亜鉛合金の表面処理技術とその建設機械市場での利用

亜鉛合金の基礎知識と建設機械に求められる性能

建設機械の可動部品や外装部材は、激しい摩耗、衝撃、泥水や塩分を含む雨水など過酷な環境にさらされます。
これらの条件に耐えながら軽量化とコスト削減を両立する素材として、亜鉛合金が近年注目されています。
亜鉛合金はアルミニウムや銅、マグネシウムなどを微量添加することで強度と鋳造性を高めており、ダイカスト部品や薄肉部品で優位性を発揮します。
一方で、素地のままでは酸化と白錆が進行しやすく、さらに摩耗や薬品への耐性も十分とは言えません。
そこで必須となるのが表面処理技術です。
適切な処理を施すことで、耐食性、耐摩耗性、意匠性、さらには電磁波シールド性まで付与でき、建設機械の長寿命化と保守コスト低減に直結します。

主要な亜鉛合金の表面処理技術

電気亜鉛めっき（Znメッキ）

もっとも一般的な方法で、亜鉛層を電解析出させることで犠牲防食作用を得ます。
クロメート皮膜と組み合わせると赤錆発生までの時間を大幅に延ばすことが可能です。
膜厚は5〜25μmが主流で、薄膜でも十分な防錆効果が得られるため、小型部品の生産コストを抑えられます。
近年はRoHS指令に対応するため、六価クロムを含まない三価クロメート皮膜やジオメット処理を採用するケースが増えています。

溶融亜鉛めっき（HDZ）

部品を450℃前後の溶融亜鉛槽に浸漬し、亜鉛鉄合金層と純亜鉛層を形成します。
100μm以上の厚い被膜を得られ、建設現場の屋外暴露や海岸地域でも高い耐食性を発揮します。
鋳鋼フレームや大型ボルト、手すりなど重量物への適用が多く、表面粗度が上がる点を意匠要件とのバランスで検討します。

ダクロメット・ジオメット処理

亜鉛およびアルミニウムフレークを水系クロメートで結合するコーティングで、薄膜ながら赤錆耐久と耐熱性に優れます。
ねじ部品やブレーキ系統など、高温部位で従来メッキが剥離しやすかった箇所への採用が進んでいます。
六価クロムフリーのジオメットは環境負荷低減の観点からグローバルメーカーで標準化が進み、市場拡大が続いています。

粉体塗装（パウダーコーティング）

エポキシやポリエステル樹脂粉末を帯電させ、部品表面に静電付着させた後に200℃程度で焼き付ける方法です。
VOCをほとんど排出しない点が特徴で、厚膜・高意匠・高耐食の三拍子がそろいます。
亜鉛めっき後のトップコートとしても利用され、二層構造により塩水噴霧試験2000時間以上の耐久性を示す事例があります。

PVDコーティング

物理蒸着によりTiNやCrNなど金属窒化物を数μm形成することで、高硬度かつ摩耗係数の低い表面を実現します。
高精度ギアや摺動ピンなど、摩耗粉の発生を極力防ぎたい高機能部品での採用が拡大中です。
薄膜で寸法変化が小さいため、クリアランス管理が厳しいダイカスト部品にも適しています。

建設機械における亜鉛合金部品の採用事例

油圧ショベルのコントロールバルブハウジング

従来は鋳鉄が主流でしたが、亜鉛合金ダイカストに置き換え、重量を約30％削減した事例があります。
表面処理には三価クロメート＋粉体塗装を組み合わせ、屋外暴露500時間後も白錆や剥離が確認されませんでした。

ホイールローダーのキャブ内スイッチパネル

複雑形状で薄肉のため、アルミより成形性の高い亜鉛合金が採用されました。
内装視認性を高めるため、黒色PVDコーティングで意匠性と耐擦傷性を両立しています。

移動式クレーンの高強度ファスナー

M24以上の大型ボルトに溶融亜鉛めっきを適用し、海上作業での赤錆発生を抑制します。
さらにジオメットシール層を追加し、ねじ込みトルク低下を防止することでメンテナンス間隔を1.5倍に延長しました。

表面処理技術選定時のチェックポイント

要求性能、形状、数量、コストの4軸で評価することが重要です。
1.耐食性グレード
海岸沿いでの屋外使用なら溶融亜鉛めっき＋シールや厚膜粉体が推奨されます。
内装や短期使用部品では電気亜鉛めっきでも十分です。
2.耐摩耗性／硬度
摺動や工具接触面はPVDや硬質クロムが上位候補になります。
3.サイズ・形状
複雑な中空形状は溶融めっきでムラが起こりやすく、ジオメットや粉体が適します。
4.環境規制
RoHS・REACH・ELVに対応し、六価クロム、鉛、ニッケルフリーを選定すると将来的な回収コストを抑えられます。

環境規制とサステナビリティの観点

ヨーロッパを中心に六価クロム使用の段階的廃止が進み、日本でも自動車業界が2024年以降全面禁止を掲げています。
建設機械でもグローバル展開を視野に入れた場合、初期採用から三価クロムやクロムフリーへ切り替える動きが加速しています。
亜鉛合金はリサイクル効率が高く、屑材の回収率は95％以上と報告されています。
表面処理工程でも水性化や粉体化が進み、VOC排出量と廃液処理コストの削減に寄与します。

市場動向と将来展望

建設機械市場はインフラ更新需要と新興国の都市化により、2030年まで年平均成長率4％が予測されています。
同時に、IoTや自動化による稼働率向上が求められ、機械停止を招く腐食トラブルの許容度は下がる一方です。
軽量で高機能な亜鉛合金部品に、高耐久の表面処理を組み合わせるニーズは確実に拡大します。
今後はAIを用いた最適膜厚シミュレーション、レーザークリーン処理による前処理工程の短縮、バイオ由来樹脂粉体など、環境性能と生産性を両立する技術革新が焦点となります。
建設機械メーカー、サプライヤー、表面処理業者が連携し、規制適合とコスト競争力を両立するソリューションを提案できるかが市場シェア拡大の鍵を握るでしょう。

まとめ

亜鉛合金は優れた鋳造性とコストパフォーマンスを持ちながら、そのポテンシャルを最大化するには表面処理が欠かせません。
電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、ジオメット、粉体塗装、PVDなど多彩な技術を適材適所で組み合わせることで、建設機械特有の過酷環境にも対応できます。
環境規制強化とグローバル競争が激化する今日、持続可能かつ高性能な表面処理技術を採用した亜鉛合金部品は、建設機械市場でさらなる存在感を示すといえます。