DE102013217898A1

DE102013217898A1 - Aluminiumlegierungselement, Aluminiumlegierungskolben für Brennkraftmaschine und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102013217898A1
Application number: DE201310217898
Authority: DE
Inventors: Takanori Sato; Masato Sasaki; Norikazu Takahashi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2014-10-30
Also published as: JP2014077194A; US20140076263A1; JP5938374B2; US9010297B2

Abstract

Ein Kolben für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Kolbenkörper, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, das Silizium enthält, und in dem eine Kolbenringnut ausgebildet ist, und einen anodischen Oxidfilm, der an der Kolbenringnut ausgebildet ist, wobei ein Nickel und Zink enthaltendes Metall um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aluminiumlegierungselement und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine und ein Herstellungsverfahren dafür.
Herkömmlich ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, der einen Kolbenkörper aufweist, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht. Es ist übliche Praxis, eine obere Ringnut des Kolbens (in die ein oberer Ring eingefügt ist) zu anodisieren und dadurch einen anodischen Oxidfilm auf einer Oberfläche der oberen Ringnut für Verbesserungen der Verschleißbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit auszubilden. Dieser Typ von Aluminiumlegierungskolben steht einem technischen Problem gegenüber, dass Zwischenräume zwischen dem anodischen Oxidfilm und Siliziumpartikeln, die im Aluminiumlegierungsmaterial enthalten sind, aufgrund des Wachstums und der Ausdehnung des anodischen Oxidfilms auftreten.
Als Lösung für ein solches Problem schlägt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-90427 eine Technik zum Verstärken eines anodischen Oxidfilms auf einem Aluminiumlegierungsmaterial vor, indem nach der Ausbildung des anodischen Oxidfilms der anodische Oxidfilm in eine wässerige Lösung, die Magnesiumionen, Ammoniumionen und Fluoridionen enthält, für eine vorbestimmte Zeit eingetaucht wird und dadurch ermöglicht wird, dass eine Verbindung, die Magnesium und Fluor enthält, in Zwischenräumen zwischen dem anodischen Oxidfilm und Siliziumpartikeln, die im Aluminiumlegierungsmaterial enthalten sind, abgeschieden wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorstehend vorgeschlagenen Verstärkungstechnik ist jedoch die abgeschiedene Magnesium/Fluor enthaltende Verbindung immer noch nicht in der Festigkeit ausreichend, so dass es unmöglich ist, die ausreichende Festigkeit des anodischen Oxidfilms sicherzustellen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aluminiumlegierungskolben für eine Brennkraftmaschine oder ein Aluminiumlegierungselement, in dem ein anodischer Oxidfilm mit ausreichend Festigkeit ausgebildet ist, zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben für eine Brennkraftmaschine geschaffen, der umfasst: einen Kolbenkörper, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, das Silizium enthält, und in dem eine Kolbenringnut ausgebildet ist; und einen anodischen Oxidfilm, der an der Kolbenringnut ausgebildet ist, wobei ein Metall, das Nickel und Zink enthält, um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine geschaffen, das umfasst: Herstellen eines Kolbens mit einer Kolbenringnut aus einem Aluminiumlegierungsmaterial, das Silizium enthält; Ausbilden eines anodischen Oxidfilms an der Kolbenringnut; und Elektrolysieren eines Teils des Kolbens, an dem der anodische Oxidfilm ausgebildet wurde, in einer Elektrolytlösung, um zu ermöglichen, dass ein Metall, das Nickel und Zink enthält, um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminiumlegierungselement geschaffen, das umfasst: einen Basiskörper, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, das Silizium enthält; und einen anodischen Oxidfilm, der an zumindest einem Teil des Basiskörpers ausgebildet ist, wobei ein Metall, das Nickel und Zink enthält, um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die ausreichende Festigkeit des anodischen Oxidfilms durch Abscheidung des Metalls mit hoher Festigkeit um die Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm sicherzustellen.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden auch aus der folgenden Beschreibung verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Kolbens von 1.
3 ist eine Seitenansicht im halbem Querschnitt des Kolbens von 1.
4 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils A von 1.
5 ist eine bruchstückhafte Ansicht in der Richtung des Pfeils B von 4.
6 ist eine schematische Ansicht einer Anodisierungsbehandlung.
7 ist eine schematische Ansicht, die das Wachstum eines anodischen Oxidfilms während der Anodisierungsbehandlung zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht einer elektrolytischen Abscheidungsbehandlung.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Abscheidung eines Metalls im anodischen Oxidfilm während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer elektrolytischen Plattierungsvorrichtung für die elektrolytische Abscheidungsbehandlung zeigt.
11 ist eine schematische Ansicht einer Kavitations-/Erosions-Testmaschine, die in den Versuchen 1 bis 7 verwendet wird.
12 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Versuchs 1 zeigt.
13 und 14 sind Graphen, die die Ergebnisse des Versuchs 2 zeigen.
15 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Versuchs 3 zeigt.
16 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Versuchs 4 zeigt.
17 und 18 sind Graphen, die die Ergebnisse des Versuchs 5 zeigen.
19 und 20 sind Graphen, die die Ergebnisse des Versuchs 6 zeigen.
21 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Versuchs 7 zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die folgende Ausführungsform bezieht sich speziell auf einen Kolben 1 für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine.
In der Brennkraftmaschine steht der Kolben 1 in Gleitkontakt mit einer im Wesentlichen zylindrischen Zylinderwand 3 eines Zylinderblocks 2, so dass eine Brennkammer C durch den Kolben 1, die Zylinderwand 3 und einen Zylinderkopf (nicht dargestellt) definiert ist, wie in 1 gezeigt. Eine Verbindungsstange 5 ist mit dem Kolben 1 über einen Kolbenbolzen 4 zur Verbindung des Kolbens 1 mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Kraftmaschine gekoppelt.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, weist der Kolben 1 einen im Wesentlichen zylindrischen Kolbenkörper 1a auf, der einteilig aus einem Silizium enthaltenden Aluminiumlegierungsmaterial (manchmal als ”Basismaterial 1b” bezeichnet) wie z. B. AC8C gegossen ist und einen Scheitelabschnitt 6, ein Paar von Randabschnitten 7 und 8, die einteilig an einem äußeren unteren Umfangsende des Scheitelabschnitts 6 ausgebildet sind, und ein Paar von Schürzenabschnitten 9, die zwischen auf dem Umfang gegenüberliegenden Enden der Randabschnitte 7 und 8 verbunden sind, umfasst.
Der Scheitelabschnitt 6 ist scheibenförmig mit einer relativ großen Dicke und weist eine Scheiteloberfläche 6a auf, die daran die Brennkammer C definiert. Mehrere Ventilaussparungen 10 sind in der Scheiteloberfläche 6a zur Verhinderung einer Störung der Einlass- und Auslassventile (nicht dargestellt) hergestellt. Ferner sind drei Ringnuten 11, 12 und 13 in die äußere Umfangsoberfläche des Scheitelabschnitts 6 geschnitten, so dass drei Kolbenringe PL1, PL2 und PL3 (wie z. B. ein Kompressionsring, ein Ölring usw.) in die Ringnuten 11, 12 bzw. 13 eingefügt sind.
Unter diesen Ringnuten 11, 12 und 13 ist die obere Ringnut 11 am nächsten zur Brennkammer C angeordnet und ist folglich für den Einfluss der Verbrennung in der Brennkammer C anfälliger.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Kolben 1 einen Anodisierungsbehandlungsbereich 14, in dem eine bekannte Anodisierungsbehandlung an der Innenseite und am Umfang der oberen Ringnut 11 durchgeführt wird, und einen elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereich 15, in dem eine elektrolytische Abscheidungsbehandlung (als sekundäre elektrolytische Behandlung nach der Anodisierungsbehandlung) an einer gegebenen Fläche innerhalb des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14 durchgeführt wird, auf, wie in 4 gezeigt. Der Umfang W1 des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14 ist nämlich in der vorliegenden Ausführungsform in einer axialen Richtung des Kolbens 1 größer festgelegt als der Umfang W2 des elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereichs 15, wie in 5 gezeigt.
Im Anodisierungsbehandlungsbereich 14 wird infolge der Anodisierungsbehandlung ein anodischer Oxidfilm 20 am Kolbenbasismaterial 1b ausgebildet, wie in 7 gezeigt. Der anodische Oxidfilm 20 liegt in Form eines Agglomerats von anodischen Aluminiumoxidzellen vor und besteht aus einer Sperrschicht 21, die durch Unterseiten der jeweiligen anodischen Aluminiumoxidzellen gebildet ist, und einer porösen Schicht 22 mit mehreren Poren 23, die auf der Sperrschicht 21 durch Wände der jeweiligen anodischen Aluminiumoxidzellen aufgrund des Wachstums (Volumenausdehnung) des anodischen Oxidfilms 20 ausgebildet sind. Da nicht leitfähige Siliziumpartikel 24 im Kolbenbasismaterial 1b enthalten sind, treten einige Zwischenräume 25 um die Siliziumpartikel 24 für den Durchgang von elektrischem Strom während der Anodisierungsbehandlung auf (siehe 9). Bei der Vollendung der Anodisierungsbehandlung werden die Siliziumpartikel 24 in den anodischen Oxidfilm 20 eingegliedert, wobei die Zwischenräume 25 um die Siliziumpartikel 24 belassen werden. Wenn die Zwischenräume 25 für den Durchgang von elektrischem Strom während der Anodisierungsbehandlung genutzt werden, sind beide Enden von jedem der Zwischenräume 25 zum Kolbenkörper 1a und zur Außenseite des anodischen Oxidfilms 20 offen, so dass eine Verbindung zwischen dem Kolbenkörper 1a und der Außenseite des anodischen Oxidfilms 20 geschaffen wird.
Im elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereich 15 wird als Ergebnis der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung ein Metall 16 mit relativ hoher Festigkeit wie z. B. Nickel und Zink um die Siliziumpartikel 24 in den Zwischenräumen 25 und in Oberflächenaussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden, wie in 9 gezeigt.
Der vorstehend strukturierte Kolben 1 kann durch die folgenden Schritte hergestellt werden: (1) Gießen des Aluminiumlegierungsmaterials 1b in eine gegebene Gestalt, wodurch der Kolbenkörper 1a mit den Kolbenringen 11, 12 und 13 usw. ausgebildet wird; (2) Durchführen der Anodisierungsbehandlung an der oberen Ringnut 11; und (3) Durchführen einer elektrolytischen Nickelplattierungsbehandlung als elektrolytische Abscheidungsbehandlung an einer gegebenen Fläche des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14.
Wie in 6 gezeigt, kann die Anodisierungsbehandlung durch Elektrolyse unter Verwendung des Kolbenbasismaterials 1b als Anode Y und unter Verwendung von reinem Titan als Kathode X in einer Elektrolytlösung 17 aus Schwefelsäure durchgeführt werden. Der anodische Aluminiumoxidfilm 20 wird auf dem Kolbenkörper 1a (Basismaterial 1b) durch eine Kombination von Sauerstoffionen (O^2–), die in der Elektrolytlösung 17 gelöst sind, und Aluminiumionen (Al³⁺), die an der Anode Y elektrolysiert werden, wie in 7 gezeigt, in der Anodisierungsbehandlung ausgebildet. Insbesondere wird zuerst die Sperrschicht 21 mit einer relativ gleichmäßigen Oberfläche auf dem Kolbenbasismaterial 1b ausgebildet. Nachdem die Sperrschicht 21 eine vorbestimmte Dicke erreicht, wächst die poröse Schicht 22 auf der Außenseite der Sperrschicht 21. Durch das Wachstum der porösen Schicht 22 wird die Stromdichte in den Poren 23 erhöht. Die Ausbildung der porösen Schicht 22 wird folglich durch die Auflösung des Kolbenbasismaterials 1b unter dem elektrischen Feld beschleunigt. In dieser Weise werden das Wachstum und die Ausbildung des anodischen Oxidfilms 20 vollendet. Es wird angemerkt, dass in 7 eine Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen eine Referenzlinie darstellt, die die Position der äußeren Oberfläche des Kolbenbasismaterials 1b vor der Anodisierungsbehandlung angibt.
Die elektrolytische Nickelplattierungsbehandlung kann durch Elektrolyse unter Verwendung des Kolbenbasismaterials 1b mit dem anodischen Oxidfilm 20 als Kathode X und unter Verwendung von reinem Nickel als Anode Y in einer vorbestimmten Elektrolytlösung 18, die Nickelionen (Ni²⁺) und Zinkionen (Zn²⁺) enthält, durchgeführt werden, wie in 8 gezeigt. Als solche Elektrolytlösung 18 kann eine schwarze Nickelplattierungslösung oder eine Plattierungslösung, die Nickelsulfamat Ni (SO₃NH2)₂, Zinksulfat (ZnSO₄) und Borsäure (H₃BO₃) usw. enthält, verwendet werden. Wie in 9 gezeigt, treten die Metallionen wie z. B. Nickelionen (Ni²⁺) und Zinkionen (Zn²⁺), die in der Elektrolytlösung 18 gelöst sind, durch die Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 hindurch und wirken auf das Kolbenbasismaterial 1b. Diese Metallionen werden an einer Kontaktoberfläche zwischen dem Kolbenbasismaterial 1b und der Elektrolytlösung 18 reduziert. Folglich wird das Metall 16 wie z. B. Nickel und Zink um die Siliziumpartikel 24 in den Zwischenräumen 25 und in den Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden, so dass die Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 mit dem Metall 16 gefüllt werden.
Hier ist es möglich, die elektrolytische Nickelplattierungsbehandlung unter Verwendung einer Vorrichtung durchzuführen, in der die Elektrolytlösung 18 in einem Elektrolytbad 19 gelagert ist, wie in 10 gezeigt. Ein Maskierungsmaterial M wird auf irgendeinen anderen Teil des Kolbenkörpers 1a (Kolbenbasismaterial 1b) als den Umfang W2 des elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereichs 15 in einer solchen Weise aufgebracht, dass nur der Umfang W2 des elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereichs 15 zur Außenseite freigelegt ist. Danach wird der Scheitelabschnitt 6 des Kolbenkörpers 1a in die Elektrolytlösung 18 eingetaucht, wobei die Scheiteloberfläche 6a des Scheitelabschnitts 6 in Richtung der Unterseite des Elektrolytbades 19 gerichtet ist. Der Kolbenkörper 1a (Kolbenbasismaterial 1b) wird dann mit der Kathode X verbunden. Andererseits wird die Anode Y in die Elektrolytlösung 18 eingetaucht. In diesem Zustand wird die Elektrolyse durch den Fluss des elektrischen Stroms zwischen der Kathode X und der Anode Y durchgeführt. Da in der vorliegenden Ausführungsform der axiale Umfang W2 des elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereichs 15 kleiner festgelegt ist als der axiale Umfang W1 des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14, ist es leichter, die Elektrolyse mit dem Aufbringen des Maskierungsmaterials M durchzuführen, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Anodisierungsbehandlungsbereich 14 und der elektrolytische Abscheidungsbehandiungsbereich 15 auf denselben Umfang festgelegt sind.
Die Effekte der vorliegenden Erfindung wurden durch die folgenden Versuche überprüft.
In den folgenden Versuchen wurden zwei Typen von Testproben: von denen ein Typ nur einer Anodisierungsbehandlung unterzogen wurde (als ”Testprobe 1” bezeichnet) und von denen der andere Typ einer Anodisierungsbehandlung und einer elektrolytischen Nickelplattierungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wurde (als ”Testprobe 2” bezeichnet), hergestellt und verwendet.
[Versuch 1: Vergleich zwischen einem anodischen Oxidfilm gemäß der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen anodischen Oxidfilm]
Die Testproben 1 und 2 wurden wie folgt unter Verwendung eines Aluminiumlegierungsgussstücks AC8A (gemäß JIS H5202) als Basismaterial 1b hergestellt. Hier hatte jede der Testproben der Typen 1 und 2 eine rechteckige Plattenform mit einer Länge von 19 mm, einer Breite von 15 mm und einer Dicke von 5 mm. Die Zusammensetzung des Aluminiumlegierungsmaterials AC8A ist in TABELLE 1 angegeben. TABELLE 1

Basismaterial Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Cu Si Mg Zn Fe Mn Ti Ni Al

AC8A 0,8–1,3 11,0–13,0 0,7–1,3 ≤ 0,15 ≤ 0,8 ≤ 0,15 ≤ 0,20 0,8–1,5 Rest
Zuerst wurden die Testproben 1 und 2 einer Entfettungsvorbehandlung durch Ultraschallreinigung in Aceton für 5 Minuten bei Raumtemperatur unterzogen.
Nach der Entfettungsvorbehandlung wurde die Anodisierungsbehandlung an den Testproben 1 und 2 durch Eintauchen der Testprobe als Anode und von reinem Titan als Kathode in eine Elektrolytlösung aus Schwefelsäure (Schwefelsäurekonzentration: 200 g/l, Temperatur: 25 ± 5°C) und Zuführen von Gleichstrom mit einer Stromdichte von 10,0 A/dm² für 5 Minuten durchgeführt. Ein anodischer Oxidfilm 20 mit einer Dicke von 20 μm wurde somit auf dem Basismaterial 1b in jeder der Testproben 1 und 2 ausgebildet.
Die resultierenden anodisierten Testproben 1 und 2 wurden Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 für 1 Minute unterzogen, um die Elektrolytlösung davon abzuwaschen, und dann mit Blasen von Luft getrocknet.
Nach der Wasch/Trocknungs-Behandlung wurde die elektrolytische Nickelplattierungsbehandlung an der Testprobe 2 durch Eintauchen der Testprobe als Kathode und von reinem Nickel als Anode in eine Elektrolytlösung und Zuführen eines Gleichstroms mit einer Stromdichte von 2,1 A/dm² für 9 Minuten durchgeführt. Die hier verwendete Elektrolytlösung war von dem Typ, der Nickelsulfamat, Zinksulfat und Borsäure (Nickelsulfamat-Konzentration: 300 g/l, Zinksulfat-Konzentration: 30 g/l, Borsäurekonzentration: 30 g/l, Temperatur: 35 ± 5°C) enthielt. Durch diese elektrolytische Nickelplattierungsbehandlung wurde ein Metall 16 innerhalb des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden.
Die resultierende elektrolysierte Testprobe 2 wurde Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 für 1 Minute unterzogen, um die Elektrolytlösung davon abzuwaschen, und dann mit Blasen von Luft getrocknet.

Die Behandlungsbedingungen sind in TABELLE 2 zusammengefasst. TABELLE 2

Schritt	Bedingungen
Material und Vorbehandlung	Basismaterial: AC8A (Aluminiumlegierungsgussstück gemäß JIS H5202) Dicke: 5 mm Behandlungsfläche: 0,029 dm² (19 mm × 15 mm) Entfettung: Ultraschallreinigung in Aceton Behandlungstemperatur: Raumtemperatur Behandlungszeit: 5 Minuten Maskierungsmittel: KT Clean AC-818T (hergestellt von Kakoki Trading Co., Ltd.)
Anodisierung	Elektrolytlösung: Schwefelsäure (200 g/l) Behandlungstemperatur: 25 ± 5°C Kathode: reines Titan Stromdichte: DC (Gleichstrom) 10,0 A/dm² Behandlungszeit: 5 Minuten Dicke des anodischen Oxidfilms: 20 μm
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft
Elektrolytische Abscheidung	Elektrolytlösung: Nickelsulfamat 300 g/l Zinksulfat 30 g/l Borsäure 30 g/l Behandlungstemperatur: 35 ± 5°C Anode: reines Nickel Stromdichte: DC (Gleichstrom) 2,1 A/dm² Behandlungszeit: 9 Minuten
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft

Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden auf die Beschädigungsbeständigkeit, Zusammensetzung und Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms getestet.
Die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms wurde durch ein Gegenvibrationstestverfahren (Kavitations-/Erosions-Testverfahren) unter Verwendung einer Testmaschine 30, wie in 11 gezeigt, bestimmt. Die Testmaschine 30 hatte einen Ultraschalloszillator 31, der mit einem magnetostriktiven Vibrator ausgestattet war, ein Horn 32, das mit dem Ultraschalloszillator 31 verbunden war, und ein Vibrationsstück 34, das aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 16 mm ausgebildet war und an einem Spitzenende des Horns 32 befestigt war. In dieser Testmaschine 30 wurde jede Testprobe als Teststück 33 so, dass sie dem Vibrationsstück 34 in einem Abstand von 1 mm zugewandt war, in destilliertem Wasser 35 mit Raumtemperatur eingerichtet. Das Vibrationsstück 34 wurde mit einer Schwingungsfrequenz von 19 Hz für 10 Minuten in Vibration versetzt. Wenn Luftblasen, die durch Vibrationen der Vibrationsstücke 34 verursacht wurden, an einer Oberfläche des Teststücks 33 aufgebrochen wurden, trat eine Erosion der Oberfläche des Teststücks 33 auf.

Die Beschädigungsbeständigkeits-Testbedingungen sind in TABELLE 3 zusammengefasst. TABELLE 3

Objekt

Testbedingungen

Beschädigungsbeständigkeit

Testverfahren: Gegenvibrationstestverfahren (Kavitations-/Erosions-Testverfahren) Testmaschine: Ultraschalloszillator (Nennausgangsleistung: Maximum 300 W) Schwingungsfrequenz: 19 kHz Vibrationsstück am Hornende: SUS 304 Durchmesser: 16 mm Gewicht: 13,5 ± 0,5 g Abstand vom Hornende zum Teststück: 1,0 mm Testflüssigkeit: destilliertes Wasser (für jedes Teststück ausgetauscht) Testtemperatur: Raumtemperatur Testzeit: 10 min.

Der Grad der Beschädigung des anodischen Oxidfilms wurde mit einem Mikroskop beobachtet. Dann wurde die maximale Breite des Beschädigungszentrums (wo die Beschädigung in einer Dickenrichtung stärker war als andere Teile) als Beschädigungsbreite bestimmt. Das Verhältnis der Beschädigungsbreite der Testprobe 2 zur Beschädigungsbreite der Testprobe 1 wurde ferner als Beschädigungsverhältnis bestimmt. Die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms wurde auf der Basis des Beschädigungsverhältnisses bewertet.
Die Zusammensetzung des anodischen Oxidfilms wurde durch quantitative EDX-Analyse bestimmt.
Die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms wurde durch SEM-Beobachtung bestimmt. In diesem Versuch wurde die Testprobe 2 einer Oberflächenrauheitsmessung unterzogen, wenn durch quantitative EDX-Analyse bestätigt wurde, dass der Nickelgehalt der Testprobe 0,3 Atom-% oder mehr war. Das Verhältnis der Oberflächenrauheit der Testprobe 2 zur Oberflächenrauheit der Testprobe 1 wurde als Rauheitsverhältnis auf einer Prozentsatzbasis bestimmt. Die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms wurde auf der Basis des Rauheitsverhältnisses bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Verfahren sind in TABELLE 4 zusammengefasst. TABELLE 4

Objekt	Test-/Bewertungs-Verfahren
Beschädigungsbeständigkeit	Testpunkt: Beschädigungszentrum Testobjekt: Beschädigungsbreite Messeinheit: Nikon Measurescope 10
Zusammensetzung/Oberflächenrauheit	Bewertungsschwellenwert Ni-Gehalt des anodischen Oxidfilms: 0,3 Atom-% oder mehr (Wert der quantitativen EDX-Analyse) SEM-Beobachtung Messeinheit: Hitachi SU6600 EDX-Analyse Messeinheit: Oxford Instruments INCA Energy 250 Beschleunigungsspannung: 20 kV Beobachtungsvergrößerung: 10 K Analyseumfang: 12,8 × 9,6 μm Analysebereich: vier Bereiche im vertikalen Querschnitt des anodischen Oxidfilms (um das Dickenzentrum angeordnet und Si-Partikel enthaltend), um den Mittelwert von vier Analysebereichen zu bestimmen Messzeit: 120 s Analysierte Elemente: O, Al, Si, S, Ni, Zn

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse der Testproben 1 und 2 sind in TABELLE 5 und 12 angegeben. In TABELLE 5 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Beschädigungsverhältnis kleiner als 50% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 50% und kleiner als 80% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 80% war; und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Rauheitsverhältnis kleiner als 80% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 80% und kleiner als 100% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Rauheitsverhältnis 100% war. TABELLE 5

Testprobe	Si-Gehalt (Gew.-%) im Basismaterial	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)
Testprobe 1	12	2,0	100	2,7
Testprobe 2	12	1,7	35	2,1

TABELLE 5 (Fortsetzung)

Testprobe	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Testprobe	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beschädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
Testprobe 1	100	0,1	--	---
Testprobe 2	76	76	O	O

Es wird angemerkt, dass bestätigt wurde, dass bei der Testprobe 2 nicht nur Nickel (Ni), sondern auch Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 enthalten war.
Wie aus TABELLE 5 und 12 zu sehen ist, hatte die Testprobe 2 ein Beschädigungsverhältnis von 35% und ein Rauheitsverhältnis von 76% relativ zur Testprobe 1. Folglich wurde gezeigt, dass der anodische Oxidfilm 20 hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und der Oberflächenrauheit durch Kombination der Anodisierungsbehandlung mit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden kann.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird darin angesehen, dass durch die elektrolytische Abscheidungsbehandlung das Metall 16 wie z. B. Nickel und Zink in schwachen, rissanfälligen Zwischenräumen 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden und in diese gefüllt wird, um die Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 für die Verbesserung der Beschädigungsbeständigkeit zu verstärken und gleichzeitig die Oberfläche des anodischen Oxidfilms 20 für die Verbesserung der Oberflächenrauheit zu glätten.
[Versuch 2: Einfluss des Si-Gehalts des Basismaterials auf die Filmleistung]

Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie im Versuch 1 unter Verwendung von Aluminiumlegierungsmaterialien a bis i mit verschiedenen Siliziumgehalten als Basismaterial 1b hergestellt. Die Zusammensetzungen der jeweiligen verwendeten Aluminiumlegierungsmaterialien a bis i sind in TABELLE 6 angegeben. TABELLE 6

Basismaterial	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
	Cu	Si	Mg	Zn	Fe	Mn	Ti	Ni	Al
a	0,1	0,2	0,0	0,01	0,2	0,0	0,00	0,0	Rest
b	≤ 0,1	≤ 0,1	2,5–4,0	≤ 0,40	50,8	0,4–0,6	≤ 0,20	≤ 0,1	Rest
c	0,1	0,1	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
d	0,1	3,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
e	≤ 0,2	6,5–7,5	0,2–0,4	≤ 0,30	≤ 0,5	≤ 0,6	≤ 0,20	0,1–1,5	Rest
f	0,8–1,3	11,0–13,0	0,7–1,3	≤ 0,15	≤ 0,8	≤ 0,15	≤ 0,20	0,8–1,5	Rest
g	2,2	17,1	1,1	0,01	0,2	0,0	0,01	1,4	Rest
h	0,1	24,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
i	0,1	27,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest

Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie im Versuch 1 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse der Testproben 1 und 2 sind in TABELLE 7 und 13 und 14 angegeben. In TABELLE 7 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 1 verstärkt wurde (das Beschädigungsverhältnis war kleiner als 100%); und dem Symbol ”X”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 2 verschlechtert wurde (das Beschädigungsverhältnis war größer als oder gleich 100%); und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 2 geglättet wurde (das Rauheitsverhältnis war kleiner als 100%); und dem Symbol ”X”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 1 verschlechtert wurde (das Rauheitsverhältnis war größer als oder gleich 100%). TABELLE 7

Testprobe	Si-Gehalt (Gew.-%) im Basismaterial	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)
Testprobe 1	0	0,8	100	0,8
	1	0,6	100	1,4
	1	0,9	100	0,9
	4	1,2	100	1,0
	7	0,7	100	1,9
	12	1,7	100	2,5
	17	2,0	100	2,8
	25	2,1	100	3,9
	28	2,2	100	4,4
Testprobe 2	0	4,9	613	8,3
	1	3,3	550	8,2
	1	4,4	489	8,0
	4	1,9	158	7,4
	7	0,4	57	6,8
	12	0,8	47	1,8
	17	1,2	60	2,1
	25	1,5	71	3,4
	28	2,2	100	4,7

TABELLE 7 (Fortsetzung)

Testprobe	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Testprobe	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beschädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
Testprobe 1	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
	100	0,0	--	--
Testprobe 2	988	0,0	X	X
	599	0,1	X	X
	930	0,1	X	X
	718	0,1	X	X
	366	0,6	O	X
	70	1,3	O	O
	74	1,1	O	O
	87	1,1	O	O
	107	0,4	X	X

Im Versuch 2 wurde bestätigt, dass nicht nur Nickel (Ni), sondern auch Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 wie im Fall des Versuchs 1 enthalten war, abgesehen von dem Fall, in dem der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b 0 Gew.-% war.
Wie aus TABELLE 7 und 13 zu sehen ist, hatte die Testprobe 2 ein Beschädigungsverhältnis von weniger als 100% (eine kleinere Beschädigungsbreite als 2,2 mm) relativ zur Testprobe 1, wenn der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b 7 bis 25 Gew.-% war. Folglich kann gesagt werden, dass der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b vorzugsweise 7 bis 25 Gew.-% ist, um die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen. Ferner hatte die Testprobe 2 ein Rauheitsverhältnis von weniger als 100% (eine kleinere Oberflächenrauheit Ra als 4,4 μm) relativ zur Testprobe 1, wenn der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b etwa 12 bis 25 Gew.-% war, wie aus TABELLE 13 und 14 zu sehen ist. Aus 14 wird angenommen, dass hinsichtlich der Oberflächenrauheit die annehmbare untere Grenze des Siliziumgehalts des Basismaterials 1b 10 Gew.-% ist, obwohl keine direkten Daten über eine solche Testprobe vorhanden sind. Folglich kann gesagt werden, dass der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b bevorzugter 10 bis 25 Gew.-% ist, um die Beschädigungsbeständigkeit und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 zu kombinieren.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird folgendermaßen betrachtet. Wenn der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b zu niedrig ist, treten weniger Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 im anodischen Oxidfilm 20 auf. Der anodische Oxidfilm 20 wird folglich unwahrscheinlich hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit selbst in dem Fall verschlechtert, in dem nur die Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird. In dem Fall, in dem die elektrolytische Abscheidungsbehandlung in Kombination mit der Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird, entsteht jedoch eine Schwierigkeit beim Fluss des elektrischen Stroms aufgrund der geringeren Zwischenräume 25 des anodischen Oxidfilms 20, so dass der anodische Oxidfilm 20 durch das Anlegen einer hohen Spannung während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung beschädigt (z. B. zerbrochen) wird. Ferner kann das Metall 16 aufgrund der geringeren Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 nicht angemessen abgeschieden werden und wird zu einer Ursache der Oberflächenrauheit. Wenn andererseits der Siliziumgehalt des Basismaterials 1b zu hoch ist, treten viele Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 im anodischen Oxidfilm 20 auf. Der anodische Oxidfilm 20 wird folglich wahrscheinlich hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit in dem Fall verschlechtert, in dem nur die Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird. In dem Fall, in dem die elektrolytische Abscheidungsbehandlung in Kombination mit der Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird, kann das Metall 16 nicht in einer ausreichenden Menge abgeschieden werden, um die vielen Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 zu füllen, so dass der anodische Oxidfilm 20 hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit verschlechtert wird.
[Versuch 3: Einfluss der Dicke des anodischen Oxidfilms auf die Filmleistung]
Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 und 2 durch Verändern der Dicke des anodischen Oxidfilms 20 in einem Bereich von 5 bis 60 μm hergestellt.

Die Behandlungsbedingungen sind in TABELLE 8 zusammengefasst. TABELLE 8

Schritt	Bedingungen
Material und Vorbehandlung	Basismaterial: AC8A (Aluminiumlegierungsgussstück gemäß JIS H5202) Dicke: 5 mm Behandlungsfläche: 0,029 dm² (19 mm × 15 mm) Entfettung: Ultraschallreinigung in Aceton Behandlungstemperatur: Raumtemperatur Behandlungszeit: 5 Minuten Maskierungsmittel: KT Clean AC-818T (hergestellt von Kakoki Trading Co., Ltd.)
Anodisierung	Elektrolytlösung: Schwefelsäure (200 g/l) Behandlungstemperatur: 25 ± 5°C Kathode: reines Titan Stromdichte: DC (Gleichstrom) 10,0 A/dm² Behandlungszeit: 1,3 bis 15,0 Minuten Dicke des anodischen Oxidfilms: 5 bis 60 μm
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft
Elektrolytische Abscheidung	Elektrolytlösung: Nickelsulfamat 300 g/l Zinksulfat 30 g/l Borsäure 30 g/l Behandlungstemperatur: 35 ± 5°C Anode: reines Nickel Stromdichte: DC (Gleichstrom) 2,1 A/dm² Behandlungszeit: 9 Minuten
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft

Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie bei den Versuchen 1 und 2 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse der Testproben 1 und 2 sind in TABELLE 9 und 15 angegeben. In TABELLE 9 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 1 verstärkt wurde (das Beschädigungsverhältnis war kleiner als 100%); und dem Symbol ”X”, wenn die Testprobe 2 relativ zur Testprobe 2 verschlechtert wurde (das Beschädigungsverhältnis war größer als oder gleich 100%). TABELLE 9

Testprobe	Dicke (μm) des anodischen Oxidfilms	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)	Bewertungs-Ergebnisse
Testprobe	Dicke (μm) des anodischen Oxidfilms	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)	Beschädigungsbeständigkeit
Testprobe 1	5	0,5	--	--
	19	2,0	--	--
	21	2,1	--	--
	23	2,5	--	--
	33	3,6	--	--
	50	5,6	--	--
	60	6,7	--	--
Testprobe 2	5	0,2	40	O
	19	0,7	35	O
	21	0,8	38	O
	23	1,1	44	O
	33	2,2	60	O
	50	5,5	98	O
	60	9,0	134	X

Im Versuch 3 wurde bestätigt, dass nicht nur Nickel (Ni), sondern auch Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 wie im Fall der Versuche 1 und 2 enthalten war.
Wie aus TABELLE 9 und 15 zu sehen ist, nahm die Beschädigungsbreite der Testprobe 1 ungefähr linear mit der Dicke des anodischen Oxidfilms 20 zu. Dagegen nahm die Beschädigungsbreite der Testprobe 2 mit der Dicke des anodischen Oxidfilms 20 in einer Quadratkurvenweise zu, wie aus TABELLE 9 und 15 zu sehen ist. Die Testprobe 2 hatte ein Beschädigungsverhältnis von weniger als 100% (eine kleinere Beschädigungsbreite als etwa 5,5 mm), wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 5 bis 50 μm war. Folglich kann gesagt werden, dass die Dicke des anodischen Oxidfilms vorzugsweise 5 bis 50 μm ist, um die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird folgendermaßen erachtet. Ungeachtet dessen, ob die elektrolytische Abscheidungsbehandlung in Kombination mit der Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird oder nicht, weist der anodische Oxidfilm 20 eine hohe Steifigkeit auf und zeigt eine hohe Beschädigungsbeständigkeit, wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 relativ klein ist. Es treten jedoch viele Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 im anodischen Oxidfilm 20 auf, wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 zu groß ist. In dem Fall, in dem nur die Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird, wird der anodische Oxidfilm 20 durch Einwirkung aufgrund der vielen Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 wahrscheinlich beschädigt (z. B. zerrissen) und wird folglich in der Beschädigungsbeständigkeit verschlechtert. Selbst in dem Fall, in dem die elektrolytische Abscheidungsbehandlung in Kombination mit der Anodisierungsbehandlung durchgeführt wird, wird der anodische Oxidfilm 20 in der Beschädigungsbeständigkeit verschlechtert, wenn die Menge des abgeschiedenen Metalls 16 nicht mit der Menge der Zwischenräume 25 und Zwischenräume 26 im anodischen Oxidfilm 20 Schritt hält.
[Versuch 4: Einfluss des Ni-Gehalts des anodischen Oxidfilms auf die Filmleistung]

Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 3 unter Verwendung von Aluminiumlegierungsmaterialien a bis h mit verschiedenen Komponentenverhältnissen als Basismaterial 1b und im Fall der Testprobe 2 unter Verwendung des Aluminiumlegierungsmaterials e als Basismaterial 1b, Verändern der Behandlungsfläche, der Stromdichte und der Behandlungszeit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung hergestellt. Die Zusammensetzungen der jeweiligen verwendeten Aluminiumlegierungsmaterialien a bis h sind in TABELLE 10 angegeben. TABELLE 10

Basismaterial	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
Basismaterial	Cu	Si	Mg	Zn	Fe	Mn	Ti	Ni	Al
a	≤ 0,1	≤ 0,1	2,5–4,0	≤ 0,40	≤ 0,8	0,4–0,6	≤ 0,20	≤ 0,1	Rest
b	0,1	0,1	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
c	0,1	3,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
d	≤ 0,2	6,5–7,5	0,2–0,4	≤ 0,30	≤ 0,5	≤ 0,6	≤ 0,20	0,1–1,5	Rest
e	0,8–1,3	11,0–13,0	0,7–1,3	≤ 0,15	≤ 0,8	≤ 0,15	≤ 0,20	0,8–1,5	Rest
f	2,2	17,1	1,1	0,01	0,2	0,0	0,01	1,4	Rest
g	0,1	24,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest
h	0,1	27,9	0,0	0,02	0,3	0,0	0,00	0,0	Rest

Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 3 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse der Testprobe 2 sind in TABELLE 11 und 16 angegeben, um den Einfluss des Nickelgehalts des anodischen Oxidfilms 20 auf die Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit zu überprüfen. In TABELLE 11 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Beschädigungsverhältnis kleiner als 50% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 50% und kleiner als 80% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 80% war; und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Rauheitsverhältnis kleiner als 80% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 80% und kleiner als 100% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 100% war. TABELLE 11

Nr.	Basismaterial	Si-Gehalt (Gew.-%) im Basismaterial	Behandlungsfläche (dm²)	Stromdichte (A/dm²)	Behandlungszeit (min.)	Beschädigungsbreite (mm)
1	a	1	0,029	2,1	9,0	3,3
2	b	1	0,029	2,1	9,0	4,4
3	c	4	0,029	2,1	9,0	1,9
4	d	7	0,029	2,1	9,0	0,4
5	e	12	0,146	0,5	9,0	0,9
6	e	12	0,146	1,6	9,0	0,6
7	e	12	0,146	4,1	9,0	0,9
8	e	12	0,029	2,1	0,7	1,5
9	e	12	0,029	7,0	0,7	1,7
10	e	12	0,029	0,4	2,8	1,0
11	e	12	0,029	0,4	9,0	0,9
12	e	12	0,029	2,1	9,0	0,7
13	e	12	0,029	2,1	9,0	0,8
14	e	12	0,029	7,0	9,0	1,2
15	f	17	0,029	2,1	9,0	1,2
16	g	25	0,029	2,1	9,0	1,5
17	h	28	0,029	2,1	9,0	2,2

TABELLE 11 (Fortsetzung)

Nr.	Beschädigungsverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Nr.	Beschädigungsverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beschädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
1	550	8,2	599	0,1	X	X
2	489	8,0	930	0,1	X	X
3	158	7,4	718	0,1	X	X
4	57	6,8	366	0,6	O	X
5	53	1,9	62	0,3	Δ	O
6	34	1,9	62	1,3	O	O
7	55	3,3	110	0,9	Δ	X
8	83	2,5	74	0,1	X	O
9	94	3,2	116	0,2	X	X
10	59	2,5	99	0,2	Δ	Δ
11	45	2,9	106	0,5	O	X
12	35	2,1	76	1,3	O	O
13	47	1,8	70	1,3	O	O
14	60	7,2	265	0,7	Δ	X
15	60	2,1	74	1,1	O	O
16	71	3,4	87	1,1	O	O
17	100	4,7	107	0,4	X	X

Im Versuch 4 wurde bestätigt, dass nicht nur Nickel (Ni), sondern auch Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 wie im Fall der Versuche 1 bis 3 enthalten war.
Wie aus TABELLE 11 und 16 zu sehen ist, weist die Testprobe 2 ein Beschädigungsverhältnis von weniger als 80% und ein Rauheitsverhältnis von weniger als 100% auf, wenn der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 0,3 Atom-% war. Folglich kann gesagt werden, dass der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 vorzugsweise 0,3 Atom-% ist, um sowohl die Beschädigungsbeständigkeit als auch die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen. Dieser bevorzugte Nickelgehaltsbereich wird angesichts der Zuverlässigkeit bestimmt, wenn vielmehr die Beschädigungsrauheit und/oder die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 als ”O” bewertet wurde als wenn sowohl die Beschädigungsrauheit als auch die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 als ”Δ” bewertet wurde.
[Versuch 5: Einfluss der elektrolytischen Abscheidungsbedingungen auf die Filmleistung]
Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 4 durch Verändern der Stromdichte und Behandlungszeit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung hergestellt. In diesem Versuch wurde die maximale Grenze der Zeit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung auf 9 Minuten festgelegt, da die Zeit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung, die 9 Minuten überschreitet, eine große Abweichung von der geeigneten Herstellungszeit des Kolbens 1 verursachen würde und folglich nicht praktisch wäre.

Die Behandlungsbedingungen sind in TABELLE 12 zusammengefasst. TABELLE 12

Schritt	Bedingungen
Material und Vorbehandlung	Basismaterial: AC8A (Aluminiumlegierungsgussstück gemäß JIS H5202) Dicke: 5 mm Behandlungsfläche: 0,029 dm² (19 mm × 15 mm) Entfettung: Ultraschallreinigung in Aceton Behandlungstemperatur: Raumtemperatur Behandlungszeit: 5 Minuten Maskierungsmittel: KT Clean AC-818T (hergestellt von Kakoki Trading Co., Ltd.)
Anodisierung	Elektrolytlösung: Schwefelsäure (200 g/l) Behandlungstemperatur: 25 ± 5°C Kathode: reines Titan Stromdichte: DC (Gleichstrom) 10,0 A/dm² Behandlungszeit: 5 Minuten Dicke des anodischen Oxidfilms: 20 μm
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft
Elektrolytische Abscheidung	Elektrolytlösung: Nickelsulfamat 300 g/l Zinksulfat 30 g/l Borsäure 30 g/l Behandlungstemperatur: 35 ± 5°C Anode: reines Nickel Stromdichte: DC (Gleichstrom) 0,4 bis 8,8 A/dm² Behandlungszeit: 0,7 bis 9,0 Minuten
Waschen/Trocknen	Waschen mit Wasser mit pH 5,8 bis 8,6 Behandlungszeit: 1 Minute Trocknen mit Blasen von Luft

Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 4 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse sind in TABELLE 13 und 17 und 18 angegeben. In TABELLE 11 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Beschädigungsverhältnis kleiner als 50% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 50% und kleiner als 80% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 80% war; und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Rauheitsverhältnis kleiner als 80% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 80% und kleiner als 100% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 100% war. TABELLE 13

Nr.	Stromdichte (A/dm²)	Behandlungszeit (min.)	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)
1	0,0	0,0	2,0	100	2,7
2	0,0	0,0	1,8	100	3,3
3	0,0	0,0	1,8	100	2,6
4	0,0	0,0	1,8	100	2,8
5	0,0	0,0	1,7	100	2,5
6	1,4	0,7	1,4	78	2,4
7	2,1	0,7	1,5	83	2,5
8	2,5	0,7	1,3	72	2,3
9	2,8	0,7	1,4	78	2,6
10	3,5	0,7	1,4	78	2,7
11	5,3	0,7	1,5	83	3,7
12	7,0	0,7	1,7	94	3,2
13	8,8	0,7	1,7	94	4,5
14	0,4	2,8	1,0	59	2,5
15	1,4	2,8	1,4	78	2,5
16	2,1	2,8	1,4	78	2,2
17	0,4	4,9	0,9	53	2,5
18	0,7	4,9	1,0	56	2,7
19	1,4	4,9	1,0	56	2,3
20	2,1	4,9	1,3	72	2,2
21	2,8	4,9	1,2	67	2,5
22	3,5	4,9	1,3	72	2,2
23	5,3	4,9	1,2	67	3,2
24	7,0	4,9	1,5	83	5,9
25	0,4	7,0	0,9	53	2,5
26	0,7	7,0	0,8	41	2,4
27	1,4	7,0	1,0	56	1,7
28	2,1	7,0	1,1	61	2,3
29	0,4	9,0	0,9	45	2,9
30	0,7	9,0	0,8	40	2,6
31	1,4	9,0	0,9	50	2,2
32	1,8	9,0	0,7	35	2,2
33	2,1	9,0	0,7	35	2,1
34	2,5	9,0	0,8	40	2,0
35	2,8	9,0	0,8	40	2,1
36	3,2	9,0	0,9	45	2,1
37	3,5	9,0	1,1	55	2,0
38	3,9	9,0	1,1	55	4,1
39	4,2	9,0	1,1	55	3,9
40	5,3	9,0	1,2	60	6,0
41	7,0	9,0	1,2	60	7,2

TABELLE 13 (Fortsetzung)

Nr.	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Nr.	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beschädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
1	100		--	--
2	100		--	--
3	100		--	--
4	100		--	--
5	100		--	--
6	85		Δ	Δ
7	74	0,1	X	O
8	70		Δ	O
9	77		Δ	O
10	95		Δ	X
11	110		X	Δ
12	116	0,2	X	X
13	161		X	X
14	99	0,2	Δ	Δ
15	88		Δ	Δ
16	64		Δ	O
17	99		Δ	Δ
18	96		Δ	Δ
19	80		Δ	Δ
20	67		Δ	O
21	96		Δ	Δ
22	88		Δ	Δ
23	126		Δ	X
24	211		X	X
25	97		Δ	Δ
26	94		O	Δ
27	62		Δ	O
28	70	0,5	Δ	O
29	106		O	X
30	96		O	Δ
31	79		O	O
32	80		O	O
33	76	1,3	O	O
34	75		O	O
35	77		O	Δ
36	77		O	O
37	75		Δ	O
38	151		Δ	X
39	142		Δ	X
40	221		Δ	X
41	265	0,7	Δ	X

Auf der Basis der Ergebnisse der Versuche 1 bis 4 wird angenommen, dass Nickel (Ni) und Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 selbst im Versuch 5 enthalten waren, obwohl der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 nicht für jede Probe gemessen und angegeben wurde.
Wie aus TABELLE 13 und 17 und 18 zu sehen ist, weist die Testprobe 2 ein Beschädigungsverhältnis von weniger als 100% (eine kleinere Beschädigungsbreite als etwa 1,7 mm) und ein Rauheitsverhältnis von weniger als 100% (eine kleinere Oberflächenrauheit Ra als etwa 2,5 μm) relativ zur Testprobe 1 auf, wenn die Stromdichte 0,4 bis 3,5 A/dm² war. Folglich kann gesagt werden, dass die elektrolytische Abscheidungsbehandlung vorzugsweise bei einer Stromdichte von 0,4 bis 3,5 A/dm² durchgeführt wird, um die Beschädigungsbeständigkeit und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen. Es wurde auch bestätigt, dass je länger die Behandlungszeit der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung ist, desto vorteilhafter sie hinsichtlich sowohl der Beschädigungsbeständigkeit als auch der Oberflächenrauheit ist.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird wie folgt erachtet. Das Metall 16 kann nicht ausreichend in den Zwischenräumen 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden werden, so dass der anodische Oxidfilm 20 hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit verschlechtert wird, wenn die Stromdichte zu niedrig ist. Wenn die Stromdichte zu hoch ist, ist die Abscheidung des Metalls 16 dagegen an der Stelle konzentriert, an der der elektrische Strom leicht hindurchgeht (das heißt das Metall 16 wird konzentriert vielmehr auf der Oberfläche des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden, wo der elektrische Widerstand relativ klein ist, als in den Zwischenräumen 25 des anodischen Oxidfilms 20, wo der elektrische Widerstand relativ groß ist), was eine signifikante Verschlechterung der Oberflächenrauheit verursacht. Das Metall 16 kann auch nicht ausreichend abgeschieden werden, so dass der anodische Oxidfilm 20 hinsichtlich der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit verschlechtert wird, wenn die Behandlungszeit zu kurz ist.
[Versuch 6: Einfluss der Elektrolytlösungskonzentration auf die Filmleistung]
Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 5 durch Verändern der Elektrolytlösung und Stromdichte der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung hergestellt. Die Reagenzkonzentrationen der jeweiligen verwendeten Elektrolytlösungen sind in TABELLE 14 angegeben. TABELLE 14

Elektrolytlösung Reagenzkonzentration (g/l)

Nickelsulfamat Zinksulfat Borsäure

A 100 10 30

B 300 30 30

C 600 60 30

D 100 -- 30

E 300 -- 30
Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 5 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse sind in TABELLE 15 und 19 und 20 angegeben. In TABELLE 15 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Beschädigungsverhältnis kleiner als 50% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 50% und kleiner als 80% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 80% war; und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Rauheitsverhältnis kleiner als 80% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 80% und kleiner als 100% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 100% war. TABELLE 15

Nr.	Behandlungs	Elektrolyt	Strom	Behandlungs	Beschädigungs
	bedingung	lösung	dichte	zeit (min.)	breite (mm)
			(A/dm²)
1	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,9
2	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,8
3	Anodisierung	--	0,0	0,0	2,1
4	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,5
5	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,6
6	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,8
7	Anodisierung	--	0,0	0,0	1,5
8	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,2	30,0	1,6
9	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,4	3,0	1,7
10	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,4	9,0	1,5
11	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,4	15,0	1,5
12	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,4	30,0	1,3
13	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,5	9,0	1,1
14	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	0,7	1,2
15	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	3,0	1,0
16	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	6,0	1,3
17	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	9,0	1,1
18	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	15,0	0,9
19	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	30,0	0,7
20	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	60,0	1,0
21	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	0,8	120,0	0,7
22	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	1,2	0,7	1,7
23	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	1,2	2,0	1,0
24	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	1,2	6,0	1,4
25	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	1,2	9,0	1,3
26	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	1,6	9,0	1,3
27	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	2,4	9,0	1,5
28	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	3,5	0,7	1,2
29	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	0,5	9,0	0,9
30	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	1,6	9,0	0,6
31	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	3,3	9,0	0,6
32	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	4,1	9,0	0,9
33	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	4,9	9,0	1,0
34	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	6,6	9,0	1,1
35	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	0,5	9,0	1,0
36	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	1,1	9,0	1,1
37	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	1,6	9,0	1,1
38	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	2,1	9,0	1,1
39	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	2,5	9,0	1,1
40	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	2,9	9,0	1,3
41	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	3,3	9,0	1,7
42	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	D	0,5	9,0	1,6
43	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	E	0,5	9,0	1,2
44	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	E	1,6	9,0	1,1
45	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	E	3,3	9,0	1,0

TABELLE 15 (Fortsetzung)

Nr.	Beschädigungeverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Nr.	Beschädigungeverhältnis (%)	Oberflächenrauheit (μm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beschädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
1	100	3,7	100	0,1	--	--
2	100	4,3	100	0,1	--	--
3	100	3,0	100	0,1	--	--
4	100	4,0	100	0,1	--	--
5	100	3,1	100	0,1	--	--
6	100	2,7	100	0,1	--	--
7	100	3,3	100	0,1	--	--
8	95	2,8	93		X	Δ
9	100	2,5	83		X	Δ
10	87	2,5	82		X	Δ
11	87	2,2	74		X	O
12	74	2,7	90		Δ	Δ
13	67	3,3	110		Δ	X
14	73	2,5	84		Δ	Δ
15	60	3,7	123	0,6	Δ	X
16	79	2,8	93		Δ	Δ
17	63	3,2	106		Δ	X
18	53	3,0	98		Δ	Δ
19	39	3,1	102	1,2	O	X
20	60	4,1	137		Δ	X
21	42	3,5	118	1,1	O	X
22	99	2,2	72		X	O
23	62	4,1	138		Δ	X
24	82	2,7	88		X	Δ
25	78	2,8	95		Δ	Δ
26	79	2,5	82	0,6	Δ	Δ
27	85	2,9	96		X	Δ
28	70	3,2	107		Δ	X
29	53	1,9	62	0,3	Δ	O
30	34	1,9	62	1,3	O	O
31	38	2,4	79		O	O
32	55	3,3	110	0,9	Δ	X
33	59	4,9	164		Δ	X
34	65	7,0	232		Δ	X
35	60	2,2	73	0,2	Δ	O
36	67	3,4	112		Δ	X
37	64	2,0	67	0,5	Δ	O
38	67	3,6	120		Δ	X
39	67	2,2	74		Δ	O
40	79	2,9	97		Δ	Δ
41	99	2,1	69	0,3	X	O
42	94	2,0	67		X	O
43	71	2,0	65		Δ	O
44	63	2,0	66		Δ	O
45	59	2,9	98		Δ	Δ

Auf der Basis der Ergebnisse der Versuche 1 bis 4 wird angenommen, dass Nickel (Ni) und Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 selbst im Versuch 6 enthalten waren, obwohl der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 wie im Fall des Versuchs 5 nicht für jede Probe gemessen und angegeben wurde.
Wie aus TABELLE 15 un 19 und 20 zu sehen ist, wurden sowohl die Beschädigungsbreite als auch die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 unter Verwendung entweder der Elektrolytlösung B oder der Elektrolytlösung E klein gemacht, wenn die Stromdichte im bevorzugten Bereich von 0,4 bis 3,5 A/dm² lag. Insbesondere wurden die Beschädigungsbreite und Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms 20 durch die Verwendung der Elektrolytlösung B minimiert. Folglich kann gesagt werden, dass es vorteilhaft ist, die Elektrolytlösung mit einer relativ hohen Nickelsulfamat-Konzentration zu verwenden. Durch Vergleich der Elektrolytlösungen A und D und Vergleich der Elektrolytlösungen B und E wurde auch bestätigt, dass die Beschädigungsbreite des anodischen Oxidfilms 20 mit Zugabe des Zinksulfats kleiner gemacht wurde als ohne Zugabe des Zinksulfats.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird darin betrachtet, dass der Ni-Gehalt des anodischen Oxidfilms 20, d. h. die Menge der Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20, erhöht wird, wenn die Nickelsulfamat-Konzentration der Elektrolytlösung hoch ist. Insbesondere wird die Abscheidung von Nickel durch die Koexistenz von Zink während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung effektiv beschleunigt.
[Versuch 7: Einfluss der Elektrolytlösungs-Konzentration auf die Filmleistung]
Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 6 durch Verändern der Reagenzkonzentration der Elektrolytlösung hergestellt. Die Reagenzkonzentrationen der jeweiligen verwendeten Elektrolytlösungen sind in TABELLE 16 angegeben. TABELLE 16

Elektrolytlösung Reagenzkonzentration (g/l)

Nickelsulfamat Zinksulfat Borsäure

A 50 5 30

B 100 10 30

C 200 20 30

D 300 30 30

E 400 40 30

F 500 50 30

G 600 60 30

H 700 70 30
Die so erhaltenen Testproben 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in den Versuchen 1 bis 6 getestet und bewertet.

Die Test-/Bewertungs-Ergebnisse sind in TABELLE 17 und 21 angegeben. In TABELLE 17 ist die Beschädigungsbeständigkeit des anodischen Oxidfilms markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Beschädigungsverhältnis kleiner als 50% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 50% und kleiner als 80% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Beschädigungsverhältnis größer als oder gleich 80% war; und die Oberflächenrauheit des anodischen Oxidfilms ist markiert mit: dem Symbol ”O”, wenn das Rauheitsverhältnis kleiner als 80% war; dem Symbol ”Δ”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 80% und kleiner als 100% war; und dem Symbol ”X”, wenn das Rauheitsverhältnis größer als oder gleich 100% war. TABELLE 17

Nr.	Behandlungsbedingung	Elektrolytlösung	Nickelsulfamat-Konzentration (g/l)	Beschädigungsbreite (mm)	Beschädigungsverhältnis (%)
1	Anodisierung	--	0	2,0	100
2	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	A	50	1,6	80
3	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	B	100	1,3	65
4	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	C	200	0,8	40
5	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	D	300	0,7	35
6	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	E	400	0,8	40
7	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	F	500	1,0	50
8	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	G	600	1,1	55
9	Anodisierung + elektrolytische Abscheidung	H	700	1,3	65

TABELLE 17 (Fortsetzung)

Nr.	Oberflächenrauheit (mm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Bewertungsergebnisse
Nr.	Oberflächenrauheit (mm Ra)	Rauheitsverhältnis (%)	Ni-Gehalt (Atom-%) im anodischen Oxidfilm	Beachädigungsbeständigkeit	Oberflächenrauheit
1	2,7	100	0,1	X	X
2	2,6	96	0,2	Δ	Δ
3	2,4	89	0,5	Δ	Δ
4	2,2	79	1,2	O	O
5	2,1	76	1,3	O	O
6	2,1	77	1,2	O	O
7	2,3	85	0,9	Δ	Δ
8	2,5	92	0,6	Δ	Δ
9	2,5	92	0,5	Δ	Δ

Im Versuch 7 wurde bestätigt, dass nicht nur Nickel (Ni), sondern auch Zink (Zn) als Metallablagerung 16 im anodischen Oxidfilm 20 der Testprobe 2 enthalten war wie im Fall der Versuche 1 bis 4.
Wie aus TABELLE 17 und 21 zu sehen ist, wurden gute Ergebnisse nicht erhalten, wenn die Nickelsulfamat-Konzentration der Elektrolytlösung zu niedrig oder zu hoch war (100 g/l oder niedriger oder 500 g/l oder höher, wie in der Elektrolytlösung A, B und F bis H). Unter anderem führte die Elektrolytlösung D, in der die Nickelsulfamat-Konzentration 300 g/l war, zu den besten Ergebnissen.
Der Grund für die obigen Ergebnisse wird wie folgt erachtet. Wenn die Nickelsulfamat-Konzentration der Elektrolytlösung zu niedrig ist, kann der anodische Oxidfilm 20 keine ausreichende Verbesserung der Beschädigungsbeständigkeit und Oberflächenrauheit aufgrund des geringeren Nickelgehalts des anodischen Oxidfilms 20 erhalten, d. h. unzureichende Menge des abgeschiedenen Metalls 16 im anodischen Oxidfilm 20. Wenn die Nickelsulfamat-Konzentration der Elektrolytlösung zu hoch ist und ein gegebenes Niveau überschreitet, wird die Abscheidungsgeschwindigkeit des Metalls 16 mit der Menge an Nickelionen (Ni²⁺) in der Elektrolytlösung erhöht. In diesem Fall wird die Abscheidung des Metalls 16 an der Stelle konzentriert, an der der elektrische Strom leicht hindurchgeht (das Metall 16 wird konzentriert vielmehr auf der Oberfläche des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden, wo der elektrische Widerstand relativ klein ist, als in den Zwischenräumen 25 des anodischen Oxidfilms 20, wo der elektrische Widerstand relativ groß ist), was eine signifikante Verschlechterung der Oberflächenrauheit verursacht, wie in dem Fall, in dem die Stromdichte während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung zu hoch ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird der anodische Oxidfilm 20, bei dem das Metall 16 mit hoher Festigkeit wie z. B. Nickel und Zink um die Siliziumpartikel 24 in den Zwischenräumen 25 abgeschieden wird, in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Kombination der Anodisierungsbehandlung und der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung ausgebildet. Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich, dass der anodische Oxidfilm 20 von den Zwischenräumen 25 beim Auftreten von Reißen zerbrochen wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch solche für Brechen anfälligen Zwischenräume 25 mit dem abgeschiedenen Metall 16 mit hoher Festigkeit gefüllt und dadurch verstärkt.
Daher ist es möglich, dass der anodische Oxidfilm 20 eine ausreichende Festigkeit sicherstellt, wie z. B. Beständigkeit gegen Beschädigung/Einwirkung durch Explosionsverbrennung in der Brennkammer C.
Außerdem werden nicht nur die Zwischenräume 25 innerhalb des anodischen Oxidfilms 20, sondern auch die Aussparungen 26 in der Oberfläche des anodischen Oxidfilms 20 mit dem abgeschiedenen Metall 16 gefüllt. Folglich ist es möglich, dem anodischen Oxidfilm 20 eine Oberflächenglattheit zu verleihen.
Ferner ist es möglich, die Wärmestrahlungseigenschaften des Kolbens 1 zu verbessern, da das Metall 16, das in den Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 abgeschieden wird, mit dem Kolbenbasismaterial 1b in Kontakt steht, um Wärmestrahlung vom Kolben 1 (Kolbenbasismaterial 1b) nach außen (Zylinderblock 2) durch den Kolbenring PL1 zu ermöglichen.
Für eine effektive Verstärkung des anodischen Oxidfilms 20 ist der Siliziumgehalt des Kolbenbasismaterials 1b vorzugsweise 7 bis 25 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des Kolbenbasismaterials 1b. Ein spezifisches Beispiel des Al-Si-Kolbenbasismaterials 1b ist AC8A, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Wenn der Siliziumgehalt des Kolbenbasismaterials 1b zu hoch ist, werden viele Zwischenräume 25 um die Siliziumpartikel 24 gebildet, so dass die Menge des abgeschiedenen Metalls 16 nicht mit der Menge der Zwischenräume 25 Schritt halten kann. Dies führt zur Verschlechterung der Beschädigungs-/Schlagbeständigkeit des anodischen Oxidfilms 20. Wenn der Siliziumgehalt des Kolbenbasismaterials 1b zu niedrig ist, werden andererseits weniger Zwischenräume 25 um die Siliziumpartikel 24 im anodischen Oxidfilm 20 gebildet. Dies verursacht eine Schwierigkeit beim Fluss des elektrischen Stroms, so dass der anodische Oxidfilm 20 unter dem Anlegen einer hohen Spannung während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung zerbrochen werden kann. Es ist möglich, das Gleichgewicht zwischen der Menge der Zwischenräume 25 und der Menge des abgeschiedenen Metalls 16 aufrechtzuerhalten und die ausreichende Festigkeit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen, wenn der Siliziumgehalt des Kolbenbasismaterials 1b auf innerhalb den vorstehend festgelegten relativ niedrigen Gehaltsbereich gesteuert wird.
Der Siliziumgehalt des Kolbenbasismaterials 1b ist bevorzugter 10 bis 25 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgesichts des Kolbenbasismaterials 1b, um das Gleichgewicht zwischen der Menge der Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 und der Menge des abgeschiedenen Metalls 16 aufrechtzuerhalten und dadurch nicht nur die ausreichende Festigkeit, sondern auch eine angemessene Oberflächenglattheit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen.
Ferner ist die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 vorzugsweise 5 bis 50 μm. Die Menge der Zwischenräume 25 im anodischen Oxidfilm 20 nimmt mit der Dicke des anodischen Oxidfilms 20 zu. Die Menge des abgeschiedenen Metalls 16 kann folglich nicht mit der Menge der Zwischenräume 25 Schritt halten, wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 zu groß ist. Dies führt zur Verschlechterung der Beschädigungs-/Schlagbeständigkeit des anodischen Oxidfilms 20 aufgrund der Zwischenräume 25. Wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 zu klein ist, kann der anodische Oxidfilm 20 selbst keine ausreichende Festigkeit sicherstellen und kann in der Beschädigungs-/Schlagbeständigkeit schlecht werden. Es ist möglich, das Gleichgewicht zwischen der Menge der Zwischenräume 25 und der Menge des abgeschiedenen Metalls 16 aufrechtzuerhalten, während die minimale Dicke des anodischen Oxidfilms 20 sichergestellt wird, die für eine ausreichende Beschädigungs-/Schlagbeständigkeit erforderlich ist, und die ausreichende Festigkeit des anodischen Oxidfilms 20 sicherzustellen, wenn die Dicke des anodischen Oxidfilms 20 innerhalb den vorstehend festgelegten relativ kleinen Dickenbereich gesteuert wird.
Der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 ist vorzugsweise 0,3 Atom-% oder mehr. Es ist möglich, eine korrekte Verstärkung des anodischen Oxidfilms 20 durch das Metall 16 zu erhalten, das Auftreten einer Beschädigung am anodische Oxidfilm 20 durch Schlag auf innerhalb einen annehmbaren Bereich zu begrenzen und die ausreichende Festigkeit des anodischen Oxidfilms 16 sicherzustellen, wenn der Nickelgehalt des anodischen Oxidfilms 20 auf 0,3 Atom-% oder mehr gesteuert wird.
Ferner wird die elektrolytische Abscheidungsbehandlung vorzugsweise bei einer Stromdichte von 0,4 bis 3,5 A/dm² durchgeführt. Wenn die Stromdichte zu hoch ist, wird die Abscheidung des Metalls 16 auf die Stelle konzentriert, an der das Metall 16 leicht abzuscheiden ist (der elektrische Strom leicht zu leiten ist), was eine Verschlechterung der Oberflächenrauheit verursacht. Die Menge des abgeschiedenen Metalls 16 kann unzureichend werden, um die Zwischenräume 25 und Aussparungen 26 des anodischen Oxidfilms 20 zu füllen, was eine Verschlechterung der Beschädigungs-/Schlagbeständigkeit und der Oberflächenrauheit verursacht, wenn die Stromdichte zu niedrig ist. Wenn die Stromdichte in der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung auf 0,4 bis 3,5 A/dm² gesteuert wird, ist es möglich, das Gleichgewicht zwischen der Menge und Verteilung des abgeschiedenen Metalls 16 aufrechtzuerhalten, so dass der anodische Oxidfilm 20 eine ausreichende Festigkeit mit Oberflächenglattheit kombinieren kann.
Ein bevorzugtes Beispiel der bei der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung verwendeten Elektrolytlösung 18 ist eine Elektrolytlösung, die Nickelsulfamat in einer Konzentration von 100 bis 600 g/l enthält. Wenn die Abscheidung von Nickel effektiv durch die Koexistenz von Zink während der elektrolytischen Abscheidungsbehandlung beschleunigt wird, ist es bevorzugt, dass die Elektrolytlösung Zinksulfat zusätzlich zum Nickelsulfamat enthält. Es ist auch bevorzugt, dass die Elektrolytlösung Borsäure enthält.
Obwohl der Kraftmaschinenkolben 1 in der obigen Ausführungsform veranschaulicht ist, ist die vorliegende Erfindung auf irgendein anderes Aluminiumlegierungselement wie z. B. einen Schieberventilkörper oder ein Pumpengehäuse anwendbar. Es ist möglich, dieselben Effekte wie vorstehend zu erhalten, selbst wenn die vorliegende Erfindung als irgendein anderes Aluminiumlegierungselement verkörpert ist.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldungen Nr. 2012-203882 (eingereicht am 18. September 2012) und Nr. 2013-160028 (eingereicht am 1. August 2013) wird hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die obigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen begrenzt. Eine verschiedenartige Modifikation und Veränderung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kommen dem Fachmann auf dem Gebiet angesichts der obigen Lehren in den Sinn.
In Abhängigkeit von den Spezifikationen des Zielprodukts ist es möglich, den elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereich 15 auf der ganzen Fläche des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14 vorzusehen, obwohl der elektrolytische Abscheidungsbehandlungsbereich 15 für die gegebene Fläche innerhalb des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14 in der obigen Ausführungsform vorgesehen ist. Obwohl in der obigen Ausführungsform der Anodisierungsbehandlungsbereich 14 und der elektrolytische Abscheidungsbehandlungsbereich 15 an der oberen Ringnut 11 vorgesehen sind, ist es möglich, den Anodisierungsbehandlungsbereich 14 und den elektrolytischen Abscheidungsbehandlungsbereich 15 an irgendeinem Teil des Kolbens 1 wie z. B. der Scheiteloberfläche 6a und der äußeren Umfangsoberfläche des Scheitelabschnitts 6 vorzusehen. Die Ausbildungsumfänge des Anodisierungsbehandlungsbereichs 14 und des Abscheidungsbehandlungsbereichs 15 können dementsprechend in Abhängigkeit von den Spezifikationen des Zielprodukts festgelegt werden.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist mit Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-90427 [0003]
JP 2012-203882 [0110]
JP 2013-160028 [0110]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS H5202 [0044]
JIS H5202 [0050]
JIS H5202 [0069]
JIS H5202 [0081]

Claims

Kolben für eine Brennkraftmaschine, der umfasst: einen Kolbenkörper, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, das Silizium enthält, und in dem eine Kolbenringnut ausgebildet ist; und einen anodischen Oxidfilm, der an der Kolbenringnut ausgebildet ist, wobei ein Nickel und Zink enthaltendes Metall um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden ist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial einen Siliziumgehalt von 7 bis 25 Gew.-% aufweist.
Kolben nach Anspruch 2, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial einen Siliziumgehalt von 10 bis 25 Gew.-% aufweist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei der anodische Oxidfilm eine Dicke von 5 bis 50 μm aufweist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei der anodische Oxidfilm einen Nickelgehalt von 0,3 Atom-% oder mehr aufweist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei ein Nickel und Zink enthaltendes Metall auf einem Teil einer Oberfläche des anodischen Oxidfilms abgeschieden ist.
Kolben nach Anspruch 6, wobei das auf der Oberfläche des anodischen Oxidfilms abgeschiedene Metall mit dem Aluminiumlegierungsmaterial an einer Stelle innerhalb des anodischen Oxidfilms in Kontakt steht.
Kolben nach Anspruch 1, wobei der Bereich der Abscheidung des Metalls in einer axialen Richtung des Kolbens kleiner ist als der Bereich der Ausbildung des anodischen Oxidfilms.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine, das umfasst: Herstellen eines Kolbens mit einer Kolbenringnut aus einem Aluminiumlegierungsmaterial, das Silizium enthält; Ausbilden eines anodischen Oxidfilms an der Kolbenringnut; und Elektrolysieren eines Teils des Kolbens, an dem der anodische Oxidfilm ausgebildet wurde, in einer Elektrolytlösung, um zu ermöglichen, dass ein Nickel und Zink enthaltendes Metall um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial einen Siliziumgehalt von 7 bis 25 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial einen Siliziumgehalt von 10 bis 25 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der anodische Oxidfilm eine Dicke von 5 bis 50 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der anodische Oxidfilm einen Nickelgehalt von 0,3 Atom-% oder mehr aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Elektrolysieren mit einer Stromdichte von 0,4 bis 3,5 A/dm² durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Elektrolytlösung Nickelsulfamat enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Konzentration des Nickelsulfamats in der Elektrolytlösung 100 bis 600 g/l ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Elektrolytlösung ferner Borsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Elektrolytlösung ferner Zinksulfat enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Bereich der Abscheidung des Metalls in einer axialen Richtung des Kolbens kleiner ist als der Bereich der Ausbildung des anodischen Oxidfilms.
Aluminiumlegierungselement, das umfasst: einen Basiskörper, der aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht, das Silizium enthält; und einen anodischen Oxidfilm, der an zumindest einem Teil des Basiskörpers ausgebildet ist, wobei ein Nickel und Zink enthaltendes Metall um Siliziumpartikel im anodischen Oxidfilm abgeschieden ist.