JP2000212797A - 高耐食性アルミダイカスト材とその陽極酸化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、高Ｓｉを含むアルミダイカス
ト材表面の複雑な金属組織等の不均一性に起因する陽極
酸化皮膜の耐食性低下を改善した高耐食性アルミダイカ
スト材とその製法及び用途を提供する。 【解決手段】Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミ
ダイカスト材の表面に、酸化アルミニウムを主体としか
つ空孔率が３０体積％以下である陽極酸化皮膜を設けた
高耐食性アルミニウムダイカスト材，酸化アルミニウム
の三水和物であるバイヤライト皮膜を形成する処理をし
た後、多孔質陽極酸化皮膜を形成する処理を施し、次い
で封孔処理を行う製法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な高耐食性ア
ルミニウムダイカスト材とその陽極酸化方法及び用途に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミダイカストの生産量は近年、自動
車用途の急激な伸びをはじめ、ますます増加する傾向に
ある。これは主として、次に示すようなアルミダイカス
トの特徴によるものである。

【０００３】(１) 軽量である。

【０００４】(２) 鋳造性に優れ、薄肉・複雑な形状に
も適する。

【０００５】(３) 寸法精度が良い。

【０００６】(４) 生産性が良い。

【０００７】合金種類別では、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金
のＡＤＣ１２が生産量の大部分を占めている。ＡＤＣ１
２は、耐摩耗性，ダイカスト性の向上及び熱膨張率低下
のためにＳｉを９.６〜１２重量％、また機械的性質向
上のためにＣｕを１.５〜3.5重量％含んでおり、表１に
その合金組成を示した。一般に、産業機械，計測機及び
輸送機器のハウジングやカバー及び支持材といった各種
部品に広く使用されているものである。

【０００８】ＡＤＣ１２は、耐食性や外観上の問題から
表面処理が必要とされる場合があり、他のアルミニウム
材料同様、陽極酸化，化成処理，めっき及び塗装などの
方法が用いられる。なかでも、耐食性や耐摩耗性に優れ
る陽極酸化処理が望まれている。

【０００９】しかし、ＡＤＣ１２を代表とするＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｓｉ系合金をはじめ、Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ系といった合金、すなわちＳｉを７.５〜１８ 重量
％含有する合金の場合、チル層と呼ばれる表面近傍の急
冷組織に高密度に存在するＳｉの影響等により、表面処
理特に陽極酸化する上で幾つかの問題が生じる。その一
つが陽極酸化皮膜の局部的な黄色化である。すなわち、
全体としては黒灰色に発色しながら一部が黄色を呈し、
外観性に劣るという問題である。また、ダイカスト材特
有の複雑な金属組織の上に形成した陽極酸化皮膜は、空
孔が多いなど欠陥が目立ち、耐食性に不満が残るのが実
情であった。

【００１０】従来、これらの問題に対しては、１）合金
成分の添加量を減らす等の材料側からの検討、２）鋳造
欠陥を減少させるための鋳造条件及び鋳造法の改善、
３）前処理も含めた陽極酸化処理方法の改良といった三
方向からの検討がなされてきた。しかし、１）に関し
て、合金成分は前述のアルミダイカストの特性、特に鋳
造性，寸法精度及び生産性と機械的特性の点から現状よ
り大きく変更することは難しく、また２）に関しても生
産性等の制約があり問題を解決するまでには至っていな
い。よって、従来通りの材料及び鋳造法でつくられたも
のをいかにして表面処理するかという３）の検討が現状
では最も重要となる。

【００１１】これに関連し、特開平9−1319 号公報で
は、研掃処理，フッ酸及びフッ素化合物処理，化学研磨
を順に行った後に陽極酸化処理を施すことが紹介されて
いる。物理的あるいは化学的に表面を削ることで表面性
状を均一にすることにより、均一染色性と光輝性のある
陽極酸化皮膜を形成させるものである。

【００１２】このように従来技術では、アルミダイカス
トを陽極酸化処理する際の前処理として、ブラスト処理
等の機械加工やフッ酸浴処理及び化学研磨といった工程
が入る。

【００１３】更に、特開平9−184093 号公報には、Ａｌ
又はＡｌ合金に対しベーマイト処理後０.０７〜０.３μ
ｍ厚さの無孔質陽極酸化皮膜を形成することが開示され
ている。

【００１４】しかしながら、工程が複雑になれば作業性
及び経済性が低下するとともに、度重なる研掃，研磨処
理によりアルミダイカストの特徴である寸法精度に誤差
を生じる可能性がある。ゆえに、陽極酸化皮膜の黄色化
を防止するにしても簡易かつ寸法精度を維持できる方法
が求められる。更に、後者の方法には本発明に係る特定
の合金に対する処理法は示されていない。

【００１５】また、特開平1−287916 号公報には、アル
ミニウム箔を純水ボイル工程後にクエン酸水溶液による
陽極酸化工程が示され、静電容量を高めることが示され
ている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法では
優れた表面外観と耐食性の両立を目指したために、耐食
性に関していえばまだ充分ではない面があった。よっ
て、アルミダイカスト材の用途をさらに拡大する上で重
要な要素となる一層の高耐食性化を達成できる方法につ
いて検討を重ねた。

【００１７】本発明の目的は、より耐食性に優れたアル
ミダイカスト材とその製法及び用途を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
基合金部材に対するベーマイト処理の効果をさらに検討
した結果、酸化アルミニウムの水和による体積膨張によ
り被処理材表面をベーマイトがほぼ均質に覆い、後の陽
極酸化皮膜の成長を均一にすること、よってベーマイト
皮膜より水和水の多いバイヤライト皮膜の方が有利であ
ることを見出し、本発明に至ったものである。

【００１９】本発明は、Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有
するアルミダイカスト材の表面に、空孔率が３０体積％
以下であり、好ましくは膜厚が８〜３０μｍの密着性に
優れる陽極酸化皮膜が形成されているものである。

【００２０】前記酸化皮膜はアルミニウムの水和酸化物
を主成分とする外層と非晶質で多孔質のアルミニウムの
酸化物を主成分とする内層から構成されるものである。

【００２１】本発明は、Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有
するアルミダイカスト材表面にバイヤライト皮膜を形成
する処理を施した後、多孔質陽極酸化皮膜を形成する処
理及び封孔処理を順次施し、表面に高耐食性皮膜を付与
するものである。

【００２２】本発明は、前記バイヤライト皮膜形成処理
が純水中に浸漬して加熱することにより行われるもので
ある。この方法により、アルミダイカスト材の表面にバ
イヤライト皮膜と呼ばれる酸化アルミニウムの三水和物
がほぼ全体を覆って表面組成のむらを減少させ、その後
の陽極酸化皮膜の成長を均一にする効果をもたらす。前
記バイヤライト皮膜形成処理において、処理温度と時間
をそれぞれ４５〜７５℃，５〜６０分とするのが好まし
い。温度が４５℃未満ではバイヤライト皮膜の形成が極
端に遅く、逆に７５℃を超えると酸化アルミニウムの一
水和物であるベーマイトが形成するようになる。また、
時間が５分未満ではバイヤライト皮膜の成長が不十分
で、６０分を超えることは生産性の点から好ましくな
い。

【００２３】前記陽極酸化処理は、硫酸，しゅう酸，り
ん酸，クロム酸，酒石酸，スルファミン酸，ベンゼンス
ルホン酸を少なくとも一種以上含む水溶液中で、直流
法，交流法，交直重畳法及び波形制御法のいずれかによ
り行われるものである。この方法により、厚い多孔質な
陽極酸化皮膜を形成して耐食性を向上させることができ
る。

【００２４】前記陽極酸化処理の電解液として上記酸を
濃度で１〜４０重量％含有し、浴温１０〜４２℃で、電
界電圧が直流で１０〜６０Ｖ、交流で２０〜１２０Ｖ、
あるいは電流密度で５０〜６００Ａｍ^-2にして、１０〜
６０分通電するのが好ましい。この方法により、膜厚が
２〜６０μｍ、好ましくは８〜３０μｍの陽極酸化皮膜
が得られる。

【００２５】前記封孔処理は沸騰水中に浸漬あるいは加
圧水蒸気に接触処理させることにより行われるものであ
る。この方法により、多孔質酸化皮膜の孔壁部分の酸化
アルミニウムが水和して体積膨張し、その結果、孔をほ
ぼ塞ぐようになって高耐食性を得ることができる。

【００２６】前記封孔処理は処理温度と時間をそれぞれ
８０〜２００℃，５〜３０分とするのが好ましい。この
方法により、多孔質酸化皮膜の孔が表面側から塞がれて
いき緻密な皮膜へと変化するが、耐食性を考慮すると必
ずしも孔の内部全てを完全に塞ぐ必要はない。よって、
処理時間は最大でも３０分とするのが処理効率，経済性
の点から好ましい。

【００２７】本発明は、アルミニウム又はアルミニウム
合金部材を純水中に浸漬し、前記部材表面にバイヤライ
ト皮膜を形成した後、電解質水溶液により陽極酸化処理
を施すことを特徴とする高耐食性アルミニウム材の陽極
酸化方法にあり、更に前記陽極酸化処理を施した後、封
孔処理を施すことを特徴とするものである。

【００２８】本発明は、脱水槽を支えるフランジを有
し、該フランジがＳｉ４.５〜１８ 重量％を含むアルミ
ダイカスト材からなる全自動洗濯機であって、該フラン
ジ表面に酸化アルミニウムを主体としかつ空孔率が３０
体積％以下、好ましくは２５体積％以下で膜厚が８〜３
０μｍの低空孔耐食性密着膜を有することを特徴とす
る。その製造法は前述と同様である。

【００２９】本発明に用いられるアルミダイカスト材の
組成の代表例を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は表２に示すＪ
ＩＳ規格ＡＤＣ１２のアルミダイカストに施した本発明
の陽極酸化皮膜処理工程を示す概略図である。

【００３２】

【表２】

【００３３】図１（ａ）は、被処理材１の断面における
表面状態を示し、ベース基体３２表面近傍にはチル層３
３と呼ばれる厚さ数μｍ〜数十μｍの急冷凝固組織を有
する。チル層は、急冷されたために微細な組織を有し、
またＡｌと合金元素との共晶，固溶体及び金属間化合物
が複雑に形成されている場合が多い。このような組織の
不均一性が陽極酸化時における皮膜の不均一性、すなわ
ち生成する皮膜の不健全性の主な原因となる。特にＳｉ
粒子は、皮膜中に分散することによって黒色化を引き起
こすなど影響が大きい。なお、図中には最表面にある極
めて薄い自然酸化膜は省略している。

【００３４】上記被処理材は、アセトン等による脱脂を
行った後、バイヤライト皮膜形成処理を施される。図１
（ｂ）に示す様に、この処理は、純水中に浸漬して加熱
処理することにより、酸化アルミニウムの三水和物であ
るバイヤライト（Ａｌ₂Ｏ₃・３Ｈ₂Ｏ)３４を生成するも
のである。本実施例では脱脂をアセトン中で１０分間超
音波洗浄により行い、乾燥後、バイヤライト皮膜形成処
理として比抵抗７ＭΩcmの超純水中に浸漬し、６０℃で
３０分間加熱処理した。バイヤライト皮膜形成処理後の
試料表面は若干の光沢を残しつつやや黒味を帯びた灰色
となった。

【００３５】バイヤライト皮膜形成処理した後に施す陽
極酸化処理は、耐食性付与のため行うものである。本実
施例の陽極酸化条件は、１５重量％硫酸溶液中、浴温２
５℃，電流密度２Ａｄｍ^-2で３０分間電解とした。図１
（ｃ）に示す様に、水洗，乾燥後に陽極酸化皮膜３５の
膜厚を断面の直接観察により求めたところ、約１０μｍ
であった。

【００３６】陽極酸化処理後に更に比抵抗７ＭΩcmの純
水中で３０分煮沸処理する封孔処理を行った。

【００３７】陽極酸化処理後の表面の皮膜は酸化アルミ
ニウムであるが、その皮膜の中に若干の処理液のイオン
が含まれており、多孔質の皮膜となっている。そして、
その次の封孔処理によって穴の部分にアルミニウムの水
和物を有する皮膜が形成された。

【００３８】本発明例を適用したＡＤＣ１２材表面を電
子顕微鏡で観察した結果、従来の陽極酸化のみでは空孔
率が約５０体積％であるのに対し、本実施例では約半分
の２５体積％以下となり、緻密な皮膜が形成されている
ことがわかった。

【００３９】表３は本実施例の０.０６ 重量％塩化ナト
リウム溶液中における孔食電位の測定結果を示してい
る。比較例として、本実施例のバイヤライトに代えてベ
ーマイト処理を施したもの（比較例）、前処理無しで陽
極酸化のみのもの（比較例２）及び無処理のＡＤＣ１２
材（比較例３）についての結果も併せて示した。

【００４０】

【表３】

【００４１】孔食電位は、電位を正方向に掃引していっ
たときに孔食が起り始めた電位であり、数値が大きいほ
ど耐食性が良いことを示す。表３にみられるように、陽
極酸化のみ(−１８０ｍＶ)あるいはベーマイト処理後に
陽極酸化した場合（＋４００ｍＶ）と比較して、本開発
例では＋７１０ｍＶと著しく耐食性が向上していること
がわかる。

【００４２】（実施例２）図２は、本発明の耐食性皮膜
処理を施した全自動洗濯機の断面図である。鋼板製で且
つ箱形の外枠１内には、吊り棒２及び防振ばね３によっ
てポリプロピレン等の合成樹脂製の外槽４が防振支持さ
れている。外槽４の側壁には、防振ばね３を介して吊り
棒２を係合するリブ４ａが突設されている。

【００４３】外槽４内には水平断面形状が略円形で且つ
ステンレス鋼板製の洗濯兼脱水槽５が設けられる。この
洗濯兼脱水槽５の上端縁には合成樹脂製の上部流体バラ
ンスリング６がねじにより取り付けられている。洗濯兼
脱水槽５の側壁には多数の脱水孔５ａが設けられ、底部
内側の中央にはポリプロピレン等の合成樹脂で成形した
大形の回転翼７が設置され、回転翼７の周囲にはその外
周面を洗濯兼脱水槽５の内周面に当接して支えたポリプ
ロピレン等の合成樹脂製の中空リングに流体を封入した
下部流体バランスリング８が取り付けられる。

【００４４】外槽４の上端には、外槽４と洗濯兼脱水槽
５の間の隙間に洗濯物が落下するのを防止するために、
合成樹脂製の槽カバー９が設けられる。

【００４５】排水装置１０は、外槽４の底部の外側に取
り付けられて外槽４の内側に連通した排水電磁弁１１
と、排水電磁弁１１に後続する排水ホース１２を備え
る。排水ホース１２は、外枠１の側壁下部に形成した穴
を通して枠外に伸長される。

【００４６】外槽４の底部外側には、更に、駆動装置１
３を取り付ける鋼板製のセンターベース１４が固定され
ており、該センターベース１４には洗濯用モータ１５と
クラッチ機構部１６が固定される。洗濯用モータ１５の
出力軸１５ａには駆動プーリ１７が固定され、クラッチ
機構部１６の入力軸１６ａには従動プーリ１８が固定さ
れ、両プーリ１７，１８はベルト１９によって連結され
る。クラッチ機構部１６は、その内部に洗濯駆動と脱水
駆動を切り換えるクラッチや減速機構を備え、その２重
出力軸１６ｂはセンターベース１４及び外槽４を貫通し
て外槽４内に突出し、外側軸には洗濯兼脱水槽５が結合
され、内側軸には回転翼７が結合される。

【００４７】外枠１の上端部には上面カバー２０が取り
付けられ、該上面カバー２０の中央部には衣類投入口２
０ａが開口し、その手前側にはフロントパネルボックス
20ｂが形成され、後側にはリアパネルボックス２０ｃが
形成される。衣類投入口20ａは開閉蓋２１で開閉自在に
覆われ、フロントパネルボックス２０ｂ内には制御装置
２２が設置され、リアパネルボックス２０ｃ内には注水
口２３に連なる給水電磁弁２４が設置される。

【００４８】洗濯兼脱水槽５は、図３に示すように、ス
テンレス鋼板製で円筒状の胴部５ｂの下端縁とステンレ
ス鋼板製で椀状の底部５ｃの上端縁をはぜ折り加締めに
より締結して構成されている。底部５ｃは、胴部５ｂと
結合される上端部が下部流体バランスリング８を嵌め込
む下部よりも大径となるような段付きに絞り加工され、
外側底面はねじ止めされたＪＩＳ規格のＡＤＣ１２のダ
イキャスト鋳物からなるフランジ５ｄによって補強さ
れ、前記クラッチ機構部１６の２重出力軸１６ｂの外側
軸が該フランジ５ｄに結合される。そして、この２重出
力軸１６ｂの内側軸はフランジ５ｄと底部５ｃを貫通
し、その先端に回転翼７が結合される。この回転翼７
は、その裏側に下部流体バランスリング８にその外周が
微小間隙を介して包囲されて形成された洗濯水循環ポン
プ室内で回転する遠心羽根７ａを備える。循環水路カバ
ー２５は、洗濯兼脱水槽５の内壁面に上下方向に伸びる
ように取り付けられて糸屑除去循環水路２５ａを形成
し、その下端部は前記下部流体バランスリング８に形成
した狭窄部を跨いで洗濯水循環ポンプ室の吐き出し口に
受水口として開口し、上端に開口する吐出口には、糸屑
回収フィルタ２６が設置される。

【００４９】洗濯水循環ポンプ室内で回転する回転翼７
の遠心羽根７ａは洗濯水循環ポンプ室内の洗濯水を加圧
して受水口に吐き出し、洗濯兼脱水槽５の下側の通水口
５ｅを通して外槽４内の洗濯水を吸い込むものである。

【００５０】上述の構造において、本実施例ではフラン
ジ５ｄを実施例１に記載の方法と全く同様にバイヤライ
ト処理，陽極酸化処理及び封孔処理を順次行い、実施例
１と同様に空孔率２５体積％以下の緻密な酸化皮膜を形
成した。得られた皮膜の特性もほぼ同様であった。

【００５１】（実施例３）図４及び図５は、実施例２の
構造のフランジ５ｄの構造に代えて実施例１と同様の処
理を行ったフランジの平面図及び断面図である。

【００５２】本実施で用いるバイヤライト皮膜形成処理
工程は、研掃処理工程等と比較して、被処理材の形状を
ほとんど問題にしない。本実施例の全自動洗濯機のフラ
ンジ３６は洗濯槽固定用ボルト穴３７及び中心穴３８を
有するが、前述と同様の酸化皮膜を有するものである。
これらの形状，位置及び数等は用途に応じて適宜変更す
ることが可能である。

【００５３】さらに、バイヤライト皮膜形成処理の温度
は、ベーマイト処理の８０〜２００℃と比較してはるか
に低い４５〜７５℃であるため、作業性にも優れてい
る。

【００５４】本実施例ではＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金のＡ
ＤＣ１２に適用した例について示したが、同系合金のＡ
ＤＣ１０，Ａｌ−Ｓｉ系合金のＡＤＣ１，Ａｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ系合金のＡＤＣ３その他Ｓｉを７.５〜１８ 重量％
含むようなアルミダイカストに適用することができる。

【００５５】また、本実施例の被処理材は、表面近傍の
チル層を有するが、チル層を持たない組織，チル層が極
微量表面に存在する組織又はこれらの組織が混在してい
るものでもよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、低空孔で緻密な高耐食
性陽極酸化皮膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った皮膜の処理工程を示す概略図。

【図２】本発明の一実施例である全自動洗濯機の平面
図。

【図３】図２の全自動洗濯機フランジ近傍の拡大断面
図。

【図４】本発明の他の実施例のフランジの平面図。

【図５】図４のフランジの断面図。

【符号の説明】

５ｄ…フランジ、３２…ベース基板、３３…チル層、３
４…バイヤライト皮膜、３５…陽極酸化皮膜、３７…ボ
ルト穴、３８…中心穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０６Ｆ 13/00 Ｄ０６Ｆ 13/00

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミ
   ダイカスト材の表面に、酸化アルミニウムを主体としか
   つ空孔率が３０体積％以下である陽極酸化皮膜を有する
   ことを特徴とする高耐食性アルミダイカスト材。
2. 【請求項２】Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミ
   ダイカスト材の表面に、アルミニウムの水和酸化物を主
   成分とする外層と該外層の内側に非晶質で多孔質のアル
   ミニウムの酸化物を主成分とする内層とを有することを
   特徴とする高耐食性アルミダイカスト材。
3. 【請求項３】Ｓｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミ
   ダイカスト材表面に、酸化アルミニウムの三水和物であ
   るバイヤライト皮膜を形成する処理をした後、多孔質陽
   極酸化皮膜を形成する処理を施し、次いで封孔処理を行
   うことを特徴とする高耐食性アルミダイカスト材の陽極
   酸化方法。
4. 【請求項４】前記バイヤライト皮膜を形成する処理が、
   比抵抗１ＭΩcm以上の純水中に浸漬して４５〜７５℃で
   ５〜６０分処理するものであることを特徴とする請求項
   ３に記載の高耐食性アルミダイカスト材の陽極酸化方
   法。
5. 【請求項５】前記陽極酸化処理が、硫酸，しゅう酸，り
   ん酸，クロム酸を少なくとも一種を含む水溶液中で、直
   流法，交流法，交直重畳法及び波形制御法のいずれかに
   よって行うものであることを特徴とする請求項３又は４
   に記載の高耐食性アルミダイカスト材の陽極酸化方法。
6. 【請求項６】前記封孔処理が、沸騰水中に浸漬もしくは
   加圧水蒸気に接触処理するものであることを特徴とする
   請求項３〜５のいずれかに記載の高耐食性アルミダイカ
   スト材の陽極酸化方法。
7. 【請求項７】脱水槽を支えるフランジを有し、該フラン
   ジがＳｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミダイカス
   ト材からなる全自動洗濯機であって、前記フランジ表面
   に酸化アルミニウムを主体としかつ空孔率が３０体積％
   以下である陽極酸化皮膜を有することを特徴とする全自
   動洗濯機。
8. 【請求項８】脱水槽を支えるフランジを有し、該フラン
   ジがＳｉ４.５〜１８ 重量％を含有するアルミダイカス
   ト材からなる全自動洗濯機の製造法であって、前記フラ
   ンジ表面に酸化アルミニウムの三水和物であるバイヤラ
   イト皮膜を形成する処理をした後、多孔質陽極酸化皮膜
   を形成する処理を施し、次いで封孔処理を行うことを特
   徴とする全自動洗濯機の製造法。
9. 【請求項９】アルミニウム又はアルミニウム合金部材を
   純水中に浸漬し、前記部材表面にバイヤライト皮膜を形
   成した後、電解質水溶液により陽極酸化処理を施すこと
   を特徴とする高耐食性アルミニウム材の陽極酸化方法。
10. 【請求項１０】請求項９において、前記陽極酸化処理を
    施した後、封孔処理を施すことを特徴とする高耐食性ア
    ルミニウム材の陽極酸化方法。