化学研磨の仕組み＜どうして平らになるの？＞

皆さんこんにちは。

表面処理薬品のタイホー（https://twitter.com/TAIHO_tweet）です。

今年の12月1日から3日にかけて開催された表面改質展2021に弊社も展示させて頂いた際に、化学研磨のメカニズムについて教えてほしいとのご要望を頂きましたので、簡単な解説になりますが本記事を作成致しました。

化学研磨液で研磨するとどうして平らになるのか？

凹凸がある品物を研磨液に漬けているだけで平らにできる理由は、研磨液と金属表面の間に発生する拡散層と呼ばれる高粘度の液体皮膜が鍵となっています。
金属の表面は凹凸がありますが、拡散層は研磨液に対して平行に生成されるため、金属表面から研磨液までの距離が凹凸により差が生まれます。
この距離により反応速度に差が発生し、結果として凸部は多く、凹部は少なく削られ、全体として平らになっていくという形です。
これが化学研磨で表面が平らになっていくメカニズムです。

簡単にご説明すると上記の通りなのですが、簡潔すぎるかと思いますので、以下に研磨液に漬けたときからどのような動きをしているのかを模式図を見ながらご説明していきます。

STEP1 酸化皮膜が生成される

品物を薬品に漬けると品物の表面に酸化皮膜が生成されます。

図1 研磨液に品物を漬ける

図2 品物の表面に酸化皮膜が生成される

STEP2 拡散層が形成される

酸化皮膜が生成されたあとに、拡散層が酸化皮膜と研磨液の間に生成されます。

図3 拡散層の形成

図で見るとわかるように、拡散層は金属表面を沿う形ではなく、研磨液と平行になるように作られます。
ちなみに拡散層は粘度の高い液体皮膜です。

STEP3 拡散層により反応の速度に差が発生する

拡散層が形成されると研磨液と金属表面の間に差が生まれまることになります。

図4 拡散層による研磨液と金属表面の距離の差

この時、研磨液は拡散層を通して、酸化皮膜を破壊し、さらにその先の金属表面部分を金属塩化して研磨液中に金属イオンとして溶解させて行くと考えられています。

ただし、化学反応自体は品物表面と研磨液によって行われていますが、金属イオンのやり取りは拡散層を通して行っています。
そのため、拡散層の厚みが金属イオンのやり取りをする距離となり、凸部は研磨液との距離が近く反応が速い、凹部は距離が遠く反応が遅くなると考えられます。

図5 研磨液との距離による反応の差

STEP4 表面が平らになる

STEP3での反応速度の差により、凸部が先に削られることになり、結果として平滑に近づいていくと考えられています。

図６ 処理後の表面

おわりに

化学研磨のメカニズムについて簡単にご説明しましたが、いかがだったでしょうか？もしご質問がございましたら、お気軽にお問合せください。

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