亜鉛ニッケル合金めっきの指定——ニッケル率・化成皮膜と JIS B 1044 の耐食時間

この記事は、ボルト・ナット・ブラケットなどの鉄鋼部品に付ける電気亜鉛ニッケル合金めっき（亜鉛ニッケルメッキと書かれることもある）を、発注する側がどう指定し、受入で何を確かめるかに絞る。めっきの発注全般で書くこと（有効面、膜厚の測り方、密着性など）はめっきの発注で指定することで、化成処理皮膜の色と六価クロムの扱いは三価クロメート・化成処理の指定で扱った。

亜鉛ニッケルは、どの規格で指定するか

電気亜鉛めっきの JIS H 8610 は、鉄及び鋼素地上に防食の目的で行った電気亜鉛めっきの規格で^[6]、亜鉛ニッケル合金めっきの等級は載っていない。亜鉛ニッケルが出てくる JIS は主に次の 3 つである。

1. JIS B 1044（締結用部品－電気めっき皮膜システム）
ISO 4042:2022 を基にした 2024 年の規格で、鋼製の締結用部品に施す亜鉛、亜鉛合金（亜鉛－ニッケル、亜鉛－鉄）、カドミウムの皮膜システムに適用する^[1]。ボルト、小ねじ、植込みボルト、ナットのほか、座金、ピン、クリップ、リベットなども対象で、電気めっきを施した締結用部品に対しては、この規格の要求事項が他の電気めっきの規格より優先される^[1]。

2. JIS H 0404（電気めっきの記号による表示方法）
合金めっきは元素記号をハイフンで結び、例として「Zn-Ni 10（亜鉛－ニッケル合金めっき 10 μm 以上）」を挙げている^[2]。締結用部品以外の部品はこの記号で書くのが分かりやすい。

3. JIS D 0201（自動車部品－電気めっき通則）
鉄素地の亜鉛－ニッケル合金めっきを Ep-Fe/Zn-Ni 5 と Ep-Fe/Zn-Ni 8 として推奨し、使用環境は 4 級（過酷な使用環境にさらされる車外）、適用部品の例にブラケットとフューエル部品を挙げている^[3]。ただしこの規格は 1995 年のもので、化成処理は有色・黒色・茶色クロメートを前提に書かれている^[3]。六価クロムを使わない皮膜の時間は JIS B 1044 の表で見る。

ニッケルの含有率を書く

表面技術協会の誌上の解説によると、亜鉛合金めっきは亜鉛より貴な金属を共析させ、皮膜の電位を鉄に近づけて腐食速度を抑えるもので、鉄への犠牲防食効果を保つため鉄より卑な皮膜にする必要がある。亜鉛ニッケル合金めっきでは、ニッケル共析率 5〜8 % のものと 12〜18 % のものが主に販売されている^[4]。同じ解説は、国内では 5〜8 % のいわゆる低ニッケル浴が主流だったが、近年は 12〜18 % の高ニッケル浴の採用が増えており、高ニッケルが亜鉛系めっきの中で最も高い耐食性をもつ、と書いている^[4]。

JIS B 1044 は、締結用部品に施す亜鉛－ニッケル電気めっき皮膜は一般に質量で 12〜16 % のニッケルを含有し、ISO 15726 では ZnNi(12) と呼んでいる、としている^[1]。図面に「亜鉛ニッケル」とだけあると、どちらの系統かが仕入先任せになる。発注書には含有率の範囲を書く。

含有率が高すぎても低すぎても困る。同じ解説は、皮膜の硬さがジンケート浴の亜鉛めっきの 100 Hv 前後に対し、ニッケル 6 % で 200 Hv 前後、15 % で 400 Hv 前後になり、カシメや折り曲げなどの二次加工で皮膜の割れが起きやすくなると書く。さらに、ニッケル共析率が約 18 % を超えると下地の鉄材とめっき皮膜の電位が逆転して犠牲防食が働かなくなり、孔食のリスクが高まって、白さびを経ずに直接赤さびが発生するため大変危険だとしている^[4]。含有率は浴組成に依存するので、浴組成が最も重要な管理項目だという^[4]。めっき後に曲げ・かしめをする部品は高ニッケルを避けるか試作で確かめ、上限を超えない管理を仕入先に求める。

JIS B 1044 の呼び方と、耐食性の時間

JIS B 1044 の呼び方は、金属皮膜層・化成処理皮膜・シール剤や表層皮膜（トップコート）をスラッシュで区切って並べる。化成処理皮膜は An（透明）、Cn（虹色）、Fn（黒色）などで、2 番目の文字 n は六価クロムを含まないことを示す。シール剤は T2、表層皮膜は T7、どちらも無いものは T0 である^[1]。規格の例では、厚さ 8 μm の亜鉛ニッケル（ニッケル 12〜16 %）に六価クロムを含まない虹色化成処理皮膜を施したものを「JIS B 1044/ZnNi8/Cn」、厚さの要求を置かず 720 時間の中性塩水噴霧で赤さびを生じないことを求めるものを「JIS B 1044/ZnNi/Cn/720h」と表している^[1]。厚さの代わりに耐食時間で指定できる、というのがこの規格の特徴である。

次の表は、JIS B 1044 の表 8（一般用途の亜鉛及び亜鉛合金皮膜システムの耐食性・バレル式皮膜処理の場合）から、亜鉛と亜鉛ニッケルの一部の行を抜き出したものである^[1]。

表の読み方には条件がいくつか付く。第一に、これはバレル式皮膜処理の値で、ラック式なら皮膜の損傷が減って耐食性を上げられる、と注にある^[1]。第二に、亜鉛ニッケルの 720 時間は、より高い耐食性が得られることが多くても、この規格では試験を 720 時間で打ち切るためである^[1]。第三に、この時間は六価クロムを含まない皮膜を「皮膜を施したまま」の状態で、皮膜処理後 24 時間以上経過してから試験したときの値で、選別・包装・輸送の後の「受入のまま」の状態で試験する場合には適用しない^[1]。第四に、中性塩水噴霧試験の最小時間は、部品が使われるすべての環境での耐食性の直接的な指針とみなしてはならない^[1]。受入で独自に塩水噴霧試験をするなら、時間をどう扱うかを注文時に合意しておく。試験条件の決め方は塩水噴霧試験の条件の指定で扱った。

亜鉛ニッケルを塩水噴霧試験にかけると、白っぽい膜（白濁）が出ることがある。JIS B 1044 は、白濁は白さびとはみなさないとし、亜鉛－ニッケル合金層の場合は白濁が更なる腐食を止め、高耐食性の条件と考えられる、としている^[1]。受入で白濁を白さびとして不合格にしないよう、判定の基準をそろえておく。

締付けトルクは、亜鉛めっきのままにしない

亜鉛めっきのボルトを亜鉛ニッケルに替えるとき、いちばん見落としやすいのが締付けの特性である。先の解説は、トルク係数 K を K＝T/(Fd)（T：締付けトルク、F：締付け力、d：ねじの呼び径）と定義している^[4]。これは JIS B 1083 がトルク係数を締付けトルクと締付け力との関係を表す比例定数としているのと同じ形である^[7]。そのうえで解説は、高ニッケル共析の亜鉛ニッケル合金めっきは M8 フランジボルトでのトルク係数が 0.65〜0.80 程度と高く、締結時に軸力が得られにくい上、かじりも生じやすい、と書いている^[4]。同じ解説は、国内の亜鉛系めっき品の締付け特性値は M8 フランジボルトでトルク係数 0.35〜0.61 程度に設定されてきた一方、海外は三価クロム化成皮膜にトップコートを施す前提で 0.18〜0.26 程度に設定されてきたとし、この差を埋めるためにトップコートの需要が高まっているとしている^[4]。これらはいずれも M8 フランジボルトの値である。JIS B 1083 の附属書 A のトルク係数の計算例は並目ねじ・六角ボルト・ナットの場合の値で^[7]、部品の形が違う値どうしをそのまま比べない。自社の部品の値は JIS B 1084 による締付け試験で確かめる^[4]。

トルク係数が高いと、同じ締付けトルクで得られる軸力は小さくなる。めっきだけ亜鉛ニッケルに替え、組立の締付けトルクを亜鉛めっきのときの値のまま使うと、軸力が足りない締結になるおそれがある。JIS B 1044 は、トルク－締付け力関係の試験方法と要求事項を受渡当事者間で合意しなければならないとしており^[1]、めっきを替えるときは、トルク係数の範囲（またはトップコートの指定）を注文書に書き、組立側の締付けトルクも見直す。トルクの決め方はボルトの締付けトルクの決め方を参照してほしい。

水素ぜい化のベーキング：要る部品と、省ける条件

JIS B 1044 は、ベーキングの要否を部品の強度や硬さで分けている。JIS B 1051 に適合するボルトでは、強度区分 10.9 未満は追加の工程検証も製品試験もベーキングも不要、10.9 は追加の工程検証または製品試験を行うか、ベーキングを行う、12.9 は追加の工程検証または製品試験に加えてベーキングを行う、としている（表 3）^[1]。硬さで分ける表では、内部硬さ 360 HV 以下、360 HV を超え 390 HV 以下、390 HV を超えるもの、の 3 段階になっている^[1]。ベーキングが原則として要るのは、強度区分 12.9 や 390 HV を超える部品である。

その上で JIS B 1044 は、ニッケル含有量 12〜16 % のアルカリ性亜鉛－ニッケル電気めっきは水素ぜい化の危険性が低いため、ベーキングを避けることが可能だとしている。ただし、ベーキングを行わないことの決定は、規格の附属書 B.6 に示す試験に基づき、受渡当事者間で合意しなければならない^[1]。酸性の亜鉛－ニッケル電気めっきについては、同様の効果を示す研究成果があるが、ベーキングを回避できることを確認するにはより多くのデータが必要だ、と注記している^[1]。

「亜鉛ニッケルならベーキング不要」と一般化しないほうがよい理由は、試験の結果にも出ている。表面技術協会の論文誌の解説は、デルタゲージ法による表では亜鉛ニッケル合金めっきの水素脆化率が 1.5 % 未満と低い一方、著者らが硫酸酸性浴の亜鉛ニッケル合金めっきを高強度鋼に施して行った三点曲げ試験では、ベーキングを行わなかった場合の水素脆化度が 50 % 付近で亜鉛めっきと同程度だったと報告し、試験の変位速度の違いが差を生んだと考えられる、としている^[5]。同じ報告では 200 ℃ のベーキングを 24 時間行うと水素脆化度がほぼ 0 % まで下がり、亜鉛ニッケル系めっきはベーキングを併用することで耐水素脆性めっきとして有用だとしている^[5]。これは酸性浴の結果で、JIS B 1044 が酸性の亜鉛－ニッケルについてはベーキングを回避できることの確認にまだデータが要るとしている点と食い違わない^[1][5]。強度区分 12.9 などベーキングが要る部品では、省くかどうかを規格の手順と仕入先の試験結果で決め、口頭の「不要」で済ませない。

アルミニウムと組み合わせるとき

亜鉛系めっきの鋼製ボルトをアルミニウム製の部材に締め込むと、亜鉛めっき側の腐食が促進される、と先の解説は書いている。どちらか一方にしかトップコートを施せない場合は、電位の高いアルミニウム側に処理するのが一般的で、亜鉛めっき側だけにトップコートを施すと、皮膜に欠陥が生じた際に亜鉛めっきに対するアルミニウムの面積比が非常に大きくなり、腐食が促進されるおそれがあるという^[4]。アルミの筐体やブラケットに亜鉛ニッケルのボルトを使う設計では、接触腐食の対策をどちらの部品で取るかを、両方の仕入先に伝える。

ねじ部品で、受入のときに確かめること

JIS B 1044 は、皮膜は、おねじの場合は基準線（公差位置 h の最大寸法）を超えてはならず、めねじの場合は基準線（公差位置 H の最小寸法）を下回ってはならないとしている。皮膜処理されたねじは、おねじは公差位置 h、めねじは公差位置 H の通りゲージで測る^[1]。ボルトの検査では、ねじ先端から 1d の長さで最大ねじ込みトルク 0.001 d³（N·m）まで許容される^[1]。

ロットごとに必須の試験は、皮膜厚さ、ゲージによる判定または組付け性、他の締結用部品との組付け性、外観である^[1]。中性塩水噴霧試験は各ロットの試験ではなく工程内管理のための試験で、耐熱温度、トルク－締付け力関係、六価クロムの有無の判定などは購入者が要求した場合に行う^[1]。必要な試験は注文時に名指しする。

1. 呼び方
ZnNi・化成処理皮膜・シール剤・表層皮膜の記号が注文どおりか。

2. 皮膜厚さとニッケル含有率
厚さで指定したなら厚さ、耐食時間で指定したなら工程内管理の試験結果。ニッケル含有率の管理値。

3. ねじのゲージ
通りゲージが規定のトルク以内で入るか。

4. 高強度部品の水素ぜい化対策
強度区分 10.9 なら工程検証・製品試験かベーキングの記録、12.9 ならベーキングの条件か、省いた根拠の試験結果。

注文書の書き方の例

決まった様式は無い。発注側として書いておきたい内容を一つの例にまとめる。

「表面処理：JIS B 1044/ZnNi8/Cn/T2（亜鉛－ニッケル合金めっき、ニッケル含有率 12〜16 %、アルカリ性浴、六価クロムを含まない虹色化成処理皮膜、シール剤あり）。トルク係数は ○○〜○○ の範囲とし、JIS B 1084 による試験結果を初回に提出すること。強度区分 12.9 のため、ベーキング条件を提出し、ベーキングを省く場合は JIS B 1044 の附属書 B.6 による試験結果をもって事前に合意すること。めっき浴（アルカリ性・酸性の別を含む）を変更する場合は事前に承認を得ること。」

よくある質問

亜鉛めっきを亜鉛ニッケルに替えれば、膜厚を薄くしてよいですか

JIS B 1044 の表 8 では、同じ虹色の化成処理皮膜で、ZnNi の 5 μm が赤さびまで 480 時間、Zn の 12 μm が 240 時間である^[1]。耐食時間で比べれば薄くできる見込みはあるが、表の条件（バレル処理、皮膜を施したままの状態）を外れる部品では試験で確かめる。

720 時間で赤さびが出なければ、屋外で何年もちますか

分からない。JIS B 1044 は、中性塩水噴霧の時間を使用環境での耐食性の直接的な指針とみなしてはならないとしている^[1]。

ニッケル含有率は高いほどよいですか

耐食性は上がるが、皮膜が硬くなって二次加工で割れやすくなり、約 18 % を超えると犠牲防食が働かなくなると解説されている^[4]。範囲で指定する。

まとめ

亜鉛ニッケル合金めっきは、ニッケル含有率の範囲を書かないと中身が決まらない^[4]。締結用部品は JIS B 1044 の呼び方で、厚さか耐食時間、化成処理皮膜、シール剤・表層皮膜まで書く^[1]。表 8 の時間はバレル処理・皮膜を施したままの状態の値で、720 時間で打ち切られている^[1]。亜鉛めっきから替えるときは締付けの特性が変わるので、トルク係数と組立の締付けトルクを見直す^[4]。ベーキングが原則として要るのは強度区分 12.9 など 390 HV を超える部品で、10.9 は工程検証・製品試験かベーキングのどちらかになる^[1]。要る部品で省けるのは、12〜16 % のアルカリ性浴で、試験に基づき合意した場合に限られる^[1][5]。

同じ束では、銅めっきのほか、曲げ試験、疲労試験、X 線 CT 検査の指定も扱う。ボルトの強度区分との組合せはボルトの強度区分と規格の指定を参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS B 1044:2024 締結用部品－電気めっき皮膜システム（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2024 年 2 月 20 日改正）
2. JIS H 0404:1988 電気めっきの記号による表示方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1988 年 3 月 1 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
3. JIS D 0201:1995 自動車部品－電気めっき通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1995 年 2 月 1 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
4. 諏佐秀郎「亜鉛および亜鉛合金めっきの現状と将来」表面技術 Vol.70 No.8（表面技術協会／2019 年）
5. 日野実・平松実・堀川敬太郎「Zn 系めっきによる高強度鋼の水素脆性」表面技術 71 巻 5 号（表面技術協会／2020 年 5 月）
6. JIS H 8610:1999 電気亜鉛めっき（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1999 年 8 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
7. JIS B 1083:2008 ねじの締付け通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2008 年 3 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）

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