表面処理の基礎
表面処理は種類が多く、名前を並べただけでは頭に入りません。 このページは「そもそも何のための処理なのか」から始めて、処理の種類を一覧で見比べ、 目的から候補を絞れるところまでを一続きにしています。
そもそも
表面処理の目的は、大きく4つに分かれます。錆を防ぐ（防錆）、見た目を整える（外観・意匠）、 表面を強くする（硬さ・耐摩耗）、機能を持たせる（導電、絶縁、潤滑、はんだ付け性）。 加工で減った寸法を戻すという用途もあります。
同じ部品でも、優先する目的が違えば正解が変わります。防錆が最優先なら亜鉛系、外観が最優先なら塗装系、 硬さが最優先ならクロムやニッケル系。この優先順位を言葉にせずに処理名だけを決めると、 後から「外観が足りない」「寸法が変わってしまう」と巻き戻ります。
処理は数十種類ありますが、皮膜がどうやってできるかで整理すると、性質はほぼ予測できます。
素地の上に別の物質を積む。めっきと塗装。
厚みが付くぶん寸法が増える。膜が破れればそこから錆びる（亜鉛系を除く）。
素地の金属そのものを反応させ、表面を別の化合物に変える。化成処理、アルマイト。
素地と一体なので剥がれにくい。ただし薄く、単独では防錆力に限りがある。
物質を足さず、表面の状態を物理的に変える。ブラスト、研磨、ショットピーニング。
寸法は減る方向。前処理にも、それ自体が仕上げにもなる。
ここを分けて理解しておかないと、処理の選定で判断を誤ります。塗装のように膜で水と酸素を「遮断」するやり方と、 亜鉛めっきのように鉄より先に錆びる金属を置いて「身代わり」にするやり方です。 亜鉛めっき＋クロメートや、電着塗装の下塗り＋上塗りのように2つ重ねるのは、この違いを補い合うためです。
防錆には性格の違う2つのやり方があります。膜で遮断するか、身代わりにするか。
膜が水と酸素を物理的に遮ります。強力ですが、膜が破れればその場所から錆び、 塗膜の下へ錆が潜って広がります。傷や打痕が避けられない部品では弱点になります。
亜鉛は鉄より先に腐食します。傷で鉄が露出しても、周囲の亜鉛が身代わりになって溶け、 鉄の腐食を抑えます。多少の傷なら守られるため、傷が入る前提の部品に向きます。
同じように傷を入れた2枚。塗装した側（左）は傷から赤錆が広がり、塗膜の下まで浮いています。 亜鉛めっきした側（右）は傷まわりに白い腐食生成物が出ているだけで、鉄の赤錆は出ていません。 亜鉛が身代わりに溶けているためです。
種類を網羅する
主要な処理を系統ごとに並べます。膜厚や耐食時間といった数値は、材質、形状、評価方法で変わるため、ここでは断定しません。 代わりに「何のための処理か」「寸法がどう動くか」「選んだときに何が問題になるか」を並べています。
浸炭、窒化、高周波焼入れといった表面硬化は、素地の組織そのものを変える熱処理です。 皮膜を作る処理とは工程も外注先も別になるため、このサイトでは扱っていません。 硬さが必要な場合でも、皮膜で対応するのか熱処理で対応するのかは、まず設計側で分けてください。
鉄が錆びる前に亜鉛が身代わりになる。傷が入る前提の部品に向く。
| 処理 | 何のための処理か | 皮膜 | 寸法への影響 | 母材 | 選んだときに効いてくる制約 |
|---|---|---|---|---|---|
| 電気亜鉛めっき | 防錆。もっとも一般的な鉄部品の防錆処理 | 乗せる | 薄い。ねじや圧入部でも扱いやすい | 鉄系 | 皮膜が薄く屋外の長期防錆には限界。後処理の指定が必須 |
| 溶融亜鉛めっき（どぶづけ） | 防錆。屋外・大型鋼材の長期防錆 | 乗せる | 厚い。垂れやたまりで均一にならない | 鉄系 | ねじは素通しでは通らない。薄板は熱で歪む。袋構造は破裂の危険 |
| 亜鉛ニッケルめっき | 防錆。亜鉛では届かない耐食要求に | 乗せる | 薄い | 鉄系 | 対応できる処理業者が限られる。コストが上がる |
| クロメート（化成処理） | 亜鉛そのものの腐食を遅らせる後処理 | 素地を変える | ほぼ影響なし | 亜鉛めっきの上 | 六価と三価で守り方が違う。単独では使わない |
防錆ではなく、硬さ、耐摩耗、膜厚の均一性を狙う処理。
| 処理 | 何のための処理か | 皮膜 | 寸法への影響 | 母材 | 選んだときに効いてくる制約 |
|---|---|---|---|---|---|
| 無電解ニッケルめっき | 膜厚の均一性、硬さ、耐食。複雑形状や精密部品 | 乗せる | 均一に付く。処理後の寸法を計算しやすい | 鉄系、アルミ、銅系 | 単価が高い。リン含有率の指定がないと期待した特性にならない |
| 硬質クロムめっき | 硬さ、耐摩耗。シャフト、ロッド、金型 | 乗せる | 厚めに付けて研磨で仕上げる前提 | 鉄系 | 皮膜のクラックから錆びる。防錆は別に考える。六価浴の規制 |
| 溶射 | 厚い皮膜、摩耗した部位の肉盛り補修 | 乗せる | 非常に厚い。研削で仕上げる前提 | 鉄系ほか | 密着は素地の凹凸に頼る。前処理が甘いと剥がれる |
| ブラスト・研磨 | 表面を粗くする／滑らかにする。前処理にも仕上げにも | 削る・叩く | 研磨は素地を削る。エッジが丸くなる | ほぼすべて | 言葉では揃わない。面粗さか限度見本で指示する |
| ショットピーニング | 疲労強度を上げる。ばね、歯車、シャフト | 削る・叩く | 面粗さが粗くなる | 鉄系 | ブラストと混同されやすいが目的が違う。当たらない面には効果がない |
ステンレスは錆びない金属ではない。不動態皮膜が壊れれば錆びる。
母材が限られる処理と、寸法をほとんど変えずに色を付ける処理。
| 処理 | 何のための処理か | 皮膜 | 寸法への影響 | 母材 | 選んだときに効いてくる制約 |
|---|---|---|---|---|---|
| アルマイト（陽極酸化） | アルミの防食、意匠、硬さ、絶縁 | 素地を変える | 外形は増え、穴は小さくなる | アルミのみ | 合金種が違うと色が揃わない。皮膜は電気を通さない |
| 黒染め（四三酸化鉄皮膜） | 寸法を動かさずに黒くする | 素地を変える | ほぼ影響なし | 鉄系 | 防錆力は低い。防錆油とセットが前提 |
| リン酸塩処理（パーカー） | 塗装の下地、摺動のなじみ、鍛造の潤滑下地 | 素地を変える | 薄い | 鉄系 | 単独では防錆にならない。塗装や油と組み合わせる |
選び方
「電気亜鉛めっきでいいですか」と聞かれても、処理先は答えられません。 何を優先したいのか、どこに傷が入るのか、公差が効くのはどこか。そこから逆に候補が決まります。
01打痕、擦れ、エッジの露出が避けられない部品。膜で遮断するだけの処理を選ぶと、傷が入った瞬間にそこから錆びます。身代わりになる金属を置く考え方が要ります。
塗装だけで済ませること。膜が破れた箇所から錆が塗膜の下へ広がります。
02袋形状、箱物、溶接構造。スプレーでは奥まで塗料が届かず、静電でも凹部は薄くなります。液と電気が届くかどうかで処理を選びます。
静電スプレーだけに頼ること。深い凹部と内側の角が薄くなり、そこから錆びます。
03外装、什器、機械カバー。意匠が要求される部品です。ただし塗膜は破れれば錆びるので、防錆をどこで確保するかを別に決める必要があります。
塗装だけで防錆まで担わせること。下地（化成処理、電着下塗り）を先に決めてください。
04摺動部、シャフト、金型。防錆とはまったく別の話になります。硬い皮膜は防錆しないことが多く、寸法も後加工で出す前提になります。
硬いから錆びないと考えること。硬質クロムは皮膜のクラックから下地に水分が達します。
05はめあい、ねじ、圧入部を持つ精密部品。厚い皮膜は選べません。処理後に再加工できない前提で、皮膜の薄さから逆算します。
膜厚を上げて防錆を稼ぐこと。ねじが入らなくなる、という別の問題に置き換わります。
06母材がアルミなら、選べる処理が変わります。鉄用の処理はそのまま使えません。合金種によって仕上がりも変わります。
亜鉛めっきを指定すること。アルミには付きません。
読む順番
一覧で全体を見たあとは、系統ごとに読み進めてください。前の記事が次の記事の前提になっています。
STEP 01
何のために表面を処理するのか、皮膜がどうやってできるのか。前処理と膜厚は、どの処理を選んでも必ず効いてきます。
STEP 02
鉄部品の防錆でもっとも使われるのが亜鉛系です。亜鉛が身代わりになる仕組みと、それを守るクロメートまでを一組で理解します。
STEP 03
防錆以外の目的で使う処理です。硬さを出す、膜厚を揃える、寸法をほとんど動かさない、アルミを処理する。それぞれ代えのきかない役割があります。
STEP 04
ステンレスは錆びない金属ではありません。表面の不動態皮膜が壊れれば錆びます。鉄用の処理をそのまま当てはめると判断を誤ります。
STEP 05
塗装は膜で遮断する処理です。膜が破れれば錆びるため、下地に何を入れるかで防錆性能が決まります。あわせて、塗料の種類と塗り方（静電・電着・スプレー）は別の軸だという点も押さえてください。
STEP 06
知らないまま進めると、納入検査を通ったあとで壊れる。そういう種類の話です。高強度部品を扱うなら必ず読んでください。
処理が分かっても、見積は取れません。図面に何を書くか、候補先に何を伝えるか、業者を変えるときに何を確認するか。 そこからは実務の話になります。