JP2009101410A

JP2009101410A - アルミダイカスト材の改質方法

Info

Publication number: JP2009101410A
Application number: JP2007278281A
Authority: JP
Inventors: Takeya Ohashi; 健也大橋; Takayoshi Hikichi; 貴義引地; Kazumi Fujii; 和美藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】
本発明はＳｉを含有するアルミニウムダイカストにおいて、Ｓｉを分散させることにより、耐食性を付与することに関わり、ダイカストの機械的強度も増加させる効果をもたらす方法を提供することである。
【解決手段】
Ｓｉを含有するアルミニウムダイカストにおいて、交流電場，高周波加熱，抵抗加熱の作用によりＳｉを分散させることにより、耐食性を付与する。
【効果】
本発明によれば、本発明はＳｉを含有するアルミニウムダイカストにおいて、Ｓｉを分散させることにより、耐食性を付与することが可能となり、ダイカストの機械的強度も増加できる。
【選択図】図３

Description

本発明はＡＤＣ１２のようなＳｉを含有するアルミニウムダイカスト材（アルミダイカスト材ともいう）の改質方法に関する。

従来、アルミニウムダイカスト材を供用するに際しては、強度を補償するための厚肉化が採用され、また、耐食性を付与するためにはアルミニウムダイカスト材の陽極酸化や他の物質で表面を被覆する化成処理が多用されていた。

アルミニウムダイカスト中のＳｉについては、Ｓｉが凝集することにより、腐食を促進させる表面電位の著しい分布を生ずるために、従来からＳｉを分散させる方法が提案されている。

たとえば、特許文献１に示されているものは、アルミニウムダイカストの凝固プロセス中にヘキサフルオロリン酸塩を加える方法である。

また、特許文献２のように合金成分としてＭｇを添加して凝固させるアルミニウムダイカストの製造プロセスも提案されている。しかし、凝固中に塩を均一に加えることが難しく、Ｍｇが耐食性を劣化させる等の理由で、これらの方法でのアルミニウムダイカストにおけるＳｉ分散はほとんどなされていない。

以上のように、アルミニウムダイカスト材でのＳｉ分散を可能にする技術を提供するに至っていない。

特開平０２−０８０１５７号公報特開２００５−１３９５５２号公報

このように、ＡＤＣ１２のようなアルミダイカスト材において、Ｓｉを分散させ均一な組織とすることが、耐食性向上と機械的強度の増加につながるため、アルミダイカストのＳｉ分布についての改質が課題となる。

特に、アルミダイカスト材中のＳｉ原子を移動分散させる、ダイカスト組織の改良が本発明の目的である。

したがって、従来のアルミダイカスト材は使用目的によって機械的強度と耐食性に課題を抱えている。

本発明は、これらの課題を解決する金属組織改変技術である。

以上の技術課題に鑑み、本発明の目的をまとめると以下の通りとなる。

本発明の目的は、Ｓｉを含有するアルミダイカストに耐食性を付与することである。

本発明のＳｉを含有するアルミダイカスト材は、含有率体積百分率のＳｉが直径１０μｍ以下のＳｉ粒もしくはアルミシリサイド粒として存在することを特徴とする。

また、前記アルミダイカスト材に存在するＳｉの化合物もしくはＳｉ単体の粒体が、体積の分布として３０μｍ³以下に最頻値を有することを特徴とする。

更に、Ｓｉを１％から２０％の範囲の重量百分率で含有するアルミダイカスト材においては、Ｓｉが１mm³に細分した体積中において所定の重量百分率±２５％で存在することを特徴とする。

そして、Ｓｉを１％から２０％の範囲の重量百分率で含有するアルミダイカスト材においては、２５℃３.５％食塩水中における孔食電位が標準水素電極電位で１Ｖより貴となることを特徴とする。

また、Ｓｉを含有するアルミダイカスト材の改質方法においては、前記アルミダイカスト材に交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とする。

また、前記アルミダイカスト材に５０Ｈｚから２０ｋＨｚのいずれかの周波数を有する交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とする。

また、前記アルミダイカスト材をアルコール蒸気中で加熱するとともに、交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とする。

なお、アルミダイカスト材に付与する交流電場の代替として、高周波領域の電磁波を付与してもよい。アルミダイカスト材に付与する交流電場としては、アルミダイカストの質量に対する交流電気出力が５０Ｗ／kgから１０００Ｗ／kgとなることが好ましい。

また、アルミダイカストに付与する交流電場の代替として、高周波領域の電磁波を付与するに際し、高周波の周波数が１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲で、出力が１００Ｗ以上であることが好ましい。

なお、アルミダイカストに付与する交流電場がアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上であることがこのましい。また、アルミダイカストに付与する高周波のエネルギーがアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上であることがこのましい。

なお、アルコール蒸気中での加熱温度として、７０℃以上１１０℃以下であることが好ましい。エチルアルコール液体もしくはメチルアルコール液体を加熱してアルコール蒸気を作製し、アルミダイカストと接触させることが好ましい。

Ｓｉを含有するアルミダイカストにおいて、Ｓｉを分散させるためには、交流電場、あるいは高周波加熱、もしくは抵抗加熱の作用を用いる。さらにＳｉを均一分散させるためにアルコール蒸気を用いる。Ｓｉを分散させると、耐食性が付与される。

耐食性を付与することに加え、ダイカストの機械的強度も増加させることが可能となる。

まず、アルミダイカスト中のＳｉとＳｉ化合物をダイカスト後に拡散移動させて、均一に分散させるためには、５０Ｈｚから２０ｋＨｚのいずれかの周波数を有する交流電場を印加することによって達成される。

交流電場を印加する時間はアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上となるようにすることが望ましい。さらに、アルコール蒸気を雰囲気とした容器にアルミダイカストを設置することにより、交流電場によるＳｉ分散効果は高まる。

特に、アルコール蒸気雰囲気温度を１００℃、交流印加でアルミダイカストの電気抵抗により交流印加により２００℃の自己発熱が生じた際にはＳｉの表面及び内部での均一分散が速やかに進行する。

あるいは、アルミダイカスト中のＳｉとＳｉ化合物をダイカスト後に拡散移動させて、均一に分散させるためには、高周波の周波数が１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲で、出力が１００Ｗ以上である高周波領域の電磁波を印加することによって達成される。

電磁波を印加する時間はアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上となるようにすることが望ましい。

さらに、アルコール蒸気を雰囲気とした容器にアルミダイカストを設置することにより、電磁波によるＳｉ分散効果は高まる。特にアルコール蒸気雰囲気温度を１００℃、電磁波によるアルミダイカストの内部加熱により２００℃の自己発熱が生じた際にはＳｉの表面及び内部での均一分散が速やかに進行する。

そこで、アルミダイカストの表面に、高周波もしくは交流電場を印加するシールド配線を接続し、アルコール液を容れた容器中に保持すると、アルコール蒸気との接触が容易となる。さらに、その容器を加熱することにより、アルコールの蒸気を生成しやすくすることが望ましい。

また、Ｓｉ分散の効果を確認することは、アルミダイカストを食塩水中で分極することにより、孔食電位のアノード側へのシフトを計測することで達成される。

こうして、特にダイカスト材中のＳｉ原子を移動分散させる、ダイカスト組織の改良が可能となり、アルミニウムダイカスト材は使用目的によって機械的強度と耐食性が向上する。本発明は、これらの課題を解決する金属組織改変技術である。

そして、Ｓｉを含有するアルミダイカストにＳｉを均一分散させることができ、生ずる孔食の進展速度を予め予測し、構造部材の材料選択方法を提供することもできる。Ｓｉを含有するアルミダイカストにＳｉを均一分散させ、機械的強度を増加させることも可能である。また、Ｓｉを含有するアルミダイカストにＳｉを均一分散させる装置を提供することも可能である。

本発明により、Ｓｉを含有するアルミダイカストに耐食性を付与することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の一実施例を説明する。本実施例ではアルミダイカストに生ずる孔食をアノード分極することにより再現して、アルミダイカストの孔食電位と耐食性の関係を説明する。

図１は、アルミダイカストＡＤＣ１２の２５℃３.５％食塩水中におけるアノード分極測定結果を示す。２００Ｈｚ１００Ｗの交流電場を３０分および６０分印加した場合、未処理で観察された９２０ｍＶでの電流密度の急増で示される孔食電位が１３００ｍＶでも観察されず、交流電場を３０分および６０分印加したアルミダイカスト表面では孔食が発生しなかった。一方アルミダイカストＡＤＣ１２の未処理品はアノード分極後に孔食が発生した。

以上のようにして、孔食が発生した後にその深さ方向に孔食が拡大する現象によるアルミダイカストＡＤＣ１２の腐食に関して、交流電場を印加することが腐食防止に有効であることがわかった。

アルミダイカストＡＤＣ１２の２５℃３.５％食塩水中におけるアノード分極を測定した。２.４５ＧＨｚ１００Ｗの高周波を３０分および６０分印加した場合、未処理で観察された９２０ｍＶでの電流密度の急増で示される孔食電位が１３００ｍＶでも観察されず、高周波を３０分および６０分印加したアルミダイカスト表面では孔食が発生しなかった。一方アルミダイカストＡＤＣ１２の未処理品はアノード分極後に孔食が発生した。

以上のようにして、孔食が発生した後にその深さ方向に孔食が拡大する現象によるアルミダイカストＡＤＣ１２の腐食に関して、高周波を印加することが腐食防止に有効であることがわかった。

以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例ではアルミダイカストに生ずるＳｉ分散を電子顕微鏡及びエネルギー分散型Ｘ線分析による元素分析で観察した結果を説明する。

図２は、アルミダイカストＡＤＣ１２の表面組織の電子顕微鏡観察写真とエネルギー分散型Ｘ線分析による元素分析でＡｌとＳｉについての分布を測定した結果を示す。２００Ｈｚ１００Ｗと２００Ｈｚ２００Ｗの交流電場を３０分印加した場合、それぞれ内部抵抗によりアルミダイカストが１００℃と２００℃に加熱された。未処理で観察されたＳｉの偏析によってもたらされた局所的分布は、１００℃と２００℃に交流電場で加熱された表面では見られず、Ｓｉを含有する粒子も細分されている。

以上のようにして、アルミダイカストＡＤＣ１２のＳｉ分布に関して、交流電場を印加することが均一分散に有効であることがわかった。

図３は、図２で示した無処理のアルミダイカストＡＤＣ１２と交流電場印加による２００℃処理したアルミダイカストＡＤＣ１２の表面組織について、Ｓｉ含有粒子の面積についてその頻度を求めたヒストグラムである。２００Ｈｚ２００Ｗの交流電場を３０分印加した場合、Ｓｉ含有粒子の最も頻度の高い表面積は３μｍ²となり、また、分布も１０μｍ²以内の粒子面積に集中した。

以上のようにして、アルミダイカストＡＤＣ１２のＳｉ分布に関して、交流電場を印加することがＳｉ含有粒子の微細均一分散に有効であることがわかった。

以下、本発明の他の一実施例を説明する。図４は本発明の交流電場を印加するシステムの概略図である。Ｓｉ含有アルミダイカスト１０３０ＡＤＣ１２円柱に対して、アルミダイカストを保持して、アルコール蒸気１０１０に接することを可能とする容器１０１と、その上部から、交流電場印加のための交流発生装置１０５からの電流をアルミダイカスト１０３０に供給するシールド配線１０２０及びシールド配線１０４０からなる。交流発生装置で１００Ｗの交流電場を発生させ、シールド配線でアルミダイカストに通電し、内部抵抗で加熱されたアルミダイカストは、アルコール蒸気に接した状態で加熱状態が維持される。

以上のようにして作製した交流電場印加システムを使用すれば、当該アルミダイカストのＳｉ含有粒子は微細化され、さらに均一分散することが可能となる。

これによれば、Ｓｉを含有するアルミニウムダイカストにおいて、Ｓｉを分散させることにより、耐食性を付与することに関わり、ダイカストの機械的強度も増加させる効果をもたらす方法を提供することができる。

本発明は、アルミダイカスト材を使用するような部材に適用することができ、特に、耐食性が要求されるような部材に利用できる。

本発明のＡＤＣ１２における交流電場印加後の分極曲線を示す図。本発明のＡＤＣ１２における交流電場印加後の元素分布を示す図。本発明のＡＤＣ１２における交流電場印加後でのＳｉ含有粒子の粒子面積分布のヒストグラムを示す図。本発明の交流電場印加装置を示す図。

符号の説明

１０１容器
１０５交流発生装置
１０１０アルコール蒸気
１０２０シールド配線
１０３０Ｓｉ含有アルミダイカスト
１０４０シールド配線

Claims

Ｓｉを含有するアルミダイカスト材において、
含有率体積百分率のＳｉが直径１０μｍ以下のＳｉ粒もしくはアルミシリサイド粒として存在することを特徴とするアルミダイカスト材。
Ｓｉを含有するアルミダイカスト材において、
前記アルミダイカスト材に存在するＳｉの化合物もしくはＳｉ単体の粒体が、体積の分布として３０μｍ³以下に最頻値を有することを特徴とするアルミダイカスト材。
Ｓｉを１％から２０％の範囲の重量百分率で含有するアルミダイカスト材において、
Ｓｉが１mm³に細分した体積中において所定の重量百分率±２５％で存在することを特徴とするアルミダイカスト材。
Ｓｉを１％から２０％の範囲の重量百分率で含有するアルミダイカスト材において、
２５℃３.５％食塩水中における孔食電位が標準水素電極電位で１Ｖより貴となることを特徴とするアルミダイカスト材。
Ｓｉを含有するアルミダイカスト材の改質方法において、
前記アルミダイカスト材に交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
Ｓｉを含有するアルミダイカスト材の改質方法において、
前記アルミダイカスト材に５０Ｈｚから２０ｋＨｚのいずれかの周波数を有する交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
Ｓｉを含有するアルミダイカスト材の改質方法において、
前記アルミダイカスト材をアルコール蒸気中で加熱するとともに、交流電場を付与することにより、Ｓｉをダイカスト中又は／及び表面で分散させることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項５から７において、アルミダイカスト材に付与する交流電場の代替として、高周波領域の電磁波を付与することを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項５から７において、アルミダイカスト材に付与する交流電場として、アルミダイカストの質量に対する交流電気出力が５０Ｗ／kgから１０００Ｗ／kgとなることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項９において、アルミダイカストに付与する交流電場の代替として、高周波領域の電磁波を付与するに際し、高周波の周波数が１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲で、出力が１００Ｗ以上であることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項５から７及び９において、アルミダイカストに付与する交流電場がアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上であることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項８及び１０において、アルミダイカストに付与する高周波のエネルギーがアルミダイカスト重量に対して、５０Ｗ／ｇ以上であることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項７において、アルコール蒸気中での加熱温度として、７０℃以上１１０℃以下であることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。
請求項１３において、エチルアルコール液体もしくはメチルアルコール液体を加熱してアルコール蒸気を作製し、アルミダイカストと接触させることを特徴とするアルミダイカスト材の改質方法。