JP2006291273A - Plating method for base material made from aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金製素材に耐摩耗性めっきを施すめっき方法に係り、特に、めっき前処理における環境負荷を低減し得るようにされたアルミニウム合金製素材のめっき方法に関する。 The present invention relates to a plating method for performing wear-resistant plating on an aluminum alloy material, and more particularly, to a plating method for an aluminum alloy material that can reduce the environmental load in plating pretreatment.
従来、アルミニウム合金製素材、例えば、図5に示す如きシュニューレ掃気式小型空冷2サイクルガソリンエンジン等の内燃エンジン用シリンダ1(のピストン2の摺動面3)に耐摩耗性めっき(鉄めっき4)を施す方法としては、下記特許文献1等に所載のように、めっき工程前に、前記素材表面3に対するめっき4の密着性(喰い付き性)を向上させるべく、前処理(下地処理)を行うのが一般的である。
Conventionally, wear-resistant plating (iron plating 4) is applied to an aluminum alloy material, for example, a
かかるめっき前処理は、例えば、下記表1に示される如くの順序(工程)及び処理条件で行われている。すなわち、前記アルミニウム合金製素材1に脱脂処理を施し、この脱脂処理を施した素材1の水洗後に、アルカリエッチングを施し、このアルカリエッチングを施した素材1を水洗した後、前記アルカリエッチング工程で生成された(表層に残留した)、前記素材(アルミニウム合金)1中の不溶成分(スマット:Si、Cu、Fe、Mn等)を、硝酸、弗酸、及び硫酸の混合液で溶解除去(酸蝕)する。これにより、前記素材表面3が清浄化されるとともに、前記素材表面3に微小凹凸が形成される。その後、水洗した後、陽極酸化処理を行う。これにより、前記素材表面3に酸化皮膜が形成されるとともに、該酸化皮膜における前記微小凹凸に対応する部分に孔が形成される。かかる孔が形成された素材1を水洗後、その表面に鉄めっき4を施す。この場合、鉄めっき4(の最下層部分)は、前記孔及び凹凸を埋めるようにその中に侵入するので、高いアンカー効果が得られ、めっき4の密着性(喰い付き性)が良好となる。
Such plating pretreatment is performed, for example, in the order (process) and processing conditions as shown in Table 1 below. That is, the
しかしながら、前記した従来のめっき方法では、次のような改善すべき課題があった。 However, the above-described conventional plating method has the following problems to be improved.
すなわち、前記アルカリエッチング工程で生成された、アルミニウム合金中の不溶成分(スマット)を硝酸、弗酸、及び硫酸の混合液で溶解除去(酸蝕)するようにされているが、この酸蝕工程で使用される硝酸は、海水の富栄養化問題に対する窒素規制で、また、弗酸は、PRTR法で、指定されている第1種指定化学物質であり、環境負荷低減のため、いずれも使用削減を強く求められており、アルミニウム合金製素材のめっき(前処理)に、硝酸及び弗酸を使用しない方策が切望されている。
That is, the insoluble component (smut) in the aluminum alloy generated in the alkali etching step is dissolved and removed (acid erosion) with a mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid, and sulfuric acid. Nitric acid used in Japan is a nitrogen regulation for the eutrophication problem of seawater, and hydrofluoric acid is a
また、硝酸、弗酸は、前記自然環境問題だけでなく、めっき前処理に携わる作業者の安全性等の、労働環境の観点からもなるべく使用しないようにすることが望まれる。 Further, it is desired that nitric acid and hydrofluoric acid should not be used as much as possible from the viewpoint of the working environment, such as the safety of workers involved in the plating pretreatment, as well as the natural environmental problems.
さらに、前記酸蝕による脱スマット処理は、安定性が低く、めっきの密着性に関与するエッチング深さが変動するので、その管理が難しくなり、アルミニウム合金素材に施されためっきに充分なアンカー効果が得られず、めっきの密着不良となるケースが少なからずあった。 Furthermore, the desmutting treatment by erosion is low in stability and the etching depth involved in the adhesion of the plating varies, making it difficult to manage and sufficient anchor effect for plating applied to the aluminum alloy material. Was not obtained, and there were not a few cases where adhesion of plating was poor.
加えて、前記酸蝕に使用する薬品(硝酸、弗酸、及び硫酸の混合溶液)の寿命が比較的短く、また、前記弗酸を含んだ廃水は、無害化処理に多大な時間とコストがかかることもあって、薬品コスト及びその廃水処理コストが高くなる嫌いがあった。 In addition, the life of the chemical used for the acid corrosion (mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid and sulfuric acid) is relatively short, and waste water containing hydrofluoric acid has a great time and cost for detoxification treatment. For this reason, there is a dislike that the chemical cost and the wastewater treatment cost become high.
本発明は、前記した如くの問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いないようにされて、環境負荷の低減及び労働環境の改善を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減でき、かつ、良好なめっき密着性を得ることができるようにされたアルミニウム合金製素材のめっき方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems as described above. The object of the present invention is to avoid the use of nitric acid and hydrofluoric acid in the plating pretreatment, thereby reducing the environmental burden and improving the working environment. Another object of the present invention is to provide a plating method for an aluminum alloy material that can reduce chemical costs and wastewater treatment costs and that can obtain good plating adhesion.
前記の目的を達成すべく、本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法は、基本的には、アルミニウム合金製素材にめっきを施すにあたり、その前処理として、アルカリエッチング工程で生成された、アルミニウム合金中の不溶成分を除去すべく、陰極酸電解を行うことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the method for plating an aluminum alloy material according to the present invention is basically an aluminum alloy produced by an alkali etching process as a pretreatment when plating an aluminum alloy material. In order to remove insoluble components in the alloy, cathodic acid electrolysis is performed.
より好ましい態様では、前記素材に脱脂処理を施す工程と、この脱脂処理を施した素材にアルカリエッチングを施す工程と、このアルカリエッチングを施した素材に陰極酸電解処理を施す工程と、この陰極酸電解処理を施した素材に陽極酸化処理を施す工程と、この陽極酸化処理を施した素材にめっきを施す工程と、を含んで構成される。 In a more preferred embodiment, the step of degreasing the material, the step of subjecting the material subjected to the degreasing treatment to alkali etching, the step of subjecting the material subjected to the alkali etching to cathodic acid electrolysis treatment, and the cathodic acid The process includes an anodizing process on the electrolytically treated material and a plating process on the anodized material.
前記陰極酸電解は、好ましくは、前記アルミニウム合金素材を陰極として、硫酸第二鉄溶液中で行うようにされる。 The cathodic acid electrolysis is preferably performed in a ferric sulfate solution using the aluminum alloy material as a cathode.
前記アルミニウム合金素材としては、内燃エンジン用シリンダ(小型空冷2サイクルガソリンエンジン用シリンダ等)が挙げられ、該シリンダのピストン摺動面にめっきを施すようにされる。 Examples of the aluminum alloy material include a cylinder for an internal combustion engine (such as a small air-cooled two-cycle gasoline engine cylinder), and the piston sliding surface of the cylinder is plated.
本発明に係る内燃エンジン用シリンダは、前記しためっき方法によりそのピストン摺動面に鉄めっきが施されたものである。 The cylinder for an internal combustion engine according to the present invention is obtained by iron-plating the piston sliding surface by the plating method described above.
本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法では、従来のめっき前処理で行われていた酸蝕に代えて、陰極酸電解により、アルカリエッチング工程で生成された不溶成分(スマット:Si、Cu、Fe、Mn等)を除去するようにされる。より具体的には、前記素材を陰極として、例えば、硫酸第二鉄溶液中で陰極酸電解を行い、該処理中に発生する水素ガスを利用して、前記不溶成分を物理的に除去するようにされる。このため、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いなくて済み、その結果、環境負荷の低減及び労働環境の改善等を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減できる。 In the method for plating an aluminum alloy material according to the present invention, insoluble components (smuts: Si, Cu, and the like) generated in the alkaline etching process by cathodic acid electrolysis instead of the acid corrosion performed in the conventional plating pretreatment. Fe, Mn, etc.) are removed. More specifically, for example, cathodic acid electrolysis is performed in a ferric sulfate solution using the material as a cathode, and the insoluble components are physically removed using hydrogen gas generated during the treatment. To be. For this reason, it is not necessary to use nitric acid and hydrofluoric acid for the plating pretreatment. As a result, it is possible to reduce the environmental load and improve the working environment, and to reduce the chemical cost and the wastewater treatment cost.
また、めっきの密着性に関与するエッチング深さは、アルカリエッチング工程での処理条件(使用される薬品(苛性ソーダ等)の濃度、温度、時間)で決まり、陰極酸電解工程では、水素ガスの発生のみでエッチングは進行しないので、エッチング深さを容易かつ正確に管理することができる。そのため、アルミニウム合金素材に施されためっきに高いアンカー効果が得られ、めっきの密着性(喰い付き性)が良好となる。 In addition, the etching depth involved in plating adhesion is determined by the processing conditions (concentration, temperature, and time of chemicals used (caustic soda, etc.) used in the alkaline etching process). In the cathodic acid electrolysis process, hydrogen gas is generated. Etching alone does not proceed, so that the etching depth can be managed easily and accurately. Therefore, a high anchor effect is obtained for the plating applied to the aluminum alloy material, and the adhesion (biting property) of the plating becomes good.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係るめっき方法の一実施形態は、アルミニウム合金製素材、例えば、図5に示す如き、刈払機等の手持式携帯型作業機に使用される、シュニューレ掃気式小型空冷2サイクルガソリンエンジン用シリンダ(ADC12のダイカストシリンダ)1のピストン2の摺動面3に、耐摩耗性めっき(鉄めっき)4を施す場合に適用され、下記表2に示される如くの順序(工程)及び処理条件で行われる。
One embodiment of the plating method according to the present invention is an aluminum alloy material, for example, a Schnure scavenging small air-cooled two-cycle gasoline engine used in a handheld portable working machine such as a brush cutter as shown in FIG. This is applied when wear-resistant plating (iron plating) 4 is applied to the sliding
この脱脂処理を施した素材1の水洗後に、アルカリエッチングを施す。このアルカリエッチング工程も、前述した従来のめっき方法(表1参照)と同様に、例えば、カニング社製のボンダルクリーナ(苛性ソーダ):25g/Lを用いて、60°Cで45〜55秒行う。
After the degreased
該アルカリエッチング工程では、図2に図面代用写真(素材表面のアルカリエッチング後の走査電子顕微鏡写真:SEM×1600)で示される如くに、苛性ソーダ成分により、素材表面のエッチングが進行し、アルミニウム合金中の不溶成分(Si、Cu、Fe、Mn等)がスマットとして表層に残留する。 In the alkali etching step, as shown in FIG. 2 (photograph of scanning electron micrograph after alkali etching of the material surface: SEM × 1600), the surface of the material is etched by the caustic soda component, and the aluminum alloy contains Insoluble components (Si, Cu, Fe, Mn, etc.) remain on the surface layer as smut.
次いで、前記アルカリエッチングを施した素材1を水洗した後、前記アルカリエッチング工程で生成された(表層に残留した)、前記素材(アルミニウム合金)1中の不溶成分(スマット:Si、Cu、Fe、Mn等)を除去すべく、陰極酸電解を行う。具体的には、中央化学製の、硫酸第二鉄、非イオン系界面活性剤、及び硫酸を成分とするFE剤(スケール除去剤):30%、及び、EBR剤(酸電解添加剤):3%の水溶液(硫酸第二鉄溶液)中にて、前記素材1を陰極として、25〜60°Cのもとで、電圧6〜12Vを印加して30〜90秒行う。該陰極酸電解工程では、図3に図面代用写真(素材表面の陰極酸電解後の走査電子顕微鏡写真:SEM×1600)で示される如くに、陰極から発生する水素ガスにより物理的に前記スマットが除去され、前記素材表面に、めっきの密着性を向上(アンカー効果向上)させるのには最適の微小凹凸が形成される。
Subsequently, after washing the
続いて、水洗した後、陽極酸化処理を行う。この陽極酸化工程は、前述した従来のめっき方法(表1参照)と同様に、燐酸50g/Lを用いて、55°Cのもとで電圧6〜12Vを印加して50秒行う。これにより、前記素材表面3に酸化皮膜が形成されるとともに、該酸化皮膜における前記微小凹凸に対応する部分に孔が形成される。
Subsequently, after rinsing with water, an anodic oxidation treatment is performed. This anodic oxidation step is performed for 50 seconds by applying a voltage of 6 to 12 V at 55 ° C. using 50 g / L of phosphoric acid in the same manner as the above-described conventional plating method (see Table 1). As a result, an oxide film is formed on the
かかる孔が形成された素材1を水洗後、その表面に鉄めっき4を施す。この場合、図4に図面代用写真(めっき後の素材表層断面の走査電子顕微鏡写真:SEM×1150)で示される如くに、前記鉄めっき4(の最下層部分)は、前記孔及び凹凸を埋めるようにその中に侵入している。そのため、めっき4に高いアンカー効果が得られ、めっき4の密着性(喰い付き性)が良好となっていることが確認された。
After the
本実施形態のめっき方法では、従来のめっき前処理で行われていた酸蝕に代えて、陰極酸電解により、アルカリエッチング工程で生成された不溶成分(スマット:Si、Cu、Fe、Mn等)を除去するようにされる。より具体的には、前記素材1を陰極として、硫酸第二鉄溶液中で陰極酸電解を行い、該処理中に発生する水素ガスを利用して、前記不溶成分を物理的に除去するようにされる。このため、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いなくて済み、その結果、環境負荷の低減及び労働環境の改善等を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減できる。
In the plating method of the present embodiment, insoluble components (smut: Si, Cu, Fe, Mn, etc.) generated in the alkali etching process by cathodic acid electrolysis instead of the acid corrosion performed in the conventional plating pretreatment. To be removed. More specifically, cathodic acid electrolysis is performed in a ferric sulfate solution using the
また、めっきの密着性に関与するエッチング深さは、アルカリエッチング工程での処理条件(使用される薬品(苛性ソーダ等)の濃度、温度、時間)で決まり、陰極酸電解工程では、水素ガスの発生のみでエッチングは進行しないので、エッチング深さを容易かつ正確に管理することができる。そのため、アルミニウム合金素材に施されためっきに高いアンカー効果が得られ、めっきの密着性(喰い付き性)が良好となる。 In addition, the etching depth involved in plating adhesion is determined by the processing conditions (concentration, temperature, and time of chemicals used (caustic soda, etc.) used in the alkaline etching process). In the cathodic acid electrolysis process, hydrogen gas is generated. Etching alone does not proceed, so that the etching depth can be managed easily and accurately. Therefore, a high anchor effect is obtained for the plating applied to the aluminum alloy material, and the adhesion (biting property) of the plating becomes good.
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定される訳ではなく、各工程で使用される薬品の種類や量等の処理条件は、要求されるめっきの仕様等に応じて、様々に変更できることは勿論である。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not necessarily limited to the said embodiment, Processing conditions, such as a kind and quantity of the chemical | medical agent used at each process, are required plating. Of course, various changes can be made according to the specifications and the like.
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