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チタンの着色(陽極酸化処理加工)におけるポイント

チタンの特徴

チタンの特徴
チタンは火で炙ることで、チタンブルーとも呼ばれる美しい色合いを得ることができます。これは酸化被膜による発色ですが、チタンを陽極酸化処理加工という方法で着色して、カラーチタンとして様々なシーンで利用されています。ここでは、チタンの陽極酸化処理加工による着色について解説してきます。


まず、チタンの特徴についてです。

チタンは酸化被膜のおかげで、汗やリンパ液などの体液に触れてもイオンが溶け出すことが無いため、金属アレルギーを引き起こさない金属です。

まずチタンのメリットは 
〃變明
比強度が高い
B冉性
ぢ竸性
デ伝導率が低い
高い生体適合性
の6点が主に挙げられます。

>>チタンの特徴



また、チタンは私たちの日常生活のあらゆる場面で使用されている金属です。また、上記のような優れた特性も多いことから、航空・宇宙、建築、医療、スポーツなどの分野でも多く使用されています。

チタンを採用するにあたっての、代表的なメリットは下記の4点です。
ゞ度を損なうことなく軽量化が出来る
体に触れるものにも安心して使える
錆びにくいため品質を長期的に維持できる
たГ鯤僂┐襪海箸砲茲螢妊競ぅ鵑良が広がる

>>チタンを採用するメリット

 

チタンは加工が難しい難削材

優れた点の多い金属のチタンですが、”加工が難しい”といった最大のデメリットがあります。
加工が難しい理由は、
.船織鵑蝋盒度なため切削やプレス成型、さらには溶接が困難
加工する際に大きな衝撃が発生するため、工具の摩耗が激しくなり、チッピングがしやすくなり、工具寿命が短くなる
チタンは化学的に活性であるため、熱の影響で工具と焼き付きやすい
だ擇蠅ずが発火し、燃焼しやすい
ゥ筌鵐偉┐小さいためたわみやすい
η伝導率が低い
変形抵抗が大きく、加工熱が発生しやすい
などが挙げられ、チタンは難削材に分類されます。

そのためチタン加工においては、チタンの素材や加工方法にあわせて、最適な加工条件を設定する必要があります。


>>チタン加工におけるポイント

 

チタンが着色できる理由

チタンの変色と着色


上記の通り、チタンには表面に10~300nmという非常に薄い酸化被膜が形成されており、このおかげでステンレスやアルミのように耐食性が高まっています。そしてこの酸化被膜は、室温では安定しているのですが、高温になると酸化被膜が成長しやすくなります。

たとえば、チタンを熱処理した際に酸化被膜が成長してしまうと、その部分のみ変色が発生してしまいます。または、屋外にチタンを放置しておくと、チタン表面が徐々に酸化して、酸化被膜の成長につながり、色調変化につながります。


このように、チタンの酸化被膜の膜厚が変化すると変色が発生してしまうのですが、逆に酸化被膜の厚さをコントロールすることで、チタンの色を変える、いわゆる着色することができます。その方法としてあげられるのが、陽極酸化処理加工です。

 

チタンの陽極酸化処理加工とは?


陽極酸化処理加工とは、チタンの表面に無色透明の薄い酸化被膜を生成させるメッキ方法です。

まず、導電性電解液の中で陽極チタン(+)が酸化することによって、材質の表面に酸化被膜が発生します。この酸化被膜は、印加する電圧によって変化します。そのため、チタンの色にあわせて電圧を設定することで、チタンの色を自由に変化させることができます。

また、チタンの表面には元から酸化被膜があるため、これを事前の除去しないと、陽極酸化処理加工で均一な色合いにはなりません。そのため、化学研磨であるTCP(Titanium Chemical Polishing)
処理などを施すことで、チタン表面を最適な状態に仕上げることが推奨されます。

また、チタンの着色には、陽極酸化処理加工の他に、大気酸化法もあります。これは、チタンを電気炉などで300度以上の高温状態にして酸化させることで着色させる方法です。大気酸化法では、高温状態の時間と温度を変化させることで、酸化被膜の厚さが変化します。陽極酸化処理加工では、非晶質の酸化チタンが酸化被膜として形成されるため、皮膜の密着性という点では大気酸化法に軍配があがります。また大気酸化法では、陽極酸化処理加工では出すことできない白色を作りだすことができます。一方で陽極酸化処理加工では、電圧印加による制御のため、比較的容易に色の調整もできて、さらに着色面積が広い場合でも均一に着色することができます。



酸化被膜のあるチタンに光が当たると、一部は酸化被膜の表面で反射し、残りは酸化被膜に屈折しながら入射し、チタン表面で反射し、酸化被膜を出る際に再度屈折して、大気中に出ていきます。この時、2つの光の位相が同じ時に、光が干渉して、色が見えるようになります。また、皮膜の厚さによって特定の色の光が強められるため、その色に見えるという色調変化が発生します。この原理は、受動的な変色においても、陽極酸化処理加工による能動的な着色においても、変わりません。

このように、無色透明である酸化被膜ではありますが、膜厚が変わることで色合いが変わります。また、陽極酸化処理加工に関しては、メッキや塗装などの方法と比較しても、機械的物性や耐久性を変えることなく、さらに剝がれる心配もないことが大きな特徴です。
 

チタンの着色(陽極酸化処理加工)におけるメリットとポイント

チタンの着色(陽極酸化処理加工)によるメリット

チタンに陽極酸化処理加工にて着色することで、下記のようなメリットを得ることができます。

・酸化被膜により優れた耐候性、耐久性がある
・膜厚が薄いため、金属の質感を保つことができる
・チタンの材料物性はそのまま維持される
・チタン表面を見る方向が変化すると、色合いが変わり、独特なグラデーションになる
・着色成分がない色付けのため、使用用途に幅が効く
・電解研磨で前処理をすることで、光沢が増す
・色付けをすることで識別がしやすくなる
・微細な部品にも着色することができる
・可視光に含まれる色であれば、基本的にどのような色でも発色可能のため、100色以上の発色が可能


着色されたチタンはカラーチタンと呼ばれることも多いですが、こうした特徴からアクセサリーから食品、医療分野まで、幅広く使用されています。


 

チタンの着色(陽極酸化処理加工)におけるポイント

優れた点の多いチタンの着色(陽極酸化処理加工)ですが、もちろん注意点もあります。

・酸化被膜の上に油膜が乗ることで、厚みが変化し、変色しているように見える
・白や黒は陽極酸化処理加工では発色ができない。
・陽極酸化処理加工後に加工を行うと色の保持が困難になる場合がある
・大気中に長年さらされると、酸化被膜の厚さが変化してしまう


陽極酸化処理加工後に曲げ加工を行ってしまうと、部分的に酸化被膜の厚さが変化してしまいます。そのため、色の保持も難しくなってしまいます。こうした細かい点に注意することで、いつまでも綺麗に発色したチタン部品を使用することができます。


 

チタン加工の製品事例のご紹介

実際に当社が加工したチタン加工品の事例紹介です。

チタン製 自動機用フレーム


こちらは、チタン製のIMPフレーム部品です。サイズは0.3*6.5*19.5mmで、主に自動機関係で用いられます。こちらは、決められた形状にワイヤーカット加工をして、曲げ加工を行っております。

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自動車向け チタン製プレス部品


こちらは、チタン製の自動車用プレス部品です。サイズは0.8×4.0×9.0mmで、プレス加工後に曲げ加工を行っております。

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品です。サイズは1.5*50*20mmで、まず専用の金型を製作し、その後プレス加工で成型後にバレル研磨を行っております。

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64チタン製 インゴット


こちらは、医療業界向け用のインゴットです。材料は64チタンで、30Φの直棒を決められた寸法にワイヤー加工を行いました。また、表面を磨く為にバレル加工を行いました。

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陽極部品


こちらは、電気機器用の陽極部品です。材料は純チタンで、ワイヤーカット加工、穴あけ加工と曲げ加工によって製作されています。まずはワイヤーカットにて展開形状で削り出して、必要な箇所を曲げります。その後、外径を研磨し、面を鏡面仕上げとして研磨加工を施しています。

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スケラー(ミラー)


こちらは、スケラー(ミラー)という医療器具です。材料はチタンで、スウェージング加工によって製作されています。まずは、材料をスウェージング加工をします。その後、ミラ―部をプレス加工を行い、ロー付けをして接合します。

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眼鏡用塗装治具


こちらは、眼鏡用塗装治具です。材料はチタンとβチタンで、スウェージング加工、穴あけ加工、タップ加工と曲げ加工によって製作されています。まずは、材料を板抜きして、穴あけ加工とタップ加工を行います。その後、丸線の部分を曲げて仕上がります。

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表札


こちらは、表札です。材料はチタンで、マシニング加工によって製作されています。まずは、表札のデータを作成し、マシニング加工を行います。その後、材料を削り出して、メッキをして仕上がります。

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耳かき


こちらの製品は耳かきで、一般的に日用品で使用される製品です。材質は純チタンのTP340で、安心して使用することができます。 従来このような耳かきなどの細径長尺製品は切削加工によって製作されていましたが、1つの製品を製作するのに時間がかかっていたため、割高な商品となっていました。そのため、お客様がさらなるコストダウンをご要望されており、当サイトへご依頼をされました。 

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品,任后サイズは1.5*20*55mmで、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらは、プレス加工を10工程通した上で製作されるプレス部品です。

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品△任后サイズは1.0*3.0*30で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらはやや小さめのプレス加工品ですが、細かいデザイン模様もつけるようにしています。

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品です。サイズは1.3*40*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、リングが重なるような特徴ある形状となっており、精密金型の設計製作に工夫を凝らしました。

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品い任后サイズは1.2*40*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、幅が約50mmと広めの部品ではありますが、当社ではチタン板材からの抜き加工によって形状出しをいたします。

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チタン製 装飾品


こちらは、チタン製の装飾品イ任后サイズは3.5*20*50で、主に日用品の装飾用途で用いられます。こちらのプレス品は、表面の模様がとても細かくなっているため、細心の注意を払ってプレス加工をしております。 

>>詳細はこちら

チタンの精密加工のことなら、精密金属加工コストダウンセンター.comまで!

チタンは軽くて強度が高く、耐食性や耐熱性に優れているため汎用性が高い金属です。しかし強度が高く、また科学的に活性であるなどの理由により、加工が難しい金属でもあります。そのため加工しやすいように、また長所をさらに伸ばすために、チタンへ他金属を添加することによりチタン合金が生まれました。

チタンを加工する際は、チタンのどのような特性を利用したいのか、またチタンが難加工材であることを考慮しつつ、数あるチタンからどの種類を選択するか考えて加工方法を選ばなければなりません。


このような難削材であるチタンですが、精密金属加工コストダウンセンター.comを運営する株式会社清水工業所では、多種多様な業界に多数の精密チタン部品をお届けしてまいりました。上場企業様にも精度や品質面でご安心いただける加工技術が、ここにはあります。当社では、旋盤加工やプレス加工、曲げ加工、レーザー加工、ワイヤーカット加工、さらにスウェージング加工といった特殊加工方法も取り揃えており、お客様が他社で製作できずに悩んでいる製品も加工することができます。チタン材は、純チタンから、64チタン、βチタンなど、様々なチタンの加工に対応しております。

また当サイトでは、お客様のご要望に合わせて最適な工法を提案することで、コストダウンを可能にしております。「目の前で悩んでいるお客様を救いたい」という想いで、単品・試作加工から、チタンの量産加工まで、様々なチタン加工にお応えしてまいりました。しかし、ただご要望にお応えするだけでなく、お客様の期待を上回るために、当社では最適な形状変更や工法転換をご提案しており、結果としてコストダウンにつながるケースが多々ございます。

さらに当社は、専門技術を取りそろえた中小企業が集まる福井県鯖江市のネットワークを活用することができるため、金属製品の精密加工に幅広く対応することができます。また、お客様が当社にご依頼することで、お客様が無駄に加工業者を探す工数を減らすことができ、総合的なコストダウンを実現いたします。


「こんな加工できないの?」、「もっとコストを安く抑えたい!」こんなお悩みを丸ごと解決いたします。試作・1ロットからも対応いたしますので、まずはお気軽にご連絡ください。

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