金属めっきのプロセス、用途、将来の展望

電気メッキは、電気分解の原理を使用して、特定の金属表面に他の金属または合金の薄層をメッキするプロセスです。 原理は、金めっきされたワークピースが陰極として使用され、電気めっきされた金属が陽極として使用され（電気めっき溶液に不溶な金属が陽極として使用される場合もあります）、電気めっき液は電気めっきされた金属化合物です。導電性塩、添加剤など。 極が電源（直流）に接続されると、めっき液中の金属イオンが陰極に移動し、そこで電子が得られ、還元されて陰極表面に堆積してコーティングとなります。

金属めっきの発展には長い歴史があります。 最も初期に出版された電気めっき文献は、1805 年にイタリアの Brugnatelli 教授によって提案された銀めっきプロセスであり、その後、彼は金めっきプロセスを提案しました。 1840 年までに、イギリスのエルキントンがシアン化物メッキ銀の最初の特許を申請し、それを工業生産に使用しました。これがメッキ産業の始まりとなりました。 同年、Jaeobi は酸性溶液から銅を電気めっきする最初の特許を取得しました。

1840 年代には、銅亜鉛合金 (真鍮) や貴金属合金メッキなどの電気メッキ合金が登場し始めました。 1850年代までに、ニッケル、銅、錫、亜鉛を電気メッキする技術が次々に開発されました。 20 世紀初頭、人々は鋼帯の表面に酸性硫酸塩亜鉛めっきを使用することに気づき、プロクターはシアン化物電気亜鉛めっきを提案し、フィンクは (C.G. ink) と Eldridge (C.H.Eldridge) はクロムめっきの工業的方法を提案し、電気めっきは徐々に完全な電気化学工学システムに発展しました。

その後の 2 つの世界大戦と航空産業の成長により、電着のさらなる開発と改良、硬質クロムの電気めっきや銅合金の電気めっきなどの商用技術の開発が促進され、電気めっき装置は手動操作から最新の完全に自動化された組立ライン操作に発展しました。

合金コーティングは単一の金属コーティングよりも優れた性能を有するため、装飾用合金コーティングを得るという当初の目的から、装飾的、保護的、および機能的な合金コーティングの研究へと発展してきました。 電気めっき 200 年以上の応用と開発を経て、新しい電気めっき材料と電気めっきプロセス技術手法が出現し続け、応用分野は拡大し続けています。 コーティング材料は金属、合金、半導体などであり、マトリックス材料も金属からセラミック、ポリマー材料まで拡張されています。

前処理段階

表面の洗浄は、金属メッキの前処理における重要なステップです。 一般的な方法には、化学洗浄、機械洗浄、超音波洗浄などがあります。 化学洗浄では、特定の化学薬品を使用して表面から油や不純物を除去します。酸化層や汚れの表面を除去するための研削、サンドブラスト、その他の方法を利用した機械的洗浄。超音波洗浄は高周​​波の音響振動を利用して洗浄効果を高めます。 これらの洗浄方法の目的は、後続のめっきプロセスのためにきれいな表面を提供し、コーティングの密着性と均一性を確保することです。

酸洗は主に金属表面から酸化物や錆を除去するために使用されます。 一般的な酸洗液には硫酸、塩酸などが含まれます。 酸洗いプロセスは金属表面を活性化し、コーティングと基材の間の結合力を向上させることができます。

めっき前処理には、活性化、不動態化などのステップも含まれます。 活性化処理により金属表面の活性が向上し、電気めっきプロセスがよりスムーズになります。 不動態化処理は金属表面に保護膜を形成し、皮膜の耐食性を向上させます。

電気めっきステージ

電気めっきプロセスでは、電流や温度などのパラメータの調整が非常に重要です。 電流密度は、コーティングの堆積速度と品質に直接影響します。 電流密度が低いと、堆積速度が遅くなり、コーティングの結晶化が粗大になります。 ただし、電流密度が高すぎると、コーティングが焼けたり、表面が荒れたりする可能性があります。 したがって、浴の組成やコーティングの要件に応じて、適切な電流密度を選択する必要があります。

温度も電気めっきの効果に大きく影響します。 温度を上げるとイオンの拡散速度が加速し、コーティングの均一性と密度が向上します。 ただし、高温は浴の組成の分解を引き起こし、コーティングの品質に影響を与える可能性があります。

めっき液の調製はめっきの品質を確保する鍵となります。 コーティング材料が異なれば、異なる浴配合が必要となるため、調製時にはさまざまな成分の割合と濃度を厳密に管理する必要があります。 同時に、浴の安定性を確保し、良好な電気めっき結果を達成するには、浴の pH や導電率などの要素を考慮する必要があります。

後処理段階

クリーニング 後処理の最初のステップであり、コーティング表面に残っているめっき液や不純物を除去し、コーティングの変色や腐食を防ぎます。

研磨 塗膜の表面の平坦性や光沢を向上させ、外観をより美しくすることができます。

乾燥 コーティングの表面から水分を除去し、水跡や錆を防ぎます。

シーリング処理 塗膜表面に緻密な保護膜を形成し、塗膜の耐食性、耐摩耗性をさらに向上させ、塗膜の寿命を延ばします。 これらの後処理方法は相互に連携して、コーティングの品質と性能を確保します。

利点

金属メッキには多くの重要な利点があります。 初めに、 電気メッキは金属の耐食性を大幅に向上させることができます。 金属表面に保護膜を形成することで、金属と外部環境の酸素、水、その他の腐食性物質との接触を効果的に遮断し、金属の耐用年数を大幅に延ばします。 例えば、亜鉛メッキ鋼板製品の過酷な環境における耐食性は大幅に向上しました。

第二に、 電気メッキは金属の硬度を大幅に高めることができます。 クロムやニッケルなどの一部のコーティングされた金属は硬度が高いため、金属表面にメッキした後の金属の耐摩耗性が向上し、摩擦や摩耗環境での耐久性が向上します。

さらに、 電気めっきは金属の導電性を向上させることもできます。 例えば、金メッキや銀メッキなどの加工は、金属表面に良好な導電層を形成し、抵抗を低減し、電流の伝導効率を向上させることができるため、電子機器や回路の製造において非常に重要です。

さらに、 電気めっきは金属の外観を改善することもできます。 より滑らかで明るく、装飾性が向上し、さまざまな美的ニーズに対応します。

短所

ただし、金属メッキには無視できない欠点もあります。 初めに、 電気めっきプロセスは深刻な環境汚染を引き起こします。 電気めっき廃水には、通常、クロム、ニッケル、カドミウムなどの重金属イオンのほか、さまざまな酸塩基物質や有機汚染物質が含まれています。 廃水を適切に処理せずに直接排出すると、土壌や水源に深刻な汚染を引き起こし、生態環境と人間の健康を危険にさらします。

第二に、 電気めっき中の不適切な処理は逆効果をもたらす可能性があります。 たとえば、水素脆化の問題により、コーティングや母材が脆くなり、機械的特性が低下する可能性があります。 めっき工程の後処理工程が不完全な場合、皮膜に欠陥が生じ、性能や寿命に影響を与える可能性があります。

さらに、 電気メッキは多くのエネルギーと資源を消費する必要があります。 そしてそのプロセスは比較的複雑であり、コストも高くなります。 同時に、一部の中小企業では、効果的な汚染防止装置や技術が不足している可能性があり、環境保護要件を満たすことが困難です。

保護装飾分野

保護装飾の分野では、金属めっきは幅広い用途に使用されます。 衛生的な蛇口は通常、銅/ニッケル/クロムメッキで処理されており、明るい外観を与えるだけでなく、蛇口の表面の錆や摩耗を防ぐ一定の保護特性も備えています。 人造宝石も一般的な応用例であり、模造金、金、銀、その他の金属コーティングの電気めっき、またはアルミニウムの陽極酸化処理の使用など、貴金属と同様の色と質感を持ち、美しさに対する人々のニーズに応えます。そして装飾。 さらに、ドアノブなど日常的に頻繁に接触するハードウェアには、美しさと耐久性を高めるために電気めっきが施されることがよくあります。

防食分野

防食の分野では、金属メッキは重要な役割を果たします。 亜鉛メッキ板は一般的な防食材料であり、鉄板に亜鉛の層をメッキすることで鉄板の耐食性が大幅に向上し、建設、自動車、その他の産業で広く使用されています。 クロムメッキも一般的な防錆コーティングで、昔は古い自転車のホイールリムによく使われていた加工です。 さらに、無電解ニッケルめっきや陽極酸化などのプロセスは、金属の耐食性を効果的に強化し、産業や屋外などの過酷な環境で金属製品を確実に保護し、耐用年数を延長します。

パフォーマンス領域の改善

性能向上という点では、金属メッキが優れています。 プラスチックは元々非導電性であることは知られていますが、特殊な要件の下で、銀メッキや銅メッキなどの特殊なプロセスを経てプラスチックの表面に導電性金属の層がメッキされ、プラスチックに導電性を持たせることができます。電子機器、集積回路、その他の分野で使用されます。 このめっき方法により、素材に新たな特性が与えられ、用途が広がります。

特別なパフォーマンス要件が必要な領域

特殊な性能要件については、金属メッキも対応可能です。 一部の機械部品の表面など、耐摩耗性が必要な場合は、炭化タングステンやダイヤモンドライクカーボン (DLC) コーティングなどの耐摩耗性材料の層をメッキすることで、摩耗を大幅に改善できます。部品の耐久性を高め、摩耗や損傷を軽減し、耐用年数を延ばします。 自己潤滑の場合、材料の表面にグラファイトナノ複合コーティングの層をメッキして、摩擦係数を低減し、自己潤滑効果を達成し、装置の動作効率と安定性を向上させることができます。

市場の見通し

自動車産業の継続的な発展に伴い、金属めっきの需要は今後も増加し続けるでしょう。 自動車 バンパー、ホイール、ダッシュボードなどの外装部品や内装部品では、より高い美観と耐食性を追求するため、高品質な電気めっき処理の要求が高まっています。 同時に、新エネルギー車の台頭により、バッテリー部品、電子部品、その他の保護めっきの要件もより厳しくなっています。 で、 家電業界 、ハイエンドでインテリジェントな製品が主流になり、製品の外観と耐久性に対する消費者の要求により、家電メーカーは製品の競争力を高めるためにナノめっきなどのより高度な電気めっき技術を採用するようになりました。 の分野で 航空宇宙 宇宙探査の進歩と航空機の性能の継続的な向上に伴い、部品の耐高温性、耐摩耗性、耐食性などの特性に対する要求がさらに高まり、金属めっき技術の開発がより洗練され、より高度なものになるでしょう。高性能の方向性。 これらの業界における金属めっきの需要は、今後も高い成長傾向を維持すると予想されます。

技術革新

新しい電気めっき材料に関しては、 ナノマテリアルと複合材料の応用が研究開発の焦点になると予想される . ナノメッキ技術により、硬度、耐摩耗性、耐食性などのコーティングの特性がさらに向上します。 同時に、特殊な特性を備えた銅合金やニッケル合金などの新しい合金材料も開発され、さまざまな産業ニーズに応えます。 プロセス革新の観点からは、インテリジェントで自動化された電気めっき生産ラインが開発トレンドとなり、生産効率を向上させ、製品品質の一貫性を確保し、人件費を削減できます。 さらに、グリーン環境保護の概念に基づいたシアン化物を含まない電気めっきおよび低クロム電気めっきプロセスの開発と適用は、環境汚染を削減するためにさらに広範に行われるでしょう。

環境保護と持続可能性

金属めっきの開発過程では、 環境保護、省エネ、排出削減は極めて重要です。 環境保護に対する政府や社会の要求はますます厳しくなり、企業は廃水、廃ガス、廃棄物残留物を基準に沿って確実に排出するために、環境保護設備や技術への投資を増やす必要があります。 めっき液を排出しないめっき技術など、より環境に優しいめっきプロセスの研究開発・利用が今後の発展の方向性となります。 同時に、生産プロセスを最適化することで、エネルギー利用効率を向上させ、資源消費を削減し、持続可能な発展を実現します。 電気めっき廃棄物のリサイクルと再利用を強化すると、環境汚染を削減できるだけでなく、一定の経済的価値も生み出すことができます。 つまり、環境保護と持続可能な発展に重点を置くことによってのみ、金属めっき産業には幅広い将来が期待できるのです。