JP2001152391A

JP2001152391A - アルミニウム並びにアルミニウム合金の表面処理法

Info

Publication number: JP2001152391A
Application number: JP33395299A
Authority: JP
Inventors: Minoru Mitani; 稔三谷
Original assignee: Soken Co Ltd
Current assignee: Soken Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウムの陽極酸化皮膜の耐食性及び耐
磨耗性を高めることにより、各種製品の耐久性、従って
その使用寿命を大幅に改善することができる、改良され
たアルミニウム並びにアルミニウム合金の表面処理法を
提供する。【解決手段】本発明のアルミニウム並びにアルミニウ
ム合金の表面処理法は、硫酸を主成分とする電解浴を用
いてアルミニウム並びにアルミニウム合金の表面に陽極
酸化皮膜を形成するに当たり、被処理対象物に給電する
ために、珪素１０〜３０重量％、銅１．５〜４．５重量
％、マグネシウム０．５〜２．５重量％、ニッケル２．
５〜９．５重量％、銀０．５〜３．５重量％を含むアル
ミニウム合金材料で形成された導電性治具を用いて、浴
温２０℃以下、電流密度１０A/dm²以下の処理条件で電
解することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム並びに
アルミニウム合金の表面処理法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はその合金の表面を、硫
酸、シュウ酸、クロム酸等を主成分とする水溶液系の電
解液中で陽極酸化し、耐食性酸化皮膜を形成する方法
は、アルマイト処理として公知である。かかるアルマイ
ト処理を施したアルミニウム合金製の各種製品は、比重
が小さくて加工が容易であるうえ、優れた耐食性、耐候
性、耐磨耗性などを備えているため、航空機、自動車、
船舶等の交通或いは輸送用機器、化学工業用機器、光学
機器、電気機器などの各種部品や、建築部材、厨房用品
などとして広く使用されている。

【０００３】しかしながら、硫酸等を主成分とする従来
のアルマイト処理で得られる陽極酸化皮膜は、多孔質で
あって絶縁性が低下しやすく、耐食性や耐磨耗性も十分
でないという問題があった。そこで、多孔質の陽極酸化
皮膜を後処理することにより改質する方法が検討され、
無機物質による封孔処理や有機物質による充填処理など
が提案されている。しかし、アルミニウム合金、特に強
度の高いアルミニウム合金などでは、耐食性や耐磨耗性
の良い陽極酸化皮膜を得ることは困難とされており、使
用寿命の改善要求には応えることができていない。また
一方で、電解コンデンサ用などの、緻密で絶縁性の高い
陽極酸化皮膜を得る方法が種々提案されている。しか
し、一般に緻密な陽極酸化皮膜は膜厚が薄くて耐磨耗性
に劣るため、機械用の部品等を製造するためのアルマイ
ト処理技術としては、この方法も適していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な陽極酸化皮膜の耐食性及び耐磨耗性の問題を解決する
ためになされたものであり、従って、アルミニウム合金
製の各種製品の、表面を陽極処理することで生成する陽
極酸化皮膜の、耐食性及び耐磨耗性を高めることによ
り、アルミニウム合金製の各種製品の耐久性、従ってそ
の使用寿命を大幅に改善することができる、改良された
アルミニウム並びにアルミニウム合金の表面処理法を提
供することが、本発明の目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
とができる本発明のアルミニウム並びにアルミニウム合
金の表面処理法は、硫酸を主成分とする電解浴を用いて
アルミニウム並びにアルミニウム合金の表面に陽極酸化
皮膜を形成するに当たり、被処理対象物に給電するため
に、珪素１０〜３０重量％、銅１．５〜４．５重量％、
マグネシウム０．５〜２．５重量％、ニッケル２．５〜
９．５重量％、銀０．５〜３．５重量％を含むアルミニ
ウム合金材料で形成された導電性治具を用いて、浴温２
０℃以下、電流密度１０A/dm²以下の処理条件で電解す
ることを特徴とする。

【０００６】本発明のアルミニウム並びにアルミニウム
合金の表面処理法において、前記導電性治具は、電解液
と接触しない部位を良導電性金属材料で形成するこがで
き、また、良導電性金属材料の表面に前記アルミニウム
合金材料の被覆層を設けて形成することもできる。更に
は、前記導電性治具を、良導電性金属材料からなる電源
接続端子部分の、少なくとも電解液と接触可能な部位の
表面に耐食性被覆を設け、更に少なくとも被表面処理体
又は電解液と接触する部位の表面を前記アルミニウム合
金材料により形成することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム並びにアル
ミニウム合金の表面処理法を適用することができるアル
ミニウムは、高純度のアルミニウムの他、通常の不可避
的な不純物を少量含有するアルミニウムであり、またア
ルミニウム合金は、家庭用品や一般工業用部品、或いは
電気機器、光学機器などを製造するに用いられる、圧延
性や鋳造性を改良したアルミニウム合金の他、航空機、
自動車、船舶等の交通或いは輸送用機器、機械用部品、
建築用部材などを製造するに用いられる、強度や剛性な
どを改良した特殊なアルミニウム合金も包含する。

【０００８】かかる本発明のアルミニウム並びにアルミ
ニウム合金の表面処理法において、陽極酸化皮膜を形成
するために用いられる電解液は、硫酸を主成分として含
む電解液であり、これに種々の薬剤を副成分として添加
した電解液が含まれ、かかる電解液は公知のアルマイト
処理用の公知組成の電解液も包含する。

【０００９】本発明のアルミニウム並びにアルミニウム
合金の表面処理法の重要な特徴は、被処理対象物に給電
するための導電性治具として、珪素１０〜３０重量％、
銅１．５〜４．５重量％、マグネシウム０．５〜２．５
重量％、ニッケル２．５〜９．５重量％、銀０．５〜
３．５重量％を含むアルミニウム合金材料で形成された
ものを用いることである。

【００１０】かかる治具形成用のアルミニウム合金材料
において、珪素は合金の鋳造性を高めて内部組織の均質
なビレットを得るのに効果があるが、合金中の珪素の含
有量は１０〜３０重量％の範囲内である必要があり、１
０重量％未満では製品である治具の機能特性にばらつき
多くなる。また３０重量％を超えると導電性が低下して
電力損失の増加を招くほか、治具の表面の耐久性を損な
い易くなるので、いずれも好ましくない。

【００１１】また銅は、合金の機械加工性を高めるのに
効果があり、その含有量は１．５〜４．５重量％の範囲
内にある必要がある。銅の含有量が１．５重量％未満で
は治具の精密加工が困難となり、また４．５重量％を超
えると組織の均質性を損ねて治具の使用寿命が短くなる
傾向が現れるので、いずれも好ましくない。更に、マグ
ネシウムの含有量は、０．５〜２．５重量％の範囲内に
ある必要があるが、マグネシウムの含有量が０．５重量
％に満たないと合金の硬度が不足し、治具の形状精度が
不足する傾向がある。また２．５重量％を超えると治具
の表面の腐食が多くなり、寿命が低下する傾向が高まる
ので、いずれも好ましくない。

【００１２】そしてニッケルは、合金の機械的強度を高
めるためのもので、その含有量は２．５〜９．５重量％
の範囲内にある必要があるが、ニッケルの含有量が２．
５重量％に満たないと、治具の形状の安定性を損なう傾
向がある。また９．５重量％を超えると、被処理アルミ
ニウム合金の陽極酸化膜の生成を遅らせるので、いずれ
も好ましくない。更に、銀は治具の導電性を高める効果
があり、その含有量は０．５〜３．５重量％の範囲内に
ある必要があるが、銀の含有量が０．５重量％に満たな
いと合金の硬度が低下して変形し易くなるほか、治具の
表面に通電を妨げる損傷などが生ずる傾向がある。ま
た、３．５重量％を超えると硬度の改善は少なくなり、
コストが増すばかりなので、いずれも好ましくない。

【００１３】このようなアルミニウム合金材料からなる
治具は、例えば棒状、板状など適宜の素材を成形して、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる被処理対象
物品の少なくとも一部分、好ましくは複数部分で挟持す
ることができる形状としたもので、その一部が上方に延
長していて、例えば電解糟の上方に設けた給電用のブス
バーなどに懸架できるような、導電端子を構成している
ものであることが望ましい。

【００１４】こうした本発明のアルミニウム並びにアル
ミニウム合金の表面処理法に用いられる治具としては、
その全てが上記の組成を有するアルミニウム合金材料で
形成されていてもよいが、例えば電解液と接触する部分
だけが上記のアルミニウム合金材料で形成され、導電端
子部分などの電解液と接触しない部分は、例えば銅又は
銅合金、チタン又はチタン合金などの、アルミニウム系
以外の良導電性金属材料等で形成されていてもよい。そ
のような良導電性金属等で形成された部分を有する治具
を用いる場合には、少なくとも電解液と接触する表面部
位を、上記のアルミニウム合金材料で被覆してもよく、
或いは耐食性の被覆などを設けて保護するようにしても
よい。更には、良導電性金属材料等で形成された治具
の、被処理対象物品と接触する部位付近を上記のアルミ
ニウム合金材料で形成し、その他の部位の表面を、例え
ば絶縁性の耐食性保護被覆で覆うように構成することも
でき、治具の形状や構造は特に限定されない。

【００１５】更に、本発明のアルミニウム並びにアルミ
ニウム合金の表面処理法に従って、被処理対象物品の表
面に陽極酸化皮膜を形成するには、概ね通常の硫酸を主
成分として含む電解液による陽極酸化電解条件に従っ
て、電解操作をすることができるが、本発明における適
切な電解条件としては、浴温が２０℃以下、好ましくは
９℃以下、更には５〜０℃の範囲内であることが、特に
好ましい。浴温が２０℃を超えるときは、生成する酸化
皮膜が軟質化し、場合によっては平滑な皮膜が得られな
い。その一方、浴温が低いことは特に不都合ではない
が、浴温を０℃以下とすることは経済的でないから、０
℃より低温とすることは推奨できない。

【００１６】また本発明における適切な電解条件とし
て、被処理対象物品の表面の電流密度は、一般的に１５
A/dm²以下であることが望ましい。電流密度が１５A/dm
²を超えると、被処理対象物品を構成するアルミニウム
合金の組成や浴温などの条件の組み合わせによっては、
陽極酸化皮膜にヤケなどの変色が発生したり、治具と被
処理対象物品との接触部分に放電による損傷などが発生
し易くなるので、これより高電流密度で電解を行うこと
は勧められない。そしてこのような範囲内で、好ましい
のは１０A/dm²以下であり、効率的に厚く且つ緻密な陽
極酸化皮膜を得るためには、その上限に近い電流密度が
１０〜５A/dm²の範囲内で電解操作を行うことが、皮膜
形成効率や経済性などの点から特に好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のアルミニウム並びにアルミニ
ウム合金の表面処理法を、実施例を挙げて説明するが、
本発明はかかる実施例の記載に何ら限定されるものでは
なく、本発明の思想に反しない限り、適宜の応用や変形
などを加えて実施することができるものである。

【００１８】（実施例１）図１に示す形状を有してい
て、図における１の挟持部を、表１に示す組成を有する
アルミニウム合金ａ〜ｔ、又はチタンｕのいずれかを用
いて構成し、また２の懸架部は、少量の銀を含む銅合金
を用いて構成して、これらを鑞付けにより接合したの
ち、その接合部を含む懸架部の電解液と接触する部分
に、フッ素樹脂系の耐食性塗料からなる保護膜３を焼き
付けて、それぞれ治具ａ〜ｕを用意した。これらの治具
は、上下の挟持部１の先端には折曲爪が形成してあり、
この上下の折曲爪の間に試験片４を垂直の姿勢となるよ
う挟んで固定し、電解糟の上方に架け渡したブスバー
に、懸架部２を引っ架けて吊り下げて使用するものであ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】また、陽極酸化皮膜を生成させるに用いる
試験片として、従来からアルマイト処理が困難とされて
いた、珪素０．５重量％以下、鉄０．５重量％以下、銅
３．８〜４．９重量％、マンガン０．３〜０．９重量
％、マグネシウム１．２〜１．８重量％、クロム０．１
重量％以下、亜鉛０．２５重量％以下、チタン及びジル
コン０．２重量％以下を含むジュラルミン系のアルミニ
ウム合金（２０２４）からなる、７cm×１０cm×２mmの
試験片Ａを用意した。

【００２１】縦６０cm、横１００cm、深さ１２０cmで、
内壁面に沿ってブラインを通すための冷却コイルを設
け、その内側に合成樹脂繊維からなる網を張り、また攪
拌機を備えた電解糟に、硫酸１２０g/L 、硫酸アルミニ
ウム０．３g/L 、酒石酸０．２g/L を含む電解液を入
れ、電解糟の対向する内側壁に近い位置に、それぞれ炭
素陰極板を垂直に向かい合わせに設けた。そして、陰極
板の中間の位置に架け渡した陽極ブスバーに、試験片Ａ
を取り付けたチタン治具ｕと、同じく試験片Ａを取り付
けたアルミニウム合金の治具ａ〜ｄとを懸架し、浴温を
５〜７℃、電流密度を４A/dm²に制御して電解試験を行
い、時間の経過に従って陽極酸化皮膜の生成状況が、ど
のように変化するかを調べた。

【００２２】また、これと同様にして、アルミニウム合
金の治具ｅ〜ｈ、ｉ〜ｌ、ｍ〜ｐ、ｑ〜ｔについても、
陽極酸化皮膜の生成状況の変化を調べ、これらの結果を
併せて表２に示した。この結果から、アルミニウム合金
に陽極酸化皮膜を生成させるために用いる治具として
は、珪素１０〜３０重量％、銅１．５〜４．５重量％、
マグネシウム０．５〜２．５重量％、ニッケル２．５〜
９．５重量％、銀０．５〜３．５重量％を含むアルミニ
ウム合金材料で形成されたものが適していることがわか
る。

【００２３】

【表２】

【００２４】（実施例２）陽極酸化皮膜を生成させるに
用いる試験片として、実施例１において用いた試験片Ａ
と全く同様な形状の、表３に示す組成のアルミニウム合
金からなる試験片Ｂ〜Ｆを、それぞれ用意した。そして
これらの試験片を、珪素２０重量％、銅３．５重量％、
マグネシウム１．２重量％、ニッケル７．５重量％、銀
１．２重量％を含むアルミニウム合金板で形成した挟持
部１を備えた治具ｖ、又はチタン治具ｕに、それぞれ取
り付け、実施例１と同様な電解糟、電解液、電解条件で
電解試験を行って、時間の経過に従って陽極酸化皮膜の
生成状況が、どのように変化するかを調べた。

【００２５】

【表３】

【００２６】これらの試験結果を表４に示したが、この
結果をみると、従来型のチタン治具ｕでは厚い陽極酸化
皮膜が出来なかったアルミニウム合金でも、アルミニウ
ム合金に陽極酸化皮膜を生成させるに適した本発明の治
具を用いれば、十分に厚い陽極酸化皮膜を生成させるこ
とができることがわかる。

【００２７】

【表４】

【００２８】（実施例３）陽極酸化皮膜を生成させるに
用いる試験片として、実施例２において用いた試験片Ｆ
（５００５）を、実施例２において用いた治具ｕと治具
ｖとにそれぞれ取り付け、実施例１と同様な電解液を入
れた電解糟で、浴温を０から２０℃まで、また電流密度
を１から３０A/dm²までの範囲で変化させて電解試験を
行い、時間の経過に従って陽極酸化皮膜の生成状況が、
どのように変化するかを調べた。

【００２９】その結果を表５に示すが、その結果をみる
と、電解条件が温和な場合には、一般用のアルミニウム
合金に対して、ある程度の厚さを有する硬質の陽極酸化
皮膜を生成させることは、通常用いられているチタン製
の治具ｕでも可能であるが、５０μｍ以上のような特に
厚い陽極酸化皮膜は、電解条件を厳しくする必要があっ
て、本発明における治具ｖを用いることで始めて可能と
なることが分かる。

【００３０】

【表５】

【００３１】（実施例４）また、陽極酸化皮膜を生成さ
せるに用いる試験片として、実施例２において用いた試
験片Ｂ（２０１１）を用いたほかは、実施例３全く同様
にして電解試験を行い、時間の経過に従って陽極酸化皮
膜の生成状況が、どのように変化するかを調べた。

【００３２】その結果を表６に示すが、その結果をみる
と、従来から特性の良い陽極酸化皮膜を生成させること
が困難である、とされているジュラルミン系のアルミニ
ウム合金に対して、１０μｍ以上、場合によっては１０
０μｍ以上というような、特に厚い陽極酸化皮膜を得る
ことが、本発明における治具ｖを用いることで、容易に
実現できることが分かる。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【発明の効果】本発明のアルミニウム並びにアルミニウ
ム合金の表面処理法は、硫酸を主成分とする電解浴を用
いてアルミニウム並びにアルミニウム合金の表面に陽極
酸化皮膜を形成するに当たり、被処理対象物に給電する
ために、珪素１０〜３０重量％、銅１．５〜４．５重量
％、マグネシウム０．５〜２．５重量％、ニッケル２．
５〜９．５重量％、銀０．５〜３．５重量％を含むアル
ミニウム合金材料で形成された導電性治具を用いて、浴
温２０℃以下、電流密度１０A/dm²以下の処理条件で電
解するもので、汎用のアルミニウム並びにアルミニウム
合金は勿論のこと、従来から特性の良い陽極酸化皮膜を
生成させることが困難、とされていたダイカスト用アル
ミニウム合金や、ジュラルミン系のアルミニウム合金に
対して、厚くて耐磨耗性や耐食性の優れた硬質陽極酸化
皮膜を、電力効率よく且つ経済的に生成させることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミニウム並びにアルミニウム合金
の表面処理法において用いられる、被処理物品取付用治
具の例の斜視図である。

【符号の説明】

１挟持部２懸架部３保護膜４試験片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫酸を主成分とする電解浴を用いてアル
ミニウム並びにアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜
を形成するに当たり、被処理対象物に給電するために、
珪素１０〜３０重量％、銅１．５〜４．５重量％、マグ
ネシウム０．５〜２．５重量％、ニッケル２．５〜９．
５重量％、銀０．５〜３．５重量％を含むアルミニウム
合金材料で形成された導電性治具を用いて、浴温２０℃
以下、電流密度１０A/dm²以下の処理条件で電解するこ
とを特徴とするアルミニウム並びにアルミニウム合金の
表面処理法。
【請求項２】前記導電性治具は、電解液と接触しない
部位を良導電性金属材料で形成したものである、請求項
１に記載のアルミニウム並びにアルミニウム合金の表面
処理法。
【請求項３】前記導電性治具は、良導電性金属材料の
表面に前記アルミニウム合金材料の被覆層を設けて形成
したものである、請求項１又は２に記載のアルミニウム
並びにアルミニウム合金の表面処理法。
【請求項４】前記導電性治具は、良導電性金属材料か
らなる電源接続端子部分の少なくとも電解液と接触可能
な部位の表面に耐食性被覆を設け、更に少なくとも被表
面処理体又は電解液と接触する部位の表面を前記アルミ
ニウム合金材料により形成したものである、請求項１乃
至３のいずれかに記載のアルミニウム並びにアルミニウ
ム合金の表面処理法。