機械工は適切な処置を講じる 表面仕上げ さまざまな製造ニーズを満たすために、設計要件に応じて加工された金属部品に加工します。
表面処理の多くは、部品または製品表面の美観と摩擦を向上させる機能を兼ね備えています。しかし、これにより部品の寸法が変化し、アプリケーションにおける部品の適合性や使用性に悪影響を及ぼします。
数ある表面処理の中でも、黒色酸化皮膜は寸法変化に強いという問題を解決します。Tirapidでは、黒色酸化皮膜の応用分野、動作原理、分類など、黒色酸化皮膜に関する様々な情報をご紹介し、黒色酸化皮膜に関する疑問にお答えします。
黒色酸化皮膜とは
黒色酸化皮膜は、化学溶液を用いて表面処理を行うプロセスです。表面処理の形成を促進するために、水酸化ナトリウム（NaOH）と亜硝酸ナトリウム（NaNO₂）のアルカリ性化学溶液が使用されます。
黒色酸化皮膜処理された部分は黒色となるため、黒化、黒化処理、黒色不動態化とも呼ばれます。
表面処理によって生じる黒色のコーティングは、一般的にマグネタイトと呼ばれる化学反応によって生成されます。メカニックは、特定の用途において、美観と保護の観点から黒色酸化皮膜仕上げを選択することがよくあります。
黒色酸化処理のプロセスフロー
他の工程と比較すると、黒化処理は比較的簡単です。では、黒色酸化皮膜処理はどのように行われるのでしょうか？Tirapidがご紹介する処理手順は以下のとおりです。
1. 部品の表面を清掃する
精密部品の表面には加工痕や汚れが残ることがあります。コーティング剤をワーク表面にしっかりと密着させるには、表面洗浄が必要です。
2 部品の表面を酸性化する
これは、汚れだけでなく、酸化した不純物（錆以外）を除去するための追加ステップです。より深い洗浄には、クエン酸やリン酸などの酸性溶液がよく使用されます。
3. 水で洗い流す
洗浄と酸処理の工程の後、部品は蒸留水で洗浄できます。この工程は主に、部品の表面を清潔にし、コーティングの密着性を高めることを目的としています。
4. 黒ずみ風呂に浸かる
通常、機械工は適切な化学溶液の選択に応じて、金属部品に適切な浸漬処理を施します。この際、適切な温度によって部品のコーティング反応も促進されます。
5. 後処理
金属部品は黒色コーティングで仕上げられ、錆びやすい部品の防錆効果を高めます。部品の種類によっては、機械工がオイル塗布を行います。（一部の部品にはワックスを使用する場合もあります）
上記の手順は黒色化成処理の基本的な手順であり、一部の手順は繰り返して行うことができます。例えば、部品表面の汚れの洗浄は、部品の表面処理において重要な役割を果たします。全体として、黒色化成処理のプロセスは他の表面処理よりも単純ですが、プロセスの各ステップは最終的な黒色化成処理の効果に関係しています。
黒色酸化皮膜の分類
黒色化成皮膜処理は温度と切っても切れない関係にあります。温度によって効果が異なり、高温黒色化成皮膜処理、中温黒色化成皮膜処理、常温黒色化成皮膜処理があります。Tirapidでは、次にそれぞれの特徴、メリット、デメリットをご紹介します。
熱黒色酸化コーティング
熱黒化成処理では、285～315℃の温度設定が可能です。高温処理により、金属部品は化学反応に必要な変換条件に迅速に到達します。
金属部品の表面に黒色の表面物質が生成された場合、それは化学反応の形で所望の効果が得られていることを意味します。この黒色の表面物質は、マグネタイト（Fe3O4）の黒色酸化鉄化合物です。
メリット
熱黒化コーティングは、金属部品を湿気による腐食から保護するための一般的な酸化物層を提供するだけでなく、耐摩耗性があり、見た目も美しいです。
デメリット
クールブラック化成処理と比較すると、ホットブラック化成処理は非鉄金属（銅やステンレス鋼など）への対応力が不足しています。金属部品の処理にサーマルブラック化成処理を使用する場合、電気めっきや陽極酸化処理よりも多くのエネルギーを消費します。
常温黒色酸化皮膜
常温黒色化成処理は15～30℃の温度範囲で行われます。厳密には化学反応ではなく、析出法を用いて金属部品の表面にセレン化銅を析出させる方法です。
メリット
加熱処理なしで黒化処理の目的を達成できるため、熱酸化皮膜よりも省エネの点で多くの利点があります。熱黒化皮膜とは異なり、常温黒化処理はより幅広い金属に適用可能で、ステンレス鋼やアルミニウムなどの鉄系金属および非鉄金属も対象となります。
デメリット
常温黒色化成コーティングは耐腐食性と耐摩耗性を備えていますが、過酷な環境では熱黒色化成コーティングに匹敵しない場合があります。
中温黒色酸化皮膜
上記の2つの温度、中温バランス、そして2つの温度間の温度差を比較します。むしろ、反応中に有毒な煙ガスを発生しないという利点があります。
一般的に、黒色化成処理の温度設定に関わらず、専門家の製造アドバイスを参考にする必要があります。上記のメリットとデメリットを踏まえ、金属部品に最適な黒色化成処理温度をお選びください。温度設定にご不明な点がございましたら、Tirapidのオンライン専門家までお気軽にご相談ください。
黒色酸化皮膜処理で考慮すべき要素
黒色化成皮膜を適切に使用することで、金属部品は製造目的と基準を満たすことができます。また、黒色化成皮膜がプロジェクトに適しているかどうかを判断する際に考慮すべき要素がいくつかあります。以下は、黒色化成皮膜処理を実施する際に考慮すべき要素です。
外装色
黒色化成処理の適用面は主に黒または灰色で、色の種類も非常に限られています。そのため、この処理を選択する際には、それがお客様の理想的な表面色であるかどうかを検討する必要があります。
アプリケーション環境
適用環境は、黒色化成処理が金属部品の保護や美化に及ぼす効果に影響します。
例えば、長期間の放射線照射が必要な環境では、部品の退色や変色が生じる可能性があります。そのため、金属部品の表面処理工程を選択する際には、使用環境をご確認の上、最適な工程をお選びください。
出願期間
黒色化成コーティングの表面保護機能は、シーラントの使用によって強化できます。
通常の状況下では、金属部品の表面の耐腐食性および高温変色耐性の性能を向上させることができます。
これにより、過酷なアプリケーション環境の課題に対する長期的な耐性が向上し、耐久性と長寿命が実現します。
さらに、加工費用のお見積り、必要な表面仕上げなどの条件、品質検査も承っております。ご検討が不十分だとご心配でしたら、ぜひTirapidまでプロジェクトアイデアをご提出ください。お客様のプロジェクトをあらゆる面で考慮し、手間のかからない表面処理ソリューションをご提供いたします。
落とし穴と解決策
黒色化成皮膜は、その高いコストパフォーマンスと美観上の利点から、中小企業にとって理想的な選択肢となることがよくあります。しかし、黒色化成皮膜の使用には、関連する問題も存在します。Tirapidは、黒色化成皮膜に関する一般的な問題と解決策を以下に列挙しています。
コーティングの不連続性
これは酸化皮膜によく見られる問題で、主に部品表面の洗浄と活性化が不十分なことが原因です。適切な処理が行われていないために残留した汚れや酸化物は、表面への皮膜の形成を妨げる可能性があります。
コーティングの不連続性は、多くの場合、部品をさらに徹底的に洗浄することで修正できます。
表面に粒子が現れる
酸化皮膜の表面に粒子が現れる原因としては、洗浄作業、温度、長時間の浸漬などが考えられます。
したがって、この問題を解決するには、上記のパラメータを確認および調整し、定期的な検査を通じて処理が正しいことを確認する必要があります。
白い点や縞
黒色化成皮膜が表面の汚染物質によってうまく活性化されない場合、白い斑点や縞が現れます。
これは、表面洗浄と活性化の方法と手順を改善することで解決できます。汚染が完全に除去されれば、白い斑点や筋の問題が再発することはなくなります。
黒色酸化の性能試験
必要な試験を実施することで、黒色酸化皮膜処理された部品が用途に応じた性能を発揮することを保証します。黒色酸化皮膜処理における一般的な試験項目は以下のとおりです。
相対湿度試験
この試験により、黒色酸化皮膜処理された部品の耐湿性および耐湿性を評価することができます。これは、湿気にさらされる可能性のある部品にとって非常に重要です。
塩水噴霧試験
金属部品を塩水噴霧環境にさらす機械加工は、腐食の原因となる条件を作り出す可能性があります。標準試験時間に従って、黒色酸化皮膜の耐食性を評価できます。この試験は、過酷な条件下での皮膜の耐腐食性を判断するのに役立ちます。
試験により、金属部品が期待される基準を満たしているかどうかを検証できます。上記の試験に基づいて、プロジェクトに信頼性の高い部品を入手できます。
黒色酸化皮膜の長所と短所
表面処理能力の面では、黒色酸化皮膜は一般的な処理で美観を維持できるだけでなく、その他の利点も備えています。もちろん、黒色酸化皮膜には欠点も存在します。以下では、黒色酸化皮膜のメリットとデメリットをご紹介します。
メリット
- 見た目も触り心地も快適。落ち着いた黒の色合いが、光沢のある金属パーツの眩しさを軽減します。
- 多機能表面処理。美観が求められる部品に対し、より理想的な表面効果を実現し、様々な用途要件を満たします。
- 費用対効果に優れています。多くの企業にとって手頃な価格の表面仕上げとなり、高価なシーラントを必要としません。
- 寸法は変更できません。実際の塗布効果に影響を与えることなく、わずか1ミクロンの厚さで金属部品に保護層を形成できます。
- 非破壊的な表面処理。黒色酸化処理を適切に行うことで、部品表面のコーティングの剥がれや殻剥がれを防止できます。
- 効率的な処理。黒色化成皮膜の表面処理はシンプルな処理プロセスであり、表面の問題に迅速に対処できます。メーカーは、表面処理による部品製造のリードタイム延長を心配する必要がありません。
- 長寿命。黒色化成皮膜による表面保護により、適用部品の耐摩擦性と耐湿性が向上します。
- はんだ付けが簡単です。コーティングには濡れ性があり、はんだ付けソケットでも良好なはんだ付けポイントを見つけることができます。
- バッチ処理。表面処理工程がシンプルで高速であり、多数の部品を同時に処理できるため、バッチ処理において重要な役割を果たすことができます。
デメリット
- 紫外線の強い環境では、黒色化成処理を施しても長期間の照射に耐えられない場合があり、使用後に退色や変色が生じる可能性があります。
- 色は限られています。黒色化成処理は、サイズに関わらず精密部品にメリットをもたらします。しかし、色の選択に関しては、他の工芸品の方が適しているかもしれません。
- 耐摩耗性が弱い。黒色化成皮膜は摩擦に強い性質を持っていますが、他の表面処理と比較すると電気めっきに劣る場合があります。
- 限定的な使用。処理プロセスは簡単ですが、専門家による操作が必要です。DIYでの酸化操作は操作ミスを引き起こす可能性があります。
上記は黒色化成処理のメリットとデメリットです。これらの情報を分析することで、お客様のプロジェクトに最適な表面処理方法をご提案できます。Tirapidは、お客様の部品に多様な表面処理を施すことができます。詳細については、オンラインでお問い合わせください。
黒色酸化皮膜の材料
一般的に黒色酸化物でコーティングされる材料には次のようなものがあります。
黒色酸化皮膜に使用できる材料には様々なグレードがありますが、Tirapidの専門家は、黒色酸化皮膜を適用する際には、その種類に応じて表面処理が適切かどうかを判断する必要があると提言しています。これは、部品の将来的な長期使用に役立ちます。
表面仕上げの専門家を選ぶ
ソフトウェア設定ページで、下図のように Tirapid CNC加工メーカーワンストップの金属部品加工サービスをご提供いたします。プロジェクト全体を通して、専門のメカニックが様々な表面状態を分析いたします。陽極酸化処理、サンドブラスト、電気メッキ、研磨、塗装、ブラッシング、ラベリング、バリ取りなど、お客様のニーズに合わせた最適な加工をご提案いたします。
そしてもちろん、このブログ記事でご紹介した黒色化成処理も承っております。様々なプロジェクトの加工・時計加工は、ぜひTirapidにお任せください。専門的な技術とサービスで、お客様に最適なソリューションをご提供いたしますので、ぜひオンラインでお問い合わせください。
よくある質問
1. 黒色酸化皮膜は磁性がありますか?
Tirapid社の答えは「はい」です。黒色化成皮膜の主成分はマグネタイトと呼ばれる物質です。
2. 黒色酸化皮膜は私のプロジェクトに適していますか?
プロジェクトによってさまざまな面で要件が異なり、お客様のニーズも最終的な選択プロセスに影響します。
このブログ記事では、あなたの選択や適性に影響を与える可能性のある要因をご確認いただけます。また、経験豊富なTirapidの専門家にご相談いただき、情報分析サービスをご提供することも可能です。
3. 黒色酸化皮膜の代わりに何を使用できますか?
部品加工時に発生する黒色化成皮膜の有毒ガスと比較すると、陽極酸化処理はより安全です。しかし、コストとサイズの点では、陽極酸化処理よりも費用対効果が高いと言えます。
それぞれに異なる利点があります。そのため、選択する際には実際のニーズを考慮する必要があります。選択した表面処理が、処理ニーズを満たすものであることを確認してください。
まとめ：
一般的に、黒色化成皮膜は様々な面で一般的な表面処理の要件を満たすことができます。金属部品に豊かな黒色の視覚効果をもたらすだけでなく、部品の耐久性も向上させます。
ただし、適切なテーブル処理を選択する際には、実際のニーズと提案内容を組み合わせる必要があります。Tirapidの専門メーカーにお任せください。当社が提供する表面処理は、お客様のさまざまな用途のニーズにお応えします。
上記は、Tirapidがご紹介した応用分野と部品の一部です。黒色化成皮膜の表面特性は、一般的な用途ニーズを満たすため、他の業界でも多くの事例があります。この分野での加工ニーズをお持ちの場合は、当社の専門家が適切なサービスを提供いたします。
