酸洗｜酸でスケール除去し表面活性化

酸洗

酸洗は、鋼材や非鉄金属の表面に付着したミルスケール（酸化物皮膜）や錆、加工時の汚染物を酸性溶液で除去し、清浄で活性な表面を得る表面処理である。圧延・鍛造・溶接後の酸化皮膜は機械加工や塗装、メッキ、溶接再作業の妨げとなるため、化学的に溶解除去する酸洗は一次前処理として広く用いられる。一般鋼ではHClやH2SO4、ステンレス鋼ではHNO3＋HF系が代表的である。適正条件での酸洗は過剰溶解を避けつつ酸化物だけを選択的に除去し、均質で密着性の高い後工程の基盤面を形成する。

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酸洗

目的と効果

酸洗の主目的は、スケール・錆・油膜由来の付着物を除去し、後工程の密着性と外観を確保することである。特に塗装や電気めっき、めっき前の化成処理などの前処理として酸洗が行われると、濡れ性と界面の化学的結合が改善し、皮膜欠陥や早期はく離の低減につながる。腐食起点となりやすい介在物や異物も併せて除かれ、部材の信頼性が高まる。

対象材料と適用分野

酸洗は炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウムなどに適用されるが、材質により浴系・条件が異なる。熱間圧延板、線材、鋼管、鍛造品、溶接構造物などの一次処理に多用され、ばね、鋼構造部材、機械要素の製造ラインで標準工程となっている。化学装置や食品設備の保全でも、スケールや錆の除去・再不動態化目的で酸洗が実施される。

化学反応の基礎

スケールは主にFeO、Fe3O4、Fe2O3から成り、酸により溶解・剥離する。HClやH2SO4は酸化物を可溶化し、Fe2+やFe3+として溶出させる。腐食の観点では金属地の溶解も並行するため、インヒビタで地金溶解を抑制しつつ酸化物の溶解を優先させることが要点である。酸化皮膜の結晶性や厚み、前処理の脱脂状態により反応速度は大きく変化する。

一般鋼におけるプロセス手順

前洗浄・脱脂：油脂や切削液を除去し、酸洗の反応阻害を防ぐ。
酸洗：HCl（例：5〜20%）やH2SO4（例：5〜15%）を用い、20〜80℃で処理する。攪拌やスプレーで境膜を薄くし反応を均一化する。
水洗：酸や溶出塩を十分に除去し、後工程への持ち込みを防ぐ。
中和・防錆：アルカリ水や防錆剤で残留酸を中和し、フラッシュラストを抑える。
後処理：塗装、めっき、化成皮膜などの次工程へ送る。

ステンレス鋼の酸洗と不動態化

ステンレス鋼はCr2O3主体の緻密な皮膜を持つため、溶接焼けやスケールの除去にはHNO3＋HFが用いられる。処理後は不動態皮膜を再生成するため、HNO3単独や専用薬剤で不動態化処理を行う。HFは極めて危険であり、取り扱いは厳格な安全管理下で実施する。ステンレス用の酸洗ペーストやジェルは局所適用に適し、母材侵食の抑制と作業性の向上に寄与する。

浴組成・条件・インヒビタ

酸洗浴は酸濃度、金属イオン濃度、温度、添加剤（インヒビタ、界面活性剤）で性能が決まる。HClは常温〜中温で速い反応性、H2SO4はスケール剥離性に優れる。インヒビタは地金の陽極溶解を抑え、粒界侵食や過剰減肉を防止する。鉄塩の蓄積は反応停止やスマット形成を招くため、補給・ろ過・更新を計画的に行う。攪拌、噴流、超音波併用で境膜制御を行うと、短時間で均一な酸洗が可能となる。

品質管理と評価

外観：黒皮・変色・スマットの残存有無、均一性を確認する。
粗さ：Raの管理により後工程の密着性と外観を安定化する。過度な酸洗は粗さ増大や寸法低下を招く。
質量減少：g/m²で減肉量を把握し、許容範囲に維持する。
密着性：塗膜・めっきのクロスカットや引張試験で評価する。

安全・環境管理

酸洗では酸ミスト、H2、NOxなどの発生に留意し、局所排気・耐食設備・個人防護具を徹底する。HFは皮膚穿透性が高く、Ca処置体制を含む緊急対応手順が不可欠である。排水は中和・凝集沈殿により金属イオンとフッ化物を基準内に処理する。スラッジは含水率・重金属濃度を管理し、適正に処分する。閉回路化や薬液再生で廃酸を削減すると、環境負荷とコストの双方を低減できる。

トラブルと対策

過剰酸洗は寸法減少や粗さ悪化を生む。浴老化や鉄塩蓄積はスマット（黒色残渣）を形成しやすい。対策として、浴更新・鉄塩濃度管理・前処理脱脂の強化、温度過昇の抑制、インヒビタ最適化が有効である。溶接部のうろこ状残りは機械的前処理と組み合わせた選択的酸洗で改善する。

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