電解加工とは？原理、電解液、メリット・デメリット

電解加工とは、その名の通り「電気分解」のメカニズムを利用して金属を加工する技術のことです。生産性が高く、多くの金属に活用できる上、細かい部分への加工が可能なことから、航空機や自動車などの部品製造だけでなく、医療機器をはじめとする幅広い分野に活用されています。

今回の記事では、電解加工の特徴やメリット・デメリット、間違いやすい放電加工との違いについて解説していきます。

電解加工とは

電解加工とは、電解液の中に金属を入れ、電極から電気を流すことによって微細なバリを科学的に除去する加工方法です。

金属部品の製造過程でバリが付くことは避けられませんが、除去しにくいバリをそのまま放置すると後の工程で支障をきたす可能性があるため、除去しておく必要があります。しかし、部品の中には複雑な構造のものも多く、目視の確認や工具を使った作業が難しいものも存在します。そこで活躍するのが電解加工です。

複雑な構造の部品に発生したバリを、表面から入り組んだ部分まで短時間で確実に除去できるため、精密性を要求される飛行機のエンジンタービンなど、重要な部品の製造にも用いられています。

電解加工の原理

電解加工は、下記のような原理となっています。

1. 電解液の中に金属を入れる
2. 金属に陽極（＋）の電流を、対抗する電極に陰極（－）の電流を流す
3. 電解液中のイオンが移動し、液中に層を形成する
4. 陽極の表面の金属原子（バリ）が電解液中に引き出される

電解加工においては、電流密度が高いほど速度・精度・表面粗さが向上します。ただし、電解液の濃度を均一化させておく必要があるため、単純に電流密度を上げれば必ず品質が向上するというわけではありません。

電解加工のメリットとデメリット

短時間でバリを除去することができ、部品の精度を上げてくれる電解加工ですが、メリットとデメリットが存在します。

電解加工のメリット

• 幅広い金属に対して加工ができる
• 電極となる工具消耗がない
• 加工速度が早い
• 加工変質層が小さい

電解加工のメリットは幅広い金属に対して短時間で加工できる点です。

電極は部品ごとに専用のものを使用する必要がありますが、劣化せず使い続けることが可能なため、途中で機械を止めてメンテナンスをしたり、新しい電極に交換したりする手間がありません。そのため、多くの部品を、短時間で加工することが可能です。

さらに、電解加工による金属の変質が極めて少ない点も大きなメリットです。

電解加工のデメリット

• 精度が安定しない
• 加工物と電極の距離の検出が難しい
• 機器に耐食性の対策が必要

電解加工のデメリットは主に、精度の不安定さにあります。その理由は、電解液の均一性を保つことが品質向上に大きく影響してしまうからです。電解液の濃度は一定ではない上、濃淡を目視で確認することはできません。さらに、加工による温度の上昇によっても濃度が変化してしまうため、対策が難しくなっています。

他にも、周辺機器が腐食しやすい、生成物が毒性を持つ場合があるなどの短所も持っています。

電解加工の電解液

電解液には、電気を流す役割の他、加工物の温度を冷ます効果もあります。加工時に液量が少なすぎると金属の温度が上がり、仕上がりにムラが出てしまう可能性があり、逆に多すぎると変色の原因となってしまうことがあります。そのため、適切な液量を保って加工を進めることが重要です。

電解液の種類は「中性塩溶液」「酸溶液」「アルカリ溶液」が用いられ、それぞれに違った特徴を持っています。

中性塩溶液

中性塩溶液は、最も一般的に用いられる電解液です。アルカリ溶液に比べて電導度は低いものの、腐食度も低く、コストパフォーマンスにも優れているため、大部分の金属材料に使用されます。一般的な塩（Nacl）を使った電解液は液中濃度を均一化しにくく、加工精度が悪くなる傾向があります。そのため、塩素酸ナトリウム（NaClO3）や硝酸ナトリウム（NaNO3）を使った電解液が使用される場合もあります。

ただし、いずれも加工精度は向上するものの電流効率が低下するため、加工により多くの電力を必要とします。その結果、中性塩溶液の魅力であるコストパフォーマンスが下がってしまいます。

酸溶液

酸溶液は、取り扱いに注意が必要なこともあり、特殊な場合にしか用いられない電解液です。

電導度は比較的高いものの、腐食性が強い他、加工を続けていくと電導度が減少していく特徴があります。

アルカリ溶液

アルカリ溶液は、タングステンやモリブデンなど、超硬合金の加工に対して有用な電解液です。超硬合金に対しては、中性塩溶液に比べて質の良い仕上がりとなるため、好んで用いられます。

ただし、一般的な金属に対しては加工時に不溶解の生成物を発生させ、加工物の溶出を邪魔してしまうため、用いられることはありません。

電解加工と放電加工の違い

液中に電気を流して作業をする電解加工は、放電加工と似ているため比較されることも少なくありません。しかし、実際のメカニズムや得意分野、加工の目的は大きく異なります。

例えば、電解加工は電解水に通電させることで電解水のイオンによって金属を加工しますが、放電加工は絶縁性を有する加工液に雷のような放電現象を起こし、無理やり通電させることで熱で金属を溶かして加工します。

また、下表を見ても分かる通り、長所と短所も大きく異なっています。

放電加工の原理も確認したい方は、下記記事を参照してください。

参考記事：放電加工（EDM）の基礎知識（原理、メリット・デメリット、電極）