亜鉛（Zn）
亜鉛は原子番号30の金属元素であり、常温で比較的柔らかく展延性に富むが低温では脆くなる特性をもつ。大気中では表面に炭酸塩・水酸化物を主成分とする緻密な皮膜を形成し、鋼材を防食する犠牲陽極として広く利用される。乾電池の負極材、黄銅（銅-亜鉛合金）、ダイカスト用合金、酸化亜鉛（ZnO）など用途は多岐にわたる。設計・製造ではめっき種別、電食（ガルバニック腐食）、加工温度域、環境・安全を総合的に考慮する必要がある。
原子・結晶と物性
亜鉛は常温で六方最密充填（HCP）構造をとり、c/a比が理想値からずれるため方位依存の変形挙動を示す。密度約7.14 g/cm³、融点約419.5℃、沸点約907℃である。常温ではやや脆いが100〜150℃で延性が増し圧延・押出が容易になる。電気抵抗率はおよそ5.9×10^-8 Ω·m、熱伝導率は約116 W/m·K、ヤング率は約80 GPa程度とされ、構造材というよりは機能・防食用途での価値が高い。
化学的性質と腐食挙動
亜鉛は両性金属であり、酸にも強塩基にも溶解する。空気中では酸化膜と塩基性炭酸亜鉛からなる保護皮膜を生じ、穏やかな環境で自己不働態化する。鉄鋼と接触し電解質水溶液が存在するときは、電位が卑な亜鉛が優先的に溶解して鋼を守る（犠牲陽極作用）。一方、塩化物濃度や湿潤-乾燥の繰り返し条件では白錆が生成し、薄膜めっきでは消耗が進むため、膜厚設計と表面処理（クロメートフリーの化成処理など）が要点となる。
代表的な用途
- 防食：鋼材への電気亜鉛めっき（EG）、溶融亜鉛めっき（HDG）、熱拡散めっき等
- 合金：黄銅（Cu-Zn）、ダイカスト用Zn-Al-Mg（通称ZAMAK/ZDC）、ベアリング用合金
- 電池：マンガン乾電池・空気電池の負極材
- 化合物：ZnO（ゴム用活性剤、顔料、セラミックス、バリスタ）、ZnS（蛍光体）
- 犠牲陽極：配管・タンク・船体の防食
亜鉛めっき（電気・溶融）
電気亜鉛めっきは外観が良く寸法精度に優れる一方、膜厚は比較的薄く、屋外長期腐食には溶融亜鉛めっきが選択されることが多い。溶融亜鉛めっきは鉄-亜鉛合金層と純亜鉛層からなる重ね膜で、切断端部や複雑形状でも比較的均一に膜厚が得られる。設計ではエッジ部の被覆、空気抜き・湯抜き孔、ねじ部の後加工、膜厚と期待耐用年数の関係、クロメートフリーの後処理などを検討する。規格としてはHDGにISO 1461、電気亜鉛めっきにISO 2081等が広く参照される。
合金と鋳造（ZAMAK/ZDC）
亜鉛合金ダイカストは低融点・流動性に優れ、薄肉複雑形状を高い寸法再現性で成形できる。ZAMAK 3/5などの代表系はAlと微量Mg、時にCuを含有し、機械的性質と鋳造性のバランスが良い。特性としては引張強さ約280〜330 MPa、良好なめっき密着性、加工後の寸法安定性が挙げられる。高温長期使用ではクリープが支配的になりうるため、負荷・温度条件を事前に評価する。
製錬プロセス
亜鉛鉱石（閃亜鉛鉱：ZnS）は焙焼によりZnOへ酸化し、硫酸浸出で溶液化した後、不純物除去を経て電解採取（EW）で金属亜鉛を得る。乾式法ではZnOを還元し蒸留精製するプロセスもある。副産物としてCd、In、Geなどが回収され、電子材料分野へ供給される。
資源・環境・安全
亜鉛はスクラップ循環が進んだ金属で、めっき鋼材・ダイカストからの回収が重要である。溶融亜鉛めっき鋼を溶接・切断する際にはZnOヒュームによる金属熱（メタルフュームフィーバー）に留意し、十分な換気・局所排気と適切な保護具を用いる。めっき浴・化成処理は六価クロムを用いない代替系を採用し、環境負荷と法規制に適合させる。
設計・加工の留意点
- ガルバニック腐食：Cuやステンレスと接触する湿食環境では亜鉛が先行溶解するため、絶縁スペーサや塗装で電気的隔離を図る。
- 温度：めっきの耐熱は概ね200℃以下を目安とし、長期高温では消耗・変色を考慮する。
- 締結：めっき厚によるねじ公差への影響、座面の座屈・潤滑条件を管理する。
- 水素脆性：高強度鋼への電気亜鉛めっきではベーキング処理を検討する。
- 塗装重ね：表面前処理（脱脂・粗化・化成）と塗膜設計で防食寿命を延伸する。
分析・検査
膜厚は磁気式・渦電流式膜厚計で非破壊測定し、管理用にはクーロメトリ、断面研磨やSEMによる合金層評価を併用する。成分分析はXRFが迅速で、めっき付着量はg/m²換算で記録すると耐食性評価と対応付けやすい。腐食試験では塩水噴霧、湿潤-乾燥サイクル、屋外曝露など環境に応じた手法を選定する。
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