JP2008081839A - Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy - Google Patents

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Koji Kato
浩二 加藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a member made of an aluminum alloy in which a high quality alumite coating having a uniform thickness, a smooth surface, and excellent hardness, corrosion resistance, wear resistance or the like regardless of the material composition of a base layer is formed. <P>SOLUTION: The member is constituted of a base material 12 in which at least a portion of the surface of a base layer 10 composed of an aluminum alloy containing silicon is covered with an aluminum alloy having a silicon content lower than that of the base layer 10 or pure aluminum and an alumite layer 13 which is formed by the oxidation of a coating layer 11a covering the base layer 10 of the base material 12, that oxidation proceeds toward inside from the surface side, and has a hardness higher than the base material 12. At this time, an intermediate layer 11 may be formed between the base layer 10 and the alumite layer 13 by leaving a portion of the coating layer 11a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アルミニウム合金からなる基材の耐食性、耐摩耗性、及び硬度の向上のために、基材表面にアルマイト処理の施されたアルミニウム合金製部材とその製造方法、及び該アルミニウム合金製部材を備えた燃料ポンプに関する。   The present invention relates to an aluminum alloy member whose surface is subjected to alumite treatment for improving the corrosion resistance, wear resistance, and hardness of a substrate made of an aluminum alloy, a method for producing the same, and the aluminum alloy member It is related with the fuel pump provided with.

アルミニウム鋳造品やアルミニウムダイカスト品などのアルミニウム合金は、自動車などの各種車両用部材や産業機器用部材、電気電子機器用部材、建築用部材などとして広く使用されている。特に自動車部品として使用すれば、車両軽量化、燃費向上、省資源化、公害防止などに寄与するので、従来からの鉄系材料に代わる部材として好ましく使用されている。   Aluminum alloys such as aluminum castings and aluminum die-casting products are widely used as various vehicle members such as automobiles, industrial equipment members, electrical and electronic equipment members, and architectural members. In particular, when used as an automobile part, it contributes to vehicle weight reduction, fuel efficiency improvement, resource saving, pollution prevention, and the like, so it is preferably used as a member that replaces conventional iron-based materials.

ところで、アルミニウム合金は軽量であるものの、柔らかく傷つき易いという欠点がある。したがって、耐食性、耐摩耗性、硬度の向上などを目的として、表面に酸化皮膜を形成させる陽極酸化処理(アルマイト処理)が施されている。また、一般的なアルミニウム鋳造品やアルミニウムダイカスト品は、その鋳造性、硬度、および耐衝撃性などの向上のために適量のケイ素(Si)が添加されていることが多い。アルミニウムにケイ素を添加すると、アルミニウム合金溶湯の流動性が向上し、かつ凝固収縮が少なくなる。また、基材中に晶出するシリコンは硬質である。   By the way, although aluminum alloy is lightweight, there is a drawback that it is soft and easily damaged. Therefore, for the purpose of improving corrosion resistance, wear resistance, hardness, etc., an anodizing treatment (anodizing treatment) for forming an oxide film on the surface is performed. Moreover, in general aluminum cast products and aluminum die cast products, an appropriate amount of silicon (Si) is often added to improve the castability, hardness, impact resistance, and the like. When silicon is added to aluminum, the fluidity of the molten aluminum alloy is improved and the solidification shrinkage is reduced. Moreover, the silicon crystallized in the substrate is hard.

一般的にアルマイト処理は、電解浴中にて陽極とした被処理物と陰極板との間で直流電流を通電することで、図6に示すように基材表面を酸化させ、徐々に耐食性、耐摩耗性、及び硬度に優れた酸化アルミニウム(Al)皮膜を生成させる処理であり、この酸化アルミニウム皮膜をアルマイト(層)という。アルマイト層は、基材中のアルミニウムが反応して成長するので、酸化の進行に伴ってアルマイト層が成長する(厚くなる)反面、基材の厚みは薄くなっていく。ここで、鋳造性などの向上のために添加されたケイ素は、図6の楕円で示すように基材中に共晶シリコンとして晶出している。しかも、この共晶シリコンは、一般的な鋳造方法における冷却条件であれば、光学顕微鏡で観察できる程度に粗大に晶出している。そして、この共晶シリコンはアルマイト処理によっても酸化はされないので、基材の酸化の進行に伴って共晶シリコンが徐々に基材表面に露呈していき、基材上に析出した状態となる。直流電流により処理する場合はアルマイト層に生ずる細孔は直線的に成長するので、図6(b)によく示されるように共晶シリコン上に酸化皮膜(アルマイト層)が生成されないか、生成されたとしてもごく僅かな厚みしかないので、結果的に厚みが不均一でポーラスな構造の表面の粗いアルマイト層となってしまう。また、ケイ素以外の添加物なども、アルマイト層形成の阻害要因となる。このようなアルマイト層では、硬度、耐食性、耐磨耗性、および表面平滑性(表面粗度)を十分に発現し切れず、しかもこのような細孔は水分が浸入して錆の原因ともなり得るので、アルミニウム合金製部材の品質低下を招いてしまう。 In general, the alumite treatment is performed by applying a direct current between an object to be treated as an anode in an electrolytic bath and a cathode plate, thereby oxidizing the substrate surface as shown in FIG. This is a process for producing an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film having excellent wear resistance and hardness, and this aluminum oxide film is called an alumite (layer). Since the alumite layer grows by reaction of aluminum in the base material, the alumite layer grows (thickens) as the oxidation progresses, but the thickness of the base material decreases. Here, the silicon added for improving the castability and the like is crystallized as eutectic silicon in the base material as shown by an ellipse in FIG. In addition, the eutectic silicon crystallizes coarse enough to be observed with an optical microscope under cooling conditions in a general casting method. Since this eutectic silicon is not oxidized even by the alumite treatment, the eutectic silicon is gradually exposed to the surface of the base material as the base material is oxidized, and is deposited on the base material. When processing by direct current, the pores generated in the anodized layer grow linearly, so that an oxide film (alumite layer) is not formed on the eutectic silicon as shown in FIG. 6 (b). Even if it has only a very small thickness, the result is a rough anodized layer with a non-uniform thickness and a porous structure. Additives other than silicon also become an inhibiting factor for the formation of an alumite layer. Such an alumite layer does not fully exhibit hardness, corrosion resistance, wear resistance, and surface smoothness (surface roughness), and such pores may cause rust due to moisture intrusion. Therefore, the quality of the aluminum alloy member is deteriorated.

これを避けるためにケイ素含有量の低いアルミニウム合金、例えばJIS H5302のアルミニウムダイカスト品であるADC6(ケイ素含有量1.0質量%以下)を使用することも考えられるが、この場合ケイ素含有量が低いためにアルマイト性には優れるが、鋳造性に劣るので鋳巣や湯じわなどの欠陥を生じ易くて歩留まりが悪くなる問題を生じる。そのうえ、ケイ素含有量の低いアルミニウム合金は材料コストが高くつく。   In order to avoid this, it is conceivable to use an aluminum alloy having a low silicon content, for example, ADC6 (silicon content of 1.0% by mass or less) which is an aluminum die-cast product of JIS H5302, but in this case the silicon content is low. For this reason, it has excellent anodizing properties, but since it is inferior in castability, it tends to cause defects such as cast holes and hot water wrinkles, resulting in a problem of poor yield. In addition, aluminum alloys with a low silicon content are expensive.

このような問題に対処するため、アルミニウム合金中のケイ素を処理することに着目した発明として、特許文献1及び特許文献2が提案されている。特許文献1では、ケイ素を含有するアルミニウム合金のアルマイト処理などの前処理として硝酸、フッ化水素アンモニウム、酢酸の3成分よりなり、硝酸が50mass%以上、フッ化水素アンモニウムが10mass%以上、及び酢酸が5〜20mass%以上の濃度になるように調整された混合溶液からなる洗浄剤溶液によって前処理することで、基材中のケイ素を選択除去してアルマイト層の均一生成を図っている。特許文献2では、ケイ素を含有するアルミニウム合金中のケイ素を高密度エネルギー熱線によって再溶融することで微細化し、同時にケイ素含量の少ないアルミニウム系溶加材を溶かし込むことでケイ素を希釈し、そのうえでアルマイト処理を施している。また、特許文献2では、内燃機関用のピストンにおいて特に高い耐食性、耐摩耗性などの必要な、ピストンリング溝に限ってアルマイト処理を施している。   In order to deal with such problems, Patent Document 1 and Patent Document 2 have been proposed as inventions focusing on processing silicon in an aluminum alloy. In patent document 1, it consists of three components of nitric acid, ammonium hydrogen fluoride, and acetic acid as pretreatments, such as alumite treatment of the aluminum alloy containing silicon, nitric acid is 50 mass% or more, ammonium hydrogen fluoride is 10 mass% or more, and acetic acid Is pre-treated with a detergent solution composed of a mixed solution adjusted to have a concentration of 5 to 20 mass% or more, so that silicon in the substrate is selectively removed to achieve uniform formation of an alumite layer. In Patent Document 2, silicon in an aluminum alloy containing silicon is refined by remelting with high-density energy heat rays, and at the same time, silicon is diluted by dissolving an aluminum-based filler material having a low silicon content, and then anodized. We are processing. Further, in Patent Document 2, an alumite treatment is applied only to a piston ring groove that requires particularly high corrosion resistance and wear resistance in a piston for an internal combustion engine.

一方、アルミニウム合金を処理するのではなく、アルマイト処理方法を改良した発明として特許文献3がある。特許文献3では、従来からの直流電流に代えてプラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返えす、または交流成分を有する電源を用いてアルマイト処理している。これによれば、アルマイト層は配向性を持たず緻密であり、かつケイ素を包囲するように成長形成されていくので、アルミニウム合金の組成を考慮したり前処理を行う必要がないなどの利点を有する。   On the other hand, Patent Document 3 discloses an invention in which an alumite treatment method is improved instead of treating an aluminum alloy. In Patent Document 3, the application of a positive voltage and the removal of electric charge are repeated instead of a conventional direct current, or an alumite treatment is performed using a power supply having an alternating current component. According to this, since the alumite layer is dense without orientation, and is grown so as to surround silicon, there is an advantage that it is not necessary to consider the composition of the aluminum alloy or perform pretreatment. Have.

特開平11−264088号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-264088 特開平5−17899号公報JP-A-5-17899 特開2006−83467号公報JP 2006-83467 A

特許文献1では、ケイ素を選択除去してアルマイト層の生成が阻害されることを防止し、且つ硝酸に対するフッ化水素アンモニウムの濃度比を適切に調整することにより、除去されたケイ素周辺に大きな孔が形成されることをも防止している。しかし、ケイ素が選択除去された部分自体の孔が生じるので基材の表面が粗くなり、これによってアルマイト層の厚みが不均一で表面も粗くなるので、精密部品や摺動部材への適用は難しい。ケイ素含有率が高い基材ほどその面粗れも大きくなる。特許文献2では、ケイ素を微細化及び希釈化することでアルマイト層への悪影響をできるだけ小さくしてはいるものの、依然ケイ素が残存していることに変わりはなく、本質的な問題解決には至っていない。   In Patent Document 1, by selectively removing silicon to prevent the formation of an alumite layer, and by adjusting the concentration ratio of ammonium hydrogen fluoride to nitric acid appropriately, large pores are removed around the removed silicon. Is also prevented from forming. However, since the pores in the portion where the silicon is selectively removed are generated, the surface of the substrate becomes rough, which makes the thickness of the alumite layer non-uniform and the surface rough, which makes it difficult to apply to precision parts and sliding members. . The higher the silicon content, the greater the surface roughness. In Patent Document 2, although the adverse effect on the alumite layer is made as small as possible by diminishing and diluting silicon, the silicon still remains and the essential problem is solved. Not in.

これに対し特許文献3では、アルミニウム合金中のケイ素などの添加物や不純物の影響を受けることなく膜厚が均一で緻密なアルマイト層を形成できる。しかし、詳しくは後述するように、ここでのアルマイト層は、例えば電荷の供給・除去を繰り返しその際の膜形成特性の相違によりケイ素を包囲するように形成されていくが、アルマイト層の表面粗度を良好にするためには、ケイ素を確実に包囲して十分な厚みを有するアルマイト層を形成しなければならない。したがって、このようなアルミニウム合金製部材を、特に良好な表面粗度を必要とする部位に使用する場合には、アルマイト処理時間を長くする必要がある。また、これに伴い例えば基材とアルマイト層との間に中間層を形成したい場合、当該中間層の厚みが小さくなってその機能を十分に発揮できなくなるか、最悪の場合は中間層を形成できない。そもそも、ケイ素を多く含んでいるアルミニウム合金にそのままアルマイト処理する時点で上記のような問題を有し、表面粗度の改善などにおいて限界がある。   On the other hand, in Patent Document 3, a dense alumite layer having a uniform film thickness can be formed without being affected by additives such as silicon and impurities in the aluminum alloy. However, as will be described in detail later, the alumite layer here is formed so as to surround silicon due to the difference in film formation characteristics, for example, by repeatedly supplying and removing charges. In order to improve the degree, it is necessary to form an alumite layer having sufficient thickness by reliably surrounding silicon. Therefore, when such an aluminum alloy member is used in a portion requiring particularly good surface roughness, it is necessary to lengthen the alumite treatment time. In addition, for example, when it is desired to form an intermediate layer between the base material and the alumite layer, the thickness of the intermediate layer becomes small so that the function cannot be sufficiently exhibited, or in the worst case, the intermediate layer cannot be formed. . In the first place, when an aluminum alloy containing a large amount of silicon is alumite-treated as it is, there are problems as described above, and there is a limit in improving the surface roughness.

そこで本発明の目的は、ベース層の材料組成にかかわらず膜厚が均一で表面が平滑であり、硬度、耐食性、及び耐磨耗性等に優れた高品質なアルマイト皮膜が形成されたアルミニウム合金製部材とその製造方法、及び該アルミニウム合金製部材を備えた燃料ポンプを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an aluminum alloy in which a high-quality alumite film excellent in hardness, corrosion resistance, wear resistance, and the like is formed regardless of the material composition of the base layer. An object of the present invention is to provide a member and a manufacturing method thereof, and a fuel pump including the member made of aluminum alloy.

上記課題を解決する目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部が、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムで被覆された基材と、前記基材のベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムが表面側から内部に向かって酸化が進行することで形成され、前記基材よりも硬度の高いアルマイト層とからなることを特徴とするアルミニウム合金製部材である。   In order to achieve the object of solving the above-mentioned problems, according to the present invention, at least part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon has a lower silicon content than the base layer. Formed by oxidation of a base material coated with an aluminum alloy or pure aluminum and an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer of the base material from the surface side toward the inside. It is a member made from an aluminum alloy characterized by comprising an alumite layer having a high thickness.

ここでのアルマイト層とは、アルミニウム合金又は純アルミニウムをアルマイト処理することによって生成する酸化アルミニウム(Al)からなる皮膜層を意味する。アルマイト処理は、陽極酸化処理とも称される。請求項1でのアルミニウム合金製部材では、ベース層を被覆するアルミニウム合金皮膜又は純アルミニウム皮膜の全部が酸化されていてもよいし、ベース層を被覆するアルミニウム合金皮膜又は純アルミニウム皮膜が厚み方向において一部酸化され、当該アルミニウム合金皮膜又は純アルミニウム皮膜の一部が残存していてもよい。アルミニウム合金皮膜又は純アルミニウム皮膜の一部が残存している場合は、請求項4に記載の本発明に相当する。 The alumite layer here means a coating layer made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) produced by alumite treatment of an aluminum alloy or pure aluminum. The alumite treatment is also referred to as an anodic oxidation treatment. In the aluminum alloy member according to claim 1, the entire aluminum alloy film or pure aluminum film covering the base layer may be oxidized, or the aluminum alloy film or pure aluminum film covering the base layer is in the thickness direction. It may be partially oxidized and a part of the aluminum alloy film or the pure aluminum film may remain. The case where a part of the aluminum alloy film or the pure aluminum film remains corresponds to the present invention according to claim 4.

請求項2に記載の本発明は、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部が、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムで被覆された基材と、前記ベース層と該ベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムとを含む前記基材の表面全体から内部に向かって酸化が進行することで形成され、前記基材よりも硬度の高いアルマイト層とからなることを特徴とするアルミニウム合金製部材である。   The present invention according to claim 2 is a substrate in which at least a part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer; An alumite layer formed by oxidation progressing from the entire surface of the base material including the base layer and an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer, and having a hardness higher than that of the base material; It is the member made from aluminum alloy characterized by comprising.

請求項3に記載の本発明は、請求項1または請求項2に記載のアルミニウム合金製部材であって、前記アルマイト層は前記基材中のケイ素を包囲するように成長し、配向性を持たないことを特徴とする。アルマイト層が配向性を持たないのは、当該アルマイト層がランダムな方向に成長した結果である。   A third aspect of the present invention is the aluminum alloy member according to the first or second aspect, wherein the anodized layer grows so as to surround silicon in the substrate and has an orientation. It is characterized by not. The alumite layer has no orientation because of the growth of the alumite layer in a random direction.

請求項4に記載の本発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のアルミニウム合金製部材であって、前記ベース層を被覆し酸化されるアルミニウム合金又は純アルミニウムが、ベース層とアルマイト層との間に中間層として残存していることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is the aluminum alloy member according to any one of the first to third aspects, wherein an aluminum alloy or pure aluminum that covers and oxidizes the base layer comprises: It is characterized by remaining as an intermediate layer between the alumite layer.

請求項5に記載の本発明は、請求項4に記載のアルミニウム合金製部材であって、前記中間層は、前記ベース層よりも孔食電位が低いことを特徴とする。孔食電位が低いとは、イオン化傾向が卑である、すなわち酸化され易いことを意味する。   A fifth aspect of the present invention is the aluminum alloy member according to the fourth aspect, wherein the intermediate layer has a lower pitting corrosion potential than the base layer. A low pitting potential means that the ionization tendency is base, that is, it is easily oxidized.

請求項6に記載の本発明は、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部に、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを被覆して皮膜層を形成し、前記皮膜層にアルマイト処理を行うことを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法である。   According to the sixth aspect of the present invention, at least a part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer to form a coating layer. An aluminum alloy member manufacturing method comprising forming and subjecting the coating layer to an alumite treatment.

請求項7に記載の本発明は、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部に、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを被覆して皮膜層を形成し、前記ベース層および皮膜層の全体に、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用してアルマイト処理を行うことを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法である。   According to the seventh aspect of the present invention, a coating layer is formed by coating at least part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer. A method for producing an aluminum alloy member comprising: forming and repeating a positive voltage application and charge removal over the entire base layer and coating layer, or performing alumite treatment using a power source having an AC component It is.

請求項1ないし請求項5に記載の本発明に係るアルミニウム合金製部材、及び請求項6及び請求項7に記載の本発明に係るアルミニウム合金製部材の製造方法は、自動車などの各種車両用部材やコンピュータ関連部材などの電子機器部材、建築パネルなどの建築用部材、及び家電製品部材など、分野を限らず広く適用できる。中でも、高い硬度、耐食性、耐磨耗性、および良好な表面粗度などが要求される摺動面を有する部材として好適に使用できる。   The aluminum alloy member according to the present invention as set forth in claims 1 to 5 and the method for producing the aluminum alloy member according to the present invention as set forth in claims 6 and 7 are used for various vehicle members such as automobiles. The present invention can be widely applied without limitation to fields such as electronic device members such as computer-related members, building members such as building panels, and household appliance members. Among them, it can be suitably used as a member having a sliding surface that requires high hardness, corrosion resistance, wear resistance, and good surface roughness.

そのうえで請求項8に記載の本発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載のアルミニウム合金製部材として、回転可能に配されたインペラを挟んで対向状に設置されたカバー部材とポンプボデーを備え、前記基材のベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムが、少なくとも前記カバー部材及びポンプボデーにおけるインペラとの摺動面に形成されていることを特徴とする燃料ポンプである。   In addition, the present invention according to claim 8 is the aluminum alloy member according to any one of claims 1 to 5, comprising: a cover member and a pump body that are installed opposite to each other with an impeller arranged rotatably. The fuel pump is characterized in that an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer of the base material is formed on at least a sliding surface of the cover member and the impeller in the pump body.

本発明によれば、アルマイト処理の前段階として、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層を、これよりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムで被覆している。そのうえでケイ素含有量の少ないアルミニウム合金皮膜又はケイ素を含有しない純アルミニウム皮膜を酸化しているので、これのアルミニウムが酸化されて厚みが減少していっても、ケイ素が露出することは殆どなく、表面が平滑なまま酸化が進行していく。よって、ケイ素に阻害されることなく生成されるアルマイト層は、膜厚が均一で緻密かつ表面平滑となり、硬度、耐食性、耐磨耗性等に優れる高品質なアルマイト層を形成させることができる。したがって、良好な表面平滑性(表面粗度)や耐摩耗性等が望まれる部材としても好適に使用できる。しかも、ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムからアルマイト層を形成させているので、良好な表面平滑性を担保するためにアルマイト処理時間を長くする必要がない。   According to the present invention, as a pre-stage of the alumite treatment, a base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content. Furthermore, since the aluminum alloy film having a low silicon content or the pure aluminum film not containing silicon is oxidized, even if the aluminum is oxidized and the thickness is reduced, the silicon is hardly exposed, and the surface Oxidation proceeds with a smooth surface. Therefore, the alumite layer produced without being inhibited by silicon can form a high-quality alumite layer that has a uniform film thickness, becomes dense and has a smooth surface, and is excellent in hardness, corrosion resistance, wear resistance, and the like. Therefore, it can be suitably used as a member for which good surface smoothness (surface roughness), wear resistance, and the like are desired. Moreover, since the alumite layer is formed from an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer, it is not necessary to lengthen the alumite treatment time in order to ensure good surface smoothness.

このとき、アルミニウム合金又は純アルミニウムからなる皮膜に加えて、ベース層の表面にもアルマイト層を形成しておけば、良好な表面平滑性(表面粗度)や耐摩耗性等が要求される部位以外にも一定の硬度や耐食性を付与できるので、アルミニウム合金製部材の品質をより向上できる。   At this time, if an alumite layer is formed on the surface of the base layer in addition to the film made of an aluminum alloy or pure aluminum, a portion that requires good surface smoothness (surface roughness), wear resistance, etc. In addition, since a certain hardness and corrosion resistance can be imparted, the quality of the aluminum alloy member can be further improved.

そのアルマイト層が基材中のケイ素を包囲するように成長すれば、ある程度ケイ素含有量の高いベース層でも品質の高いアルマイト層を形成できる。しかも、アルマイト層が配向性を持っていない、すなわちランダムな方向に成長していれば、水分等の浸入経路となる細孔が枝分かれ状となるので、より耐食性を向上できる。   If the alumite layer grows so as to surround the silicon in the base material, a high-quality alumite layer can be formed even with a base layer having a relatively high silicon content. In addition, if the alumite layer does not have orientation, that is, grows in a random direction, the pores that become the infiltration paths of moisture and the like are branched, so that the corrosion resistance can be further improved.

ベース層を被覆しているアルミニウム合金又は純アルミニウムは、ベース層を構成しているアルミニウム合金よりもケイ素含有量が低いことから、一般的にベース層を被覆しているアルミニウム合金又は純アルミニウムは、ベース層を構成しているアルミニウム合金よりも硬度が低くなる。そして、ベース層を被覆し酸化されるアルミニウム合金又は純アルミニウムが、ベース層とアルマイト層との間に中間層として残存していれば、硬度の高いアルマイト層と適度な硬度のベース層との間に、硬度のやや低い中間層が形成された3層構造となる。これにより、中間層は衝撃吸収層(ダンパー層)として機能し、特にキャビテーションなどに対する高い耐衝撃性を要求されるような部材に好適である。キャビテーションとは、高速で流れる水などの流体の中に圧力の低い部分が気化して蒸気の空洞(キャビティ)が生じ、極めて短時間でこの空洞が崩壊して消滅する減少のことをいう。キャビティの崩壊による衝撃力は数MPaから数GPaにも及ぶといわれている。   Since the aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer has a lower silicon content than the aluminum alloy constituting the base layer, the aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer is generally The hardness is lower than that of the aluminum alloy constituting the base layer. If the aluminum alloy or pure aluminum that covers and oxidizes the base layer remains as an intermediate layer between the base layer and the anodized layer, the intermediate layer between the high-hardness anodized layer and the moderately hard base layer is used. In addition, a three-layer structure in which an intermediate layer having a slightly low hardness is formed. As a result, the intermediate layer functions as an impact absorbing layer (damper layer), and is particularly suitable for a member that requires high impact resistance against cavitation and the like. Cavitation is a reduction in which a low pressure portion is vaporized in a fluid such as water flowing at high speed to form a vapor cavity, and the cavity collapses and disappears in a very short time. It is said that the impact force due to the collapse of the cavity ranges from several MPa to several GPa.

中間層をベース層よりも孔食電位が低い、すなわちイオン化傾向の卑な組成で形成していると、アルマイト層に外部衝撃などによって孔(ピンホール)などが生じ、そこから基材が腐食される場合でも、アノード型めっきのように中間層がベース層に優先して腐食される所謂犠牲腐食となるので、ベース層を有効に保護することができる。   If the intermediate layer has a lower pitting potential than the base layer, that is, a base composition with a tendency to ionize, holes (pinholes) are generated in the anodized layer due to external impacts, etc., and the substrate is corroded from there. Even in such a case, the base layer can be effectively protected because the intermediate layer is so-called sacrificial corrosion that is preferentially corroded over the base layer as in the anode type plating.

プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用してアルマイト処理すれば、基材中のケイ素を包囲するように成長し、かつ配向性を持たないアルマイト層を形成することができるので、ある程度のケイ素含有量を有するベース層にも品質のよいアルマイト層を形成することができる。   Repeated application of positive voltage and charge removal, or alumite treatment using a power supply having an alternating current component, grows so as to surround silicon in the substrate and forms an alumite layer having no orientation. Therefore, a good quality alumite layer can be formed on the base layer having a certain silicon content.

本発明に係るアルミニウム合金製部材を、燃料ポンプにおける回転可能に配されたインペラを挟んで対向状に設置されたカバー部材及びポンプボデーとして使用し、高い硬度、耐食性、耐磨耗性、耐衝撃性や良好な表面粗度が要求される、インペラとの摺動面にベース層を被覆するケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを形成しておけば、ここから形成されるアルマイト層はベース層から形成されるアルマイト層よりも上記各性質が優れるので、経時的劣化などが抑制された性能の高い燃料ポンプを得ることができる。つまり、燃料ポンプのカバー部材及びポンプボデーは、インペラの回転による摩擦や燃料を汲み上げる際のキャビテーションの影響をまともに受ける部材であるが、当該部分にケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムから形成されたアルマイト層を有していれば、インペラとの摩擦やキャビテーションの衝撃などにも十分に耐えることができる。このとき、ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを少なくともカバー部材及びポンプボデーにおけるインペラとの摺動面に形成していることで、最低限高い耐衝撃性などの要求される面のみが効率よく保護されることになるので、生産コストを抑えることができる。   The aluminum alloy member according to the present invention is used as a cover member and a pump body that are installed opposite to each other with an impeller arranged rotatably in a fuel pump, and has high hardness, corrosion resistance, wear resistance, and impact resistance. If an aluminum alloy or pure aluminum with a low silicon content that covers the base layer is formed on the sliding surface with the impeller, which requires high performance and good surface roughness, the alumite layer formed from this will be the base Since each of the above properties is superior to an alumite layer formed from a layer, it is possible to obtain a fuel pump with high performance in which deterioration over time is suppressed. In other words, the cover member and pump body of the fuel pump are members that are directly affected by friction due to the rotation of the impeller and cavitation when pumping up the fuel, but the part is formed from an aluminum alloy or pure aluminum with a low silicon content. If the alumite layer is provided, it can sufficiently withstand the friction with the impeller and the impact of cavitation. At this time, a minimum high impact resistance is required by forming an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer on at least the sliding surface of the cover member and the impeller of the pump body. Since only the surface is efficiently protected, the production cost can be reduced.

(第1の実施形態)
以下に、図面を参照しながら本発明に係るアルミニウム合金製部材とその製造方法の実施の形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るアルミニウム合金製部材の製造工程を示す工程図である。図2は、中間層が犠牲腐食される状態を示す説明図である。
(First embodiment)
Embodiments of an aluminum alloy member and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a manufacturing process of an aluminum alloy member according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which the intermediate layer is sacrificially corroded.

第1の実施形態におけるアルミニウム合金製部材1は、ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層10と、該ベース層10の表面の少なくとも一部を被覆し、ベース層10よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる中間層11が必要に応じて形成された構成の基材12と、基材12のベース層10を被覆する皮膜層11aを酸化させて形成されたアルマイト層13とからなる(図1(c)参照)。中間層11が必要に応じて形成されたとは、中間層11は皮膜層11aのうち酸化されずに残った層であり、皮膜層11aの全てを酸化することで中間層11が形成されていない場合もあるからである。   The aluminum alloy member 1 according to the first embodiment covers a base layer 10 made of an aluminum alloy containing silicon and at least a part of the surface of the base layer 10, and has a lower silicon content than the base layer 10. From the base material 12 of the structure in which the intermediate | middle layer 11 which consists of aluminum alloy or a pure aluminum was formed as needed, and the alumite layer 13 formed by oxidizing the membrane | film | coat layer 11a which coat | covers the base layer 10 of the base material 12 (See FIG. 1C). The intermediate layer 11 is formed if necessary. The intermediate layer 11 is a layer that remains in the coating layer 11a without being oxidized, and the intermediate layer 11 is not formed by oxidizing all of the coating layer 11a. This is because there are cases.

[ベース層10]
ベース層10を構成するケイ素を含有するアルミニウム合金としては、特に限定されることはなく、JIS規格によって規格されているアルミニウム鋳造品やアルミニウムダイカスト品などを好ましく挙げることができ、その他にも粉末合金やJIS規格外のアルミニウム合金を使用することもできる。しかし、ケイ素の含有量が低いと鋳造性が悪いので、良好な鋳造性を確保して生産性を高めることを考慮すると、ある程度のケイ素含有量を有するアルミニウム合金が望まれる。そのケイ素含有量としては、4.0質量%以上25質量%以下、好ましくは7.5質量%以上18質量%以下、より好ましくは9.0質量%以上12.0質量%以下である。このようなアルミニウム合金としては、例えばアルミニウム鋳造品(JIS H5202)として、AC2A,AC2B,AC3A,AC4A,AC4B,AC4C,AC4D,AC8A,AC8B,AC8C,AC9A,AC9Bや、アルミニウムダイカスト品(JIS H5302)として、ADC1,ADC3,ADC10,ADC12,ADC14,AlSi9,AlSi12(Fe),AlSi10MG(Fe),AlSi8Cu3,AlSi9Cu3(Fe),AlSi9Cu3(Fe)(Zn),AlSi11Cu2(Fe),AlSi11Cu3(Fe),AlSi12Cu1(Fe),AlSi17Cu4Mgなどを挙げることができる。これらの中でも、鋳造性に優れ、材料コストも低い汎用アルミニウムダイカスト品であるADC12が最も好ましい。
[Base layer 10]
The aluminum alloy containing silicon that constitutes the base layer 10 is not particularly limited, and preferred examples include aluminum cast products and aluminum die cast products that are standardized by JIS standards. Aluminum alloys other than JIS standards can also be used. However, since the castability is poor when the silicon content is low, an aluminum alloy having a certain silicon content is desired in consideration of ensuring good castability and increasing productivity. The silicon content is 4.0 to 25% by mass, preferably 7.5 to 18% by mass, more preferably 9.0 to 12.0% by mass. Examples of such aluminum alloys include aluminum cast products (JIS H5202) such as AC2A, AC2B, AC3A, AC4A, AC4B, AC4C, AC4D, AC8A, AC8B, AC8C, AC9A, AC9B, and aluminum die cast products (JIS H5302). ADC1, ADC3, ADC10, ADC12, ADC14, AlSi9, AlSi12 (Fe), AlSi10MG (Fe), AlSi8Cu3, AlSi9Cu3 (Fe), AlSi9Cu3 (Fe) (Zn), AlSi11Cu2 (Fe), AlSi11Cu3 (Fe), AlSi12Cu1 (Fe), AlSi17Cu4Mg, and the like. Among these, ADC12 which is a general-purpose aluminum die-cast product having excellent castability and low material cost is most preferable.

[中間層11]
ベース層10を被覆する中間層11には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金も使用できる。中間層11を構成するアルミニウム合金としては、ベース層10よりもケイ素含有量が低いものであれば特に限定されることはなく、Al−Mg系やAl−Mg−Mn系などの非ケイ素系のアルミニウム合金、JIS H4000に規定されるアルミニウム板や合わせ板、ケイ素含有量の低いアルミニウムダイカスト品、アルミニウム鋳造品を使用することができる。特に、アルミニウムダイカスト品やアルミニウム鋳造品は、ケイ素の影響を極力抑えるために、ケイ素含有量を1.0質量%以下、好ましくは0.75質量%以下、より好ましくは0.6質量%以下とする。ケイ素含有量が1.0質量%を超えると、アルマイト層がポーラスな構造となって硬度が急激に低くなるからである。ケイ素含有量の下限は0質量%である。ケイ素含有量が1.0質量%以下のアルミニウムダイカスト品としてはADC5,ADC6を挙げることができ、ケイ素含有量が1.0質量%以下のアルミニウム鋳造品としてはAC1B,AC5A,AC7Aを挙げることができる。もちろん、ケイ素含有量が上記の範囲に調整されたJIS規格外のアルミニウム合金を使用してもよい。このようなアルミニウム合金や純アルミニウムは、そのケイ素含有量の低さから、一般的にベース層10用のアルミニウム合金よりも硬度は低い。
[Intermediate layer 11]
In addition to pure aluminum, an aluminum alloy can also be used for the intermediate layer 11 that covers the base layer 10. The aluminum alloy constituting the intermediate layer 11 is not particularly limited as long as the silicon content is lower than that of the base layer 10, and is not limited to non-silicon type such as Al—Mg type or Al—Mg—Mn type. An aluminum alloy, an aluminum plate or a laminated plate specified in JIS H4000, an aluminum die-cast product having a low silicon content, or an aluminum cast product can be used. In particular, in order to suppress the influence of silicon as much as possible, an aluminum die-cast product or an aluminum cast product has a silicon content of 1.0% by mass or less, preferably 0.75% by mass or less, more preferably 0.6% by mass or less. To do. This is because if the silicon content exceeds 1.0% by mass, the alumite layer has a porous structure and the hardness is rapidly lowered. The lower limit of the silicon content is 0% by mass. Examples of aluminum die cast products having a silicon content of 1.0% by mass or less include ADC5 and ADC6, and examples of aluminum cast products having a silicon content of 1.0% by mass or less include AC1B, AC5A, and AC7A. it can. Of course, you may use the aluminum alloy outside a JIS specification by which silicon content was adjusted to said range. Such an aluminum alloy or pure aluminum generally has a lower hardness than an aluminum alloy for the base layer 10 because of its low silicon content.

また、アルミニウム合金には銅(Cu)も含有されている。この銅もアルミニウム合金中に銅とアルミの金属間化合物(CuAl)等として存在しており、共晶シリコンと共にアルマイト性を阻害する要因となり得る。そこで、さらにアルマイト性を向上させるためには、中間層11のケイ素含有量と同時に銅の含有量も調整することが好ましく、具体的には2.0質量%以下、好ましくは1.5質量%以下とする。銅含有量の下限も0質量%である。ケイ素含有量が1.0質量%以下であって、かつ銅含有量が2.0質量%以下のアルミニウムダイカスト品としては、ADC5,ADC6を挙げることができ、アルミニウム鋳造品としてはAC7Aを挙げることができる。もちろんこの場合も、ケイ素含有量及び銅含有量が上記の範囲に調整されたJIS規格外のアルミニウム合金を使用してもよい。 The aluminum alloy also contains copper (Cu). This copper is also present in the aluminum alloy as an intermetallic compound of copper and aluminum (CuAl 2 ), and can be a factor that inhibits alumite together with eutectic silicon. Therefore, in order to further improve the alumite property, it is preferable to adjust the copper content at the same time as the silicon content of the intermediate layer 11, specifically 2.0 mass% or less, preferably 1.5 mass%. The following. The lower limit of the copper content is also 0% by mass. Examples of aluminum die cast products having a silicon content of 1.0% by mass or less and a copper content of 2.0% by mass or less include ADC5 and ADC6, and examples of aluminum cast products include AC7A. Can do. Of course, also in this case, you may use the aluminum alloy outside a JIS specification by which silicon content and copper content were adjusted to said range.

また、図2(a)に示すように、アルマイト層13に外部衝撃などによってピンホールなどが生じて当該ピンホールから基材12が腐食される場合に、図2(b)に示すごとくアノード型めっきのように中間層11がベース層10に優先して腐食される犠牲腐食の形態をとり得るように、中間層11はベース層10よりもイオン化傾向の卑な組成、すなわち孔食電位の低い組成とすることが好ましい。   Further, as shown in FIG. 2A, when a pinhole or the like is generated in the alumite layer 13 due to an external impact or the like and the base material 12 is corroded from the pinhole, the anode type as shown in FIG. The intermediate layer 11 has a lower ionization tendency than the base layer 10, that is, has a lower pitting potential so that the intermediate layer 11 can take the form of sacrificial corrosion that preferentially corrodes the base layer 10 like plating. A composition is preferred.

このように、本実施形態における基材12を構成するベース層10と中間層11とに適用可能な素材をそれぞれ種々挙げたが、これらのうちベース層10と中間層11との組み合わせはどのような組み合わせとしてもよい。   As described above, various materials that can be applied to the base layer 10 and the intermediate layer 11 constituting the base material 12 in the present embodiment are listed. Of these, what is the combination of the base layer 10 and the intermediate layer 11? It may be a combination.

[製造方法]
次に、図1を参照しながら第1の実施形態のアルミニウム合金製部材の製造方法と、各工程における各層の状態を説明する。なお、図1に示すアルミニウム合金製部材の形状は、本発明におけるアルミニウム合金製部材とその製造方法を概念的に図示したものでこれに限定されることはなく、実際の形状は適用する部材によって種々具体的に異なることはいうまでもない。
[Production method]
Next, the manufacturing method of the aluminum alloy member of the first embodiment and the state of each layer in each step will be described with reference to FIG. The shape of the aluminum alloy member shown in FIG. 1 is a conceptual illustration of the aluminum alloy member and the manufacturing method thereof in the present invention, and is not limited to this. The actual shape depends on the member to be applied. Needless to say, it is different in various ways.

先ず、基材12のベース層10を構成するアルミニウム合金を、鋳造や高圧鋳造など周知の方法によって所定形状に成形する。このとき、図1(a)に示すごとくベース層10は、初晶アルミニウム15中に、共晶シリコン16及び時には銅とアルミの金属間化合物が散在した状態となっている。   First, an aluminum alloy constituting the base layer 10 of the substrate 12 is formed into a predetermined shape by a known method such as casting or high pressure casting. At this time, as shown in FIG. 1A, the base layer 10 is in a state in which eutectic silicon 16 and sometimes an intermetallic compound of copper and aluminum are scattered in the primary crystal aluminum 15.

次いで、図1(b)に示すごとくベース層10の表面にケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理蒸着(PVD)や溶射、湿式めっきなど周知の方法によって被覆する。このとき、被覆する箇所はベース層10の表面全体でもよいし、特に高い硬度などが求められる箇所に限った表面の一部のみでもよいが、生産コストを考慮すると、必要箇所に限って被覆することが好ましい。図1では、ベース層10の上面のみを被覆している。このベース層10を被覆する皮膜層11aの厚みは1〜100μmにすることが好ましく、より好ましくは3〜50μm、さらに好ましくは5〜20μmである。このベース層10を被覆する皮膜層11aであって、酸化されずに残った部分が、後の中間層11となる。皮膜層11aの厚みが1μmより薄いと、アルマイト層13の厚みも薄くなって有効に酸化皮膜効果を発現することができず、皮膜層11aを中間層11として残す場合もその厚みが薄くなって有効にダンパー効果を担保できなくなる。皮膜層11aの厚みが100μmより厚いと、必要以上のアルマイト層13による酸化皮膜効果や中間層11によるダンパー効果となり、逆にコストの無駄となる。   Next, as shown in FIG. 1B, an aluminum alloy or pure aluminum with a low silicon content is applied to the surface of the base layer 10 by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum vapor deposition, sputtering, ion plating, thermal spraying, wet plating, etc. The coating is performed by a known method. At this time, the entire surface of the base layer 10 may be covered, or only a part of the surface limited to a portion where particularly high hardness is required, but in consideration of production cost, the portion to be covered is covered only in a necessary portion. It is preferable. In FIG. 1, only the upper surface of the base layer 10 is covered. The thickness of the coating layer 11a covering the base layer 10 is preferably 1 to 100 μm, more preferably 3 to 50 μm, and still more preferably 5 to 20 μm. A portion of the coating layer 11 a that covers the base layer 10 that remains without being oxidized becomes the subsequent intermediate layer 11. If the thickness of the coating layer 11a is less than 1 μm, the thickness of the alumite layer 13 is also reduced, so that the oxide coating effect cannot be expressed effectively. Even when the coating layer 11a is left as the intermediate layer 11, the thickness is reduced. The damper effect cannot be effectively secured. If the thickness of the coating layer 11a is greater than 100 μm, an excessive oxide film effect due to the alumite layer 13 and a damper effect due to the intermediate layer 11 will result in wasted cost.

次いで、周知の直流電解法によって皮膜層11a部分をアルマイト処理する。このとき、ベース層10もアルマイト処理してよいが、ベース層10をアルマイト処理しない場合は、当該ベース層10の表面にシール材を配すなどしておけばよい。図1(c)に示すごとく、アルマイト処理により皮膜層11aは酸化されて徐々に薄膜になっていくと同時に、基材12表面には酸化アルミニウムからなるアルマイト層13が生成されていく。このとき、皮膜層11aにはアルマイト層13の生成を阻害するケイ素や銅が殆ど含まれていないので、膜厚が均一で緻密(非ポーラス)かつ表面平滑な高品質のアルマイト層13の生成が可能であり、硬度、耐食性、及び耐磨耗性などに優れたアルミニウム合金製部材を得ることができる。皮膜層11aの膜厚が1μm減少すると、膜厚2μmのアルマイト層13が生成される。つまり、アルマイト処理中における皮膜層11aとアルマイト層13との経時的な膜厚の関係は、−1:2の関係を有する。この関係に基づいて、適用する部材によって求められる硬度や耐食性などを考慮しながら、皮膜層11aの厚み、アルマイト処理時間、それによる中間層11やアルマイト層13の厚みなどを適宜調整すればよい。なお、アルマイト処理は、皮膜層11aの全部を酸化させてもよいし、皮膜層11aが所定の厚みで残っている状態で停止してこれを中間層11としてもよい。   Next, the coating layer 11a is anodized by a known direct current electrolysis method. At this time, the base layer 10 may also be anodized, but when the base layer 10 is not anodized, a sealing material may be disposed on the surface of the base layer 10. As shown in FIG. 1C, the coating layer 11a is oxidized and gradually becomes a thin film by the alumite treatment, and at the same time, the alumite layer 13 made of aluminum oxide is generated on the surface of the substrate 12. At this time, since the coating layer 11a contains almost no silicon or copper that inhibits the formation of the anodized layer 13, the high-quality anodized layer 13 having a uniform film thickness, a dense (non-porous) surface and a smooth surface can be formed. It is possible to obtain an aluminum alloy member that is excellent in hardness, corrosion resistance, wear resistance, and the like. When the film thickness of the coating layer 11a decreases by 1 μm, an alumite layer 13 having a film thickness of 2 μm is generated. That is, the relationship of the film thickness over time between the coating layer 11a and the alumite layer 13 during the alumite treatment has a relationship of −1: 2. Based on this relationship, the thickness of the coating layer 11a, the alumite treatment time, the thickness of the intermediate layer 11 and the alumite layer 13 and the like may be appropriately adjusted while considering the hardness and corrosion resistance required by the member to be applied. The alumite treatment may oxidize the entire coating layer 11a, or may be stopped in a state where the coating layer 11a remains at a predetermined thickness, and this may be used as the intermediate layer 11.

以上のように構成することで、アルマイト層が緻密で膜厚が均一であり、かつ表面が平滑なので、硬度、耐食性、耐磨耗性にれたアルミニウム合金製部材を得ることができる。また、中間層11はベース層10よりもケイ素含有量が低いことから、ベース層10よりも硬度及び孔食電位が低い。したがって、中間層11がダンパー効果を奏することで耐衝撃性にも優れ、図2(a)に示すようにアルマイト層13にピンホール等が生じても、図2(b)に示すごとく中間層11が犠牲腐食されることにより、ベース層10を確実に保護できる。   By comprising as mentioned above, since an alumite layer is precise | minute, a film thickness is uniform and the surface is smooth, the member made from aluminum alloy excellent in hardness, corrosion resistance, and abrasion resistance can be obtained. Further, since the intermediate layer 11 has a lower silicon content than the base layer 10, the intermediate layer 11 has lower hardness and pitting potential than the base layer 10. Therefore, since the intermediate layer 11 exhibits a damper effect, it has excellent impact resistance, and even if pinholes or the like are generated in the anodized layer 13 as shown in FIG. 2A, the intermediate layer is shown in FIG. 2B. The base layer 10 can be reliably protected by the sacrificial corrosion of 11.

(硬度、耐食性、面粗さ測定試験)
本発明の第1の実施形態に倣って作製した実施例1〜4及び比較例1それぞれにおける硬度、耐食性、及び面粗さを測定して比較した。実施例1〜4は、ADC12により60×80×1mmの平板状のベース層を高圧鋳造により作製し、これに表1に示すアルミニウム合金等をイオンプレーティングによって厚み10μmに被覆して基材を作製した。表1におけるSi及びCuの含有量は、皮膜層を構成するそれぞれのアルミニウム合金等における基準値である。この基材を直流電解により蓚酸アルマイト処理することで、皮膜層を酸化させてアルマイト層を生成させ、このアルマイト層の各性状を測定した。このときの中間層(皮膜層)の厚みは5μmであり、アルマイト層の厚みは10μmであった。また、比較例は皮膜層で被覆することなくアルマイト処理し、厚み10μmのアルマイト層を形成した際の性状を測定した。その測定結果を表2に示す。なお、硬度はビッカース硬さで評価しており、耐食性はJIS Z2371に規定する塩水噴霧試験により、面粗さはJIS B0601に規定する十点平均粗さによりそれぞれ測定した。
(Hardness, corrosion resistance, surface roughness measurement test)
The hardness, corrosion resistance, and surface roughness in each of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 manufactured according to the first embodiment of the present invention were measured and compared. In Examples 1 to 4, a plate-like base layer of 60 × 80 × 1 mm was produced by high pressure casting with ADC 12, and an aluminum alloy or the like shown in Table 1 was coated to a thickness of 10 μm by ion plating. Produced. The contents of Si and Cu in Table 1 are reference values in each aluminum alloy and the like constituting the coating layer. By subjecting this base material to oxalic acid alumite treatment by direct current electrolysis, the coating layer was oxidized to form an alumite layer, and each property of the alumite layer was measured. The thickness of the intermediate layer (coating layer) at this time was 5 μm, and the thickness of the alumite layer was 10 μm. Moreover, the comparative example measured the property at the time of forming a 10-micrometer-thick alumite layer without anodizing, without coat | covering with a membrane | film | coat layer. The measurement results are shown in Table 2. The hardness was evaluated by Vickers hardness, the corrosion resistance was measured by a salt spray test specified in JIS Z2371, and the surface roughness was measured by a ten-point average roughness specified in JIS B0601.

Figure 2008081839
Figure 2008081839

Figure 2008081839
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表2から明らかなように、ケイ素含有量及び銅含有量の少ないアルミニウム合金等によるアルマイト層(実施例1ないし実施例4)は、ケイ素含有量が11質量%程度のアルミニウム合金によるアルマイト層(比較例1)よりも硬度、耐食性が飛躍的に向上しており、その面粗さも各実施例の方が良好であることがわかる。各実施例同士を比較すると、ケイ素等を含有しない純アルミニウムは(実施例2)、他の実施例よりも硬度がやや劣っていた。したがって、耐食性及び面粗さに影響を与えない範囲であれば、他の金属を適度に含有している方が好ましいことがわかる。   As is apparent from Table 2, the alumite layer (Example 1 to Example 4) made of an aluminum alloy or the like having a low silicon content and copper content is an alumite layer made of an aluminum alloy having a silicon content of about 11% by mass (comparison). It can be seen that the hardness and corrosion resistance are dramatically improved as compared with Example 1), and the surface roughness of each example is better. Comparing each example, pure aluminum not containing silicon or the like (Example 2) was slightly inferior in hardness to the other examples. Therefore, it is understood that it is preferable to appropriately contain other metals as long as the corrosion resistance and the surface roughness are not affected.

(Si含有量による硬度変化測定試験)
次に、アルミニウム合金中におけるケイ素含有量の相違が、どのようにアルマイト層の硬度に影響するかを測定した。このときに使用した試験片は、上記実施例1〜4と同一のベース層に、銅やマグネシウム等の含有量をADC6基準に合わせて一定にしながらケイ素の含有量を段階的に変化させたアルミニウム合金で被覆し、これをアルマイト処理した際の厚み10μmのアルマイト層のビッカース硬さを測定した。その結果を図3に示す。なお、図3において横軸に示すケイ素含有量は質量%である。
(Hardness change measurement test by Si content)
Next, it was measured how the difference in the silicon content in the aluminum alloy affects the hardness of the anodized layer. The test piece used at this time was the same base layer as in Examples 1 to 4 above, but the aluminum content was changed stepwise while keeping the content of copper, magnesium, etc. consistent with the ADC6 standard. The Vickers hardness of an alumite layer having a thickness of 10 μm when this was coated with an alloy and anodized was measured. The result is shown in FIG. In FIG. 3, the silicon content shown on the horizontal axis is mass%.

図3を見ると、ケイ素含有量の増加に伴いアルマイト層のビッカース硬度は低下する傾向にあることがわかる。詳しく見ると、ケイ素含有量が0.6質量%以下であればアルマイト層の硬度は略一定である。ケイ素含有量が0.6質量%を超えて0.75質量%まではアルマイト層の硬度低下は略無視できる程度である。ケイ素含有量が0.75質量%を超えて1.0質量%まではアルマイト層の硬度は緩やかに低下し、ケイ素含有量が1.0質量%を超えるとアルマイト層の硬度は急激に低下している。これは、ケイ素含有量の増大に伴い、酸化の進行による共晶シリコンの基材表面露出面積が増大し、アルマイト層がポーラス構造となってその硬度が低下するためである。共晶シリコンの基材表面露出面積が大きくなるほどアルマイト層生成への影響は大きくなり、特にケイ素含有量が1.0質量%以上であれば、アルマイト層の硬度は二次曲線的に低下していくであろう。また、キャビテーションなどによる高い耐衝撃性の求められる部材は、少なくともビッカース硬さが420以上であれば、実用上問題がないことが経験的に判明している。以上の点を鑑みると、皮膜層のケイ素含有量は、少なくとも1.0質量%以下とするべきことがわかった。   FIG. 3 shows that the Vickers hardness of the anodized layer tends to decrease with increasing silicon content. If it sees in detail, if silicon content is 0.6 mass% or less, the hardness of an alumite layer will be substantially constant. When the silicon content exceeds 0.6% by mass and reaches 0.75% by mass, the hardness reduction of the alumite layer is almost negligible. When the silicon content exceeds 0.75 mass% and reaches 1.0 mass%, the hardness of the anodized layer gradually decreases, and when the silicon content exceeds 1.0 mass%, the hardness of the anodized layer decreases rapidly. ing. This is because as the silicon content increases, the exposed surface area of the eutectic silicon substrate due to the progress of oxidation increases, and the alumite layer becomes a porous structure and its hardness decreases. The larger the exposed surface area of the eutectic silicon substrate, the greater the influence on the formation of the anodized layer. In particular, when the silicon content is 1.0% by mass or more, the hardness of the anodized layer decreases in a quadratic curve. Will go. Further, it has been empirically found that a member requiring high impact resistance due to cavitation or the like has no practical problem if the Vickers hardness is at least 420 or more. In view of the above points, it was found that the silicon content of the coating layer should be at least 1.0% by mass or less.

(孔食電位測定試験)
次に、上記実施例1〜4に使用したベース層に対して、これらに使用した中間層の他にも中間層として使用し得る他のアルミニウム合金の孔食電位を測定した。その孔食電位は、JIS G0577に規定する電気化学的測定法により測定した。その結果を表3に示す。なお、1つのアルミニウム合金の孔食電位に幅があるのは、処理温度の違いによってその孔食電位も変化するためである。
(Pitting corrosion potential measurement test)
Next, the pitting corrosion potential of other aluminum alloys that can be used as the intermediate layer in addition to the intermediate layer used for the base layers used in Examples 1 to 4 was measured. The pitting corrosion potential was measured by an electrochemical measurement method specified in JIS G0577. The results are shown in Table 3. The reason why the pitting corrosion potential of one aluminum alloy has a width is that the pitting corrosion potential changes depending on the processing temperature.

Figure 2008081839
Figure 2008081839

表3から明らかなように、ベース層の孔食電位よりも中間層の孔食電位の方が低かった。この結果から、これらのアルミニウム合金を中間層として使用すれば、アルマイト層にピンホール等が生じても、中間層がベース層に優先して腐食される犠牲腐食となるので、確実にベース層の保護を図ることができる。   As is clear from Table 3, the pitting corrosion potential of the intermediate layer was lower than that of the base layer. From these results, if these aluminum alloys are used as an intermediate layer, even if pinholes or the like are generated in the anodized layer, the intermediate layer is sacrificed to be corroded in preference to the base layer. Protection can be achieved.

次に、図4及び図5を参照しながら、上記に説明したアルミニウム合金製部材を、主として自動車の燃料供給経路に設置される燃料ポンプの部材であって、インペラ32を挟んで対向状に設置されたカバー部材31とポンプボデー33とに適用した一実施形態について説明する。但し、これに限定されることはなく、本発明に係るアルミニウム合金製部材は他の部材として適用することも可能である。図4は、本発明に係るアルミニウム合金製部材を備えた燃料ポンプの一部破断側面図である。図5は、カバー部材31、インペラ32及びポンプボデー33の相対位置関係を表しながら図示した、カバー部材31、インペラ32及びポンプボデー33の斜視図である。   Next, referring to FIG. 4 and FIG. 5, the aluminum alloy member described above is a fuel pump member that is mainly installed in the fuel supply path of the automobile, and is installed in an opposing manner with the impeller 32 interposed therebetween. An embodiment applied to the cover member 31 and the pump body 33 that have been made will be described. However, it is not limited to this, The aluminum alloy member which concerns on this invention can also be applied as another member. FIG. 4 is a partially cutaway side view of a fuel pump provided with an aluminum alloy member according to the present invention. FIG. 5 is a perspective view of the cover member 31, the impeller 32, and the pump body 33, illustrating the relative positional relationship between the cover member 31, the impeller 32, and the pump body 33.

図4において燃料ポンプ20は、ほぼ円筒状をした金属製のポンプハウジング21と、ポンプハウジング21の上部に配置された電動モーター部22と、ポンプハウジング21の下端部に取り付けられたアルミニウムダイカスト製のカバー部材31を介して配置されたポンプ部23とから構成されている。なお、燃料ポンプ20は、自動車の燃料タンクの内部空間にほぼ垂直状に設置される。   In FIG. 4, the fuel pump 20 is made of a metal pump housing 21 having a substantially cylindrical shape, an electric motor portion 22 disposed on the upper portion of the pump housing 21, and an aluminum die cast attached to the lower end portion of the pump housing 21. The pump unit 23 is disposed via a cover member 31. The fuel pump 20 is installed substantially vertically in the interior space of the fuel tank of the automobile.

電動モーター部22における回転子24の駆動軸25は、カバー部材31に軸受26を介して回転可能に支持されている。駆動軸25の下端部に、合成樹脂製のインペラ32が係合されている。インペラ32は、ほぼ円板形状を成しかつその外周縁部に複数の羽根溝40(図5参照)を有している。   The drive shaft 25 of the rotor 24 in the electric motor unit 22 is rotatably supported by the cover member 31 via a bearing 26. A synthetic resin impeller 32 is engaged with the lower end of the drive shaft 25. The impeller 32 has a substantially disk shape and has a plurality of blade grooves 40 (see FIG. 5) on the outer peripheral edge thereof.

ポンプハウジング21の下端部には、カバー部材31とともに、アルミニウムダイカスト製のポンプボデー33がポンプハウジング21の下端縁をかしめることによって固定されている。なお、カバー部材31とポンプボデー33との間に、インペラ32が回転可能に収容されている。   A pump body 33 made of aluminum die casting is fixed to the lower end portion of the pump housing 21 together with the cover member 31 by caulking the lower end edge of the pump housing 21. An impeller 32 is rotatably accommodated between the cover member 31 and the pump body 33.

カバー部材31およびポンプボデー33には、インペラ32の外周部に沿うほぼC字形状のポンプ室35を形成する凹溝41が形成されている(図5参照)。図4における断面では表れていないが、ポンプ室35は、ポンプボデー33に形成されたインレットポート36と連通されている。インレットポート36の下部にはフィルタ(図示せず)が設けられている。このフィルタを燃料タンクの底部に当接させ、図4に示す状態で燃料タンクに燃料ポンプ20が取り付けられる。また、ポンプ室35は、カバー部材31に形成されたアウトレットポート(図示せず)を通じてポンプハウジング21の内部空間21aと連通されている。   The cover member 31 and the pump body 33 are formed with a groove 41 that forms a substantially C-shaped pump chamber 35 along the outer periphery of the impeller 32 (see FIG. 5). Although not shown in the cross section in FIG. 4, the pump chamber 35 communicates with an inlet port 36 formed in the pump body 33. A filter (not shown) is provided below the inlet port 36. The filter is brought into contact with the bottom of the fuel tank, and the fuel pump 20 is attached to the fuel tank in the state shown in FIG. The pump chamber 35 communicates with the internal space 21 a of the pump housing 21 through an outlet port (not shown) formed in the cover member 31.

電動モーター部22の駆動にともなって駆動軸25とともにインペラ32が回転する。すると、ポンプ室35に昇圧作用が生じることにより、燃料タンク内の燃料がインレットポート36からポンプ室35に吸入される。燃料は、ポンプ室35を流れながら昇圧された後、アウトレットポートからポンプハウジング21の内部空間21aへ圧送される。   As the electric motor unit 22 is driven, the impeller 32 rotates together with the drive shaft 25. Then, a pressure increasing action is generated in the pump chamber 35, whereby the fuel in the fuel tank is sucked into the pump chamber 35 from the inlet port 36. The fuel is pressurized while flowing through the pump chamber 35, and then pumped from the outlet port to the internal space 21 a of the pump housing 21.

そして、第1の実施形態では、図4及び図5によく示されるように、アルミニウムダイカスト製のカバー部材31及びポンプボデー33におけるインペラ32との対向面側全体、すなわちインペラ32の摺動面と、当該摺動面に形成された凹溝41や中央凹部42との表面に皮膜層11aを被覆し、当該皮膜層11aの一部が中間層11として残存する程度にアルマイト処理を施すことでアルマイト層13を形成している。したがって、カバー部材31及びポンプボデー33を、インペラ32の摺動による磨耗に対する耐性、及び中間層11のダンパー機能も相まって燃料中に発生するキャビテーションによる衝撃に対する耐性を高くすることができるので、劣化や故障の少ない燃料ポンプを得ることができる。また、ベース層10よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる皮膜層11aから生成されたアルマイト層13は、良好な表面平滑性を有するので、ベーパーロックが生じる危険性も低減される。   And in 1st Embodiment, as FIG.4 and FIG.5 shows well, the whole facing surface side with respect to the impeller 32 in the cover member 31 and pump body 33 made from aluminum die-casting, ie, the sliding surface of the impeller 32, The coating layer 11a is coated on the surface of the groove 41 or the central recess 42 formed on the sliding surface, and anodizing is performed so that a part of the coating layer 11a remains as the intermediate layer 11. Layer 13 is formed. Therefore, the cover member 31 and the pump body 33 can be made more resistant to wear due to sliding of the impeller 32 and to the impact caused by cavitation generated in the fuel in combination with the damper function of the intermediate layer 11. A fuel pump with few failures can be obtained. Moreover, since the alumite layer 13 produced | generated from the film layer 11a which consists of aluminum alloy or pure aluminum with less silicon content than the base layer 10 has favorable surface smoothness, the danger that vapor lock will arise is also reduced. .

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。先の第1の実施形態では、ベース層10を覆う皮膜層11aに対してのみ従来方法によりアルマイト処理を施したことに対し、第2の実施形態では、ベース層10と皮膜層11aとを含む基材12の表面全体にアルマイト処理し、当該アルマイト処理を従来のような直流電流ではない方法、具体的にはプラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用して行っている点が注目される。その他は先の第1の実施形態と同様なので、以下には第2の実施形態の特徴点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the previous first embodiment, only the coating layer 11a covering the base layer 10 is subjected to the alumite treatment by the conventional method, whereas in the second embodiment, the base layer 10 and the coating layer 11a are included. Alumite treatment is applied to the entire surface of the substrate 12, and the alumite treatment is not a direct current method as in the prior art. Specifically, a positive voltage is applied and charge removal is repeated, or a power source having an alternating current component is used. Attention is paid to what is going on. Others are the same as those in the first embodiment, and the following description will focus on the characteristic points of the second embodiment.

[アルマイト処理方法]
第2の実施形態でのアルマイト処理は、電解浴と電源とを備えるアルマイト処理装置により処理する点では従来からの一般的な方法と同様であるが、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用している点が従来からの一般的な方法と異なる。図7、8に、そのアルマイト処理装置50の一例を示す。図7、8に示すアルマイト処理装置50は、硫酸、シュウ酸、リン酸などの周知の処理液からなる電解浴51と、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源と、電解浴51中で対向状に配された左右一対の陰極板53と、電源の陰極側と陰極板53とを繋ぐ陽極電線54と、左右一対の陰極板53の間に配されて酸化処理される基材12と、電源の陽極側と基材12とを繋ぐ陽極電線55とを備える。被処理部材である基材12が電解浴51中で陽極として取り付けられており、これがアルマイト処理されることで、その表面にアルマイト層13が形成された本発明のアルミニウム合金製部材1となる。
[Anodizing method]
The alumite treatment in the second embodiment is similar to the conventional general method in that the treatment is performed by an alumite treatment apparatus including an electrolytic bath and a power source, but the application of a positive voltage and the removal of charges are repeated. Or the point which uses the power supply which has an alternating current component differs from the conventional general method. 7 and 8 show an example of the alumite processing apparatus 50. FIG. An alumite treatment apparatus 50 shown in FIGS. 7 and 8 includes an electrolytic bath 51 made of a known treatment solution such as sulfuric acid, oxalic acid, and phosphoric acid, and a power source that repeats the application of positive voltage and the removal of charges, or has an AC component. And a pair of left and right cathode plates 53 arranged in an opposing manner in the electrolytic bath 51, an anode wire 54 connecting the cathode side of the power source and the cathode plate 53, and a pair of left and right cathode plates 53, and an oxidation treatment. And the anode electric wire 55 that connects the anode side of the power source and the substrate 12. The base member 12 which is a member to be treated is attached as an anode in the electrolytic bath 51, and this is anodized, whereby the aluminum alloy member 1 of the present invention having the alumite layer 13 formed on the surface thereof is obtained.

図7に示すアルマイト処理装置50は交流成分を有する電源を使用しており、交流電源57aと直流電源57bとを直列に接続した交直重畳電解処理を行う交直重畳電源57を使用している。交直重畳電源57は、基材12にプラス電荷を供給して非常に短い時間で陽極酸化を行う一方、アルマイト処理時に形成されるアルマイト層13の界面に溜めた電荷を非常に短い時間に逃がすことができる。また、図8に示すアルマイト処理装置50は、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す電源を使用しており、陽極酸化用直流電源58a、電荷放電用直流電源58b、及び陽極酸化用直流電源58aと電荷放電用直流電源58bとを切り替える切替器58cを備える電源58を有し、切替器58cによって、プラス電圧印加と電荷の除去との切替えが可能となっている。交流電源や交直重畳電源などを使用してプラス電圧印加およびマイナス電圧印加を行う場合、プラス電圧印加の1回の通電時間を25μs〜100μs、周波数5kHz〜20kHz、デューティ比40〜60%の範囲で適宜調整すればよい。なお、デューティ比とは、1周期あたりの電流を流す時間の割合である。   The alumite treatment apparatus 50 shown in FIG. 7 uses a power supply having an AC component, and uses an AC / DC superimposed power supply 57 that performs AC / DC superimposed electrolysis processing in which an AC power supply 57a and a DC power supply 57b are connected in series. The AC / DC superimposed power source 57 supplies positive charges to the substrate 12 and performs anodization in a very short time, while releasing the charges accumulated at the interface of the alumite layer 13 formed during the alumite treatment in a very short time. Can do. Further, the alumite treatment apparatus 50 shown in FIG. 8 uses a power source that repeatedly applies a positive voltage and removes a charge, and an anodizing DC power source 58a, a charge discharging DC power source 58b, and an anodizing DC power source 58a. And a DC power source 58b for charge discharge. The power source 58 includes a switch 58c that switches between the DC power supply 58b and the charge discharge. The switch 58c can switch between plus voltage application and charge removal. When applying a positive voltage and a negative voltage using an AC power supply or an AC / DC superimposed power supply, the energizing time for one positive voltage application is in a range of 25 μs to 100 μs, a frequency of 5 kHz to 20 kHz, and a duty ratio of 40 to 60%. What is necessary is just to adjust suitably. Note that the duty ratio is a ratio of a time during which a current is passed per cycle.

[アルマイト層の形成]
次に、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用してアルマイト処理を行った場合のアルマイト層が形成されるメカニズムを、図9を参照しながら説明する。なお、ケイ素含有量の多いベース層10の表面にアルマイト層13が形成される場合を例に挙げて説明するので、図9ではベース層10を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる皮膜層11aを省略している。図9(a)は、アルマイト処理する前の基材12の状態を示す。前述のように、ベース層10は初晶アルミニウム15中に、共晶シリコン16などが散在している。
[Formation of anodized layer]
Next, the mechanism by which an alumite layer is formed when the application of a positive voltage and the removal of electric charge are repeated, or when an alumite treatment is performed using a power supply having an AC component will be described with reference to FIG. Since the case where the alumite layer 13 is formed on the surface of the base layer 10 having a high silicon content will be described as an example, FIG. 9 shows a coating layer 11a made of an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer 10. Omitted. Fig.9 (a) shows the state of the base material 12 before anodizing. As described above, the eutectic silicon 16 and the like are interspersed in the primary crystal aluminum 15 in the base layer 10.

図9(a)に示す状態から基材12にプラス印加し電解処理を行うと、ベース層10のアルミニウム15が表面側から溶解し、溶解したアルミニウム15が電解液中の酸素と結合して、図9(b)に示すようにアルミニウム15の表面に酸化皮膜からなるアルマイト層13aが生成される。このアルマイト層13aは絶縁体である。アルマイト層13aの生成と同時に、導電体であるアルミニウム15と絶縁体であるアルマイト層13aとの界面には、電荷が蓄えられる。このように、アルマイト層13aとベース層10との界面に電荷が溜まることで、電解によるアルミニウムの溶解・酸化が継続され易くなり、最初にアルマイト層13aが生成され易い箇所ではその膜厚がどんどん厚くなる。ケイ素が存在し、アルマイト層13aが生成され難い箇所では、電解によるアルミニウムの溶解の機会を失い、アルマイト層13aの成長は遅く、その膜厚は薄くなる。従って、この段階では部分的にアルマイト層13aの厚みにのばらつきが生じている。   When a positive application is applied to the base material 12 from the state shown in FIG. 9A, the aluminum 15 of the base layer 10 is dissolved from the surface side, and the dissolved aluminum 15 is combined with oxygen in the electrolytic solution, As shown in FIG. 9B, an alumite layer 13 a made of an oxide film is generated on the surface of the aluminum 15. This anodized layer 13a is an insulator. Simultaneously with the generation of the alumite layer 13a, electric charges are stored at the interface between the aluminum 15 as a conductor and the alumite layer 13a as an insulator. As described above, the accumulation of electric charges at the interface between the alumite layer 13a and the base layer 10 makes it easier for aluminum to be dissolved and oxidized by electrolysis, and the thickness of the alumite layer 13a is first increased at a portion where it is likely to be generated. Become thicker. In places where silicon is present and the anodized layer 13a is difficult to be generated, the opportunity for dissolution of aluminum by electrolysis is lost, the growth of the anodized layer 13a is slow, and the film thickness becomes thin. Therefore, at this stage, the thickness of the alumite layer 13a partially varies.

次いで、一旦プラス印加を止め、極の短絡又はマイナス電圧を印加することで、アルマイト層13aとベース層10との界面に溜まった電荷が除去される。この状態としたうえで、再び短時間のプラス印加を行うと、先に生成したアルマイト層13aのうち厚肉部分のアルマイト層13aは絶縁体となっており、かつ一旦電荷を取り除いているため、電解が進み難い状態となっている。一方、アルマイト層13aのうち、ケイ素の存在により薄肉となっている部分では電荷が速やかに溜まるので、厚肉部分より電解し易く新たなアルマイト層13bの形成が進む。従って、図9(c)に示すように、先に生じたアルマイト層13aの表面の凹凸を埋めるように、かつケイ素を包囲するように新たなアルマイト層13bが生成されていく。なお、このように一旦プラス印加をやめ、極の短絡等を行った後に再度プラス印加をすると、アルマイト層13の成長方向が変化したり、枝分かれしたりするという現象が起こる。再度この現象が繰り返えされると、図9(d)に示すように、さらにケイ素を包囲するように新たなアルマイト層13cが生成され、この現象を繰り返すことで順次新たなアルマイト層が生成されるので、所望の皮膜厚さに到達したところでアルマイト処理を終えればよい。そして最終的には、緻密で膜厚が均一なアルマイト層13が、ケイ素を包囲するように形成されていることになる。すなわち、ケイ素の存在によりアルマイト層13の成長が阻害されることがない。   Next, once the positive application is stopped and a short circuit of the pole or a negative voltage is applied, the charges accumulated at the interface between the alumite layer 13a and the base layer 10 are removed. In this state, when positive application is performed again for a short time, the thick portion of the alumite layer 13a generated earlier is an insulator, and once the charge is removed, Electrolysis is difficult to proceed. On the other hand, in the portion of the anodized layer 13a that is thin due to the presence of silicon, charges are quickly accumulated, so that the formation of a new anodized layer 13b proceeds more easily than the thick portion. Therefore, as shown in FIG. 9C, a new alumite layer 13b is generated so as to fill the unevenness of the surface of the previously formed alumite layer 13a and to surround silicon. When the positive application is once stopped and the positive application is performed again after short-circuiting the poles in this way, a phenomenon occurs in which the growth direction of the alumite layer 13 changes or branches. When this phenomenon is repeated again, as shown in FIG. 9 (d), a new anodized layer 13c is generated so as to further surround silicon, and new anodized layers are sequentially generated by repeating this phenomenon. Therefore, the alumite treatment may be finished when the desired film thickness is reached. Ultimately, the dense and uniform alumite layer 13 is formed so as to surround silicon. That is, the growth of the alumite layer 13 is not inhibited by the presence of silicon.

なお、図9では、初晶アルミニウム15中に比較的多くの共晶シリコン16などが散在しているベース層10の表面へアルマイト層13が生成される場合について説明したが、ケイ素含有量が少ないもアルミニウム合金若しくはケイ素を含有していない純アルミニウムからなる皮膜層11aの表面であっても、同様のメカニズムによってアルマイト層13は生成されていく。しかし、この場合はケイ素の存在が少ない分アルマイト層13の表面は初めから平滑な状態で生成していき、アルマイト層13の膜厚はより均一で、かつ表面平滑性はより良好である。また、ケイ素含有量が少ないことから、アルマイト層13がケイ素を確実に包囲するまでアルマイト処理する必要がなく、処理短時を短縮できる。このことは、皮膜層11aを中間層11として残存させたい場合にも都合が良い。   9 illustrates the case where the alumite layer 13 is generated on the surface of the base layer 10 in which a relatively large amount of eutectic silicon 16 and the like are dispersed in the primary crystal aluminum 15, but the silicon content is small. Even on the surface of the coating layer 11a made of pure aluminum containing no aluminum alloy or silicon, the alumite layer 13 is generated by the same mechanism. However, in this case, the surface of the anodized layer 13 is generated in a smooth state from the beginning because the presence of silicon is small, the film thickness of the anodized layer 13 is more uniform, and the surface smoothness is better. Moreover, since there is little silicon content, it is not necessary to carry out an alumite process until the alumite layer 13 surrounds silicon reliably, and can shorten processing time. This is also convenient when it is desired to leave the coating layer 11a as the intermediate layer 11.

このようにプラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用して形成されたアルマイト層13は、基材12の表面に対してランダムな方向に成長しており、配向性を持たない。そのため、ベース層10から生成したアルマイト層13であっても、次のような効果を期待できる。すなわち、ランダムな方向に成長していることで、方向が変わる箇所(折れ曲がりが生じる箇所)において浸入してきた水分に対する抵抗が生じ、基材12にまで水分が進行するのを防ぐことができる。また、その複雑な経路により細孔の深さ(長さ)は、アルマイト層13の厚さ以上にもなるので、基材12にまで水分が浸入する時間を遅らせることができる。さらに、細孔もランダムな方向を向いていれば、一方向の圧力により一度多量の水分が細孔に浸入することも防止できる。そのため、封孔処理などの防錆処理も必ずしも必要でない。   Thus, the alumite layer 13 formed by repeatedly applying a positive voltage and removing a charge or using a power source having an alternating current component grows in a random direction with respect to the surface of the substrate 12 and is oriented. Does not have sex. Therefore, even the anodized layer 13 generated from the base layer 10 can be expected to have the following effects. That is, by growing in a random direction, resistance to moisture that has entered the portion where the direction changes (where bending occurs) can be prevented, and moisture can be prevented from proceeding to the substrate 12. In addition, the depth (length) of the pores becomes greater than the thickness of the alumite layer 13 due to the complicated path, so that the time for moisture to penetrate into the substrate 12 can be delayed. Furthermore, if the pores are also oriented in a random direction, it is possible to prevent a large amount of water from entering the pores once by the pressure in one direction. Therefore, rust prevention treatment such as sealing treatment is not always necessary.

したがって、第2の実施形態でのアルミニウム合金製部材1を、先の第1の実施形態と同様に燃料ポンプのカバー部材31及びポンプボデー33として使用すれば、より品質の高い燃料ポンプを得ることができる。具体的には、カバー部材31及びポンプボデー33におけるインペラ32との対向面側全体、すなわちインペラ32の摺動面と、当該摺動面に形成された凹溝41や中央凹部42との表面に、ベース層10よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる皮膜層11aを被覆し、当該皮膜層11aの一部が中間層11として残存する程度に、カバー部材31及びポンプボデー33の表面全体にアルマイト処理を施す。これにより、高い表面平滑性や耐摩耗性等が要求されるインペラ32との対向面には、ケイ素含有量の少ない皮膜層11aから形成され硬度、耐食性、耐摩耗性、表面粗度などに優れる、膜厚が均一で緻密なアルマイト層13が形成されており、かつインペラ32との対向面等以外の表面にも、一定の硬度や耐食性を有するアルマイト層13が形成されているので、より劣化や故障の少ない燃料ポンプを得ることができる。その他は先の第1の実施形態と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。   Therefore, if the aluminum alloy member 1 in the second embodiment is used as the cover member 31 and the pump body 33 of the fuel pump as in the first embodiment, a higher quality fuel pump can be obtained. Can do. Specifically, on the entire surface of the cover member 31 and the pump body 33 facing the impeller 32, that is, on the surface of the sliding surface of the impeller 32 and the concave groove 41 or the central concave portion 42 formed on the sliding surface. The cover member 31 and the pump body 33 are coated so that the coating layer 11a made of an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer 10 is coated and a part of the coating layer 11a remains as the intermediate layer 11. Alumite treatment is applied to the entire surface. As a result, the surface facing the impeller 32 that requires high surface smoothness, wear resistance and the like is formed from the coating layer 11a having a low silicon content, and is excellent in hardness, corrosion resistance, wear resistance, surface roughness, and the like. The alumite layer 13 having a uniform and dense film thickness is formed, and the alumite layer 13 having a certain hardness and corrosion resistance is also formed on the surface other than the surface facing the impeller 32. And a fuel pump with few failures. The other parts are the same as those in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

(耐食性、面粗さ測定試験)
本発明の第2の実施形態に倣って作製した実施例5、及び直流電解品である比較例2の耐食性、及び面粗さを測定して比較した。実施例5には、ADC12により60×80×1mmの平板状のベース層を高圧鋳造により作製した基材を作製した。つまり、実施例5には、皮膜層を形成していない。この基材を高周波により濃度300g/lの硫酸浴によってアルマイト処理することで、基材の表面全体を酸化させて厚み10μmのアルマイト層を生成させ、このアルマイト層の各性状を測定した。このときの高周波は、周波数5kHz、平均電流密度2A/dm、デューティ比50%とした。一方、比較例2は、実施例5と同じ基材を使用して、直流電流を使用した以外は実施例5同じ条件でアルマイト処理した。その測定結果を表4に示す。なお、耐食性はJIS Z2371に規定する塩水噴霧試験により、面粗さはJIS B0601に規定する算術平均粗さによりそれぞれ測定した。
(Corrosion resistance, surface roughness measurement test)
The corrosion resistance and surface roughness of Example 5 manufactured according to the second embodiment of the present invention and Comparative Example 2 which is a DC electrolytic product were measured and compared. In Example 5, a base material in which a flat base layer of 60 × 80 × 1 mm was fabricated by high pressure casting with ADC12 was fabricated. That is, the film layer is not formed in Example 5. The base material was anodized with a sulfuric acid bath having a concentration of 300 g / l by high frequency to oxidize the entire surface of the base material to form an alumite layer having a thickness of 10 μm, and each property of the anodized layer was measured. The high frequency at this time was set to a frequency of 5 kHz, an average current density of 2 A / dm 2 , and a duty ratio of 50%. On the other hand, Comparative Example 2 was anodized under the same conditions as in Example 5 except that the same base material as in Example 5 was used and a direct current was used. The measurement results are shown in Table 4. The corrosion resistance was measured by the salt spray test specified in JIS Z2371, and the surface roughness was measured by the arithmetic average roughness specified in JIS B0601.

Figure 2008081839
Figure 2008081839

表4から明らかなように、高周波電解によるアルマイト層(実施例5)の方が、直流電解によるアルマイト層(比較例2)よりも耐食性・表面粗さ共に良好であることがわかる。したがって、高い表面平滑性や耐食性などが要求される部位以外のベース層の表面にも高周波電解によりアルマイト層を形成しておけば、アルミニウム合金製部材の品質をより向上できることがわかる。   As is clear from Table 4, the anodized layer (Example 5) by high frequency electrolysis is better in both corrosion resistance and surface roughness than the anodized layer by DC electrolysis (Comparative Example 2). Therefore, it can be seen that the quality of the aluminum alloy member can be further improved by forming an alumite layer on the surface of the base layer other than the portion where high surface smoothness and corrosion resistance are required by high frequency electrolysis.

第1の実施形態におけるアルミニウム合金製部材の製造工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the member made from aluminum alloy in 1st Embodiment. 基材の腐食機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the corrosion mechanism of a base material. ケイ素含有量に対するアルマイト層の硬度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the hardness change of an alumite layer with respect to silicon content. 第1の実施形態におけるアルミニウム合金製部材を備えた燃料ポンプの一部破断側面図である。It is a partially broken side view of the fuel pump provided with the member made from aluminum alloy in a 1st embodiment. 第1の実施形態におけるカバー部材31とインペラ32とポンプボデー33の斜視図である。It is a perspective view of the cover member 31, the impeller 32, and the pump body 33 in 1st Embodiment. 第1の実施形態におけるアルマイト処理の反応機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reaction mechanism of the alumite process in 1st Embodiment. 第2の実施形態におけるアルマイト処理装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the alumite processing apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における別のアルマイト処理装置を示す概略図である。It is the schematic which shows another alumite processing apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるアルマイト層の生成メカニズムを説明する概略図である。It is the schematic explaining the production | generation mechanism of the alumite layer in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 アルミニウム合金製部材
10 ベース層
11 中間層
11a 皮膜層
12 基材
13 アルマイト層
20 燃料ポンプ
21 ポンプハウジング
22 電動モーター部
23 ポンプ部
24 回転子
25 駆動軸
26 軸受
31 カバー部材
32 インペラ
33 ポンプボデー
36 インレットポート
41 凹溝
42 中央凹部
50 アルマイト処理装置
51 電解浴
53 陰極板
57・58 電源

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum alloy member 10 Base layer 11 Intermediate layer 11a Coating layer 12 Base material 13 Anodized layer 20 Fuel pump 21 Pump housing 22 Electric motor part 23 Pump part 24 Rotor 25 Drive shaft 26 Bearing 31 Cover member 32 Impeller 33 Pump body 36 Inlet port 41 Groove 42 Central recess 50 Anodized processing device 51 Electrolytic bath 53 Cathode plates 57 and 58 Power supply

Claims (8)

ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部が、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムで被覆された基材と、
前記基材のベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムが表面側から内部に向かって酸化が進行することで形成され、前記基材よりも硬度の高いアルマイト層とからなることを特徴とするアルミニウム合金製部材。
A base material in which at least a part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer;
The aluminum is formed by an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer of the base material, which is formed by oxidation progressing from the surface side toward the inside, and is composed of an alumite layer having a hardness higher than that of the base material. Alloy member.
ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部が、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムで被覆された基材と、
前記ベース層と該ベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムとを含む前記基材の表面全体から内部に向かって酸化が進行することで形成され、前記基材よりも硬度の高いアルマイト層とからなることを特徴とするアルミニウム合金製部材。
A base material in which at least a part of the surface of a base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer;
From the alumite layer formed by oxidation progressing from the whole surface of the base material including the base layer and the aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer toward the inside, and having a higher hardness than the base material An aluminum alloy member characterized by comprising:
請求項1または請求項2に記載のアルミニウム合金製部材であって、
前記アルマイト層は前記基材中のケイ素を包囲するように成長し、配向性を持たないことを特徴とするアルミニウム合金製部材。
The aluminum alloy member according to claim 1 or 2,
The aluminum alloy member is characterized in that the alumite layer grows so as to surround silicon in the substrate and has no orientation.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のアルミニウム合金製部材であって、
前記ベース層を被覆し酸化されるアルミニウム合金又は純アルミニウムが、前記ベース層と前記アルマイト層との間に中間層として残存していることを特徴とするアルミニウム合金製部材。
An aluminum alloy member according to any one of claims 1 to 3,
An aluminum alloy member characterized in that an aluminum alloy or pure aluminum which covers and oxidizes the base layer remains as an intermediate layer between the base layer and the alumite layer.
請求項4に記載のアルミニウム合金製部材であって、
前記中間層は、前記ベース層よりも孔食電位が低いことを特徴とするアルミニウム合金製部材。
The aluminum alloy member according to claim 4,
The aluminum alloy member, wherein the intermediate layer has a lower pitting corrosion potential than the base layer.
ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部に、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを被覆して皮膜層を形成し、
前記皮膜層にアルマイト処理を行うことを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法。
At least a part of the surface of the base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer to form a coating layer,
A method for producing an aluminum alloy member, comprising subjecting the coating layer to an alumite treatment.
ケイ素を含有するアルミニウム合金からなるベース層の表面の少なくとも一部に、該ベース層よりもケイ素含有量の少ないアルミニウム合金又は純アルミニウムを被覆して皮膜層を形成し、
前記ベース層および皮膜層の全体に、プラス電圧の印加と電荷の除去を繰り返す、または交流成分を有する電源を使用してアルマイト処理を行うことを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法。
At least a part of the surface of the base layer made of an aluminum alloy containing silicon is coated with an aluminum alloy or pure aluminum having a lower silicon content than the base layer to form a coating layer,
A method for producing an aluminum alloy member, characterized in that a positive voltage is applied and charge removal is repeated on the entire base layer and coating layer, or an alumite treatment is performed using a power source having an AC component.
請求項1ないし5のいずれかに記載のアルミニウム合金製部材として、回転可能に配されたインペラを挟んで対向状に設置されたカバー部材とポンプボデーとを備え、
前記基材のベース層を被覆するアルミニウム合金又は純アルミニウムが、少なくとも前記カバー部材及びポンプボデーにおけるインペラとの摺動面に形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。

The aluminum alloy member according to any one of claims 1 to 5, comprising a cover member and a pump body that are installed facing each other with an impeller arranged rotatably.
A fuel pump, wherein an aluminum alloy or pure aluminum covering the base layer of the base material is formed on at least a sliding surface of the cover member and an impeller in the pump body.

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