マットまたはマット仕上げ：鋼の美観と保護のための表面処理技術

定義と基本概念

鋼鉄業界におけるマットまたはマット仕上げは、鋼の表面に非反射的で鈍い subdued な外観を与える表面処理またはコーティングプロセスを指します。この仕上げは、通常10-20グロスユニット未満の低光沢レベルが特徴で、光を直接反射するのではなく、拡散させる表面を生み出します。

マット仕上げの基本的な目的は、まぶしさを減少させ、表面の欠陥を隠し、控えめな外観が求められる用途において美的魅力を向上させることです。また、後続のコーティングや処理のための接着性を改善するために、ある程度の表面粗さを提供することで表面の耐久性を向上させます。

鋼の表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、マット仕上げは中間または最終的な美的処理として位置付けられています。特定の視覚効果を達成するために、研磨や研削プロセスの後に適用されることが多く、まぶしさの低減や腐食抵抗などの機能的理由から単独の表面としても使用されます。

物理的性質とプロセス原理

表面改質メカニズム

マット仕上げプロセスは、鋼の表面を修正して、入射光を散乱させる微細な粗さを作り出すことを含み、これにより光沢が減少します。これは、使用される特定の方法に応じて、物理的、化学的、または電気化学的反応を通じて達成されます。

機械的処理では、研磨や研削によって微小スケールの表面不規則性が導入され、薄い材料層が除去されて粗い表面テクスチャが作成されます。酸エッチングやパッシベーションなどの化学処理では、表面層が選択的に溶解されるか、微細な孔を形成し、マイクロまたはナノスケールでの表面粗さを増加させます。

制御されたパラメータを用いた電気化学的プロセス、例えば電解研磨は、表面の凹凸を優先的に除去することでマット効果を生み出し、均一に鈍い表面を実現します。コーティングと基材の間の界面特性は、接着強度や腐食抵抗に影響を与える表面粗さによって影響を受けます。

マイクロまたはナノレベルでは、表面は入射光を拡散させる谷、ピーク、微小な穴などの微細な粗さの特徴のネットワークを示し、マットな外観を生み出します。これらの特徴は表面積を増加させ、後続のコーティングの接着性や性能に影響を与える可能性があります。

コーティングの組成と構造

マット仕上げで得られる表面層またはコーティングは、プロセスに応じて酸化物層、パッシベーションフィルム、または残留研磨粒子で構成されることが一般的です。

化学処理された表面では、酸化物層は通常、クロム、鉄、または他の合金元素などの元素で強化され、薄く安定した接着性のあるフィルムを形成します。この酸化物層の微細構造は通常、アモルファスまたはナノ結晶性であり、腐食抵抗と美的特性を提供します。

機械的に仕上げられた表面では、微細構造は大きく変わることはありませんが、トポグラフィーが変更されてマット効果が生じます。表面改質の典型的な厚さは、化学エッチングの場合は数ナノメートルから、研磨の場合は数マイクロメートルまでで、特定の値はプロセスパラメータやアプリケーション要件によって異なります。

場合によっては、耐久性や美的特性を向上させるために、処理された表面にマット粉体コーティングや特殊な塗料などの薄いコーティングが適用されます。これらのコーティングは通常、20-100マイクロメートルの厚さで、特定の機能的または装飾的なニーズに合わせて変化します。

プロセス分類

マットまたはマット仕上げ処理は、表面仕上げ技術の広範なカテゴリー内で表面粗化またはテクスチャリングプロセスとして分類されます。これらは、機械的表面処理（研磨、研削）、化学処理（酸エッチング、パッシベーション）、または電気化学的処理（電解研磨、陽極酸化）にグループ化されることが多いです。

高光沢の研磨やミラー仕上げと比較して、マット処理は意図的に表面の不規則性を導入して光を拡散させます。サテンやセミグロス仕上げとは、主に光沢の減少の程度と表面粗さが異なります。

マット仕上げのバリエーションには以下が含まれます：

• 化学マット仕上げ：酸エッチングやパッシベーションによって達成されます。
• 機械マット仕上げ：研磨や研削によって得られます。
• 電気化学マット仕上げ：電解エッチングや電解研磨などの制御された電気化学プロセスによって生成されます。

各バリエーションは、表面粗さ、美的特性、機能的特性の異なるレベルを提供し、アプリケーション固有の要件に基づいて選択を可能にします。

適用方法と設備

プロセス設備

マット仕上げを適用するために使用される主な設備には以下が含まれます：

• 研磨機：サンドブラストやビードブラストなどの設備で、研磨媒体（例：シリカ砂、アルミナ、ガラスビーズ）を高速度で鋼の表面に吹き付けます。これらの装置は、表面粗さを制御するために調整可能な圧力制御、ノズルサイズ、媒体流量を備えています。

• 研削機：研磨ホイールやパッドを装備した手持ちまたは自動化された研削工具。これらは、局所的なマット仕上げや複雑な形状の仕上げに使用されます。

• 化学処理タンク：酸エッチングやパッシベーションプロセス用の浸漬タンクで、攪拌システム、温度制御、安全機能を備えています。これらのタンクは、表面全体で均一な化学反応を促進します。

• 電気化学セル：電解研磨や電解エッチングのセットアップで、電源、電解液槽、電極配置を含みます。これらのシステムは、均一な電流分布と電気化学的パラメータの正確な制御を目的としています。

これらの設備設計の基本原則には、エネルギ