チタンとアルミの陽極酸化は機能と皮膜構造でどう違うのか？

金属学的および電気化学的な観点から見ると、チタンとアルミニウムの陽極酸化は、同じプロセス名を共有しているにもかかわらず、酸化皮膜の構造と主要機能の両面で根本的に異なります。アルミニウムの陽極酸化は通常、耐摩耗性と着色性を備えた厚く多孔質な保護膜を生成することを目的としています。一方、チタンの陽極酸化は、染料を使用せずに干渉色を生み出す薄く緻密な酸化皮膜を形成し、その生体適合性、耐食性、美観のために高く評価されています。

皮膜構造と生成メカニズム

最大の違いは、電解液中での酸化物の溶解性にあります。CNCアルミニウム陽極酸化では、硫酸浴が一般的に使用されます。この酸は酸化アルミニウム（Al₂O₃）層を同時に生成・溶解させ、非常に整然とした多孔質セル構造を形成します。この構造はハニカム状であり、染料を孔内に吸収させることが可能です。最後に熱水または蒸気で封孔処理を行うことで孔を閉じ、染料を固定するとともに耐食性を向上させます。

対照的に、チタン上に形成される酸化膜は、ほとんどの陽極酸化用電解液に不溶です。チタンの陽極酸化では、電場駆動メカニズムによって薄く緻密で非多孔質の酸化チタン（TiO₂）層が成長します。この皮膜の厚さは印加電圧によって精密に制御されます。視覚的な色は顔料によってではなく、薄膜干渉によって生じます。光が酸化膜の上面と金属界面で反射し干渉を起こすことで、特定の厚さに対応する波長の光が強調され、特定の色が現れます。

主な機能的な違い

この構造上の違いが、それぞれのプロセスの用途を決定づけています。

アルミニウム陽極酸化は機能性と装飾性を兼ね備えた万能プロセス： アルミニウム上の厚く硬い封孔された酸化皮膜は、主に耐摩耗性、耐食性、および塗装や接着の密着性向上を目的としています。その多孔質構造は、染料を吸収できるため装飾用途にも適しており、豊富で均一な色彩表現を可能にします。このため、民生製品、建築部品、耐久性と色彩を兼ね備えた仕上げが求められる部品に最適です。

チタン陽極酸化は性能・生体適合性・美観のためのプロセス： TiO₂層は非常に緻密で化学的に安定しており、寸法をほとんど変化させずに優れた耐食性を発揮します。これは医療機器業界において重要であり、陽極酸化された表面は高い生体適合性と無毒性を備えています。干渉色は染料を使わずに恒久的で退色しにくいため、部品識別や美観用途にも適しており、航空宇宙や高付加価値分野で重宝されています。これはチタンCNC加工サービス部品における一般的かつ重要な表面処理です。

比較表：主な違い

設計上の工学的考慮事項

適切なプロセスの選択は、部品の最終用途によって決定されます。耐久性があり、明るい色の仕上げを持つ工業・民生用部品にはアルミニウム陽極酸化を指定します。一方、寸法安定性、極めて高い耐食性、生体適合性が求められる重要部品、あるいは金属的な干渉色を美観や識別用途で活かしたい場合にはチタン陽極酸化を選びます。その他の金属部品では、ステンレス鋼の不動態化処理や電気めっきサービスなど、より適した表面処理方法を選択することができます。