アルミニウム材は軽量で加工しやすいとても便利な物質で、多くの人に馴染みも深い金属です。
そのようなアルミニウム素材には一般的にアルマイト（アルマイト処理）と呼ばれる表面処理が行われます。
アルマイト処理を行うことにより、アルミニウムはより活用の幅を広げ、ますます私たちの生活に欠かすことのできない存在となります。
一見、メッキの一種とも思えるアルマイトですが、実はメッキとは全くの別物です。
本記事では、そんなアルマイトに焦点を当てて、その効果や役割、工程をご紹介してゆきます。
アルマイト処理を検討している方のみならず、アルミニウム素材の製品をご検討されている方も是非参考にしてください。
（目次）
・アルミニウム材の特徴
・アルマイトの必要性
・アルマイトの構造
・メッキとの違い
・アルマイトの効果と役割
・アルマイトの用途
・脱脂
・エッチング
・スマット除去
・陽極酸化
・封孔処理
・カラーアルマイト
・硬質アルマイト
１．アルマイトとは
１．１．アルミニウム材の特徴
私たちの日常の中にも、アルミニウム材は広く浸透しています。
アルミニウムの特徴として最もよく知られているのは、とても軽量ということです。
質量は鉄の３分の１程度しかなく、そのため軽量化がニーズとなるものが多い現代では重宝されています。
例えば、飛行機の部品などでの適用はその代表的な例です。
また、柔らかくて成形がしやすいため、加工性も高いです。
単純に削ったり穴を空けるときの工具の消耗も少ないですし、とても薄いアルミホイルや複雑な形状のアルミサッシなどの製造も実現でき、そのことは私たちの生活にアルミニウムが浸透している一つの要因です。
リサイクル性も高く、現代において欠かせない金属です。
さらに、空気中の酸素と結びつき、表面に酸化皮膜ができるため、錆びにくい性質も持っています。
１．２．アルマイトの必要性
アルミニウム材は「錆びにくい」とは言うものの、実は全く錆びないわけではありません。
自然に発生する酸化皮膜は非常に薄いため、それによって完全に錆を防止することはできません。
また、アルミニウムの「柔らかい」という性質はメリットにもなりますが、表面が剥き出しのままでは傷つきやすくなってしまうなどのデメリットにもなってしまいます。
そのため、アルミニウムには耐食性や硬度向上を目的とした表面処理を行う必要があります。
その最も一般的な方法がアルマイト（処理）です。
アルマイトとは、アルミニウム材を陽極で電解処理し、表層に酸化皮膜を生成させる表面処理法です。
自然の状態では薄くて錆の発生も考えられる酸化皮膜を意図的に厚いものにし、耐食性を向上させるのです。
さらに、この酸化皮膜は硬度が高く、表面を硬くすることでの強度や耐摩耗性の向上にも繋がります。
２．アルマイトの特徴
２．１．アルマイトの構造
アルミニウムを陽極とし、硫酸やシュウ酸、クロム酸など電解液中で電解させると、アルミニウム表面に酸化皮膜を生成させることができます。
皮膜の厚さは電解液中に通電した電流の量で決まります。
構造としては、蜂の巣のような形状（ハニカム構造）をしており、中央にポアと呼ばれる穴が空いていることが特徴です。
２．２．メッキとの違い
よく言われるのは、このアルマイトはメッキの一種ではないか？ということです。
実はアルマイトとメッキは明確に違うものです。
処理時においては、メッキはメッキしたい素材を陰極にするのに対し、アルマイトはアルミニウム素材を陽極とします。
それだけでなく、皮膜の出来方にも違いがあります。
メッキは表面に別の金属の皮膜を付着させ、機能をもたせる表面処理です。
一方でアルマイトはアルミニウム自身の酸化物が皮膜となり、機能を有します。
メッキは素材表面に付着してゆくだけですが、アルマイトの場合は素材内部にも同じぐらいの速度で反応が進展します。
例えば、アルマイトの皮膜の厚みが10μmの場合、元の素材の表面から5μmは厚さが増しますが、残りの5μmは内部に向かって進展してゆきます。
素材内部まで皮膜が進展している分、アルマイトの方がメッキより剥がれにくい構造になっています。
２．３．アルマイトの効果と役割
アルマイト処理したアルミニウムには以下のような効果が表れます。
・耐食性
アルミニウム素材のままだと変色や腐食しやすいこともありますが、アルマイトすれば化学的に安定し、耐食性が向上します。
ただし、アルカリ性の環境下には弱いです。
・硬度
合金にもよりますが、一般的にアルミニウム素材は柔らかく、そのままでは傷などもつきやすいです。
アルマイト処理すれば表面の硬度が上がり、傷もつきにくくなります。
また、耐摩耗性も向上します。
・熱伝導率
アルミニウム素材は熱伝導率が比較的高いですが、アルマイト処理すると熱伝導率は３分の１程度まで下がります。
・絶縁性
アルミニウム素材は通電性が高いですが、アルマイト皮膜は電気を通さず、優れた絶縁性を発揮します。
アルマイト皮膜が剥がれていないかを確認するために、通電の有無で確認する場合もあります。
・表面の脆さ
アルマイト皮膜自体は脆い物質なので、処理後に曲げなどの変形をさせると皮膜が破壊されてしまいます。
変形を利用する塑性加工などを行うときは、アルマイト処理前に行うことをお勧めします。
・美観性
皮膜自体は無色透明で質感に大きな変化はありませんが、アルマイト処理したアルミニウム材は着色することも可能です。
この着色については後述します。
２．４．アルマイトの用途
アルミニウムの製品は建築材料などあらゆる環境下で使用されることも多く、主に耐食性や硬度の性質を目的にアルマイト処理されることが一般的です。
また、身近な例だと、アルミ製の耐久性の高い弁当箱ややかんなどもアルマイト処理されたアルミニウムです。
また、絶縁性を利用してコンデンサなどに利用される例もあります。
着色したアルマイトは装飾にも広く利用されます。
３．アルマイトの工程
アルマイトとはどのような工程で行うのか、段階ごとにご紹介します。
３．１．脱脂
アルミニウム材料は製造や加工の段階で表面に油分が付着してしまいます。
この油分は酸化皮膜の密着不良を起こしてしまうことがあります。
したがって、まず始めはこの油分を取り除く脱脂工程です。
通常の金属の脱脂にはアルカリ性溶液を使いますが、アルミニウムは酸性にもアルカリ性にも溶けてしまう両性金属なので、中性や弱アルカリ性の溶液を用いることが多いです。
３．２．エッチング
次に、前の脱脂工程で取り切れなかった油分や自然に発生したアルミニウム材表面の酸化皮膜を取り除きます。
この工程をエッチングといいます。
エッチングには水酸化ナトリウムを用います。
３．３．スマット除去
エッチングによって表面に不純物が析出してしまいます。
アルミニウム合金の場合、合金成分である銅やケイ素といった金属が析出することもあります。
このような物質をスマットといいます。
このスマットも取り除かなければ、酸化皮膜の生成を邪魔してしまいますので、この段階で取り除きます。
スマット除去には硝酸などが用いられます。
ここまでの工程を合わせて「前処理」と呼びます。
３．４．陽極酸化
この工程がアルマイトのメインとなる工程です。
アルミニウムを電気分解の陽極側に設置し、硫酸やシュウ酸といった電解液中で通電します。
通電に伴って、水の電気分解と同様、溶液中の酸素が陽極側に発生します。
陽極にあるアルミニウムとここで発生した酸素が反応し、酸化アルミニウムとなったものが酸化皮膜です。
酸化は表面から外側にも内側にも進展しますので、アルマイトの場合はメッキと違って素材内側にも皮膜が成長してゆくことになります。
また、皮膜の成長を最初から観察してみると、はじめはバリアのように表面全体に凹凸なく皮膜ができます。
その後、表面に凹部が発生し、皮膜が厚くなるに従って、直径10～30ナノメートルぐらいのたくさんの穴が空いたような皮膜として成長してゆきます。
この穴がポアと呼ばれるものです。
３．５．封孔処理
陽極酸化によってアルマイトの生成は完了しているのですが、アルマイト後のアルミニウム表面は化学的に活性で、空気中の酸素や他の物質とも反応しやすい状態になっています。
また、このままではポアという穴が空いている状態で、表面積が大きな状態になっています。
この状態のままだと、手で触って表面についた指紋もなかなか落ちないような状況になってしまいます。
したがって穴を封じて、化学的にも安定化することによって、耐食性や耐汚染性を向上させます。
封孔処理には、加圧水蒸気処理、沸騰水処理など水和反応で体積が膨張することを利用して穴を塞ぐ方法や、酢酸ニッケル、酢酸コバルトなどを用いて金属塩で穴を塞ぐ方法などがあります。
なお、封孔処理のように陽極酸化後に行う工程のことを後処理といいます。
４．アルマイトの種類
４．１．カラーアルマイト
アルマイトするアルミニウム材はさまざまな色に着色することができます。
これは陽極酸化時に生成された穴（ポア）を利用します。
封孔処理する前の段階で、この穴の中に染料を入れ、内部に吸着させた後に封孔して閉じ込めることで、表面を着色するのです。
染料の色にはさまざまなバリエーションがありますので、これによって多くの種類の色のアルミニウム材を作り出すことができます。
このようなアルマイトをカラーアルマイトといいます。
表面に塗料を吹き付けるようなの方法と違い、カラーアルマイトはその構造上、剥がれにくいという利点があります。
身近にあるアルミニウム製品のもので、色のついているものはこの処理が行われているものも多いです。
ただし、カラーアルマイトは熱や紫外線に弱く、色褪せてしまうため、常に外で使用されるような建材などにはあまり向いていません。
建材などの場合、金属粒子を電着させる電解着色という方法で着色させることの方が多く、この方法は色のバリエーションこそ少ないですが、色褪せの心配はほとんどありません。
４．２．硬質アルマイト
アルミニウム材の適用範囲は非常に広く、中には通常のアルマイト処理では硬度や耐摩耗性が足りないものもあります。
そのような場合、一般的なアルマイトより表面の酸化皮膜を厚くして硬度を上げる硬質アルマイト処理を行います。
電解液を低温にして処理を行うなど、通常のアルマイト処理とは工程も一部異なります。
５．弊社の対応状況
弊社 株式会社コネクションでもアルマイトは対応しております。
処理可能材質はアルミニウム(A1000系、A2000系、A3000系、A5000系、A4000系、A6000系、A7000系）で、製品の部分的なマスキング対応も可能です。
また、研磨工程も対応できます。
処理サイズは板形状であれば、深さ450×横幅450㎜まで可能です。
カラーアルマイトについては、基本色15色をご用意しております。
調色を行うことで中間の色なども表現できますので、ご希望の色をご相談ください。
また、硬質アルマイトにも対応しております。
６．まとめ
アルミニウムの表面処理アルマイトについて解説してきました。
以下まとめです。
・軽量で加工性も良いために広く使用される金属であるアルミニウムにおいて、主に耐食性や硬度を向上するためにアルマイト処理が行われる。
・アルマイトとは表面に生成する酸化皮膜である。
・アルマイト処理は反応が素材内部にも進展するため、別の金属を表面に付着させるメッキとは別物である。
・アルマイトは脱脂、エッチングなどの前処理を行ったあと、陽極酸化によって酸化皮膜を生成させるが、この酸化皮膜にはポアという穴が発生するので、後処理として封孔処理が必要である。
・陽極酸化時に発生する穴に染料を入れることで、さまざまなバリエーションのカラーアルマイトを行うことができる。
アルマイト及びアルミ製品をご検討中の方は弊社に是非ご相談ください。
お急ぎの方はこちら 直通電話 090−6819−5609
【著者のプロフィール】
1996年、福井工業大学附属福井高等学校を卒業後、地元のメッキ専門業者に入社、 製造部門を4年経験後に技術部門へ異動になり、携帯電話の部品へのメッキ処理の試作から量産立ち上げに携わる。
30歳を目前に転職し別のメッキ専門業者に首席研究員して入社。 メッキ処理の新規開発や量産化、生産ラインの管理、ISO9001管理責任者などを担当。
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