純アルミニウムA1050のリン酸-硫酸系電解研磨における電解条件および後処理条件が表面構造と光沢度に及ぼす影響

背景と目的：

電解研磨法は金属表面の平滑化と高い反射率を得るための技術で、第2次世界大戦後から利用が進んでいます。特に製薬、真空、半導体産業などで重要視されていますが、品質保証が技術者の経験に頼る部分が多いことが課題です。アルミニウム合金は重量が軽く、ステンレスの代替として注目されている一方で、電解研磨による高光沢度や酸化皮膜の最適条件は未解明な部分があります。本研究の目的は、アルミニウムの電解研磨条件と後処理条件を調査し、高い光沢度と薄い酸化皮膜を得る最適条件を明らかにすることです。

主要な発見：

研究によって、反応温度60°Cで電流密度を0.113A/cm2以上、80°Cでは0.151A/cm2以上に設定することで、高い光沢度と反射率を有するアルミニウム表面処理が可能であることがわかりました。さらに80°Cで0.151A/cm2付近の電流密度では、非常に薄い酸化皮膜を持つ高光沢度の表面が得られることが明らかになりました。また、後処理を10°Cで行うことで、電解研磨のみよりも高い光沢度を得られ、酸化皮膜の痕跡がほとんどない表面が得られることが示されました。

方法論：

試験片として純アルミニウムA1050-H24を使用し、電解研磨液はリン酸-硫酸系を採用しました。電解研磨は2電極式で、直流電源を用い、一定の電流密度と温度条件で行いました。後処理には55%フッ化水素酸と水を混合した液を用い、10°Cと30°Cで処理しました。表面構造の評価にはFE-SEMを、溶解量の測定には分析天秤を使用し、光沢度の測定には分光測色計を用いました。また、酸化皮膜の厚さはFT-IRで推定しました。

結論と意義：

電解研磨の最適条件として、反応温度60°Cでは電流密度0.113A/cm2以上、80°Cでは0.151A/cm2以上が必要であることが示されました。特に80°C, 0.151A/cm2では、高い光沢度と反射率を持ち、かつ多孔質酸化皮膜のほとんどないアルミニウム表面が得られることが確認されました。フッ化水素酸を用いた後処理により、さらに光沢度を向上させ、酸化皮膜をほぼ除去できることが明らかとなり、工業的な利用にも有効な方法であることが示されました。

今後の展望：

今後は、さらに複雑な形状のアルミニウム部品に対する電解研磨と後処理の適用を検討し、実用化に向けた条件の最適化を進める必要があります。また、電解研磨による表面改質が他の金属材料にも適用できるかどうかの研究も重要です。環境負荷を低減するための新たな電解研磨液や後処理方法の開発も期待されます。これらの研究により、アルミニウム表面の品質向上が進み、さらなる工業応用が広がることが期待されます。