亜鉛めっきの理解：防食のためのメリットと用途

亜鉛めっきは、金属を腐食から保護する最も広く使用されている方法の1つです。薄い亜鉛コーティングで金属を覆い、周囲の環境から隔離します。簡単に言えば、金属に亜鉛めっきを施すことで防食特性を与えます。保護用亜鉛コーティングがないと、金属は環境にさらされ続け、より速く酸化・腐食する可能性があります。亜鉛めっき鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼やアルミニウムなどの材料を使用して腐食を防ぐことに代わる、コスト効率の良い選択肢です。

さらに、亜鉛めっき鋼と亜鉛めっき鉄は、板金加工からCNC加工まで様々な製造プロセスで使用できるため、製造業界で主要なプロセスとなっています。

この記事では、亜鉛めっきの基本を見直し、亜鉛めっきとは何か、亜鉛めっきがどのように金属部品を改善するかという疑問に答えます。

亜鉛めっきとは

亜鉛めっき（ガルバニゼーション）は、金属（すなわち鋼または鉄）の外側表面に亜鉛層を追加するプロセスです。この目的は、基盤となる金属に保護コーティングを追加し、腐食や錆の可能性を減らすことです。

亜鉛めっきプロセスは特定の技術によって異なります。しかし、プロセスの最も重要な部分は、通常、鋼または鉄を亜鉛で囲むことであり、亜鉛は液体または粉末状の場合があります。亜鉛が導入されると、周囲の金属中の鉄が亜鉛と反応し、密着した合金コーティングを形成します。

亜鉛めっきの種類

最も一般的な2つの亜鉛めっき形式は、溶融亜鉛めっきと電気亜鉛めっきです。これら2つの方法とその他の方法について以下で説明します。

1. 溶融亜鉛めっき

溶融亜鉛めっきでは、金属を約450℃の熱い亜鉛浴に浸漬します。取り出すと、コーティングされた表面が酸素と反応して酸化亜鉛を形成し、さらに二酸化炭素と反応して炭酸亜鉛を形成します。めっき前に、苛性溶液で金属を洗浄し、酸性溶液で酸洗いする必要があります。亜鉛アンモニウムクロリドを使用して、めっき前の金属の早期酸化を防ぐこともできます。

2. 電気亜鉛めっき

電気亜鉛めっきは、亜鉛めっきと電気めっきを組み合わせたものです：亜鉛陽極と鋼導体を持つ亜鉛浴に電流を流します。このプロセスは溶融亜鉛めっきより薄いコーティングを生成し、装飾用途に適したより明るい表面仕上げも生成します。

3. シャーラダイジング（拡散亜鉛めっき）

この形式の亜鉛めっきは、熱拡散亜鉛めっき、蒸気亜鉛めっき、乾式亜鉛めっきなど複数の名称で知られています。亜鉛粉末を含む密閉回転ドラム内で鋼部品を500℃まで加熱します。蒸発した亜鉛が鋼の表面に拡散し、強固に結合したコーティングを形成します。小さな部品や内側にもコーティングが必要な部品に最適です。

4. ガルバニール（合金化溶融亜鉛めっき）

ガルバニールは、溶融亜鉛めっきと焼鈍の組み合わせです。溶融亜鉛めっきプロセスを通常通り行い、コーティングされた金属をエアナイフで通して余分な亜鉛を除去します。その後、500〜565℃の焼鈍炉で金属を短時間加熱し、鉄と亜鉛の層を相互拡散させて亜鉛鉄合金層を形成します。

亜鉛めっきに影響を与える要因

実際の生産プロセスでは、亜鉛めっきの速度と品質に影響を与える一般的な要因は以下の通りです：

• 前処理が不十分：ワーク表面に酸化皮膜があり、亜鉛の正常な析出に影響します。
• 導電性が悪い：電流がワイヤーに引かれ、ワーク表面に分配される電流が少なすぎます。
• ワークの炭素含有量が高い：高炭素鋼、鋳鉄などは水素析出電位を低下させ、ワーク表面での水素発生を加速させ、電流効率を低下させます。
• ワークの吊り下げが密すぎる：めっき時にワークが部分的に遮蔽され、コーティングが薄くなります。
• めっき液の温度が低い：めっき液温度が低いと、供給される電流密度が対応して減少し、コーティングの析出率も低下します。
• めっき液の水酸化ナトリウム含有量が高い：水酸化ナトリウム含有量が高いと、電流効率が対応して低下します。
• めっき液の添加剤含有量が低い：添加剤含有量が低いと分散能力に影響し、コーティングが局所的に薄くなります。
• めっき部品の推定面積が不足：めっき時に分配される電流密度が小さく見えます。
• ワークの吊り下げ方法が不適切：ワークと亜鉛陽極の距離が大きすぎるため、位置を調整する必要があります。
• ワークの腐食がひどい：水素発生電位が低下し、ワーク表面での水素発生加速により電流効率が低下し、亜鉛の析出率に影響します。酸洗液に適量の腐食防止剤を添加し、局所的な酸化皮膜が厚すぎる場合は機械的に先に除去し、酸洗いプロセス中により多くの検査を行うべきです。
• 陽極の不動態化：有効面積が減少し、電流の正常な分配に影響します。
• 水酸化ナトリウム含有量が低い：水酸化ナトリウム含有量が低いと電流密度が上昇せず、陽極が不動態化します。

亜鉛めっきの利点

防錆

表面に保護コーティングを形成し、腐食性物質が基盤となる鋼や鉄と反応するのを防ぎます。亜鉛層が損傷しても、亜鉛が鉄より先に腐食し、残った亜鉛が大気と緻密なパチナを形成し、雨水に不溶で、露出した鋼や鉄を保護します。

耐久性

亜鉛めっきで形成される亜鉛コーティングは丈夫で長持ちし、多くの場合、基盤となる金属に数十年の保護を提供します。

経済的・低コスト

亜鉛めっきは、ほとんどの処理鋼と比較してかなりシンプルで安価な表面処理プロセスです。また、亜鉛めっき鋼は追加の表面処理、検査、塗装/コーティングなどなしで納品でき、メンテナンスも不要で、追加コストを節約できます。

厚いコーティングを形成

すべての用途に適しているわけではありませんが、亜鉛めっきは電気めっきなどより厚いコーティングを生成します。