JP2007138232A - 潤滑皮膜の形成方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】技術の高度化、高性能化、及び機能化が求められ、従来のポリテトラフルオロエチレンの微粒子を、陽極酸化皮膜に含浸もしくは吸着する方法は、陽極酸化皮膜とポリテトラフルオロエチレンとの密着性は十分でなく、それに伴って、耐久性が十分ではなく、用途が限定されておりその改善が求められている。
【解決手段】本発明はアルミニウムおよびマグネシウム並びにその合金表面に優れた潤滑性を有する皮膜を形成する方法である。
すなわち、アルミニウム及びマグネシウム並びにその合金の表面に陽極酸化皮膜を形成した後、反応性界面活性剤を含むポリテトラフルオロエチレンの分散水溶液から、電気化学的もしくは、化学的に吸着させ、乾燥することを特徴とする潤滑皮膜の形成方法である。
【選択図】なし

Description

本発明はアルミニウムおよびマグネシウム並びにその合金表面に優れた潤滑性を有する皮膜を形成する方法に関し、特に、合金表面の摺動摩擦抵抗を低減する方法に関する。

アルミニウム合金の陽極酸化皮膜に潤滑性を付与する方法としては、従来より、次のような方法が提案されている。

陽極酸化皮膜に液状、ワックス状の潤滑油を含浸する方法があるが、接触する他の溶剤、油剤の影響を受けやすく、また周辺部への汚れなどが懸念される。又、固体状の潤滑剤としては、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデン（特開昭５６−１３０４８９号公報）があるが、初期の摺動摩擦係数（０．２〜０．３）が高く、耐久性にも乏しい。ポリテトラフルオロエチレンの持つ特性を活かした硬質酸化皮膜のポアー内にポリテトラフルオロエチレンを含浸させる方法（特公昭５２−３９０５９号公報）は、ポリテトラフルオロエチレン粒子のポアー内への浸入付着は十分ではない。この付着性を改善する方法としてポリテトラフルオロエチレンを電気化学的もしくは化学吸着させ乾燥後、相手材との摺り合わせにより潤滑膜を形成する方法（特開平５−５１７９４号公報）が提案されているが、陽極酸化表面への付着性は十分でなく、摺動摩擦の熱が発生するまでの取り扱いに配慮が求められる。又、処理液は、４０〜８０℃の加温を必要とし、処理液中のポリテトラフルオロエチレンの分散安定性が懸念され、更には浴液加温のための装置、エネルギーが必要である。

特開昭５６−１３０４８９号公報 特公昭５２−３９０５９号公報 特開平５−５１７９４号公報

技術の高度化、高性能化、及び機能化が求められ、従来のポリテトラフルオロエチレンの微粒子を、陽極酸化皮膜に含浸もしくは吸着する方法は、陽極酸化皮膜とポリテトラフルオロエチレンとの密着性は十分でなく、それに伴って、耐久性が十分ではなく、用途が限定されておりその改善が求められている。

本発明は、アルミニウム及びマグネシウム並びにそれらの合金陽極酸化皮膜の表面に、反応性界面活性剤によりポリテトラフルオロエチレンの微粒子を強固に且つ均一に固着させ、摺動潤滑性に優れ、耐久性のある皮膜を形成する方法を提供しようとするものである。又これにより軽量で耐磨耗性物品、耐薬品性物品を提供することができる。

本発明はアルミニウムおよびマグネシウム並びにそれらの合金表面に優れた潤滑性を有する皮膜を形成する方法である。
すなわち、請求項１の発明は、アルミニウム及びマグネシウム並びにその合金の表面に陽極酸化皮膜を形成した後、反応性界面活性剤を含むポリテトラフルオロエチレンの分散水溶液から、電気化学的もしくは、化学的に吸着させ、乾燥することを特徴とする潤滑皮膜の形成方法であり、請求項２の発明は、反応性界面活性剤としてシランカプリング剤及び有機チタン化合物のいずれか１種又は２種以上を用いることを特徴とする請求項１に記載の潤滑皮膜の形成方法であり、請求項３の発明は、被処理物を陽極とし、直流電圧５〜２００ボルトで電気化学的に処理することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の潤滑皮膜の形成方法であり、請求項４の発明は、５〜４０℃の該分散液に接液し、化学的に処理することを特徴とする請求項１、２もしくは３のいずれかに記載の潤滑皮膜の形成方法であり、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかにより処理した後、水洗することを特徴とする請求項１、２、３もしくは４のいずれかに記載の潤滑皮膜の形成方法である。

更に詳述すると、アルミニウムおよびマグネシウム並びにその合金表面に通常の方法で陽極酸化皮膜を形成した後、封孔処理をすること無しに、反応性界面活性剤を含んだポリテトラフルオロエチレンの微粒子の懸濁水溶液に浸漬、流しかけ、シャワー及び塗布などにより接液することにより、ポリテトラフルオロエチレン粒子を吸着させ、皮膜を形成させる方法である。

さらに、均一且つ強固な皮膜を形成する方法は、被処理金属を陽極とし、電気化学的に析出させ形成する方法である。

本発明は金属表面に吸着且つ反応性のある界面活性剤の作用により、陽極酸化皮膜にポリテトラフルオロエチレンの微粒子を均一に付着させることができる。

本発明に用いる陽極酸化皮膜に、特に制限は無いが、被処理品の要求する機械的摩擦強度を満たす皮膜が好ましく、皮膜厚は、５〜１００μｍで、硬質の陽極酸化皮膜が適している。

陽極酸化皮膜処理後は、余剰の処理液を除去するため、通常水洗し、次いで、本発明の分散溶液で処理する。

陽極酸化処理後に、染色、二次電解処理などを行うことも出来る。

更に、陽極酸化皮膜処理、及び後処理後の皮膜は、未封孔もしくは電導性を有するものが好ましく、特に電気化学的に本発明分散溶液から析出する場合は、封孔処理はせずに、直接、浸漬し、電気化学的に処理する。

但し、封孔処理後、本発明の分散液にて、浸漬、シャワー、スプレー処理により、化学的に吸着させることを妨げるものではない。

反応性の活性剤は、シランカプリング剤、有機チタン化合物を用いる事が出来る。

本発明に用いることの出来るシランカプリング剤は、有機樹脂と化学的に結合する反応性官能基Ｘと、無機材料と化学的に結合する反応基Ｙを同一分子内にもっている次のような化１に示す一般式で示される有機ケイ素化合物でカーボンファンクショナルシランとも呼ばれる。

（但し、Ｘはビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アミノ基、イソシアナト基、メルカプト基、エポキシ基、スルフィド基などの反応性を有する官能基、並びにアルキル基及び含フッ素アルキル基で、Ｒはプロピル：−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−、及びＲの無いＸが直接Ｓｉに結合したビニルトリアルコキシシランであり、Ｙは加水分解性を有するアルコキシ基、塩素で、代表的なものは、メトキシ基：−ＯＣＨ_３、エトキシ基：−ＯＣ_２Ｈ_５、イソプロポキシ基：−ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２などである。また、ｍは１以上の正の整数、ｎは４以上の正の整数である。）

本発明の方法で得られるポリテトラフルオロエチレンの微粒子からなる皮膜は、陽極酸化皮膜に、強固に付着しており、低い初期の摩擦抵抗を長い摺動距離まで維持し、耐久性のある皮膜を提供することが出来る。

本発明に用いることの出来る有機チタン化合物は、オルトチタン酸：Ｔｉ（ＯＨ）_４のエステルのテトラアルコキシチタン：Ｔｉ（ＯＲ）_４及びその誘導体である。

本発明に用いることの出来るポリテトラフルオロエチレンの粒子径は１μｍ以下が好ましい。粒子径０．１μｍ以上のものが市販されているが、アルミニウム陽極酸化皮膜の表面にポリテトラフルオロエチレンを電気泳動等で入れるためには極力小さい粒子径のものを用いて孔に付着させるために粒子径は１μｍ以下が好ましい。

本発明に用いる分散処理液の組成は、ポリテトラフルオロエチレン微粒子１〜２０重量％、反応性界面活性剤０．０１〜２重量％が好ましい。ポリテトラフルオロエチレン微粒子が１重量％未満では、潤滑性能が不十分であり、２０重量％を越えるとポリテトラフルオロエチレン微粒子が付着し過ぎてギクシャクして潤滑性がおとるものとなる。反応性界面活性剤が０．０１重量％未満では粒子は付着しても剥離し易く、２重量％を越えると付着しがたくなる。

ポリテトラフルオロエチレン微粒子の分散のための助剤として、アニオン、カチオン、両性イオンおよびノニオン界面活性剤、ならびにビニルアルコール、アクリル酸、アクリルアミド樹脂及び他のモノマーとの共重合樹脂やセルロースなどの熱可塑性高分子樹脂を用いることもできる。

分散処理液のｐＨは、好ましくは４〜１０の範囲であり、それ以外の領域では、分散液の安定性が劣る。ｐＨの調整は、硫酸、リン酸、硝酸、ホウ酸、フッ化水素酸などの無機酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸，リンゴ酸などの有機酸、並びに、アンモニア、苛性ソーダ、苛性カリなどにより行うことができる。

本発明の処理液温度は、電気化学的処理では５〜４０℃で、好ましくは常温（１５〜２５℃）である。浸漬、シャワー、スプレー、及び塗布処理では、常温〜４０℃が好ましい。

電気化学的処理では、５〜２００Ｖの直流で０．５〜５分間通電する。陽極酸化皮膜厚さによって、それぞれの適正条件に合わせて処理する。

浸漬法などでは、時間の制限はないが、好ましくは０．５〜３０分間処理する。

分散処理液で処理した後、液切り後、必要に応じて、余剰の処理液を水洗除去することが出来る。水洗は、浸漬もしくはミストスプレーなどで、乾燥作業性などの有利点から４０〜６０℃の湯洗を用いることも出来る。

分散処理液で処理し、液切りもしくは水洗後、水切り乾燥を行う。乾燥温度の制限はないが、４０〜１３０℃の温・熱風乾燥が好ましい。

以下に陽極酸化皮膜における実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明する。
［陽極酸化皮膜の処理方法］

アルミニウム５０５２合金の表面を、常用の手段によって、脱脂・洗浄、エッチング、酸洗・脱スマットを行い、被処理物金属表面の酸化膜、細かい傷などを除去し、表面を均一にした後、硫酸２０重量％、シュウ酸２重量％の１５℃の混酸電解液に浸漬、直流で電流密度３Ａ／ｄｍ^２、約１０分及び３０分間電解した後、水洗し、１０μｍ及び３０μｍの硬質陽極酸化皮膜を得た。

マグネシウムＡＺ９１Ｄ合金の表面を、脱脂・洗浄、５％クエン酸・シュウ酸混液でエッチング洗浄後、１０％硝酸酸洗後、酸性フッ化アンモニウム３０重量％、重クロム酸ナトリウム１０重量％、８５％リン酸９容量％の８０℃の電解液に浸漬、直流で電流密度２．５Ａ／ｄｍ^２で３０分間電解、最終電圧は７５ボルトを示し、約２０μｍの陽極酸化皮膜を得た。
［本発明の分散処理液の調整方法］

処理液１．本発明に用いる分散処理液１は、約０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレン微粒子５０ｇを、ノニオン界面活性剤（エチレンオキサイド５モル）０．５ｇとアニオン界面活性剤０．５ｇを含む脱イオン水５０ｇで、混練した後、約４００ｍｌの脱イオン水に懸濁分散し、別に、シュウ酸１ｇを脱イオン水５００ｍｌに溶解した溶液に、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン２．５ｇを添加溶解し、アンモニア水とシュウ酸を用い溶液ｐＨを６〜７に調整した。

処理液２．更に、本発明に用いる分散処理液２として、約０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレン微粒子５０ｇを、あらかじめ調合した３ｇのジ−ｎ−ブトキシ・ビス（トリエタノールアミナト）チタン：Ｔｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３）_２［ＯＣ_２Ｈ_４Ｎ（Ｃ_２Ｈ_４ＯＨ）_２］、ノニオン界面活性剤（エチレンオキサイド５モル）０．５ｇ及びアニオン界面活性剤０．５ｇを含む脱イオン水２０ｇで、混練した後、脱イオン水で約９００ｍｌの水溶液に投入・懸濁分散し、アンモニア水を用い溶液ｐＨを９に調整した。
［性能評価方法］

性能評価法は、ＪＩＳ Ｒ １６１３−１９９３に基づく、ボ−ルオンデスク型摩耗試験機を用い、摩擦荷重３０ｇ，５０ｇ，１００ｇ，１５０ｇ、相手材５ｍｍφＳＵＪ２鋼球を使用し、摺動距離と摩擦係数で表現した。アルミニウムやマグネシウム合金の陽極酸化皮膜に所定に処理をして摩擦試験をしたときの実施例に関する評価及び比較例に関する評価をした。
［実施例１、２及び３］

該アルミニウム合金（実施例１、２）及びマグネシウム合金（実施例３）の約３０μｍの陽極酸化皮膜、及び調合した該分散処理液１を用いて、陽極酸化皮膜を陽極側に配し、ステンレス板を陰極として、直流３０Ｖで３分間電解し、ポリテトラフルオロエチレンの皮膜を形成させた後、約６０℃のドライヤーで、乾燥後、性能評価を行った結果を表１に示した。
［実施例４］

該アルミニウム合金の約３０μｍの陽極酸化皮膜を、２５℃の調合した該分散処理液２に、浸漬、陽極酸化皮膜を陽極側に配し、ステンレス板を陰極として、直流９０Ｖで３分間電解し、ポリテトラフルオロエチレンの皮膜を形成させた後、約６０℃のドライヤーで、乾燥後、性能評価を行った結果を表１に示した。表１には陽極酸化の具体的なことも記載されている。
［実施例５］

該アルミニウム合金の約３０μｍの陽極酸化皮膜を、４０℃の該調合したの該分散処理液１に、５分間浸漬し、温風で乾燥し、性能評価を行った結果を表１に示した。
［実施例６］

該アルミニウム合金の約３０μｍの陽極酸化皮膜を、２５℃の調合した該分散処理液１に、浸漬、陽極酸化皮膜を陽極側に配し、ステンレス板を陰極として、直流９０Ｖで３分間電解し、ポリテトラフルオロエチレンの皮膜を形成させた後、脱イオン水に浸漬し、余剰の処理液を除去した後、約６０℃の温風ドライヤーで、乾燥後、性能評価を行った結果を表１に示した。
［実施例７］

該アルミニウム合金の約３０μｍの陽極酸化皮膜を、４０℃の該調合したの該分散処理液１に、５分間浸漬した後、ミストスプレーにて、余剰の分散処理液１を除去し、温風で乾燥、性能評価を行った結果を表１に示した。
［比較例］

比較例として、比較例１では１０μｍの、比較例２では３０μｍのアルミニウム合金、比較例３では２０μｍのマグネシウム合金の陽極酸化皮膜のみ、並びに、反応性界面活性剤を含まないポリテトラフルオロエチレンの分散液を用いた場合の結果を表１に示した。
［比較例の分散処理液の調整方法］

比較例の反応性界面活性剤を含まない分散処理液として、約０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレン微粒子５０ｇを、ノニオン界面活性剤（エチレンオキサイド５モル）０．５ｇとアニオン界面活性剤０．５ｇを含む脱イオン水５０ｇで、混練した後、約４００ｍｌの脱イオン水に懸濁分散し、別に、シュウ酸１ｇを脱イオン水５００ｍｌに溶解した溶液をアンモニア水用い溶液ｐＨを８に調整した。
［比較例１，２及び３］

該陽極酸化皮膜を形成した後、該比較例の分散処理液に浸漬、直流３０Ｖで、３分電解した皮膜の性能は、表１に示すように、摺動距離が増えるに従って急激に摩擦係数の上昇が観察される。
［比較例４］

また、余剰処理液の洗浄時に、ポリテトラフルオロエチレンの剥離が起こり、均一な皮膜が得られ難く、被処理品の位置によって、摺動摩擦係数にばらつきが発生した。

Claims (5)

1. アルミニウム及びマグネシウム並びにその合金の表面に陽極酸化皮膜を形成した後、反応性界面活性剤を含むポリテトラフルオロエチレンの分散水溶液から、電気化学的もしくは、化学的に吸着させ、乾燥することを特徴とする潤滑皮膜の形成方法。
2. 反応性界面活性剤としてシランカプリング剤及び有機チタン化合物のいずれか１種又は２種以上を用いることを特徴とする請求項１に記載の潤滑皮膜の形成方法。
3. 被処理物を陽極とし、直流電圧５〜２００ボルトで電気化学的に処理することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかにの潤滑皮膜の形成方法。
4. ５〜４０℃の該分散液に接液し、化学的に処理することを特徴とする請求項１、２もしくは３のいずれかに記載の潤滑皮膜の形成方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかにより処理した後、水洗することを特徴とする請求項１、２、３もしくは４のいずれかに記載の潤滑皮膜の形成方法。