旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
孔食と金属加工における防止対策と表面処理の知識
この記事では、金属加工業界で問題となる孔食のメカニズムから防止策まで詳しく解説しています。製品の耐久性を高め、クレームを防ぐためには、どのような対策が最適なのでしょうか？
孔食は、金属加工において非常に厄介な腐食形態の一つです。文字通り、金属表面に穴が開くように進行する局部腐食で、間口が小さい割に深く進行するという特徴があります。この現象は、特にステンレス鋼やアルミニウム合金など、表面に保護的な不動態皮膜（酸化被膜）を形成する金属材料によく見られます。
孔食のメカニズムは電気化学的なプロセスに基づいています。まず、塩化物イオンなどのハロゲン化物イオンが金属表面の不動態皮膜の弱点部分（微小な欠陥やMnS介在物の周辺など）を攻撃します。この攻撃により不動態皮膜が局所的に破壊されると、その部分が陽極（アノード）となり、周囲の健全な不動態皮膜部分が陰極（カソード）となる局部電池が形成されます。
この局部電池形成には重要なポイントがあります。
孔食が一度始まると、自己加速的に進行します。孔の内部では金属イオンの加水分解により水素イオン濃度が上昇し（pHが低下）、さらに塩化物イオンが孔内に集積して高濃度になります。これにより孔内部は極めて苛酷な腐食環境となり、腐食が加速的に深部へと進行していきます。
金属材料への影響としては、以下の点が特に重要です。
金属加工プロセスにおいて、孔食の発生には様々な要因が関わっています。主な原因と種類について詳しく見ていきましょう。
【環境的要因】
海水環境や工業用水、凍結防止剤に含まれる塩化物イオンは、孔食の最も一般的な原因です。塩化物イオン濃度が高いほど、孔食のリスクも高まります。
一般的に高温環境ほど孔食の発生確率と進行速度が上昇します。特に臨界温度（多くの場合20℃以上）を超えると孔食感受性が急激に高まります。
極端に酸性または塩基性の環境では、不動態皮膜の安定性が低下し、孔食が発生しやすくなります。
【材料的要因】
特にマンガン硫化物（MnS）などの硫化物系介在物は、孔食の発生起点として作用します。東北大学の研究によると、ステンレス鋼における孔食の多くは直径200nm程度のMnS介在物を起点としています。
結晶粒界や溶接部、冷間加工による歪みなどの金属学的な不均一部は孔食の発生しやすい箇所となります。
クロムやモリブデンなどの元素は耐孔食性を高めますが、これらの元素分布が不均一だと局所的に孔食が発生しやすくなります。
【孔食の種類】
金属加工における孔食は、発生メカニズムや形態によって以下のように分類されます。
現在進行形で成長している孔食。孔内部は活性な金属溶解が続いている状態です。
腐食環境の変化などにより成長が停止した孔食。再び適切な条件が整うと再活性化することがあります。
既存の孔食部からさらに枝分かれして発生する孔食。複雑な形状となることが多いです。
結晶粒界に沿って選択的に進行する孔食。粒界に偏析した不純物や析出物が原因となります。
金属加工プロセスにおいては、加工時の熱影響、表面粗さ、残留応力なども孔食発生に影響を与えます。特に切削加工後の表面に微細な傷や加工硬化層が残ると、それらが孔食の起点となる可能性が高まります。また、溶接工程では熱影響部に組織変化や元素偏析が生じ、孔食感受性が局所的に増加することがあります。
金属加工において孔食を防止するためには、適切な表面処理技術の選択と適用が重要です。ここでは、各種金属に対する効果的な表面処理方法を紹介します。
◆陽極酸化処理（アノダイズ処理）
アルミニウムやチタンなどの金属に適用される代表的な表面処理技術です。この処理により、金属表面に厚く均一な酸化皮膜を形成させることが可能です。
◆不動態化処理
ステンレス鋼や一部の非鉄金属に対して、化学的または電気化学的に安定な不動態皮膜を強化する処理です。
◆化成処理
金属表面に化学反応を起こさせ、保護性のある変換皮膜を形成させる処理方法です。
◆合金化表面処理
表面に異なる元素を添加・拡散させることで、耐食性を向上させる処理方法です。
表面処理した金属材料の耐食性評価について詳しい情報はこちら
最新の研究では、従来の表面処理に微量元素を添加することで、MnS介在物などの孔食発生起点を無害化する技術も進展しています。例えば、微量のモリブデンやチタンを添加することで、MnS介在物の電気化学的性質を変化させ、孔食発生リスクを低減できることが分かってきました。
適切な表面処理の選択には、使用環境、基材金属の種類、要求される表面特性（耐摩耗性、装飾性など）を総合的に考慮する必要があります。また、表面処理後の品質検査として、電気化学的評価試験（分極測定など）を実施し、処理の効果を確認することが推奨されます。
金属加工業界において、孔食を早期に検出し、適切に管理することは製品の信頼性を確保するために極めて重要です。ここでは、孔食の効果的な検出方法とプロセス管理について解説します。
【孔食の検出技術】
最も基本的な方法ですが、孔食の初期段階では非常に小さく見逃しやすいという欠点があります。特に照明条件を工夫することで、表面のピットをより視認しやすくなります。
染色液を表面に塗布し、毛細管現象を利用して微小な孔食を検出する方法です。表面のみの欠陥検出に限られますが、簡便で効果的です。
進行した孔食による内部欠陥の検出に有効。特に厚みのある材料での深い孔食の評価に適しています。
【金属加工プロセスでの孔食管理】
孔食対策の重要なポイントは、「予防」と「早期検出」です。特に橋梁用高性能鋼SBHS500などの構造材料では、pHと塩化物イオン濃度を管理することが重要であることが研究で示されています。また、製造工程でCaS介在物なども孔食の発生に関わることが明らかになっており、材料選定時の考慮が必要です。
金属加工業界において孔食対策は常に進化しています。最新の研究や技術開発により、より効果的な対策方法が次々と登場しています。ここでは、金属加工業者が知っておくべき最新の孔食対策動向について解説します。
◆ナノスケール表面制御技術
従来の表面処理技術をナノレベルで精密に制御することで、孔食耐性を飛躍的に向上させる新しいアプローチが注目されています。
◆環境調和型孔食抑制技術
環境規制の厳格化に対応した、より環境に優しい孔食防止技術が発展しています。
◆AI/IoT活用による予知保全システム
デジタル技術を活用した孔食の予測・監視システムが実用化段階に入っています。
◆微量元素制御による新合金開発
従来は不純物と見なされていた微量元素の積極的活用により、孔食耐性を向上させる新しい合金設計が進んでいます。
国立研究開発法人物質・材料研究機構の最新の腐食研究について詳細はこちら
金属加工業者はこれらの最新技術動向を把握し、自社の製品特性や用途に応じて適切に取り入れることが重要です。特に海洋構造物や化学プラント用部品など、過酷環境で使用される製品を扱う場合は、これらの先進的な孔食対策の適用が製品寿命と信頼性を大きく左右します。技術の進歩は早く、定期的な情報更新と必要に応じた専門家との連携が推奨されます。