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表面処理とは?表面処理の選定方法についても紹介!

表面処理とは?表面処理の選定方法についても紹介!

表面処理とは?表面処理の選定方法についても紹介!

表面処理にはさまざまな方法があり、それぞれ異なる性質を向上させることができます。

使用する材料の材質や形状、使用する場合によって処理方法を変えなければいけません。

では表面処理にはどのような種類があり、どのように処理方法を選定しなければいけないのかを説明していきます。

目次
  1. 表面処理とは
  2. 表面処理の種類を紹介
  3. 素材の表面を化学反応させる方法
  4. 表面の組織を変えず化学反応させる方法
  5. 元素を染み込ませる方法
  6. 表面に物質を付加加工する方法
  7. 表面処理の選定方法
  8. 材料と表面処理の相性の確認
  9. 表面処理ができない相性について
  10. 表面処理による劣化は生じることがあるのか
  11. 表面処理箇所の状態
  12. 表面処理の適応しない状態

これだけは知っておきたい表面処理のポイント

  • 表面処理をおこなうことによって様々な性質を向上させることができる
  • 使用する材料の材質と処理方法の相性を確認しないと効果が充分に得られない場合がある
  • 材料や使用したい場面によって加工法を使い分ける必要がある

表面処理とは

加工された素材の用途に応じて、表面の性質を高めるために行われる機械工作法の一種です。

この工程によって向上できる性質は、硬さや耐摩耗性、潤滑性、耐食性、耐酸化性、耐熱性、絶縁性、密着性などがあります。他にも装飾性や美観など見た目を良くするために行われることもあります。

表面処理の種類を紹介

表面処理の種類は大きく分けて8つに分類されます。

・金属皮膜処理
・非金属皮膜処理
・陽極酸化処理
・化成処理
・鋼の表面硬化処理
・化学研磨
・ラミネート加工
・シボ加工

それぞれ使用する素材や性質、場面などによって使い分ける必要があります。処理方法によっては、違う場面で使うと危険ということもあるのでしっかり使い分けなければいけません。細かくみていきましょう。

素材の表面の化学反応させる方法

素材表面の化学反応させる方法としては陽極酸化処理や化成処理があります。例えばアルミニウムを陽極酸化した場合には、耐摩耗性や耐食性(錆びにくさ)が向上します。また、化成処理では防錆性や塗装下地、塑性加工時の潤滑などの効果を発揮します。

表面の組織を変えず化学反応させる方法

表面の組織を変えずに化学反応させる方法としては、高周波焼入れや炎焼入れなどの表面焼入れなどがあります。表面焼入れは表面を急速加熱・急速冷却するだけで、表面の組成は全く変化しませんが、耐摩耗性および耐疲労性がかなり向上します。

元素を染み込ませる方法

熱拡散によって他の元素が表面から染み込む表面処理です。

浸炭処理や窒化処理があります。元素濃度は表面から内部に向かって減少していきます。材料の中ではっきりとした元素の境界線はなく、グラデーションの様になっています。

表面に物質を付加加工する方法

メッキや塗装のような、私たちの生活に馴染みのある様な加工方法です。

材料表面に材料とは全く異なる処理層を形成する表面処理で、材料と処理層の境界が明確なのが特徴です。

表面処理の選定方法

使用する材料の材質や形状、使用する場面によって処理方法は大きく変わってきます。

確認すべきポイントがいくつかあり、使用したい材料や使用したい場面などを考慮する必要があります。

材料と利用したい表面処理方法の相性

→ 銅製品にはメッキは有効であるものの、浸炭処理との相性は悪く、不可とされています。

利用したい表面処理によって材料が劣化することはないか

→ 処理温度が高い場合、材料の種類によっては軟化、脆化、変形などを生じる恐れがあります。

材料の表面状態は利用したい表面処理に適しているか?

→ 表面が油脂類やさびなどで汚れている場合は、表面処理の邪魔になる可能性があるため、あらかじめ除去する必要があります。
また材料表面の粗さは、塗装や溶射のように粗い方がいい場合と、PVDのように滑らかな方がいい場合があります。

材料形状は、利用したい表面処理に適しているか?

→ 形状が複雑な材料や細孔内面、隙間側面などに表面処理を施さなければならない場合は全面を均一に処理することは難しいです。そのため電気メッキやPVDは不可とされています。

利用したい表面処理は、処理対象となる材料の使用環境に適合しているか?

→ 酸化する様な場面でメッキを施した材料を使用すると、メッキが剥がれてしまうので環境に適しているとはいえませんよね。

他にも高周波焼入品は、使用温度が200℃以上になると軟化現象を呈するなど、注意が必要です。

これらの点をしっかり考慮して表面処理を行わなければ、どんなにすごい加工をしても効果的とはいえません。

材質や形状、特性、使用したい場面などを考えて加工法を選定する必要があるのです。

材料と表面処理の相性の確認

表面処理の効果をしっかりと享受するには、材料によってどのような表面処理との相性が良いのか、また相性が悪いのかをしっかり確認しなければなりません。

確認する項目としては

・材料の素材
・材料の形状
・処理温度
・使用場面

などです。

例えば、素材や形状だけを見ると相性が良いが、処理温度が高いので材料が軟化してしまう。この様な状態なら決して相性が良いとはいえません。

ほかにも、表面処理を施すことで化学反応を起こしてしまい、本来期待していた効果が得られないのも相性が悪いと言えます。

表面処理ができない相性について

表面処理を施すことによって、本来得られる効果とは違い、処理後に目的としていない様な変化が起こってしまう様な処理は相性が悪いといえます。そのため、表面処理の種類だけでなく、材質と表面処理の相性についてもしっかり理解しておく必要があります。

表面処理による劣化が生じることがあるのか

表面処理方法と材料の相性が悪ければ当然劣化します。例えば化学反応を起こしてしまったり、材料自体が脆くなってしまう場合です。

ほかにも、例え表面処理方法と材料の相性が良くても経年劣化してしまう場合もあります。これは定期的な点検やメンテナンス等でカバーするしかないので注意が必要です。

表面処理箇所の状態

どのような表面処理を施すかによって、材料の表面の状態は変わってきます。

また材料と表面処理方法の違いによって化学反応が起きると、処理を行なっていない箇所との違いが生まれます。

表面処理の適用しない状態について

すべての材料で表面処理を施すことができるかといわれると、そういう訳ではありません。表面処理の適用しない状態としては、材料自体が劣化している場合などです。いくら表面処理で硬化させても材料自体が劣化していたら、硬化させるより新しい材料を使った方が明らかに強度は増します。

まとめ

表面処理は材料に対して、様々な処理を加えることにより材料の性質を向上させることができる加工法です。処理方法の選定に重要なポイントは

  • 材料と相性の良い処理方法か
  • 使用する場所で効果を発揮することができるか
  • 選定した処理方法で材料が劣化しやすくならないか

上記3点です。

表面処理方法を選定する場合は、上記のポイントを考えて選定しないと、充分な効果を得られません。材料の材質や特性、表面処理をおこなうことによってどのような変化がおきるのかをしっかり見極める必要があります。実際の製作事例を見ると具体的な処理後のイメージもつくので、ぜひ見てください。

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