アルミニウムの陽極酸化膜厚の測定

DeFelskoは、アルミニウムの陽極酸化の厚さを測定するのに最適な、手持ち式の非破壊式コーティング厚さゲージを製造しています。 

アルマイトの厚みを測定する際の課題は何ですか？

アルマイトなどの薄い皮膜の厚みを効率的に管理するためには、非破壊で正確な測定手段が必要です。   

二次的な課題として、狭い場所や手の届きにくい場所での陽極酸化の測定があります。

陽極酸化皮膜厚さ測定ソリューション

 は PosiTector 6000渦電流ゲージ "N" シリーズは、非鉄金属基板上の非導電性コーティングの非破壊測定に最適です。PosiTector 6000 NASプローブは、特にアルミニウム上の陽極酸化の高分解能測定用に設計されています。最大625μm（25mil）までの測定が可能ですが、PosiTector 6000 NASプローブは最も正確で、100μm（4mil）以下の最高分解能を提供し、ほとんどの陽極酸化アプリケーションの予想範囲内です。

図 1-PosiTector 6000 陽極酸化を測定する NAS プローブ

PosiTector 6000 N マイクロプローブシリーズは、狭い場所や手の届きにくい場所の膜厚を測定する際に、理想的な測定方法です。先端が0°、 45°、 90°のプローブで、深い穴や小さな突起、内径の厚みを測定することができます。固定具やクイックリリースアダプターを使用すれば、NASプローブと同じ仕様になります。

図 2-PosiTector 6000 N マイクロプローブで陽極酸化を測定する。

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これらのアルマイト皮膜厚さ測定器の現在の価格や注文については、販売ページをご覧ください。

アルマイトの背景

アノダイズ処理とは？

アルマイト処理は、1930年代から存在する電気化学的変換プロセスである。アルミニウム、マグネシウム、チタン、タンタルなどの金属を陽極酸化することが可能です。アルマイト加工は、低コスト、美観、理想的な機械的特性により、多くの用途に使用されています。

一般的な保護コーティングとは異なり、アルマイト処理は金属の外部構造を永久的に変化させます。アルミニウムは空気に触れると自然に薄い酸化アルミニウムの膜を形成し、さらなる酸化からアルミニウムを保護します。アルマイト処理では、酸化された表面をより厚く、最大で1インチの数千分の一の厚さにまでします。この酸化皮膜はダイヤモンドに匹敵する硬度を持ち、耐摩耗性に優れています。また、酸化皮膜の深さによって耐食性が向上し、表面の洗浄も容易になります。また、多孔質であることから、様々な色に染めることができ、より美しく仕上げることができます。

アルマイトの厚さは、通常5ミルまでです。 アルマイトには、クロムアルマイト（タイプI）、硫黄アルマイト（タイプII）、硬質アルマイト（タイプIII）の3種類があり、一般的です。

• クロム酸アルマイトでは、クロム酸の電解液を使用し、0.02～0.1ミル（0.5～2.5ミクロン）という最も薄い皮膜を得ることができます。 基材に50%浸透し、元の寸法より50%成長します。クロム陽極酸化は、疲労強度への影響が最も少なく、腐食性が低いため、複雑で洗浄が困難な部品に最適です。 アルミニウム鋳物へのコーティングに優れ、ほとんどのクロミックアルマイト部品は軍事および航空宇宙用途に使用され、その性質上、装飾よりも機能的である。
• 硫酸アルマイト処理は、最も一般的なアルマイト処理方法で、硫酸を使用して最大1ミル（25ミクロン）の厚さの皮膜を得ることができます。基材に67%浸透し、元の寸法より33%成長する。浸透性があるため、硫酸アルマイトはカラー染色に適しており、プライマー、結合剤、有機コーティングの下地となります。 硫黄陽極酸化は耐食性に優れ、非常に耐久性があります。 代表的な用途は、建築、航空宇宙、製造、自動車、コンピューターなどです。
• 硬質アルマイト（別名ハードコート）は、高濃度の硫酸電解液を低温で使用し、耐摩耗性、耐食性、耐色落ち性、絶縁耐力、表面硬度（ロックウェルCスケール70まで）に優れた丈夫な外皮を形成するものです。厚みは0.5～4milで、基材に50%浸透し、元の寸法より50%成長する。硬質アルマイトでは、表面粗さが大きくなります。 一般的な用途としては、装飾性のない食品包装機器、コピー用紙のロール、ビルの店頭や窓などの外装用途がある。

アルミニウム陽極酸化処理

アルミニウム部品は、電気的接触が良好な剥離したアルミニウムまたはチタン製のラックに吊るされます。アルマイトの工程では、部品は貼り付けられ、ラックは一連のタンクに吊り下げられます。

1. アルミ部品を浸漬洗浄剤の入った高温槽に浸し、表面の汚れを落とします。
2. 部品は、後続のタンクで溶液を汚染しないように水洗されます。
3. 次のタンクでは、酸溶液（クロム酸、硫酸、硝酸、リン酸）で部品の酸化を除去し、薄く不均一な酸化アルミニウムの表面を取り除きます。
4. タンクの汚れを避けるため、再び部品を洗浄する。
5. エッチングは、水酸化ナトリウム溶液の入ったタンクに部品を吊り下げて行います。アルミニウムの自然な輝きを消し、ソフトでマットな質感に仕上げます。
6. 部品は、電流を流すことができる希釈された酸と水の混合物を含む陽極酸化槽に吊るされます。酸の種類、溶液の割合、温度はすべて重要なパラメータであり、希望する仕上げと色に依存します。電気回路のマイナス側は部品棚に接続され、回路のプラス側はタンクに電気を導入する1つ以上の「カソード」に接続される。 陰極の数量と配置は、部品のサイズと形状、および処理するアルミニウム表面の総面積によって異なります。陰極に近い面は、より厚い陽極酸化皮膜を得ることができます。通常の硫酸アルマイトでは、24ボルトまでの直流電源が使用され、電圧は通常18～24ボルトの間に保たれます。陽極酸化処理槽に流す電流は、処理する面の大きさによって異なりますが、1平方フィートの面積に対して12～16アンペアが必要とされています。電解液は、陽極酸化処理中に撹拌され、液温が均一になるようにします。陽極酸化処理槽の処理時間は、通常の場合、1時間未満です。
7. 色（染料）を付けるには、希釈した水溶性の有機染料を入れた槽に部品を浸す。染料によって、この浸漬の時間や温度は異なる。
8. アルマイトの最終工程は、染色された外表面が太陽光で白化したり、シミになったりしないよう、シーリングを行うことです。封をしない場合、多孔質な外面は耐食性が低下する。無染色の場合は、沸騰した脱イオン水に20～30分浸します。これにより、酸化アルミニウムの非構造化気孔が、より強固な結晶性水和物に変換される。アルマイトが染色されている場合は、酢酸ニッケル溶液の入ったタンクで3〜5分間封孔処理を行う。
9. 硬質アルマイトでは、プロセスによって硫酸とシュウ酸の混合物を使用します。比較的低温で、高電流、高電圧が使用されます。生成される「灰色」の酸化皮膜は通常2～3ミルで、非常に緻密で耐摩耗性、耐腐食性に優れています。   

ラックの代わりにバルクアノダイズ処理があり、リベット、フェルール、医療用ハブなど、小型で不規則な形状の部品のアノダイズ処理に適しています。ラックの代わりに、穴のあいたアルミニウム、プラスチック、またはチタンのバスケットで部品を処理します。コイル生産でもバッチ生産でも、アルマイト加工は業界で最も優れたアルミニウム仕上げの選択肢のひとつです。

もう一つの方法は、コイルアルマイトです。 コイル状のアルミニウムを陽極酸化処理することで、仕上げコストの削減、生産時間の短縮、材料の取り扱いの軽減を図ることができます。アルマイトの利点は、板材やコイル材から製造されるほとんどの製品に適用することができます。押し出し材、鋳物、棒材、板材から作られる製品は、ラッキングやバルクなどのピースアルマイトの工程に限定されます。

ほとんどのアルミニウム合金は、アルマイト槽の中で酸化アルミニウムを形成しますが、アルマイトの仕上がりには違いがあります。ある合金はアルマイト処理が難しく、他の合金はわずかに異なる色調にアルマイト処理されます。アルマイトを施すと、加工性（機械加工、研削、研磨）、耐環境性、寸法安定性などが様々な合金で変化します。

なぜアルマイトなのか？

アルマイト処理は、アルミニウムの仕上げとして非常に効果的で望ましい方法です。 アルマイトの主な利点は以下の通りです。

• 耐久性 - ほとんどのアルマイト部品は、取り扱い、設置、使用、およびメンテナンスによる摩耗がありません。
• 密着性 - 陽極酸化はアルミニウムの一部であり、完全な結合と比類のない密着性を実現します。
• 色 - アルマイト処理された部品は、紫外線にさらされても良好な色安定性を維持し、欠けや剥離の原因となる塗膜がなく、着色プロセスの再現性があります。
• オリジナル仕上げの品質 - オリジナルのアルマイト処理によるマーキングが部品に発生しない。
• メンテナンス-通常、石鹸と水による簡単なクリーニングで、アルマイト加工されたプロファイルを元の外観に戻すことができます。
• 美観 - アルマイト処理では、アルミニウム押出材の金属的な外観を生かしつつ、光沢や色の選択肢を数多く用意しています。
• コスト - アルマイト処理は、他の仕上げ方法と比較して、非常に費用対効果の高い価値を持っています。 加工費とメンテナンス費が安いだけでなく、耐久性が高いため、交換コストを最小限に抑えることができます。
• 環境、健康、安全 - アルマイト処理は、最も環境に優しい工業プロセスの一つであり、一般的に人体に有害ではないため、現在の政府規制に対して好意的である。アルマイト仕上げは、化学的に安定で、分解せず、無毒であり、アルミニウムの融点まで耐熱性があります。 アルマイト処理は自然界に存在する酸化物プロセスの強化であるため、非危険物であり、有害または危険な副産物を生成しない。アルマイト処理に使用される化学浴は、再生、リサイクル、再利用されることが多い。 

なぜアルマイトの厚みを測るのか？

陽極酸化処理のパラメータは、形成される酸化物の性質に大きな影響を与えます。低い温度と酸の濃度を使用した場合、ポーラスで硬い皮膜が得られます。より高い温度と酸の含有量、および長い浸漬時間は、より柔らかく、より多孔性の皮膜を生成します。合金そのものやこれらのパラメータのわずかな変更が、皮膜に大きな影響を与えることがあります。

様々なプロセスコントロールと測定技術により、陽極酸化業者は陽極酸化皮膜のアプリケーションを監視、制御、修正することができます。 アルマイトの品質管理で最も重要なものの1つは、膜厚です。アルマイトの厚みは、渦電流膜厚計を使用して非破壊で測定するか、単位面積あたりの重量を計算することによって測定することができます。渦電流法は、計算法よりも効率が良いだけでなく、検査員が部品の全表面にわたって十分な陽極酸化が行われていることを確認することができるため、簡便な方法です。

アルマイトの市場は？

アルマイトの製品や部品は、何千もの商業、工業、消費者向けのアプリケーションで使用されています。

• 建築用製品（カーテンウォール、ルーフィングシステム）
• 商業用および住宅用製品（換気口、日よけ、フレーム、建具）
• でんきせいひん
• 調理器具類（フライパン、クーラー、グリル）
• ホーム＆オフィス家具（テーブル、ベッド、キャビネット）
• スポーツ用品（ゴルフカート、ボート、キャンプ用品、釣り用品）
• 自動車部品（トリム、ハブキャップ、パネル、ネームプレート）。
• でんしこうがく
• 航空宇宙(衛星パネル)

アソシエーション

AAC (Aluminum Anodizers Council) アルミニウム陽極酸化処理業者協会

AEC (アルミニウム押出機協議会)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - 旧 AAMA-Architectural Manufacturers Association（建築関連製造業協会

アルミニウム協会

アノダイズ業界仕様

ミリタリーアノダイズ規格

MIL-A-8625-アルミニウムおよびアルミニウム合金用陽極酸化皮膜処理剤

MIL-STD-171-Standard for Finishing and Treating Surfaces (表面処理用)

ASTMアルマイト規格

ASTM B244-09-Standard 渦電流計によるアルミニウム上の陽極皮膜および非磁性卑金属上のその他の非導電性皮膜の厚さ測定試験方法

ASTM B487-85-Standard 断面の顕微鏡検査による金属および酸化皮膜の厚さ測定試験方法

ASTM B137-95-Standard 陽極酸化皮膜処理アルミニウムの単位面積当たりの皮膜質量測定試験方法

ASTM B136-84-Standard アルミニウム上のアノードコーティングの耐汚染性測定方法

ASTM B457-67-Standard アルミニウム上のアノードコーティングのインピーダンス測定試験方法

ASTM B580-79-Standard アルミニウムの陽極酸化皮膜の仕様

ASTM B680-80-Standard 酸溶解によるアルミニウム上のアノードコーティングのシール品質試験方法

ASTM B893-98-エンジニアリング用途のマグネシウムのハードコートアルマイト処理に関する規格

SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications)陽極酸化処理規格

AMS2468-アルミニウム合金のハードコート処理

AMS2469-アルミニウムおよびアルミニウム合金の硬質皮膜処理

AMS2471-アルミニウム合金の陽極酸化処理 硫酸処理、プロセスアンダイ処理

AMS2472-アルミニウム合金の陽極酸化処理 硫酸プロセス、プロセス染色

AMS-A-8625-アルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化皮膜（MIL-A-8625のコピー）。

国際規格 アルマイト規格

ISO 7599-アルミニウム及びその合金の陽極酸化処理：アルミニウム上の陽極酸化皮膜の一般仕様。

ISO 8078-アルミニウム合金の陽極酸化処理-硫酸処理、無染色皮膜

ISO 8079-アルミニウム合金の陽極酸化処理-硫酸処理、染色皮膜

ISO 10074-アルミニウム及びその合金上の硬質陽極酸化皮膜に関する規格

BS、DIN、EN アルマイト規格

BS/DIN EN 2101-アルミニウム及び鍛造アルミニウム合金のクロム酸陽極酸化処理に関する規格

BS/DIN 2284-アルミニウム及び鍛造アルミニウム合金の硫酸陽極酸化処理に関する規格

BS/DIN 2536-アルミニウム合金の硬質陽極酸化処理

BS/DIN 2808-チタン及びチタン合金の陽極酸化処理

DIN EN ISO 7599-アルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化-アルミニウム上の陽極酸化皮膜の装飾および保護指定方法