化学研磨（JIS B 0122のSPC）の指定——電解研磨との違い、溶ける量と光沢の測り方

この記事は、ステンレスやアルミの部品を、外観や清浄さのために化学研磨で仕上げてもらうときに、発注する側が何を指定し、受け取るときに何を確かめるかを整理したものである。溶接焼けの除去の方法を比べる話はステンレスの溶接焼けの除去、耐食性のための不動態化処理はステンレスの不動態化処理の指定で扱っている。ここでは光沢と平滑さを得るための化学研磨そのものを、注文書に落とすことに絞る。

化学研磨・電解研磨・機械研磨は、別の加工として書く

JIS B 0122（加工方法記号）は、表面処理の研摩（SP）の下に、バフ研摩（SPBF）、ベルト研摩（SPBL）、バレル研摩（SPBR）、化学研摩（SPC）、電解研摩（SPE）、液体ホーニング（SPLH）などを並べている^[4]。図面に「研磨」とだけ書くと、仕入先は手元の設備でできる方法を選ぶ。化学研磨を頼みたいなら、方法の名前か記号で書く。

表面技術誌のステンレス鋼の研磨の解説によれば、化学研磨と電解研磨の違いは、外部の電極に頼らず、溶液の中のカソード反応を利用している点にある。化学研磨は難しい複雑な形の対象にも適用でき、生産性を高くできる可能性をもつ。一方、金属の溶解（アノード反応）と還元反応（カソード反応）を釣り合いよく保ちながら金属光沢を維持できる条件の範囲は非常に狭く、液の選択と管理が特に重要になる、とされている^[1]。

同じ解説は、光沢が必要なステンレス製品の研磨はバフ研磨やバレル研磨を中心とする機械的な研磨が主流で、化学的な研磨は一部で採用されているにすぎないとし、その理由として、機械的な研磨は薬品の処理槽・水洗槽・廃液処理設備などが要らず生産性も高いことを挙げている。化学的な研磨が選ばれるのは、異相（マルテンサイトなど）が析出した材料、薄膜、細い線、パイプの内面など、機械的な研磨が難しい場合や、より優れた表面を得たい場合だという^[1]。

（記号は JIS B 0122^[4]。右端の列は当方の提案で、規格の要求ではない。）

化学研磨で取れないもの——うねりと材料の欠陥

同じ解説は、化学的な研磨は材質の影響を極めて敏感に受けやすいうえに、うねりのような比較的大きな凹凸の除去は難しく、表面の欠陥を際立たせてしまう欠点もあるので、適用に当たっては注意が必要だとしている。結びでは、金属材料を鏡面研磨まで仕上げると材料の欠陥が露出する場合もあり、材料側の研磨性の改善も必要だと書いている^[1]。

発注側にとっての意味は二つある。一つは、化学研磨の前の面の状態で仕上がりが決まることである。旋削の送りの跡や、プレスの型のきずが残った面を化学研磨しても、平らな鏡面にはならない。前加工の粗さと、きずを取る工程を化学研磨の前に入れるかどうかを決めておく。もう一つは、材料のロットで仕上がりが変わりうることである。外観が仕様になる部品では、材料の規格と、ロットが変わったら初回品で見え方を確かめることを取り決める。

ステンレスは、鋼種で液が変わる

ステンレス鋼の化学研磨液について、同じ解説は、SUS304 を中心とするオーステナイト系用と、SUS430 などのフェライト系用などが市販されているとし、オーステナイト系用の液はりん酸・硝酸・塩酸（・酢酸）を基本に有機系の光沢剤を加えて使うのが一般的だとしている。化学研磨液は、ふつうステンレスが不動態を保っている強酸の中に、皮膜を適度に壊す物質（塩化物イオンなど）を加えているのが特徴で、塩酸の濃度を下げていくと研磨されなくなる^[1]。

フェライト系用には硝ふっ酸系が使われ、ふっ酸の量が少ないと不動態化して研磨されず、多すぎると活性溶解によって酸洗肌になるため、適正な濃度を選ぶ必要がある。ステンレスは鋼種により耐食性（不動態皮膜の強さ）が大きく違うので、対象の鋼種に最適な組成の液を選ぶのが望ましく、鋼種によってはあらかじめ表面の活性化が要る場合もある、とされている^[1]。

つまり、化学研磨の条件は鋼種ごとに作られている。図面の材料欄に SUS304 と書いておきながら、手配の都合で別の鋼種に替わると、同じ液では仕上がらないことがある。材料の変更は化学研磨の仕入先にも必ず伝え、変更後の初回品で仕上がりを承認する取り決めにする。ステンレスの鋼種の指定のしかたはステンレスの鋼種の指定で扱っている。

アルミは、浴の種類で光沢の段階が分かれる

アルミの表面処理の前処理を扱った表面技術誌の解説（2018 年）は、化学研磨を化学的にアルミの表面を溶かして研磨する手法とし、素地と表面の酸化物を溶かすと生じた可溶性の塩が凹部に厚く凸部に薄く付くので、凹部の溶解が抑えられ凸部が選択的に溶けて平滑になる、と説明している。代表的な処理の条件を次のように示している^[2]。

（原（2018）の表 3 から。いずれも添加剤を適量加える^[2]。）

同じ著者の 2020 年の解説は、りん酸－硫酸系は半光沢の外観が得られることからブラストやヘアラインなどの装飾部品に使われ、りん酸－硝酸系は酸化剤である硝酸を含むため表面に不働態皮膜を作って溶解を抑え、平滑化（高光沢化）できるとしている。ただし、りん酸－硝酸系は NOx ガスの発生を完全に抑えることが難しいことが欠点だという^[3]。

処理の後の黒い付着物（スマット）

エッチングや化学研磨をすると、アルミの表面に合金成分を主とする黒い付着物（スマット）が残り、これを除くのがデスマットである。2018 年の解説は、展伸材用には酸化性がありアルミの溶解の少ない硝酸が一般的に使われ、鋳物・ダイカスト用には硝酸にふっ酸を加えた処理条件を示している^[2]。2020 年の解説の試験では、10 % 硫酸のデスマットは A1050・A5052・A6063 では良好だったが、銅を含む A2024 と A7075 ではスマットを除けなかった^[3]。合金の種類で後処理の条件まで変わるので、合金と質別は必ず図面で指定し、変える場合は仕入先に伝える。アルミの合金と質別の書き方はアルミの合金番号と質別の指定で扱っている。

溶かす処理なので、寸法が減る

化学研磨は表面の金属を溶かして平滑にする処理なので、処理の前後で寸法が変わる。2020 年の解説が紹介する、あるメーカーのりん酸を使わない化学研磨（水酸化ナトリウムを主成分とするアルカリ浴で、半光沢タイプ）の例では、溶けた厚さが増えるにつれて光沢度は直線的に増え、溶解厚さ 9.7 μm で光沢度 78.7 が得られ、処理の前後で表面粗さは Ra 1.10 μm から 0.55 μm になった^[3]。光沢度を測った角度は解説に書かれていない。これは特定の処理液での結果で、一般値ではないが、光沢を上げるほど溶かす量が増えるという関係は発注のときに押さえておきたい。

はめあいの面、ねじ、薄い部分のある部品では、溶ける量が寸法と強度に効く。図面の寸法が「処理前」か「処理後」かを明記し、処理後の寸法で公差を書くなら、溶かしてよい量を仕入先と決めておく。処理しない面は、浸けて処理する以上、マスキングで守るしかない。マスキングの範囲と方法、マスキングの跡の扱いも図面に書く。

光沢は、測定の角度まで決めて書く

「光沢があること」では合否が決まらない。数値で決めるなら、JIS Z 8741（鏡面光沢度－測定方法）の測定方法を指定する。同規格は、巨視的にみて平滑な表面の鏡面光沢度を測る方法を定めた規格で、85 度・75 度・60 度・45 度・20 度の 5 つの方法があり、適用例にはプラスチック、塗膜、ほうろう、アルミの陽極酸化皮膜などが挙がっている。60 度の方法による光沢度が 10 以下の表面には 85 度の方法、70 を超える表面には 20 度の方法を当てる、という適用範囲も示されている^[5]。

測る角度は、狙う光沢で選ぶ。半光沢なら 60 度で始め、60 度の値が 70 を超えるような光沢の面なら 20 度、10 以下なら 85 度に替える、という同規格の適用範囲に従う^[5]。発注書には「光沢度（JIS Z 8741、60 度）○以上」のように角度を含めて方法を書き、測る位置と向きも決めておく。規格の対象は平滑な面なので、ブラストやヘアラインの上に化学研磨した面では、数値は当事者で決めた参考値として扱い、合否は見本との比較を主にするのが無理が少ない。光沢の測り方の詳しい決め方は光沢度の指定で扱う。

液と廃液も、仕入先を選ぶ条件になる

化学研磨は薬品の槽と水洗、廃液の処理が要る^[1]。2020 年の解説は、アルミの前処理に関わる水質汚濁防止法の排水基準として、ふっ素、ほう素、硝酸性窒素などの項目と、りん含有量などの項目を整理し、化学研磨に含まれるりん酸が対象になるため注意を要するとしている。中国では排水の規制が年々厳しくなっている状況にも触れている^[3]。海外の仕入先に化学研磨を含めて頼む場合は、現地で処理を続けられる体制か（廃液を処理できる設備があるか、規制の強化で工程が止まるおそれがないか）を確かめておく。

注文書・図面に書くこと

ここからは規格の要求ではなく、発注する側の実務の提案である。

よくある質問

化学研磨で、旋削の跡を消して鏡面にできますか

化学的な研磨は、うねりのような比較的大きな凹凸の除去が難しいとされる^[1]。加工の跡が深い面は、機械的な研磨で整えてから化学研磨で仕上げるほうが確実である。

化学研磨と電解研磨のどちらを選べばよいですか

電解研磨は電極を使い、微小な凹凸の平滑化と数 μm 程度の凹凸の除去が同時に進む^[1]。化学研磨は電極が要らず複雑な形に向くが、条件の幅が狭い^[1]。内面や細かい形が多い部品は化学研磨、平らな面で光沢を安定させたいなら電解研磨、というように形から仕入先と相談するのが現実的である。

研磨したアルミにアルマイトをかけると、光沢は残りますか

陽極酸化の条件や皮膜の厚さで見え方が変わる。化学研磨は、陽極酸化などアルミの表面処理の前に行う前処理の工程の一つに数えられており^[2]、最終の見え方は陽極酸化まで通した試作品で承認する。皮膜による寸法の変わり方は硬質アルマイトの発注を参照してほしい。

まとめ

化学研磨は液の中の反応だけで凸部を溶かして平滑にする処理で、JIS B 0122 では SPC として電解研磨と区別される^[1][4]。条件の幅が狭く、材質に敏感で、うねりは取れず欠陥を際立たせることがある^[1]。ステンレスは鋼種で液が変わり^[1]、アルミは浴の種類で半光沢から光沢まで分かれ、合金によって後処理も変わる^[2][3]。溶かす処理なので寸法が減る。材料、前加工の面、光沢の測り方^[5]、寸法が処理前か後か、処理しない面、後工程を発注のときに書いておく。

同じ束では、エッチング加工の部品、サンドブラスト、ショットブラスト、PVD・TiN コーティングについても整理した。

出典・参考資料

1. ステンレス鋼の化学的な研磨法の現状―電解研磨と化学研磨―（金子智・佐藤義和／表面技術 41 巻 3 号／1990 年）
2. アルミニウムの表面処理における前処理（原健二／表面技術 69 巻 9 号／2018 年）
3. アルミニウムの前処理における環境対応（原健二／表面技術 71 巻 12 号／2020 年）
4. JIS B 0122:1978 加工方法記号（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1978 年 2 月 1 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
5. JIS Z 8741:1997 鏡面光沢度－測定方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1997 年 9 月 20 日改正）

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