サンドブラスト酸化アルミニウム6061部品プロトタイプ

1 研究方法

1.1 設計理念

プロトタイプ開発では、表面処理効果を体系的に評価した。再現性を確保するため、アルミニウム6061試料は同じ寸法（50×50×5 mm）および初期機械加工条件で作成した。本研究では、機械的ブラストと化学的酸化の相互作用を定量化することに焦点を当てた。

1.2 データソースおよび使用材料

実験データは、実験室で制御された処理条件下で収集された。サンドブラストには高純度アルミナ粒子（50–150 μm）を使用した。酸化処理には、120°C ± 2°Cに維持された加湿オーブンを用いた。表面分析はSEM（日立SU5000）および3D光学プロファイロメータ（ブリューカーContour GT）で行った。硬度試験には500 gの荷重を使用するビッカースマイクロ硬度計を用いた。耐食性はASTM B117の塩水噴霧試験基準に従い、48時間にわたり評価した。

1.3 実験手順

1. 表面の準備 ：試料をアセトンで脱脂し、乾燥させた。

2. 砂吹き ：粒子径（50、100、150 μm）、圧力（0.3–0.7 MPa）、および曝露時間（30–120秒）を変化させた。

3. 酸化 ：制御環境下（120°C、50% RH）で1～3時間加熱した。

4. 分析 ：SEM画像は1000倍の倍率で取得し、粗さは各試料につき5点で測定した。硬度は3か所で測定し、耐食性は時間経過によるピット腐食面積で評価した。

2 結果と解析

2.1 表面形態

SEM画像（図1）から、中程度の大きさの粒子（100 μm）は均一な微小圧痕を生成し、一様な酸化皮膜の形成を促進していることが明らかになった。小さな粒子はより細かいが不均一なピットを生じるのに対し、大きな粒子は深い不規則な凹凸を形成する。

図1．サンドブラスト処理されたアルミニウム6061表面のSEM画像（1000倍）

2.2 粗さおよび硬度分析

結果として、100 μmの粒子で処理した試料では、ピークからバレーまでの表面粗さが15％低減した。硬度測定値は未処理試料と比較して平均12％増加しており、耐摩耗性の向上を裏付けている。

2.3 耐腐食性

塩水噴霧試験では、未処理の対照群と比較して、サンドブラストおよび酸化処理した試料の表面ピッティングが20％低減した。この改善は、一様な酸化皮膜の形成と一致している。

3 考察

3.1 メカニズムの解釈

サンドブラスト処理は表面積を増加させ、酸化皮膜の付着を促進する微細な凹凸を生成する。制御された温度での酸化処理により、均一で緻密な酸化膜が形成される。機械的な粗面化と化学的酸化の組み合わせにより、硬度と耐腐食性の両方が同時に向上する。

3.2 限界

本研究は実験室規模の試料に限定されており、より大きな工業用部品では結果が異なる可能性がある。粒子サイズはアルミナに限定されており、他の媒体では異なる表面テクスチャを生じる可能性がある。

3.3 実用上の意義

最適化されたサンドブラスト－酸化処理のパラメータは、航空宇宙および自動車分野におけるプロトタイプ製造に対して実行可能な指針を提供する。産業界での採用により、大規模な後処理を必要とせずに部品の耐久性と性能を向上させることが可能になる。

4 結論

100 μmのアルミナ粒子によるサンドブラスト処理を施し、その後120°Cで2時間酸化処理を行うことで、アルミニウム6061プロトタイプの表面均一性、硬度、耐腐食性が著しく向上します。この知見は高機能部品における表面処理の選定に役立ち、工業生産へのスケーリング可能性も示唆しています。今後の研究では、他のブラスト媒体や長時間の酸化処理プロトコルの検討が考えられます。

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