JP2007517983A - マイクロアーク酸化によるバルブ金属部品の高接着性の厚い保護コーティングを生産する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は電気化学、特にアルミニウム、チタン、タンタル等のようなバルブ金属やその合金を原料とする陽極酸化部品に関するものであり、かつ強固で耐熱性がありかつ耐摩耗性をもつ機械工学向けのコーティングを生産するために使用することができる。方法は部品を、絶縁材料でコートされた導電性ホルダーに接した状態で電解質中に置くこと、前記部品と電解質の間に作用電圧をかけること、マイクロアーク放電が該部品の表面に発生するまで該電圧を上昇することに存する。該部品のホルダーは、空気と電解質の界面において外面的に電気絶縁材料でコートされている。この発明の技術的結果として、マイクロアーク酸化により、バルブ金属またはその合金を原料とする該部品に、高硬度を示し、低摩擦係数とベース材料への高い接着性を有する、厚い保護コーティングを生産することが可能である。
Description
本発明は電気化学、特にアルミニウム、チタン、タンタル等のようなバルブ金属やその合金を原料とする陽極酸化部品に関するものであり、かつ強固で耐熱性がありかつ耐摩耗性をもつ機械工学向けのコーティングを生産するために使用することができる。
プロトタイプとしてのバルブ金属のマイクロアーク酸化の方法が公知であり（Ａ．Ｎ．Ｎｏｖｉｋｏｖ「アルミニウムおよびその合金の部品の補修」オーレル、オーレル州立農業アカデミー、１９９７年、ｐ３２〜３３参照）、これは部品を導電性ホルダーに接した状態で電解質中に置くこと、前記部品と前記電解質の間に作用電圧をかけること、マイクロアーク放電がこの部品の表面に発生するまでこの電圧を上昇することを含む。前記部品に保護膜が形成されることまたは酸化されない箇所が留まることを避けるために、コーティングの適用において同部品を覆うための特別な除去可能なフッ素プラスチックまたはカプラロンジャケットが製作される。
この公知のマイクロアーク酸化の方法は６０〜７０μｍまでの限界厚みを有する品質保証コーティングを得ることを可能にする。
この公知の方法の主な欠点は、得られるコーティングの厚みが不十分であることとこのコーティングのベース材料に対する接着性が低いことであるが、これは電圧が上昇されるにつれて前記コーティングの厚みがリニアに増す事実と、さらにこの膜成長速度がある厚み（引用例では６０〜７０μｍ）に達すると突然減速しだす（５μｍ／ｈｒまで）事実により説明される。このような膜成長速度では、現実的に適当な時間に厚いコーティングを実用的に生産することは不可能であり、この事実は空気と電解質の界面における導電性の蒸気と気体の相（空気中の電解質蒸気）による部品の分路に関連づけられる。
その上、この部品における保護膜のさらに遅い成長は、そのベース材料に対する接着性の改善も伴わない。これは電流強度が下がるほど、部品の表面で発生しかつまさにその保護膜をその全厚みおよびこの部品の材料の表面付近の層を通じて暖めるマイクロアーク放電は弱められる、という事実により説明される。このような部品の層の表面における局部的なマイクロ加熱があれば、「マイクロクレーター」が酸化膜によって覆われることが発生し、そしてその上保護コーティングの前記部品のベース材料に対する接着性は相当高められる。
本発明の技術的課題は、マイクロアーク酸化により、バルブ金属の部品またはその合金に、高硬度、低摩擦係数およびそのベース材料への高い接着性を有する、厚い保護コーティングを生産することであり、この事実によりこの部品を摩擦するペアで使用するときの潤滑を排除することを可能にする。
マイクロアーク酸化によりバルブ金属またはその合金の部品に高い接着性を示す厚い保護コーティングを生産する方法であって、部品を、絶縁材料でコートされた導電性ホルダーに接した状態で電解質中に置くこと、前記部品と前記電解質の間に作用電圧をかけること、マイクロアーク放電が部品の表面に発生するまでこの電圧を上昇することを含む方法において、前記技術課題の解決は、この部品のホルダーが空気と電解質の界面において外面的に電気絶縁材料でコートされることによって提供される。
この部品のホルダーを空気と電解質の界面において外面的に電気絶縁材料でコートすることで、この蒸気と気体の相の影響を取り除くことを可能にし、またはより正確には、該部品の分路と該部品を通じる電流量の減少を回避することを可能にするが、これは相当の電圧上昇とそれ故のこの保護コーティング厚みの相当急速な成長のための条件を産む要因である。該部品のベース材料に対するコーティングの接着量を測るために実施した機械的な比較試験で、この請求項に記載された方法によりコートされた部品では、このベース材料上で部品の表面の分離が生じるが、プロトタイプの場合よりも保護膜の低い境界では生じないことを発見した。この請求項に記載された方法は、バルブ金属部品で得られるコーティングの厚みをかなり増加することおよびコーティングのベース材料に対する接着性を高めることを可能にする。
装置は以下の態様で操作される。電源６から部品５に正の電圧（あるいは交流のバイアス電圧）が供給される。ここで通常の陽極酸化プロセスが進められ、そこでは酸化膜が形成され、そしてこの電圧はある値（約１００Ｖ）まで上昇し続け、これが達成されることで、陽極酸化膜を孔抜きして新たなより厚い保護コーティングを損傷箇所に形成するマイクロアーク放電を発生させるために必要な条件が、部品の表面に生み出される。マイクロアーク放電の発生に関して、この保護コーティングの厚みが増すと、この電流は増加し始めやがて減少する。電源６の電圧が増加されない場合、膜成長プロセスは特定のレベルで止まる。この保護コーティングの厚みをさらに成長させるために、この電源の電圧を上昇することが必要である。しかしながら、そのようにすると後ろ向きの現象が観察される。ホルダー３の電解質バスに浸されていない部分では、この空気と電解質の移り変わる点で（空気中に電解質蒸気が存在するために）多孔性の保護コーティングが形成され、そこを電源６からの主電流が通り、実際にこの電源を分路する。このプロセスが終端処理されていない場合、このホルダーの材料は直ぐに多孔性の副産物に変化し、したがって、消耗され、分解される。この電解質と空気の部分に電気絶縁４が存在することにより、前記多孔性副産物の形成を排除すること、同様に、電源６が誤って分路することを取り除くことに成功しうる、これにより該部品の電圧が相当上昇し、これはこの保護コーティングの厚みのさらなる成長を促進する要因となる。
このプロトタイプと請求項に記載された方法により得られたコーティングの実用的な比較のために試験を行った。そのようにして得られたこのコーティングの試験結果は例１および２に挙げる。
例１
コーティングは、２ｇ／ｌＫＯＨ（苛性カリ）と９ｇ／ｌ水ガラスを含む電解質中で、Ｄ１６グレードのアルミニウム合金に適用された。コーティング時間は２０分、電解質の温度は２０℃、電流密度は２０Ａ／ｄｍ２であった。ホルダーはアルミニウムワイヤーであった。
このようにして得られたコーティングの厚みを以下に示す：
-保護されていないホルダーの場合２２μｍ
-保護されたホルダーの場合４７μｍ
コーティングは、２ｇ／ｌＫＯＨ（苛性カリ）と９ｇ／ｌ水ガラスを含む電解質中で、Ｄ１６グレードのアルミニウム合金に適用された。コーティング時間は２０分、電解質の温度は２０℃、電流密度は２０Ａ／ｄｍ２であった。ホルダーはアルミニウムワイヤーであった。
このようにして得られたコーティングの厚みを以下に示す：
-保護されていないホルダーの場合２２μｍ
-保護されたホルダーの場合４７μｍ
例２
コーティングは、２ｇ／ｌＫＯＨ（苛性カリ）と９ｇ／ｌ水ガラスを含む電解質中で、Ｄ１６グレードのアルミニウム合金に適用された。コーティング時間は１５０分、電解質の温度は２０℃、電流密度は２０Ａ／ｄｍ２であった。ホルダーはアルミニウムワイヤーであった。
このようにして得られたコーティングの厚みを以下に示す：
-保護されていないホルダーの場合１０８μｍ
-保護されたホルダーの場合２２３μｍ
コーティングは、２ｇ／ｌＫＯＨ（苛性カリ）と９ｇ／ｌ水ガラスを含む電解質中で、Ｄ１６グレードのアルミニウム合金に適用された。コーティング時間は１５０分、電解質の温度は２０℃、電流密度は２０Ａ／ｄｍ２であった。ホルダーはアルミニウムワイヤーであった。
このようにして得られたコーティングの厚みを以下に示す：
-保護されていないホルダーの場合１０８μｍ
-保護されたホルダーの場合２２３μｍ
このようにして、この請求項に記載された方法は実質的に該部品のホルダーの電圧を上昇することおよび得られるコーティングの厚みを２倍以上に増すことを可能にする。このコーティングのベース材料に対する接着性の検査においては、このコーティングの分離がこのベース材料上で発生したが、このプロトタイプの場合よりも保護膜の低い境界ではなかった。
Claims (1)
- 部品を、絶縁材料でコートされた導電性ホルダーに接した状態で電解質中に置くこと、該部品と前記電解質の間に作用電圧をかけること、マイクロアーク放電が発生するまで該電圧を上昇することを含んでなる、マイクロアーク酸化によりバルブ金属またはその合金の部品に高い接着性を示す厚い保護コーティングを生産する方法であって、該部品のホルダーが空気と電解質の界面において外面的に電気絶縁材料でコートされていることを特徴とする方法。
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