DE102014201761A1 - A method of producing a hardened aluminum material by a cross-coupling reaction - Google Patents

A method of producing a hardened aluminum material by a cross-coupling reaction Download PDF

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Abstract

[OBJEKT] Es ist Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um ein gehärtetes Aluminiummaterial, welches eine dicke gehärtete Schicht, welche extrem hart an der Oberfläche ist und deren Härte stetig von der Oberfläche hinein ins Innere abnimmt, herzustellen. [MASSNAHMEN, UM DAS PROBLEM ZU LÖSEN] Das Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials ist ein Verfahren, in welchem ein Aluminiumlegierungsmaterial, welches Mg-Elemente beinhaltet, oberflächengehärtet ist, und einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt beinhaltet. Im ersten Schritt wird eine Nickelschicht 20 von 15 μm auf einer Oberfläche eines Aluminiumlegierungsmaterials 10 ausgebildet. Im zweiten Schritt wird das Aluminiumlegierungsmaterial 10, welches die Nickelschicht 20, welche darauf ausgebildet ist, besitzt, auf 550°C aufgeheizt und dort für 60 bis 90 Minuten gehalten wird. Auf diese Weise dienen Mg-Elemente in einem Basismaterial (das Aluminiumlegierungsmaterial 10) als Katalysator, welcher bewirkt, dass Mg-Ionen und Al-Ionen zu einer Oberfläche der Nickelschicht 20 diffundieren. Eine gehärtete Schicht von hoher Härte von intermetallischen Komponenten von Al und Ni kann somit ausgebildet werden.[OBJECT] It is an object to provide a method for producing a hardened aluminum material which has a thick hardened layer which is extremely hard on the surface and whose hardness steadily decreases from the surface into the interior. [MEASURES TO SOLVE THE PROBLEM] The method for producing a hardened aluminum material is a method in which an aluminum alloy material including Mg elements is surface hardened, and includes a first step and a second step. In the first step, a nickel layer 20 of 15 μm is formed on a surface of an aluminum alloy material 10. In the second step, the aluminum alloy material 10 having the nickel layer 20 formed thereon is heated to 550 ° C. and held there for 60 to 90 minutes. In this way, Mg elements in a base material (the aluminum alloy material 10) serve as a catalyst that causes Mg ions and Al ions to diffuse to a surface of the nickel layer 20. A hardened layer of high hardness of intermetallic components of Al and Ni can thus be formed.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verarbeitungsverfahren zur Verfügung, welches zeigt, dass, wenn eine Nickelschicht mit geeigneter Dicke auf einer Oberfläche eines Aluminiumlegierungsmaterials gebildet wird, welches Mg-Elemente enthält, und das Aluminiumlegierungsmaterial auf 500°C bis 600°C aufgeheizt wird, ein Überzug von intermetallischen Komponenten mit hoher Härte, wie AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3 und Al3Ni5 (im Nachfolgenden bei Bedarf als AlmNin bezeichnet) auf einer Oberflächenschicht des Aluminiumlegierungsmaterials durch eine Kreuzkupplungsreaktion, welche durch Mg-Ionen katalysiert wird, hergestellt wird.The present invention provides a processing method which shows that when a nickel layer of suitable thickness is formed on a surface of an aluminum alloy material containing Mg elements and the aluminum alloy material is heated to 500 ° C to 600 ° C, a coating of high hardness intermetallic compounds such as AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3 and Al3Ni5 (hereinafter referred to as AlmNin, if necessary) on a surface layer of the aluminum alloy material by a cross-coupling reaction catalyzed by Mg ions.

Einschlägiger Stand der TechnikRelevant prior art

Automobilkomponenten sind meistens aus Eisen und Stahlteilen ausgebildet worden, welche eine relativ große spezifische Schwerkraft haben. Um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, wurde jedoch ein leichtgewichtiges Basismaterial, welches eine kleine spezifische Schwerkraft hat, gesucht, um die Eisen- und Stahlteile zu ersetzen. Aluminiumlegierungsmaterialien, welche eine spezifische Schwerkraft von ungefähr einem Drittel von derselben von Eisen haben, haben als alternative Materialien Aufmerksamkeit erweckt. Obwohl sie eine geringe spezifische Schwerkraft haben, sind Aluminiumlegierungsmaterialien in deren Stärke und anderen Eigenschaften Eisen- und Stahlmaterialien deutlich unterlegen, selbst nachdem sie einer gewöhnlichen Hitzebehandlung unterzogen wurden. Darüber hinaus ist es schwierig, einen Oberflächenhärteprozess wie Nitrierhärten bei einem Aluminiumlegierungsmaterial an der Luft durchzuführen, weil ein inerter Oxidüberzug auf der äußersten Oberfläche gebildet wird. Oberflächenhärtungsverfahren, um die Oberflächenhärte von Aluminiumlegierungsmaterialien zu verbessern, wurden ebenfalls entwickelt. Ein Beispiel dieser Verfahren ist unten gezeigt.Automotive components have mostly been formed of iron and steel parts which have a relatively high specific gravity. However, in order to improve fuel efficiency, a lightweight base material having a small specific gravity has been sought to replace the iron and steel parts. Aluminum alloy materials, which have a specific gravity of about one third of that of iron, have attracted attention as alternative materials. Although having a low specific gravity, aluminum alloy materials are significantly inferior in strength and other properties to iron and steel materials even after being subjected to ordinary heat treatment. In addition, it is difficult to perform a surface hardening process such as nitriding in an aluminum alloy material in the air because an inert oxide coating is formed on the outermost surface. Surface hardening methods to improve the surface hardness of aluminum alloy materials have also been developed. An example of these methods is shown below.

Untenstehendes Patentdokument 1 beschreibt ein Oberflächenhärtungsverfahren, welches einen Ionen(plasma)nitrierhärtungsprozess durchführt. Bei diesem Oberflächenhärtungsverfahren wird zuerst eine Eisen-Chrom-Legierungs-Galvanisierschicht auf der Oberfläche eines Aluminiumlegierungsmaterials durch einen Galvanisierprozess gebildet, und anschließend wird ein Ionen-Nitrierhärtungsverfahren auf dem galvanisierten Aluminiumlegierungsmaterial durchgeführt. Mit diesem Ionen-Nitrierhärtungsverfahren mit Glimmentladung treffen Stickstoffionen mit hoher Energie auf die Oberfläche eines Werkstücks auf. Beim Auftreffen reagieren die Stickstoffionen mit dem Eisen-Chrom und diffundieren in die Oberfläche des Werkstücks, um eine gehärtete (Nitrid)-Schicht von 5 μm bis 20 μm zu bilden, welche aus Chromnitrid besteht, auszubilden. Dementsprechend kann die Vickershärte der Oberfläche des gehärteten Aluminiumlegierungsmaterials bis auf 700 HV bis 1200 HV erhöht werden.The following Patent Document 1 describes a surface hardening method which performs an ion (plasma) nitriding process. In this surface hardening method, first, an iron-chromium alloy plating layer is formed on the surface of an aluminum alloy material by a plating process, and then an ion nitriding process is performed on the galvanized aluminum alloy material. With this glow-discharge ion nitriding process, high-energy nitrogen ions strike the surface of a workpiece. Upon impact, the nitrogen ions react with the iron-chromium and diffuse into the surface of the workpiece to form a hardened (nitride) layer of 5 μm to 20 μm, which consists of chromium nitride. Accordingly, the Vickers hardness of the surface of the hardened aluminum alloy material can be increased up to 700 HV to 1200 HV.

Dokumente zum Stand der TechnikDocuments on the state of the art

PatentdokumentePatent documents

  • [Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung Publikationsnummer 06-235096 ( JP6-235096 A )[Patent Document 1] Japanese Patent Application Publication No. 06-235096 ( JP6-235096 A )

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Das Ionennitrierverfahren in Patentdokument 1 weist die folgenden Probleme auf. Erstens ist es schwierig, die extrem harte gehärtete Schicht bis zu einer Dicke von 20 μm oder mehr auszubilden, und die gehärtete Schicht ist extrem dünn. Der Grund hierfür ist, dass Chromnitrid, welches auf der Oberfläche gebildet wird, es schwierig macht, die Glimmentladung von aktivierenden Stickstoffionen fortzuführen und es weiterhin schwierig macht, dass Stickstoffionen in das Werkstück diffundieren. In dem Abschnitt, in welchem Stickstoffionen nicht diffundieren, das heißt, der Abschnitt, in welchem die gehärtete Schicht nicht ausgebildet wird, geht die Härte schlagartig zurück verglichen mit der gehärteten Schicht. Daher nimmt die Härte des gehärteten Aluminiummaterials in Patentdokument 1 nicht stetig von der Oberfläche hinein ins Innere ab, und das gehärtete Aluminiummaterial ist nur in der Umgebung der Oberfläche extrem hart, und außerdem dünn. Im Fall, in dem das gehärtete Aluminiummaterial in Patentdokument 1 an einer Stelle verwendet wird, an der Gleitreibung extrem groß ist, nutzt sich die dünne gehärtete Schicht bald ab. Diese Tatsache ist nicht wünschenswert hinsichtlich Produktsicherheit. Wenn Torsion oder ähnliches auf das gehärtete Aluminiummaterial in Patentdokument 1 wirken, können Rissbildung oder Trennung an der Grenze der gehärteten Schicht auftreten.The ion nitriding method in Patent Document 1 has the following problems. First, it is difficult to form the extremely hard hardened layer to a thickness of 20 μm or more, and the hardened layer is extremely thin. The reason for this is that chromium nitride formed on the surface makes it difficult to continue the glow discharge of activating nitrogen ions and further makes it difficult for nitrogen ions to diffuse into the workpiece. In the portion in which nitrogen ions do not diffuse, that is, the portion in which the hardened layer is not formed, the hardness abruptly decreases as compared with the hardened layer. Therefore, the hardness of the hardened aluminum material in Patent Document 1 does not steadily decrease from the surface to the inside, and the hardened aluminum material is extremely hard only in the vicinity of the surface, and also thin. In the case where the hardened aluminum material is used in Patent Document 1 at a position where sliding friction is extremely large, the thin hardened layer soon wears away. This fact is not desirable in terms of product safety. When torsion or the like acts on the hardened aluminum material in Patent Document 1, cracking or separation may occur at the boundary of the hardened layer.

Um die vorher erwähnten Probleme zu lösen, ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials mit einer dicken, gehärteten Schicht, welche extrem hart an der Oberfläche ist und deren Härte stetig von der Oberfläche ins Innere hinein abnimmt, zur Verfügung zu stellen.In order to solve the aforementioned problems, it is an object of the present invention to provide a method of producing a hardened aluminum material having a thick, hardened layer which is extremely hard on the surface and whose hardness steadily decreases from the surface to the inside to deliver.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Produktion eines gehärteten Aluminiummaterials zur Verfügung, bei welchem ein Aluminiumlegierungsmaterial, eingeschlossen Magnesiumelemente, oberflächengehärtet wird. Das Verfahren weist einen ersten Schritt, bei dem eine Oxidschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials entfernt wird und danach eine Nickelschicht von 10 μm oder mehr gebildet wird, auf, und einen zweiten Schritt, bei dem das Aluminiumlegierungsmaterial, welches die darauf gebildete Nickelschicht aufweist, auf eine Temperatur von nicht weniger als 500°C und nicht mehr als 600°C aufgeheizt wird und das Aluminiumlegierungsmaterial bei der Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird. In dem zweiten Schritt ist es erforderlich, dass das Aluminiumlegierungsmaterial bei der Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird, basierend auf einer Dicke der Nickelschicht und der Temperatur des Heizens, bis Magnesiumionen und Aluminiumionen in einem Basismaterial hin zu einer Oberfläche der Nickelschicht diffundieren, um eine intermetallische Komponente in einer Oberflächenschicht des Aluminiumlegierungsmaterials durch eine Kreuzkupplungsreaktion zu bilden.The present invention provides a process for the production of a hardened aluminum material, in which a Aluminum alloy material, including magnesium elements, surface hardened. The method comprises a first step of removing an oxide film on a surface of the aluminum alloy material and then forming a nickel film of 10 μm or more, and a second step of depositing the aluminum alloy material having the nickel film formed thereon a temperature of not lower than 500 ° C and not higher than 600 ° C is heated and the aluminum alloy material is kept at the temperature for a predetermined time. In the second step, it is required that the aluminum alloy material be kept at the temperature for a predetermined time, based on a thickness of the nickel layer and the temperature of heating, until magnesium ions and aluminum ions in a base material diffuse toward a surface of the nickel layer to diffuse to form an intermetallic component in a surface layer of the aluminum alloy material by a cross-coupling reaction.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ionisieren Mg-(Magnesium-)Elemente, welche einen niedrigen Dampfdruck haben, und diffundieren aktiv zur Oberflächenschicht, wegen einer hohen Temperaturumgebung, in welcher die Heiztemperatur während einer Hitzebehandlung nicht weniger als 500°C und nicht mehr als 600°C beträgt. Während der Diffusion führen die ionisierten Mg-Elemente die ionisierten Al-(Aluminium)-Elemente in der Umgebung, um sich hin zur Oberflächenschicht des Aluminiumlegierungsmaterials zu bewegen. Die Al-Ionen, welche zur Oberflächenschicht geführt wurden, werden mit den Ni-(Nickel)-Elementen, welche in der Oberflächenschicht ionisiert vorliegen, gekuppelt, um intermetallische Komponenten mit hoher Härte (AlmNin), wie AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, und Al3Ni5 zu bilden. Das heißt, dass in einem hohen Temperaturbereich Mg-Elemente als Katalysator wirken, um die ionisierten Al-Elemente mit den ionisierten Ni-Elementen reagieren zu lassen, um intermetallische Komponenten mit hoher Härte zu erzeugen. Folglich ist die Tiefe der gehärteten Schicht mehr als 1,5 mal höher als die einer gehärteten Schicht, die zum Beispiel durch reguläres Galvanisieren entsteht, so dass ein gehärtetes Aluminiummaterial, welches die dicke gehärtete Schicht besitzt, auf solch eine Art und Weise produziert werden kann, dass die Härte stetig ins Innere hin abnimmt.According to the present invention, Mg (magnesium) elements having a low vapor pressure ionize and actively diffuse to the surface layer because of a high temperature environment in which the heating temperature during a heat treatment is not less than 500 ° C and not more than 600 ° C is. During diffusion, the ionized Mg elements carry the ionized Al (aluminum) elements in the environment to move toward the surface layer of the aluminum alloy material. The Al ions which have been carried to the surface layer are coupled with the Ni (nickel) elements which are ionized in the surface layer to form high hardness intermetallic compounds (AlmNin) such as AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, and Al3Ni5. That is, in a high temperature range, Mg elements act as a catalyst to react the ionized Al elements with the ionized Ni elements to produce high hardness intermetallic components. Consequently, the depth of the hardened layer is more than 1.5 times higher than that of a hardened layer formed by, for example, regular plating, so that a hardened aluminum material having the thick hardened layer can be produced in such a manner in that the hardness steadily decreases towards the inside.

Im Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials gemäß der vorliegenden Erfindung kann im zweiten Schritt das Aufheizen in einer Unterdruckkammer bei einem niederen Vakuumszustand von 100 Pa oder weniger vorgenommen werden. In diesem Fall kann ein gehärtetes Aluminiummaterial mit einer sauberen Oberfläche hergestellt werden, da der Heizprozess in einem Zustand von geringer Sauerstoffkonzentration durchgeführt wird. Weiterhin kann die Reaktionsprozesszeit reduziert werden, da die Funktion der ionisierten Mg-Elemente als Katalysator aktiv wird. Im zweiten Schritt kann das Aufheizen durch eine Glimmentladung durch Verwendung eines externen Ionenvakuumofens mit Heizung durchgeführt werden.In the method for producing a hardened aluminum material according to the present invention, in the second step, heating can be performed in a vacuum chamber at a low vacuum state of 100 Pa or less. In this case, a hardened aluminum material having a clean surface can be produced because the heating process is performed in a state of low oxygen concentration. Furthermore, the reaction process time can be reduced because the function of the ionized Mg elements becomes active as a catalyst. In the second step, the heating by a glow discharge can be performed by using an external ion vacuum furnace with heating.

Vorteilhafte Auswirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein gehärtetes Aluminiummaterial hergestellt werden, welches eine dicke gehärtete Schicht hat, die extrem hart auf der Oberfläche ist und bei dem die Härte stetig von der Oberfläche hinein ins Innere abnimmt. Selbst wenn das gehärtete Aluminiummaterial in Abschnitten, in denen Gleitreibung in Automobilteilen und anderen Teilen extrem hoch ist, verwendet wird, nutzt sich die gehärtete Schicht nicht schnell ab, was wünschenswert hinsichtlich der Produktsicherheit ist. Selbst wenn Torsion oder ähnliches ausgeübt wird, ist das Auftreten von Rissbildung oder Abtrennung an der Grenze der gehärteten Schicht unwahrscheinlich. Für die Benutzung in Armbanduhrenbändern oder Armbanduhrgehäusen können ideale Produkte, welche leichtgewichtig und gegenüber Beschädigung resistent sind, erwartet werden.According to the present invention, a hardened aluminum material can be produced which has a thick hardened layer which is extremely hard on the surface and in which the hardness steadily decreases from the surface to the inside. Even if the hardened aluminum material is used in portions in which sliding friction in automobile parts and other parts is extremely high, the hardened layer does not wear off quickly, which is desirable in terms of product safety. Even if torsion or the like is exerted, occurrence of cracking or separation at the boundary of the hardened layer is unlikely. For use in wristwatches or wristwatch cases, ideal products that are lightweight and resistant to damage can be expected.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Aluminiumlegierungsmaterial zeigt, welches als Basismaterial dient. 1 Fig. 10 is a schematic diagram showing an aluminum alloy material serving as a base material.

2 ist ein schematisches Diagramm, welches das Aluminiumlegierungsmaterial zeigt, welches eine Nickelschicht und eine Chromschicht aufweist, welche durch einen ersten Schritt gebildet wurde. 2 Fig. 10 is a schematic diagram showing the aluminum alloy material having a nickel layer and a chromium layer formed by a first step.

3 ist ein schematisches Diagramm, welches ein gehärtetes Aluminiummaterial zeigt, welches eine gehärtete Schicht aufweist, welche durch einen zweiten Schritt gebildet wurde. 3 Fig. 10 is a schematic diagram showing a hardened aluminum material having a hardened layer formed by a second step.

4 ist ein Zustandsdiagramm einer binären Legierung aus Aluminium und Magnesium. 4 is a state diagram of a binary alloy of aluminum and magnesium.

5 zeigt eine Härteübergangskurve von gehärtetem Aluminiummaterial in der derzeitigen Ausführungsform. 5 Fig. 10 shows a hardness transition curve of hardened aluminum material in the present embodiment.

6 ist eine Komponententabelle, welche die Gewichtsprozente der Metallelemente in jedem Spektrum des gehärteten Aluminiummaterials in der derzeitigen Ausführungsform zeigt. 6 FIG. 12 is a component table showing the weight percentages of the metal elements in each spectrum of the hardened aluminum material in the present embodiment. FIG.

7 ist ein Elektronenmikroskopiebild eines Oberflächenabschnittes, wenn das Aluminiumlegierungsmaterial, welches Magnesiumelemente beinhaltet, einem Oberflächenhärtungsverfahren unterzogen wird. 7 Fig. 12 is an electron microscopic image of a surface portion when the aluminum alloy material containing magnesium elements involves undergoing a surface hardening process.

8 ist ein binäres Zustandsdiagramm von Aluminium und Nickel. 8th is a binary state diagram of aluminum and nickel.

9 ist eine Härteübergangskurve eines gehärteten Aluminiummaterials in einem Vergleichsbeispiel. 9 is a hardness transition curve of a hardened aluminum material in a comparative example.

10 ist eine Komponententabelle, welche die Gewichtsprozente von Metallelementen in jedem Spektrum des gehärteten Aluminiummaterials im Vergleichsbeispiel zeigt. 10 FIG. 15 is a component table showing the weight percent of metal elements in each spectrum of the hardened aluminum material in the comparative example.

11 zeigt ein Elektronenmikroskopiebild eines Oberflächenabschnittes, wenn ein Aluminiumlegierungsmaterial, welches kein Magnesium beinhaltet, einem Oberflächenhärtungsverfahren unterzogen wird. 11 Fig. 12 shows an electron microscopic image of a surface portion when an aluminum alloy material containing no magnesium is subjected to a surface hardening process.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Ausführungsformen eines Verfahrens zur Produktion von einem gehärteten Aluminiummaterial gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Aluminiumlegierungsmaterial 10 zeigt, welches als Basismaterial für die Produktion eines gehärteten Aluminiummaterials dient. Das Aluminiumlegierungsmaterial 10 ist das von JIS 6061 und beinhaltet 0,8 bis 1,2 Gew.-% Mg, 0,4 bis 0,8 Gew.-% Si, 0,7 Gew.-% Fe, 0,15 bis 0,40 Gew.-% Cu, 0,15 Gew.-% Mn, 0,04 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,15 Gew.-% Ti, mit Al als Rest. Hier kann das Aluminiumlegierungsmaterial 10 jedes Material, welches Mg-Elemente beinhaltet, sein, zum Beispiel eines der JIS 5000 oder 6000 Serie . Dieses Aluminiumlegierungsmaterial 10 wird einem Oberflächenhärtungsprozess durch einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt, wie unten gezeigt, unterzogen.Embodiments of a method for producing a hardened aluminum material according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 FIG. 12 is a schematic diagram showing an aluminum alloy material. FIG 10 shows, which serves as a base material for the production of a hardened aluminum material. The aluminum alloy material 10 is that of JIS 6061 and contains 0.8 to 1.2 wt.% Mg, 0.4 to 0.8 wt.% Si, 0.7 wt.% Fe, 0.15 to 0.40 wt.% Cu, 0.15 wt .-% Mn, 0.04 to 0.35 wt .-% Cr, 0.15 wt .-% Ti, with Al as the remainder. Here, the aluminum alloy material 10 any material containing Mg elements, for example one of JIS 5000 or 6000 series , This aluminum alloy material 10 is subjected to a surface hardening process by a first step and a second step as shown below.

Erster SchrittFirst step

2 ist ein schematisches Diagramm, welches das Aluminiumlegierungsmaterial 10 zeigt, welches eine Nickelschicht 20 und eine Chromschicht 30, welche durch einen ersten Schritt gebildet sind, besitzt. Hier hat das Aluminiumlegierungsmaterial 10, welches in 1 gezeigt wird, eine starke Affinität für Sauerstoff, und hat daher einen dünnen Oxidüberzug (Aluminiumoxid-Schicht) von ungefähr 100 Ångström auf der Oberfläche. Wegen der Oxidschicht kann eine Galvanisierschicht, welche eine gute Anhaftung besitzt, nicht direkt auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 10 gebildet werden. Im ersten Schritt wird das Aluminiumlegierungsmaterial 10 zuerst in einer Zinkatlösung eingeweicht, um den Oxidüberzug zu entfernen. Das Aluminiumlegierungsmaterial 10, von welchem der Oxidüberzug entfernt wurde, wird im nächsten Schritt in eine Galvanisierlösung gelegt, so dass kein neuer Oxidüberzug auf der Oberfläche ausgebildet wird. Eine Nickelschicht 20 von 15 μm wird dann auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials durch ein stromloses Galvanisierverfahren gebildet. Eine Chromschicht 30 von 0,2 μm wird danach auf der Oberfläche der Nickelschicht 20 durch ein Galvanisierverfahren gebildet. Das Aluminiumlegierungsmaterial 10, welches die Nickelschicht 20 und die Chromschicht 30, welche auf diesem ausgebildet ist, besitzt, (danach genannt ”das Legierungsmaterial 10A mit der Galvanisierschicht”) wird auf diese Weise gebildet. Obwohl die Chromschicht 30 ausgebildet wird, um die Oxidation der äußersten Oberfläche in der vorliegenden Ausführungsform zu verhindern, könnte die Chromschicht 30 in der Praxis nicht vorgesehen werden. Das Verfahren, um die Nickelschicht 20 auszubilden, ist nicht auf einen stromlosen Galvanisierprozess beschränkt und kann, wenn angemessen, geändert werden. Die Nickelschicht 20 kann durch ein Galvanisierverfahren oder ein Nickelpulveranhaftungsverfahren ausgebildet werden. 2 FIG. 12 is a schematic diagram showing the aluminum alloy material. FIG 10 shows which is a nickel layer 20 and a chrome layer 30 , which are formed by a first step, has. Here is the aluminum alloy material 10 which is in 1 is shown to have a strong affinity for oxygen, and therefore has a thin oxide coating (alumina layer) of about 100 angstroms on the surface. Because of the oxide layer, a plating layer which has good adhesion can not be directly on the surface of the aluminum alloy material 10 be formed. In the first step, the aluminum alloy material 10 first soaked in a zincate solution to remove the oxide coating. The aluminum alloy material 10 from which the oxide coating has been removed is placed in a plating solution in the next step, so that no new oxide coating is formed on the surface. A nickel layer 20 of 15 μm is then formed on the surface of the aluminum alloy material by an electroless plating method. A chrome layer 30 of 0.2 microns is then on the surface of the nickel layer 20 formed by a galvanizing process. The aluminum alloy material 10 which is the nickel layer 20 and the chrome layer 30 which is formed on this has (hereinafter called "the alloy material 10A with the electroplating layer ") is formed in this way. Although the chrome layer 30 is formed to prevent the oxidation of the outermost surface in the present embodiment, the chromium layer 30 not be provided in practice. The process to the nickel layer 20 is not limited to an electroless plating process and may be changed as appropriate. The nickel layer 20 can be formed by a plating method or a nickel powder adhering method.

Zweiter SchrittSecond step

3 ist ein schematisches Diagramm, welches ein gehärtetes Aluminiummaterial 10B, welches eine gehärtete Schicht T1, welche durch einen zweiten Schritt ausgebildet wurde, darstellt. Im zweiten Schritt wird zuerst eine Unterdruckkammer (Vakuumofen) mit einer Vakuumpumpe evakuiert, um den Druck in der Unterdruckkammer bis auf 0,1 Torr (ungefähr 13,3 Pa) oder weniger zu reduzieren, um den Sauerstoffpartialdruck im Inneren zu verringern. Der Druck in der Unterdruckkammer wird dann auf ungefähr 500 Torr (ungefähr 66500 Pa) mit einem inerten Gas Stickstoff wiederhergestellt. In diesem Zustand wird die Temperatur auf 450°C bis 500°C angehoben. Dies wird deswegen vorgenommen, weil Wärmeleitung durch Gaskonvention viel schneller ist als Aufheizen durch Strahlung im Vakuum. Nachdem die Temperatur auf 450°C bis 500°C durch Heizen der Umgebung angehoben wurde, wird der Druck in der Unterdruckkammer auf einen niedrigen Vakuumzustand von ungefähr 20 Pa (ungefähr 2 × 10–4 atm) verringert. Dies ist ein vorbereitender Schritt für eine Kreuzkupplungsreaktion. Dann wird die Temperatur in der Unterdruckkammer in der reduzierten Druckatmosphäre auf 550°C angehoben (in Massenproduktion sind bis 600°C erlaubt) und wird für 60 Minuten bis 90 Minuten gehalten. Währenddessen ionisieren Mg-Elemente im Aluminiumlegierungsmaterial 10A und diffundieren zur Nickelschicht 20 in der Oberflächenschicht des Aluminiumlegierungsmaterials 10A zusammen mit den ionisierten Al-Ionen in der Umgebung. In der Oberflächenschicht des Aluminiumlegierungsmaterials 10A unterliegen Al-Ionen, welche durch Mg-Ionen und Ni-Ionen geführt werden, einer Kreuzkupplungsreaktion, um kontinuierlich intermetallische Komponenten zu produzieren. Nachdem der Ofen auf 550°C für die Haltezeit von 60 Minuten bis 90 Minuten gehalten wurde, wird er auf 500°C bis 450°C unter der Vakuumatmosphäre heruntergekühlt. Das stetige Kühlen dient dazu, um eine Trennung der hergestellten intermetallischen Komponenten zu verhindern. Genauer gesagt muss wegen des Kühlens eine nennenswert starke Zugspannung zwischen der harten intermetallischen Komponentenschicht, welche durch die Kreuzkupplungsreaktion hergestellt wurde, und dem Kernbasismaterial, welches sich thermisch ausgedehnt hat, ausgeübt werden. Um die Spannung zwischen diesen zu verringern, muss die Kühlrate des Werkstücks klein gewählt werden. Wenn die Ofentemperatur ungefähr 500°C bis 450°C erreicht, wird der Druck auf 500 Torr wiederhergestellt, und der Ofen wird durch einen Ventilator gekühlt bis zum Bereich der Raumtemperatur, und dann wird der Druck bis zu atmosphärischem Druck wiederhergestellt. Das gewonnene gehärtete Aluminiummaterial 10B wird dann herausgenommen. Wenn ein Ionenvakuumofen benutzt wird, um einen Heizprozess mit einer Glimmentladung durchzuführen, ist es wünschenswert, einen externen Ionenvakuumofen mit Heizung zu verwenden, in welchem das Innere einer Unterdruckkammer von außen beheizt wird. In einem herkömmlichen Ionenvakuumofen wird ein Werkstück mit kleiner Masse nur auf eine festgesetzte Temperatur für die Dauer eines Ionensputterns aufgeheizt, bei welcher Elektrizität auf der Oberfläche des Werkstücks während der Glimmentladung abgeleitet wird, und es ist schwer, die festgesetzte Temperatur stetig zu halten. Ein Ionenvakuumofen, welcher ein Heizelement auf der Außenseite des Vakuumbehälters besitzt, ist daher notwendig, um Massenproduktionsteile, welche eine kleine Masse besitzen, einer Wärmebehandlung zu unterziehen. In diesem Fall kann das Werkstück, welches erhitzt werden soll (das Legierungsmaterial 10A mit der Galvanisierschicht), wärmebehandelt werden, ohne gekühlt zu werden, so dass der Heizprozess stabil durchgeführt werden kann. Der Heizprozess kann ebenfalls unter Benutzung eines Atmosphärenofens statt eines herkömmlichen Vakuumofens oder eines Ionenvakuumofens durchgeführt werden, solange die Oberflächenoxidation und die Länge der Wärmebehandlungszeit keine Rolle spielen. 3 FIG. 12 is a schematic diagram showing a hardened aluminum material. FIG 10B which is a hardened layer T1 formed by a second step. In the second step, first, a vacuum chamber (vacuum oven) is evacuated with a vacuum pump to reduce the pressure in the vacuum chamber to 0.1 torr (about 13.3 Pa) or less in order to reduce the oxygen partial pressure inside. The pressure in the vacuum chamber is then restored to about 500 torr (about 66,500 Pa) with an inert gas of nitrogen. In this condition, the temperature is raised to 450 ° C to 500 ° C. This is done because heat conduction by gas convention is much faster than heating by radiation in a vacuum. After raising the temperature to 450 ° C to 500 ° C by heating the environment, the pressure in the vacuum chamber is reduced to a low vacuum state of about 20 Pa (about 2 x 10 -4 atm). This is a preparatory step for a cross-coupling reaction. Then, the temperature in the reduced pressure chamber in the reduced pressure atmosphere is raised to 550 ° C (in mass production, allowed to 600 ° C) and held for 60 minutes to 90 minutes. Meanwhile, Mg elements ionize in the aluminum alloy material 10A and diffuse to the nickel layer 20 in the surface layer of the aluminum alloy material 10A together with the ionized Al ions in the environment. In the surface layer of the aluminum alloy material 10A Both Al ions, which are guided by Mg ions and Ni ions, undergo a cross-coupling reaction to be continuous to produce intermetallic components. After the oven is held at 550 ° C for the holding time of 60 minutes to 90 minutes, it is cooled down to 500 ° C to 450 ° C under the vacuum atmosphere. The continuous cooling serves to prevent separation of the produced intermetallic components. More specifically, because of the cooling, a considerably high tensile stress must be exerted between the hard intermetallic compound layer produced by the cross-coupling reaction and the core base material which has thermally expanded. To reduce the tension between them, the cooling rate of the workpiece must be set small. When the furnace temperature reaches approximately 500 ° C to 450 ° C, the pressure is restored to 500 Torr and the furnace is cooled by a fan to room temperature and then the pressure is restored to atmospheric pressure. The recovered hardened aluminum material 10B is then taken out. When an ion vacuum oven is used to perform a glow discharge glow process, it is desirable to use an external ion vacuum oven with heating in which the inside of a vacuum chamber is heated from the outside. In a conventional ion vacuum furnace, a small mass workpiece is heated only to a predetermined temperature for the duration of ion sputtering, at which electricity is dissipated on the surface of the workpiece during the glow discharge, and it is difficult to keep the set temperature steady. An ion vacuum oven having a heating element on the outside of the vacuum vessel is therefore necessary for heat-treating mass-produced parts having a small mass. In this case, the workpiece to be heated (the alloy material 10A with the plating layer) are heat-treated without being cooled, so that the heating process can stably be performed. The heating process may also be carried out using an atmosphere furnace instead of a conventional vacuum furnace or an ion vacuum furnace, as long as the surface oxidation and the length of the heat treatment time do not matter.

Hier wird der Grund, warum die Heiztemperatur auf 550°C festgesetzt wird, unter Bezug auf 4 erläutert. 4 ist ein Zustandsdiagramm einer binären Legierung aus Aluminium und Magnesium. Als erstes muss die Heiztemperatur eine Temperatur über der Soliduslinie SL, welche in 4 gezeigt wird, und unter einer Liquiduslinie LL, welche in 4 gezeigt wird, sein. Das heißt, dass die Temperatur nicht tiefer als 450°C und nicht höher als 660°C ist. Der Grund dafür ist, dass die feste Phase von Mg und Al geschmolzen wird und die Bewegung von ionisiertem Mg und Al im Basismaterial (das Aluminiumlegierungsmaterial 10) erleichtert wird. Der Schmelzpunkt von Al ist 660°C. Daher ändert sich Al vom festen zum flüssigen Zustand, wenn das Legierungsmaterial 10A mit der Galvanisierschicht nahe 660°C aufgeheizt wird, und das Basismaterial wird plastisch deformiert. Die Erfinder haben experimentell bestimmt, dass Rissbildung wahrscheinlich auftritt, wenn das Legierungsmaterial 10A mit der Galvanisierschicht mit den Bedingungen, welche oben beschrieben wurden, auf 480°C aufgeheizt wird. Die Erfinder haben daher herausgefunden, dass es in der vorliegenden Ausführungsform wünschenswert ist, dass das Legierungsmaterial 10A mit der Galvanisierschicht auf eine Temperatur von nicht weniger als 500°C und nicht mehr als 600°C aufgeheizt wird.Here, the reason why the heating temperature is set to 550 ° C, with reference to 4 explained. 4 is a state diagram of a binary alloy of aluminum and magnesium. First, the heating temperature has to be a temperature above the solidus line SL, which in 4 and under a liquidus line LL which is shown in FIG 4 will be shown. That is, the temperature is not lower than 450 ° C and not higher than 660 ° C. The reason for this is that the solid phase of Mg and Al is melted and the movement of ionized Mg and Al in the base material (the aluminum alloy material 10 ) is facilitated. The melting point of Al is 660 ° C. Therefore, Al changes from the solid to the liquid state when the alloy material 10A is heated with the galvanizing layer near 660 ° C, and the base material is plastically deformed. The inventors have experimentally determined that cracking is likely to occur when the alloy material 10A with the plating layer with the conditions described above is heated to 480 ° C. The inventors have therefore found that it is desirable in the present embodiment that the alloy material 10A is heated with the galvanizing to a temperature of not less than 500 ° C and not more than 600 ° C.

Der Grund, warum der Druck in der Unterdruckkammer auf ungefähr 20 Pa verringert ist, ist, dass der Heizprozess, welcher bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration durchgeführt wird, das gehärtete Aluminiummaterial 10B mit einer sauberen Oberfläche produzieren kann. Ein anderer Grund ist, dass die Mg-Ionen, welche im Basismaterial ionisiert werden, sich aktiv leichter bewegen können als wenn sie verdampfen, wodurch die Reaktionsprozesszeit verringert wird. Der Heizprozess muss jedoch nicht notwendigerweise in einem niedrigen Vakuumzustand wie 100 Pa oder weniger durchgeführt werden, und die Wärmebehandlung kann sogar unter Atmosphärenzustand durchgeführt werden, obwohl eine längere Prozesszeit und etwas Oxidation an der Oberfläche unvermeidbar sind.The reason why the pressure in the negative pressure chamber is reduced to about 20 Pa is that the heating process, which is performed at a low oxygen concentration, is the hardened aluminum material 10B can produce with a clean surface. Another reason is that the Mg ions that are ionized in the base material are able to move actively more easily than they evaporate, thereby reducing the reaction process time. However, the heating process need not necessarily be performed in a low vacuum state such as 100 Pa or less, and the heat treatment may be performed even under the atmospheric condition, although a longer process time and some surface oxidation are unavoidable.

Die Komponenten von Metallelementen im hergestellten gehärteten Aluminiummaterial 10B werden mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben. Das gehärtete Aluminiummaterial 10B wird durch Benutzung eines Rasterelektronenmikroskops und eines energiedispersiven Röntgenanalysators (SEM-EDX) analysiert. 7 ist ein Elektronenmikroskopiebild eines Oberflächenabschnitts des gehärteten Aluminiummaterials 10B, und 6 ist eine Komponententabelle, welche die Gewichts-% von Metallelementen in jedem Spektrum des gehärteten Aluminiummaterials 10B in der derzeitigen Ausführungsform zeigt. Hitachi-Hitec S-4800 & Horiba EX 350-act wird für SEM-EDX benutzt. Als eine Analysebedingung wird die Beschleunigungsspannung auf 20 kV festgelegt.The components of metal elements in the produced hardened aluminum material 10B be related to 6 and 7 described. The hardened aluminum material 10B is analyzed by using a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDX). 7 FIG. 12 is an electron micrograph of a surface portion of the hardened aluminum material. FIG 10B , and 6 is a component table showing the weight% of metal elements in each spectrum of the hardened aluminum material 10B in the current embodiment. Hitachi-Hitec S-4800 & Horiba EX 350-act is used for SEM-EDX. As an analysis condition, the acceleration voltage is set to 20 kV.

In 7 hat eine erste Schicht S1 auf der Oberfläche des gehärteten Aluminiummaterial 10B, das heißt, der Bereich der Spektren 1 bis 3, eine dunklere Farbe als eine zweite Schicht S2 darunter. Diese erste Schicht S1 ist ein extrem harter Abschnitt. Die zweite Schicht S2 unter der ersten Schicht S1, das heißt, der Bereich der Spektren 4 bis 8, hat eine hellere Farbe. Die zweite Schicht S2 ist ein Abschnitt, wo Eigenschaften der Nickelschicht 20 größtenteils belassen sind. Eine dritte Schicht S3 unter der zweiten Schicht S2, das heißt, der Bereich von Spektrum 9 bis 11, hat eine dunklere Farbe. Die dritte Schicht S3 ist ein Abschnitt, wo Eigenschaften des Basismaterials (das Aluminiumlegierungsmaterial 10) und Eigenschaften der Nickelschicht 20 vermischt sind.In 7 has a first layer S1 on the surface of the hardened aluminum material 10B that is, the range of spectra 1 to 3, a darker color than a second layer S2 below. This first layer S1 is an extremely hard section. The second layer S2 below the first layer S1, that is, the region of the spectra 4 to 8, has a lighter color. The second layer S2 is a portion where properties of the nickel layer 20 are left largely. A third layer S3 under the second layer S2, that is, the range of spectrum 9 to 11, has a darker color. The third layer S3 is a portion where properties of the base material (the aluminum alloy material 10 ) and properties of the nickel layer 20 are mixed.

6 zeigt die Tiefe (μm) von der Oberfläche und die Gewichts-% an Metallelementen für jedes Spektrum. Hier werden die erste Schicht S1, insbesondere die Gewichts-% von Mg, Al und Ni, beschrieben. Die erste Schicht S1 ist ein Abschnitt im Bereich der Spektren 1 bis 3, bei welchem die Tiefen von der Oberfläche 0,00 μm bis ungefähr 3,73 μm sind. Die erste Schicht S1 ist ein Abschnitt, in welchem die Chromschicht 30 von 0,2 mm auf der Oberfläche ausgebildet ist und die Nickelschicht 20 von 15 μm unter der Chromschicht 30 ausgebildet wird, bevor sie dem zweiten Schritt unterzogen wird. Die Gewichts-% von Cr werden ignoriert, weil die Chromschicht 30 eine extrem dünne Schicht ist. Bevor sie dem zweiten Schritt unterzogen wird, beinhaltet die erste Schicht S1 eine extrem hohe Menge (zum Beispiel 80% und mehr) an Ni wegen der Nickelschicht 20. Als Ergebnis des Unterziehens des zweiten Schrittes wird das Ni jedoch auf 20% oder weniger in der ersten Schicht S1 reduziert, wohingegen Al bis auf 70% oder mehr angehoben wird, wie in 6 gezeigt. Diese Phänomene ereignen sich eventuell, weil Mg-Elemente sich durch Verdampfung vom Inneren des Basismaterials zur Oberflächenschicht bewegen, während sie als Katalysator (Mg-Ionen) wirken und bleiben in der Oberflächenschicht in der Menge von 5% oder mehr. Weitere Diskussion wird weiter unten erfolgen. 6 shows the depth (μm) of the surface and the weight% of metal elements for each spectrum. Here, the first layer S1, in particular the weight% of Mg, Al and Ni, will be described. The first layer S1 is a portion in the range of spectra 1 to 3, in which the depths from the surface are 0.00 μm to about 3.73 μm. The first layer S1 is a portion in which the chromium layer 30 of 0.2 mm is formed on the surface and the nickel layer 20 of 15 microns under the chrome layer 30 is formed before it is subjected to the second step. The weight% of Cr is ignored because of the chrome layer 30 an extremely thin layer. Before undergoing the second step, the first layer S1 contains an extremely high amount (for example, 80% or more) of Ni due to the nickel layer 20 , However, as a result of undergoing the second step, the Ni is reduced to 20% or less in the first layer S1, whereas Al is increased up to 70% or more, as in FIG 6 shown. These phenomena may occur because Mg elements evaporate from the interior of the base material to the surface layer while acting as a catalyst (Mg ions) and remain in the surface layer in the amount of 5% or more. Further discussion will be given below.

Der Grund, warum 5% oder mehr Mg, welches kaum existiert hätte, bevor es dem zweiten Schritt unterzogen wurde, in der ersten Schicht S1 existiert, ist angenommenermaßen, dass ionisiertes Mg vom Inneren des Basismaterials sich im zweiten Schritt zur Oberflächenschicht bewegt. Der Grund, warum 70% oder mehr Al, welches kaum existiert hätte, bevor es dem zweiten Schritt unterzogen wurde, ist, dass Mg, welches sich vom Inneren des Basismaterials im zweiten Schritt hin zur Oberfläche bewegt, gleichzeitig als ein Katalysator wirkt, welcher beschleunigt, das Al im Inneren des Materials ionisiert und zur Oberflächenschicht diffundiert. Ni, welches im Überschuss vor Unterziehen des zweiten Schritts existieren würde, wird auf 20% oder weniger nach dem zweiten Schritt verringert. Dies geschieht, weil Ni im zweiten Schritt gleichzeitig mit der Bewegung von Mg und Al zum Inneren des Basismaterials diffundiert und wird mit Al im Basismaterial gekuppelt, um intermetallische Komponenten (AlmNin), wie AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, und Al3Ni5 zu produzieren. Hier ist 8 ein binäres Zustandsdiagramm von Aluminium und Nickel, welches die Beziehung zwischen Al und Ni zeigt, wobei die horizontale Achse das Verhältnis von jeweils Al und Ni in Gewichts-% zeigt, und die vertikale Achse die Temperatur zeigt. Wie dem binären Zustandsdiagramm, welches in 8 gezeigt wird, entnommen werden kann, werden fünf intermetallische Komponenten, wie oben beschrieben (AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, und Al3Ni5) hergestellt.The reason why 5% or more of Mg, which would have hardly existed before it undergoes the second step, exists in the first layer S1 is supposed to be that ionized Mg from the inside of the base material moves to the surface layer in the second step. The reason why 70% or more of Al, which would have hardly existed before being subjected to the second step, is that Mg moving from the inside of the base material in the second step to the surface simultaneously acts as a catalyst which accelerates that ionizes Al inside the material and diffuses to the surface layer. Ni, which would exist in excess before undergoing the second step, is reduced to 20% or less after the second step. This is because Ni in the second step simultaneously diffuses with the movement of Mg and Al toward the inside of the base material, and is coupled with Al in the base material to produce intermetallic compounds (Almin) such as AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, and Al3Ni5. Here is 8th a binary state diagram of aluminum and nickel showing the relationship between Al and Ni, wherein the horizontal axis shows the ratio of each of Al and Ni in weight%, and the vertical axis shows the temperature. Like the binary state diagram, which is in 8th 5, five intermetallic components as described above (AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, and Al3Ni5) are prepared.

Die zweite Schicht S2, insbesondere die Gewichts-% von Mg, Al und Ni, werden beschrieben. Die zweite Schicht S2 ist ein Abschnitt im Bereich der Spektren 4 bis 8, bei dem die Tiefen von der Oberfläche 5,53 μm bis 26,9 μm sind. Diese zweite Schicht S2 ist ein Abschnitt, in dem die Nickelschicht 20 im oberen Abschnitt S2a ausgebildet wird (im Rahmen der Spektren 4 und 5), und der untere Abschnitt S2b (im Rahmen der Spektren 6 bis 8) ist das Basismaterial vor Unterziehen des zweiten Schrittes. Der obere Abschnitt S2a der zweiten Schicht S2, beinhaltet vor Unterziehen des zweiten Schrittes daher eine extrem große Menge an Ni wegen der Nickelschicht 20. Der untere Abschnitt S2b der zweiten Schicht S2 beinhaltet vor dem Unterziehen des zweiten Schrittes eine extrem große Menge an Al wegen des Basismaterials. Als Ergebnis des Unterziehens des zweiten Schrittes beinhaltet die zweite Schicht S2 jedoch 30% oder mehr und 50% oder weniger Ni-Elemente, 70% oder weniger und 50% oder mehr Al-Elemente, und 5% oder weniger Mg-Elemente, wie in 6 gezeigt. Eine Diskussion basierend auf diesem Ergebnis wird weiter unten ausgeführt.The second layer S2, in particular the weight% of Mg, Al and Ni, will be described. The second layer S2 is a portion in the region of the spectra 4 to 8, in which the depths from the surface are 5.53 μm to 26.9 μm. This second layer S2 is a section in which the nickel layer 20 is formed in the upper portion S2a (in the spectra 4 and 5), and the lower portion S2b (in the spectra 6 to 8) is the base material before undergoing the second step. Therefore, the upper portion S2a of the second layer S2 includes an extremely large amount of Ni due to the nickel layer before undergoing the second step 20 , The lower portion S2b of the second layer S2 includes an extremely large amount of Al due to the base material before undergoing the second step. However, as a result of undergoing the second step, the second layer S2 includes 30% or more and 50% or less of Ni elements, 70% or less, and 50% or more Al elements, and 5% or less of Mg elements, as in 6 shown. A discussion based on this result will be made below.

Der Grund, warum die Menge an Mg in der zweiten Schicht S2 geringer ist als die in der ersten Schicht S1, ist, dass sich im zweiten Schritt eine große Menge an Mg vom Basismaterial zur ersten Schicht bewegt. Der Grund, warum der obere Abschnitt S2a der zweiten Schicht S2 70% oder weniger und 50% oder mehr Al-Elemente enthält, welche vor Unterziehen des zweiten Schrittes kaum existieren würden, ist der, dass Al sich vom Basismaterial und dem unteren Abschnitt S2b der zweiten Schicht S2 im zweiten Schritt bewegt. Der Grund, warum der untere Abschnitt S2b der zweiten Schicht S2 30% oder mehr und 50% oder weniger Ni enthält, welche kaum existieren würden vor Unterziehen des zweiten Schrittes, ist der, dass Ni sich von der ersten Schicht S1 und dem oberen Abschnitt S2a der zweiten Schicht S2 im zweiten Schritt bewegt.The reason why the amount of Mg in the second layer S2 is lower than that in the first layer S1 is that in the second step, a large amount of Mg moves from the base material to the first layer. The reason why the upper portion S2a of the second layer S2 contains 70% or less and 50% or more Al elements, which would hardly exist before undergoing the second step, is that Al differs from the base material and the lower portion S2b of FIG second layer S2 moves in the second step. The reason why the lower portion S2b of the second layer S2 contains 30% or more and 50% or less of Ni, which would hardly exist before undergoing the second step, is that Ni is different from the first layer S1 and the upper portion S2a the second layer S2 moves in the second step.

Die dritte Schicht S3, insbesondere die Gewichts-% von Mg, Al und Ni werden nun beschrieben. Die dritte Schicht S3 ist ein Abschnitt im Bereich der Spektren 9 bis 11, in dem die Tiefen von der Oberfläche 30,44 μm bis 38,9 μm betragen. Die dritte Schicht S3 ist ein Abschnitt, welcher ein Basismaterial vor Unterziehen des zweiten Schrittes ist. Die dritte Schicht S3 beinhaltet vor Unterziehen des zweiten Schrittes daher eine extrem große Menge von Al. Als ein Ergebnis des Unterziehens des zweiten Schrittes erhöhen sich jedoch die Gewichts-% an Al hin zur inneren Seite (von Spektrum 9 bis Spektrum 11) in der dritten Schicht S3, und Al ist 90% oder mehr in Spektrum 11, wie in 6 gezeigt. Wie in 7 gezeigt, nehmen die Gewichts-% an Ni hin zur inneren Seite in der dritten Schicht S3 ab, und Ni ist 1% oder weniger in Spektrum 11. Auf Grundlage davon nähert sich die dritte Schicht S3 dem Basismaterial im Hinblick auf seine Eigenschaften an und ist weniger vom Oberflächenhärtungsverfahren im zweiten Schritte hin zur inneren Seite beeinflusst.The third layer S3, in particular the weight% of Mg, Al and Ni will now be described. The third layer S3 is a portion in the range of the spectra 9 to 11, in which the depths from the surface are 30.44 to 38.9 μm. The third layer S3 is a portion which is a base material before undergoing the second step. Therefore, the third layer S3 includes an extremely large amount of Al before undergoing the second step. However, as a result of undergoing the second step, the weight% of Al increases toward the inner side (from spectrum 9 to spectrum 11) in FIG third layer S3, and Al is 90% or more in spectrum 11, as in 6 shown. As in 7 As shown, the weight% of Ni decreases toward the inner side in the third layer S3, and Ni is 1% or less in the spectrum 11. On the basis of this, the third layer S3 approximates the base material in terms of its properties and is less influenced by the surface hardening process in the second step towards the inner side.

Die Beziehung zwischen der Vickershärte (HV) und der Tiefe (μm) von der Oberfläche des gehärteten Aluminiummaterials 10B wird nun mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Härteübergangskurve des gehärteten Aluminiummaterials 10B, welche in 5 gezeigt wird, wird durch die folgende Methode erzeugt. Als erstes wird das gehärtete Aluminiummaterial 10B vertikal zur Oberfläche geschnitten, und die geschnittene Oberfläche wird poliert, um als Testoberfläche zu dienen. An Positionen, welche auf der Testoberfläche vermessen werden sollen, wird eine Messung sequentiell ausgeführt durch Vickershärtetests, während das gehärtete Aluminiummaterial 10B verschoben wird. Die Härteübergangskurve wird auf diese Weise erzeugt.The relationship between the Vickers hardness (HV) and the depth (μm) of the surface of the hardened aluminum material 10B will now be referring to 5 described. The hardness transition curve of the hardened aluminum material 10B , what a 5 is produced by the following method. First, the hardened aluminum material 10B cut vertically to the surface, and the cut surface is polished to serve as a test surface. At positions to be measured on the test surface, a measurement is made sequentially by Vickers hardness tests, while the hardened aluminum material 10B is moved. The hardness transition curve is generated in this way.

Wie in 5 gezeigt hat dieses gehärtete Aluminiummaterial 10B eine Vickershärte von 84 HV als das Basismaterial und eine Vickershärte von 95 HV bei einer Tiefe von 75 μm. Die gehärtete Schicht T1 des gehärteten Aluminiummaterials 10B ist eine Schicht, in der die intermetallischen Komponenten (AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, Al3Ni5) produziert werden. Der Oberflächenabschnitt ist sehr hart, weil die Vickershärte an der Oberfläche 780 HV beträgt und die Vickershärte bei einer Tiefe von 20 μm von der Oberfläche 742 HV beträgt. Das kann aus dem Verteilungszustand von Al und Ni im Bereich der ersten Schicht S1 (Spektrum 1 bis Spektrum 3) angenommen werden, welcher in 6 gezeigt ist. Die gehärtete Schicht T1 ist dick, und deren Härte nimmt stetig von der Oberfläche in das Innere ab, weil die Vickershärte 237 HV bei einer Tiefe von 50 μm von der Oberfläche beträgt. Das heißt, dass die Gewichts-% an Ni-Ionen für die Produktion einer intermetallischen Komponente (AlmNin) 30% oder weniger in einem Bereich werden, welcher 20 μm von der äußerstmöglichen Oberfläche übersteigt, und die Härte nimmt dann ab.As in 5 showed this hardened aluminum material 10B a Vickers hardness of 84 HV as the base material and a Vickers hardness of 95 HV at a depth of 75 μm. The hardened layer T1 of the hardened aluminum material 10B is a layer in which the intermetallic components (AlNi, Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3, Al3Ni5) are produced. The surface portion is very hard because the Vickers hardness at the surface is 780 HV and the Vickers hardness at a depth of 20 μm from the surface is 742 HV. This can be assumed from the distribution state of Al and Ni in the region of the first layer S1 (spectrum 1 to spectrum 3), which in 6 is shown. The hardened layer T1 is thick and its hardness steadily decreases from the surface to the inside because the Vickers hardness is 237 HV at a depth of 50 μm from the surface. That is, the weight% of Ni ions for the production of an intermetallic component (AlmNin) becomes 30% or less in a range exceeding 20 μm from the extremely possible surface, and the hardness then decreases.

Die Erfinder zogen es in Erwägung, dass der Grund, warum die gehärtete Schicht T1 wie oben beschrieben ausgebildet wird, in Zusammenhang mit Mg-Elementen steht, welche im Aluminiumlegierungsmaterial 10 enthalten sind. Die Erfinder führten denselben Oberflächenhärtungsprozess dann, wie im ersten Schritt und zweiten Schritt oben beschrieben, aus, wobei ein Aluminiumlegierungsmaterial 40, welches keine Mg-Elemente enthält, anstelle des Aluminiumlegierungsmaterials 10, welches Mg-Elemente enthält, verwendet wird, wobei ein gehärtetes Aluminiummaterial als ein Vergleichsbeispiel hergestellt wurde (im Nachfolgenden wird das gehärtete Aluminiummaterial 40B genannt). Das Aluminiumlegierungsmaterial 40, welches als ein Basismaterial benutzt wurde, ist dieses aus JIS 2011 und enthält 0,40 Gew.-% Si, 0,7 Gew,.% Fe, 5,0% bis 6,0 Gew.-% Cu, 0,3 Gew.-% Zn, und 0,2 bis 0.6 Gew.-% Pb oder 0,2 bis 0,6 Gew.-% Bi, wobei Al der Überschuss ist. Die Komponenten an Metallelementen im gehärteten Aluminiummaterial 40B werden mit Bezug auf 10 und 11 beschrieben.The inventors contemplated that the reason why the hardened layer T1 is formed as described above is related to Mg elements included in the aluminum alloy material 10 are included. The inventors then performed the same surface hardening process as described in the first step and second step above, using an aluminum alloy material 40 which does not contain Mg elements, instead of the aluminum alloy material 10 containing Mg elements is used, whereby a hardened aluminum material was prepared as a comparative example (hereinafter, the hardened aluminum material 40B called). The aluminum alloy material 40 which was used as a base material, this is out JIS 2011 and contains 0.40% by weight of Si, 0.7% by weight of Fe, 5.0% to 6.0% by weight of Cu, 0.3% by weight of Zn, and 0.2 to 0.6% by weight % Pb or 0.2-0.6 wt% Bi, where Al is the excess. The components of metal elements in the hardened aluminum material 40B be related to 10 and 11 described.

In 11 hat eine erste Schicht U1 auf der Oberfläche des gehärteten Aluminiummaterials 40B, das heißt, der Bereich der Spektren 1 bis 3, eine helle Farbe. Mit Bezug auf Spektren 1 bis 3 in 10 ist eine extrem hohe Menge an Ni enthalten, wohingegen kein Al enthalten ist. In 11 hat eine zweite Schicht U2 unter der ersten Schicht U1, das heißt, Spektrum 4, eine dunklere Farbe als die erste Schicht U1. Mit Bezug auf Spektrum 4 in 10 ist die Menge an Ni geringer als die in der ersten Schicht U1, wohingegen die Menge an Al größer ist als die in der ersten Schicht U1. Mit Bezug auf die Spektren 5 und 6 in 10 ist kaum Ni enthalten, wobei ein extrem hoher Anteil von Al enthalten ist. Basierend auf diesen diffundiert Al im gehärteten Aluminiummaterial 40B nicht vom Basismaterial hin zur Oberfläche wie im gehärteten Aluminiummaterial 10B, und eine große Menge an Ni, welche die Nickelschicht darstellt, verbleibt auf der Oberflächenseite.In 11 has a first layer U1 on the surface of the hardened aluminum material 40B , that is, the range of spectra 1 to 3, a bright color. With reference to spectra 1 to 3 in 10 is an extremely high amount of Ni, whereas no Al is contained. In 11 has a second layer U2 below the first layer U1, that is, spectrum 4, a darker color than the first layer U1. With reference to spectrum 4 in 10 For example, the amount of Ni is less than that in the first layer U1, whereas the amount of Al is larger than that in the first layer U1. With reference to spectra 5 and 6 in 10 is hardly contained Ni, with an extremely high proportion of Al is included. Based on these, Al diffuses in the hardened aluminum material 40B not from the base material to the surface as in the hardened aluminum material 10B and a large amount of Ni, which is the nickel layer, remains on the surface side.

Die Beziehung zwischen der Vickershärte (HV) und der Tiefe (μm) von der Oberfläche des gehärteten Aluminiummaterials 40B wird mit Bezug auf 9 beschrieben. Wie in 9 gezeigt, hat das gehärtete Aluminiummaterial 40B eine Vickershärte von 73 HV bis 79 HV als Basismaterial und hat eine Vickershärte von 64 HV bei einer Tiefe von 20 μm. Das gehärtete Aluminiummaterial 40B hat daher eine gehärtete Schicht, welche härter ist als das Basismaterial, bis zu einer Tiefe von ungefähr 15 μm von der Oberfläche. Das gehärtete Aluminiummaterial 40B hat jedoch ursprünglich eine Nickelschicht von 15 μm, und die Härte der gehärteten Schicht ist äquivalent zur Härte der Nickelschicht. Die gehärtete Schicht ist daher nicht diejenige, die neu durch den zweiten Schritt ausgebildet wird, sondern die Nickelschicht wird so belassen wie sie ist.The relationship between the Vickers hardness (HV) and the depth (μm) of the surface of the hardened aluminum material 40B is related to 9 described. As in 9 shown has the hardened aluminum material 40B a Vickers hardness of 73 HV to 79 HV as the base material and has a Vickers hardness of 64 HV at a depth of 20 microns. The hardened aluminum material 40B Therefore, it has a hardened layer which is harder than the base material to a depth of about 15 μm from the surface. The hardened aluminum material 40B however, originally has a nickel layer of 15 μm, and the hardness of the hardened layer is equivalent to the hardness of the nickel layer. The hardened layer is therefore not the one newly formed by the second step, but the nickel layer is left as it is.

Der Betrieb und Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei der in einer Atmosphäre von hoher Temperatur geheizt wurde, ionisieren Mg-Elemente, welche einen niedrigen Dampfdruck haben, und diffundieren aktiv hin zur Oberflächenschicht. Während der Diffusion führen die ionisierten Mg-Elemente die ionisierten Al-Elemente in der Umgebung, dass sie sich zur Oberflächenschicht bewegen. Die Al-Ionen, welche zur Oberflächenschicht geführt wurden, werden mit Ni-Elementen, welche in der Oberflächenschicht ionisiert wurden, gekuppelt, um intermetallische Komponenten mit hoher Härte (AlmNin) zu produzieren. Das heißt, dass Mg-Elemente als ein Katalysator in einer Atmosphäre von hoher Temperatur wirken und es erlauben, dass die ionisierten Al-Elemente und Ni-Elemente einer Kreuzkupplungsreaktion unterzogen werden, um intermetallische Komponenten mit hoher Härte herzustellen. Als Ergebnis ist die Tiefe der gehärteten Schicht T1 mehr als 1,5 mal so hoch wie die Dicke einer gehärteten Schicht, welche zum Beispiel durch herkömmliches Galvanisieren gewonnen wird, so dass das gehärtete Aluminiummaterial 10B, welches die dicke gehärtete Schicht T1 besitzt, in einer solchen Weise hergestellt werden kann, dass die Härte hin zur Innenseite abnimmt.The operation and effects of the present embodiment will be described. According to the present embodiment, which has been heated in a high-temperature atmosphere, Mg elements having a low vapor pressure ionize and actively diffuse toward the surface layer. During diffusion, the ionized Mg elements cause the ionized Al elements in the environment to move toward the surface layer. The Al ions, which to Surface layer are coupled with Ni elements which have been ionized in the surface layer to produce high hardness intermetallic components (AlmNin). That is, Mg elements act as a catalyst in a high-temperature atmosphere and allow the ionized Al elements and Ni elements to undergo cross-coupling reaction to produce high-hardness intermetallic compounds. As a result, the depth of the hardened layer T1 is more than 1.5 times as thick as the thickness of a hardened layer obtained by, for example, conventional plating, so that the hardened aluminum material 10B having the thick hardened layer T1 can be made in such a manner that the hardness decreases toward the inside.

Das gehärtete Aluminiummaterial 10B, welches gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt ist, kann für Automobilbauteile wie Zylinder und Ventile verwendet werden, welche Reibung wegen Gleiten oder ähnlichem ausgesetzt sind. Der Oberflächenabschnitt des gehärteten Aluminiummaterials 10B ist sehr hart, weil die Vickershärte 750 HV oder mehr an der Oberfläche beträgt, und die Vickershärte 700 HV oder mehr bei einer Tiefe von mindestens 20 μm von der Oberfläche beträgt. Insbesondere ist die gehärtete Schicht T1 dick, da die Vickershärte 200 HV oder mehr bei einer Tiefe von mindestens 50 μm von der Oberfläche ist, und die Härte der gehärteten Schicht T1 nimmt stetig von der Oberfläche ins Innere hinein ab. Dementsprechend nutzt sich, selbst wenn dieses gehärtete Aluminiummaterial 10B an Stellen benutzt wird, bei denen Gleitreibung extrem hoch ist, die gehärtete Schicht T1 nicht schnell ab, was wünschenswert hinsichtlich Produktsicherheit ist. Selbst wenn Torsion oder ähnliches ausgeübt werden, ist es unwahrscheinlich, dass Rissbildung oder Abtrennung an der Grenze der gehärteten Schicht auftreten. Obwohl Armbanduhrenbänder aus Edelstahl, welche aus austenitischen Edelstahlmaterialien hergestellt sind, herkömmlich benutzt worden sind, sind diese relativ schwer und weich an der Oberfläche, so dass sie leicht beschädigt werden können. Wenn das hergestellte gehärtete Aluminiummaterial 10B für Armbanduhrenbänder verwendet wird, können ideale Waren, welche leichtgewichtig und resistent gegen Beschädigung sind, erwartet werden, weil die Oberfläche eine Vickershärte von 750 HV oder mehr wegen den intermetallischen Komponenten (AlmNin) besitzt.The hardened aluminum material 10B , which is manufactured according to the present embodiment, can be used for automotive components such as cylinders and valves, which are exposed to friction due to sliding or the like. The surface portion of the hardened aluminum material 10B is very hard because the Vickers hardness is 750 HV or more at the surface, and the Vickers hardness is 700 HV or more at a depth of at least 20 μm from the surface. In particular, the hardened layer T1 is thick because the Vickers hardness is 200 HV or more at a depth of at least 50 μm from the surface, and the hardness of the hardened layer T1 steadily decreases from the surface to the inside. Accordingly, even if this is hardened aluminum material, it will wear out 10B is used in places where sliding friction is extremely high, the hardened layer T1 does not degrade quickly, which is desirable in terms of product safety. Even if torsion or the like is applied, cracking or separation at the boundary of the hardened layer is unlikely to occur. Although stainless steel wristbands made of austenitic stainless steel materials have been conventionally used, they are relatively heavy and soft on the surface so that they are easily damaged. When the prepared hardened aluminum material 10B For wrist watch bands, ideal goods which are lightweight and resistant to damage can be expected because the surface has a Vickers hardness of 750 HV or more because of the intermetallic components (AlmNin).

Die Erfinder führten den Oberflächenhärtungsprozess im zweiten Schritt mit einem Aluminiumlegierungsmaterial 10, welches nur die Chromschicht 30 von 15 μm besitzt, anstelle des Aluminiumlegierungsmaterials 10 durch, welches die Nickelschicht 20 von 15 μm und die Chromschicht 30 von 0,2 μm besitzt. In diesem Fall wurde, obwohl die Vickershärte der äußersten Oberfläche der Chromschicht 30 1048 HV beträgt, die gehärtete Schicht des hergestellten gehärteten Aluminiummaterials durch Abtrennung zerstört. Die Erfinder haben dadurch die Gültigkeit des Oberflächenhärtungsprozesses im zweiten Schritt beim Aluminiumlegierungsmaterial 10, welches die Nickelschicht 20 besitzt, welche auf diesem gebildet wird, bestätigt.The inventors conducted the surface hardening process in the second step with an aluminum alloy material 10 which only the chrome layer 30 of 15 μm instead of the aluminum alloy material 10 through which the nickel layer 20 of 15 microns and the chromium layer 30 of 0.2 μm. In this case, though the Vickers hardness became the outermost surface of the chrome layer 30 1048 HV, the hardened layer of the produced hardened aluminum material is destroyed by separation. The inventors thereby have the validity of the surface hardening process in the second step in the aluminum alloy material 10 which is the nickel layer 20 own formed on this confirms.

Wenn die Dicke der Nickelschicht 20 ansteigt und die Heiztemperatur fällt, steigt die Zeitdauer, welche die Mg-Ionen und Al-Ionen im Basismaterial benötigen, um hin zur Oberfläche der Nickelschicht 20 zu diffundieren, an. Eine vorbestimmte Zeit zum Heizen und Halten des Legierungsmaterials 10A mit der Galvanisierschicht wird daher ausgewählt, basierend auf der Dicke der Nickelschicht 20 und der Heiztemperatur, berücksichtigend die Zeitdauer, welche die Mg- und Al-Ionen im Basismaterial benötigen, um zur Oberfläche der Nickelschicht 20 zu diffundieren, und für Ni-Ionen in der Nickelschicht 20, um hin zur Innenseite des Basismaterials zu diffundieren.When the thickness of the nickel layer 20 As the temperature rises and the heating temperature drops, the time required for the Mg ions and Al ions in the base material to increase toward the surface of the nickel layer increases 20 to diffuse. A predetermined time for heating and holding the alloy material 10A with the plating layer is therefore selected based on the thickness of the nickel layer 20 and the heating temperature, taking into account the time it takes for the Mg and Al ions in the base material to reach the surface of the nickel layer 20 to diffuse, and for Ni ions in the nickel layer 20 to diffuse towards the inside of the base material.

Obwohl das Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials gemäß der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf limitiert, und zahlreiche Modifikationen können vorgenommen werden in einem Bereich, welcher nicht vom Ziel der Erfindung abweicht. Zum Beispiel, ist das Verfahren des Entfernens der Oxidschicht auf dem Aluminiumlegierungsmaterial 10 nicht auf ein Verfahren beschränkt, in welchem es in einer Zinkatlösung eingeweicht wird, und die Oxidschicht kann zum Beispiel durch einen Sputterprozess entfernt werden.Although the method for producing a hardened aluminum material according to the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made in a range not departing from the scope of the invention. For example, the method of removing the oxide layer on the aluminum alloy material 10 is not limited to a method in which it is soaked in a zincate solution, and the oxide layer can be removed by, for example, a sputtering process.

Die Dicke der Chromschicht 30 (0,2 μm), die Heiztemperatur (550°C), der Druck in der Unterdruckkammer (ungefähr 20 Pa), und die Prozesszeit des zweiten Schrittes (60 Minuten bis 90 Minuten) sind nicht auf die oben beschriebenen numerischen Werte beschränkt und können angemessen verändert werden. Die Nickelschicht 20, welche eine Dicke von 15 μm besitzt, ist in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet. Jedoch kann, solange die Nickelschicht 20 eine Dicke von 10 μm oder mehr besitzt, eine gehärtete Schicht an intermetallischer Komponente von 15 μm gebildet werden, welche mindestens 1,5 mal dicker ist. Daher kann die Dicke der Nickelschicht 20 angemessen verändert werden, solange sie 10 μm oder mehr beträgt.The thickness of the chrome layer 30 (0.2 μm), the heating temperature (550 ° C), the pressure in the vacuum chamber (about 20 Pa), and the process time of the second step (60 minutes to 90 minutes) are not limited to the numerical values described above and can be changed appropriately. The nickel layer 20 which has a thickness of 15 μm is formed in the present embodiment. However, as long as the nickel layer 20 has a thickness of 10 μm or more, a hardened layer of 15 μm intermetallic component is formed, which is at least 1.5 times thicker. Therefore, the thickness of the nickel layer 20 can be appropriately changed as long as it is 10 μm or more.

Die Zeit und die Dicke, in der die gehärtete Schicht mit hoher Härte von intermetallischen Komponenten hergestellt wird, werden durch die Wärmebehandlungszeit (die Temperatur von nicht weniger als 500°C und nicht mehr als 600°C) bestimmt, und die Haltezeit soll festgelegt werden. Obwohl die thermische Ausdehnung und Schrumpfrate des Aluminiumlegierungsmaterials, welches als Basismaterial dient, groß sind, sind die thermische Ausdehnung und die Schrumpfrate der hergestellten gehärteten Schicht extrem klein. Dementsprechend werden eine Zugfestigkeit A1 der Oberflächenschicht und eine Zugspannung B1 wegen des Schrumpfens des nicht gehärteten Anteils zwischen der Oberflächenschicht (der gehärteten Schicht), welche gehärtet wurde, und dem nicht gehärteten Abschnitt des Basismaterials, ausgeübt, wenn die Wärmebehandlung beendet wurde, und das Werkstück wird auf Raumtemperatur heruntergekühlt. Wenn die Zugspannung B1 größer ist als die Zugfestigkeit A1, kann die gehärtete Schicht eventuell abgetrennt werden. Die Dicke der Nickelschicht, welche auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials ausgebildet werden soll, wird daher durch eine Berechnung der Zugspannung B1 bei der halben Dicke des Aluminiumlegierungsmaterials und der Berechnung der Zugfestigkeit A1, welche die Zugspannung B1 übersteigt, bestimmt.The time and thickness in which the hardened layer having high hardness of intermetallic components is produced are determined by the heat treatment time (the temperature of not less than 500 ° C and not more than 600 ° C), and the holding time should be set , Although the thermal expansion and shrinkage rate of the aluminum alloy material used as the base material When used, the thermal expansion and shrinkage rate of the produced cured layer are extremely small. Accordingly, a tensile strength A1 of the surface layer and a tensile stress B1 due to shrinkage of the uncured portion between the surface layer (the hardened layer) which has been hardened and the uncured portion of the base material are exerted when the heat treatment is finished, and the workpiece is cooled down to room temperature. If the tensile stress B1 is greater than the tensile strength A1, the hardened layer may be separated. Therefore, the thickness of the nickel layer to be formed on the surface of the aluminum alloy material is determined by calculating the tensile stress B1 at half the thickness of the aluminum alloy material and calculating the tensile strength A1 exceeding the tensile stress B1.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
AluminiumlegierungsmaterialAluminum alloy material
10A10A
Legierungsmaterial mit GalvanisierschichtAlloy material with galvanizing layer
10B10B
gehärtetes Aluminiummaterialhardened aluminum material
T1T1
gehärtete Schichthardened layer
S1S1
erste Schichtfirst shift
S2S2
zweite Schichtsecond layer
S3S3
dritte Schichtthird layer
2020
Nickelschichtnickel layer
3030
Chromschichtchromium layer
4040
AluminiumlegierungsmaterialAluminum alloy material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • JIS 6061 [0022] JIS 6061 [0022]
  • JIS 5000 oder 6000 Serie [0022] JIS 5000 or 6000 series [0022]
  • JIS 2011 [0036] JIS 2011 [0036]

Claims (4)

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials, bei dem ein Aluminiumlegierungsmaterial, welches Magnesiumelemente enthält, oberflächengehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen ersten Schritt, um eine Oxidschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials zu entfernen und danach eine Nickelschicht von 10 μm oder mehr auszubilden; und einen zweiten Schritt, bei dem das Aluminiumlegierungsmaterial, welches die Nickelschicht, welche auf dieser ausgebildet ist, besitzt, auf eine Temperatur von nicht weniger als 500°C und nicht mehr als 600°C aufgeheizt wird und das Aluminiumlegierungsmaterial bei der Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird.A method of producing a hardened aluminum material in which an aluminum alloy material containing magnesium elements is surface-hardened, characterized by comprising: a first step of removing an oxide layer on a surface of the aluminum alloy material and thereafter forming a nickel layer of 10 μm or more ; and a second step of heating the aluminum alloy material having the nickel layer formed thereon to a temperature of not less than 500 ° C and not more than 600 ° C and heating the aluminum alloy material at the temperature for a predetermined time Time is kept. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt das Aluminiumlegierungsmaterial bei der Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird, basierend auf einer Dicke der Nickelschicht und der Temperatur des Heizens, bis Magnesiumionen und Aluminiumionen in einem Basismaterial hin zu einer Oberfläche der Nickelschicht diffundieren.A method of producing a hardened aluminum material according to claim 1, characterized in that in the second step, the aluminum alloy material is held at the temperature for a predetermined time, based on a thickness of the nickel layer and the temperature of heating, up to magnesium ions and aluminum ions in a base material diffuse to a surface of the nickel layer. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt das Aufheizen in einer Unterdruckkammer durchgeführt wird in einem niedrigen Vakuumzustand von 100 Pa oder weniger.A method of producing a hardened aluminum material according to claim 1 or 2, characterized in that in the second step, the heating is carried out in a vacuum chamber in a low vacuum state of 100 Pa or less. Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Aluminiummaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt das Aufheizen mit einer Glimmentladung durchgeführt wird, wobei ein externer Ionenvakuumofen mit Heizung verwendet wird.A method for producing a hardened aluminum material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the second step, the heating is carried out with a glow discharge, wherein an external ion vacuum furnace is used with heating.
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