Zamak 5 に PVD 皮膜は付けられるか｜表面と層構成

Zamak 5 に PVD（物理蒸着法）の皮膜は付けられます。制約になるのは合金ではありません。制約になるのは、搬入されたときの表面と、上層の皮膜の下にある層構成です。Ra 0.5 に届き、開いたポロシティがなく、マスキングする面を正しく選んだ亜鉛ダイカストなら、装飾用の PVD ラインを問題なく通ります。ゲート部にくぼみが残っていたり、研磨でエッジが 0.1 mm 丸まっていたりする品は不合格になり、コーティング工程では直せません。

結論

Zamak 5（ASTM B86 AC41A）は、亜鉛ダイカストの装飾用 PVD における標準的な基材です。処理は基材温度 120～150 °C 程度で行われ、合金の組織が動く温度よりはるかに低い条件で、0.5～3 µm の皮膜を積みます。

判断すべきは「コーティングできるか」ではなく、「表面と層構成が適切か」です。決め手は三つあります。研磨された表面、開いた気孔がないこと、そして上層の皮膜の下に名前の付いた層構成があることです。

基材が結果を決める理由

PVD は直線的な堆積方式です。金属の蒸気が表面に届いて凝縮し、乗った形をそのまま写し取ります。凹みに流れ込むことも、キズを平らにすることも、気孔を塞ぐこともありません。研磨された表面の形状が、そのまま皮膜後の部品の形状になります。

つまり基材が支配的な変数です。同じ金型から出た二つの部品でも、可視面をどう研磨したか、ゲート部で気孔が開いたかどうかで合否が分かれます。コーターが見るのは結果で、原因ではありません。

Ra 0.5 と Rz 2～4

Ra 0.5 µm は算術平均です。表面に 6 µm の山が残っていても、Ra は 0.5 と読めます。その山を表すのが Rz で、範囲の上限では、皮膜は山から谷までの距離より薄くなります。

実務で使う組み合わせは Ra 0.5 と Rz 2～4 です。Ra は満たしているのに Rz が 6 にとどまる表面は、皮膜の後にキズが見えます。皮膜は谷に沿って乗り、山を露出させたままにするからです。図面には二つの数字を載せてください。片方だけでは足りません。

皮膜が隠せないもの

径 20 µm の開いた気孔は、皮膜厚さの 6 倍から 40 倍あります。皮膜は表面だけでなく気孔の壁にも付くため、気孔は気孔のままで、皮膜後は直射光の下で暗い点として見えます。

同じことはコールドシャットの線、引きキズ、丸まった合わせエッジにも当てはまります。どれも表面の汚れではなく、形状の変化です。皮膜の前に見えるものは、皮膜の後にも見えます。皮膜がコントラストを上げるため、たいていは前より目立ちます。

皮膜の下の層構成

亜鉛の装飾用 PVD は、単層ではなく層構成が普通です。電気めっきの銅／ニッケル下地が表面を平滑にし、耐食性を担います。PVD の上層が色と耐摩耗性を出します。この構成では、マスキングした面には地の亜鉛ではなくニッケルが出ます。

めっきを省いて亜鉛に直接 PVD を付けるのは、別の体系です。使用条件の軽い屋内の装飾部品なら成立しますが、耐食性と色の範囲は同じではありません。図面には層構成を書かなければなりません。めっきの厚さ、上層の厚さ、そしてどの面をマスキングするかです。「PVD」とだけ書いても、上層の下に何があるかは決まりません。

図面に書くこと

使える指示は四行です。基材と状態、皮膜前の仕上げ（Ra と Rz）、厚さを含む層構成、マスキングする面を書きます。そこに合否試験を加えます。ASTM D3359 の密着性が 4B～5B、ASTM B117 の中性塩水噴霧が 48 時間です。

コーティング側の詳細は亜鉛ダイカストへの PVD、工程窓はPVD コーティングをご覧ください。