JP2003306776A - アルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法及び処理液 - Google Patents
アルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法及び処理液Info
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Abstract
発生する皮膜の薄膜化現象を解消し、形成される皮膜の
厚さをアルミニウム間で均一化することができるアルミ
ニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法及び処理液
を提供する。 【解決手段】 ケイフッ化アンモニウムと、その他のフ
ッ素化合物であってアルミニウムを含まないものとを含
む水溶液からなる処理液に、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金を浸漬して皮膜を形成するアルミニウム又はア
ルミニウム合金の表面処理方法において、上記処理液
が、フッ化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸
アルミニウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム及び
アルミニウム粉末からなる群から選ばれる少なくとも1
種の物質を更に含む水溶液からなることを特徴とする。
Description
アルミニウム合金の表面処理方法に関し、さらに詳しく
は、外部から電気等のエネルギーを与えないで化学反応
により皮膜を形成させるアルミニウム又はアルミニウム
合金の表面処理方法に関する。
は、酸性浴中で陽極酸化することにより、アルミニウム
表面に酸化アルミニウムの硬質膜を形成する方法であ
る。しかし、この方法では、通電するための設備が必要
であること、及び成膜速度が遅いことにより、コスト高
になるという欠点があった。そこで、ケイフッ化マグネ
シウムとケイフッ化アンモニウムとを含む水溶液を70
〜100℃に加熱すると共に、この水溶液にアルミニウ
ムを浸漬し、アルミニウム表面に皮膜を形成する技術が
開発されている(特開平11−193478号公報を参
照)。この技術によれば、設備を簡略化でき、処理費用
を低減できるとともに、摺動性に優れた皮膜をアルミニ
ウム表面に形成することができる。
技術では、建浴後、最初に処理したアルミニウムの表面
に形成される皮膜の厚さが薄く、その後アルミニウムの
処理面積が増加するに従って、膜厚が厚くなるという傾
向があった。そのため、表面処理後のアルミニウム間で
膜厚のばらつきが大きくなるという問題があった。そこ
で、本発明者は、上記の問題点を鑑み、建浴直後のアル
ミニウムの表面処理において発生する皮膜の薄膜化現象
を解消し、形成される皮膜の厚さをアルミニウム間で均
一化することができるアルミニウム又はアルミニウム合
金の表面処理方法及び処理液を開発すべく、鋭意検討を
行った。その結果、建浴直後の表面処理で皮膜の厚さが
薄くなるという現象は、建浴直後の処理によりpH値が
酸性側に大きく変化することに起因することを本発明者
は見い出した。さらに、このpH値の変化は、アルミニ
ウムから処理液中に溶出し蓄積するアルミニウムイオン
に由来することを本発明者は見い出した。本発明は、か
かる見地より完成されたものである。
ンモニウム((NH4)2SiF6)と、その他のフッ素化
合物であってアルミニウムを含まないものとを含む水溶
液からなる処理液に、アルミニウム又はアルミニウム合
金を浸漬して皮膜を形成するアルミニウム又はアルミニ
ウム合金の表面処理方法において、上記処理液が、フッ
化アルミニウム(AlF3)、水酸化アルミニウム(A
l(OH)3)、ケイ酸アルミニウム(Al2(Si
O3)3)、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム(Mg(O
AlSiO3)2)及びアルミニウム粉末からなる群から
選ばれる少なくとも1種の物質を更に含む水溶液からな
ることを特徴とする。
るアルミニウム溶出と同じ効果を持つアルミニウム含有
物質を処理液に添加することで、pH値が酸化側へ大幅
に変動することを抑えることができる。したがって、建
浴直後での薄膜化現象を防止することができるので、ア
ルミニウム表面に均一な厚さの皮膜を形成することがで
きる。
ニウムを含まないものとしては、ケイフッ化マグネシウ
ム(MgSiF6・6H2O)、ケイフッ化亜鉛(ZnS
iF 6・6H2O)、ケイフッ化カリウム(K2Si
F6)、ケイフッ化ソーダ(Na2SiF6)、ケイフッ
化マンガン(MnSiF6・6H2O)を用いることが好
ましい。
ウム(KCl)、フタル酸水素カリウム(C6H4(CO
OK)(COOH))又はリン酸二水素カリウム(KH2P
O4)を更に含む水溶液からなることが好ましい。この
ように、水素イオン濃度に対して緩衝作用を与える上記
薬剤を処理液に加えることで、pH値の変動幅を小さく
することができるので、アルミニウム表面に形成される
皮膜の厚さをより均一にすることができる。
00重量部に対し、上記ケイフッ化アンモニウムが0.
01〜10重量部、上記その他のフッ素化合物であって
アルミニウムを含まないものが0.1〜20重量部、上
記フッ化アルミニウムが0.02〜0.5重量部、上記
水酸化アルミニウムが0.02〜0.5重量部、上記ケ
イ酸アルミニウムが0.04〜1重量部、上記メタケイ
酸アルミン酸マグネシウムが0.04〜1重量部、上記
アルミニウム粉末が0.007〜0.2重量部を加える
ことが好ましい。
塩化カリウムが0.01〜5重量部、上記フタル酸水素
カリウムが0.05〜10重量部、上記リン酸二水素カ
リウムが0.03〜10重量部を加えることが好まし
い。
ミニウム合金の表面処理溶液であって、ケイフッ化アン
モニウムと、その他のフッ素化合物であってアルミニウ
ムを含まないものと、フッ化アルミニウム、水酸化アル
ミニウム、ケイ酸アルミニウム、メタケイ酸アルミン酸
マグネシウム及びアルミニウム粉末からなる群から選ば
れる少なくとも1種の物質とを含む水溶液からなること
を特徴とする。
ニウムを含まないものとしては、ケイフッ化マグネシウ
ム、ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化カリウム、ケイフッ化
ソーダ又はケイフッ化マンガンであることが好ましい。
また、本発明に係る処理液は、塩化カリウム、フタル酸
水素カリウム又はリン酸二水素カリウムを更に含む水溶
液からなることが好ましい。
明する。本発明で用いる処理液には、ケイフッ化アンモ
ニウム((NH4)2SiF6)及びその他のフッ素化合物
であってアルミニウムを含まないものが含まれる。ここ
で、その他のフッ素化合物であってアルミニウムを含ま
ないものとしては、ケイフッ化アンモニウム及びアルミ
ニウム化合物を除くフッ素元素を有する化合物を挙げる
ことができるが、具体的には、例えば、ケイフッ化マグ
ネシウム(MgSiF6・6H2O)、ケイフッ化亜鉛
(ZnSiF6・6H2O)、ケイフッ化カリウム(K2
SiF6)、ケイフッ化ソーダ(Na2SiF6)、ケイ
フッ化マンガン(MnSiF6・6H2O)等のケイフッ
化塩、ホウフッ化塩、フッ化ジルコニウム塩又はフッ化
チタン塩などが挙げられる。これらのフッ素化合物の中
でも、ケイフッ化塩が好ましく用いられ、特にケイフッ
化マグネシウム等が好ましく用いられる。このような処
理液を用いることによって、アルミニウムの表面に、摺
動性及び耐腐食性等に優れた皮膜を形成することが可能
となる。
フッ素化合物の配合割合としては、水100重量部に対
して、ケイフッ化アンモニウムが好ましくは0.05重
量部〜15重量部、より好ましくは0.1〜10重量
部、フッ素化合物が好ましくは0.1重量部〜20重量
部、より好ましくは0.2〜15重量部の範囲である。
ケイフッ化アンモニウムが0.05重量部未満の場合、
あるいはフッ素化合物が0.1重量部未満の場合には、
反応が遅くなり、処理時間が長くなってしまうので好ま
しくない。一方、ケイフッ化アンモニウムが15重量部
を越える場合、あるいはフッ素化合物が20重量部を越
える場合には、溶解が困難となるため好ましくない。
ケイフッ化アンモニウム等に加えて、建浴直後のアルミ
ニウム溶出と同じ効果を持つアルミニウム含有物質又は
アルミニウム粉末が含まれる。本発明の処理液に用いら
れるアルミニウム含有物質としては、具体的には、フッ
化アルミニウム(AlF3)、水酸化アルミニウム(A
l(OH)3)、ケイ酸アルミニウム(Al2(Si
O3)3)、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム(Mg(O
AlSiO3)2)が挙げられる。これらのアルミニウム
含有物質の中でも、フッ化アルミニウム等が好ましく用
いられる。また、上記の例示物質以外のイオンを放出す
る化合物を使用すると、形成される皮膜の性質が予定さ
れたものと異なってしまうので好ましくない。これらア
ルミニウム含有物質及びアルミニウム粉末は、pH2程
度では溶解しないが、本発明の処理液には前述のフッ素
化合物が添加されているので、容易に溶解する。
末の配合割合としては、水100重量部に対して、フッ
化アルミニウムが好ましくは0.02重量部〜0.5重
量部、より好ましくは0.04〜0.2重量部、水酸化
アルミニウムが好ましくは0.02重量部〜0.5重量
部、より好ましくは0.04〜0.2重量部、ケイ酸ア
ルミニウムが好ましくは0.04重量部〜1重量部、よ
り好ましくは0.06〜0.4重量部、メタケイ酸アル
ミン酸マグネシウムが好ましくは0.04重量部〜1重
量部、より好ましくは0.06〜0.4重量部、アルミ
ニウム粉末が好ましくは0.007重量部〜0.2重量
部、より好ましくは0.009〜0.05重量部の範囲
である。
ムを0.02重量部以上、ケイ酸アルミニウム及びメタ
ケイ酸アルミン酸マグネシウムを0.04重量部以上、
アルミニウム粉末を0.007重量部以上とすることに
よって、建浴直後の処理液のpH値を約2.5以下にす
ることができるので、処理開始直後のアルミニウム表面
に形成される皮膜の薄膜化現象を防止することができ
る。一方、フッ化アルミニウム又は水酸化アルミニウム
が0.5重量部を超えると、ケイ酸アルミニウム又はメ
タケイ酸アルミン酸マグネシウムが1重量部を超える
と、アルミニウム粉末が0.2重量部を超えると、溶解
が困難となるため好ましくない。
のアルミニウム含有物質等に加えて、水素イオンに濃度
に対して緩衝作用を与える薬剤を任意に含むことができ
る。本発明の処理液に用いられる薬剤としては、具体的
には、塩化カリウム(KCl)、フタル酸水素カリウム
(C6H4(COOK)(COOH))又はリン酸二水素カリ
ウム(KH2PO4)等が挙げられる。これらのカリウム
化合物の中でも、塩化カリウムが好ましく用いられる。
このようなカリウム化合物を添加することで、膜厚のば
らつきの原因となる処理液のpH変動を抑えることがで
きる。
00重量部に対して、塩化カリウムが好ましくは0.0
1重量部〜5重量部、より好ましくは0.02〜1重量
部、フタル酸水素カリウムが好ましくは0.05重量部
〜10重量部、より好ましくは0.08〜5重量部、リ
ン酸二水素カリウムが好ましくは0.03重量部〜10
重量部、より好ましくは0.05〜5重量部の範囲であ
る。上記カリウム化合物の配合割合がこの範囲内にある
場合、pH変動値を約1以下にすることができるので、
アルミニウム表面に形成される膜厚のばらつきをより一
層抑えることができる。
ミニウム又はアルミニウム合金である。具体的には、純
アルミニウム、アルミニウム展伸材、アルミニウム鋳物
又はアルミニウムダイカスト材等であり、いずれの材
質、材料に対しても適用が可能であり、表面処理により
耐摩耗性及び耐腐食性等が向上する効果がある。また、
処理物の前処理としては、油等の付着物を除去するだけ
で十分であるが、可性ソーダ等を用いたアルカリエッチ
ングや酸洗処理を施した後に表面処理を施しても良い。
に、表面処理の対象であるアルミニウム又はアルミニウ
ム合金を浸漬して表面処理を行う。アルミニウム又はア
ルミニウム合金を浸漬する際の処理液の温度は、通常7
0℃〜100℃の範囲内であり、好ましくは75℃〜9
9℃の範囲内、より好ましくは80℃〜98℃の範囲内
である。処理液の温度が70℃未満であるような温度の
低い場合には、反応が遅くなり、処理時間が長くなって
しまうので好ましくない。一方、処理液の温度が100
℃を越えてしまうような高い温度の場合には、処理液の
蒸発が多くなってしまうので好ましくない。処理時間に
ついては、成膜反応は約1分間程度で終了するため、2
分間程度の浸漬を行えば表面処理としては十分である。
但し、この皮膜は保護作用があるので、一旦、成膜した
後は30分以上浸漬しておいても何ら問題は生じない。
ニウムの浸漬とともに処理液中に溶出、蓄積するAlイ
オンを予め処理液に加えておくことで、建浴直後の処理
液のpH値を2.5以下にすることができる。したがっ
て、建浴直後のアルミニウムの溶出によりpH値が酸性
側に大きく移行するのを抑えることができるので、アル
ミニウム表面に形成される皮膜の薄膜化現象を防止し
て、アルミニウム間での膜厚を均一にすることができ
る。
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって
何ら制限されるものではない。(実施例1)先ず、水1
00重量部に対し、ケイフッ化アンモニウム0.5重量
部とケイフッ化マグネシウム1重量部を加えるととも
に、フッ化アルミニウム0.05重量部と塩化カリウム
0.1重量部を加えて溶解した。この溶液を、85℃に
加熱して処理液とした。この処理液1Lに、有機溶剤、
脱脂剤を用いて清浄化した表面積200cm2のAC8
A−T6アルミ鋳物試験片を5分間浸漬し、表面処理を
施した。表面処理したアルミ鋳物表面には、X線回析に
より、NH4MgAlF6よりなる皮膜が形成されている
ことを確認した。同様にして、4枚のアルミ鋳物試験片
を引き続き処理液に浸漬して表面処理を施した。また、
試験片を浸漬する際の処理液のpHを測定するととも
に、顕微鏡を用いた皮膜断面の観察により、形成された
皮膜の厚さ(膜厚)を測定した。処理されたアルミ鋳物
試験片の表面面積(処理面積)に対する処理液のpH値
及び皮膜の厚さの関係を、図1及び図2に示す。
リウムを処理液に加えなかったことを除き、実施例1と
同様の条件で、アルミ鋳物試験片の表面処理を行った。
表面処理したアルミ鋳物表面には、実施例1と同様に、
NH4MgAlF6よりなる皮膜が形成した。処理された
アルミ鋳物試験片の表面面積(処理面積)に対する処理
液のpH値及び皮膜の厚さの関係を、図3及び図4に示
す。
いては、建浴直後の処理液のpHは約3.5と高く、形
成された皮膜は約2μmと薄いものであった。そして、
処理面積の増加とともに処理液のpHが約3.5から約
1.0へと大きく低下し、膜厚も約2μmから約8μm
へと大幅に厚くなった。すなわち、試験片間で膜厚のば
らつきが大きかった。一方、図1及び図2に示すよう
に、実施例1においては、処理液のpHが1.5〜2.
0の範囲で一定しており、膜厚も4〜6μmの範囲で均
一であった。これらの結果から、アルミニウム溶出によ
るpH変化が、膜厚の変化の原因であることが確認でき
た。
いて、フッ化アルミニウムの添加量を、0重量部〜0.
5重量部まで変化させて、この時の処理液のpH値を測
定した。フッ化アルミニウムの添加量(重量部)及び処
理液のアルミニウム濃度(mol/l)に対する処理液
のpH値の関係を図5に示す。図5に示すように、建浴
直後の処理液のpH値を2.5以下にするためには、フ
ッ化アルミニウムを0.02重量部(アルミニウム濃度
では0.0024mol/l)以上加えれば良いことが
わかる。
イフッ化マグネシウム1重量部とケイフッ化アンモニウ
ム0.5重量部を加えた基準浴に、フッ化アルミニウム
を0.02重量部、0.05重量部、0.5重量部加え
た3種類の処理液について、それぞれ塩化カリウムの添
加量を0.01重量部〜5重量部まで変化させたことを
除き、実施例1と同様の条件で、アルミ鋳物試験片の表
面処理を行った。そして、最初の試験片を浸漬する前の
処理液のpH値と、5枚目の試験片を浸漬した後の処理
液のpH値との差(pH変動幅)を求めた。塩化カリウ
ムの添加量に対するpH変動幅の関係を、図6に示す。
また、塩化カリウムに代えて、フタル酸水素カリウムを
0.05重量部〜10重量部加えた場合を図7に、リン
酸二水素カリウムを0.03重量部〜10重量部加えた
場合を図8に示す。
が2以上であったが、所定の量の塩化カリウムを加える
ことにより、pH変動値を1以下にすることができた。
また、図7及び図8に示すように、所定の量のフタル酸
水素カリウム及びリン酸二水素カリウムを加えることに
よっても、pH変動値を1以下にすることができた。
発明によれば、建浴直後のアルミニウムの表面処理にお
いて発生する皮膜の薄膜化現象を解消し、形成される皮
膜の厚さをアルミニウム間で均一化することができるア
ルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法及び処
理液を提供することができる。また、本発明の表面処理
方法は、通電させるための設備が一切不要であることか
ら、設備を簡略化することができ、コスト的にも極めて
有利であるとともに、アルミニウムの表面への成膜速度
が速いので、生産性が高い。さらに、得られる表面被膜
されたアルミニウム等は摺動性、耐腐食性等に優れる。
る、アルミニウムの処理面積に対する処理液のpHの関
係を示すグラフである。
る、アルミニウムの処理面積に対する皮膜の厚さの関係
を示すグラフである。
処理面積に対する処理液のpHの関係を示すグラフであ
る。
処理面積に対する皮膜の厚さの関係を示すグラフであ
る。
る、フッ化アルミニウム量およびアルミニウム濃度に対
する処理液のpHの関係を示すグラフである。
る、塩化カリウム量に対するpH変動値の関係を示すグ
ラフである。
る、フタル酸水素カリウム量に対するpH変動値の関係
を示すグラフである。
る、リン酸二水素カリウム量に対するpH変動値の関係
を示すグラフである。
Claims (8)
- 【請求項1】 ケイフッ化アンモニウムと、その他のフ
ッ素化合物であってアルミニウムを含まないものとを含
む水溶液からなる処理液に、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金を浸漬して皮膜を形成するアルミニウム又はア
ルミニウム合金の表面処理方法において、上記処理液
が、フッ化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸
アルミニウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム及び
アルミニウム粉末からなる群から選ばれる少なくとも1
種の物質を更に含む水溶液からなることを特徴とするア
ルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。 - 【請求項2】 上記その他のフッ素化合物であってアル
ミニウムを含まないものが、ケイフッ化マグネシウム、
ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化カリウム、ケイフッ化ソー
ダ又はケイフッ化マンガンであることを特徴とする請求
項1に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面
処理方法。 - 【請求項3】 上記処理液が、塩化カリウム、フタル酸
水素カリウム又はリン酸二水素カリウムを更に含む水溶
液からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のア
ルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。 - 【請求項4】 上記水100重量部に対し、上記ケイフ
ッ化アンモニウムが0.01〜10重量部、上記その他
のフッ素化合物であってアルミニウムを含まないものが
0.1〜20重量部、上記フッ化アルミニウムが0.0
2〜0.5重量部、上記水酸化アルミニウムが0.02
〜0.5重量部、上記ケイ酸アルミニウムが0.04〜
1重量部、上記メタケイ酸アルミン酸マグネシウムが
0.04〜1重量部、上記アルミニウム粉末が0.00
7〜0.2重量部であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載のアルミニウム又はアルミニウム合金
の表面処理方法。 - 【請求項5】 上記水100重量部に対し、上記塩化カ
リウムが0.01〜5重量部、上記フタル酸水素カリウ
ムが0.05〜10重量部、上記リン酸二水素カリウム
が0.03〜10重量部であることを特徴とする請求項
1〜4のいずれかに記載のアルミニウム又はアルミニウ
ム合金の表面処理方法。 - 【請求項6】 ケイフッ化アンモニウムと、その他のフ
ッ素化合物であってアルミニウムを含まないものと、フ
ッ化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸アルミ
ニウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム及びアルミ
ニウム粉末からなる群から選ばれる少なくとも1種の物
質とを含む水溶液からなることを特徴とするアルミニウ
ム又はアルミニウム合金の表面処理溶液。 - 【請求項7】 上記その他のフッ素化合物であってアル
ミニウムを含まないものが、ケイフッ化マグネシウム、
ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化カリウム、ケイフッ化ソー
ダ又はケイフッ化マンガンであることを特徴とする請求
項6に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面
処理液。 - 【請求項8】 塩化カリウム、フタル酸水素カリウム又
はリン酸二水素カリウムを更に含む水溶液からなること
を特徴とする請求項6又は7に記載のアルミニウム又は
アルミニウム合金の表面処理溶液。
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