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第 11 章コーティング

コーティングと表面仕上げ

コーティングは、完成した部品の上に薄い層を加えて、形を変えずに、保護し、硬くし、色を付けます。この章のすべての工程は 2 つの問いに答えます：層はどのようにできるのか、そしてどれだけ厚くなるのか。答えは、数原子の厚さの膜から、数ミリメートルの深さの溶射層までさまざまです。

基本の考え方

コーティングは皮膚のようなものです。構造を担うのは下の部品で、皮膚は外の世界に向き合います。木のテーブルを想像してください。荷重を支えるのは木ですが、飲み物をこぼしても大丈夫かどうかを決めるのはニスです。工程の違いは、その皮膚がどう付くかにあります：

  • 乾く、または硬化する液体：スプレー塗装、スクリーン印刷。
  • 粉末を溶かして膜にする：粉体塗装。
  • 溶けた金属に浸す：溶融亜鉛めっき。
  • 浴の中の電気化学：電気めっき、陽極酸化（金属そのものから酸化物を成長させる）、電鋳（層を残して部品を取り除く）。
  • 蒸気を、原子 1 つずつ：PVD と CVD。
  • 吹き付けた粒子が積み重なる：溶射（溶けた粒子）とコールドスプレー（固体の粒子）。

おおよそ薄いほうから厚いほうへ：PVD と CVD の膜（ナノメートルから約 20 µm）→ 電気めっきと陽極酸化（約 5–50 µm）→ 塗装と粉体塗装（約 25–150 µm）→ 亜鉛めっき（約 50–200 µm）→ 溶射（約 0.1–1 mm）→ コールドスプレーと電鋳（数ミリメートル以上まで）。

この章の 11 のプロセス

11.1スプレー塗装液体の塗料を細かい霧にして、乾燥または硬化させるレッスンを開く11.2粉体塗装帯電した乾いた粉が部品に付着し、オーブンで溶けるレッスンを開く11.3スクリーン印刷メッシュのステンシルを通してインクを押し出すレッスンを開く11.4溶融亜鉛めっき鋼を溶けた亜鉛に浸し、結合した亜鉛の層をつくるレッスンを開く11.5電気めっき(クロム、ニッケル、亜鉛)電流で浴から金属を析出させるレッスンを開く11.6陽極酸化(アルマイト)電流で、アルミそのものから硬い酸化皮膜を育てるレッスンを開く11.7電鋳原型の上に厚くめっきを育て、それを引き離すレッスンを開く11.8PVD コーティング(真空中の薄膜)ターゲットからたたき出された原子が、真空中で部品をコーティングするレッスンを開く11.9CVD コーティングガスが熱い表面で反応し、膜を残すレッスンを開く11.10溶射（プラズマ、HVOF、アーク）溶けた液滴を部品に吹き付け、積み重ねて皮膜にするレッスンを開く11.11コールドスプレー固体の金属粒子が、速度だけで溶接されるレッスンを開く

並べて比較

プロセスひとことで向いている用途ロットサイズ精度
11.1スプレー塗装液体の塗料を細かい霧にして、乾燥または硬化させるほぼあらゆるものへの、色と保護1 点ものから自動車ボディのラインまで膜厚は約 25–100 µm。腕がよければ均一に
11.2粉体塗装帯電した乾いた粉が部品に付着し、オーブンで溶ける金属用の、丈夫で溶剤を使わない仕上げ少量から連続ラインまで膜厚は約 50–150 µm
11.3スクリーン印刷メッシュのステンシルを通してインクを押し出すグラフィック、ラベル、プリンテッドエレクトロニクス数十から数千枚の印刷線の細かさは 1 mm の何分の一まで
11.4溶融亜鉛めっき鋼を溶けた亜鉛に浸し、結合した亜鉛の層をつくる構造用鋼のさび止め1 本のビームから大量のラックまで層は約 50–200 µm で、ムラがある
11.5電気めっき(クロム、ニッケル、亜鉛)電流で浴から金属を析出させるクロム、ニッケル、亜鉛、金の仕上げ小規模から非常に大規模なシリーズまで層は約 5–50 µm で、制御できる
11.6陽極酸化(アルマイト)電流で、アルミそのものから硬い酸化皮膜を育てる耐久性があり、着色できるアルミニウム表面小規模から非常に大規模なシリーズまで層は約 5–50 µm で、非常に均一
11.7電鋳原型の上に厚くめっきを育て、それを引き離す細かいディテールを写し取る、薄いシェル1 点ものから中規模のシリーズまで1 µm 未満のディテールも写し取れる
11.8PVD コーティング(真空中の薄膜)ターゲットからたたき出された原子が、真空中で部品をコーティングする工具や装飾品の、硬くて薄い膜数百から数千個のロット膜厚は約 1–5 µm
11.9CVD コーティングガスが熱い表面で反応し、膜を残すチップの層、インサートの厚いコーティング大きなロットナノメートルから約 20 µm で、非常に均一
11.10溶射（プラズマ、HVOF、アーク）溶けた液滴を部品に吹き付け、積み重ねて皮膜にする厚い耐摩耗、耐熱、防錆のコーティング。補修1 点ものからシリーズまで約 0.1–1 mm。必要なら研削
11.11コールドスプレー固体の金属粒子が、速度だけで溶接される緻密な金属の補修と肉盛り補修から小規模シリーズまで粗く、あとで機械加工する

このファミリー内での選び方

  • 目的から始めましょう： 色と基本的な保護なら塗装か粉体塗装。鋼のさび止めなら亜鉛めっきか亜鉛溶射。耐摩耗と硬さなら PVD、CVD、硬質めっき、溶射。
  • 必要な厚さを確認しましょう： ミクロンの膜ならシャープなエッジと正確な寸法が保てます。ミリメートルの層なら摩耗した部品を再生できます。
  • 部品が耐えられる熱を確認しましょう： CVD は約 1,000 °C、亜鉛めっきは約 450 °C、粉体塗装の硬化は約 200 °C ですが、めっき、陽極酸化、溶射では部品は低温のままです。
  • その工程が届く範囲を確認しましょう： 浴やガスは穴や隠れた面にもコーティングできます。スプレーや PVD は、見えるところにしかコーティングできません。
  • 材料に合わせましょう： 陽極酸化は主にアルミニウム向け、亜鉛めっきは鋼向け、コールドスプレーは延性のある金属向けです。

キーワード

基材
コーティングされる部品そのもので、その上のコーティングとは区別されます。
密着性
コーティングがどれだけよく付くか。表面の洗浄と粗面化に大きく左右されます。
電解液
電気を通す液体。めっき、陽極酸化、電鋳で使われます。
直線視野（ライン・オブ・サイト）
スプレーや PVD のように、直接見える表面にしかコーティングできない工程。
コンフォーマルコーティング
CVD のように、穴を含むすべての面に沿って均一に付く層。
ミクロン（µm）
1 mm の千分の 1。人の髪の毛の太さは約 50–100 µm です。
プラズマ
エネルギーを与えられて、電気を通し、光を放つようになったガス。
マスキング
コーティングしてはいけない部分を覆うこと。

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