メナどうも、ハイブリッドエンジニアのメナ(@menachite)です。今回は「アルミとステンレスをくっつける」という、地味だけど実は難しいテーマです。先に正直に言っておくと、「アルミ×SUS専用の接着剤」というものは市場に存在しません。でも、専用品が無い理由と代わりに何を見て選べばいいかまで分かれば、選び方に迷わなくなります。
アルミとステンレスをボルト・ねじで直接固定すると、電位差による「電食(ガルバニック腐食)」でアルミ側が腐食することがあります。だからといって接着剤に変えれば無条件に安心、というわけでもありません。この記事では、①電食(異種金属接触腐食)、②線膨張差(温度変化でのせん断)という2つの要因から、「専用品が無いなら何を基準に選ぶか」を順番に見ていきます。
結論：電食×線膨張差の2要因早見表
先に結論をまとめました。詳しい理由は後の章で説明しますので、まずは「何が起きて、何で対策するか」の全体像をここで確認してください。
| 要因 | 何が起きるか | 接着剤選びでの対策 |
|---|---|---|
| ①電食(ガルバニック腐食) | ボルト・ねじ止めなど金属同士が直接接触し、そこに水分(電解質)が触れるとアルミ側が腐食する | 接着剤で全面を接合すれば金属同士の直接接触が無くなり、接着層が薄い絶縁層として働く。ただし接着剤が水を吸うと逆効果になりうるため、耐水性の高い接着剤+端部の封止が条件 |
| ②線膨張差(熱膨張差) | アルミ(約23.9×10⁻⁶/K)はステンレス(約17.3×10⁻⁶/K)より膨張・収縮しやすく、温度サイクルのたびに接合部にせん断応力がかかる | 硬くて脆いエポキシより、多少の伸び縮みに追従できる靭性のある構造用接着剤(アクリル系等)が向く |
なぜアルミ×ステンレスは電食するのか
金属同士を接触させたまま雨水や結露などの水分(電解質)にさらすと、電位の異なる金属同士の間に微小な電流が流れる「ガルバニック腐食(異種金属接触腐食)」が起こります。どちらの金属が腐食するかは、金属のイオン化傾向(電位の低さ)で決まり、イオン化傾向が大きい金属ほど腐食しやすいとされています。アルミニウムはステンレス鋼や銅と組み合わせた場合に電位の低い側(陽極)になりやすく、アルミ側が優先的に腐食し、相手側の金属は逆に保護される、という関係になります。
一般的な対策としては、ボルト部にナイロンやPTFEなどの非導電性ワッシャー・スペーサーを挟んで金属同士の直接接触を避ける「絶縁材の使用」や、表面へのコーティング・塗装、できるだけ電位差の小さい金属同士を組み合わせる材料選定などが知られています。ねじ止めを前提にした対策はこれらが中心です。
メナ「絶縁材を挟む」という発想はよく紹介されていますが、実はこれ、接着剤にも当てはまる考え方なんです。次の章で説明しますね。
接着剤が絶縁層になる、ただし条件付き
接着剤で異種金属を接合すると、金属同士が直接触れ合わないため、接着層そのものが薄い絶縁層(遮断層)として働きます。実際、接着剤メーカーの3M も「接着剤なら異種の金属を接合できるだけでなく、薄い遮断層を形成してガルバニック腐食を防止する」という利点を案内しています。ボルト・ねじのように金属同士が点や面で直接接触する固定方法に比べると、接着接合はこの点で有利と言えます。
ただし「水を吸う接着剤」は逆効果になりうる
ここで注意したいのは、絶縁層として機能させるには接着剤自体が水分を通しにくいことが前提になるという点です。ガルバニック腐食はそもそも電解質(水分)が無ければ進行しません。もし接着剤が吸水性の高いタイプで、接合部の隙間や端部から水分を吸い込んでしまうと、接着層の中に電解液を保持する経路ができてしまい、絶縁どころか逆に腐食を進めてしまう可能性があります。
だから一般ユーザーがアルミ×SUSの接合に接着剤を使う場合は、①耐水性の高い接着剤を選ぶこと、②接合部の端部(接着剤がはみ出している縁)をきれいに整えて水分が入り込む隙間を作らないこと、の2点を意識してください。屋外や水回りで使う場合は特に、端部の封止(縁を接着剤でしっかり覆う)を丁寧に行うと安心です。
線膨張差が生む、もう1つの弱点
電食と並んで見落とされがちなのが、線膨張係数(熱膨張係数)の違いです。金属は温度が変わると伸び縮みしますが、その度合いは金属の種類によって異なります。
| 材質 | 線膨張係数(目安) |
|---|---|
| アルミニウム | 約23.9×10⁻⁶/K |
| ステンレス鋼(SUS304) | 約17.3×10⁻⁶/K |
アルミニウムはステンレス鋼よりも温度変化に対して大きく伸び縮みします。アルミとSUSを接着剤で貼り合わせた状態で夏冬の温度差や屋外の日射・結露のような温度サイクルに繰り返しさらされると、2つの金属が異なる量だけ伸び縮みしようとするため、接合部の接着層には繰り返しせん断方向の応力がかかることになります。
ここで硬くて変形しにくいエポキシ系の接着剤を選んでしまうと、接着層が金属の伸び縮みに追従できず、繰り返しの応力でひび割れや剥離を起こしやすくなります。だから一般ユーザーは、アルミ×SUSのように線膨張差が大きい組み合わせには、ある程度伸び縮みに追従できる靭性(粘り強さ)のある構造用接着剤(アクリル系等)を選んでください。エポキシという接着剤の種類そのものの特徴(硬化時間や硬さ)については別記事で詳しく扱っていますので、ここでは「アルミ×SUSには硬すぎるエポキシより靭性のあるアクリル系が向く」という結論だけ押さえておいてください。
エポキシ接着剤の硬化時間・種類の選び方はこちらの記事で解説しています。なお、「MPa」で表示されるせん断強度・剥離強度の数値の読み方や試験方法については、接着剤の強度表示を解説した記事を参照してください。
工業ではこう解く：構造用アクリル接着剤の実例
「アルミ×SUS専用の接着剤」は市場に見当たりませんが、工業分野では異種金属を含む構造接合に使われる万能タイプの構造用接着剤があります。その一例が、ロックタイトのアクリル系構造用接着剤334です。
販売店の製品説明およびメーカーTDSによると、334は変性アクリル系の1液タイプ(硬化促進剤併用)で、耐衝撃性・耐疲労性・耐薬品性・耐湿性・耐温性を備え、多種材質の広い範囲での接着に対応し、汚れた面・油面への接着も可能とされています。せん断強度は同社の技術資料(鋼板・ISO4587試験)で0.05mmギャップ時11N/mm²以上、180°剥離強度は同社技術資料(鋼板・ISO8510-2試験)で4.4N/mm(いずれも鋼板同士の試験値、アルミ×SUS専用の数値ではありません)。
メナ正直にお伝えすると、334は300mlで2万円台という価格帯の工業用製品で、家庭のDIYで気軽に買うようなものではありません。ここで見てほしいのは「専用品が無くても、靭性のあるアクリル系構造用接着剤という選び方の方向性は工業分野でも同じ」という点です。家庭用でこの方向性に近いものを選ぶなら、パッケージに「弾性」「柔軟性」といった記載のあるアクリル系・変成シリコーン系の接着剤を目安にしてください。
前処理：アルミは酸化被膜との勝負
アルミニウムは酸素との親和性が高く、表面が空気に触れるとすぐに薄い自然酸化皮膜を作ります。この酸化皮膜は、傷がついたり削れたりしてもすぐに酸化が進んで修復(再形成)される性質を持っています。つまり、脱脂やサンドペーパーでの粗化によって酸化皮膜や汚れをいったん取り除いても、時間が経てば酸化皮膜は再びできてしまいます。
だから一般ユーザーは、アルミ側の脱脂・粗化が終わったら、できるだけ間を空けずに接着作業に入ってください。前処理を済ませてから他の作業を挟んで長時間放置する、という進め方は避けたほうが安全です。脱脂・粗化・プライマーそれぞれがなぜ効くのかという原理や、被着材別の前処理の組み合わせ方は前処理を専門に解説した記事にまとめていますので、そちらも参考にしてください。
脱脂には、パーツクリーナーやイソプロピルアルコール(IPA)などの一般的な脱脂剤・溶剤を使ってください。金属専用の艶出し剤・研磨剤の中には、汚れ落としと同時にワックスや防錆膜を残す製品もあり、そうした膜が残っていると逆に接着の妨げになることがあるため、「脱脂」と「艶出し・研磨」は目的が違う製品だと理解して選んでください。
メナ実は今回、「アルミ×SUS専用の前処理クリーナー」という触れ込みの製品を調べていたら、実態は艶出しワックス入りの金属磨き剤で、むしろ接着の前には避けたほうがいい製品だと分かりました。名前だけで判断せず、成分や用途表示までちゃんと確認するのが大事ですね。
よくある質問
Q. アルミとステンレスをねじ止めするだけではダメですか？
A. 屋内の乾燥した環境で使い続けるなら大きな問題にならないこともありますが、屋外や水回り、結露しやすい環境では電食のリスクが高まります。絶縁ワッシャーを使うか、この記事で説明した接着接合(耐水性の高い接着剤+端部封止)を検討してください。
Q. 接着剤を使えば電食は完全に防げますか？
A. 接着層が金属同士の直接接触を無くし絶縁層として働くため有利にはなりますが、「完全に防げる」と保証できるものではありません。接着剤の耐水性・施工の丁寧さ(隙間や未接着部を残さない)に左右されます。
Q. 家庭で買えるアルミ×SUS専用の接着剤はありますか？
A. 執筆時点で確認した範囲では、家庭で気軽に買える「アルミ×SUS専用」をうたう接着剤は見当たりませんでした。靭性のあるアクリル系・変成シリコーン系の構造用接着剤を、この記事の2つの判断軸(耐水性・封止/靭性)で選んでください。
使用時の安全上の注意
脱脂に使うパーツクリーナーやIPAなどの有機溶剤は、揮発した蒸気を吸い込み続けると体調不良の原因になることがあるため、作業中・作業後しばらくは窓を開けるなどして換気を良くしてください。溶剤が皮膚に直接付着すると、脱脂・脱水の作用で皮膚が荒れることがあるため、素手での長時間作業は避け、保護手袋を着用してください。手袋を使う場合、ニトリルゴム製の手袋であってもアセトンなどケトン系溶剤には弱く数分で透過してしまうことがあるため、使用する溶剤に適した耐薬品手袋かどうかを確認してください。
構造用接着剤の硬化促進剤(活性剤)は皮膚や目への刺激性がある製品が多いため、直接触れないようにし、付着した場合はすぐに水で洗い流してください。詳しい取り扱いは製品のSDS(安全データシート)を確認してください。
メナアルミ×SUSの接着は、①電食(接着層を絶縁層にする、ただし耐水性+封止が条件)、②線膨張差(硬すぎるエポキシより靭性のあるアクリル系)という2つの要因で考えると、専用品が無くても選び方に迷わなくなります。
まとめ
「アルミ×SUS専用の接着剤」は市場に存在しませんが、それは接着剤が異種金属の接合に向かないという意味ではありません。電食(接着層を絶縁層として使う発想、ただし耐水性と端部封止が条件)と、線膨張差(硬すぎるエポキシより靭性のあるアクリル系構造用)という2つの要因を押さえておけば、専用品が無くても正しい方向で選べます。前処理(脱脂直後の接着)まで含めて実践してください。
アイキャッチ画像: NASA John H. Glenn Research Center(National Archives and Records Administration収蔵) (Public Domain), via Wikimedia Commons
