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腐食しにくい材質 ステンレス アルミ

本ブログの御訪問ありがとうございます。
機械設計歴20年以上のtsurfと言います。

 

今回は以下に関する記事です。

腐食しにくい材質 ステンレス アルミ

  

⇩本記事は以下の方にオススメです⇩

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とある
未経験機械設計者

ステンレスとアルミって
なぜ錆びないの?
あと どういうところに
使ったらいいの?

 

⇩本記事を読むと以下が わかります⇩

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管理人TSURF

以下を解説します。

  • ステンレスとアルミが表面処理なしで
    錆びにくい理由
  • ステンレスの種類
  • ステンレスとアルミの使い分け

 

 

①結論

概要


ステンレスやアルミは

コーティングやメッキなしの素材そのままの状態で 
金属表面に酸化被膜を形成できます。

これにより、表面より奥へはサビが侵入しにくく、
結果的に腐食しくいものとなります。

 

ざっくりとした使い分けとしては、以下となります。

  • 強度が必要な箇所はステンレス 
  • 強度より軽さが必要な箇所はアルミ

 

 

本記事の注意点

本記事では、基礎的な知識をざっくりと紹介し
使い分けなどを、主に記載しようと思います。

材質特性については、それほど深堀はしません。

 

というのは 正直 こういう材質に関しては、
材料屋さんのHPのほうが、非常に詳しく解説されています。

 

 

②ステンレス材料特性

ステンレスの特性ざっくり解説

ステンレスは 鉄にクロムを添加した合金で
添加されたクロムが、表面に酸化被膜を形成し、
錆びの侵食から守ります。

 

以上の特徴により

  • 腐食しやすい環境下での金属材料
  • 摺動によりメッキ剥がれの心配のある部品
  • 強度が必要な部品

などに使われます。

 

 

ステンレスのメリット/デメリット

メリット

  • 鉄の合金なので強度がある
  • 傷などがあっても クロム成分がすぐに酸化被膜を形成してくれる
  • 設計ミスや 改造などで 部品を削った際に
    ステンレスであれば 削った所のケアをしなくてもよい

 

デメリット

  • 高価
  • 加工性がよくない
    種類によっては、精度が出にくい
  • 鉄ベースなので、重い

 

 

ステンレスの種類

機械設計において、ステンレスの材料選定に必要な要素は
主に以下にあると思います

  • 焼き入れが入るか
    焼き入れが可能かどうかは、ステンレスを摺動部に
    使いたい場合です。

  • 磁性があるか
    例えば 段取り替えが頻繁にある箇所で、
    段取り替えを容易にするために、
    磁性により取り付けて、クランプで固定したい場合です。

 

ステンレスには、以下の種類があります。

  • マルテンサイト系
  • オーステナイト系
  • フェライト系

本記事では、マルテンサイト系とオーステナイト系を以下にまとめます。

  代表例 耐食性 磁性 焼き入れ
マルテンサイト sus440等 若干劣る 有り
オーステナイト sus304等 優れている 無し 不可

 

 

③ステンレスの板材

熱間圧延材

熱をかけて ロール整形で伸ばす一番最初の工程で、
作られるものです。

 

HOT材やNo.1とも呼ばれます。
一番最初の工程だけあって 板厚は厚く 規格3t以上です。

 

熱をかけながら 伸ばすので、冷えて収縮する分
板厚の精度はよくありませんが、安くすみます。

 

 

冷間圧延材

前述の熱間圧延材を
常温下でロール整形で、薄く延ばす2番目の工程にできるものです。
(冷間圧延というが 別に冷やしているわけではない)

 

主なものが2B材です COLD材とも呼ばれます。
2B材の2はこの2番目の工程のもので、Bはブライト仕上げのBです。

熱をかけないので精度が出やすく、加工硬化によって 硬くなります。

 

なお、図面表記の際 
SUS304 2Bと書いた時点でCOLD材ですので
SUS304 2B COLDと記載する必要はありません。

 

 

④アルミ材料特性

アルミの特性ざっくり解説

アルミは 添加物がなくとも単体で酸化被膜を形成できます。

但し 工業用で使うものは 
強度や工材への加工上の都合から添加物を含んだ合金です。

 

また 酸化被膜にしても 
アルミ素材そのものの酸化被膜は、薄すぎて弱いので
後述するアルマイトという処理を行い耐食性をUPさせます

 

材質自体もステンレスに比べ、
軽量ですが強度がなく、やわらかいです。
ですので、強度がそれほど必要ない箇所に使用されます。

 

熱伝導性がいいため、加工性はよく、精度も出やすいです。

 

 

アルミのメリット/デメリット

メリット

  • 軽い
  • 加工性がよく精度が出やすい

 

デメリット

  • 高価
  • ステンレスより弱く柔らかい
  • M3などの小さいタップはエンザートを入れたくなる
    (小さいタップなどの場合ヘリサートは弱い)
  • 基本的に後述するアルマイトが必要

 

 

⑤アルミの表面処理:アルマイト

先述しましたが アルミは素材単体で、
酸化被膜を形成できますが、薄すぎて弱いです。

 

そこで 陽極酸化とも言いますが、 
電気メッキと逆のことをするのが、アルマイトです。

 

アルミの場合
アルマイト処理をすると、酸化被膜が厚くなります。

つまり この表面処理は、メッキのようなものではなく、
素材の表面を変化させたものとなります。

 

しかし、そのアルマイトで厚くした酸化被膜
はポーラス形状と呼ばれる微細な穴が開いています。

 

そのままだと、汚染物質を吸着してしまい、かえって
腐食のもととなってしまう可能性があります。

したがって、最後 微細孔に
金属粒子を埋め込んだり、塗装などを行い穴を塞ぎます。

 

 

よく アルマイトには様々な色のものがありますが
穴を塞ぐ工程で着色ができます。

 

以上の理由から図面には
白アルマイト 黒アルマイトなと表記するのです。

 

 

⑥まとめ

  • ステンレスとアルミは、素材単体で酸化被膜を形成できる
  • 酸化被膜のおかげで、錆が奥まで侵食しない
  • ステンレスは重いが硬い
  • アルミは軽いがやわらかい
  • ステンレスはニッケルとクロムの合金で
    クロムが酸化被膜を形成する。
  • アルミは、素材そのままで酸化被膜を形成できる
  • しかしアルミ素材そのままの酸化被膜だと薄くて弱いので
    アルマイト処理が必要
  • アルマイトはそのままだと、ポーラスと呼ばれる微細な穴により、
    汚染物質まで吸着してしまい、かえって腐食の原因となる
  • したがって アルマイトは封穴の処理をする

本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます。

 

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