JP2006137993A - Aluminum based member, method for producing the same and surface treatment method for aluminum based member - Google Patents

Aluminum based member, method for producing the same and surface treatment method for aluminum based member Download PDF

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義彦 杉本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum based member provided with a coating layer having excellent adhesion with a base material, fatigue strength, seizure resistance, corrosion resistance and electric insulation properties, and to provide a method for producing an aluminum based member suitable for the production. <P>SOLUTION: The aluminum based member is composed of: an aluminum base material essentially consisting of aluminum (Al), and having an activated face; and a coating layer formed on the activated face and comprising molybdenum disulfide; wherein, the X-ray intensity ratios of molybdenum (Mo), sulfur (S), oxygen (O) and carbon (C) by X-ray analysis in the surface of the coating layer satisfy Mo:3 to 20k%, S:2 to 15k%, O:1 to 15k% and C:10 to 35k%. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基材との密着性、疲労強度、耐焼付性、耐食性、および電気絶縁性に優れた被覆層を備えるアルミニウム系部材、その製造方法、およびアルミニウム系部材の表面処理方法に関する。   The present invention relates to an aluminum-based member provided with a coating layer having excellent adhesion to a substrate, fatigue strength, seizure resistance, corrosion resistance, and electrical insulation, a method for producing the same, and a surface treatment method for the aluminum-based member.

近年、各種製品の軽量化の要請から、軽量なアルミニウム合金製品が採用されつつある。軽量化により、各種装置等の性能向上が図られ、特に、自動車等においては、軽量化による燃費向上により、環境改善も図られる。   In recent years, lightweight aluminum alloy products are being adopted due to demands for weight reduction of various products. By reducing the weight, the performance of various devices and the like can be improved. Especially in automobiles, the environment can be improved by improving the fuel efficiency by reducing the weight.

アルミニウムは、硬さの低い軟質な金属であるため、耐摩耗性、耐焼付性に劣る。よって、使用状況によっては、アルミニウムやアルミニウム合金の表面を硬化したり、表面に摩擦係数の小さな被膜を形成するといった表面処理が必要となる。しかし、アルミニウムは、空気中の酸素との親和力が強く、酸素と容易に結合する。このため、アルミニウムの表面には緻密で安定なアルミナ(Al23)層が形成されている。このアルミナ層の存在により、アルミニウム基材の表面に密着性の良好な被膜を形成することは難しい。 Since aluminum is a soft metal with low hardness, it is inferior in wear resistance and seizure resistance. Therefore, depending on the use situation, a surface treatment such as curing the surface of aluminum or aluminum alloy or forming a film having a small friction coefficient on the surface is required. However, aluminum has a strong affinity for oxygen in the air and easily binds to oxygen. For this reason, a dense and stable alumina (Al 2 O 3 ) layer is formed on the surface of aluminum. Due to the presence of the alumina layer, it is difficult to form a film having good adhesion on the surface of the aluminum base.

例えば、アルミニウム基材の表面処理として、陽極酸化処理、めっき等が行われている。また、アルミニム基材の表面に、窒化アルミニウム層を形成するイオン窒化処理が知られている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、アルミニウム基材の表面に、化成被膜を形成する化成処理もある(例えば、特許文献2参照。)。
特開昭60−211061号公報 特開2004−169120号公報
For example, anodization, plating, etc. are performed as the surface treatment of an aluminum substrate. Further, an ion nitriding treatment for forming an aluminum nitride layer on the surface of an aluminum base material is known (for example, see Patent Document 1). Furthermore, there is also a chemical conversion treatment for forming a chemical conversion film on the surface of the aluminum substrate (see, for example, Patent Document 2).
JP-A-60-211061 JP 2004-169120 A

しかし、陽極酸化処理で形成される陽極酸化膜は、比較的硬いものの、疲労強度が低く、耐焼付性に劣る。また、ポーラス状であるため耐食性も充分ではない。めっきは、剥離し易く、耐食性に劣る。化成被膜は薄いため、耐食性、耐摩耗性が充分ではない。また、上記いずれの表面処理においても、アルミニウム基材と形成される被膜との密着性は充分ではない。このように、アルミニウム系部材の疲労強度、耐焼付性等を向上させるために効果的な表面処理方法は、未だ見出されていないのが現状である。   However, an anodic oxide film formed by anodizing treatment is relatively hard, but has low fatigue strength and poor seizure resistance. Moreover, since it is porous, corrosion resistance is not sufficient. Plating is easy to peel off and inferior in corrosion resistance. Since the chemical conversion film is thin, corrosion resistance and wear resistance are not sufficient. In any of the above surface treatments, the adhesion between the aluminum substrate and the film to be formed is not sufficient. Thus, the present condition is that the effective surface treatment method in order to improve the fatigue strength of the aluminum-type member, seizure resistance, etc. has not yet been found.

ところで、アルミニウム系部材は、低コスト化、量産性等の観点から、ダイカスト鋳造法により製造されることが多い。この場合、内部に存在するポロシティ等の欠陥により、鋳物の疲労強度は低下し易い。また、金型との接触により、鋳物表面には凹凸が多くなる。よって、アルミニウム系部材をダイカスト鋳造法により製造する場合には、疲労強度を改善でき、かつ、密着力の高い被膜を形成することのできる表面処理方法がより強く望まれる。   By the way, an aluminum-based member is often manufactured by a die casting method from the viewpoints of cost reduction, mass productivity, and the like. In this case, the fatigue strength of the casting tends to decrease due to defects such as porosity existing inside. Further, the contact with the mold increases the irregularities on the casting surface. Therefore, when manufacturing an aluminum-type member by the die-casting method, the surface treatment method which can improve fatigue strength and can form a film with high adhesive force is strongly desired.

本発明は、このような実状を鑑みてなされたものであり、基材との密着性、疲労強度、耐焼付性、耐食性、および電気絶縁性に優れた被覆層を備えるアルミニウム系部材を提供することを課題とする。また、その製造に適したアルミニウム系部材の製造方法を提供することを課題とする。さらに、そのような被覆層をアルミニウム系部材の表面に形成するアルミニウム系部材の表面処理方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and provides an aluminum-based member including a coating layer excellent in adhesion to a base material, fatigue strength, seizure resistance, corrosion resistance, and electrical insulation. This is the issue. Another object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum-based member suitable for the production. Furthermore, it aims at providing the surface treatment method of the aluminum-type member which forms such a coating layer on the surface of an aluminum-type member.

(1)本発明のアルミニウム系部材は、アルミニウム(Al)を主成分とし、活性化された活性面を持つアルミニウム基材と、該活性面上に形成され、二硫化モリブデン(MoS2)を含む被覆層と、からなり、該被覆層表面のX線分析によるモリブデン(Mo)、硫黄(S)、酸素(O)、炭素(C)のX線強度比は、Mo:3〜20k%、S:2〜15k%、O:1〜15k%、C:10〜35k%であることを特徴とする。 (1) An aluminum-based member of the present invention contains aluminum (Al) as a main component, an aluminum base material having an activated active surface, and formed on the active surface, and includes molybdenum disulfide (MoS 2 ). The X-ray intensity ratio of molybdenum (Mo), sulfur (S), oxygen (O), and carbon (C) by X-ray analysis on the surface of the coating layer is Mo: 3 to 20 k%, S : 2 to 15 k%, O: 1 to 15 k%, C: 10 to 35 k%.

MoS2を含む被覆層は、自己潤滑性を有するため、耐焼付性に優れる。また、疲労の進展を抑制する役割をも果たす。このような被覆層が形成されることで、本発明のアルミニウム系部材は、高い疲労強度を示し、耐焼付性、耐食性および電気絶縁性に優れる。 Since the coating layer containing MoS 2 has self-lubricating properties, it has excellent seizure resistance. It also plays a role in suppressing the progress of fatigue. By forming such a coating layer, the aluminum-based member of the present invention exhibits high fatigue strength and is excellent in seizure resistance, corrosion resistance, and electrical insulation.

また、本明細書における「活性面」とは、その表面に形成される被覆層の密着力を高めることのできる面を意味する。活性面としては、例えば、アルミニウム基材の表面を粗面化した態様、同表面に予め形成されていた酸化物層を除去して清浄化した態様、同表面に被覆層との密着力を高めるための被膜が形成されている態様等、種々の態様が挙げられる。本発明のアルミニウム系部材では、MoS2を含む被覆層は、アルミニウム基材の活性面上に形成される。このため、被覆層とアルミニウム基材との密着力は高い。 In addition, the “active surface” in the present specification means a surface that can enhance the adhesion of the coating layer formed on the surface. As an active surface, for example, a mode in which the surface of the aluminum base material is roughened, a mode in which the oxide layer previously formed on the surface is removed and cleaned, and an adhesion force with the coating layer is increased on the surface. Various aspects such as an aspect in which a coating film is formed are included. In the aluminum-based member of the present invention, the coating layer containing MoS 2 is formed on the active surface of the aluminum substrate. For this reason, the adhesive force of a coating layer and an aluminum base material is high.

このように、アルミニウム基材との密着性、疲労強度、耐焼付性、耐食性、および電気絶縁性に優れた被覆層を備えるアルミニウム系部材は、多くの分野で使用され得る。例えば、自動車分野では、エンジン用部材のピストン、エアコン用斜板やシュー、サイドプレートやフロコン等のポンプ部品、キャブレター、ギアースライダー、プーリー軸、ガイド、マンドレル、シャフト等が挙げられる。   As described above, an aluminum-based member including a coating layer having excellent adhesion to an aluminum substrate, fatigue strength, seizure resistance, corrosion resistance, and electrical insulation can be used in many fields. For example, in the automobile field, pistons for engine members, swash plates and shoes for air conditioners, pump parts such as side plates and flow controllers, carburetors, gear sliders, pulley shafts, guides, mandrels, shafts, and the like.

(2)このように優れた特性を持つ被覆層を備えたアルミニウム系部材は、例えば、以下の本発明の製造方法により製造することができる。すなわち、本発明のアルミニウム系部材の製造方法は、Alを主成分とするアルミニウム基材の表面を活性化する活性化工程と、活性化された活性面上に、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を付着させる付着工程と、少なくとも該混合液が付着した混合液付着部を加熱する加熱工程と、を備え、該アルミニウム基材の該活性面上にMoS2を含む被覆層を形成することを特徴とする。 (2) The aluminum-based member provided with the coating layer having such excellent characteristics can be manufactured, for example, by the following manufacturing method of the present invention. That is, in the method for producing an aluminum-based member of the present invention, an activation step of activating the surface of an aluminum base material containing Al as a main component, and MoS 2 powder and a solvent dissolved on the activated active surface. A coating layer containing MoS 2 on the active surface of the aluminum base material, comprising: an adhesion step for adhering a mixed solution containing a resin; and a heating step for heating at least the mixed solution adhering portion to which the mixed solution adheres It is characterized by forming.

本発明のアルミニウム系部材の製造方法では、まず、活性化工程でアルミニウム基材の表面を活性化する。被覆層を形成するアルミニウム基材の表面を予め活性化しておくことで、形成される被覆層の密着力を高めることができる。そして、次の付着工程で、活性化された活性面上にMoS2粉末を含む混合液を付着させ、続く加熱工程で加熱して、MoS2を含む被覆層を形成する。このように、本発明の製造方法によれば、上記本発明のアルミニウム系部材を容易に製造することができる。 In the method for producing an aluminum-based member of the present invention, first, the surface of the aluminum substrate is activated in the activation step. By previously activating the surface of the aluminum substrate that forms the coating layer, the adhesion of the coating layer to be formed can be increased. Then, in the next attaching step, a mixed solution containing MoS 2 powder is attached on the activated active surface, and heated in the subsequent heating step to form a coating layer containing MoS 2 . Thus, according to the manufacturing method of the present invention, the aluminum-based member of the present invention can be easily manufactured.

(3)本発明は、アルミニウム系部材の表面処理方法としても把握することができる。すなわち、既存のアルミニウム基材に新たな表面処理を施して、上述した被覆層を形成することができる。したがって、本発明は、Alを主成分とするアルミニウム基材の表面を活性化する活性化工程と、活性化された活性面上に、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を付着させる付着工程と、少なくとも該混合液が付着した混合液付着部を加熱する加熱工程と、を備え、該アルミニウム基材の該活性面上にMoS2を含む被覆層を形成することを特徴とするアルミニウム系部材の表面処理方法であってもよい。 (3) The present invention can also be understood as a surface treatment method for aluminum-based members. That is, the above-described coating layer can be formed by performing a new surface treatment on an existing aluminum base material. Therefore, the present invention provides an activation process for activating the surface of an aluminum base material containing Al as a main component, and a mixed liquid containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent on the activated active surface. An adhesion step of attaching, and a heating step of heating at least the mixed solution adhesion portion to which the mixed solution adheres, and forming a coating layer containing MoS 2 on the active surface of the aluminum substrate. It may be a surface treatment method of an aluminum-based member.

本発明のアルミニウム系部材は、その表層部を構成する被覆層がアルミニウム基材と強固に密着し、優れた疲労強度、耐焼付性、耐食性、および電気絶縁性を発揮する。このため、本発明のアルミニウム系部材は、自動車分野をはじめとする多くの分野で使用が可能となる。また、本発明の製造方法、表面処理方法によれば、そのような本発明のアルミニウム系部材を容易に得ることができる。   In the aluminum-based member of the present invention, the coating layer constituting the surface layer portion is firmly adhered to the aluminum base, and exhibits excellent fatigue strength, seizure resistance, corrosion resistance, and electrical insulation. For this reason, the aluminum-based member of the present invention can be used in many fields including the automobile field. Moreover, according to the manufacturing method and the surface treatment method of the present invention, such an aluminum-based member of the present invention can be easily obtained.

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。以下では、本発明のアルミニウム系部材、およびその製造方法について説明するが、その内容は、本発明のアルミニウム系部材の表面処理方法にも適宜該当する。また、以下で説明する内容は、適宜選択され、または組み合わされて、本発明のアルミニウム系部材、その製造方法、およびその表面処理方法にそれぞれ適用可能である。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. Below, although the aluminum-type member of this invention and its manufacturing method are demonstrated, the content is applicable also to the surface treatment method of the aluminum-type member of this invention suitably. The contents described below can be appropriately selected or combined and applied to the aluminum-based member of the present invention, its manufacturing method, and its surface treatment method.

〈アルミニウム系部材〉
本発明のアルミニウム系部材は、Alを主成分とし、活性化された活性面を持つアルミニウム基材と、該活性面上に形成され、MoS2を含む被覆層と、からなり、該被覆層表面のX線分析によるMo、S、O、CのX線強度比は、Mo:3〜20k%、S:2〜15k%、O:1〜15k%、C:10〜35k%である。
<Aluminum-based member>
The aluminum-based member of the present invention comprises an aluminum base material having Al as a main component and having an activated active surface, and a coating layer formed on the active surface and containing MoS 2 , and the surface of the coating layer The X-ray intensity ratio of Mo, S, O, and C by X-ray analysis of Mo is 3 to 20 k%, S is 2 to 15 k%, O is 1 to 15 k%, and C is 10 to 35 k%.

本発明のアルミニウム系部材は、被覆層が形成される部分にアルミニウム基材を備えていればよい。被覆層が形成される部分にアルミニウム基材を備える限り、内部等の他の部分がAl以外の他の金属や樹脂等で構成されていてもよい。   The aluminum-type member of this invention should just be equipped with the aluminum base material in the part in which a coating layer is formed. As long as an aluminum base material is provided in the portion where the coating layer is formed, other portions such as the inside may be composed of a metal other than Al, a resin, or the like.

アルミニウム基材は、Alを主成分とすれば、その組成や形状は特に問題ではない。例えば、純Al材[1050系等]、Al合金材[2014系、5052系、7075系等の展伸材、JIS:ADC1等のダイカスト材、JIS:AC2B、AC8A、AC4C等の鋳造材(高圧鋳造材、低圧鋳造材、重力鋳造材、チクソモールド材を含む)]、種々の元素を配合した素粉末混合法や合金粉末法により得られる焼結材、繊維等で強化したAl基複合材等が挙げられる。   The composition and shape of the aluminum base material is not particularly a problem as long as Al is the main component. For example, pure Al materials [1050 series, etc.], Al alloy materials [2014 series, 5052 series, 7075 series wrought materials, JIS: die casting materials such as ADC1, JIS: AC2B, AC8A, AC4C etc. casting materials (high pressure Casting materials, low pressure casting materials, gravity casting materials, thixomold materials)], sintered powders obtained by mixing various elements and alloy powder methods, Al-based composite materials reinforced with fibers, etc. Is mentioned.

アルミニウム基材は、活性化された活性面を持つ。上述したように、活性面には、種々の態様が挙げられる。活性面の形成方法は、その表面に形成される被覆層の密着力を高めることができれば、特に限定されるものではない。例えば、アルミニウム基材の表面に化成処理、ホーニング、およびスパッタリングの少なくとも一種以上を施して形成すればよい。活性面の形成方法については、後述する製造方法の「(1)活性化工程」にて詳しく説明する。   The aluminum substrate has an activated active surface. As described above, the active surface includes various modes. The method for forming the active surface is not particularly limited as long as the adhesion of the coating layer formed on the surface can be increased. For example, the surface of the aluminum base material may be formed by performing at least one of chemical conversion treatment, honing, and sputtering. The formation method of the active surface will be described in detail in “(1) Activation step” of the manufacturing method described later.

活性面上に形成される被覆層は、MoS2を含む。また、被覆層表面をX線分析すると、Mo、S、O、CのX線強度比は、Mo:3〜20k%、S:2〜15k%、O:1〜15k%、C:10〜35k%となる。本明細書では、X線強度比として、被覆層表面をX線マイクロアナライザ(EPMA)により分析した値を採用する。 The coating layer formed on the active surface contains MoS 2 . Moreover, when the X-ray analysis of the coating layer surface is performed, the X-ray intensity ratio of Mo, S, O, and C is as follows: Mo: 3 to 20 k%, S: 2 to 15 k%, O: 1 to 15 k%, C: 10 35k%. In this specification, a value obtained by analyzing the surface of the coating layer with an X-ray microanalyzer (EPMA) is adopted as the X-ray intensity ratio.

被覆層の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を活性面上に付着させた後、加熱して形成することができる。被覆層の形成方法については、後述する製造方法の「(2)付着工程、(3)加熱工程」にて詳しく説明する。 The formation method of a coating layer is not specifically limited. For example, a liquid mixture containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent is deposited on the active surface and then heated to form. The method for forming the coating layer will be described in detail in “(2) Adhering step, (3) Heating step” of the manufacturing method described later.

被覆層の厚さは、アルミニウム基材との密着性や、耐摩耗性等を考慮して、1μm以上とすることが望ましい。3m以上とするとより好適である。一方、30μmを超えると、処理時間が長くなり実用的ではない。このため、20μm以下とすることが望ましく、15μm以下とするとより好適である。   The thickness of the coating layer is preferably 1 μm or more in consideration of adhesion to the aluminum substrate, wear resistance, and the like. More preferably, it is 3 m or more. On the other hand, if it exceeds 30 μm, the processing time becomes long and is not practical. For this reason, it is desirable to set it as 20 micrometers or less, and when it is 15 micrometers or less, it is more suitable.

〈アルミニウム系部材の製造方法〉
本発明のアルミニウム系部材の製造方法は、活性化工程と、付着工程と、加熱工程とを備える。以下、各工程について説明する。
<Method for producing aluminum-based member>
The manufacturing method of the aluminum-type member of this invention comprises an activation process, an adhesion process, and a heating process. Hereinafter, each step will be described.

(1)活性化工程
本工程は、Alを主成分とするアルミニウム基材の表面を活性化する工程である。アルミニウム基材の表面を活性化する方法としては、既に公知の種々の表面処理を用いることができる。なかでも、化成処理、ホーニング、およびスパッタリングの少なくとも一種以上を施すと効果的である。
(1) Activation process This process is a process of activating the surface of an aluminum base material containing Al as a main component. As a method for activating the surface of the aluminum substrate, various known surface treatments can be used. Among these, it is effective to perform at least one of chemical conversion treatment, honing, and sputtering.

例えば、化成処理は、アルミニウム基材の表面に、リン酸亜鉛、リン酸ナトリウム等を含む処理液を接触させて行えばよい。処理液の組成により、アルミニウム基材の表面には、種々の化成被膜が形成される。形成された化成被膜の表面が活性面となる。化成被膜の形成により、被覆層の密着性が向上する。   For example, the chemical conversion treatment may be performed by bringing a treatment liquid containing zinc phosphate, sodium phosphate or the like into contact with the surface of the aluminum base material. Various chemical conversion coatings are formed on the surface of the aluminum substrate depending on the composition of the treatment liquid. The surface of the formed chemical conversion film becomes an active surface. By forming the chemical conversion film, the adhesion of the coating layer is improved.

ホーニングは、通常の方法に従い、例えば、Al23粒子等を用いて行えばよい。ホーニングにより、アルミニウム基材の表面に形成されていたAl23等の酸化物層を除去することができる。この場合、ホーニング後の表面が活性面となる。酸化物層が除去されることにより、被覆層の密着性が向上する。 Honing may be performed using, for example, Al 2 O 3 particles according to a normal method. The oxide layer such as Al 2 O 3 formed on the surface of the aluminum base can be removed by honing. In this case, the surface after honing becomes the active surface. By removing the oxide layer, the adhesion of the coating layer is improved.

スパッタリングは、通常の方法に従い、例えば、アルゴンガス等を用いて行えばよい。アルゴンガスによるスパッタリングを行うことで、アルミニウム基材の表面に形成されていたAl23等の酸化物層を除去することができる。この場合、スパッタリング後の表面が活性面となる。酸化物層が除去されることにより、被覆層の密着性が向上する。なお、ホーニングやスパッタリングを行うと、アルミニウム基材の表面には微細な凹凸が形成される。このため、長時間行い過ぎると、活性面の表面状態が粗悪になるおそれがある。また、スパッタリングにより窒化チタン(TiN)等の被膜を形成してもよい。この場合には、形成されたTiN等の被膜の表面が活性面となる。TiN等の被膜の形成により、被覆層の密着性が向上する。 Sputtering may be performed according to a normal method, for example, using argon gas or the like. By performing sputtering with argon gas, an oxide layer such as Al 2 O 3 formed on the surface of the aluminum substrate can be removed. In this case, the surface after sputtering becomes the active surface. By removing the oxide layer, the adhesion of the coating layer is improved. When honing or sputtering is performed, fine irregularities are formed on the surface of the aluminum substrate. For this reason, if it is performed for a long time, the surface state of the active surface may be deteriorated. Further, a film such as titanium nitride (TiN) may be formed by sputtering. In this case, the surface of the formed film such as TiN becomes an active surface. By forming a film such as TiN, the adhesion of the coating layer is improved.

(2)付着工程
本工程は、前の活性化工程で形成された活性面上に、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を付着させる工程である。
(2) Adhesion step This step is a step of adhering a mixed solution containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent onto the active surface formed in the previous activation step.

使用するMoS2粉末の粒子径は、アルミニウム基材との密着性を向上させ、被覆層の表面粗さを小さくするという観点から、できるだけ小さい方がよい。例えば、粒度が−100#〜−320#(平均粒子径が45μm以上150μm以下)の粉末を使用するとよい。樹脂は、形成される被覆層において、粉末どうし、および粉末とアルミニウム基材とを結合する結合剤としての役割を果たす。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が好適である。樹脂を溶解させる溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等が挙げられる。これら溶剤に溶解した樹脂とMoS2粉末とを適宜混合して、粘稠なペースト状、あるいはスラリー状の混合液を調製すればよい。 The particle diameter of the MoS 2 powder to be used is preferably as small as possible from the viewpoint of improving the adhesion to the aluminum substrate and reducing the surface roughness of the coating layer. For example, a powder having a particle size of −100 # to −320 # (average particle size of 45 μm to 150 μm) may be used. In the coating layer to be formed, the resin serves as a binder that binds the powders and binds the powder and the aluminum substrate. As such a resin, for example, a polyamide resin, a polyamideimide resin, a polyimide resin, and the like are preferable. Examples of the solvent for dissolving the resin include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF) and the like. By mixing the resin and MoS 2 powder dissolved in these solvents suitably viscous paste, or a slurry mixture may be prepared.

また、被覆層の疲労強度、耐摩耗性等をより向上させる、また、アルミニウム基材とのなじみを良好にする等の観点から、上記混合液にさらに金属等の粉末を添加することが望ましい。好適な粉末としては、金属粉末、金属化合物粉末、ケイ素(Si)粉末、シリカ(SiO2)粉末、炭化ケイ素(SiC)粉末、窒化ホウ素(BN)粉末、黒鉛粉末、およびフッ素樹脂粉末が挙げられる。被覆層の所望の特性に応じて、これらから選ばれる一種を単独で、あるいは二種以上を混合して添加するとよい。 Moreover, it is desirable to add a powder of metal or the like to the above mixed solution from the viewpoint of further improving the fatigue strength, wear resistance, etc. of the coating layer and improving the familiarity with the aluminum base material. Suitable powders include metal powder, metal compound powder, silicon (Si) powder, silica (SiO 2 ) powder, silicon carbide (SiC) powder, boron nitride (BN) powder, graphite powder, and fluororesin powder. . Depending on the desired properties of the coating layer, one kind selected from these may be added alone, or two or more kinds may be mixed and added.

金属としては、例えば、クロム(Cr)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、スズ(Sn)、Al、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)等が好適である。また、金属化合物としては、金属酸化物(CrO3、Cr23、SbO2、TiO2、MoO3、WO3、Fe23、MnO2、CoO3、ZrO2、NiO2等)や、チタンテトライソプロポキシド(Ti[OCH(CH324)、ジルコニウムブトキシド(Zr(n−OBu)4)等が好適である。また、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が好適である。 Examples of the metal include chromium (Cr), antimony (Sb), titanium (Ti), tin (Sn), Al, vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), tungsten (W), iron ( Fe), cobalt (Co), zirconium (Zr), nickel (Ni), manganese (Mn) and the like are suitable. Examples of the metal compound include metal oxides (CrO 3 , Cr 2 O 3 , SbO 2 , TiO 2 , MoO 3 , WO 3 , Fe 2 O 3 , MnO 2 , CoO 3 , ZrO 2 , NiO 2, etc.) , Titanium tetraisopropoxide (Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4 ), zirconium butoxide (Zr (n-OBu) 4 ) and the like are suitable. Moreover, as a fluororesin, polytetrafluoroethylene (PTFE) etc. are suitable.

なかでも、Cr、Sb、Ti、Sn、Alから選ばれる一種以上の金属の粉末、該金属の化合物粉末、Si粉末、SiO2粉末、SiC粉末、BN粉末、黒鉛粉末、およびPTFE粉末から選ばれる一種以上を用いると好適である。この場合、被覆層は、Cr、Si、Sb、Ti、Sn、Al、B、Nから選ばれる一種以上の元素を、X線強度比で合計2〜10k%含む態様となる。 Among them, it is selected from one or more metal powders selected from Cr, Sb, Ti, Sn, and Al, compound powders of the metal, Si powder, SiO 2 powder, SiC powder, BN powder, graphite powder, and PTFE powder. It is preferable to use one or more. In this case, the coating layer is in an embodiment containing a total of 2 to 10 k% of one or more elements selected from Cr, Si, Sb, Ti, Sn, Al, B, and N in terms of the X-ray intensity ratio.

例えば、比較的軟らかい黒鉛、PTFE、Sn、Sb、Co、Niおよびこれらの酸化物等を含む粉末を添加すると、アルミニウム基材とのなじみが良くなり、被覆層の密着性がより向上する。また、比較的硬いBN、Si、SiO2、SiC等を含む粉末を添加すると、被覆層の疲労強度、耐摩耗性等が向上する。以下、MoS2粉末以外に添加する粉末を、適宜「添加粉末」と称す。 For example, when a powder containing relatively soft graphite, PTFE, Sn, Sb, Co, Ni and oxides thereof is added, the compatibility with the aluminum base material is improved, and the adhesion of the coating layer is further improved. Further, when a powder containing relatively hard BN, Si, SiO 2 , SiC or the like is added, the fatigue strength, wear resistance, etc. of the coating layer are improved. Hereinafter, the powder added in addition to the MoS 2 powder is appropriately referred to as “added powder”.

ここで、混合液中のMoS2粉末、あるいは、MoS2粉末および添加粉末の配合割合は、被覆層の形成速度を考慮して、混合液の全体質量を100質量%とした場合の1質量%以上とすることが望ましい。5質量%以上とするとより好適である。一方、被覆層を均一に形成するためには、MoS2粉末、あるいは、MoS2粉末および添加粉末の配合割合を60質量%以下とすることが望ましい。50質量%以下とするとより好適である。 Here, the mixing ratio of the MoS 2 powder or the MoS 2 powder and the additive powder in the mixed solution is 1% by mass when the total mass of the mixed solution is 100% by mass in consideration of the formation speed of the coating layer. It is desirable to set it above. It is more preferable to set it to 5 mass% or more. Meanwhile, in order to uniformly form the coating layer, MoS 2 powder or, it is desirable that the proportion of MoS 2 powder and added powder and 60 mass% or less. It is more suitable when it is 50 mass% or less.

この混合液を、アルミニウム基材の活性面上に付着させる。混合液の活性面上への付着は、例えば、活性面を混合液中に浸漬するディップ法、活性面上に混合液を刷毛塗りする刷毛塗り法、活性面上に混合液を噴霧するスプレー法等により行えばよい。ディップ法によれば、生産性の向上を図ることができ、刷毛塗り法によれば、混合液を細部にまで容易に付着させることができ、スプレー法によれば、混合液を均一に付着させることができる。採用する方法に応じて、混合液の粘度等を適宜調整すればよい。   This mixed solution is deposited on the active surface of the aluminum substrate. Adhesion of the liquid mixture onto the active surface is, for example, a dip method in which the active surface is immersed in the liquid mixture, a brush coating method in which the liquid mixture is brushed on the active surface, or a spray method in which the liquid mixture is sprayed onto the active surface. Or the like. According to the dip method, productivity can be improved, and according to the brush coating method, the mixed solution can be easily attached to details, and according to the spray method, the mixed solution can be uniformly attached. be able to. What is necessary is just to adjust the viscosity etc. of a liquid mixture suitably according to the method to employ | adopt.

(3)加熱工程
本工程は、少なくとも混合液が付着した混合液付着部を加熱して、被覆層を形成する工程である。加熱は、大気雰囲気で行ってもよく、アルゴンガスや窒素ガス等の非酸化性雰囲気で行ってもよい。アルミニウム系部材の全表面あるいは大部分の表面に被覆層を形成する場合には、アルミニウム系部材全体を加熱することのできる炉を使用すると効率的である。また、アルミニウム系部材の一部表面のみに被覆層を形成する場合には、バーナー等を使用するとよい。
(3) Heating step This step is a step of forming a coating layer by heating at least the mixed solution adhering portion to which the mixed solution has adhered. Heating may be performed in an air atmosphere or in a non-oxidizing atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. When forming a coating layer on the entire surface or most of the surface of the aluminum-based member, it is efficient to use a furnace capable of heating the entire aluminum-based member. Moreover, when forming a coating layer only on the partial surface of an aluminum-type member, it is good to use a burner etc.

加熱温度は、150℃以上とすることが望ましい。150℃未満では、混合液中の樹脂等が分解し難いためである。200℃以上がより好適である。一方、加熱温度の上限は、アルミニウム基材の軟化を考慮して、350℃とすることが望ましい。   The heating temperature is desirably 150 ° C. or higher. This is because if the temperature is lower than 150 ° C., the resin in the mixed solution is difficult to be decomposed. 200 degreeC or more is more suitable. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 350 ° C. in consideration of softening of the aluminum base material.

加熱時間は、採用する加熱手段、加熱対象の大きさ等により異なるため、一律には決められないが、例えば、1〜3時間程度とすることができる。アルミニウム基材の熱歪みや組織変態等を抑制するためには、加熱時間を短くすることが望ましい。また、前の付着工程と、本加熱工程とを、繰り返し実施することにより、被覆層の厚さを厚くすることができる。例えば、両工程を2〜5回程度繰り返すとよい。   The heating time varies depending on the heating means employed, the size of the heating target, and the like, and thus cannot be determined uniformly, but can be set to, for example, about 1 to 3 hours. In order to suppress thermal distortion, structural transformation, and the like of the aluminum substrate, it is desirable to shorten the heating time. Moreover, the thickness of the coating layer can be increased by repeatedly performing the previous adhesion step and the main heating step. For example, both steps may be repeated about 2 to 5 times.

次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。   Next, an Example is given and this invention is demonstrated more concretely.

〈実施例1〉
まず、展伸用アルミニウム合金(A5052、組成は下記表1に示す)からなる、厚さ1.0mm、幅25mm、長さ60mmの板状の試験片を準備した。この試験片は、本発明におけるアルミニウム基材に相当する。また、被覆層形成用の混合液を調製した。混合液は、粒度−250#のMoS2粉末:30重量部、粒度−150#のSbO2粉末:10重量部、粒度−420#の黒鉛粉末:5重量部、PTFE粉末:5重量部、NMPに溶解したポリアミド樹脂:50重量部を、混合して調製した。
<Example 1>
First, a plate-like test piece having a thickness of 1.0 mm, a width of 25 mm, and a length of 60 mm made of an aluminum alloy for extension (A5052, composition is shown in Table 1 below) was prepared. This test piece corresponds to the aluminum substrate in the present invention. Moreover, the liquid mixture for coating layer formation was prepared. The mixed liquid was MoS 2 powder having a particle size of -250 #: 30 parts by weight, SbO 2 powder having a particle size of -150 #: 10 parts by weight, graphite powder having a particle size of -420 #: 5 parts by weight, PTFE powder: 5 parts by weight, NMP Prepared by mixing 50 parts by weight of a polyamide resin dissolved in

次に、試験片の一方の表面を、アセトンで脱脂した後、粒度80#のAl23粒子を用いてホーニング加工し、活性面とした(活性化工程)。この試験片を60℃に加熱して、予め調製しておいた混合液に1分間浸漬した(付着工程)。混合液が付着した試験片を箱形熱処理炉に入れ、250℃の大気雰囲気で60分間加熱した(加熱工程)。このような付着工程および加熱工程を、5回繰り返して行った。 Next, after degreasing one surface of the test piece with acetone, it was honed using Al 2 O 3 particles having a particle size of 80 # to obtain an active surface (activation step). This test piece was heated to 60 ° C. and immersed in a liquid mixture prepared in advance for 1 minute (attachment step). The test piece to which the mixed liquid adhered was placed in a box-type heat treatment furnace and heated in an air atmosphere at 250 ° C. for 60 minutes (heating step). Such an adhesion step and a heating step were repeated five times.

加熱工程後に得られた試験片の断面を光学顕微鏡で観察した。図1に、試験片の断面の光学顕微鏡写真を示す(倍率500倍)。図1の写真から、アルミニウム基材の表面に厚さ約8μmの被覆層が形成されていることがわかる。また、図2に、試験片の外観の写真を示す。図2の写真に示すように、被覆層の表面は、黒色を呈し、滑らかで健全な状態であった。なお、予めホーニング加工を施さずに、つまり活性化工程を行わずに、付着工程および加熱工程のみを行った場合には、このような被覆層は形成されなかった。   The cross section of the test piece obtained after the heating step was observed with an optical microscope. FIG. 1 shows an optical micrograph of a cross section of the test piece (magnification 500 times). From the photograph in FIG. 1, it can be seen that a coating layer having a thickness of about 8 μm is formed on the surface of the aluminum substrate. Moreover, the photograph of the external appearance of a test piece is shown in FIG. As shown in the photograph of FIG. 2, the surface of the coating layer was black and in a smooth and healthy state. In addition, such a coating layer was not formed when only the adhesion process and the heating process were performed without performing the honing process, that is, without performing the activation process.

さらに、形成された被覆層の断面を、EPMAにより線分析した。その結果を図3に示す。図3中、横軸は測定距離(μm)であり、縦軸は元素濃度(質量%、以下単に「%」と示す。)である。図3に示すように、約8μmの被覆層において、最大で約8%のMo、約7%のS、約5%のSbの他、Oおよび多量のCが検出された。また、被覆層の表面をEPMAにより分析した。その結果を下記表2に示す。表2に示すように、各元素のX線強度比は、Mo:8k%、S:7k%、O:7k%、C:26k%、Sb:5k%であった。これらの結果から、被覆層を構成する主要元素はCであり、Mo、S、Sb、Oがほぼ均一に存在していることがわかる。また、被覆層の表面のX線回折で得られた回折線は、MoS2、SbO2、およびCの回折線とよく一致した。以上より、被覆層は、カーボン膜中にMoS2およびSbO2が分散して構成されていると推察される。 Further, the cross section of the formed coating layer was subjected to line analysis by EPMA. The result is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the measurement distance (μm), and the vertical axis represents the element concentration (mass%, hereinafter simply referred to as “%”). As shown in FIG. 3, O and a large amount of C were detected in addition to a maximum of about 8% Mo, about 7% S, about 5% Sb in the coating layer of about 8 μm. Moreover, the surface of the coating layer was analyzed by EPMA. The results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, the X-ray intensity ratio of each element was Mo: 8 k%, S: 7 k%, O: 7 k%, C: 26 k%, Sb: 5 k%. From these results, it can be seen that the main element constituting the coating layer is C, and Mo, S, Sb, and O are present almost uniformly. The diffraction lines obtained by X-ray diffraction on the surface of the coating layer were in good agreement with the diffraction lines of MoS 2 , SbO 2 , and C. From the above, it is surmised that the coating layer is composed of MoS 2 and SbO 2 dispersed in the carbon film.

〈実施例2〉
まず、鋳造用アルミニウム合金(JIS2種B:AC2B、組成は下記表1に示す)からなる、厚さ7.0mm、幅8mm、長さ35mmの板状の試験片を準備した。本合金は、重力鋳造後、T6処理(500℃×2h熱処理→水冷→160℃×5h人工時効処理)を行ったものである。この試験片は、本発明におけるアルミニウム基材に相当する。また、被覆層形成用の混合液を調製した。混合液は、粒度−320#のMoS2粉末:20重量部、粒度−250#のSbO2粉末:13重量部、粒度−320#の黒鉛粉末:5重量部、PTFE粉末:2重量部、NMPに溶解したポリアミド樹脂:60重量部を、混合して調製した。
<Example 2>
First, a plate-shaped test piece having a thickness of 7.0 mm, a width of 8 mm, and a length of 35 mm made of an aluminum alloy for casting (JIS type B: AC2B, the composition is shown in Table 1 below) was prepared. This alloy was subjected to T6 treatment (500 ° C. × 2 h heat treatment → water cooling → 160 ° C. × 5 h artificial aging treatment) after gravity casting. This test piece corresponds to the aluminum substrate in the present invention. Moreover, the liquid mixture for coating layer formation was prepared. The mixed solution was composed of 20 parts by weight of MoS 2 powder having a particle size of 320 #, 13 parts by weight of SbO 2 powder having a particle size of 250 #, 5 parts by weight of graphite powder having a particle size of 320 #, 2 parts by weight of PTFE powder, and NMP. A polyamide resin dissolved in 60 parts by weight was prepared by mixing.

次に、試験片の一方の表面を、アセトンで脱脂した後、リン酸亜鉛溶液により化成処理して活性面とした(活性化工程)。この試験片を60℃に加熱して、予め調製しておいた混合液に1分間浸漬した(付着工程)。混合液が付着した試験片を箱形熱処理炉に入れ、350℃の大気雰囲気で60分間加熱した(加熱工程)。このような付着工程および加熱工程を、6回繰り返して行った。   Next, one surface of the test piece was degreased with acetone and then subjected to chemical conversion treatment with a zinc phosphate solution to make an active surface (activation step). This test piece was heated to 60 ° C. and immersed in a liquid mixture prepared in advance for 1 minute (attachment step). The test piece to which the mixed liquid adhered was put in a box-type heat treatment furnace and heated in an air atmosphere at 350 ° C. for 60 minutes (heating process). Such an adhesion process and a heating process were repeated 6 times.

加熱工程後に得られた試験片の断面を光学顕微鏡で観察すると、アルミニウム基材の表面に厚さ約10μmの被覆層が形成されていた。形成された被覆層は、実施例1の図2に示したのと同様に、黒色で滑らかな表面を呈していた。また、被覆層の断面を、EPMAにより線分析したところ、約10μmの被覆層において、最大で約9%のMo、約8%のS、約6%のSbの他、Oおよび多量のCが検出された。また、被覆層の表面をEPMAにより分析した。その結果を下記表2に示す。表2に示すように、主な元素のX線強度比は、Mo:9.8k%、S:7.7k%、O:3.0k%、C:23k%、Sb:5.1k%であった。これらの結果から、被覆層を構成する主要元素はCであり、Mo、S、Sb、Oがほぼ均一に存在していることがわかる。また、被覆層の表面のX線回折で得られた回折線は、MoS2、SbO2、およびCの回折線とよく一致した。以上より、被覆層は、カーボン膜中にMoS2およびSbO2が分散して構成されていると推察される。 When the cross section of the test piece obtained after the heating step was observed with an optical microscope, a coating layer having a thickness of about 10 μm was formed on the surface of the aluminum substrate. The formed coating layer had a black and smooth surface as shown in FIG. 2 of Example 1. Further, when the cross section of the coating layer was subjected to line analysis by EPMA, in the coating layer of about 10 μm, O and a large amount of C were found in addition to about 9% Mo, about 8% S, about 6% Sb at the maximum. was detected. Moreover, the surface of the coating layer was analyzed by EPMA. The results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, the X-ray intensity ratio of the main elements is Mo: 9.8 k%, S: 7.7 k%, O: 3.0 k%, C: 23 k%, Sb: 5.1 k% there were. From these results, it can be seen that the main element constituting the coating layer is C, and Mo, S, Sb, and O are present almost uniformly. The diffraction lines obtained by X-ray diffraction on the surface of the coating layer were in good agreement with the diffraction lines of MoS 2 , SbO 2 , and C. From the above, it is surmised that the coating layer is composed of MoS 2 and SbO 2 dispersed in the carbon film.

〈実施例3〉
実施例2と同じ鋳造用アルミニウム合金からなる試験片を準備した。また、被覆層形成用の混合液を調製した。混合液は、SbO2粉末の代わりにSiO2粉末を用いた以外は、すべて実施例1と同様に調製した。そして、試験片の一方の表面を、アセトンで脱脂した後、アルゴンガスによるスパッタリングを行い活性面とした(活性化工程)。この試験片を60℃に加熱して、予め調製しておいた混合液に1分間浸漬した(付着工程)。混合液が付着した試験片を箱形熱処理炉に入れ、250℃の大気雰囲気で60分間加熱した(加熱工程)。このような付着工程および加熱工程を、5回繰り返して行った。
<Example 3>
The test piece which consists of the same aluminum alloy for casting as Example 2 was prepared. Moreover, the liquid mixture for coating layer formation was prepared. The mixed solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that SiO 2 powder was used instead of SbO 2 powder. Then, after degreasing one surface of the test piece with acetone, sputtering with argon gas was performed to make an active surface (activation step). This test piece was heated to 60 ° C. and immersed in a liquid mixture prepared in advance for 1 minute (attachment step). The test piece to which the mixed liquid adhered was placed in a box-type heat treatment furnace and heated in an air atmosphere at 250 ° C. for 60 minutes (heating step). Such an adhesion step and a heating step were repeated five times.

加熱工程後に得られた試験片の断面を光学顕微鏡で観察すると、アルミニウム基材の表面に厚さ約8μmの被覆層が形成されていた。形成された被覆層は、実施例1の図2に示したのと同様に、黒色で滑らかな表面を呈していた。また、被覆層の断面を、EPMAにより線分析したところ、約8μmの被覆層において、最大で約10%のMo、約7%のS、約4%のSiの他、Oおよび多量のCが検出された。また、被覆層の表面をEPMAにより分析した。その結果を下記表2に示す。表2に示すように、各元素のX線強度比は、Mo:10k%、S:7k%、O:3.0k%、C:24k%、Si:4k%であった。これらの結果から、被覆層を構成する主要元素はCであり、Mo、S、Si、Oがほぼ均一に存在していることがわかる。また、被覆層の表面のX線回折で得られた回折線は、MoS2、SiO2、およびCの回折線とよく一致した。以上より、被覆層は、カーボン膜中にMoS2およびSiO2が分散して構成されていると推察される。 When the cross section of the test piece obtained after the heating step was observed with an optical microscope, a coating layer having a thickness of about 8 μm was formed on the surface of the aluminum substrate. The formed coating layer had a black and smooth surface as shown in FIG. 2 of Example 1. In addition, when the cross section of the coating layer was subjected to line analysis by EPMA, in the coating layer of about 8 μm, O and a large amount of C in addition to about 10% Mo, about 7% S, about 4% Si at maximum. was detected. Moreover, the surface of the coating layer was analyzed by EPMA. The results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, the X-ray intensity ratio of each element was Mo: 10 k%, S: 7 k%, O: 3.0 k%, C: 24 k%, Si: 4 k%. From these results, it can be seen that the main element constituting the coating layer is C, and Mo, S, Si, and O are present almost uniformly. The diffraction lines obtained by X-ray diffraction on the surface of the coating layer were in good agreement with the diffraction lines of MoS 2 , SiO 2 , and C. From the above, it is surmised that the coating layer is composed of MoS 2 and SiO 2 dispersed in the carbon film.

〈実施例4〉
まず、鋳造用アルミニウム合金(AC4C相当材、組成は下記表1に示す)からなる、厚さ10mm、幅20mm、長さ100mmの板状の試験片を準備した。本合金は、重力鋳造後、T6処理(530℃×5.5h熱処理→水冷→140℃×3.5h人工時効処理)を行ったものである。本合金の気孔率は約0.5vol%であった。この試験片は、本発明におけるアルミニウム基材に相当する。また、被覆層形成用の混合液を調製した。混合液は、粒度−320#のMoS2粉末:30重量部、粒度−350#のSn粉末:10重量部、粒度−320#の黒鉛粉末:2重量部、PTFE粉末:3重量部、NMPに溶解したポリアミド樹脂:55重量部を、混合して調製した。
<Example 4>
First, a plate-like test piece having a thickness of 10 mm, a width of 20 mm, and a length of 100 mm made of an aluminum alloy for casting (AC4C equivalent material, composition is shown in Table 1 below) was prepared. This alloy is subjected to T6 treatment (530 ° C. × 5.5 h heat treatment → water cooling → 140 ° C. × 3.5 h artificial aging treatment) after gravity casting. The porosity of this alloy was about 0.5 vol%. This test piece corresponds to the aluminum substrate in the present invention. Moreover, the liquid mixture for coating layer formation was prepared. The mixed solution is 30 parts by weight of MoS 2 powder having a particle size of 320 #, 10 parts by weight of Sn powder having a particle size of 350 #, 2 parts by weight of graphite powder having a particle size of 320 #, 3 parts by weight of PTFE powder, and NMP. Prepared by mixing 55 parts by weight of dissolved polyamide resin.

次に、試験片の一方の表面を、アセトンで脱脂した後、リン酸亜鉛溶液により化成処理して活性面とした(活性化工程)。この試験片を60℃に加熱して、予め調製しておいた混合液に1分間浸漬した(付着工程)。混合液が付着した試験片を箱形熱処理炉に入れ、200℃の大気雰囲気で60分間加熱した(加熱工程)。このような付着工程および加熱工程を、5回繰り返して行った。   Next, one surface of the test piece was degreased with acetone and then subjected to chemical conversion treatment with a zinc phosphate solution to make an active surface (activation step). This test piece was heated to 60 ° C. and immersed in a liquid mixture prepared in advance for 1 minute (attachment step). The test piece to which the mixed solution was attached was placed in a box-type heat treatment furnace and heated in an air atmosphere at 200 ° C. for 60 minutes (heating step). Such an adhesion step and a heating step were repeated five times.

加熱工程後に得られた試験片の断面を光学顕微鏡で観察した。図4に、試験片の断面の光学顕微鏡写真を示す(倍率500倍)。図4の写真から、アルミニウム基材の表面に厚さ約8μmの被覆層が形成されていることがわかる。また、形成された被覆層は、実施例1の図2に示したのと同様に、黒色で滑らかな表面を呈していた。また、被覆層の断面を、EPMAにより線分析したところ、約8μmの被覆層において、最大で約10%のMo、約8%のS、約5%のSnの他、Oおよび多量のCが検出された。また、被覆層の表面をEPMAにより分析した。その結果を下記表2に示す。表2に示すように、主な元素のX線強度比は、Mo:10.2k%、S:7.9k%、O:3.0k%、C:24k%、Sn:6.1k%であった。これらの結果から、被覆層を構成する主要元素はCであり、Mo、S、Sn、Oがほぼ均一に存在していることがわかる。また、被覆層の表面のX線回折で得られた回折線は、MoS2、Sn、およびCの回折線とよく一致した。以上より、被覆層は、カーボン膜中にMoS2およびSnが分散して構成されていると推察される。また、本実施例により、内部に欠陥(ポロシティ)を持つアルミニウム合金であっても、活性面を形成することで、表面の滑らかな被覆層を形成できることが確認された。 The cross section of the test piece obtained after the heating step was observed with an optical microscope. In FIG. 4, the optical microscope photograph of the cross section of a test piece is shown (500-times multiplication factor). From the photograph in FIG. 4, it can be seen that a coating layer having a thickness of about 8 μm is formed on the surface of the aluminum substrate. Further, the formed coating layer had a black and smooth surface, similar to that shown in FIG. Further, when the cross section of the coating layer was subjected to line analysis by EPMA, in the coating layer of about 8 μm, O and a large amount of C in addition to about 10% Mo, about 8% S, about 5% Sn at maximum. was detected. Moreover, the surface of the coating layer was analyzed by EPMA. The results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, the X-ray intensity ratio of the main elements is Mo: 10.2 k%, S: 7.9 k%, O: 3.0 k%, C: 24 k%, Sn: 6.1 k% there were. From these results, it can be seen that the main element constituting the coating layer is C, and Mo, S, Sn, and O are present almost uniformly. Further, the diffraction lines obtained by X-ray diffraction on the surface of the coating layer were in good agreement with the diffraction lines of MoS 2 , Sn, and C. From the above, it is surmised that the coating layer is composed of MoS 2 and Sn dispersed in the carbon film. Further, according to this example, it was confirmed that even an aluminum alloy having a defect (porosity) inside can form a coating layer having a smooth surface by forming an active surface.

〈実施例5、実施例6〉
実施例1と同じ展伸用アルミニウム合金(A5052)からなる、厚さ1.0mm、幅20mm、長さ50mmの板状の試験片を準備し、この試験片に実施例1と同様の表面処理(活性化工程→付着工程→加熱工程)を施して被覆層を形成した。形成された被覆層の組成、外観等は実施例1の場合と同様であった。被覆層が形成された試験片を実施例5の試験片とする。
<Example 5 and Example 6>
A plate-like test piece having a thickness of 1.0 mm, a width of 20 mm, and a length of 50 mm made of the same aluminum alloy for extension (A5052) as in Example 1 was prepared, and the same surface treatment as in Example 1 was applied to this test piece. (Activation step → attachment step → heating step) was performed to form a coating layer. The composition, appearance, etc., of the formed coating layer were the same as in Example 1. Let the test piece in which the coating layer was formed be a test piece of Example 5.

実施例2と同じ鋳造用アルミニウム合金(JIS2種B:AC2B)からなる、厚さ7.0mm、幅10mm、長さ25mmの板状の試験片を準備し、この試験片に実施例2と同様の表面処理(活性化工程→付着工程→加熱工程)を施して被覆層を形成した。形成された被覆層の組成、外観等は実施例2の場合と同様であった。被覆層が形成された試験片を実施例6の試験片とする。   A plate-like test piece having a thickness of 7.0 mm, a width of 10 mm, and a length of 25 mm made of the same aluminum alloy for casting as in Example 2 (JIS type B: AC2B) was prepared, and this test piece was the same as in Example 2. The surface treatment (activation process → attachment process → heating process) was performed to form a coating layer. The composition, appearance, and the like of the formed coating layer were the same as in Example 2. Let the test piece in which the coating layer was formed be the test piece of Example 6.

実施例5、6の各試験片について塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧試験は、JIS Z 2371に準じ、各試験片に対して35℃の5%塩化ナトリウム水溶液(pH:6.5〜7.2)を100時間噴霧して行った。図5に、試験後の各試験片の外観写真を示す。なお、比較のため、表面処理を施さなかった二種類のアルミニウム合金(A5052、AC2B)の試験片についても、同様の塩水噴霧試験を行った。図5には、これら比較例となる試験片の外観写真も併せて示す。   A salt spray test was performed on each of the test pieces of Examples 5 and 6. The salt spray test was performed in accordance with JIS Z 2371 by spraying each test piece with a 5% aqueous sodium chloride solution (pH: 6.5 to 7.2) at 35 ° C. for 100 hours. In FIG. 5, the external appearance photograph of each test piece after a test is shown. For comparison, a similar salt spray test was also performed on test pieces of two types of aluminum alloys (A5052, AC2B) that were not subjected to surface treatment. In FIG. 5, the external appearance photograph of the test piece used as these comparative examples is also shown.

図5の各写真から明らかなように、表面処理を施さなかった試験片、言い換えれば、被覆層が形成されていない試験片の表面は、大きく腐食した。これに対して、被覆層が形成されている実施例5、6の試験片は、ほとんど腐蝕していなかった。また、図6に、試験前後の各試験片の表面粗さの変化を示す。図6に示すように、展伸用アルミニウム合金(A5052)では、被覆層の有無に関わらず、表面粗さはあまり変わらなかった。一方、鋳造用アルミニウム合金(AC2B)では、被覆層が形成されていない試験片の表面粗さが、試験後に大幅に増加した。以上の結果より、被覆層を備える実施例の試験片は、高い耐蝕性を示すことが確認された。   As is apparent from the photographs in FIG. 5, the surface of the test piece that was not subjected to the surface treatment, in other words, the surface of the test piece on which the coating layer was not formed was greatly corroded. In contrast, the test pieces of Examples 5 and 6 on which the coating layer was formed were hardly corroded. FIG. 6 shows changes in the surface roughness of each test piece before and after the test. As shown in FIG. 6, in the aluminum alloy for extension (A5052), the surface roughness did not change much regardless of the presence or absence of the coating layer. On the other hand, in the aluminum alloy for casting (AC2B), the surface roughness of the test piece on which the coating layer was not formed significantly increased after the test. From the above result, it was confirmed that the test piece of an Example provided with a coating layer shows high corrosion resistance.

〈実施例7〉
実施例4と同じ、気孔率約0.5vol%の鋳造用アルミニウム合金(AC4C相当材、T6処理実施)から、疲労試験用の試験片を作製した。図7に、作製した試験片の形状を示す。図7に示すように、試験片1は、長さ56mmの杵型形状をなし、中央部に長さ23.4mmの軸部2を持つ。軸部2の表面には、被覆層(図略)が形成されている。被覆層の形成は、実施例1と同様の表面処理(活性化工程→付着工程→加熱工程)により行った。形成された被覆層の組成、外観等は実施例1の場合と同様である。この試験片を実施例7の試験片とした。
<Example 7>
A test piece for a fatigue test was prepared from an aluminum alloy for casting (AC4C equivalent material, T6 treatment performed) having a porosity of about 0.5 vol%, the same as in Example 4. FIG. 7 shows the shape of the produced test piece. As shown in FIG. 7, the test piece 1 has a saddle shape with a length of 56 mm, and has a shaft portion 2 with a length of 23.4 mm at the center. A coating layer (not shown) is formed on the surface of the shaft portion 2. The coating layer was formed by the same surface treatment as in Example 1 (activation step → attachment step → heating step). The composition, appearance, etc. of the formed coating layer are the same as in Example 1. This test piece was used as the test piece of Example 7.

実施例7の試験片の疲労強度を調べるため、同試験片に対して引張−圧縮疲労試験を行った。疲労試験は、電気油圧式疲労試験装置(株式会社島津製作所製「サーボパルサー」)を用い、50Hzの正弦波荷重制御で実施した。試験条件は、(a)常温、最大応力振幅90MPa、(b)200℃、最大応力振幅80MPa、の二種類とした。図8に、試験片の破断までの繰り返し数を示す。なお、比較のため、被覆層が形成されていない試験片についても、同様の疲労試験を行った。図8には、この比較例の試験片の破断までの繰り返し数も併せて示す。   In order to investigate the fatigue strength of the test piece of Example 7, a tensile-compression fatigue test was performed on the test piece. The fatigue test was carried out with a 50 Hz sine wave load control using an electrohydraulic fatigue test apparatus (“Servo Pulser” manufactured by Shimadzu Corporation). There were two test conditions: (a) normal temperature, maximum stress amplitude 90 MPa, (b) 200 ° C., maximum stress amplitude 80 MPa. FIG. 8 shows the number of repetitions until the test piece breaks. For comparison, a similar fatigue test was performed on a test piece on which no coating layer was formed. FIG. 8 also shows the number of repetitions until the test piece of this comparative example breaks.

図8に示すように、常温では、実施例7の試験片は、約12×105回で破断したのに対し、比較例の試験片は約4×105回で破断した。つまり、実施例7の試験片は、比較例の試験片に対して約3倍の疲労強度を示した。また、200℃では、実施例7の試験片は、約22×105回で破断したのに対し、比較例の試験片は約13×105回で破断した。つまり、高温下であっても、実施例7の試験片は、比較例の試験片に対して約2倍の疲労強度を示した。以上の結果より、被覆層を備える実施例の試験片は、高い疲労強度を示すことが確認された。 As shown in FIG. 8, at room temperature, the test piece of Example 7 broke about 12 × 10 5 times, whereas the test piece of Comparative Example broke about 4 × 10 5 times. That is, the test piece of Example 7 showed about three times the fatigue strength as compared with the test piece of the comparative example. At 200 ° C., the test piece of Example 7 broke after about 22 × 10 5 times, whereas the test piece of Comparative Example broke after about 13 × 10 5 times. That is, even under high temperature, the test piece of Example 7 exhibited about twice the fatigue strength as compared with the test piece of the comparative example. From the above result, it was confirmed that the test piece of an Example provided with a coating layer shows high fatigue strength.

〈電気絶縁性、耐焼付性、アルミニウム基材への密着性〉
例えば、本発明のアルミニウム系部材を摺動部品へ適用する場合には、上記耐食性、疲労強度に加えて、耐焼付性、電気絶縁性も問題になる。本発明者がテスターによる通電試験を行ったところ、被覆層を備える上記各試験片は、全く通電しなかった。また、耐久試験により、被覆層を備える上記各試験片は、耐焼付性に優れ、被覆層の密着性も良好であることが確認された。
<Electrical insulation, seizure resistance, adhesion to aluminum substrate>
For example, when the aluminum-based member of the present invention is applied to sliding parts, in addition to the corrosion resistance and fatigue strength, seizure resistance and electrical insulation are also problematic. When this inventor performed the electricity supply test with a tester, each said test piece provided with a coating layer did not supply electricity at all. Moreover, it was confirmed by an endurance test that each of the test pieces including the coating layer has excellent seizure resistance and good adhesion of the coating layer.

Figure 2006137993
Figure 2006137993

Figure 2006137993
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実施例1に係る試験片の断面の光学顕微鏡写真である(倍率500倍)。It is an optical microscope photograph of the cross section of the test piece which concerns on Example 1 (500-times multiplication factor). 同試験片の外観の写真である。It is a photograph of the appearance of the test piece. 同試験片の断面のEPMAによる線分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the line analysis result by EPMA of the cross section of the test piece. 実施例4に係る試験片の断面の光学顕微鏡写真である(倍率500倍)。It is an optical microscope photograph of the cross section of the test piece which concerns on Example 4 (500-times multiplication factor). 塩水噴霧試験後の各試験片の外観写真である。It is an external appearance photograph of each test piece after a salt spray test. 塩水噴霧試験前後の各試験片の表面粗さの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the surface roughness of each test piece before and behind the salt spray test. 疲労試験用試験片の形状を示す概略図である。It is the schematic which shows the shape of the test piece for fatigue tests. 疲労試験における各試験片の破断までの繰り返し数を示すグラフである。It is a graph which shows the repetition number until the fracture | rupture of each test piece in a fatigue test.

符号の説明Explanation of symbols

1:試験片 2:軸部   1: Test piece 2: Shaft

Claims (10)

アルミニウム(Al)を主成分とし、活性化された活性面を持つアルミニウム基材と、
該活性面上に形成され、二硫化モリブデン(MoS2)を含む被覆層と、からなり、
該被覆層表面のX線分析によるモリブデン(Mo)、硫黄(S)、酸素(O)、炭素(C)のX線強度比は、Mo:3〜20k%、S:2〜15k%、O:1〜15k%、C:10〜35k%であることを特徴とするアルミニウム系部材。
An aluminum base material mainly composed of aluminum (Al) and having an activated active surface;
A coating layer formed on the active surface and containing molybdenum disulfide (MoS 2 ),
The X-ray intensity ratio of molybdenum (Mo), sulfur (S), oxygen (O), and carbon (C) by X-ray analysis on the surface of the coating layer is as follows: Mo: 3 to 20 k%, S: 2 to 15 k%, O : 1-15k%, C: 10-35k%, The aluminum-type member characterized by the above-mentioned.
前記被覆層は、さらにクロム(Cr)、ケイ素(Si)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、スズ(Sn)、Al、ホウ素(B)、窒素(N)から選ばれる一種以上の元素を、前記X線強度比で合計2〜10k%含む請求項1に記載のアルミニウム系部材。   The coating layer further includes one or more elements selected from chromium (Cr), silicon (Si), antimony (Sb), titanium (Ti), tin (Sn), Al, boron (B), and nitrogen (N). The aluminum-based member according to claim 1, comprising a total of 2 to 10 k% in terms of the X-ray intensity ratio. 前記被覆層の厚さは1μm以上20μm以下である請求項1に記載のアルミニウム系部材。   The aluminum-based member according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 1 μm to 20 μm. 前記活性面は、前記アルミニウム基材の表面に化成処理、ホーニング、およびスパッタリングの少なくとも一種以上を施して形成される請求項1に記載のアルミニウム系部材。   The aluminum-based member according to claim 1, wherein the active surface is formed by performing at least one of chemical conversion treatment, honing, and sputtering on the surface of the aluminum base material. 前記被覆層は、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を、前記活性面上に付着させた後、加熱して形成される請求項1に記載のアルミニウム系部材。 2. The aluminum-based member according to claim 1, wherein the coating layer is formed by heating a mixed liquid containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent on the active surface. 前記混合液は、さらにCr、Sb、Ti、Sn、Alから選ばれる一種以上の金属の粉末、該金属の化合物粉末、Si粉末、シリカ(SiO2)粉末、炭化ケイ素(SiC)粉末、窒化ホウ素(BN)粉末、黒鉛粉末、およびフッ素樹脂粉末の少なくとも一種以上を含む請求項5に記載のアルミニウム系部材。 The mixed liquid further includes one or more metal powders selected from Cr, Sb, Ti, Sn, and Al, compound powders of the metal, Si powder, silica (SiO 2 ) powder, silicon carbide (SiC) powder, and boron nitride. The aluminum-based member according to claim 5, comprising at least one of (BN) powder, graphite powder, and fluororesin powder. Alを主成分とするアルミニウム基材の表面を活性化する活性化工程と、
活性化された活性面上に、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を付着させる付着工程と、
少なくとも該混合液が付着した混合液付着部を加熱する加熱工程と、を備え、
該アルミニウム基材の該活性面上にMoS2を含む被覆層を形成することを特徴とするアルミニウム系部材の製造方法。
An activation step of activating the surface of the aluminum base material mainly composed of Al;
An adhering step of adhering a mixed solution containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent on the activated active surface;
A heating step of heating at least the mixed liquid adhering portion to which the mixed liquid has adhered,
Method for producing aluminum-based member and forming a coating layer containing MoS 2 on the active surface of the aluminum substrate.
前記活性化工程は、前記アルミニウム基材の表面に化成処理、ホーニング、およびスパッタリングの少なくとも一種以上を施す工程である請求項7に記載のアルミニウム系部材の製造方法。   The method for producing an aluminum-based member according to claim 7, wherein the activation step is a step of performing at least one of chemical conversion treatment, honing, and sputtering on the surface of the aluminum base material. 前記混合液は、さらにCr、Sb、Ti、Sn、Alから選ばれる一種以上の金属の粉末、該金属の化合物粉末、Si粉末、SiO2粉末、SiC粉末、BN粉末、黒鉛粉末、およびフッ素樹脂粉末の少なくとも一種以上を含む請求項7に記載のアルミニウム系部材の製造方法。 The mixed liquid further includes at least one metal powder selected from Cr, Sb, Ti, Sn, and Al, a compound powder of the metal, Si powder, SiO 2 powder, SiC powder, BN powder, graphite powder, and fluororesin The manufacturing method of the aluminum-type member of Claim 7 containing at least 1 or more types of powder. Alを主成分とするアルミニウム基材の表面を活性化する活性化工程と、
活性化された活性面上に、MoS2粉末と溶剤に溶解した樹脂とを含む混合液を付着させる付着工程と、
少なくとも該混合液が付着した混合液付着部を加熱する加熱工程と、を備え、
該アルミニウム基材の該活性面上にMoS2を含む被覆層を形成することを特徴とするアルミニウム系部材の表面処理方法。
An activation step of activating the surface of the aluminum base material mainly composed of Al;
An adhering step of adhering a mixed solution containing MoS 2 powder and a resin dissolved in a solvent on the activated active surface;
A heating step of heating at least the mixed liquid adhering portion to which the mixed liquid has adhered,
A method for treating the surface of an aluminum-based member, comprising forming a coating layer containing MoS 2 on the active surface of the aluminum substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104325053A (en) * 2014-09-03 2015-02-04 汤汉良 Heading and extruding production method for spray deposition gradient aluminum alloy composite material piston and device thereof

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