締結部品の表面処理 完全ガイド

1. 塩水噴霧の思わぬ落とし穴

2021 年、屋外 EV 充電器のサプライヤが、塩水噴霧 24 時間の報告書が付いた青白亜鉛めっきを指定しました。設置から 6 か月後、南部沿岸の顧客から、筐体のねじがすべて錆びて筐体に錆汁が伝っているとの苦情が届きました。

原因は次のとおりです。

1. 青白亜鉛の 24 h は、赤錆が出ないための最低基準にすぎません。実際の屋外暴露は紫外線・雨・塩が重なり、皮膜の劣化ははるかに速くなります。
2. 製品は屋外の IP54 として指定されていましたが、表面処理は屋内規格でした。
3. ジンクリッチフレークやステンレスは検討されていませんでした。

すべてを塩水噴霧 720 h のジンクリッチフレークに変更して解決しました。表面処理はサプライヤの標準的な塩水噴霧値ではなく、実際の環境に合わせる必要があります。

2. 表面処理が実際に担う役割

2.1 腐食防止

炭素鋼は空気中で錆びます。表面処理は 3 つの方法で保護します。空気を遮断するバリア、亜鉛が鋼より先に腐食する犠牲陽極、そしてステンレスのような不動態皮膜です。

2.2 摩擦の制御

締付トルクは T = K·F·d に従い、K は摩擦係数です。表面処理ごとに K は異なります。

表面処理	K	ばらつき
素の電気亜鉛めっき	0.10–0.16	大きい、±30%
ジンクリッチフレーク	0.08–0.12	中程度、±15%
フランジ亜鉛＋潤滑	0.09–0.12	小さい、±10%
黒染め＋油	0.12–0.18	大きい
ステンレス、無潤滑	0.13–0.20	大きい、かじりやすい

3. 8 種類の表面処理の比較

表面処理	塩水噴霧（h）	水素リスク	外観	相対コスト	代表用途
青白亜鉛	24–48	あり、ベーキング必要	青白色	1×	屋内盤
黄亜鉛	72–96	あり	虹色	1.1×	一般屋外
黒亜鉛	48–72	あり	黒	1.2×	外観部品
溶融亜鉛めっき	500 以上	低い	灰色	2×	電力、屋外鉄構
ジンクリッチフレーク	720–1,000	なし	銀灰色	2.5×	自動車、屋外
アルマイト処理（アルミ）	—	なし	多色	1.5×	アルミ筐体
黒染め＋油	0、屋内で短寿命	なし	黒	0.3×	内部機械
PVD / DLC	—	なし	黒または金色	5–10×	高級耐摩耗部品

4. 電気亜鉛めっき

4.1 原理

部品を亜鉛塩溶液に浸し、電流で表面に亜鉛を析出させます。亜鉛は鉄よりイオン化傾向が大きいため、皮膜に傷が付いても犠牲陽極として鋼を保護し続けます。

4.2 不動態化処理の色

• 青白： クロメート不動態化、透明な青色皮膜、24–48 h。
• 黄： 虹色クロメート、72–96 h。
• 黒： 黒色不動態化、48–72 h、外観部品に多用。
• クロムフリー： RoHS 適合、塩水噴霧はやや低下。

4.3 水素

めっきは鋼中に水素を侵入させ、1,000 MPa 超 — 10.9 以上 — では遅れ破壊の原因になります。めっき後 4 時間以内に 200 °C で 4 時間のベーキングを行ってください。詳細は後述の水素の項を参照してください。

5. ジンクリッチフレーク

5.1 原理

亜鉛とアルミのフレークをバインダーとともに浸漬または噴霧で塗布し、硬化させます。電気分解を伴わないため、水素は発生しません。

5.2 利点

• 塩水噴霧 720–1,000 h で、電気亜鉛めっきの 10 倍。
• 水素がないため、高強度鋼でも安全。
• 300 °C に耐える。
• 摩擦係数が安定。

5.3 注意点

Dacromet は商標です。一般規格は亜鉛クロムコーティング（GB/T 18684）と非電解ジンクリッチフレークコーティング（Geomet、Delta-Protekt）です。六価クロムを使う版は RoHS に適合しないため、現在の主流はクロムフリーです。

6. アルマイト処理と黒染め

6.1 アルマイト処理（アルミ）

アルミを硫酸中で陽極酸化し、緻密な Al₂O₃ 皮膜を成長させます。黒、赤、金などに染色でき、硬く美観にも優れますが、アルミとチタンにのみ適用でき、鋼には使えません。

6.2 黒染め（鋼）

鋼をアルカリ浴で処理し、数 µm の黒色 Fe₃O₄ 皮膜を形成します。防錆効果はなく、外観と短期的な酸化防止が目的で、油を塗る必要があります。内部機械に多く用いられます。

7. PVD と DLC

7.1 PVD

物理蒸着は真空中でチタンやクロムのイオンを堆積させ、TiN（金色）や TiCN（灰黒色）などの硬質皮膜を形成します。耐摩耗性と外観に優れますが高価です。

7.2 DLC

ダイヤモンドライクカーボンは超硬質の炭素皮膜で、摩擦係数は約 0.1 です。高級工具、精密部品、エンジン部品に用いられ、コストは亜鉛の 5〜10 倍です。

8. 水素脆性

8.1 現象

高強度鋼は酸洗やめっきの過程で水素を吸収します。水素は結晶粒界に集まり、遅れ破壊を引き起こします。多くは組付け後数時間から数週間で、前兆なく破断します。

8.2 注意すべき条件

• 引張強さ 1,000 MPa 超、10.9 以上。
• ばね鋼、マルテンサイト系ステンレス。
• 応力集中を生む鋭い切欠き。

8.3 対策

1. めっき後 4 時間以内に 200 °C で 4〜8 時間のベーキングを行う。
2. ジンクリッチフレークや機械亜鉛めっきなど、水素を発生しないプロセスを用いる。
3. 酸洗を避け、ブラスト処理に置き換える。

9. 塩水噴霧試験報告書の読み方

塩水噴霧試験（GB/T 10125、ASTM B117）は、試料を 5% NaCl の霧に曝し、赤錆が発生するまでの時間を記録します。以下の点に注意してください。

• 促進試験であり、試験槽の 1,000 h は屋外の 1,000 時間ではありません。
• 合格判定の基準は規格間で異なります（赤錆面積 5% か 1% か）。
• 実際の暴露には紫外線と熱サイクルが加わり、より過酷です。

環境	塩水噴霧の目標	表面処理
屋内盤	24 h	青白亜鉛
一般屋外	240 h	黄亜鉛またはジンクリッチフレーク
沿岸・化学	720 h 以上	ジンクリッチフレークまたは 316 ステンレス
埋設・水中	1,000 h 以上	溶融亜鉛めっきまたはコーティング

10. 判断フローとよくある質問

ステップ 1 — 材料は

鋼なら亜鉛またはジンクリッチフレーク。アルミならアルマイト処理。ステンレスなら不動態化処理のみです。

ステップ 2 — 屋内か屋外か

屋内なら青白亜鉛。屋外なら黄亜鉛またはジンクリッチフレーク。沿岸ならジンクリッチフレークか 316 です。

ステップ 3 — 強度区分は

10.9 以上ならベーキングが必須、またはジンクリッチフレークを使用します。

ステップ 4 — 外観は

黒なら黒亜鉛、黒染め、PVD。着色ならアルミのアルマイト処理です。

ステップ 5 — 予算は

一般部品は亜鉛で 1×、要求の厳しい用途はジンクリッチフレークで 2.5×、高級用途は DLC で 5〜10×です。

よくある質問

Q. 青白亜鉛と黄亜鉛のどちらを選ぶべきですか。 黄亜鉛のほうが耐食性に優れ、青白は外観がすっきりします。屋内は青白、屋外は黄が目安です。

Q. ジンクリッチフレークはなぜ高価ですか。 プロセスが複雑ですが、塩水噴霧は 10 倍で高強度鋼でも水素リスクがなく、トータルコストはむしろ低いことが多いです。

Q. 黒染めが錆を止めないのはなぜですか。 皮膜は数 µm しかなく、犠牲防食作用もありません。油は短期間の指紋防止にしかなりません。

Q. ステンレスに表面処理は必要ですか。 遊離鉄を除去する不動態化処理が必要です。不動態化の解説を参照してください。

Q. PVD はどのねじにも使えますか。 使えません。設備が高価で小ロットでは採算が合わず、高付加価値部品向けです。