溶射とは？種類・メッキとの違いから摩耗部品の再生まで解説！

ローラーやシャフトの摩耗が止まらず、毎回まるごと新品に交換している。交換のたびに費用がかさみ、納期も読めない。そんな状態が続いていないでしょうか。

摩耗対策の手段として名前が挙がるのが「溶射」です。ただ、溶射と一口に言っても方式は6種類以上あり、材料の選択肢も金属からセラミックまで幅があります。しかも溶射業者に相談すると溶射の話しか出てこず、そもそも溶射が最適なのかどうかを判断できない、という声もよく伺います。

この記事では、溶射の原理と種類、メッキ・溶接との違い、選定時に押さえるべきポイントを整理したうえで、摩耗した部品を作り直さずに再生する方法と、その判断基準までをご説明します。当社が溶射をご提案しなかった事例も含めて、包み隠さずお伝えします。

溶射とは？

【定義】 溶射とは、皮膜にしたい材料を熱で溶かし、高速で部材の表面に吹き付けて膜をつくる表面処理技術です。

日本溶射学会は溶射を「何らかの熱エネルギー源によって、皮膜となる材料を溶融あるいは半溶融状態にすると同時に、運動エネルギーを付与して高速で飛行する溶滴を作り出し、これを次々と基材表面に衝突、積層させて皮膜を形成する表面被覆プロセス」と定義しています。長い定義ですが、分解すると4つの動作しかありません。

• 溶かす：粉末・ワイヤ・棒状の材料を、燃焼炎やプラズマなどの熱源で溶融、または半溶融の状態にします

• 飛ばす：溶けた粒子にガスの運動エネルギーを与え、高速で飛行させます

• ぶつける：粒子が部材（基材）の表面に衝突し、扁平につぶれます

• 積む：つぶれた粒子が瞬時に冷え固まり、それが積み重なって皮膜になります

つまり溶射の皮膜は、化学反応で析出した膜でも、母材と溶け合ってできた層でもありません。つぶれた粒子が積層してできた膜です。この成り立ちが、後述するメリットとデメリットの両方の理由になっています。

溶射は耐摩耗・耐食・絶縁・寸法復元などを目的に使われ、用途と使用環境に応じて溶射方法と溶射材料を選び分けます。用語はJIS H 8200「溶射用語」に規定されています。

溶射と溶接・メッキの違い

当社にご相談いただく際、溶射・肉盛溶接・メッキが同じものとして語られていることがしばしばあります。表面に別の材料の層をつくるという結果は同じでも、成り立ちはまったく違います。

	溶射	肉盛溶接	メッキ
膜のでき方	溶けた粒子が衝突・積層	母材ごと溶かして一体化	溶液中で金属を析出
母材への熱影響	小さい（表面温度100℃前後で管理）	大きい（希釈・熱歪みが出る）	ほぼなし
膜厚の目安	25〜500μm	mmオーダー	数μm〜100μm程度
母材と皮膜の結合	主に投錨効果（機械的な結合）	冶金的結合	化学的・金属的結合
母材の材質制限	少ない	溶接性に依存	導電性などの制約あり

肉盛溶接は母材を溶かして一体化させるため、結合そのものは強くなります。ただし母材が熱を受けるので歪みます。溶射は母材の表面温度を100℃程度に抑えて施工できるため、寸法精度を保ったまま処理できるのが利点です。

ただし、溶射が常に有利というわけではありません。皮膜と母材の結合が主に投錨効果によるものである以上、衝撃が繰り返し加わる部位では溶接に分がある場合もあります。当社が溶射をご提案する際も、その部品がどんな力を受けているかを先に伺うようにしています。 [>>金属部品の表面処理の種類と選び方

溶射の種類

【ポイント】 溶射方式は「熱源」で、溶射材料は「目的」で選びます。この2軸を分けて考えると、選定が整理できます。

溶射の種類を調べると方式名がずらりと並び、どこから手を付ければよいのか分からなくなりがちです。当社では、まず熱源による分類で施工方法を、次に材料による分類で皮膜の性能を決める、という順序で整理しています。

熱源による分類

熱源は、燃焼ガスを使うガス式と、電気を使う電気式に大別されます。

方式	熱源	特徴
フレーム溶射	酸素＋燃料ガスの燃焼炎	装置が簡易で、コストを抑えやすい。厚膜を均一に付けやすい
高速フレーム溶射（HVOF）	高圧の燃焼炎	粒子速度が約1,300〜2,400m/sに達する。緻密で密着性の高い皮膜が得られ、超硬皮膜の主力
爆発溶射	アセチレンと酸素の爆発	緻密で密着性に優れる
アーク溶射	2本のワイヤ間の電気アーク	施工能率が高く、大面積の防食に向く。材料は導電性ワイヤに限られる
プラズマ溶射	プラズマジェット（1万℃以上）	高融点のセラミックまで溶かせる。適用材料の幅が最も広い
コールドスプレー	溶かさず超音速で衝突させる	熱影響と酸化が小さい。銅やアルミなど軟らかい金属向き

方式によって、皮膜の緻密さ・密着性・施工コストが変わります。同じ材料を使っても、プラズマ溶射で付けた皮膜とフレーム溶射で付けた皮膜は別物になる、と考えていただいて差し支えありません。

溶射材料による分類

皮膜そのものの性能を決めるのは材料です。

分類	代表的な材料	主な狙い
亜鉛・アルミニウム系	亜鉛、アルミニウム、亜鉛-アルミ合金	鋼構造物の長期防食
肉盛（金属）溶射	軟鋼、ステンレス、銅、モリブデン	摩耗・腐食した部位の寸法復元
自溶合金溶射	ニッケル基・コバルト基の自溶合金	耐摩耗・耐食。溶射後の再溶融で緻密化できる
セラミック溶射	アルミナ、ジルコニア、酸化クロム	耐摩耗・絶縁・遮熱
サーメット溶射	WC-Co（超硬）、Cr3C2-NiCr	高い耐摩耗性。硬質クロムメッキの代替として使われる

当社が実際にご提案・対応してきたのは、銅溶射・ステンレス溶射・超硬溶射・セラミック溶射・ステライト溶射です。たとえば1年足らずで軸受接触面が約1mm偏摩耗していたφ60×L843mmのS45C製排風機シャフトには、超硬溶射とステンレス溶射の2案をお出ししました。硬さだけを見れば超硬溶射が有利ですが、ステンレス溶射は再摩耗した際にもう一度肉盛りし直しやすいという別の利点があります。どちらが正解かは、交換サイクルとご予算次第です。 [>>超硬溶射とは？] [>>セラミック溶射とは？

なお、溶射材料と方式の組み合わせには相性があり、すべての材料をすべての方式で施工できるわけではありません。材料が先に決まっている場合は、方式の選択肢がその時点で絞られます。

溶射でできること——4つの目的

【ポイント】 溶射の用途は、耐摩耗・耐食・絶縁や耐熱・寸法復元の4つに整理できます。

耐摩耗

最も相談件数が多い用途です。超硬（WC-Co）やセラミックの皮膜を付けて、摺動部・接触部の摩耗速度を落とします。

ここで判断が分かれるのが単価です。当社が枠ノズルの超硬溶射をご提案した際、部品単価は3倍に跳ね上がりました。それでも採用が検討されたのは、寿命が3倍以上になればトータルコストでは安くなるからです。部品単価だけを見ると溶射は高く見えますが、交換工数と設備停止時間まで含めて計算すると評価が変わります。

耐食・防錆

亜鉛やアルミニウムの溶射皮膜は、鋼構造物の長期防食に使われます。膜厚は、塗装を前提とする防食用途で40〜150μm、耐熱アルミ溶射で120〜200μmが目安とされています。

絶縁・耐熱

アルミナやジルコニアなどのセラミック皮膜は、電気を通さず高温にも耐えます。ロールへの絶縁皮膜や、高温部材の遮熱コーティングがこれにあたります。

寸法復元

摩耗して痩せてしまった軸径を、肉盛りして元の寸法に戻す使い方です。この記事の後半で詳しくご説明しますが、当社が最もご相談をいただくのはこの用途です。新品を作り直すのではなく、いま手元にある部品を使い続けるという発想になります。 [>>ローラーシャフトとは？

溶射のメリットと、導入前に知っておきたいデメリット

溶射の長所と短所は、どちらも「つぶれた粒子を積み上げた膜」という成り立ちから説明できます。

メリット

• 母材への熱影響が小さい：表面温度を100℃程度に管理して施工できるため、焼入れ済みの部品にも後から処理できます

• 厚い膜が作れる：メッキが数μm〜100μm程度であるのに対し、溶射は25〜500μm。肉盛用途ではさらに厚く付けられます

• 局所的に施工できる：摩耗した部位だけに処理できるため、部品全体を作り直す必要がありません

• 材料の選択肢が広い：金属からセラミック、サーメットまで、目的に応じて選べます

デメリット

なぜ溶射皮膜に気孔が残るのか。答えは成り立ちにあります。つぶれた粒子を積み上げてつくる膜である以上、粒子と粒子の間にわずかな隙間が残ります。腐食環境で使う場合は、この気孔を埋める封孔処理が必要になります。

• 皮膜に気孔が残る：腐食環境では封孔処理が前提になります

• 密着は投錨効果に頼る：ブラストで作った凹凸に粒子が絡みつく構造のため、前処理の品質がそのまま皮膜の寿命に出ます

• 仕上げ加工が前提：溶射したままの表面は粗く、寸法も出ていません。研削代を見込んだ設計が必要です

• 単価が上がる：工程が増える分、部品単価は確実に上がります

この最後の点は、当社が実際に痛い目を見たご相談につながっています。あるお客様は、SCM材に溶射を施した一体型ピストンをお使いでした。ただ単価が高いため、交換コストを抑えようと限界まで使い続けた結果、折損して生産ラインが止まってしまいました。「安価に、かつ硬度を持たせて早く作れないか」というご相談は、この状態から始まりました。溶射で寿命を延ばしたつもりが、交換をためらわせる価格になり、かえって重いトラブルを招いたわけです。 [>>硬質クロムメッキによる長寿命化

溶射を選定する上で考慮すべきポイント

膜厚と研削代の決め方

溶射したままの状態では、寸法も面粗度も出ていません。最終寸法に研削代を足した厚みで肉盛りし、後工程の円筒研削で削り込んで狙いの公差に入れる、という考え方になります。

当社が手がけたφ80×301のピストンロッドでは、Φ80部で-0.036〜-0.090mm、Φ50部で-0.030〜-0.070mmの公差を確保しました。溶射皮膜であっても、研削代を適切に取って仕上げれば、この水準の精度は出せます。ただし研削代を厚く取りすぎると材料費と加工時間が増えますので、どこで折り合いをつけるかは部品ごとの判断になります。 [>>円筒研磨とは？

素地の前処理と、下加工の形状

溶射皮膜はブラストで作った凹凸に絡みついて定着します。したがってブラストの条件は皮膜の寿命に直結します。

もう一段踏み込むと、下加工の「形状」を設計し直すべきケースがあります。先ほどのピストンロッドは、鉄・銅・硬質クロムメッキの三層処理という難しい案件でした。そのままでは、母材の鉄が銅の層に巻き上がってくる「巻き返し」が表面に出てしまいます。そこで当社は、溶射業者の指定に沿って先端部の鉄を削りRを付け、その形状の上に銅を盛る下加工を行いました。巻き返しが外に出ない形をあらかじめ作っておく、という発想です。この案件は他社から見積が出ませんでした。

溶射の品質は、溶射工程だけで決まるものではありません。当社は、素地をどう削っておくかで結果の大半が決まると考えています。

溶射が正解とは限らない

ここが、この記事で最もお伝えしたい点です。当社は、溶射ありきで話を進めません。

摩耗の相談をいただいたとき、原因が「硬さ不足」とは限らないからです。実際に当社が溶射以外の方法をご提案し、解決に至った事例を3つ挙げます。

部品	元の仕様	当社の提案	理由
シリンダー用ピストン	SCM材に溶射した一体型	SCM材部分とBC材（青銅鋳物）部分を別々に製作し、溶接で接合	高価な一体型溶射をやめ、定期交換できる価格帯に。ライン復旧のため短納期も両立
スプライン穴付きスプロケット軸	S45C＋高周波焼入れ。スプライン穴部分が欠ける	SCM440材＋調質処理	硬いだけでは欠ける。必要なのは靭性（粘り）だと判断
設備用シャフト	S45C＋高周波焼入れ。硬度にばらつき	SNC415材＋浸炭焼入れ	材料費を抑えつつ、均一な高硬度を担保するため

3件とも、表面に何かを足すのではなく、材料そのものと熱処理を見直しています。硬さが足りないのか、粘りが足りないのか、それとも部品の構成自体を変えるべきなのか。この切り分けをせずに溶射を選ぶと、費用だけが増えて症状が変わらない、ということが起こり得ます。 [>>高周波焼入れとは？] [>>浸炭焼入れとは？

摩耗した部品を、作り直さずに再生するという選択肢

【ポイント】 摩耗した軸は、削り → 肉盛り（溶射） → 削り、の3手順で元の寸法に戻せる場合があります。

ここまでコラムをお読みいただいているあなたのように、多くのご担当者が「また同じ部品を作り直すのか」と思いながら見積を取っています。ただ、部品によっては作り直す必要がありません。

手順はシンプルです。摩耗して荒れた表面を一度きれいに削り落とし、その上に溶射で肉盛りして、最後に円筒研削で元の寸法・公差に仕上げます。溶射は母材への熱影響が小さいため、この工程を繰り返すことができます。つまり、次に摩耗したときも同じ手が使えます。

当社がご提案したφ60×L843mmのS45C製排風機シャフトが、まさにこのケースでした。軸受の接触面が1年足らずで約1mm偏摩耗しており、お客様は新規製作メーカーに「高周波焼入れや溶射、メッキを施せないか」と相談したものの、「排風機のシャフトに焼入れなど聞いたことがない」と一蹴されたそうです。当社は超硬溶射・ステンレス溶射・高周波焼入れの3案と見積をご提示しました。このうちステンレス溶射をお勧めした理由が、再摩耗しても削り→肉盛り→削りを繰り返せる点にあります。

再生と新品製作、どちらを選ぶか

もちろん、すべての摩耗部品が再生できるわけではありません。当社では次の観点で切り分けています。

観点	再生（溶射による肉盛り）が向く	新品製作が向く
摩耗量	偏摩耗が比較的軽度（目安としてΦ2.0mm以下）	大きく欠損・変形している
部品のサイズ・材料	大径・長尺、材料費が高騰している、貴重な素材	小物で材料費が抑えられる
図面・調達	メーカー撤退で廃番、図面から起こすのが困難	図面があり、調達が容易
使用環境	衝撃が繰り返し加わらない	高荷重・高温・腐食が厳しく、再生してもすぐ再摩耗する
コストの見方	今回の費用を抑えたい	初期費用が上がっても、交換頻度を下げて長期コストを削りたい

特に注意していただきたいのが、使用環境の欄です。溶射による再生部分は衝撃に弱いという特性があります。打撃や強い衝撃が繰り返し加わる部位では、再生ではなく、材料と熱処理を見直した新品製作のほうが結果的に安く上がることが多くあります。 [>>ステライト溶射による部品の再生

材料選定から溶射後の仕上げまで。平野鉄工の3つの特徴

【材料選定】材質から逆提案します

当社は溶射専業ではなく、金属部品の製造・加工会社です。だからこそ、表面処理・熱処理・材料変更・形状変更のすべてを同じ土俵に乗せて比較できます。前述の3事例のように、溶射を使わない結論になることも珍しくありません。

【一貫対応】下加工・溶射手配・仕上げを窓口一本で

溶射工程そのものは、目的と材質に応じて最適な設備を持つ協力会社が担当します。当社が担うのは、その前後です。溶射皮膜が定着しやすく、かつ歪みが出ないように形状を整える下加工。溶射後の旋盤加工、円筒研削、バフ研磨による最終公差の作り込み。そして協力会社の選定から品質保証までの全体管理です。

溶射屋に頼めば溶射までしかしてもらえず、加工屋に頼めば溶射の手配で止まる。この間で止まってしまうご相談を、当社は窓口一本でお受けしています。

【対応範囲】最大φ900の大径丸物まで

自動車部品の製造で培った精度への感覚を活かし、高精度な円筒研削の仕上げまで一貫して対応します。自社設備に加え、外注加工ネットワークを使うことで最大φ900の大径丸物部品まで対応可能です。ローラーについてはΦ500クラス、長さ4500mm程度までの製作実績があります。 [>>S45Cの特徴と加工方法とは？] [>>SCM材の特徴と加工方法とは？

溶射を活用した製作事例

ピストンロッド（銅溶射・硬質クロムメッキ）

• 材質：S45C・ALBC

• 寸法：φ80×301

• 工程：先端部のRの削り（旋盤加工①）→ 銅溶射 → 全加工（旋盤加工②）→ 研磨 → 硬質クロムメッキ → バフ研磨

• 達成公差：Φ80部 -0.036〜-0.090mm／Φ50部 -0.030〜-0.070mm

鉄・銅・硬質クロムメッキの三層処理という難案件です。母材の鉄が銅層に巻き上がる「巻き返し」を表面に出さないため、先端部の鉄を削ってRを付ける下加工を施しました。他社からは見積が出ない案件でしたが、品質と納期を両立して納品しています。

排風機（送風機）シャフトの摩耗対策

• 材質：S45C（熱処理なし）

• 寸法：φ60mm×L843mm

• 症状：軸受接触面が1年足らずで約1mm偏摩耗

• ご提案：超硬溶射／ステンレス溶射／高周波焼入れの3案と見積を提示

新規製作メーカーに断られたというご相談から始まった案件です。ステンレス溶射を選べば、次に摩耗した際も削り→肉盛り→削りで再生でき、部品を作り直さずに使い続けられます。

ローラー・シャフトの長寿命化のことなら、平野鉄工株式会社にお任せください

当サイトを運営する平野鉄工株式会社は、1982年の設立以来、自動車業界で積み重ねてきた実績とノウハウを活かし、さまざまな業界のお客様に金属部品を製造・納品しております。特にローラーやシャフトなどの丸物旋盤加工品に対する、耐摩耗性や強度を向上させる長寿命化提案には自信があります。

「摩耗が止まらないが、原因が分からない」「溶射を勧められたが、本当にそれでいいのか判断がつかない」「他社に断られた」——そうしたご相談こそ、当社の得意分野です。材料選定・表面処理・加工方法の3つの視点から、いまの部品にとって何が最適かをご提案します。

単品・試作からでも短納期で対応いたします。既存部品のコストダウンもお任せください。固定概念に囚われない、斬新なアイデアと信頼の厚い技術力で、あらゆる金属部品のお困りごとを解決いたします。

よくある質問

Q. 溶射と溶接はどう違いますか？

A. 溶射は溶けた粒子を吹き付けて積層させる方法、溶接は母材ごと溶かして一体化させる方法です。溶射は母材への熱影響が小さく、歪みが出にくい点が異なります。

Q. 溶射の膜厚はどれくらいが目安ですか？

A. 用途によりますが、25〜500μmが一般的な目安です。防食用途では40〜150μm程度、寸法復元ではさらに厚く付けることもあります。

Q. 摩耗した部品は、どこまで減っていても再生できますか？

A. 目安としてΦ2.0mm以下の偏摩耗であれば再生できる可能性が高くなります。ただし衝撃が加わる部位では再生が向かない場合があります。