッキされた締結具は、トルクと予締め力の一貫性が低く不安定であるため、一般的に重要な部品の接続には使用されません。トルク予圧の一貫性を向上させるために、メッキ後に潤滑剤を塗布する方法も有効です。
2. リン酸塩処理
基本的な原則として、リン酸塩処理は亜鉛めっきに比べて比較的安価ですが、耐食性は亜鉛めっきに劣ります。リン酸塩処理後には油を塗布する必要があり、その耐食性は塗布する油の性能に大きく左右されます。例えば、一般的な防錆油を塗布して中性塩水噴霧試験を行った場合、リン酸塩処理後の耐食性はわずか10~20時間です。一方、高級防錆油を塗布した場合は72~96時間かかることもあります。ただし、高級防錆油の価格は一般的なリン酸塩処理油の2~3倍になります。
締結部品のリン酸塩処理には、亜鉛系リン酸塩処理とマンガン系リン酸塩処理の2種類が一般的に用いられています。亜鉛系リン酸塩処理はマンガン系リン酸塩処理よりも潤滑性能に優れ、マンガン系リン酸塩処理は亜鉛めっきよりも耐食性と耐摩耗性に優れています。使用温度範囲は華氏225~400度(摂氏107~204度)です。特に、エンジンのコネクティングロッドボルトとナット、シリンダーヘッド、メインベアリング、フライホイールボルト、ホイールボルトとナットなど、重要な部品の接続に適しています。
高強度ボルトにはリン酸塩処理が施されており、これにより水素脆化の問題も回避できます。そのため、工業分野で使用される10.9級以上のボルトは、一般的にリン酸塩表面処理が施されています。
3.酸化(黒ずみ)
黒染め+油塗りは、最も安価で燃料消費前の見た目も良いため、工業用ファスナーによく用いられるコーティング方法です。しかし、黒染め処理のため防錆効果がほとんどなく、油を塗らないとすぐに錆びてしまいます。油を塗っても、塩水噴霧試験は3~5時間しか持ちません。
4. 電気めっき仕切り
カドミウムめっきは、他の表面処理と比較して、特に海洋大気環境において優れた耐食性を有しています。しかし、カドミウムめっき工程における廃液処理コストが高く、亜鉛めっきの約15~20倍の価格となるため、一般産業では使用されず、特定の環境下でのみ用いられます。例えば、石油掘削プラットフォームやHNA航空機に使用される締結部品などが挙げられます。
5. クロムメッキ
クロムめっきは大気中で非常に安定しており、変色や光沢の喪失が少なく、高い硬度と優れた耐摩耗性を備えています。ファスナーへのクロムめっきは、一般的に装飾目的で使用されます。高品質のクロムめっきファスナーはステンレス鋼と同等のコストがかかるため、高い耐食性が求められる産業分野ではほとんど使用されません。ステンレス鋼の強度が不十分な場合にのみ、クロムめっきファスナーが代替として使用されます。
腐食を防ぐため、銅やニッケルはクロムめっきの前にめっき処理を施す必要があります。クロムめっきは華氏1200度(摂氏650度)の高温に耐えることができますが、電気亜鉛めっきと同様に水素脆化の問題があります。
6. ニッケルメッキ
主に、防食性と優れた導電性の両方が求められる箇所で使用されます。例えば、自動車用バッテリーの出力端子などです。
7. 溶融亜鉛めっき
溶融亜鉛めっきは、溶融亜鉛を熱拡散させてコーティングする技術です。めっき層の厚さは15~100μmで、制御は容易ではありませんが、耐食性に優れているため、様々な工学分野で広く用いられています。溶融亜鉛めっき工程では、亜鉛くずや亜鉛蒸気など、深刻な汚染が発生します。
コーティングが厚いため、ファスナーの内ねじおよび外ねじへのねじ込みが困難になるという問題があります。溶融亜鉛めっき処理の温度が高いため、10.9級(340~500℃)以上のファスナーには使用できません。
8. 亜鉛の浸透
亜鉛浸透めっきは、亜鉛粉末を用いた固体冶金熱拡散コーティングです。均一性に優れ、ねじ部と止まり穴の両方で均一な層が得られます。めっき厚は10~110μmで、誤差は10%以内に抑えられます。基材との密着強度と耐食性は、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、ダクロメットなどの亜鉛めっきの中でも最高レベルです。また、処理工程は無公害で、最も環境に優しい方法です。
9. ダクロメット
水素脆化の問題はなく、トルク予圧の安定性も非常に優れています。クロムや環境問題を考慮しなければ、ダクロメットは高い耐腐食性が求められる高強度締結部品に最も適しためっき法と言えるでしょう。
投稿日時:2023年5月19日