電気亜鉛めっき｜防錆性とコストに優れた表面処理法

電気亜鉛めっき

電気亜鉛めっきは、鉄鋼製品の表面に電解作用で亜鉛皮膜を析出させ、犠牲防食と塗装下地性を付与する代表的な表面処理である。皮膜は薄く均一に形成でき、外観は明るく寸法公差への影響が小さいため、自動車部品、家電、電子機器、締結部品など幅広い分野に採用される。皮膜厚さは一般に5〜25µm程度で、ISO 2081は記号体系と後処理を規定する。ホットディップに比べ微細で平滑な外観を得やすく、バレルやラックなど多様な治具・装置に適用できる点も特徴である。

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電気亜鉛めっき

作用原理

電気亜鉛めっきでは、被処理材（カソード）表面でZn²⁺が還元され金属亜鉛として析出する。亜鉛は鉄より卑な電位であるため、皮膜が局部的に破れても犠牲防食が働き、基材鉄の腐食進行を抑える。皮膜表面は微細結晶で緻密化しやすく、化成処理による不働態化（クロメート代替の三価クロム処理など）で白錆の発生をさらに遅延できる。電流分布はエッジや角部に集中しやすく、設計段階で形状・電極配置・治具の最適化が重要となる。

めっき浴の種類と特徴

酸性塩化亜鉛浴：電流効率が高く光沢外観を得やすい。高速生産に適し、装飾性部品に広く用いられる。
アルカリ非シアン浴：スローイングパワーに優れ、複雑形状の凹部にも膜厚が乗りやすい。ねじ部品などで有利である。
添加剤（光沢剤、レベラー、潤滑性付与）：粒径や内部応力、摩擦係数を制御し、トルク‐テンション安定化に寄与する。

工程と装置

前処理：脱脂（溶剤・アルカリ）、酸洗い、電解脱脂で表面汚れと酸化皮膜を除去。
めっき：ラック（大型・外観重視）／バレル（小物量産）を選択し、1〜5A/dm²程度の電流密度、20〜35℃の浴温、攪拌・ろ過で安定運転。
水洗：引き抜きやすい配置・ドレン孔設計でキャリーオーバーを低減。
後処理：三価クロム化成、封孔、必要に応じて塗装プライマーで耐食と密着を強化。
検査：外観、膜厚、付着性、耐食性を規格に基づき評価する。

皮膜厚さ・記号・測定

電気亜鉛めっきの皮膜厚さは用途で最適化する。屋内機構部品や塗装下地では5〜10µm、屋外・耐食重視では10〜25µmが目安である。ISO 2081では基材/皮膜（例：Fe/Zn）と最小膜厚、後処理種別（透明・黒色・厚膜化成など）を組み合わせて指定する。膜厚測定は磁気式膜厚計や蛍光X線法が実務で多用され、部位ごとの分布確認が重要となる。

耐食性と後処理

電気亜鉛めっきの腐食進行はまず白錆（亜鉛の腐食生成物）、ついで赤錆（基材鉄の露出）として現れる。三価クロム系化成処理はCr⁶⁺規制に適合しつつ不働態皮膜で白錆発生を遅らせる。封孔剤（シーラー）や塗装の併用で塩水噴霧試験（NSS, ISO 9227）における耐久を向上できる。電解条件や結晶方位、皮膜欠陥の低減は耐食性のばらつき抑制に直結する。

水素脆化とベーキング

電気亜鉛めっきの前処理・酸洗・電解過程では水素が金属内に侵入しうる。高強度鋼の締結部品では遅れ破壊のリスクがあるため、めっき後速やかにベーキング（例：200℃×2〜4hの熱処理）を実施する設計・工程管理が求められる。前処理の最適化、アルカリ浴の採用、陰極電解条件の適正化も有効である。

設計・製造上の注意点

形状：鋭角・エッジは膜厚が過大になりやすく、凹部は不足しやすい。面取り・R付与、陰極補助電極の活用が有効である。
ドレン孔：箱形・中空品は液溜まりを避けるため十分な開口を設ける。
ねじ部：めっき増肉により嵌合が変化するため、許容差やゲージ管理を行う。締結要素の代表例としてボルト設計と公差の整合が重要である。
異種金属接触：アルミ・銅との電位差腐食に留意し、絶縁や塗装で対策する。

適用分野と要求機能

自動車：ブラケット、クリップ、シャーシ小物。外観・耐食・塗装密着のバランスが要求される。
家電・電子機器：筐体小物、端子部材。均一性と微細外観が有利に働く。
建築・機械要素：締結部品（ボルト・小ねじ）、金物。トルク‐テンションの安定化が品質要件となる。

品質評価・試験

外観・光沢・変色：規格見本と目視比較、分光で管理。
膜厚分布：代表部位と最薄部の両方を管理点に設定。
付着性：クロスカット、曲げ試験、テープ試験などを組み合わせる。
耐食性：NSS（ISO 9227）で白錆・赤錆の発生時間を指標化。実機環境との相関評価を並行する。

環境・安全・コンプライアンス

電気亜鉛めっきは、六価クロムを用いない三価クロム化成へ移行が進む。シアン化物を使用しない浴の普及、キレート剤管理、排水の中和・凝集沈殿・重金属回収など環境対策は不可欠である。REACHやRoHSに適合させるため、材料構成と後処理仕様を図面・購買仕様で明確化することが望ましい。

プロセス最適化の要点

電気亜鉛めっきの安定化には、（1）浴組成・pH・温度・導電率の維持、（2）ろ過・活性炭処理による不純物管理、（3）電流密度と治具接触の再現性、（4）自動分析とフィードバック補給、（5）部位別膜厚の工程能力（Cp/Cpk）監視が有効である。ラインバランスと前後工程（機械加工・洗浄・塗装）との連携も歩留まりを大きく左右する。