DE102017104090B4

DE102017104090B4 - Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis

Info

Publication number: DE102017104090B4
Application number: DE102017104090.0A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Murakami; Masahiro Fujita; Muneaki Nakamura
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: DE102017104090A1; CN107164662B; US20170254294A1; US10428762B2; CN107164662A

Abstract

Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis, das wenigstens unlösliche Siliciumpartikel enthält, wobei ein poröser Oxidfilm auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis ausgebildet ist und der Oxidfilm wenigstens eine Pore aufweist, die sich von der Oberfläche nach innen in Richtung der Dicke des Oxidfilms erstreckt, und sich ein innerhalb der unlöslichen Siliciumpartikel vorhandener Hohlraum in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis und insbesondere eine Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis, das einen porösen Oxidfilm auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis einschließt.
[Stand der Technik]
Zur Verbesserung der wärmeisolierenden Eigenschaften und der wärmeabschirmenden Eigenschaften eines Elements auf Aluminiumbasis, das in einem Fahrzeug und dergleichen verwendet wird, wird herkömmlicherweise ein anodischer Oxidfilm mit einer Pore im Inneren auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis gebildet.
Beispielsweise beschreibt die Patentliteratur 1 eine Anordnung, die einen anodischen Oxidfilm mit einer niedrigen Wärmeleitung und einer niedrigen volumenspezifischen Wärmekapazität auf einem Teil oder der Gesamtheit einer Wandfläche, die einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors gegenüberliegt. Gemäß dieser Patentliteratur 1 liegt die Filmdicke dieses anodischen Oxidfilms innerhalb eines Bereichs von 30 bis 170 µm, und erweist eine erste Mikropore mit einem Durchmesser mit Mikrogröße, die sich von einer Fläche des anodischen Oxidfilms in Dickenrichtung oder im Wesentlichen in Dickenrichtung nach innen erstreckt, eine Nanopore mit einem Durchmesser mit Nanogröße und eine zweite Mikropore auf, die sich innerhalb des anodischen Oxidfilms befindet und einen Durchmesser mit Mikrogröße aufweist. Darüber hinaus weist er eine Struktur auf, in der wenigstens ein Teil der ersten Mikropore und der Nanopore durch ein Verdichtungsmittel verdichtet ist, aber wenigstens ein Teil der zweiten Mikropore nicht verdichtet ist.
Darüber hinaus enthält gemäß Patentliteratur 1 ein Material auf Aluminiumbasis, das eine Wandfläche auf Aluminiumbasis formt, wenigstens eines der Elemente Si, Cu, Mg, Ni und Fe als Legierungskomponente.
Es ist beschrieben, dass dadurch, dass im Material auf Aluminiumbasis die Legierungskomponente enthalten ist oder insbesondere dadurch, dass wenigstens eines der Elemente Si, Cu, Mg, Ni und Fe als Legierungskomponente enthalten ist, der Durchmesser oder eine Teilabmessung der Mikropore die Neigung aufweist, weiter zuzunehmen, die Ausdehnung des Durchmessers der Mikropore gefördert wird und die Porosität verbessert werden kann.
Aus der US 2014 / 0 076 263 A1 ist eine Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis bekannt, das Siliciumpartikel enthält und wobei auf dem Element eine Oxidschicht ausgebildet ist.
[Liste der Anführungen]
[Patentliteratur]
[Patentliteratur 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2015 - 31 226 A und internationale Patentanmeldung WO 2015 / 019 145 A2
[Kurzbeschreibung der Erfindung]
[Von der Erfindung zu lösende Probleme]
Um dem Material auf Aluminiumbasis jedoch weitere wärmeisolierende Eigenschaften und wärmeabschirmende Eigenschaften zu verleihen, müssen die Poren innerhalb des anodischen Oxidfilms vergrößert werden, wobei bei einer in der oben erwähnten Patentliteratur 1 beschriebenen Technik die ersten Mikroporen und die zweiten Mikroporen in einigen Fällen jedoch verbunden sind, wenn die Poren vergrößert werden. Darüber hinaus ist es aufgrund der Wirkung der Oberflächenspannung des Verdichtungsmittels schwierig, die Porenverdichtungsbehandlung so auszuführen, dass nicht nur die zweiten Mikroporen verdichtet werden. Weil darüber hinaus die zweiten Mikroporen in einem unteren Teil des anodischen Oxidfilms in großer Menge vorhanden sind, bestehen Bedenken, dass Wärme auf der Oberflächenseite des anodischen Oxidfilms zurückgehalten wird.
Darüber hinaus wird die Oxidationsbehandlung des Standes der Technik im Allgemeinen mittels Gleichstromelektrolyse durchgeführt, obwohl es verschiedene Elektrolysebedingungen hinsichtlich der Spannung und des Stroms gibt. Bei dieser Gleichstromelektrolyse kann der Porendurchmesser durch Steuern der Spannung gesteuert werden. Als Verfahren zum Erhalt einer Wirkung der wärmeisolierenden Eigenschaften ist eine Pore mit Nanogröße in einer mittels Gleichstromelektrolyse gezogenen säulenförmigen Struktur von Aluminiumoxid verwendet worden, und sein Volumenanteil im Film betrug im Fall eines Schwefelsäurebades nur etwa 20 %. Somit ist eine Behandlung zur Vergrößerung des Porendurchmessers durchgeführt worden, indem eine Komponente des Elektrolysebades, eine Elektrolysebedingung, die Temperatur und dergleichen der anodischen Oxidationsbehandlung und dergleichen geändert wurden, und durch Eintauchen in eine Dotierungslösung nach der anodischen Oxidationsbehandlung.
Bei einer solchen Behandlung zur Vergrößerung des Porendurchmessers wurde Oxalsäure oder Phosphorsäure anstelle von Schwefelsäure verwendet, um die Porosität der Säulenstruktur zu erhöhen. Durch die Verwendung von Oxalsäure oder Phosphorsäure kann sich die angelegte Spannung jedoch stärker erhöhen als bei Schwefelsäure, weil die Wärmeerzeugung während der Behandlung aber groß wird, kann die Stromdichte nicht so stark erhöht werden, und es bestand das Problem der Erniedrigung der Filmbildungsgeschwindigkeit, was für ein Verdicken des Films nicht geeignet war. Weil die Behandlung zur Vergrößerung des Porendurchmessers darüber hinaus ein Verfahren zum chemischen Schmelzen von Aluminiumoxid der Säulenstruktur darstellt, wird die Filmoberfläche vergröbert, was einen Prozess zur Behandlung mit einer Dotierungslösung und die Prozesssteuerung dafür erhöht und die Herstellung aufwändig macht.
Daher besteht ein Bedarf an der Herstellung eines anodischen Oxidationsfilms mit hoher Porosität (hier werden die Poren mit Nanogröße und die Poren mit Mikrogröße gemeinsam als Poren bezeichnet) mittels eines Schwefelsäurebades mit hoher Filmbildungsgeschwindigkeit. Zur Erfüllung eines solchen Bedarfs wird in der in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik die Mikropore so erweitert, dass eine hohe Porosität gewährleistet ist, wobei wenigstens eines der Elemente Si, Cu, Mg, Ni und Fe als Legierungskomponente enthalten ist. In diesem Fall ist Si in vielen Fällen insbesondere mit dem Zweck enthalten, die Konzentration von Aluminiumkomponenten in diesen Legierungskomponenten zu erhöhen. Dieses unlösliche Siliciumpartikel mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit weist jedoch dahingehend einen Nachteil auf, als es Wärme schnell zum Film leitet, wobei die Form nach dem Gießen beibehalten wird.
Weiterhin ist es in demjenigen Fall, in dem die Mikropore nur dadurch vergrößert wird, dass wenigstens eines der Elemente Si, Cu, Mg, Ni und Fe als Legierungskomponente enthalten ist, schwierig, eine hohe Porosität zu gewährleisten, die ausreichende wärmeisolierende Eigenschaften und wärmeabschirmende Eigenschaften ergibt.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Hinblick auf diese Umstände gemacht, und ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis, das die Wärmerückhaltung auf der Oberflächenseite des Oxidfilms reduzieren kann und die wärmeisolierenden Eigenschaften und die wärmeabschirmenden Eigenschaften des Elements auf Aluminiumbasis weiter verbessern kann.
[Mittel zur Lösung der Probleme]
Zur Lösung des oben erwähnten Problems wird in einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Element auf Aluminiumbasis, das wenigstens eine Siliciumzusammensetzung enthält, in der beispielsweise 8,0 Gew.-% oder mehr Si vorhanden sind und die Gesamtmenge von Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe 2,9 Gew.-% oder mehr beträgt und der restliche Teil aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, ein poröser Oxidfilm auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis bereitgestellt, und der Oxidfilm so aufgebaut ist, dass er wenigstens eine Pore, die sich von der Oberfläche nach innen in Richtung der Dicke des Oxidfilms erstreckt, und einen innerhalb der Siliciumzusammensetzung vorhandenen Hohlraum aufweist, der in sich einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms ist. Bei Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe handelt es sich um Zusammensetzungen, die in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert wird, wenn der Oxidfilm erzeugt wird.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die mittlere Länge des Hohlraums in Richtung der Dicke des Oxidfilms größer als der mittlere Durchmesser der Pore ist.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die Länge der im Element auf Aluminiumbasis enthaltenen Siliciumzusammensetzung in Richtung der Dicke des Oxidfilms 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger beträgt.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass das Element auf Aluminiumbasis 8 Gew.-% oder mehr und 30 Gew.-% oder weniger der Siliciumzusammensetzung enthält.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass das Element auf Aluminiumbasis eine Zusammensetzung enthält, die in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert wird, wenn der Oxidfilm erzeugt wird.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die Dichte des Oxidfilms 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr und 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die Porosität des Oxidfilms 70 % oder mehr und 90 % oder weniger beträgt.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 0,65 W/m.K oder weniger beträgt.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses so aufgebaut, dass die Poren durch ein Verdichtungsprodukt verdichtet sind.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Element, das einen Verbrennungsmotor darstellt, vom Element auf Aluminiumbasis gebildet.
[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
In der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem beispielsweise 8,0 Gew.-% oder mehr Si vorhanden sind und die Gesamtmenge von Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe 2,9 Gew.-% oder mehr beträgt und der restliche Teil aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, können die Poren innerhalb des Oxidfilms in großer Menge vorhanden sein, weil der Oxidfilm auf der Oberfläche des Elements auf Aluminiumbasis wenigstens eine Pore aufweist, die sich von der Oberfläche nach innen in Richtung der Dicke des Oxidfilms erstreckt, und innerhalb der Siliciumzusammensetzung ein Hohlraum vorhanden ist, der in sich einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms ist. Als Ergebnis können die wärmeisolierenden Eigenschaften und die wärmeabschirmenden Eigenschaften des Oxidfilms weiter verbessert werden, und weil der Hohlraum innerhalb der Siliciumzusammensetzung vorhanden ist, kann das Füllen des Spalts in einem Porenverdichtungsbehandlungsprozess erschwert werden. Dies ist so, weil die Benetzbarkeit von Aluminiumoxid, einem Metalloxid, durch das Verdichtungsmittel höher als diejenige von Silicium, einem Metall, ist und das Verdichtungsmittel leichter eindringen kann. Weil die Siliciumzusammensetzung darüber hinaus im Element auf Aluminiumbasis gleichmäßig vorhanden ist, kann der Hohlraum im Oxidfilm gleichmäßig bereitgestellt werden und kann die Wärmerückhaltung im Oxidfilm über das Innere des Films gleichmäßig unterdrückt werden. Weiterhin kann die Siliciumzusammensetzung in einem Fall, in dem das Element auf Aluminiumbasis 8 Gew.-% oder mehr der Siliciumzusammensetzung enthält, vergröbert werden, und können Hohlräume in großer Zahl innerhalb der Siliciumzusammensetzung gebildet werden. Indem gleichzeitig 2,9 Gew.-% der Gesamtmenge der Metallzusammensetzungen von Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe im Element auf Aluminiumbasis enthalten sind, können viele Hohlräume, die für wärmeisolierende Eigenschaften und wärmeabschirmende Eigenschaften wirksam sind, gebildet werden, weil die Metallzusammensetzungen bei der Erzeugung des Oxidfilms in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert werden und der Teil einen Hohlraum bildet.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann die von der Oberfläche des Oxidfilms abgeleitete Wärme durch den Hohlraum im Inneren der Siliciumzusammensetzung wirksam abgeschirmt werden, weil sie so aufgebaut ist, dass die mittlere Länge des Hohlraums in Richtung der Dicke des Oxidfilms größer als der mittlere Durchmesser der Pore ist.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Belastung pro Flächeneinheit gegenüber einer Zugbeanspruchung um die Siliciumzusammensetzung erhöht werden, indem die Länge in Richtung der Dicke des Oxidfilms auf 40 µm oder weniger eingestellt wird, weil sie so aufgebaut ist, dass die Länge der im Element auf Aluminiumbasis enthaltenen Siliciumzusammensetzung in Richtung der Dicke des Oxidfilms 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger beträgt. Darüber hinaus kann durch das Einstellen der mittleren Länge der im Element auf Aluminiumbasis enthaltenen Siliciumzusammensetzung in Richtung der Dicke des Oxidfilms auf 1 µm oder mehr der Hohlraum innerhalb der Siliciumverbindung leichter erzeugt werden, wenn der Oxidfilm zu bilden ist.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Siliciumverbindung vergröbert werden und kann der Hohlraum im Inneren der Siliciumverbindung leichter erzeugt werden, wenn der Oxidfilm zu bilden ist, indem die Gew.-% der Siliciumzusammensetzung auf 8 Gew.-% oder mehr eingestellt werden, weil sie so aufgebaut ist, dass das Element auf Aluminiumbasis 8 Gew.-% oder mehr und 30 Gew.-% oder weniger der Siliciumverbindung enthält. Wenn die Menge der Siliciumverbindung darüber hinaus 30 Gew.-% oder weniger beträgt, kann das Element auf Aluminiumbasis mit einer günstigen Bearbeitbarkeit leicht bearbeitet werden, was praktisch ist.
Weil das Element auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung im Aspekt einer Oberflächenstruktur so aufgebaut ist, dass eine Zusammensetzung, die beim Erzeugen des Oxidfilms in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert wird, im Element auf Aluminiumbasis enthalten ist, werden diese Zusammensetzungen beim Bilden des Oxidfilms in die Behandlungsflüssigkeit eluiert, und Stellen, an denen diese Zusammensetzungen vorhanden waren, werden zu Poren des Oxidfilms, und somit kann die Porosität im Oxidfilm verbessert werden. Als Zusammensetzung, die in die Behandlungsflüssigkeit eluiert wird, wenn der Oxidfilm zu bilden ist, können (unter der Annahme, dass beispielsweise verdünnte Schwefelsäure als Behandlungsflüssigkeit verwendet wird) Cu, Ni, Mg, Mn, Zn, Fe und dergleichen aufgeführt werden.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Filmstärke erhalten werden, die der Verwendung widerstehen kann, wenn die Dichte des Oxidfilms 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr beträgt, weil es so aufgebaut ist, dass die Dichte des Oxidfilms 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr und 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt. Wenn die Dichte des Oxidfilms darüber hinaus 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt, können die volumenspezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit vermindert werden.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann die volumenspezifische Wärmeleitfähigkeit vermindert werden, wenn die Porosität des Oxidfilms 70 % oder mehr beträgt, weil sie so aufgebaut ist, dass die Porosität des Oxidfilms 70 % oder mehr und 90 % oder weniger beträgt. Wenn die Porosität des Oxidfilms 90 % oder weniger beträgt, kann eine Filmstärke erhalten werden, die der Verwendung widersteht.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung können die wärmeisolierenden Eigenschaften/wärmeabschirmenden Eigenschaften des Oxidfilms verbessert werden, weil es so aufgebaut ist, dass die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 0,65 W/m.K oder weniger beträgt.
In einem Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme nicht leicht von der Oberfläche des Elements auf Aluminiumbasis zur Innenseite des Oxidfilms geleitet, und können die wärmeisolierenden Eigenschaften/wärmeabschirmenden Eigenschaften des Oxidfilms verbessert werden, weil es so aufgebaut ist, dass die Poren durch ein Verdichtungsprodukt verdichtet sind. Darüber hinaus wird selbst dann, wenn eine korrosive Substanz an der Oberfläche des Elements auf Aluminiumbasis haftet, die korrosive Substanz nicht leicht durch die Pore in das Innere des Oxidfilms durchgelassen, und somit kann die Haltbarkeit des Oxidfilms verbessert werden.
Im Aspekt einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Wärmewirkungsgrad eines Verbrennungsmotors verbessert werden, weil ein Element, aus dem der Verbrennungsmotor gebildet wird, durch das Element auf Aluminiumbasis gebildet wird, das wie oben beschrieben eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe volumenspezifische Wärmekapazität erhalten hat.
Figurenliste

[1] 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung und ist eine Schnittansicht, die Zustände vor und nach der Bildung eines Oxidfilms auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis veranschaulicht.
[2] 2 veranschaulicht die Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung und ist eine Schnittansicht, die Zustände vor und nach der Bildung eines Hohlraums in einer Siliciumzusammensetzung veranschaulicht.
[3] 3 ist eine Schnittansicht, in der die Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht wird.
[4] 4 veranschaulicht eine Fotografie des Schnitts eines Films der Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung.
[5] 5 veranschaulicht eine Fotografie des Schnitts des Films der Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung.
[6] 6 ist ein Diagramm, in dem der Wärmewirkungsgrad in einem Verbrennungsmotor veranschaulicht wird, auf den die Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen ist.
[7] 7 ist ein Diagramm, in dem ein Beispiel für ein Ergebnis einer Komponentenanalyse der Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist.
[8] 8 ist eine Schnittansicht, in der ein Beispiel veranschaulicht ist, in dem die Ausführungsform der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Zylinderblock des Verbrennungsmotors aufgetragen ist.

[Modus zur Durchführung der Erfindung]
Hiernach wird eine Ausführungsform einer Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß dieser in den 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsform ist ein anodischer Oxidfilm (hiernach als Oxidfilm bezeichnet) 2 auf einer Fläche des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 gebildet, um die wärmeisolierenden Eigenschaften eines Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 zu verbessern. Beim Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 handelt es sich um ein Element auf Aluminiumbasis, das wenigstens eine Siliciumzusammensetzung 3 enthält, wobei das Element auf Aluminiumbasis beispielsweise wenigstens 8 Gew.-% oder mehr der Siliciumzusammensetzung 3 und 2,9 Gew.-% oder mehr der Gesamtmenge der Metallzusammensetzungen enthält, die in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert werden, und es sich bei der Siliciumzusammensetzung 3 um unlösliche Siliciumpartikel handelt.
Darüber hinaus umfasst der Oxidfilm 2 wenigstens eine Pore 2a (siehe das in 3 veranschaulichte Foto), die sich in Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 von seiner Oberfläche nach innen erstreckt, einen innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 vorhandenen Hohlraum 3a (siehe das in 3 veranschaulichte Foto), der sich in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 ist, und einen Hohlraum 2b (siehe 3), der im Oxidfilm 2 direkt vorhanden ist. Weil die Form des Hohlraums vereinfacht dargestellt ist, hängt die Form des Hohlraums in Abhängigkeit von der Zusammensetzung unterschiedlich und nicht gleichmäßig.
Hier wird ein Mechanismus, bei dem der Hohlraum 3a innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 gebildet wird, kurz beschrieben. Wenn das Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 einer anodischen Oxidation unterzogen wird, vergrößert sich das Volumen des Oxidfilms 2, wie in 1 veranschaulicht ist. In 1 bedeutet das Bezugszeichen t einen Dickenteil, der durch eine Volumenausdehnung des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 vergrößert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Volumen der im Oxidfilm 2 enthaltenen Siliciumzusammensetzung 3, die der anodischen Oxidation nicht unterzogen ist, kaum vergrößert, und somit wird die Siliciumzusammensetzung 3 mit dem Wachstum des Oxidfilms 2 gezogen. Als Ergebnis tritt in einer Richtung der Siliciumzusammensetzung 3, die im Wesentlichen senkrecht zur Wachstumsrichtung (Dickenrichtung) des Oxidfilms 2 ist, ein Riss auf. Mittels dieses Risses wird eine Mehrzahl von Hohlräumen 3a, die sich in der Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 ist, innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 gebildet. Bezüglich der Form der Siliciumzusammensetzung 3, die leicht reißen kann, kann sie leichter rei-ßen als eine normale Kugelform, wenn ihre spezifische Oberfläche größer ist, wie bei einer Oval- oder einer Nadelform.
In dieser Ausführungsform nehmen die die Dicke des Oxidfilms 2 beeinflussenden Hohlräume 3a zu, indem ein Riss in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Richtung erzeugt wird, in der die Wärme innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 des oben beschriebenen Oxidfilms 2 übertragen wird.
Somit wird die Wärmeleitung durch den Hohlraum 3a in der Siliciumzusammensetzung 3 abgeschirmt, und folglich wird die Wärme, die von der Oberfläche des Oxidfilms 2 zum Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 geleitet wird, wirksam abgeschirmt. Als Ergebnis weist das Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 hohe wärmeisolierende Eigenschaften/wärmeabschirmende Eigenschaften auf, und der Nachteil des Standes der Technik, dass Wärme schnell in das Innere der Siliciumzusammensetzung 3 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit geleitet wird, kann gelöst werden. 2(a) veranschaulicht die Siliciumzusammensetzung 3, bevor der Riss erzeugt wird, und 2(b) veranschaulicht die Siliciumzusammensetzung 3, nachdem die Risse erzeugt wurden.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform die mittlere Länge des Hohlraums 3a in Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 größer als der Durchmesser der Pore 2a. Als Ergebnis kann die von der Oberfläche des Oxidfilms 2 zur Unterseite geleitete Wärme durch den Hohlraum 3a innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 wirksam abgeschirmt werden. Weil darüber hinaus die Siliciumzusammensetzung 3 im Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 im Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 gleichmäßig vorhanden ist, sind die in der Siliciumzusammensetzung 3 vorhandenen Hohlräume 3a auch im Oxidfilm 2 gleichmäßig vorhanden. Als Ergebnis wird die von der Oberfläche des Oxidfilms 2 zur Oberfläche des Grundmaterials geleitete Wärme nicht leicht geleitet, und es besteht die Möglichkeit, dass die im Oxidfilm 2 zurückgehaltene Wärme reduziert werden kann.
Hier wird das Element auf Aluminiumbasis beschrieben, bei dem es sich um das in dieser Ausführungsform verwendete Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 handelt.
„Element auf Aluminiumbasis“ bedeutet eine Aluminiumlegierung wie eine Aluminiumlegierung, die Legierungskomponenten wie Silicium, Kupfer und dergleichen enthält, oder eine Aluminiumlegierung wie ein dehnbares Aluminiummaterial, ein Aluminiumgussmaterial, ein Aluminiumspritzgussmaterial (aluminum die-cast, ADC) und dergleichen, die sie zusätzlich zu so genanntem Aluminium enthalten. Insbesondere ist eine Aluminiumlegierung wie ein AC-Material wie AC4, AC8, AC8A, AC9 und dergleichen, ein ADC-Material wie ADC10 bis ADC 14 und dergleichen, A4000 und dergleichen zweckmäßig. Die Details der Zusammensetzung der Aluminiumlegierung werden unten beschrieben.
Anschließend wird der Oxidfilm 2 in dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Der Oxidfilm 2 wird porös gebildet. Im Oxidfilm 2 werden zusätzlich zu den Poren 2a während des Wachstumsprozesses gemäß dem elektrolytischen Zustand und den Poren mit Mikrogröße insbesondere in der Aluminiumlegierung reguläre Hohlräume 2b mit Nanogröße erzeugt. Weil der durch die anodische Oxidationsbehandlung erhaltene Oxidfilm 2 durch das Oxidieren des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 selbst wächst, ist der enge Kontakt größer als bei einem Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 mit einem vom Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 verschiedenen Material. Somit ist das Verfahren zur porösen Bildung des Oxidfilms 2 gemäß dieser Ausführungsform zur Bildung eines Films mit wärmeisolierenden Eigenschaften/wärmeabschirmenden Eigenschaften geeignet.
In dieser Ausführungsform kann, wie später beschrieben wird, eine Gleichstromelektrolyse unter Verwendung eines Schwefelsäurebades durchgeführt werden, wenn ein lösliches Metall (Cu, Ni, Mg, Mn, Zn, Fe und dergleichen) enthalten ist, das in die Behandlungslösung eluiert wird, wenn der Oxidfilm 2 auf dem Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 zu bilden ist. Der Grund besteht darin, dass die Filmbildungsgeschwindigkeit im Schwefelsäurebad höher ist, was bezüglich einer Verbesserung der Porosität in den Siliciumpartikeln (im Foto in 5 von gestrichelten Kreisen umgebene Bereiche) bevorzugt ist. In diesem Fall kann Oxalsäure oder Phosphorsäure anstelle der Schwefelsäure verwendet werden, oder eine Dotierungslösung wie Oxalsäure, Phosphorsäure, Fluorwasserstoffsäure, Wasserstoffperoxid oder dergleichen kann zur Schwefelsäure gegeben werden. Eine Verbesserung der Löslichkeit oder eine Erhöhung der Spannung während der Elektrolyse kann die Häufigkeit der Rissbildung im Silicium erhöhen. Durch das Auflösen des oben erwähnten löslichen Metalls im Rand der Siliciumzusammensetzung 3 erzeugt der Teil den Hohlraum 2b, und der Oxidfilm 2 mit einer viel höheren Porosität, d. h. mit einer niedrigen Dichte, kann gebildet werden. Die Stromdichte ist vorzugsweise 4,8 A/dm² oder weniger als bei den anderen Bedingungen für eine Gleichstromelektrolyse, weil ein Oxidfilm mit einer geringeren Dichte erhalten werden kann.
Hier werden die physikalischen Merkmale des Oxidfilms 2 in dieser Ausführungsform kurz zusammengefasst beschrieben.
Zuerst wird die Porosität des Oxidfilms 2 beschrieben. „Porosität“ bedeutet in der vorliegenden Erfindung die Porosität der Gesamtheit der Pore 2a, die sich in Filmrichtung von der Filmoberfläche ins Innere erstreckt, des Hohlraums 3a in der Siliciumzusammensetzung und des Hohlraums 2b, der von der löslichen Metallkomponente stammt.
Die Porosität des Oxidfilms 2 beträgt 70 % oder mehr oder noch mehr bevorzugt 75 % oder mehr. Als Ergebnis kann die volumenspezifische Wärmekapazität verringert werden. Darüber hinaus beträgt die Porosität des Oxidfilms 2 90 % oder vorzugsweise 85 % oder weniger. Als Ergebnis kann eine der Verwendung widerstehende Filmstärke erhalten werden. Die Porosität des Oxidfilms 2 ist auf der Grundlage der Rohdichte und der tatsächlichen Dichte des Oxidfilms 2 berechnet. Wenn die Porosität des Oxidfilms 2 70 % oder mehr beträgt, kann die volumenspezifische Wärmekapazität verringert werden, und wenn sie darüber hinaus 90 % oder weniger beträgt, kann die der Verwendung widerstehende Filmstärke erhalten werden.
Anschließend wird die Dichte des Oxidfilms 2 beschrieben.
Die Dichte des Oxidfilms 2 beträgt 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr oder vorzugsweise 0,7 × 10³ kg/m³ oder mehr. Als Ergebnis kann eine der Verwendung widerstehende Filmstärke erhalten werden. Darüber hinaus beträgt die Dichte des Oxidfilms 2 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger, vorzugsweise 1,0 × 10³ kg/m³ oder weniger, oder noch mehr bevorzugt 0,9 × 10³ kg/m³ oder weniger. Wenn die Dichte des Oxidfilms 2 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr beträgt, kann eine der Verwendung widerstehende Filmstärke erhalten werden, und wenn die Dichte des Oxidfilms 2 darüber hinaus 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt, können die volumenspezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit verringert werden. Die Dichte ρ des Oxidfilms 2 wurde anhand von Messwerten berechnet, die erhalten wurden, indem die Masse eines Teststücks, das zur Dichtemessung zu einer Größe von 10 mm × 10 mm zugeschnitten wurde, und die Länge einer jeden Seite mittels eines Mikrometers gemessen wurde, und indem die Filmdicke durch das Beobachten eines Schnitts des Teststücks mittels eines optischen Mikroskops gemessen wurde.
Anschließend wird die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 beschrieben.
Die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 beträgt 0,65 W/m.K oder weniger oder vorzugsweise 0,60 W/m.K oder weniger. Als Ergebnis kann die volumenspezifische Wärmekapazität verringert werden. Die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 wurde mittels eines DSC-Verfahrens unter Verwendung der spezifischen Wärme Cs berechnet, indem ein Differentialscanning-Kalorimeter (DSC-60Plus von SHIMADZU) verwendet wurde. Und sie kann berechnet werden, indem die Gleichung (1) auf der Grundlage der spezifischen Wärme Cs verwendet wird.
Anschließend wird die volumenspezifische Wärmekapazität des Oxidfilms 2 beschrieben.
Die volumenspezifische Wärmekapazität des Oxidfilms 2 beträgt 1,00 × 10³ kJ/m³·K oder weniger, vorzugsweise 0,90 × 10³ kJ/m³·K oder weniger oder noch mehr bevorzugt 0,80 × 10³ kJ/m³·K oder weniger. Als Ergebnis hat er die Wirkung, die volumenspezifische Wärmekapazität vermindern zu können. Die volumenspezifische Wärmekapazität ist ein Wert, der erhalten wird, indem das Produkt der Dichte mit der spezifischen Wärme einer Substanz multipliziert wird.
Anschließend wird die Dicke des Oxidfilms 2 beschrieben.
Die Dicke des Oxidfilms 2 beträgt vorzugsweise 50 µm oder mehr. Darüber hinaus beträgt die Dicke des Oxidfilms 2 150 µm oder weniger oder vorzugsweise 120 µm oder weniger. Das heißt, dass die Filmdicke des Oxidfilms 2 vorzugsweise 50 bis 120 µm beträgt oder noch mehr bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 50 bis 100 µm liegt. Als Ergebnis können dem Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 die zweckmäßigen wärmeabschirmenden Eigenschaften/wärmeisolierenden Eigenschaften verliehen werden.
Wenn der Oxidfilm 2 dick wird, wird für das Wachsen des Oxidfilms 2 für diesen Teil viel Zeit benötigt und somit ist im Fall des Oxidfilms 2 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und einer geringeren volumenspezifischen Wärmekapazität der dünnere Oxidfilm 2 wirksamer. Eine zu behandelnde Komponente wird vor der anodischen Oxidationsbehandlung vorzugsweise einer Vorbehandlung wie einem Waschen mit Wasser, einem Entfetten, einem elektrolytischen Ätzen und dergleichen einer anodischen Oxidationsbehandlungsfläche unterzogen, nach der Behandlung aus der Behandlungsflüssigkeit entnommen und mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die tatsächliche Filmdicke des Oxidfilms 2 wird vorzugsweise hauptsächlich durch die Zeit oder die Stromdichte gesteuert, um eine Filmdicke zu erhalten, die vorbestimmte Leistungen erfüllt.
Um darüber hinaus wärmeisolierende Eigenschaften und wärmeabschirmende Eigenschaften zu erhalten, die höher als diejenigen des Oxidfilms 2 sind, sind eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere volumenspezifische Wärmekapazität erforderlich. Die Wärmeleitfähigkeit λ wird aus der Dichte ρ, der spezifischen Wärme Cs und der Temperaturleitfähigkeit α nach der folgenden Gleichung (1) berechnet. Die volumenspezifische Wärmekapazität ist das Produkt der Dichte und der spezifischen Wärme. Weil die spezifische Wärme ein substanzspezifischer Wert ist, muss zur Verminderung der Wärmeleitfähigkeit und der volumenspezifische Wärmekapazität die Dichte, die mit den beiden multipliziert wird, verkleinert werden. $λ = α \times Cs \times ρ$
Wenn reines Aluminium einer anodischen Oxidation unterzogen wird, wird die Wärmeleitfähigkeit 2,6 [W/m·K] und wird die volumenspezifische Wärmekapazität 2,5 [× 10³ kJ/m³·K], was beides extrem groß ist. Somit können durch das Vergrößern der Pore mit Nanogröße durch ein Verändern der Bedingung der Elektrolysebehandlung beide in gewissem Grad für eine Wärmeleitfähigkeit von 1,2 [W/m·K] und eine volumenspezifische Wärmekapazität von 2,0 [× 10³ kJ/m³·K] geändert werden.
Es ist jedoch extrem wichtig, die volumenspezifische Wärmekapazität zu ändern, die ein Hauptfaktor dafür ist, dass die Wärme im Oxidfilm 2 leicht zurückgehalten werden kann.
Hier wird die Siliciumzusammensetzung 3 gemäß dieser Ausführungsform kurz beschrieben.
Zuerst wird die Länge der Siliciumzusammensetzung 3 in Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 beschrieben.
Die mittlere Länge der Siliciumzusammensetzung 3 in Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 beträgt 1 µm oder mehr, vorzugsweise 3 µm oder mehr oder noch mehr bevorzugt 5 µm oder mehr. Darüber hinaus beträgt die mittlere Länge der Siliciumzusammensetzung 3 in Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 40 µm oder weniger, vorzugsweise 30 µm oder weniger oder noch mehr bevorzugt 20 µm oder weniger.
Wie oben beschrieben ist, wird, wenn die mittlere Länge der im Element auf Aluminiumbasis enthaltenen Siliciumzusammensetzung 3 in Dickenrichtung 1 µm oder mehr beträgt, die Belastung pro Flächeneinheit gegenüber der Zugbeanspruchung im Rand groß, und wenn der Oxidfilm 2 gebildet wird, werden die Hohlräume 3a innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 leicht erzeugt. Wenn darüber hinaus die mittlere Länge der Siliciumzusammensetzung 3 in Dickenrichtung 40 µm oder mehr weniger beträgt, wird die Belastung pro Flächeneinheit gegenüber der Zugbeanspruchung im Rand groß, und wenn der Oxidfilm 2 gebildet wird, wird ein Riss erzeugt, und die Hohlräume innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 werden leicht erzeugt.
Anschließend wird die Menge der Siliciumzusammensetzung beschrieben.
Die Menge der Siliciumzusammensetzung 3 beträgt 8 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 10 Gew.-% oder mehr und noch mehr bevorzugt 11 Gew.-% oder mehr. Als Ergebnis wird die Siliciumzusammensetzung 3 vergröbert, und wenn der Oxidfilm 2 gebildet wird, wird der Hohlraum 3a innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 leicht erzeugt. Darüber hinaus beträgt die Menge der Siliciumzusammensetzung 3 30 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 25 Gew.-% oder weniger und noch mehr bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger. Wenn die Menge der Siliciumverbindung 3 30 Gew.-% oder weniger beträgt, wird ein Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 erhalten, das mit einer günstigen Bearbeitbarkeit und dergleichen leicht bearbeitet werden kann, was praktisch ist.
Anschließend werden die Größe und die Form der Siliciumzusammensetzung 3 beschrieben.
Die Siliciumzusammensetzung 3 ist vorzugsweise gleichmäßig im Oxidfilm 2 vorhanden. Bei der Form der Siliciumzusammensetzung 3 kann es sich um eine Kugel-, ovale, rechteckige, eine Nadelform und dergleichen handeln. Dabei kann die Siliciumzusammensetzung 3 bei der Bildung des Oxidfilms 2 umso leichter reißen, je größer die spezifische Oberfläche der Siliciumzusammensetzung 3 wird, und Stellen, an denen die Hohlräume 3a gebildet werden, nehmen zu. Somit ist die Form der Siliciumzusammensetzung 3 vorzugsweise eine elliptische Form oder eine Nadelform. Ein Riss wird jedoch in der Richtung erzeugt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Filmdicke des Oxidfilms ist, wobei große Partikel, die sich in der senkrechten Richtung erstrecken, jedoch eine kleinere Belastung pro Flächeneinheit aufweisen, und die Fortschrittsrichtung des Risses in einigen Fällen von einer Richtung verschoben sein kann, wobei aber die Erzeugung von Rissen, d. h. eine unterdrückende Wirkung auf die die Wärmeleitung durch die Hohlräume, erhalten wird.
Es wird angenommen, dass die Erzeugung eines Risses in der Siliciumzusammensetzung 3 erfolgt, wenn die Belastung pro Flächeneinheit an der Stelle, an der der Riss erzeugt wird, ein bestimmtes Maß erreicht oder übersteigt, wobei die Größe/Form der Siliciumzusammensetzung 3 jedoch in Abhängigkeit vom Siliciumgehalt, den Bedingungen für die Wärmebehandlung und den Komponenten des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 unterschiedlich und nicht gleichmäßig ist. Vom Standpunkt der Leichtigkeit der Erzeugung eines Risses wird die Belastung pro Flächeneinheit umso höher, je höher das Aspektverhältnis der Siliciumpartikel wird, was vorteilhaft ist, wobei aber, wenn dieses Aspektverhältnis zu hoch wird, ein Pfad, über den die Wärme geleitet wird, lang wird und die Bedeutung der Erzeugung eines Risses reduziert wird.
Somit ist eine bevorzugte Größe der Siliciumzusammensetzung 3 wie folgt.
Es ist bekannt, dass ein Riss in der Siliciumzusammensetzung 3 in einem Intervall im Submikron-Bereich oder mehr erfolgt, und weil der Riss in einer Dicke von weniger als 1 µm der Siliciumzusammensetzung 3 in senkrechter Richtung nicht leicht erzeugt wird, beträgt diese Dicke in senkrechter Richtung vorzugsweise 1 µm oder mehr. Wenn diese Dicke in senkrechter Richtung darüber hinaus 40 µm übersteigt, wird der Risserzeugungsbereich in Bezug auf die Zugbeanspruchung im Rand größer (nimmt die Beanspruchung pro Flächeneinheit ab), und der Riss wird nicht leicht erzeugt. Somit beträgt die Dicke in senkrechter Richtung vorzugsweise 40 µm oder weniger.
Anschließend wird der Siliciumgehalt beschrieben.
Im Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 sind Kristallkörner von eutektischem Si und Primärkristall-Si hauptsächlich in Abhängigkeit vom Siliciumgehalt verstreut, und als Ergebnis weist es Merkmale wie eine hohe Abriebbeständigkeit/Gleitfähigkeit/Hochtemperaturintensität auf.
Somit wird diese Art von Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 als Materialien für Motorkomponenten wie einen Kolben und einen Zylinderkopf und für Komponenten von Mechanismen verwendet, die bei hoher Temperatur gleiten, wie einer Ölpumpe. Der Siliciumgehalt des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 beträgt vorzugsweise 8,0 Gew.-% oder mehr, was ein praktischer Wert ist, sodass sein Merkmal genutzt werden kann. Das ist so, weil, wenn der Siliciumgehalt kleiner als 8,0 Gew-% ist, nicht nur diese Abriebbeständigkeit/Gleitfähigkeit/Hochtemperaturintensität von praktischer Höhe nicht erhalten werden kann, sondern, wenn der Siliciumgehalt niedrig ist, feines eutektisches Silicium die Folge ist, das die Erzeugung eines Risses im Siliciumpartikel erschwert, und die wärmeabschirmende Wirkung nicht erwartet werden kann.
Wenn die Siliciummenge groß ist, ist die Zahl der Risse hoch, wobei der Anteil des Siliciums mit hoher Wärmeleitfähigkeit im gesamten Oxidfilm 2 jedoch zunimmt und die Wärmeleitfähigkeit im Oxidfilm 2 insgesamt steigt.
Weil darüber hinaus die Antriebskraft für die Erzeugung eines Risses im Silicium durch die Volumenausdehnung des Oxidfilms 2 verursacht wird, nimmt die Volumenausdehnungsrate des Oxidfilms 2 im Gegenteil ab, und Risse werden nicht leicht erzeugt, wenn die Siliciummenge groß ist. Somit beträgt der Siliciumgehalt vorzugsweise 25 Gew.-% oder weniger.
Weil Silicium die Bearbeitbarkeit verschlechtert, ist diese Konzentration auch hinsichtlich eines praktischen Aspektes zu bevorzugen. Noch mehr bevorzugt beträgt der Siliciumgehalt zur allgemeinen Verwendung bis zu etwa 20 Gew.-%. Zusammengefasst beträgt insbesondere der Si-Gehalt vorzugsweise 8 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger oder noch mehr bevorzugt 8 Gew.-% oder mehr und 20 Gew.-% oder weniger. Hinsichtlich der Größe von Si beträgt die Dicke in der senkrechten Richtung vorzugsweise 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger.
Dadurch, dass der Oxidfilm 2 die oben erwähnte Filmstruktur hat, können seine Wärmeleitfähigkeit auf 0,65 [W/m·K] oder weniger, seine volumenspezifische Wärmekapazität auf 1,00 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger und seine Dichte auf 1,10 [× 10³ kg/m³] oder weniger eingestellt werden. Als Ergebnis können einer Metallkomponente, für die hohe wärmeisolierende Eigenschaften/wärmeabschirmende Eigenschaften erforderlich sind, hohe wärmeisolierende Eigenschaften/wärmeabschirmende Eigenschaften verliehen werden. Darüber hinaus werden die wärmeisolierenden Eigenschaften und die wärmeabschirmenden Eigenschaften des Oxidfilms 2 weiter verbessert und kann die wärmeisolierende/wärmeabschirmende Wirkung erhalten werden, indem der Oxidfilm 2 so bereitgestellt wird, dass seine Wärmeleitfähigkeit auf 0,60 [W/m·K] oder weniger, seine volumenspezifische Wärmekapazität auf 0,90 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger und die Dichte des anodischen Films auf 1,00 [× 10³ kg/m³] oder weniger eingestellt werden. Weiterhin ist es noch mehr bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 0,60 [W/m·K] oder weniger, die volumenspezifische Wärmekapazität 0,80 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger und die Dichte des anodischen Oxidfilms 0,90 [× 10³ kg/m³] oder weniger betragen.
In dieser Ausführungsform kann eine von der Siliciumzusammensetzung 3 verschiedene Zusammensetzung im Element 1 auf Aluminiumbasis enthalten sein, um die Porosität des Oxidfilms 2 zu verbessern. Als die von Silicium verschiedene Zusammensetzung können eine Zusammensetzung, die eluiert wird, wenn der Oxidfilm 2 zu bilden ist, d. h. beispielsweise Cu, Ni, Mg, Mn, Zn oder Fe, und ein Element oder mehrere dieser Elemente enthalten sein. Wenn diese Zusammensetzungen mit insgesamt 2,9 Gew.-% oder mehr enthalten sind, werden sie eluiert, wenn der Oxidfilm 2 zu bilden ist, und Stellen, an denen diese Zusammensetzungen vorhanden waren, werden Hohlräume 2b im Oxidfilm, und somit kann die Porosität im Oxidfilm verbessert werden. Die Gesamtmenge an Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe beträgt vorzugsweise 3,0 Gew.-% oder mehr oder noch mehr bevorzugt 4,0 Gew.-% oder mehr. Obwohl die Obergrenze der Gesamtmenge dieser Zusammensetzungen nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt die Gesamtmenge vorzugsweise 20,0 Gew.-% oder weniger oder noch mehr bevorzugt 11,0 Gew.-% oder weniger. Neben diesen Zusammensetzungen können Zusammensetzungen von Ti, Zr, Sn, Cr, Pb und dergleichen als unvermeidbare, bei der Bildung des Oxidfilms nicht lösliche Verunreinigungen enthalten sein. Beim verbleibenden Teil handelt es sich um Al.
In dieser Ausführungsform wurden der veranschaulichte Wärmewirkungsgrad hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der volumenspezifischen Wärmekapazität mittels einer eindimensionalen Berechnung der Motorleistung analysiert (siehe die Grafik in 6).
Als Ergebnis der Analyse und insbesondere unter der Annahme, dass die Wärmeleitfähigkeit 0,65 [W/m·K] oder weniger und die volumenspezifische Wärmekapazität 1,00 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger betragen, übersteigt die Änderungsrate 0,1 Prozentpunkte, und es ist bekannt, dass diese Wirkung leichter erhalten werden kann. Bei einer Änderungsrate von 0,1 Prozentpunkten oder weniger kann eine Verbesserungsgrenze leicht durch andere Faktoren auf der Grundlage der tatsächlichen Maschine aufgehoben werden und erscheint nicht leicht als numerischer Wert, und somit wurden 0,1 Prozentpunkte oder mehr als Bezug festgelegt. Bei einer Wärmeleitfähigkeit von 0,70 [W/m·K] betrug die Änderungsrate bei beiden volumenspezifischen Wärmekapazitäten von 1,00 [× 10³ kJ/m³·K] und 1,10 [× 10³ kJ/m³·K] 0,1 Prozentpunkte, und die reduzierende Wirkung der volumenspezifischen Wärmekapazität wurde nicht erhalten. Insbesondere wird, wie aus dem Ergebnis von 6 verstanden werden kann, in allen Fällen, in denen die volumenspezifischen Wärmekapazitäten 0,80 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger betragen, angenommen, dass jede Wärmeleitfähigkeit 0,65 [W/m·K] oder weniger beträgt und somit hinsichtlich des Wärmewirkungsgrades die Änderungsrate von etwa 0,12 Prozentpunkten, deren Verbesserungsgrenze auf der Grundlage einer tatsächlichen Maschine schwer aufhebbar ist, erhalten werden kann.
Aus dem oben erwähnten Ergebnis ist es bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit 0,65 [W/m·K] oder weniger und die volumenspezifische Wärmekapazität 1,00 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger betragen, ist es noch mehr bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit etwa 0,60 [W/m·K] oder weniger beträgt und die volumenspezifische Wärmekapazität 0,90 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger beträgt, wobei die reduzierende Wirkung der volumenspezifischen Wärmekapazität weiter erhalten werden kann, oder ist es weiterhin bevorzugt, dass die volumenspezifische Wärmekapazität 0,80 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger beträgt, und in diesem Fall kann die oben beschriebene Wirkung vorteilhaft erhalten werden.
Die spezifische Wärme des Oxidfilms 2 variiert leicht in Abhängigkeit von der Art der Legierung, wobei es sich aber herausstellte, dass sie etwa 0,83 [× 10³ kJ/kg·K] betrug. Um somit eine volumenspezifische Wärmekapazität von 1,00 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger zu erhalten, muss die Dichte des Oxidfilms 2 1,1 [× 10³ kg/m³] oder weniger betragen. Um noch mehr bevorzugt eine volumenspezifische Wärmekapazität von 0,90 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger zu erhalten, muss die Dichte des Oxidfilms 2 1,00 [× 10³ kg/m³] oder weniger betragen. Um weiterhin bevorzugt eine volumenspezifische Wärmekapazität von 0,80 [× 10³ kJ/m³·K] oder weniger zu erhalten, muss die Dichte des Oxidfilms 2 0,90 [× 10³ kg/m³] oder weniger betragen. Die Dichte des eine Legierungskomponente enthaltenden Aluminiumoxids kann etwa 5 [× 10³ kg/m³] betragen, und in diesem Fall beträgt seine Porosität 82 %.
Die Porosität des mittels eines Schwefelsäurebades erzeugten Oxidfilms 2 beträgt im Allgemeinen etwa 20 %. Sie variiert, wenn eine Legierungskomponente enthalten ist, um aber eine so niedrige Dichte des Oxidfilms 2 zu erhalten, wird eine neue technische Entwicklung erwartet. Durch das Erniedrigen der Dichte des Oxidfilms 2 kann die Wärmeleitfähigkeit auf ähnliche Weise verringert werden, wie aus der oben erwähnten Gleichung (1) offensichtlich ist, wobei bei dieser Idee aber durch das Erzeugen des Risses (Hohlraums) 3a in der Siliciumzusammensetzung 3 und durch das Bilden des Hohlraums 2b, der von einem löslichen Metall stammt, das im Oxidfilm 2 direkt vorhanden ist, die Temperaturleitfähigkeit vermindert sein muss und auch die Dichte vermindert sein muss.
Die Aluminiumlegierungskomponente besteht aus Aluminium und darin enthaltenen Verunreinigungen oder im Allgemeinen einem darin enthaltenen Additiv. Die Aluminiumlegierung schließt beispielsweise ein Aluminiumspritzgussmaterial, ein Aluminiumgussmaterial, ein dehnbares Aluminiummaterial und dergleichen ein. In der Aluminiumlegierungskomponente gibt es viele Verunreinigungen oder Additive, wobei die Konzentration einer von Aluminium verschiedenen Metallkomponente aber eingestellt und einer anodischen Oxidation mittels des Verfahrens wie in dieser Ausführungsform unterzogen werden muss, um eine Dichte des Oxidfilms 2 von 1,10 [× 10³ kg/m³] oder weniger zu erhalten.
[Testbeispiele] Anschließend wird ein Testbeispiel beschrieben, bei dem eine Metallkomponente in der zur elektrolytischen Behandlung im Schwefelsäurebad verwendeten Aluminiumlegierung gemessen wurde.
In der folgenden Tabelle 1 ist die von Aluminium verschiedene Metallkomponente in der zur elektrolytischen Behandlung im Schwefelsäurebad verwendeten Aluminiumlegierung verwendete Metallkomponente aufgeführt. Die anodische Oxidationsbehandlung wurde mittels des Gleichstromelektrolyseverfahrens bei einer konstanten Stromdichte durchgeführt, um ein Teststück des Oxidfilms 2 von 35 × 15 × 2 mm zu bilden. Die anodische Oxidationsbehandlung wurde bei 15 °C und bei einer Schwefelsäurekonzentration von 300 g/l und bei 4,8 A/dm² 40 Minuten lang durchgeführt. Die Filmdicke des Films war in Abhängigkeit von der Legierungskomponente unterschiedlich und betrug 68,7 bis 92,4 µm.
[Tabelle 1]
Die Masse und die mit einem Mikrometer gemessene Länge einer jeden Seite des Teststücks für eine Dichtemessung, das zu 10 × 10 mm zugeschnitten worden war, wurden gemessen, und die Filmdicke wurde gemessen, indem ein Schnitt des Teststücks mittels eines optischen Mikroskops gemessen wurde. Die Dichte ρ des Films wurde aus diesen Messwerten berechnet.
Die spezifische Wärme Cs wurde mittels des DSC-Verfahrens unter Verwendung eines Differentialscanning-Kalorimeters gemessen. Gleichung (1) wurde für die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit λ verwendet, und die Wärmeleitfähigkeit α wurde mittels einer Laser-Flash-Methode gemessen. Eine Analyse der Komponenten im Inneren des Grundmaterials wurde von der Oberfläche des Films mittels einer Vorrichtung für die Emissionsspektralanalyse mittels Glimmentladung (GDS) durchgeführt. Ein Beispiel für das Ergebnis ist in einem Diagramm in 7 veranschaulicht. Die Metallkomponenten Cu, Ni, Mg, Mn, Zn, Fe und dergleichen sind lösliche Metallkomponenten, während Si und andere Metalle unlösliche Metallkomponenten sind. Die Dichte der Legierungskomponente in den Beispielen 1 bis 4 oder insbesondere des Films, der auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung mit dem Si-Gehalt von 8 Gew.-% oder mehr und dem Gehalt an löslicher Metallzusammensetzung von 2,9 Gew.-% oder mehr hergestellt wurde, betrug 1,10 [× 10³ kg/m³] oder weniger. Das ist so, weil, wenn ein lösliches Metall verwendet wird, der Anteil eine Pore erzeugt, ein Riss im Si-Partikel, bei dem es sich um ein unlösliches Metall handelt, erzeugt wird, und eine Pore durch Wachstumshemmung und Volumenausdehnung des Films in dessen Rand erzeugt wird.
Insbesondere unter der Annahme, dass die Dicke des unlöslichen Si-Partikels in senkrechter Richtung 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger beträgt, wird eine Struktur erhalten, bei der das die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 senkende Metall horizontal (einer Richtung senkrecht zur wärmeleitenden Richtung von der Oberfläche ins Innere des Films) gespalten wird, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 2 vermindert wird.
Die 4 und 5 veranschaulichen den Schnitt im Foto des Oxidfilms 2, der in Beispiel 4 in Tabelle 1 hergestellt wurde. Hier ist 4 ein lichtmikroskopisches Foto und ist 5 ein SEM-Foto. In diesen Fotos des Schnitts wurde der Filmschnitt beobachtet, indem das Teststück in ein Harz eingebettet und seine Oberfläche poliert wurde. Aus dem Foto des Schnitts ist bekannt, dass die im Si-Partikel gebildeten Hohlräume 3a in großer Zahl gebildet werden, wobei das Si-Partikel ein Metall ist, das das Wachstum des Hohlraums 2b und des Oxidfilms 2 durch das Auflösen von Metall hemmt. Jedoch sind nicht alle Hohlräume markiert.

Darüber hinaus wird, wie in 5 veranschaulicht ist, bestätigt, dass das Innere der unlöslichen Siliciumzusammensetzung 3 in horizontaler Richtung gerissen ist und die Hohlräume 3a dazwischen vorhanden sind. Jedoch sind nicht alle Hohlräume markiert. Diese Feinstruktur hemmt die Wärmeleitung in der Siliciumzusammensetzung 3, und als Folge ist die Wärmeleitfähigkeit reduziert. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2, die in der folgenden Tabelle 2 angegeben sind, könnte die Dichte hauptsächlich deswegen nicht 1,10 [× 10³ kg/m³] oder kleiner gemacht werden, weil der Si-Gehalt klein und der Gehalt der Gesamtmenge der löslichen Metalle klein ist.
[Tabelle 2] Tabelle 2. Testergebnis

	Spezifische Wärmekapazität	Dichte	Volumenspezifische Wärmekapazität	Wärmeleitfähigkeit
	[kJ/(kg·K)]	[× 10³ kg/m³]	[× 10³ kJ/m³·K]	[W/m·K]
Beispiel 1	0,845	0,962	0,812	0,43
Beispiel 2	0,886	1,100	0,975	0,65
Beispiel 3	0,858	0,981	0,840	0,57
Beispiel 4	0,845	0,961	0,811	0,58
Beispiel 5	0,845	0,980	0,828	0,60
Vergleichsbeispiel 1	0,843	1,213	1,022	0,68
Vergleichsbeispiel 2	0,828	2,440	2,020	1,20

Weiterhin ist das Ergebnis der anodischen Oxidationsbehandlung, bei der die Stromdichte und die Schwefelsäurekonzentration geändert werden, in Tabelle 3 aufgeführt, wobei bei der Behandlung ein Teststück verwendet wird, das aus denselben Metallzusammensetzungen wie denjenigen des Teststücks von Beispiel 1 besteht, bei dem die anodische Oxidationsbehandlung unter den Bedingungen durchgeführt wurde, unter denen die Schwefelsäurekonzentration 300 g/l und die Stromdichte 4,8 A/dm² betragen. Wie in 3 dargestellt ist, beträgt die Filmdichte 1,10 [× 10³ kg/m³] oder weniger, wenn die Stromdichte 4,8 A/dm² beträgt. Wenn die Stromdichte jedoch 4,8 A/dm² übersteigt, kann die Filmdichte nicht 1,10 [× 10³ kg/m³] oder weniger betragen, selbst wenn die Schwefelsäurekonzentration verändert wird.
[Tabelle 3] Tabelle 3. Ergebnisse für die Änderung der Stromdichte und der Schwefelsäurekonzentration

Stromdichte [A/dm²]	Konzentration [g/l]	Filmdichte [×10³kg/m³]
4,8	50	1,00
	200	0,97
	300	0,91
8,0	15	1,47
	25	1,54
	100	1,11
	200	1,19
16	15	1,35
	25	1,55
	50	1,39
	100	1,32
	200	1,49
	300	1,27

Anschließend wird mit Hinblick auf den anodischen Oxidfilm mit der gewünschten niedrigen Wärmeleitfähigkeit und der niedrigen volumenspezifischen Wärmekapazität der vorliegenden Erfindung eine andere Ausführungsform beschrieben. In einem Fall, in dem es schwierig ist, den Zweck des Erhalts des anodischen Oxidfilms mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit und einer niedrigen volumenspezifischen Wärmekapazität mit dem Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 zu erhalten, kann ein anodischer Oxidfilm 2 gebildet werden, indem ein Aluminiumlegierung-Grundmaterial verwendet wird, das andere Komponenten enthält als die im Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 enthaltenen Komponenten. Die Verfahren zur Bildung des zu verwendenden Aluminiumlegierung-Grundmaterials schließen ein Plattieren, thermisches Spritzen, Abscheiden, Anbringen, Gießen und dergleichen ein. In diesem Fall werden zusätzlich zum Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1, das sich von der für den anodischen Oxidfilm 2 verwendeten Aluminiumlegierung-Komponente unterscheidet, Materialien auf Eisen- und Titanmetall als Grundmaterial verwendet.
Das Element auf Aluminiumbasis, auf das die oben erwähnten beiden Ausführungsformen angewandt werden, kann als Element verwendet werden, das eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors darstellt. Bei der Brennkammer des Verbrennungsmotors handelt es sich um einen Teil, der beispielsweise von einem Kolben 10, einem Zylinder 11 und einem Zylinderkopf 12 umgeben ist (siehe 8). Insbesondere handelt es sich um einen Teil, der von einer Oberseite des Kolbens 10, dem Zylinder 11 und einer Unterseite des Zylinderkopfes 12 umgeben ist. Indem von diesen der Kolben 10 und der Zylinderkopf 12 unter Verwendung des Elements auf Aluminiumbasis gebildet werden, bei denen es sich um Komponenten handelt, bei denen das Element auf Aluminiumbasis dieser Ausführungsform verwendet wird, können die Haltbarkeit und die Wärmeisolierung dieser Komponenten verbessert werden. Dieser Zylindertyp 11 kann gebildet werden, indem eine Zylinderlaufbuchse 14 aus Gusseisen im Zylinderblock 13 gegossen wird.
Außerdem kann im Fall eines Verbrennungsmotors ohne Zylinderlaufbuchsen, bei dem beispielsweise die Zylinderlaufbuchse 14 nicht verwendet wird, die Bohrungsinnenfläche des Zylinderblocks 13 zum Zylinder 11 werden. Daher können die Haltbarkeit, die wärmeisolierenden Eigenschaften, die Verschiebbarkeit und dergleichen verbessert werden, indem das Element auf Aluminiumbasis in dieser Ausführungsform für die Bohrungsinnenfläche verwendet wird. Wenn das Element auf Aluminiumbasis für die Bohrungsinnenfläche verwendet wird, kann ein Plattierungsfilm oder ein thermisch gespritzter Film gleichzeitig gebildet werden.
Die anderen Komponenten mit einer Brennkammer-Wandfläche, die für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfassen einen Kolben aus einer Aluminiumlegierung, einen Kolben aus einer Magnesiumlegierung, einen Kolben auf Eisenbasis, einen Zylinder aus einer Aluminiumlegierung, einen eisenbasierten Zylinder, eine Zylinderlaufbuchse aus Eisen, eine Zylinderlaufbuchse aus Aluminium, ein eisenbasiertes Ventil, ein titanbasiertes Ventil und dergleichen ein. Mittels Plattieren, thermischem Spritzen oder Abscheiden kann der Oxidfilm 2 entlang einer Oberflächenform einer Komponente gebildet werden.
Darüber hinaus wird die Form des Aluminiumlegierung-Grundmaterials 1 mit einer Ringform gebildet, wenn sie so in einem Zylinder angewandt werden soll, dass sie im Zylinder montiert wird, während es, wenn es bei einer Einlass-/Abgaspassage angewandt werden soll, die von derjenigen der Brennkammer verschieden ist, nur notwendig ist, es in einer Komponente entlang der Form der Passage zu gießen. 8 veranschaulicht einen Schnitt, wobei die ringförmige Aluminiumlegierung in einem oberen Teil der Brennkammer gegossen oder eingepresst wird.
Darüber hinaus kann im Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Innenseite der Brennkammer des Zylinderblocks 13, wenn das Verfahren zur Bildung des Oxidfilms 2 durch Eloxieren des Zylinderblocks, der selbst aus einer Aluminiumlegierung besteht und wenn die Metallkomponente sich vom Zylinderblick 13 unterscheidet, sie als vom Zylinderblock 13 verschiedene Komponente gebildet sein, sodass sie im Zylinder 11 gegossen oder darin eingepresst werden kann.
Wenn die vorliegende Erfindung weiterhin auf eine in Kontakt mit einem Verbrennungsgas befindliche Fläche anzuwenden ist, ist es nur notwendig, dass die vorliegende Erfindung auf die gesamte Oberfläche einschließlich der in Kontakt mit einem Kolbenring 15 des Zylinderblocks 13 befindlichen Fläche oder nur auf den oberen Teil der nicht im Kontakt (beispielsweise mit einer der Brennkammer des Zylinderkopfes gegenüberliegenden Fläche) befindlichen Brennkammer angewandt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Aluminiumlegierung (auf Aluminium-Silicium-Basis) auf den Zylinderblock 13 aus einer Aluminiumlegierung thermisch aufzuspritzen und dann eine anodische Oxidation anzuwenden. Als Ergebnis kann der Oxidfilm 2 mit speziellen thermischen Merkmalen gebildet werden, die sich von den mechanischen Funktionen unterscheiden, die für das Aluminiumlegierung-Grundmaterial 1 erforderlich sind.
Wenn, wie oben beschrieben, ein Element, aus dem der Verbrennungsmotor besteht, durch die Verwendung des Elements auf Aluminiumbasis gemäß dieser Ausführungsform gebildet wird, kann der Wärmewirkungsgrad des Verbrennungsmotors verbessert werden, weil das Element auf Aluminiumbasis gemäß dieser Ausführungsform eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige volumenspezifische Wärmekapazität erreicht.
Darüber hinaus kann bei der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß dieser Ausführungsform als Porenverdichtungsbehandlungsprozess die Pore auf der Oberflächenseite des Oxidfilms 2 durch Anwendung einer allgemeinen Porenverdichtungsbehandlung blockiert werden. Als solche Porenverdichtungsbehandlung können ein stark basisches Verdichtungsbad, ein Verdichten mit siedendem Wasser, ein Nickelsalz-Verdichten und dergleichen aufgeführt werden.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Verdichtungsbehandlungsprozess bewirkt werden, dass die Verdichtungsflüssigkeit auf der Oberfläche des Oxidfilms des Elements auf Aluminiumbasis abgeschieden wird, wodurch die Poren des Oxidfilms mit der verdichtenden Flüssigkeit imprägniert werden. Die Verdichtungsflüssigkeit dringt in die Pore im Oxidfilm ein und bildet in der Pore eine Verbindung. Insbesondere dringt die Verdichtungsflüssigkeit in die Pore mit Nanogröße des Oxidfilms ein und bildet die Verbindung.
Als Ergebnis wird, weil die Pore vom Verdichtungsprodukt verdichtet wird, Wärme nicht mehr leicht von der Oberfläche des Elements auf Aluminiumbasis in das Innere des Oxidfilms 2 geleitet, wodurch die wärmeisolierenden Eigenschaften/wärmeabschirmenden Eigenschaften verbessert werden können. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn eine korrosive Substanz an der Oberfläche des Elements auf Aluminiumbasis haftet, die Haltbarkeit verbessert werden, weil die korrosive Substanz nicht leicht durch die Pore in das Innere des Oxidfilms 2 durchgelassen wird.
Beim Verdichtungsbehandlungsprozess unter Verwendung eines starken basischen Verdichtungsbades ist es bevorzugt, dass die Behandlungsflüssigkeit auf das Element auf Aluminiumbasis mit dem Oxidfilm 2 aufgetragen oder gespritzt wird oder dass das Element auf Aluminiumbasis in die Behandlungsflüssigkeit getaucht, in der Luft gehalten und dann mit Wasser gewaschen und getrocknet wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Element auf Aluminiumbasis mit dem Oxidfilm 2 in die Behandlungsflüssigkeit getaucht und nach 0,5 Minuten oder mehr aus der Behandlungsflüssigkeit genommen und dann mit Wasser gewaschen und getrocknet wird. Das Verdichtungsbehandlungsverfahren mittels Auftragen oder Aufsprühen ist für eine partielle Verdichtungsbehandlung geeignet.
Somit wird wie im Fall der Behandlung einer großen Komponente ein großer Tank für das Eintauchen der großen Komponente bei der Behandlung nicht benötigt.
Gemäß der Oberflächenstruktur des Elements auf Aluminiumbasis gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Hohlraum 3a durch die Verdichtungsbehandlung kaum betroffen, weil er innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 gebildet ist. Bei der normalen Verdichtungsbehandlung wird im Oxidfilm vorhandenes Aluminiumoxid zu einem Hydrat verändert und die Pore durch eine Volumenzunahme des Aluminiumoxids gefüllt. Hier ist der Hohlraum 3a innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 vorhanden, und weil Aluminiumoxid nicht (kaum) in seiner Umgebung vorhanden ist, wird der Hohlraum 3a selbst dann nicht leicht gefüllt, wenn die Verdichtungsbehandlung oder dergleichen durchgeführt wird.
Darüber hinaus kann eine Verdichtungsbehandlung oder Beschichtung mit Siliciumdioxid zusätzlich zum oben erwähnten Verfahren als Verfahren zum Verdichten der Pore in der Oberfläche des Oxidfilms 2 durchgeführt werden. Wenn die Verdichtungsbehandlung beispielsweise durch das obige Verfahren durchzuführen ist, werden die im Rand der Siliciumzusammensetzung 3 gebildeten Hohlräume blockiert, wobei aber ein Spalt, der durch einen Riss in der Siliciumzusammensetzung 3 gebildet ist, groß und seine Benetzbarkeit verschieden ist und daher nicht verdichtet wird. Somit können dem Oxidfilm 2 wärmeisolierende Eigenschaften, wärmeabschirmende Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit verliehen werden, wodurch ein Film mit niedriger Dichte erhalten bleibt.
Darüber hinaus kann in dieser Ausführungsform der geschlossene Oxidfilm 2, der einer Elektrolysebehandlung mittels Wechselstrom-Gleichstrom-Überlagerung unterzogen wurde, weiterhin auf dem durch das oben erwähnte Verfahren erzeugten Oxidfilm 2 gebildet werden, oder das Verdichten kann durchgeführt werden, indem ein Siliciumdioxidfilm wie ein Polysilazan hergestellt wird, der der Verdichtungsbehandlung zu unterziehen ist. Als Ergebnis wird die Stärke des Oxidfilms 2 erhöht, werden die Nanoporen und Mikroporen in der Oberfläche geschlossen und kann eine glatte Filmoberfläche erhalten werden und wird somit die Anhaftung von Kraftstoff oder eine Fixierung von unverbrannten Objekten verhindert und können eine Beeinträchtigung der hoch wärmeisolierenden Eigenschaften/wärmeabschirmenden Eigenschaften und ein Fluss des Verbrennungsgases erschwert werden. Darüber hinaus kann eine Verminderung der Stärke ausgeglichen werden, indem viele mittels Wechselstrom-Gleichstrom-Überlagerung abgeschiedene Schichten und mittels Gleichstrom abgeschiedene Schichten vorhanden sind. Durch die Verdichtungsbehandlung und Polysilazan erfolgt das Verdichten in der senkrechten Richtung mit Priorität, und dadurch, dass der in der horizontalen Richtung im Silicium erzeugte Riss nicht gefüllt wird, was für die Verdichtungsbehandlung nicht wünschenswert ist, kann ein wirksamerer Film gebildet werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird angenommen, dass sich der innerhalb der Siliciumzusammensetzung 3 vorhandene Hohlraum 3a in der Richtung erstreckt, die zur Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 im Wesentlichen senkrecht ist, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf dieses „im Wesentlichen senkrecht“ beschränkt ist, sondern er kann sich auf natürliche Weise in einer diagonalen Richtung bezüglich der Richtung erstrecken, die senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 ist, und zusammenfassend muss verstanden werden, dass die Richtung, in der sich der Hohlraum 3a erstreckt, eine Richtung ist, die von der Richtung der Dicke des Oxidfilms 2 verschieden ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist beschrieben worden, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern eine Vielzahl von Variationen und Änderungen auf der Grundlage der technischen Idee der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Aluminiumlegierung-Grundmaterial (Element auf Aluminiumbasis)
2: anodischer Oxidfilm
2a: Pore
2b: Hohlraum
3: Siliciumzusammensetzung
3a: Hohlraum
10: Kolben
11: Zylinder
12: Zylinderkopf
13: Zylinderblock
14: Zylinderlaufbuchse
15: Kolbenring

Claims

Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis, das wenigstens unlösliche Siliciumpartikel enthält, wobei ein poröser Oxidfilm auf einer Fläche des Elements auf Aluminiumbasis ausgebildet ist und der Oxidfilm wenigstens eine Pore aufweist, die sich von der Oberfläche nach innen in Richtung der Dicke des Oxidfilms erstreckt, und sich ein innerhalb der unlöslichen Siliciumpartikel vorhandener Hohlraum in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke des Oxidfilms ist.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element auf Aluminiumbasis 8 Gew.-% oder mehr Si und 2,9 Gew.-% der Gesamtmenge von Cu, Ni, Mg, Mn, Zn und Fe enthält, wobei der restliche Teil aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Länge des Hohlraums in Richtung der Dicke des Oxidfilms größer als der mittlere Durchmesser der Pore ist.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der im Element auf Aluminiumbasis enthaltenen unlöslichen Siliciumpartikel in Richtung der Dicke des Oxidfilms 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger beträgt.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element auf Aluminiumbasis 8 Gew.-% oder mehr und 30 Gew.-% oder weniger der unlöslichen Siliciumpartikel enthält.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element auf Aluminiumbasis eine Zusammensetzung enthält, die in eine Behandlungsflüssigkeit eluiert wird, wenn der Oxidfilm erzeugt wird.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Oxidfilms 0,6 × 10³ kg/m³ oder mehr und 1,1 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Oxidfilms 0,9 × 10³ kg/m³ oder weniger beträgt.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Oxidfilms 70 % oder mehr und 90 % oder weniger beträgt.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Oxidfilms 0,65 W/m.K oder weniger beträgt.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren durch ein Verdichtungsprodukt verdichtet sind.
Oberflächenstruktur eines Elements auf Aluminiumbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element, das einen Verbrennungsmotor darstellt, vom Element auf Aluminiumbasis gebildet wird.