金属メッキとは何ですか？-定義、タイプ、および利点

金属メッキとは何ですか？

金属メッキは、材料の外側に追加された金属の薄層です。これは、導電性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。現代のテクノロジーにとっても重要です。

メッキは、物体の装飾、腐食防止、はんだ付け性の向上、硬化、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、放射線遮蔽などの目的で使用されます。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の仕上げを施しています。

薄膜堆積では、原子と同じくらい小さい物体がめっきされるため、めっきはナノテクノロジーでの用途があります。

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、次に熱と圧力を加えてそれらを融合させる。他のめっき技術には、電気めっき、真空下での蒸着、およびスパッタ蒸着が含まれます。最近、メッキはしばしば液体を使用することを指します。メタライゼーションとは、非金属オブジェクトに金属をコーティングすることです。

金属メッキの利点

金属メッキは、金属やその他の材料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めっき、または自己触媒化学プロセスにある無電解めっきによって達成されます。これらの手法、およびその他のいくつかの手法により、次の利点の1つまたはいくつかが得られます。

• 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
• 摩擦の低減
• 導電率の変更
• 強化された塗料の付着
• 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、金属メッキにはさまざまな種類があります。

• 電気めっき
• 無電解メッキ
• 液浸めっき
• 浸炭
• 物理蒸着
• プラズマスプレーコーティング

1。電気めっき

電気めっきは最も一般的なめっき方法です。電気めっきは、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めっきされる材料に引き付けられます。

次に、めっきされる部品または製品がこの溶液に入れられ、溶解した金属粒子が材料の表面に引き寄せられます。電気めっきにより、めっきされる材料が滑らかで均一かつ迅速にコーティングされ、材料の表面が効果的に変化します。

電気めっきには、洗浄、打撃、電気化学的堆積、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あります。

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、加工物の化学的、物理的、および機械的特性を改善し、機械加工時の性能に影響を与えます。

ワークピースをメッキすることで、小さなサイズからワークピースを構築し、機械加工を容易にし、はんだ付け性、導電性、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

無電解めっきは、外部電力を使用しないめっき方式であるため、いわゆる無電解めっきです。無電解めっきには、金属原子の還元を引き起こす化学反応が含まれます。

言い換えれば、還元剤と混合されたときの金属イオン（粒子）の溶液は、それらが触媒金属と接触すると（反応を引き起こす）、金属固体に変換されます。これにより、金属はめっき金属の固体層でめっきされます。

効果

無電解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、外部の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、無電解めっきは電気めっきよりも遅く、厚い板を作成できず、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、この手法では、銀、金、銅のメッキも適用できます。

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、および導電率を変更することが含まれます。

3。液浸めっき

浸漬めっきでは、1つの金属をより貴金属からの金属イオンの溶液に浸漬します。貴金属からのイオンはより安定しているため、貴金属イオンの薄層で低貴金属から表面金属イオンを置き換える自然な「プル」があります。

浸漬めっきはより遅いプロセスであり、より少ない貴金属をより貴金属でめっきするため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、めっき範囲が薄くなり、その後、めっきプロセスが停止します。浸漬めっきも接着品質が低いようで、めっきが母材にしっかりと「付着」しません。

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、および接合能力の変化が含まれます。

4。浸炭

肌焼き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、機械加工後に低炭素鋼に適用され、高炭素鋼にはギア、ベアリングなどが使用できます。

浸炭は、非常に硬い表面を与えるために簡単に機械加工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のいずれか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）が温度で導入され、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、薄膜が基板上に堆積されるコーティングプロセスのファミリーです。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撃によって蒸発します。

プロセス中に、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、非常に薄いコーティングとして金属の表面に堆積します。これにより、コーティングと金属部分の間に非常に強い結合が生じます。

PVDの利点のいくつかは次のとおりです。非常に硬くて耐食性のある表面、耐高温性、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
• ウィンドウティント、食品包装などの薄いフィルム

6。プラズマスプレーコーティング

プラズマスプレーコーティングは、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溶射してコーティングを提供します。

コーティング材は非常に高温のプラズマ火炎（熱で最大10,000 K）に注入され、急速に加熱されてから高速で部品の表面に加速され、急速に冷却されて部品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、たとえば排気熱管理などの非常に高い温度に対する保護を提供します。また、腐食や摩耗に対する耐性も備えています。コーティングにより、部品の外観や電気的特性も変化する可能性があります。

メッキに使用される金属

亜鉛メッキ

亜鉛は、多くの金属基板に亜鉛メッキコーティングを施すために使用される安価な材料です。電気めっきに加えて、要素は、シェラダイジングプロセス、溶融浴浸漬、およびスプレーによって適用されます。

電解または冷間プロセスでは、めっきされる物品は、金属亜鉛の陽極と一緒に可溶性亜鉛塩の電解浴の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の高い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アイテムをコーティングするために使用されます。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。部品はバレル内で転がされ、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、より大きなアイテムを浸漬または手動コーティングすることによっても塗布できます。流動性を改善し、奇妙な形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バスに追加されることがあります。

同様に、浴中のスズの割合が少ないと、基板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。溶融亜鉛めっきプロセスでは、母材に隣接する亜鉛-鉄合金の層が生成されます。これは、やや脆く、外層の接着に影響を与える可能性があります。

金属溶射またはメタライゼーションは、炎を使用して金属粉末またはワイヤを溶かし、それらを基板表面に衝突させて、コーティングと母材の間に機械的結合を生成します。母材の表面は、機械的結合を行うためにいくらか粗くする必要がありますが、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することができますが、亜鉛は鉄や鋼に対して陽極性であるため、これはコーティングの腐食を防ぐ能力に影響を与えません。スプレー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

カドミウムメッキは、かつて亜鉛の代わりに使用され、多くの場合、その他の自動車製品にメッキされていました。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す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。

淡水や塩水によく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、めっき材料としての使用は、まだ入手可能ですが、長年にわたって減少しています。多くの航空宇宙メーカーは、亜鉛ニッケル合金メッキに目を向けています。

クロムメッキ

クロムメッキは、単に装飾的な目的で使用されることがよくありますが、耐食性と硬度を高めることもできるため、摩耗が懸念される産業用途に役立ちます。ここではハードクロームメッキと呼ばれ、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。

鉄鋼家具や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ほとんどです。ニッケル自体は通常銅の上にメッキされ、これら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。

クロムめっきは電気めっきプロセスであり、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します。主に硫酸クロムまたは塩化クロムで構成される3価クロム浴は、産業目的のもう1つのオプションです。

クロム酸塩は、亜鉛を保護するために亜鉛メッキの上に塗布されることがあり、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、金属の色を変えることがあります。

ニッケルメッキ

ニッケルは、特に無電解めっきに役立つため、人気のあるめっき金属です。ニッケルメッキは、装飾や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。

ニッケル板は通常、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、クロムの下にあるめっきとして機能します。

無電解めっきでは、ニッケルリン合金を使用しています。溶液中のリンの割合は、2〜14％の間で変動します。より高いレベルのリンは、硬度と耐食性を高めます。リンのレベルが低いと、はんだ付け性と磁性が高くなります。

銅メッキ

銅は、高い導電率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。銅メッキは、上記のように、後続の金属メッキのストライクコーティング前処理として機能することがよくあります。

また、プリント回路基板などの電子部品に人気のあるめっき金属です。高いコロニー形成率と低い材料費により、銅はメッキするのに安価な金属の1つになっています。

銅めっき工程には、アルカリ性、弱アルカリ性、酸性の3種類があります。より高いアルカリレベルは優れた投擲力を提供しますが、より低い電流密度と強化された安全予防措置を必要とします。健康検査官は、アルカリ銅浴中のシアン化物を特定の健康被害に関連付けているため、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、耐酸化性と導電性が高いことで高く評価されています。金メッキは、金が箔ではないという点で金メッキとは異なり、銅や銀などの金属にこれらの特性を与え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性を向上させるためによく使用されます。

銅を金メッキする場合、変色が問題になり、ニッケルストライクを前に堆積することで最も簡単に解決できます。また、最適な浴の混合や浸漬の長さなどの要因を決定するときは、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電気伝導率の向上を必要とするメッキ用途で使用されます。一般に、銀は金よりも安価で銅をうまくめっきするため、より費用効果の高いめっきソリューションとして機能します。

実行可能なめっき液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。これは、銀にひび割れや剥離が発生しやすく、最終的にベース基板が露出する可能性があるためです。

錫メッキ

スズメッキ鋼は、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、鋼が容易に形成されるのを助け（スズが提供する潤滑性のおかげで）、溶接およびはんだ付けを容易にするコーティングを提供します。

不動態化プロセスにより、ブリキ板が食品グレードのオイルでコーティングされ、ラッカーの密着性も向上します。ブリキ板シートは、各面に異なる厚さのスズを指定して、環境に合わせてコンテナの内側と外側の表面のニーズに合わせることができます。

ブリキ板は、ペンキ缶からグリース缶まで、他の包装用途でも使用されます。ブリキ板は、ほとんどの場合、ホットディッププロセスを使用して製造されます。錫メッキは電子部品の製造にも使用されています。

テルンプレート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年続く可能性があり、ブリキの屋根に使用するのに理想的です。

今日、鉛は排除され、錫がステンレス鋼の上に適用されて、柔らかくなった緑青を発達させる耐食性の屋根を作成しています。材料は銅の屋根の2倍長持ちします。

ロジウムメッキ

ロジウムは、耐変色性、耐引っかき性、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、特にホワイトゴールドにメッキが必要な状況で、ジュエリーの製造にもよく見られます。銀、プラチナ、銅もロジウムメッキの卑金属として人気があります。

ロジウムメッキの欠点の1つは、高レベルの摩耗にさらされるアプリケーションでは、ロジウムの保護バリアが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。