金属メッキとは - 定義、種類、および利点

金属メッキとは?

金属メッキは、材料の外側に追加された金属の薄い層です。これは、導電性の表面に金属を堆積させる表面被覆プロセスです。メッキは何百年もの間行われてきました。また、最新のテクノロジーにとっても重要です。

めっきは、物体の装飾、腐食防止、はんだ付け性の向上、硬化、耐摩耗性の向上、摩擦の低減、塗料の密着性の向上、導電率の変更、IR 反射率の向上、放射線の遮蔽などに使用されます。ジュエリーは通常、メッキを使用してシルバーまたはゴールド仕上げを施します。

薄膜堆積は、原子と同じくらい小さい物体をめっきするため、めっきはナノテクノロジーで使用されます。

いくつかのメッキ方法と多くのバリエーションがあります。 1つの方法では、固体表面を金属シートで覆い、熱と圧力を加えてそれらを融合させます。他のめっき技術には、電気めっき、真空下での蒸着、およびスパッタ堆積が含まれます。最近では、メッキというと液体を使うことを指すことが多いです。金属化とは、非金属の物体に金属をコーティングすることです。

金属メッキの利点

金属めっきは、金属やその他の素材で作られた製品に多くの利点をもたらします。これは主に、電流を必要とする電気メッキ、または自己触媒化学プロセスである無電解メッキによって達成されます。これらの手法は、他のいくつかの手法と同様に、次の利点の 1 つまたは複数をもたらします:

• 耐食性の向上
• 装飾的な魅力
• はんだ付け性の向上
• 強化された硬度
• 摩擦の軽減
• 導電率の変化
• 塗料の密着性の向上
• 材料の堆積
• 磁力の増加

金属メッキの種類

以下に説明するように、さまざまな種類の金属メッキがあります:

• 電気めっき
• 無電解めっき
• 浸漬メッキ
• 浸炭
• 物理蒸着
• プラズマ溶射コーティング

1.電気めっき

電気めっきは、めっきの最も一般的な方法です。電気めっきでは、電流を使用して、正に帯電した金属粒子 (イオン) を化学溶液に溶解します。正に帯電した金属イオンは、回路の負に帯電した側であるメッキされる材料に引き寄せられます。

次に、メッキする部品または製品をこの溶液に入れ、溶解した金属粒子を材料の表面に引き寄せます。電気めっきは、めっきされた材料を滑らかで均一かつ迅速にコーティングし、材料の表面を効果的に変化させます。

電気めっきには、クリーニング、ストライキング、電気化学的析出、パルス電気めっき、ブラシ電気めっきなど、さまざまなステップとプロセスが含まれます。

効果 :

電気めっきは、保護コーティング、装飾的な外観を提供するため、またはエンジニアリング用の材料の特性を変更するために使用されます。電気めっきは、機械加工時の性能に影響を与えるワークピースの化学的、物理的、および機械的特性を向上させます。

ワークピースのメッキを使用して、より小さいサイズから構築し、機械加工を容易にし、はんだ付け性、導電率、または反射率を向上させることができます。

2.無電解メッキ

無電解めっきとは、外部電源を使用しないめっき方法であることから、いわゆる無電解めっきです。無電解めっきは、金属原子の還元を誘発する化学反応を伴います。

つまり、還元剤と混合された金属イオン（粒子）の溶液は、触媒金属と接触すると金属固体に変換されます（反応の引き金）。これにより、金属はメッキ金属の固体層でメッキされます。

効果

無電解めっきまたは自己触媒めっきは、さまざまなサイズと形状の材料に適しており、外部電気やめっき浴を必要としないため、コストが削減されます。ただし、無電解メッキは時間がかかり、厚いプレートを作成できず、電気メッキよりも制御が困難です。

自己触媒めっきの最も一般的な方法は、無電解ニッケルめっきです。ただし、銀、金、銅のメッキもこの技術で適用できます。

最終製品に対する無電解めっきの影響には、母材金属を腐食から保護すること、ワークピースのサイズを大きくすること、はんだ付け性、反射率、導電率を変更することが含まれます。

3.浸漬めっき

浸漬めっきでは、より貴な金属からの金属イオンの溶液に 1 つの金属を浸漬します。貴金属からのイオンはより安定しているため、貴金属イオンの薄い層で、貴金属の少ない金属から表面金属イオンを置換する自然な「引き寄せ」があります。

浸漬めっきは処理が遅く、より少ない貴金属をより多くの貴金属でめっきする場合にのみ使用できます。貴金属は、化学的に不活性な金属です。たとえば、金、プラチナ、銀などです。

効果

浸漬めっきでは、めっきの被覆が薄くなり、その時点でめっきプロセスは停止します。浸漬めっきは、めっきが母材金属にしっかりと「くっつかない」ため、接着性も劣っているようです。

最終製品に対する浸漬めっきの効果には、耐食性の向上、導電率の変化、外観の変化、硬度の向上、トルク耐性、結合能力の変化などがあります。

4.浸炭

表面硬化とも呼ばれる浸炭は、コアの強度を維持しながら耐摩耗性の表面を生成する熱処理プロセスです。通常、機械加工後の低炭素鋼に適用されるだけでなく、高許容ギア、ベアリングなどにも適用されます。

浸炭は、簡単に機械加工して非常に硬い表面にすることができる低コストの材料の複雑な形状に適しています。このプロセスでは、ピット炉または密閉雰囲気炉で部品を加熱します。

次に、浸炭ガス (通常は一酸化炭素だけでなくシアン化ナトリウムと炭酸バリウムも) をある温度で導入し、熱と温度が炭素拡散の深さに影響を与えます。その後、部品は後で急冷するためにゆっくりと冷却されるか、オイルで直接急冷されます。

5.物理蒸着 (PVD)

PVD は、基板上に薄膜を堆積させるコーティング プロセスの一種です。物理蒸着プロセスでは、チタン、クロム、アルミニウムなどの固体コーティング材料が、熱またはイオンの衝突によって蒸発します。

プロセス中、窒素などの反応性ガスが導入され、金属蒸気と化合物を形成し、金属の表面に非常に薄いコーティングとして堆積します。これにより、コーティングと金属部品の間に非常に強力な結合がもたらされます。

PVD の利点のいくつかは次のとおりです。非常に硬く耐腐食性の表面、高温耐性、および優れた衝撃強度.

幅広いアプリケーションに最適:

• 航空宇宙
• 自動車
• 切削工具
• 医療
• 銃器
• 光学
• 窓の色合い、食品包装などの薄膜

6.プラズマ溶射コーティング

プラズマ溶射コーティングは、あまり知られていないタイプの金属メッキの 1 つです。溶射とも呼ばれるこのめっきプロセスでは、溶融または熱軟化した材料を表面に吹き付けてコーティングを施します。

コーティング材料は、非常に高温のプラズマ炎 (最大 10,000 K の熱) に注入され、急速に加熱された後、パーツの表面で高速に加速され、急速に冷却されてパーツの表面にコーティングが形成されます。 .

このプロセスでは、通常は構造材料にコーティングを施して、排気熱管理などの非常に高い温度から保護します。また、腐食や摩耗に対する耐性も提供します。コーティングは、パーツの外観と電気的特性を変えることもあります。

メッキに使用される金属

亜鉛メッキ

亜鉛は安価な材料で、多くの金属基材に亜鉛メッキコーティングを施すために使用されます。電気メッキに加えて、この要素は、シェラダイジング プロセス、溶融浴への浸漬、およびスプレーによって適用されます。

電解法または冷間法では、めっきされる物品は、金属亜鉛の陽極とともに、可溶性亜鉛塩の電解槽内で陰極として設定されます。このプロセスにより、厚さと均一性を正確に制御できる純亜鉛の延性に優れたコーティングが生成されます。

シェラダイジング プロセスは、ネジや釘などの小さなハードウェアのコーティングに使用されます。アイテムは亜鉛粉と一緒にバレルに積み込まれ、約 500F に加熱されます。部品はバレル内でタンブルされ、約 90% の亜鉛と 10% の鉄のコーティングが生成されます。

溶融亜鉛は、ディッピングまたはより大きなアイテムの手動コーティングによって適用することもできます.流動性を改善し、奇妙な形状のコーティングを改善するために、少量のアルミニウムが浴に追加されることがあります.

同様に、浴中の少量のスズは、基材の均一なコーティングと改善された仕上げを実現するのに役立ちます。ホットディップ プロセスでは、ベース メタルに隣接する亜鉛鉄合金の層が生成されますが、これはややもろく、外層の接着に影響を与える可能性があります。

金属溶射または金属化では、炎を使用して金属粉末またはワイヤを溶かし、それらを基材表面に衝突させて、コーティングと母材金属の間に機械的結合を生成します。ベース金属の表面は、機械的結合を行うために多少粗い必要がありますが、この方法でかなり厚いコーティングを施すことができます。

コーティングも多孔質になる可能性がありますが、亜鉛は鉄と鋼に対して陽極であるため、腐食を防ぐコーティングの能力には影響しません.溶射された金属の多孔性は、塗料の保持にも優れています。

カドミウムメッキ

カドミウムめっきは、かつては亜鉛の代用として使用され、さまざまな自動車部品にめっきされていました。航空機メーカーは、その犠牲的な保護特性と、頻繁に取り外して再取り付けされるコンポーネントの自然な潤滑性のためにそれを指定しました.

淡水や海水に耐える海洋環境に特に適していました。安全上の懸念から、メッキ材料としての使用は年々減少していますが、まだ入手可能です。多くの航空宇宙メーカーは、亜鉛ニッケル合金めっきに目を向けています。

クロムメッキ

多くの場合、クロムめっきは単に装飾的な目的で使用されますが、耐腐食性と硬度も高められるため、摩耗が懸念される産業用途に役立ちます。ここでは硬質クロムメッキと呼ばれ、摩耗した部品の公差を回復するために使用されることがあります.

鋼製家具、自動車のトリムなどの製造では、クロムがニッケルの上にメッキされることが最も多いです。ニッケル自体は通常、銅の上にメッキされます。これらの 3 つの元素層の組み合わせは、空気と湿気を排除することによって、下にある金属を腐食から保護するだけです。つまり、陽極作用はありません。したがって、適切な腐食保護を実現するには、メッキを適切に適用する必要があります。

クロムめっきは、ほとんどの場合、六価クロムとして知られるクロム酸を使用する電気めっきプロセスです。大部分が硫酸クロムまたは塩化クロムで構成される三価クロム浴は、工業目的の別のオプションです。

クロメートは、亜鉛を保護するために亜鉛メッキの上に適用されることがあり、場合によっては、たとえば緑または黒の亜鉛メッキのように、金属の色を変更します.

ニッケルメッキ

ニッケルは、特に無電解めっきに有用であるため、人気のあるめっき金属です。ニッケルメッキは、装飾性と耐摩耗性を高めるために、ドアノブ、カトラリー、シャワー器具などの家庭用品をコーティングすることがよくあります。

ニッケル プレートは通常、銅やアルミニウムと結合しますが、さまざまな金属にも作用し、クロムの下地メッキとしても機能します。

無電解めっきでは、ニッケルリン合金が使用されます。溶液中のリンの割合は、2 ～ 14% の間で変化します。リンのレベルが高いほど、硬度と耐食性が向上します。リンのレベルが低いため、はんだ付け性と磁性が高くなります。

銅メッキ

銅は、高い導電性とコスト効率を必要とする用途で人気のあるもう 1 つのめっき金属です。上述のように、銅めっきは、その後の金属めっきのためのストライク コーティングの前処理として役立つことがよくあります。

また、プリント基板などの電子部品のメッキ金属としても人気があります。メッキ効率が高く、材料コストが低いため、銅はメッキするのに安価な金属の 1 つです。

銅めっきには、アルカリ性、弱アルカリ性、酸性の3種類があります。アルカリ レベルが高いほど、優れた均一電着性が得られますが、電流密度が低くなり、安全対策が強化される必要があります。健康検査官は、アルカリ性銅浴中のシアン化物が特定の健康被害に関連しているため、これらのレベルを監視することが重要です.

金メッキ

金は、酸化しにくく電気伝導性が高いことで高く評価されています。金は箔ではないという点で金メッキとは異なり、金メッキは、銅や銀などの金属にこれらの特性を付与する最も簡単な方法の 1 つです。このプロセスは、ジュエリーの装飾や、電気コネクタなどの電子部品の導電率を向上させるためによく使用されます。

銅に金メッキを施す場合、変色が問題になりますが、これはメッキの前にニッケル ストライクを施すことで簡単に解決できます。また、最適な浴の混合物や浸漬時間などの要因を決定する際には、金の硬度と純度を考慮してください。

銀メッキ

金と同様に、銀は装飾的な魅力と導電性の向上を必要とするめっき用途に使用されます。一般に、銀は金よりも安価で、銅のめっきが良好であるため、費用対効果の高いめっきソリューションとして機能します。

実行可能なめっきソリューションとしての銀めっきを制限する可能性のある問題には、湿度とガルバニック腐食が含まれます。具体的には、銀メッキは、高湿度にさらされるアプリケーションではうまく機能しません。銀はひび割れや剥離を起こしやすく、最終的にベース基板が露出する可能性があるためです.

スズメッキ

錫メッキ鋼は、食品や飲料の包装に長い間使用されてきました。耐食性を提供することに加えて、スズは無毒であり、(スズが提供する潤滑性のおかげで) 鋼を容易に形成するのに役立つコーティングを提供し、溶接とはんだ付けを容易にします。

不動態化プロセスは、ブリキを食品グレードの油でコーティングします。これにより、ラッカーの接着も向上します。ブリキ板シートは、それぞれの面に異なる厚さの錫を指定して、コンテナの内側と外側の表面のニーズにより環境に適合させることができます。

ブリキは、ペンキ缶からグリース缶まで、他の包装用途にも使用されています。ブリキはほとんどの場合、溶融プロセスを使用して製造されます。スズめっきは、電子部品の製造にも使用されます。

terneplate として知られる別のスズベースのめっきは、伝統的に鋼の腐食防止剤としてスズ-鉛合金を使用していました。塗装された金属は、定期的にメンテナンスすれば 90 年も持つことができるため、トタン屋根に最適です。

今日、鉛は取り除かれ、スズはステンレス鋼の上に塗布され、軟化した緑青を生み出す耐腐食性の屋根材を作り出しています。この材料は、銅の屋根材の 2 倍長持ちします。

ロジウムメッキ

ロジウムは、耐変色性、耐スクラッチ性、光沢のある白い光沢のある外観を提供するプラチナの一種です。ロジウムメッキはジュエリーの製造でも一般的で、特にホワイトゴールドにメッキが必要な場合に使用されます。銀、プラチナ、銅も、ロジウム メッキのベース メタルとして人気があります。

ロジウムめっきの欠点の 1 つは、ロジウムの保護バリアが、高レベルの摩耗にさらされるアプリケーションで最終的に摩耗することです。これは最終的に変色につながる可能性があり、数年後に 2 回目のメッキが必要になる可能性があります。