マイクロアーク酸化で寸法は変化する？一般的な皮膜厚さは？

製造およびエンジニアリングの観点から見ると、マイクロアーク酸化（Micro-arc Oxidation：MAO、別名プラズマ電解酸化〈Plasma Electrolytic Oxidation：PEO〉）は、アルミニウム、チタン、マグネシウムなどのバルブ金属に対する強力な表面処理法です。あらゆる精密加工サービスにおいて重要な考慮点は、部品寸法への影響です。

マイクロアーク酸化による寸法への影響

はい、マイクロアーク酸化は部品の寸法を変化させます。この点は設計および加工段階で考慮しなければなりません。MAOプロセスでは、高電圧アーク放電によって基材金属から直接セラミック酸化膜を生成します。この成長により、元の表面に新しい層が追加されます。

このコーティングの特徴は、被覆層が元の部品表面から内側および外側の両方向に成長することです。一般的には、膜厚の約3分の2が基材内部に、3分の1が外側に成長します。つまり：

• 最終的なサイズの増加： 最終製品は、加工済みブランクよりも大きくなります。外側への成長分が寸法に直接加算されます。

• 公差に対する考慮： 厳しい公差を持つ部品では、最終コーティング厚に合わせて、MAO処理前の寸法を小さめに加工する必要があります。これは、MAOが指定されているCNC試作加工や量産工程における基本的な設計手法です。

マイクロアーク酸化皮膜の一般的な厚み

MAO皮膜は通常の陽極酸化よりもはるかに厚く、優れた耐摩耗性と耐食性を提供します。得られる膜厚は、基材金属、処理パラメータ、および用途によって大きく異なります。

• 一般的な範囲： 通常のMAO膜厚は10〜100マイクロメートル（µm）の範囲であり、特定用途では150µmを超えることもあります。

• 素材別の目安：

  • アルミニウム合金： 一般的な機能性コーティングは20〜50µmの範囲です。アルミCNC加工部品のうち、自動車や航空宇宙など高摩耗環境向けのものでは、より厚いコーティングが施されます。

  • チタン合金： チタン部品の場合、耐摩耗性目的では10〜30µm程度ですが、熱バリアや絶縁用途ではさらに厚い皮膜を形成できます。

  • マグネシウム合金： マグネシウムは反応性が高いため、MAOは優れた防食処理法です。一般的な膜厚は15〜50µmで、腐食防止に効果的です。

設計および適用におけるエンジニアリング上の考慮点

1. コーティングを考慮した設計： 鋭角なエッジや角は被膜の成長が不均一になりやすく、アーク放電が集中します。そのため十分なR（丸み）を設けることが推奨されます。このプロセスは複雑な形状にも適しており、多軸加工部品にも対応可能です。

2. 後処理： 被膜のままでは表面が粗く多孔質です。滑らかな摺動面や精密寸法が要求される場合、MAO後に研削またはホーニング処理が必要です。これにより最終公差を確保するための追加工程が発生します。

3. 性能と膜厚のバランス： 膜厚を厚くすると耐摩耗性や耐食性は向上しますが、セラミック層に生じる微小亀裂や界面のノッチ効果により、基材の疲労強度が低下する場合があります。

4. 用途選定： MAOは極めて高い表面硬度、熱絶縁性、または高い絶縁耐力が必要で、寸法変化を許容できる、または設計段階で補正できる部品に最適です。一方、極めて厳しい公差や薄肉部品など、膜厚が特徴寸法に対して無視できない割合となる場合には適していません。