アルミニウムとその合金のクロムめっき方法

クロームメッキとは、他の金属（アルミニウムなど）にクロームメッキを施すことです。これにより、表面の硬度や耐久性を高め、腐食を防ぎ、さらにお手入れを簡単にすることができます。この記事では、アルミニウムにクロムメッキを施す方法をステップ・バイ・ステップでご紹介します。

クロームとアルミニウムの概要

クロムは銀白色の金属で、強い不動態化特性を持つ。大気中で速やかに保護酸化膜を形成し、長期にわたって輝きを保つことができる。クロムは、アルカリ、硝酸、硫化物、炭酸塩、有機酸などの腐食性媒体に対して非常に安定している。クロムは、高硬度（800HV）、優れた耐食性、優れた耐熱性などのユニークな特性を持っており、保護・装飾塗料として広く使用されている。

アルミニュームの利点m およびその合金は、高強度、低比重、軽量、加工のしやすさなどが特徴である。高い強度対重量比を必要とする部品や、機械加工が難しい複雑な鋳造部品にすることができる。しかし、アルミニウムとその合金には、粒界腐食、表面硬度の低さ、耐摩耗性の低さといった欠点がある。これらの弱点を克服し、アルミニウム部品の寿命を延ばすために、電気めっきを使用して表面にクロム皮膜を析出させることができる。

アルミクロムメッキ加工

アルミニウムにクロームメッキはできるのか？答えはもちろんイエスである。アルミニウムの電気めっきが厄介であることはよく知られていますが、この問題の根本的な原因は、この金属の非常に活性な化学的挙動にあります。アルミニウムは電気化学的に非常にマイナスの電位（-1.67V）を持ち、酸素との親和性が強く、酸化しやすいため、この金属を扱うのは厄介なのです。また、ほとんどの金属に比べてアルミニウムの膨張係数が高いことも、めっき層の内部応力の一因となっている。アルミニウムは両性金属であるため、酸性とアルカリ性のどちらの環境でも不安定です。その上、アルミニウム部品の表面には、一般的に亀裂や微細孔からの残留電解質が含まれており、めっき層の密着性に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、アルミニウムの電気めっきを成功させる鍵は、密着性の問題を解決することにあります。

アルミニウムとその合金の前処理は、高品質の被膜を作るために必要である。表面が遵守すべき条件は以下の通りである：

• 酸化や油汚れのない、完全にクリーンな表面。
• アルミニウムに直接接触する金属は、アルミニウムの格子定数に非常に近く、原子半径が比較的小さいものでなければならない。

クロムメッキ・アルミニウム・オペレーション

のためのステップバイステップガイド クロムメッキ アルミニウムは以下の通り：

1. 有機溶剤による脱脂

一般的に使用される有機溶剤には、ガソリン、四塩化炭素、トリクロロエチレンなどがある。表面の油汚れは、浸漬、手作業によるブラッシング、超音波洗浄などで除去できる。

ここでは、ガーゼとガソリンを使って部品表面の油汚れを拭き取る。

2. アルカリ洗浄による脱脂

アルミニウム部品表面の油汚れを除去し、表面の酸化皮膜を溶解し、マトリックスの結晶化を露出させ、部品をメッキ前の理想的な表面状態にする。

水酸化ナトリウム	15-20 g/L
炭酸ナトリウム	15-20 g/L
リン酸ナトリウム	15-20 g/L
ケイ酸ナトリウム	5-10 g/L
腐食防止剤	適切な量
温度	60-70 ℃
時間	1～3分

3. 酸洗いと光沢加工

この作業の目的は、アルカリ腐食による残留物やその他の表面汚染物質を除去し、基材の結晶構造が完全に露出するようにすることである。基材によって、異なる溶液調製法を選択する必要がある。

条件	純アルミニウムおよびアルミニウム合金	鋳造アルミニウムおよび高シリコン含有アルミニウム	アルミニウムおよびアルミニウム・マグネシウム合金
硫酸	該当なし	該当なし	25%
硝酸	50%	75%	50%
フッ化水素酸	該当なし	25%	該当なし
温度	室温。	室温。	室温。
時間	1～2分	30-50s	3～5分

4. ジン・ニッケル浸漬フィルム

私たちは亜鉛-ニッケル合金の一次浸漬法を採用しています。化学亜鉛-ニッケル合金プロセスは亜鉛塩浸漬法から発展したもので、化学亜鉛塩浸漬法の欠点の多くを克服しています。様々なアルミニウムやアルミニウム合金部品の前処理に適しています。化学亜鉛-ニッケル処理後、得られる合金変位層は緻密で明るい結晶構造、良好な密着性を持ち、有毒なシアン化銅の前めっき工程が不要になります。さらに、この方法は、処理中の溶液廃棄物が少なく、洗浄が容易で、操作がよりユーザーフレンドリーです。

溶液の調製法は以下の通り：

酸化亜鉛	5-15 g/L
水酸化ナトリウム	85-120 g/L
酒石酸ナトリウムカリウム	10-15 g/L
塩化第二鉄	2 g/L
硝酸ナトリウム	1-1.5 g/L
塩化ニッケル	15-20 g/L
添加物	3 g/L
温度	室温。
時間	1～1.5分

塩化第二鉄を含む亜鉛-ニッケル合金溶液を使用すると、密着性と耐食性を向上させることができる。溶液を調製する際には、塩化第二鉄と酒石酸ナトリウムカリウムを別々に溶解してから混合し、塩化第二鉄の加水分解と沈殿を防ぐ。

5. HEDP銅めっき

亜鉛-ニッケル浸漬によって得られる化学変位層は非常に薄い。電気めっき液が亜鉛層に浸透してアルミニウム基材を腐食させると、質の悪いめっき皮膜になる。また、電気めっき層自体にもある程度の靭性が求められます。

きめ細かく、光沢のある、緻密な結晶組織と良好な密着性を実現するには、部品にHEDP銅めっき処理を施す必要がある。この工程は、亜鉛-ニッケル合金層上に強固な密着性を持つ銅層を析出させ、クロムめっきと下地との強固な結合を確保するのに役立つ。

溶液の調製方法と条件は以下の通り：

銅	9-14 g/L
HEDP(60%)	140-180 g/L
炭酸カリウム	40-70 g/L
pH値	8-10 g/L
電流密度	1-2 A/dm2
温度	20-40 ℃
時間	0.5～2分

部品基材の表面品質が高い場合、またはコーティング品質に対する要求が特に厳しくない場合は、HEDP銅めっき工程を省略し、光沢銅を直接めっきすることができます。

6. 光沢銅メッキ

このプロセスの陽極はリン銅板であり、硫酸銅めっきプロセスは、ワークの輝度を向上させ、ニッケルめっき時間を短縮するために使用される。

硫酸銅	150-190 g/L
硫酸	60-80 g/L
ブライトナー	適切な量
電流密度	1-2 A/dm2
温度	室温。
時間	5～15分

7. ニッケルめっき

ニッケルめっき液は、不純物、特に有機汚染物質が多すぎないように注意深く管理する必要がある。さもなければ、めっきに気泡が発生したり、剥離したりする可能性があり、めっき皮膜のもろさを増大させる可能性がある。

ニッケルめっき浴中の一次光沢剤と二次光沢剤は、めっきの硬度と張力を低下させるため、適切にバランスさせる必要があります。これにより、めっきの内部応力を最小限に抑え、延性を向上させることができます。

硫酸ニッケル	180-260 g/L
塩化ニッケル	25-35 g/L
ホウ酸	25-30 g/L
ブライトナー	適切な量
電流密度	2-4 A/dm2
温度	45-55 ℃
時間	5～8分

8. クロムメッキ

クロムめっきの配合は、使用する前めっき工程によって適切な調整が必要である。さらに、プロセスで使用される添加剤の違いにより、めっきの外観が大きく変化することがあります。

メッキ後、水素除去処理が必要。焼き付け温度は160℃、焼き付け時間は1時間とする。この水素除去処理により、めっき層と基板との間に形成される内部応力を除去し、両者の密着強度を向上させることができる。

無水クロム酸	100-180 g/L
硫酸	0.3-1.2 g/L
希土類添加物	1.5-2.0 g/L
電流密度	40～45 A/dm2
温度	50-55 ℃
時間	5～8分

クロムめっき性能試験

クロムめっき層は、優れた耐食性と滑らかで光沢のある外観を提供するだけでなく、強力な密着性、高い硬度、優れた耐摩耗性を提供する。

クロムめっきの密着性試験には、加熱、曲げ、衝撃などの方法がある。試験後、剥離や層間剥離は観察されず、良好な接着性を示した。

硬さ試験は、部品のサイズ、基材の材質、めっきの厚さ、圧痕の直径、加えられる荷重などの要因を考慮する必要がある。めっき層の硬度測定には、ビッカース硬度計が一般的に使用される。厚さにもよるが、圧痕の深さがめっき厚さの1/7～1/10になるように、5g～200gの荷重をかける。100µmより厚いクロムめっき層には、ロックウェル硬度計を使用することができる。

耐摩耗性は通常、厚み減少、質量減少、体積摩耗、研磨媒体消費、切削厚み時間、放射性同位体法などを用いて評価される。

ビッカース硬度7355MPaから7845MPaのクロムめっきは、顕著な耐摩耗性を示すことが実験で示されている。また、クロムめっきの厚さも耐摩耗性と直接的な関係があり、皮膜の耐用年数に影響する。