21種類の表面処理プロセスを探る

表面処理とは？

表面処理は、基材の表面層を改質し、その機械的、物理的、化学的特性を向上させる高度なプロセスです。この人工的な表面改質は、耐食性の向上、耐摩耗性、美観、その他の特殊な機能ニーズなど、特定の製品要件を満たすことを目的としています。

金属鋳物には、いくつかの高度な表面処理方法が採用されている：

1. 機械研磨：研磨材を使用して表面を滑らかにし、粗さを減らして反射率を高める。
2. 化学処理：エッチング、不動態化、化成皮膜処理など、表面の化学的性質を変化させ、耐食性を向上させる処理。
3. 表面熱処理：高周波焼入れや火炎焼入れなど、コアの特性に影響を与えずに表面の硬度や耐摩耗性を向上させる技術。
4. スプレー塗装：均一な塗装範囲と高い耐久性を実現するために、高度なスプレー技術を用いて保護塗料や装飾塗料を塗布すること。

表面処理工程は通常、いくつかの重要な準備段階を含む：

• 洗浄：溶剤、超音波洗浄、蒸気脱脂による汚染物質の除去。
• 掃き掃除：ゆるい粒子や破片を機械的に取り除くこと。
• バリ取り：振動仕上げや電気化学的バリ取りなどの技術を用いて、鋭利なエッジやバリを除去すること。
• 脱脂：水性または溶剤ベースの溶液を使用した油脂の除去。
• 酸化皮膜の除去：化学的酸洗または機械的方法により、自然に形成された酸化被膜を除去し、その後の処理に最適な表面反応性を確保する。

これらの準備段階は、最終的な表面処理の効果と寿命を保証し、最終的に金属鋳物の全体的な品質と性能に貢献するために極めて重要である。

表面処理の歴史

表面処理は人類の最も古い技術的成果のひとつであり、その起源は人類文明の黎明期にまで遡る。先史時代の厳しい現実に直面した初期のヒト科動物は、初歩的ではあるが効果的な石器製造技術を開発した。初期の職人たちは、石器に鋭利な刃をつけるために研磨法を採用し、その切断能力と「鋭利な切断」能力を向上させた。人類社会が新石器時代へと進むにつれて、石器製作は大きく進化した。この時代の職人たちは徹底的な研磨技術を習得し、機能性を向上させるだけでなく、当時の文化的洗練を反映して美的魅力も強調した、洗練された滑らかな表面を持つ道具を作り出した。

石器技術の発達と並行して、原始的な絵画技術が初期の人類の表現と技術の重要な側面として出現した。後期旧石器時代の人類は、生来の美的感覚を発揮し、個人的な装飾やおそらくは儀式的な目的のために、鉱物顔料を利用して小物を装飾した。新石器時代の陶器の出現は、表面処理技術に革命をもたらした。この革新は、有名な彩色陶器の伝統を生み出し、表面装飾の歴史における重要なマイルストーンとなった。新石器時代の陶器の複雑なデザインと鮮やかな色合いは、高度な顔料塗布方法を示しただけでなく、将来の表面コーティング技術の発展の基礎を築いた。

このような初期の表面処理の進歩は、道具製作における機能的な改善と陶器の装飾における芸術的な表現の両方を含み、今日の複雑で多様な表面工学の分野へと発展しました。このような原始的な始まりから、表面処理は洗練された学問へと発展し、現代の製造業、材料科学、芸術活動において極めて重要なものとなっている。

表面処理の種類

1.マイクロアーク酸化

マイクロプラズマ酸化とも呼ばれるマイクロアーク酸化（MAO）は、電解液と特定の電気的パラメーターを組み合わせたプロセスである。

このプロセスは、アルミニウムやマグネシウムの表面にセラミック膜を成長させる、 チタンおよびその合金。皮膜は主に卑金属酸化物からなり、アーク放電の瞬間的な高温高圧効果によって生成される。

2.金属伸線

メタル・ワイヤー・ドローイングは、研削加工によって被加工物の表面に装飾的なラインを描く表面処理技術である。

3.ブルーイング

ブルーイングとは、ボディ全体に色釉を施し、高炉で約800℃の高温で焼成する工程である。

色釉薬は溶けるにつれて粒状の固体から液状に変化し、冷却後に美しい色釉薬となってボディに定着する。

この時点で、色釉の高さが銅線より低くなっているので、釉薬を補充しなければならない。

その後、通常4～5回の連続プロセスで、パターンがワイヤーパターンのレベルに合わせて充填されるまで焼結される。

4.ショットブラスト

ショットブラストは、ワークピースの表面にペレットを衝突させる冷間加工法です。その結果、残留圧縮応力が植え付けられ、加工性が向上します。 疲労強度 ワークの

5.サンドブラスト

サンド・ブラスト は、高速の砂流の衝撃によって不純物を除去し、基材の表面を粗くするプロセスである。

これは、圧縮空気を使用して高速ジェットビームを発生させ、ブラスト材（銅鉱砂、石英砂、コランダム、砂鉄、海南砂など）をワークピースの表面に高速で吹き付け、その外観や形状を変化させることで実現します。

6.エッチング

エッチングは、化学反応や物理的衝撃によって材料を除去する方法である。

一般的に、この工程は光化学エッチングとも呼ばれ、露光・現像後にエッチングする部分の保護膜を剥がし、溶解・腐食を起こす薬液に浸す。その結果、表面に凹凸ができたり、中空成形ができたりする。

7.型内装飾

IMD（インモールド・デコレーション）は無塗装技術とも呼ばれ、広く使われている表面加飾技術である。

この技術は、表面の硬化透明フィルム、中間の印刷パターン層、裏面のインジェクション層で構成されている。中間のインクが摩擦から保護し、傷を防ぐと同時に、色が鮮やかに保たれ、時間が経っても色あせないようにする。

8.アウト・モールド・デコレーション

アウトモールド・デコレーションは、ディスプレイにおける視覚的、触覚的、機能的要素の組み合わせである。

これはIMD（In-Mold Decoration）技術の延長であり、印刷、テクスチャー構造、メタライゼーション特性を組み合わせた3D表面加飾技術である。

9.レーザー彫刻

レーザー彫刻またはレーザーマーキングとも呼ばれるレーザー彫刻は、光学原理を利用した表面処理プロセスである。この方法では、レーザー光線を利用して、物体の表面や透明な素材内に永久的なマーキングを施します。

10.EDM

放電加工（EDM）は、放電を利用して導電性材料を除去する特殊な加工方法である。加工液に浸された2つの電極間でパルス放電を行います。

工具電極は通常、銅、グラファイト、銅-タングステン合金、モリブデンなど、導電性がよく、融点が高く、加工しやすい耐食性材料で作られている。

加工プロセス中、工具電極は多少の磨耗を経験するが、被加工物から除去される金属の量よりかなり少なく、損失が生じないことさえある。

11.レーザーテクスチャリング

レーザーテクスチャリングは、高エネルギー密度レーザーを利用して、蛇皮、エッチング、パーライト、またはその他の形態のラインなどのパターンを鋼鉄の表面に生成するプロセスです。

12.パッド印刷

パッド印刷は、シリコーン（または銅、熱可塑性プラスチック）とシリコーンゴム材料でできた湾曲したパッドを使用する特殊な印刷方法です。グラビアのインクをパッドの表面につけ、それを対象物の表面に押し付けることで、文字や模様などのデザインを印刷します。

13.スクリーン印刷

スクリーン印刷は、絹や合成繊維、金属製のスクリーンを枠に張って印刷する方法である。スクリーンは手描きフィルムや光化学的製版法で作られ、現代のスクリーン印刷技術では感光材料を用いて写真製版でスクリーンの版を作る。

このプロセスでは、スクリーン版のグラフィック部分を露光してスクリーンホールを生成し、非テキスト部分のスクリーンホールをブロックする。

印刷中、ブレードをスクリーンに押し付けることでインクが基材に転写され、スクリーンのグラフィック部分を通してインクが絞り出され、オリジナルと同じグラフィックが形成される。

14.ダイレクトサーマルプリント

ダイレクトサーマルプリントとは、紙に感熱剤を塗布して感熱記録紙にするプロセスを指す。感熱記録紙は、熱にさらされると物質（現像剤）の物理的または化学的性質を変化させ、画像が得られる。

15.熱転写印刷

について 熱伝達の原理 印刷は、プリンターと特殊な転写インクを使ってデジタルパターンを転写紙に印刷し、転写機を使って高温高圧でパターンを製品表面に転写し、製品印刷を完成させる。

16.プラノグラフィー

平版上の図柄部分と非図柄部分は同一平面上にあるため、印刷時に印刷版の図柄部分と非図柄部分をインキに識別させるためには、油水分離の原理を利用する必要がある。

まず、印刷版部品の水供給装置は、印刷版の非印刷部分に水を供給し、それによって印刷版の非印刷部分がインキによって濡れないように保護する。

そして、印刷部品のインキ供給装置から印刷版にインキが供給される。

印刷版の非印刷部分は水で保護されているため、インキは印刷版のグラフィック部分にしか供給できない。

最後に、刷版上のインキを乳皮に転写し、ゴムローラーと圧胴の圧力で乳皮上のインキを基材に転写して印刷を完了する。

したがって、プラノグラフィーは間接的な印刷方法である。

17.曲面印刷

曲線の場合 表面印刷インキは、文字や模様が刻まれたグラビアに入れられます。その後、文字や模様が曲面に転写され、曲面を通して成形品の表面に転写される。最後に熱処理や紫外線照射によってインキを硬化させる。

18.ホットスタンプ

箔押しとは、ハードカバーの表紙や裏表紙に箔などの素材を使って文字や模様を入れたり、箔押しで書名や模様を入れたりすること。

19.水転写印刷

水転写印刷は、加水分解した転写紙やプラスチックフィルムから、高圧を利用して基材に色柄を転写する印刷の一種である。その工程には、水転写印刷用紙の製造、化粧紙の浸漬、模様の転写、完成品の乾燥が含まれる。

20.フラットスクリーン印刷

フラットスクリーン印刷用金型は、ポリエステル製またはナイロン製のスクリーン（「フラワープレート」とも呼ばれる）で構成され、四角いフレームに取り付けられ、ステンシルパターンが施されている。このステンシル・パターンにより、カラー・ペーストはフラワー・プレートのパターン部分を通過し、非パターン部分はポリマー・フィルム層で密閉される。

プリント中、フラワープレートは生地に押し付けられ、カラーペーストで満たされる。糊はスクレーパーで前後に擦られ、柄に浸透して生地の表面に達する。

21.カレンダー

カレンダリングは、熱と圧力を使って滑らかで光沢のある表面を作る、重い革の仕上げ工程である。この工程では、材料を機械に送り込み、加熱して溶かし、シートまたはフィルムに成形し、冷却してから巻き取る。

カレンダー加工は繊維の可塑性を利用し、生地の表面を平らにしたり、細い平行な斜めの線を作ったりする。カレンダー加工に最もよく使われる素材はポリ塩化ビニルである。

表面処理用語

塗装の前に、下地と塗膜の密着性を高めたり、表面に一定の耐食性を持たせたりするために、下地から付着・発生した異物を除去する工程を前処理と呼ぶこともある。

1. 機械的な前処理：塗装前に、手工具、電動工具、スプレー、ショットブラスト、グレインなどを使用して、下地表面の異物を除去する。
2. 化学的前処理：塗装前に、化学的な方法で下地表面の異物を除去したり、化成皮膜を形成したりすること。
3. 電気化学的前処理：塗装前に電気化学的な方法で下地表面の異物を除去したり、化成皮膜を形成すること。
4. 脱脂：下地の油汚れを落とすこと。
5. 化学的脱脂：化学的な方法で下地表面の油汚れを落とすこと。
6. 電気化学的脱脂：電気化学的な方法でベース表面の油汚れを除去すること。
7. 浸漬脱脂：外部から電流を流すことなく、被洗浄物を洗浄剤に浸して洗浄すること。
8. スプレー脱脂：脱脂剤をスプレーして油汚れを落とす。
9. 超音波脱脂：超音波振動を利用し、ワーク表面の油汚れの除去を促進する。
10. 除塵:スチールベースの表面に付着した錆の除去。
11. トリミング： バリの除去塗装に適するように、下地からノジュール、溶接スラグ、鋭利なエッジを取り除く。
12. 酸洗いのこと：酸を使って下地表面の錆やスケールを除去すること。
13. 火炎洗浄：還元炎で鋼材を短時間燃焼させ、その後、パワー・スチール・ブラシで洗浄する。
14. ハンドツールによるクリーニング：手工具を使ってベース表面の異物を取り除くこと。
15. 電動工具によるクリーニング：電動工具を使ってベース表面の異物を取り除くこと。
16. ブラスト：高速の砥粒流の衝撃を利用して、下地の表面を洗浄し、粗くすること。
17. ドライブラスト：高速乾式砥粒流の衝撃を利用して、下地表面の洗浄と粗面化を行う。真空ドライブラストは、ノズルの周囲の真空システムを使って廃研掃材や切り屑を除去する。
18. ウェットブラスト：研磨剤と水の混合物の高速流の衝撃を利用して表面を洗浄し、粗くすること。
19. サンドブラスト：高速の砂流の衝撃を利用して、下地の表面を洗浄し、粗くすること。
20. ショットブラスト：高速ショット流の衝撃を利用して、下地表面を洗浄・強化する。
21. さび等級：鋼鉄表面のさびの程度を等級化したもの。
22. 除錆等級：鋼鉄表面の錆の除去の程度を等級化したもの。
23. 研磨剤：ブラスト媒体として使用される天然または合成の固体材料。
24. グリット：ブラスト洗浄に使用される研磨剤で、角状または不規則な粒子の形をしている。
25. ショット：ブラスト処理に使用される球状の研磨剤。
26. 脱色：再塗装に備え、古く傷んだ塗膜を取り除くこと。
27. 表面のコンディショニング：後工程でうまく加工できるように、表面を適切な状態にすること。
28. 化成処理：化学的または電気化学的処理で、母材表面金属の化合物からなる皮膜を生成すること。
29. リン酸塩処理：リン酸またはリン酸塩を含む溶液を使用して、母材表面に不溶性のリン酸塩皮膜を形成すること。
30. クロメート処理：六価または三価のクロム化合物の酸を用いて、母材表面にクロム酸塩化成皮膜を形成させること。
31. 不動態化すること：母材表面を不動態化すること。