陽極酸化皮膜

陽極酸化皮膜とは

陽極酸化皮膜（ようきょくさんかひまく）は、金属が陽極として電解質溶液中で通電されることによって、金属表面に形成される酸化層です。この酸化皮膜は、金属表面の保護や装飾に重要な役割を果たします。

概要

金属を陽極として電解質溶液に浸し、通電することによって、金属は酸化されて陽イオンとして溶液中に解け出します。この過程で、対極の陰極では水素イオンが還元されて水素ガスが発生することもあります。特定の条件下では、金属表面の酸化物が水の酸素と結びつき、酸化物として表面に残ることがあり、これが陽極酸化と呼ばれます。こうして形成された酸化物の層が、陽極酸化皮膜です。金属イオンが溶出する現象はアノード溶解と称されます。

皮膜層の変化

陽極酸化皮膜の厚さは、一律に印加された電圧に比例して増加します。しかし、皮膜の厚さが特定の限界に達すると、以下のいずれかの状態になります。

1. 金属イオンの溶出が起こらず、それ以上電流が流れなくなる。この現象はバリヤー皮膜と呼ばれ、実際にはホウ酸中でアルミニウムを陽極酸化した例などで確認されます。
2. 溶出は起こらないが、皮膜を通じて電子が移動し、その結果として皮膜と溶液界面で水の電気分解が進行することもあります。これにより特定の金属メッキ処理での実用例も見受けられます。
3. 皮膜表面から金属イオンが溶出し、陽極酸化皮膜が一定の厚さを維持しながら定常溶解が発生する場合があります。たとえば、鉄を硫酸中で陽極酸化した場合、硫酸の強力な溶解力のため、通電を停止すると即座に皮膜が消失します。このように、陽極酸化における反応は状態によって異なり、時には一組の条件で異なる挙動を示します。

バリヤー皮膜と多孔質皮膜

陽極酸化プロセスでは、まずバリヤー皮膜が形成され、その後に電流が流れなくなるか、または異なる反応に移行します。電解質や使用する金属、さらには温度や電圧の条件により、ある部分のバリヤー皮膜が定常溶解に移行し、多孔質の厚い皮膜を生成することがあります。
この多孔質の構造は、酸化皮膜が選択的に溶解する条件下で発生します。溶解の強さが中庸であることが、孔を持った皮膜の生成に寄与する要素です。

実例

バリヤー型陽極酸化皮膜の例として、アルミニウムのホウ酸による皮膜や、チタンにおける光の干渉を利用した発色が挙げられます。特に、アルミニウムの陽極酸化皮膜は「アルマイト」として知られ、耐食性や硬度を高める保護皮膜として利用されるだけでなく、装飾的な用途にも多く用いられています。さらには、マグネシウムにおける陽極酸化皮膜の実用化（マゴキシドコート）も記録されていますが、こちらは電気化学的な性質を強く示しています。また、チタンやゼオニウム、ハフニウムでは、陽極酸化により光の干渉作用が生じ、非常に美しい色合いを呈し、宝飾品にも利用されています。

関連項目

• - 表面処理
• - 電気めっき

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