JP2002249895A

JP2002249895A - アルミニウム合金上のめっき方法

Info

Publication number: JP2002249895A
Application number: JP2002011579A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kuroda; 徹也黒田; Hidesumi Kato; 英純加藤; Hitoshi Muramatsu; 仁村松
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2002-09-06
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JP3669578B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の技術である亜鉛置換法や陽極酸化法と
比べて、工程が短く、簡易で、しかもめっきの密着性が
高いアルミニウム合金上のめっき方法を提供する。【解決手段】シリコンを含有するＡＤＣ１２を陽極電
解エッチングして、該ＡＤＣ１２の表面からシリコンを
突出させると共に、表面に凹凸を形成させる工程と、め
っき工程を含むことを特徴とするアルミニウム合金上の
めっき方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンを含有す
るめっき被覆アルミニウム合金（ＡＤＣ材、ＡＣ材、展
伸材等）、該合金を用いたシリンダーブロック、該合金
を製造するためのめっき前処理方法、めっき方法、めっ
き処理ラインに関する。本発明は、二輪車や四輪車の部
品等のめっき、例えば、内燃機関に用いるアルミニウム
合金鋳物製のシリンダーブロックのシリンダー内面、ピ
ストン、クラッチ等へのめっきに適用される。なお、ピ
ストンとクラッチカバーについては、ホーニング加工は
行われない。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム合金への一般的なめ
っき方法として、２回亜鉛置換法（ダブルジンケート
法）が知られている。この方法は、現在、工業的に最も
多く採用されており、表１に示すような１５の工程、す
なわち、中性脱脂、水洗、アルカリ脱脂、水洗、アルカ
リエッチング、水洗、混酸処理、水洗、亜鉛置換、水
洗、酸浸漬、水洗、亜鉛置換、水洗、めっきの各工程か
らなる。この方法は、亜鉛置換を２回行なうため、密着
性が良好であるが、前処理工程として１４の工程がある
ため、前処理時間が長く、また、工程が複雑であるた
め、信頼性に欠け、ライン管理が困難であり、コスト高
となり、さらに処理液の管理も煩雑であるという欠点が
ある。

【０００３】さらに、前処理工程で用いる混酸（硝酸と
フッ酸）の取扱いが非常に難しく、耐酸性治具を用いな
ければならず、安全性等に注意を払う必要がある。例え
ば、シリンダーブロックをフロー方式によってめっきす
る場合、チャック面をシールする必要があり、処理工程
が多いとシール回数も多くなり、シール不良が発生する
危険性が高い。特に混酸等は、シール材を腐食し易く、
シール不良による液漏れを起こす原因となるので、取扱
いに注意を要する。なお、亜鉛置換法で用いる亜鉛（Ｚ
ｎ）以外にＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等を添加した多元合金置換
剤も開発されている。

【０００４】

【表１】

【０００５】また、陽極酸化法（アルマイト法）も知ら
れている。この方法は、アルミニウム合金に陽極酸化処
理を行い、多孔性の酸化皮膜を生成させ、この酸化皮膜
をアンカーとして、めっきを行なうものである。この方
法は、表１に示すように、１１の工程、すなわち、中性
脱脂、水洗、アルカリ脱脂、水洗、アルカリエッチン
グ、水洗、混酸処理、水洗、陽極酸化処理、水洗、めっ
きの各工程からなる。この方法は、処理工程が長く、ま
た、大きな凹凸を形成させることができないため、アン
カー効果が小さいという欠点がある。さらに、アルミニ
ウム合金とめっき皮膜の間にアルマイトの中間層が存在
するため、密着不良が発生する危険性が大きい。さら
に、この方法は、アルミニウム合金中の不純物（Ｓｉ
等）が多いと密着性が悪くなり、信頼性に欠けるという
欠点がある。陽極酸化法として、特開平３−１９１０９
５号公報に記載されているように、混酸処理を省き、工
程を短くする方法も提案されている。しかし、混酸処理
を省略すると、アルカリエッチングにより発生するスマ
ットが除去されないので、そのままめっきを施すと、ア
ルミニウム合金素材とめっき皮膜との界面にスマットが
残留し、密着性が悪くなるという欠点がある。

【０００６】これに対し、従来の方法の陽極酸化法によ
って得られるめっき被覆アルミニウム合金の断面を模式
図で示すと、図１０の通りである。図１０に示すよう
に、めっき皮膜（めっき層）９１と、シリコンを含有す
るアルミニウム合金９３の間に、陽極酸化皮膜９２が、
層状に形成される。このため、めっき皮膜９１とアルミ
ニウム合金９３の間のアンカー効果を得ることができ
ず、密着性が劣ることになる。

【０００７】また、特公平２−４０７５１号公報に記載
されているような反転電解活性化法も知られている。こ
の方法は、アルミニウム合金を電解液中に浸漬し、正及
び負の電圧を交互に印加して、表面を活性化させる方法
である。しかし、印加電圧の正負を反転させ、かつ反転
比率を任意にコントロールすることのできる特殊な電源
が必要であるため、設備コストが高くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
である亜鉛置換法や陽極酸化法と比べて、工程が短く、
簡易で、しかもめっきの密着性が高いアルミニウム合金
上のめっき前処理方法、めっき方法、及びめっき被覆ア
ルミニウム合金、さらにそれを用いたシリンダーブロッ
クを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のめっき被覆アル
ミニウム合金は、シリコンを含有するアルミニウム合金
と、該アルミニウム合金の表面に形成されためっき層
と、該アルミニウム合金と該めっき層の間に橋渡しされ
た状態で存在するシリコンとからなることを特徴とす
る。本発明のめっき被覆アルミニウム合金においては、
さらに、上記アルミニウム合金と上記めっき層の界面に
凹凸が形成されたものとすることができる。本発明のめ
っき被覆アルミニウム合金は、さらに、上記アルミニウ
ム合金と上記めっき層の間に、酸化されたアルミニウム
合金層を含むことができる。本発明のめっき被覆アルミ
ニウム合金は、例えば、シリンダーブロックとして好適
に用いられる。

【００１０】本発明のアルミニウム合金上のめっき前処
理方法は、シリコンを含有するアルミニウム合金を陽極
電解エッチングして、該アルミニウム合金の表面からシ
リコンを突出させる工程を含むことを特徴とする。本発
明のアルミニウム合金上のめっき前処理方法において、
上記陽極電解エッチングによって、さらに、上記アルミ
ニウム合金の表面に凹凸を形成させることができる。本
発明のアルミニウム合金上のめっき前処理方法におい
て、シリコンを含有するアルミニウム合金を陽極とし、
不溶性電極を陰極とし、電解液中で通電することによっ
て、上記陽極電解エッチングを行なうことができる。

【００１１】本発明のアルミニウム合金上のめっき方法
は、シリコンを含有するアルミニウム合金を陽極電解エ
ッチングして、該アルミニウム合金の表面からシリコン
を突出させる工程と、めっき工程を含むことを特徴とす
る。本発明のアルミニウム合金上のめっき方法におい
て、上記陽極電解エッチングによって、さらに、上記ア
ルミニウム合金の表面に凹凸を形成させることができ
る。本発明のアルミニウム合金上のめっき方法は、上記
めっき工程の前に、シリコンが突出した上記アルミニウ
ム合金の表面を陽極酸化する工程を含むことができる。
本発明のアルミニウム合金上のめっき方法において、シ
リコンを含有するアルミニウム合金を陽極とし、不溶性
電極を陰極とし、電解液中で通電することによって、上
記陽極電解エッチングを行なうことができる。上記電解
液として、リン酸、硫酸、スルファミン酸等を用いるこ
とができる。本発明のアルミニウム合金のめっき処理ラ
インは、脱脂処理部と、電解エッチング処理部と、めっ
き処理部を含むことを特徴とする。本発明のアルミニウ
ム合金のめっき処理ラインは、さらに、陽極酸化処理部
を含むことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で用いるアルミニウム合金
としては、例えば、ＡＤＣ材、ＡＣ材、展伸材等を挙げ
ることができる。より具体的には、ＪＩＳ規格のＡＣ４
Ｃ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ａ、ＡＤＣ１０、ＡＤ
Ｃ１２等を挙げることができる。特にアルミニウムダイ
カスト合金（ＡＤＣ１２等）は、金型成形されるので、
砂型を使用するアルミニウム鋳造品と比べて、表層部の
冷却速度が大きい。このため、成形品の表層部には、シ
リコンの密度が高くて、結晶粒の細かいチル層が、存在
する。したがって、同じ合金組成（主にシリコン含有
量）をもつアルミニウム鋳造品と比べて、アルミニウム
ダイカスト合金は、陽極電解エッチングによって表面に
突出するシリコン量が多く、その形状も複雑で細かくな
る。陽極電解エッチング処理したアルミニウム合金上に
めっきすると、めっきがシリコン晶の隙間に入り込み、
非常に大きなアンカー効果を得ることができる。

【００１３】本発明の方法は、例えば、脱脂、水洗、陽
極電解エッチング、水洗、めっきの順で行うことができ
る。

【表２】

【００１４】脱脂は、ＮＧ３０（キザイ社製）等の脱脂
剤を用いて、４０〜５０℃の温度で５〜１５分間行な
う。陽極電解エッチングは、シリコンを含有するアルミ
ニウム合金を電解液中に浸漬させ、該アルミニウム合金
を陽極とし、不溶性電極を陰極として行う。この処理に
よって、シリコン含有アルミニウム合金中のアルミニウ
ム成分が溶解して、シリコンがアルミニウム合金の表面
に突出すると共に、アルミニウム合金の表面上に凹凸が
形成される。この過程を図１に示す。図１中、（ａ）
は、電解エッチング前の状態を表す。アルミニウム合金
２中にシリコン１が含有されている。（ｂ）は、電解エ
ッチング後の状態を表す。（ｃ）は、めっき後の状態を
表す。シリコン１は、アルミニウム合金２とめっき皮膜
（めっき層）３の間に橋渡しされた状態で存在する。

【００１５】ここで、電解液としては、例えば、リン
酸、硫酸、スルファミン酸等を用いることができる。電
解液としてリン酸を用いる場合、４０〜９００ｇ／Ｌの
濃度、５０〜１００℃の温度、２０〜４００Ａ／ｄｍ²
の陽極電流密度で、電解エッチングする。濃度が４０ｇ
／Ｌ未満では、アルミニウムが溶解せず、シリコンの析
出が不十分となって、十分なアンカー効果が得られない
ため、密着性が悪くなる。濃度が９００ｇ／Ｌを越える
と、廃液処理や取扱いが困難になる。温度が５０℃未満
では、アルミニウムの表面に陽極酸化皮膜が生成するた
めに、アルミニウムが溶解せず、シリコンの析出が不十
分となって、十分なアンカー効果が得られず、めっきの
密着性が悪くなる。温度が１００℃を越えると、蒸発量
が多く、頻繁に電解液を補給することが必要になり、好
ましくない。陽極電流密度が２０Ａ／ｄｍ²未満では、
エッチング効果がなく、めっきの密着性が悪くなる。陽
極電流密度が４００Ａ／ｄｍ²を越えると、発熱量が多
く、冷却装置が必要となり、好ましくない。

【００１６】電解液としてスルファミン酸を用いる場
合、７５〜６００ｇ／Ｌの濃度、６５〜１００℃の温
度、５０〜３００Ａ／ｄｍ²の陽極電流密度で、電解エ
ッチングする。濃度が７５ｇ／Ｌ未満では、アルミニウ
ムが溶解しないので、シリコンが析出せず、十分なアン
カー効果が得られず、めっきの密着性が悪くなる。濃度
が６００ｇ／Ｌを越えると、スルファミン酸が溶解せ
ず、飽和した状態となるため、好ましくない。温度が６
５℃未満では、アルミニウムが溶解せず、シリコンの析
出が不十分となって、十分なアンカー効果が得られず、
めっきの密着性が悪くなる。温度が１００℃を越える
と、蒸発量が多くなり、頻繁に電解液を補給することが
必要になり、好ましくない。陽極電流密度が５０Ａ／ｄ
ｍ²未満では、アルミニウムが溶解せず、シリコンの析
出によるアンカー効果が得られない。陽極電流密度が３
００Ａ／ｄｍ²を越えると、発熱量が多く、冷却装置が
必要になり、好ましくない。めっき液にスルファミン酸
ニッケル液を用いる場合には、前処理後の水洗が不要に
なり、工程を短縮することができる。

【００１７】電解液として硫酸を用いる場合、７５〜６
００ｇ／Ｌの濃度、５０〜１００℃の温度、５０〜２０
０Ａ／ｄｍ²の陽極電流密度で、電解エッチングする。
濃度が７５ｇ／Ｌ未満では、アルミニウムの表面に陽極
酸化皮膜が形成され、アルミニウムが溶解せず、シリコ
ンの析出によるアンカー効果が得られず、めっきの密着
性が悪くなる。濃度が６００ｇ／Ｌを越えると、廃液の
処理や取扱いが困難となり、好ましくない。温度が５０
℃未満では、アルミニウム表面に陽極酸化皮膜が形成さ
れ、アルミニウムが溶解せず、シリコンの析出によるア
ンカー効果が得られず、めっきの密着性が悪くなる。温
度が１００℃を越えると、蒸発量が多くなり、頻繁に電
解液を補給することが必要になり、好ましくない。陽極
電流密度が５０Ａ／ｄｍ²未満では、アルミニウムが溶
解せず、アンカー効果が得られず、めっきの密着性が悪
くなる。陽極電流密度が２００Ａ／ｄｍ²を越えると、
発熱量が多く、冷却装置が必要になり、好ましくない。

【００１８】電解液としてリン酸と硫酸の混合液を用い
る場合、リン酸０〜９００ｇ／Ｌ、硫酸０〜６００ｇ／
Ｌの濃度、５０〜１００℃の温度、５０〜３００Ａ／ｄ
ｍ²の陽極電流密度で、電解エッチングする。リン酸と
硫酸の混合比率については、特に制限はない。ただし、
例えば、硫酸の混合割合が極めて小さい場合には、リン
酸の濃度を少なくとも約４０ｇ／Ｌとする必要がある。
温度範囲の限定理由、及び陽極電流密度の数値範囲の限
定理由については、上記リン酸のみの場合または硫酸の
みの場合と同じである。

【００１９】リン酸と硫酸の混合液を用いた場合、次の
ような利点がある。すなわち、リン酸のみを用いた場
合、電気抵抗が大きいため、発熱し易く、温度の管理が
難しい。硫酸のみを用いた場合、電気抵抗は小さいが、
陽極酸化皮膜が生成し易い。この点、リン酸と硫酸の混
合液は、リン酸のみの場合と比べて、電気抵抗が小さ
く、発熱量が少なくなり、液温の管理が簡便になる。さ
らに、陽極酸化皮膜が生成せず、アルミニウムの溶解を
促進し、シリコンの析出によるアンカー効果が得やすく
なり、めっきの密着性が高まる。

【００２０】電解時間は、上記いずれの種類の電解液を
用いても、２〜１５分間（通常、２〜５分間程度）であ
る。不溶性電極としては、例えば、ＳＵＳ（ＳＵＳ３０
４等）、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉにＰｔめっきを施したもの等
を用いることができる。

【００２１】めっきとしては、Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣめっ
き、Ｎｉ−Ｐめっき、Ｎｉ−ＳｉＣめっき、硬質クロム
めっき等を挙げることができる。中でも、シリンダーブ
ロックをめっきする場合、耐摩耗性の点から、特に好ま
しくはリンを添加したＮｉ−Ｐめっき皮膜や、ＳｉＣを
分散したＮｉ−ＳｉＣめっき皮膜や、Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣ
めっき皮膜である。めっきは、通常、３．５〜４．５の
ｐＨ、５５〜６０℃の温度のめっき浴中で、５〜２０Ａ
／ｄｍ²の電流密度で２０〜６０分間、通電することに
よって行なう。陽極電解エッチング処理後のアルミニウ
ム合金上にめっきを施すと、シリコンの突出とアルミニ
ウム合金上の凹凸の形成の双方のアンカー効果によっ
て、密着性の良好なめっき皮膜（めっき層）を得ること
ができる。

【００２２】次に、本発明の方法においては、シリコン
の形状が、微細で凹凸形状をしていることが望ましく、
また、アルミニウム合金中のシリコン濃度が高いことが
望ましい。具体的には、アルミニウム合金の断面積１０
⁴μｍ²当たり、シリコンの周囲長さの合計の平均値
が、５００μｍ以上であることが好ましい。また、シリ
コンを含有するアルミニウム合金中のシリコンの含有率
が、４．５重量％以上であることが好ましい。

【００２３】この点、従来法の亜鉛置換法においては、
シリコン濃度が低いことが好ましい。亜鉛置換法では、
アルカリエッチングにより、シリコンを主成分とするス
マットが発生して表面に残留するため、スマットを次工
程の混酸処理で除去する必要がある。しかし、除去しき
れずにスマットが残留した場合、めっきの密着不良を起
こすおそれがある。したがって、亜鉛置換法では、スマ
ットの発生しない組成のアルミニウム合金、すなわち、
シリコン含有量の少ないアルミニウム合金を用いること
が望ましい。また、シリコンは、亜鉛置換反応において
も活性が低いため、亜鉛粒子が析出しにくく、密着不良
の要因となりやすい。従来法の陽極酸化法においても、
アルミニウム合金中のシリコン濃度が低いことが好まし
い。シリコンは、導電性が悪いため、陽極酸化反応時に
通電しにくく、シリコンの存在する部位にはアルマイト
層が形成されにくいからである。

【００２４】本発明のめっき方法においては、また、陽
極電解エッチング後に、ワーク表面のシリコン晶以外の
アルミニウム合金部分に陽極酸化皮膜を生成させ、アル
ミニウム合金部分を多孔質化することもできる。陽極酸
化後にめっきを行なうことによって、橋渡しされたシリ
コンと、ワーク表面の凹凸と、上記生成した多孔質とに
よって、密着性の高いめっき皮膜を形成させることがで
きる。これによって、任意のシリコン濃度のアルミニウ
ム合金に対して、優れた密着性を得ることができる。陽
極酸化処理においては、陽極電解エッチングと全く同様
の治具、設備、電解液を用いることができる。

【００２５】前処理工程を少なくとも脱脂、電解エッチ
ング、陽極酸化処理の３工程とした場合のアルミニウム
合金製の４サイクルシリンダーの製造ラインを、図２を
参照して、説明する。図２において、シリンダー機械加
工ライン２３、めっき処理ライン２４、シリンダーホー
ニング加工ライン２５を含む。アルミニウム合金製の４
サイクルシリンダーは、シリンダー機械加工ライン２３
中で機械加工された後、めっき処理ライン２４に投入さ
れる。めっき処理ラインにおいて、まず、脱脂処理槽１
１で切削油等の油分を除去した後、水洗槽１２、１３で
水洗して、電解エッチング処理槽１４に投入する。電解
エッチング処理後、水洗槽１５、１６で水洗した後、陽
極酸化処理槽１７に投入する。陽極酸化処理の後、水洗
槽１８、１９で水洗した後、めっき処理槽２０でめっき
処理し、さらに水洗槽２１、２２で水洗する。その後、
シリンダーホーニング加工ライン２５でホーニング加工
する。

【００２６】脱脂処理槽１１及び水洗槽１２、１３を合
わせて、脱脂処理部と呼び、電解エッチング槽１４及び
水洗槽１５、１６を合わせて、陽極電解エッチング部と
呼び、陽極酸化処理槽１７及び水洗槽１８、１９を合わ
せて、陽極酸化部と呼び、めっき槽２０と水洗槽２１、
２２を合わせて、めっき処理部と呼ぶ。ラインにおい
て、アルミニウム合金成形体（ワーク）の搬送方法は、
特に限定されず、任意である。例えば、レールに沿って
ライン上を移動するワークチャックにワークを把持させ
て搬送することができる。なお、本発明において、陽極
酸化部を省略することもできる。

【００２７】陽極酸化処理は、リン酸、硫酸、シュウ酸
等を電解液として行われる。中でも、リン酸が好ましく
用いられる。リン酸を電解液として用いた場合、リン酸
５０〜５００ｇ／Ｌ、温度１０〜６０℃、電流密度２〜
３０Ａ／ｄｍ²、２〜１５分間（通常、２〜５分間程
度）の条件で、陽極酸化処理が行われる。電解エッチン
グ処理と陽極酸化処理において、共に電解液としてリン
酸を用いれば、電解エッチング処理後の水洗工程を省略
することができ、また、ラインが短縮化され、生産性が
向上する。

【００２８】図３は、陽極酸化処理の工程を含む本発明
の方法によって得られるめっき被覆アルミニウム合金の
断面の模式図である。図３において、アルミニウム合金
３１とめっき層３３の間には、アルミニウム合金の酸化
層３２が存在する。また、アルミニウム合金から突出し
たシリコン３４は、めっき層３３に対し、アンカー効果
を与えている。

【００２９】図４に、シリンダーを電解エッチングする
装置の一例を示す。図４において、下部フレーム４１ａ
及び上部フレーム４１ｂを有するフレーム４１の下部フ
レーム４１ａ上に、絶縁板４６、電極板４７、絶縁板４
８、電極板４９、シリンダー（ワーク）５０、パッキン
グ５２、上部治具５３が配置されている。これらの部材
の各々の中央には、シリンダーの内径と同じ径の孔が穿
設してあり、これらの中心が全て同一軸線上に並ぶよう
に配置され、液の通路が形成されている。また、これら
の部材は、エアシリンダー５５によって、押圧ロッド５
５ａを介して、下方に押し付けられて固定される。電解
液は、液槽４２からポンプ４４により圧送され、下部フ
レーム４１ａの下側に配設された液流入部４５から流入
し、シリンダーの内面を通って、上部治具５３に配設さ
れた液流出部５４から液槽４２へ排出される。電極板４
７の孔部中央には電極支持４７ａが設けられ、この電極
支持部４７ａに不溶性陰極（ステンレス製丸棒）の電極
５１が、電解液の通路の中央に位置するように支持固定
される。通常は、電極５１がマイナス、シリンダー（ワ
ーク）５０がプラスとなるように、電極板４７をマイナ
ス、電極板４９をプラスとして、電源４３から通電す
る。

【００３０】このように、シリンダーの内面のみに電解
液を流して、電解エッチングを行えば、余分な部分をエ
ッチングすることがなく、また、手間のかかるマスキン
グ等を必要としないため、効率が良い。また、陽極酸化
処理を行う装置は、処理液が異なるだけで電解エッチン
グとほぼ同じ構造である。

【００３１】特に、電解エッチング処理と陽極酸化処理
の両方にリン酸を使用する場合は、配管及び装置を共通
化することができる。図５中の符号の大部分は、図４と
同様であるので、説明を省略する。図５において、液槽
４２に電解エッチング用のリン酸を、液槽４２ａに陽極
酸化用のリン酸をそれぞれ入れ、三方弁５６ａ、５６ｂ
により、順次流して、連続的に処理することができる。
この場合、ワークであるシリンダーを固定したままの状
態で、液を切り替えるだけでよいため、ワークを搬送す
る必要がなく、一連の処理の効率が良い。この場合のめ
っき処理ラインは、図６に示すように、さらに短縮する
ことができる。すなわち、図２と比べて、水洗槽１５、
１６を省略することができ、電解エッチング槽１４と陽
極酸化処理槽１７を同じ装置で兼用することができる。
シリンダーをめっきする装置は、上記電解エッチング装
置とほぼ同じ構造であり、シリンダー（ワーク）５０が
陰極となり、電極５１が陽極となる点、及び、電解液が
異なる点を除き、図５と同様である。

【００３２】次に、シリンダーブロックに前処理及びめ
っきを施す場合の装置の概略を、図７を参照して説明す
る。図７において、シリンダーブロック６１は、下部治
具６３上に下部パッキング６８を介して載置され、シリ
ンダーの上部は、上部治具６２及び上部パッキング６７
によって密封される。シリンダーブロック６１と治具６
２、６３のチャックは、エアシリンダーによる押圧方法
やボルトによる固定等によって行なうことができる。前
処理の電解液及びめっき液は、処理液タンク７０からポ
ンプ６９により圧送され、処理液の流入口６６から流入
し、シリンダー内面を通って、上部治具６２に配置され
た処理液流出口６５を通って、処理液タンク７０へ排出
される。電極６４は、シリンダーの中央に位置するよう
に下部治具６３に固定され、シリンダーブロック６１と
共に電源７１に接続される。陽極電解エッチング及び陽
極酸化処理の時は、電極６４をマイナス、シリンダーブ
ロック６１をプラスとなるように通電する。めっきも同
様な装置で電極６４をプラス、シリンダーブロック６１
をマイナスに接続して行なう。このように、シリンダー
内面のみに処理液を流すフロー方式は、ワークを処理液
に浸漬させる方式に比べ、マスキング等が不要であり、
余分な部分を処理する必要がないため、処理液の寿命も
長く、効率的である。

【００３３】シリンダーブロックの製造方法としては、
ＡＣ４Ｂ材（Ｓｉの含有率：７〜１０％）やＡＣ４Ｃ材
（Ｓｉの含有率：６．５〜７．５％）を用いた低圧鋳造
法や、ＡＤＣ１２材（Ｓｉの含有率：９．６〜１２％）
を用いたダイキャスト法が一般的である。本発明のめっ
き前処理方法は、混酸を用いないため、安全性に優れる
という利点を有する。特に図７に示すように、処理液を
ポンプ６９で循環させる方式の場合には、その効果が著
しい。この点を詳述すると、次の通りである。

【００３４】一般の自動車用のシリンダーブロックで
は、筒状部分の一端側にクランクケースが連結された構
造となっており、複数のシリンダーを有する多気筒エン
ジンでは、クランクケースの各気筒間には隔壁が配設さ
れている等、構造的に平らな部分が少ないため、シリン
ダーの開口部のシール方法が難しく、シールが不完全に
なり易い。しかし、混酸は、有毒であり、漏れ出すと大
変危険である。したがって、シリンダーの開口部をシー
ルして、処理液が漏れるのを防止する必要がある。ま
た、強力な腐食性を有する混酸に対応して、配管、治
具、ポンプ等を耐酸性材料とする必要があり、設備コス
トが高くなる。この点、本発明のめっき前処理方法で
は、混酸を用いないため、これらの欠点がない。

【００３５】また、シリンダーブロックを各処理用治具
へ搬送し、その都度チャックを行なう自動めっき処理ラ
イン等においては、２回亜鉛置換法のように工程数が多
いと、チャック回数も多くなるため、シール不良による
液漏れが発生し易くなり、危険性が高くなる。この点、
本発明のめっき前処理は、工程数が少ないので、シール
不良を起こす可能性が低く、安全性の面で好ましい。さ
らに、電解エッチングと陽極酸化処理に用いる電解液を
どちらもリン酸とすれば、電解エッチングと陽極酸化処
理の間の水洗工程を省略できるだけでなく、搬送する必
要がないので、チャックも１回で足り、液漏れの危険性
が小さくなる。さらにラインを短縮することができ、生
産性を向上させることができる。

【００３６】

【実施例】以下、実施例及び比較例によって、本発明を
説明する。実施例１シリコンを含有するアルミニウム合金である「ＡＣ８
Ａ」（ＪＩＳ呼称）を、水溶性脱脂剤「ＮＧ３０」（キ
ザイ社製）を用いて、４５℃で１０分間、中性脱脂した
後、水洗した。「ＡＣ８Ａ」の化学成分は、１１．０〜
１３．０％のＳｉ、０．８％のＦｅ、０．８〜１．３％
のＣｕ、０．１５％のＭｎ、０．７〜１．３％のＭｇ、
０．１５％のＺｎ、０．８〜１．５％のＮｉ、０．２０
％のＴｉ、０．０５％のＰｂ、０．０５％のＳｎ、０．
１０％のＣｒ、残部のＡｌである。

【００３７】次に、脱脂したアルミニウム合金を電解液
（２００ｇ／Ｌのリン酸水溶液、８０℃）に浸漬し、１
００Ａ／ｄｍ² の電流密度で１０分間電解エッチングし
た。不溶性電極として、ＳＵＳ３０４を用いた。電解エ
ッチング処理したアルミニウム合金を、ｐＨ４．０、温
度５７±２℃のめっき浴条件下で、５Ａ／ｄｍ² の電流
密度で５分、通電し、さらに２０Ａ／ｄｍ²の電流密度
で３０分、通電して、Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣめっきを施し
た。用いためっき浴の組成は、スルファミン酸ニッケル
（Ｎｉ（ＮＨ₂ ＳＯ₃）₂ ・４Ｈ₂Ｏ）５３５ｍＬ／
Ｌ、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏ）１５ｇ／
Ｌ、ホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）４５ｇ／Ｌ、サッカリンソー
ダ３．２ｇ／Ｌ、次亜リン酸１．５ｇ／Ｌ、炭化珪素
（ＳｉＣ）４０ｇ／Ｌである。

【００３８】めっき被覆アルミニウム合金の断面の顕微
鏡写真（倍率：４００倍）を図８に示す。図８におい
て、下層の白い部分がシリコンを含有するアルミニウム
合金であり、上層の灰色の部分がめっき皮膜であり、下
層から上層の下部にかけて粒状または帯状に散在するも
のがシリコンである。上層中に点在するものは、ＳｉＣ
粒子である。めっき後に、めっきとアルミニウム合金の
界面にカッターナイフを入れて剥離させることができる
かどうかを調べる密着性試験を行った。

【００３９】比較例１前処理として亜鉛置換を表１に示す条件で行い、その
後、実施例１と同様のスルファミン酸ニッケル浴による
Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣめっきを施し、実施例１と同様の密着
性試験を行なった。

【００４０】比較例２前処理として陽極酸化法を表１に示す条件で行い、その
後、実施例１と同様のスルファミン酸ニッケル浴による
Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣめっきを施し、実施例１と同様の密着
性試験を行なった。めっき被覆アルミニウム合金の断面
の顕微鏡写真（倍率：４００倍）を図１１に示す。図１
１において、下層がアルミニウム合金であり、中間層
（黒色）が陽極酸化皮膜であり、上層がめっき皮膜であ
る。

【００４１】以上の密着性試験の結果、及びめっき方法
の工程数を表３に示す。本発明のめっき方法によって得
られためっき皮膜（実施例１）は、剥離せず、良好な密
着性を示した。亜鉛置換法により得られためっき皮膜
（比較例１）は、良好な密着性を示すが、工程数が多
く、処理時間が大きい等の欠点がある。陽極酸化法によ
って得られためっき皮膜（比較例２）は、小片状に剥離
し、密着性が劣る。

【００４２】

【表３】

【００４３】実施例２〜５、比較例３次に、シリコン含有量およびシリコン晶の組織状態の異
なるアルミニウム合金を用いて、めっき皮膜の密着性テ
ストを行なった。陽極電解エッチング（前処理）および
めっきの各条件は、実施例１と同様である。めっきの密
着性は、テストピース（４０ｍｍ×５０ｍｍ）を切り出
し、めっき皮膜とアルミニウム合金の界面にカッターナ
イフを挿入して、剥離させて評価した。

【００４４】テストピースとして、表４に示すように、
シリコン含有量およびシリコン晶形状の異なるＡ５０５
２（比較例３）、ＡＣ４Ｄ（実施例２）、ＡＤＣ１２
（実施例３）、Ａ４０３２（実施例４）、オリジナル
（実施例５）の５種類のアルミニウム合金を使用した。
なお、アルミニウム合金の呼称は、オリジナルのものを
除き、いずれもＪＩＳ規格におけるものである。表４に
示すように、シリコン含有量が０．２５％では、アンカ
ーとなるシリコンが少ないため、密着性が悪かったが、
４．５％以上のアルミニウム合金では、良好な密着性が
得られた。

【００４５】また、シリコン晶の形状も密着性に影響し
ており、微細で凹凸形状になっているのが好ましい。凹
凸形状の度合を評価するため、図９のようにシリコン晶
の周囲長を測定した。図９において、シリコン晶８１の
外周に沿って測定した長さが、周囲長さ８２である。測
定は、アルミニウム合金の切断面を鏡面研磨した後、顕
微鏡（倍率：４００倍）で研磨面を観察し、画像処理／
解析装置（ニレコ社製、ルーゼックスＩＩＤ）を用い
て、シリコン晶の周囲長さを測定した。１００μｍ×１
００μｍ（１０⁴ μｍ² ）の断面に含まれるシリコン晶
の周囲長さの合計を表４に示す。表４から、密着性の向
上のために、周囲長さは、好ましくは５００μｍ／１０
⁴ μｍ² 以上、より好ましくは３０００μｍ／１０⁴ μ
ｍ² 以上必要であることがわかる。

【００４６】

【表４】 ◎ 非常に良い ○ 良い △ 悪い × 非常に悪い

【００４７】一般に、アルミニウム合金中のシリコン晶
の形状は、冷却速度の影響を受けやすく、冷却速度が大
きいと微細となり、徐々に冷却されるとシリコン晶が粗
大となる傾向がある。アルミニウム合金の製造方法に
は、砂型鋳造法やダイカスト法等があり、ダイカスト法
は、金型を用いるため、放熱性が良く、冷却速度が大き
いので、シリコン晶が微細になることが知られている。
ただし、本発明は、ダイカスト法に限定されるものでは
ない。製造方法の種類にかかわらず、アルミニウム合金
中のシリコン含有量が４．５％以上、またはシリコン周
囲長さ５００μｍ／１０⁴ μｍ² 以上であるシリコン含
有アルミニウム合金に適用することができる。

【００４８】実施例６〜８、比較例４〜５実施例１と同様の条件で、表５に示す種々のアルミニウ
ム合金（実施例６〜８）をめっきした。めっき後、実施
例１と同様のめっき密着性試験を行った。また、アルミ
ニウム合金としてＡＤＣ１０を用い、亜鉛置換法（比較
例４）または陽極酸化法（比較例５）でめっきを行なっ
た。その結果を表５に示す。

【００４９】

【表５】 ◎ 非常に良い ○ 良い △ 悪い × 非常に悪い

【００５０】以上の実施例および比較例で用いたアルミ
ニウム合金の成分組成を表６に示す。

【表６】

【００５１】実施例９、比較例６シリコン含有アルミニウム合金であるＡＣ４Ｂ（Ｓｉ７
〜１０％）、ＡＣ４Ｃ（Ｓｉ６．５〜７．５％）、ＡＤ
Ｃ１２（Ｓｉ９．６〜１２．０％）について、本発明の
前処理方法と、従来技術の亜鉛置換法を用いて、前処理
を行い、その上にスルファミン酸ニッケル浴によるＮｉ
−Ｐ−ＳｉＣめっきを施し、密着性の比較を行った。本
発明の前処理方法の条件を表７に、亜鉛置換法の条件を
表８に、両者に共通のめっき条件を表９に示す。密着性
の評価は、めっき皮膜とアルミニウム合金との界面にカ
ッターナイフを入れて、剥離させる密着性試験によって
行なった。その結果を表１０に示す。

【００５２】

【表７】

【００５３】

【表８】

【００５４】

【表９】

【００５５】

【表１０】 ○：良い ×：悪い

【００５６】表１０から、本発明の前処理方法による
と、試験を行った全ての合金について良好な密着性を示
すことがわかる。亜鉛置換法では、ＡＤＣ１２に対して
十分な密着性を得ていない。

【００５７】以下の実施例１０〜２８及び比較例７〜１
８は、めっきの電解液の種類、濃度、温度を変えて、め
っきの密着性の評価を行なった実験例である。アルミニ
ウム合金（テストピース）に対し、脱脂、陽極電解エッ
チング、めっきの順に処理を施した後、めっきの密着性
を調べた。テストピースとしては、ＡＤＣ１２製５０×
６０×１．２ｍｍ板を用いた。脱脂は、ＮＧ３０（キザ
イ社製）等の脱脂剤を用いて、４０〜５０℃の温度で５
〜１０分間行なった。また、めっきは、ｐＨ４．０、温
度５７±２℃のめっき浴条件下で５Ａ／ｄｍ² の電流密
度で５分通電し、さらに２０Ａ／ｄｍ² の電流密度で３
０分通電して、Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣめっきを施した。めっ
き浴の組成は、スルファミン酸ニッケル５３５ｍｌ／
Ｌ、塩化ニッケル１５ｇ／Ｌ、ホウ酸４５ｇ／Ｌ、サッ
カリンソーダ３．２ｇ／Ｌ、次亜リン酸１．５ｇ／Ｌ、
炭化珪素４０ｇ／Ｌであった。

【００５８】実施例１０〜１６、比較例７〜１０実施例１０〜１６、比較例７〜１０は、電解液として、
リン酸を用いた実験例である。温度を一定にして、リン
酸の濃度を変化させた場合、及び、リン酸の濃度を一定
にして、温度を変化させた場合について調べた。陽極電
流密度を１００Ａ／ｄｍ²とし、表１１及び表１２に示
す条件で、陽極電解エッチングを行なった後、めっきを
施し、カッターによる剥離テストを行い、密着性の評価
を行った。密着性の評価は、処理後のテストピースを切
断し、めっき皮膜と母材の間にカッターの刃を入れて、
皮膜が剥がれるかどうかを確認することによって行なっ
た。

【００５９】

【表１１】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６０】

【表１２】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６１】実施例１７〜２１、比較例１１〜１２実施例１７〜２１、比較例１１〜１２は、電解液とし
て、スルファミン酸を用いた実験例である。温度を一定
にして、スルファミン酸の濃度を変化させた場合、及
び、スルファミン酸の濃度を一定にして、温度を変化さ
せた場合について調べた。陽極電流密度を１００Ａ／ｄ
ｍ²とし、表１３及び表１４に示す条件で、陽極電解エ
ッチングを行なった後、めっきを施し、カッターによる
剥離テストを行い、密着性の評価を行った。

【００６２】

【表１３】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６３】

【表１４】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６４】実施例２２〜２６、比較例１３〜１７実施例２２〜２６、比較例１３〜１７は、電解液とし
て、硫酸を用いた実験例である。温度を一定にして、硫
酸の濃度を変化させた場合、及び、硫酸の濃度を一定に
して、温度を変化させた場合について調べた。陽極電流
密度を１００Ａ／ｄｍ²とし、表１５及び表１６に示す
条件で、陽極電解エッチングを行なった後、めっきを施
し、カッターによる剥離テストを行い、密着性の評価を
行った。

【００６５】

【表１５】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６６】

【表１６】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６７】実施例２７〜２８、比較例１８実施例２７〜２８、比較例１８は、電解液として、リン
酸と硫酸の混合液を用いた実験例である。混合液の濃度
を一定にして、温度を変化させた場合について調べた。
陽極電流密度を１００Ａ／ｄｍ²とし、表１７に示す条
件で、陽極電解エッチングを行なった後、めっきを施
し、カッターによる剥離テストを行い、密着性の評価を
行った。

【００６８】

【表１７】 ○：密着性が良好 ×：密着性が比較的悪い

【００６９】

【発明の効果】本発明の方法によると、従来の亜鉛置換
法や陽極酸化法と比べて、工程が少なくて、処理時間が
短く、生産効率が向上し、設備の小型化やコストダウン
を図ることができる。取扱いの困難な混酸も、不要であ
る。また、シリコン含有量の高いアルミニウム合金に、
密着性の良好なめっきを施すことができる。さらに、ア
ルミニウム合金の中でもＡＤＣ１２等は、めっき前処理
が難しいため、従来、ＡＤＣ１２シリンダーに、鋳鉄ス
リーブを圧入または鋳込みにより挿入していた。これに
対し、本発明では、鋳鉄スリーブが不要となり、軽量化
や冷却性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のめっき方法の工程を示す図である。

【図２】本発明のめっき方法のシリンダー加工ラインの
一例を示す図である。

【図３】本発明の方法を用いて得られるめっき被覆アル
ミニウム合金の断面の模式図である。

【図４】陽極電解エッチング装置の一例を示す図であ
る。

【図５】陽極電解エッチング装置の一例を示す図であ
る。

【図６】本発明のめっき方法の加工ラインの一例を示す
図である。

【図７】シリンダーブロックのめっき処理装置の一例を
示す図である。

【図８】本発明の方法を用いて得られるめっき被覆アル
ミニウム合金の断面の顕微鏡写真（倍率：４００倍）で
ある。

【図９】シリコンの周囲長さの一例を示す図である。

【図１０】従来法（陽極酸化法）によって得られるめっ
き被覆アルミニウム合金の断面の模式図である。

【図１１】従来法（陽極酸化法）によって得られるめっ
き被覆アルミニウム合金の断面の顕微鏡写真（倍率：４
００倍）である。

【符号の説明】

１シリコン２アルミニウム合金３めっき皮膜１１脱脂処理槽１２水洗槽１３水洗槽１４電解エッチング槽１５水洗槽１６水洗槽１７陽極酸化処理槽１８水洗槽１９水洗槽２０めっき処理槽２１水洗槽２２水洗槽２３シリンダー機械加工ライン２４めっき処理ライン２５シリンダーホーニング加工ライン３１アルミニウム合金３２アルミニウム合金の酸化層３３めっき層３４シリコン４１フレーム４１ａ下部フレーム４１ｂ上部フレーム４２液槽４２ａ液槽４３電源４４ポンプ４５液流出部４６絶縁板４７電極板４７ａ電極支持４８絶縁板４９電極板５０シリンダー５１電極５２パッキング５３上部治具５４液流出部５５エアシリンダー５５ａ押圧ロッド５６ａ三方弁５６ｂ三方弁６１シリンダーブロック６２上部治具６３下部治具６４電極６５処理液流出口６６処理液流入口６７上部パッキング６８下部パッキング６９ポンプ７０処理液タンク７１電源８１シリコン８２周囲長さ９１めっき層９２アルミニウム合金の酸化層９３アルミニウム合金

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ２５Ｆ 3/04 Ｃ２５Ｆ 3/04 ＣＦ１６Ｄ 13/60 Ｆ１６Ｄ 13/60 ＴＦ１６Ｊ 1/00 Ｆ１６Ｊ 1/00 10/04 10/04 (31)優先権主張番号特願平9−114315 (32)優先日平成９年４月16日(1997．4．16) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者村松仁静岡県浜松市高塚町300番地スズキ株式会社内Ｆターム(参考） 3J044 AA18 BA04 BB15 BB16 BC01 BC11 DA09 3J056 AA31 BE09 CB16 CD01 EA05 EA18 EA24 FA09 GA01 GA12 GA13 4K024 AA02 AA14 AA15 AB01 AB12 BA06 BB04 CA01 CA03 CA04 CA06 CB01 DA02 DA07 GA01 GA16 4K044 AA06 AB03 BA06 BA13 BA19 BB03 BB04 BB11 BC01 BC05 CA04 CA17 CA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンを含有するＡＤＣ１２を陽極電
解エッチングして、該ＡＤＣ１２の表面からシリコンを
突出させると共に、表面に凹凸を形成させる工程と、め
っき工程を含むことを特徴とするアルミニウム合金上の
めっき方法。
【請求項２】上記陽極電解エッチングが、シリコンを
含有するＡＤＣ１２を陽極とし、他方の電極を陰極と
し、電解液中で通電することによって行われる請求項１
に記載のアルミニウム合金上のめっき方法。
【請求項３】上記陽極電解エッチングの電解液とし
て、４０〜９００ｇ／Ｌのリン酸電解液を、５０〜１０
０℃の温度、２０〜４００Ａ／ｄｍ²の陽極電流密度に
て用いる請求項２に記載のアルミニウム合金上のめっき
方法。
【請求項４】上記陽極電解エッチングの電解液とし
て、７５〜６００ｇ／Ｌのスルファミン酸電解液を、６
５〜１００℃の温度、５０〜３００Ａ／ｄｍ²の陽極電
流密度にて用いる請求項２に記載のアルミニウム合金上
のめっき方法。
【請求項５】上記陽極電解エッチングの電解液とし
て、７５〜６００ｇ／Ｌの硫酸電解液を、５０〜１００
℃の温度、５０〜２００Ａ／ｄｍ²の陽極電流密度にて
用いる請求項２に記載のアルミニウム合金上のめっき方
法。
【請求項６】上記陽極電解エッチングの電解液とし
て、リン酸０〜９００ｇ／Ｌおよび硫酸０〜６００ｇ／
Ｌの混合電解液を、５０〜１００℃の温度、５０〜３０
０Ａ／ｄｍ²の陽極電流密度にて用いる請求項２に記載
のアルミニウム合金上のめっき方法。
【請求項７】上記めっき工程の前に、シリコンの突出
した上記ＡＤＣ１２の表面を陽極酸化する工程を含むと
ともに、該工程によって形成される陽極酸化層より該シ
リコンは突出していることを特徴とする請求項１に記載
のアルミニウム合金上のめっき方法。
【請求項８】上記めっき工程において、Ｎｉ−Ｐ、Ｎ
ｉ−ＳｉＣ、Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣのいずれかをめっきとし
て用いる請求項１に記載のアルミニウム合金上のめっき
方法。