JP2008081839A - Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy - Google Patents
Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008081839A JP2008081839A JP2007201794A JP2007201794A JP2008081839A JP 2008081839 A JP2008081839 A JP 2008081839A JP 2007201794 A JP2007201794 A JP 2007201794A JP 2007201794 A JP2007201794 A JP 2007201794A JP 2008081839 A JP2008081839 A JP 2008081839A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- aluminum alloy
- alumite
- aluminum
- base layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
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(Al2O3)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,
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
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(Al2O3)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
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
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
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
[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
[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
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(CuAl2)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
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
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
[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
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
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
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
(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
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.
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
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
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
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
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
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
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
(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
[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
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
[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
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
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
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
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
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
(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/dm2、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.
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.
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
Claims (8)
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007201794A JP2008081839A (en) | 2006-08-30 | 2007-08-02 | Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006233701 | 2006-08-30 | ||
JP2007201794A JP2008081839A (en) | 2006-08-30 | 2007-08-02 | Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008081839A true JP2008081839A (en) | 2008-04-10 |
Family
ID=39352981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007201794A Pending JP2008081839A (en) | 2006-08-30 | 2007-08-02 | Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008081839A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2154268A3 (en) * | 2008-08-06 | 2017-03-15 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Aluminum alloy member and method for manufacturing the same |
JP2017125414A (en) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | いすゞ自動車株式会社 | Piston for internal combustion engine, and manufacturing method of piston for internal combustion engine |
JP2019113056A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-11 | 株式会社名光精機 | Compressor impeller for turbocharger and method for manufacturing the same |
EP3978655A3 (en) * | 2020-10-02 | 2022-05-25 | Suzuki Motor Corporation | Method for producing layered film structure and piston for internal combustion engine |
US11412724B2 (en) * | 2020-03-03 | 2022-08-16 | Globeride, Inc. | Fishing reel components and method of manufacturing the same |
-
2007
- 2007-08-02 JP JP2007201794A patent/JP2008081839A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2154268A3 (en) * | 2008-08-06 | 2017-03-15 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Aluminum alloy member and method for manufacturing the same |
JP2017125414A (en) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | いすゞ自動車株式会社 | Piston for internal combustion engine, and manufacturing method of piston for internal combustion engine |
WO2017122564A1 (en) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | いすゞ自動車株式会社 | Piston for internal combustion engines and method for producing piston for internal combustion engines |
CN108474320A (en) * | 2016-01-12 | 2018-08-31 | 五十铃自动车株式会社 | The manufacturing method of piston for IC engine and piston for IC engine |
US11008974B2 (en) | 2016-01-12 | 2021-05-18 | Isuzu Motors Limited | Piston for internal combustion engines and method for producing piston for internal combustion engines |
JP2019113056A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-11 | 株式会社名光精機 | Compressor impeller for turbocharger and method for manufacturing the same |
US11412724B2 (en) * | 2020-03-03 | 2022-08-16 | Globeride, Inc. | Fishing reel components and method of manufacturing the same |
EP3978655A3 (en) * | 2020-10-02 | 2022-05-25 | Suzuki Motor Corporation | Method for producing layered film structure and piston for internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101285485B1 (en) | Method of electrolytic ceramic coating for matal, electrolysis solution for electrolytic ceramic coating for metal, and metallic material | |
JP5394021B2 (en) | Aluminum alloy piston member and manufacturing method thereof | |
US7838120B2 (en) | Anodic oxide film | |
Salman et al. | Anodization of magnesium (Mg) alloys to improve corrosion resistance | |
JP6418498B2 (en) | Anodizing method and structure of internal combustion engine | |
JP4075918B2 (en) | Anodized film and anodizing method | |
JP5152574B2 (en) | Method for anodizing aluminum member | |
JP2008081839A (en) | Member made of aluminum alloy, method for producing the same, and fuel pump with the member made of aluminum alloy | |
US6495267B1 (en) | Anodized magnesium or magnesium alloy piston and method for manufacturing the same | |
CN107164662B (en) | Surface structure of aluminum member | |
JP2000226692A (en) | Surface treatment of aluminum body through anode discharge precipitation | |
JP6814406B2 (en) | Surface structure of aluminum member and its manufacturing method | |
JP2009256778A (en) | Method for forming alumite film and alumite film | |
US7892650B2 (en) | Magnesium alloy member, method for producing the same, and transporter comprising the same | |
JP2018527516A (en) | Improved method for forming a coating on a duct of a cylinder head and the resulting cylinder head | |
JP2008261282A (en) | Fuel pump having component subjected to alumite treatment, and alumite treatment method of component thereof | |
JP4660760B2 (en) | Method for forming anodized film of aluminum and / or aluminum alloy and anodized film formed by the method | |
JP2003171793A (en) | Method of forming anodic oxidation film onto aluminum alloy | |
JP2019127629A (en) | High corrosion-resistance plating article and high corrosion-resistance plating method | |
JP2022059912A (en) | Method for manufacturing film laminate structure and piston for internal combustion engine | |
JP5777939B2 (en) | Anodized film generation method | |
JP6274556B2 (en) | Electrolytic plating method | |
JP2001192891A (en) | Aluminum alloy parts and producing method therefor | |
JP2009243280A (en) | Surface treatment method for casing for screw fluid machine, and casing for screw fluid machine | |
JP2002332534A (en) | Magnesium alloy molded body and surface treatment method therefor |