亜鉛合金の表面処理技術とその建設用機械市場での活用法

亜鉛合金とは何か

亜鉛合金は亜鉛にアルミニウムや銅、マグネシウムなどを加えて機械的特性を高めた材料です。
優れた鋳造性と加工性を持つ一方、アルミニウム合金よりも低コストで生産できるため、建設用機械の部品に広く採用されています。
しかし、原料である亜鉛は大気中で白錆が発生しやすく、耐食性を確保するには表面処理が欠かせません。

建設用機械における亜鉛合金使用のメリット

建設現場では粉塵、泥水、塩分を含む雨など、金属にとって過酷な環境が常態化しています。
亜鉛合金は密度が鉄の約70%と軽く、鋳造で複雑形状を一体成形できるため、油圧バルブハウジングやレバー、ケーシングなどの軽量化に有効です。
また、衝撃吸収性や振動減衰性にも優れ、オペレーターの疲労低減や機械寿命の延長につながります。
これらの長所を最大限に引き出す鍵が表面処理技術です。

主要な亜鉛合金の表面処理技術

電気亜鉛メッキ

電解液中で亜鉛または合金を析出させ、均一な皮膜を形成します。
膜厚を数μm単位で制御できるため、小型精密部品の接合面でも寸法変化が小さく、組付け精度を維持できます。
防錆効果は高いものの、屋外の長期暴露では後述のクロメート処理を組み合わせるのが一般的です。

溶融亜鉛メッキ

450℃前後の溶融亜鉛槽に母材を浸漬し、鉄−亜鉛合金層と純亜鉛層を一度に形成します。
膜厚が50〜100μmと厚いため、土砂が付着しやすい建機フレームでも長期耐食性を発揮します。
ただし、亜鉛合金素材そのものへ施す場合は、亜鉛同士の拡散で脆化を招く可能性があるため、前処理温度や時間の最適化が必要です。

三価クロメート処理

環境負荷が高い六価クロムを使用しない三価クロメート皮膜は、RoHS指令やREACH規則に適合します。
化成被膜が自己修復機能を持ち、傷が付いても亜鉛の犠牲防食と相まって白錆発生を遅延させます。
彩色タイプを選べば、建機メーカーのブランドカラーに合わせた外観デザインも容易です。

有機ジンクリッチコーティング

エポキシ系またはシリケート系樹脂に金属亜鉛粉末を高充填した塗料で、乾燥後に電気的に連続した亜鉛層が形成されます。
溶融メッキと同等の犠牲防食性能に加え、上塗り塗装との密着性が良好なため、キャビン外装や作業アームなどの美観維持に適しています。

プラズマ窒化・プラズマCVD

真空中でプラズマを用い、窒素原子や炭素原子を表面に拡散させることで硬質化と耐摩耗性を向上させます。
油圧シリンダーロッドやギア類の寿命を延ばし、保守コスト削減に寄与します。
低温処理が可能なため、亜鉛合金の寸法安定性を保持できる点も利点です。

表面処理技術選定のポイント

第一に求められる性能要件を明確化します。
屋外暴露期間が長い大型掘削機では耐食性が最優先ですが、室内専用の小型機材では外観やコストが重視されることがあります。
次に部品形状と寸法許容差を確認し、電気メッキか溶融メッキかを判断します。
さらに、組立工程での溶接や接着の有無も重要です。
溶融亜鉛メッキ後の溶接は亜鉛蒸気による有害ヒューム発生リスクがあるため、後処理で塗布型コーティングを採用するケースが増えています。

建設用機械部品への適用事例

油圧系統ハウジング

亜鉛合金ダイカストに電気亜鉛メッキ＋三価クロメートを組み合わせることで、Oリング溝の寸法精度を損なわずに赤錆発生を5年以上抑制できます。

操作レバー・ノブ

ユーザーが直接触れるため、抗菌性を付与した有機コーティングが用いられます。
銀系や銅系の抗菌剤をブレンドすると、現場での感染症リスク低減にもつながります。

フレーム用ブラケット

溶融亜鉛メッキの厚膜によって石噛みやスクラッチに強く、整備時の再塗装回数を削減できます。
大型クレーンでは、メンテナンスコストを10%低減した実績が報告されています。

品質管理と国際規格

ISO 9227に基づく塩水噴霧試験が耐食性評価の標準です。
建設機械メーカーでは240時間以上の赤錆発生ゼロを合格基準とする例が多く、表面処理業者の品質管理体制が重要視されています。
RoHSやELVなどの環境規制にも適合する必要があり、六価クロムフリーの採用が必須になりつつあります。

最新トレンドと今後の展望

ナノ粒子を用いた多層コーティングによって、膜厚を増やさずに耐食性と耐摩耗性を同時に向上させる研究が進んでいます。
また、3Dプリンタで造形した亜鉛合金部品にプラズマハイブリッド処理を施し、複合機能を付与する試みも始まっています。
カーボンニュートラルを背景に、低温・短時間で行える電解プラズマ処理がCO₂排出削減の切り札として注目されています。

まとめ

亜鉛合金は軽量化とコスト競争力を兼ね備え、建設用機械市場で存在感を高めています。
しかし、過酷な環境下で長寿命を実現するには、用途に最適な表面処理技術を選定することが不可欠です。
電気亜鉛メッキや溶融亜鉛メッキ、三価クロメート、有機ジンクリッチコーティング、プラズマ処理など多彩な手法を使い分けることで、耐食性、耐摩耗性、美観、環境適合性をバランス良く確保できます。
規格や環境規制に対応した品質管理を徹底し、最新技術を積極的に取り入れることが、建設用機械メーカーの競争優位につながるでしょう。