JP2011195952A - 陽極酸化皮膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウムおよびアルミニウム合金から選択されるアルミニウム系基材に、一定の電流A0を通じて陽極酸化する皮膜の形成方法であって、皮膜形成中に所定の電圧V1に到達したときに一旦通電を休止し、所定時間T1以上の間、この休電を継続した後、通電を再開する第1休電処理を複数回繰り返すこととし、前記所定電圧V1、休電時間T1が、所定の関係式を満足する。
【選択図】なし
Description
前記所定電圧V1が、下記式(1a)を満足し、
前記休電時間T1が、下記式(1b)を満足する点に要旨を有するものである。
V1<Vmin …(1a)
T1im≦T1 …(1b)
(式中、Vminは、休電処理を行わずに一定電流A0で陽極酸化処理したときに前記アルミニウム系基材が溶解しはじめる電圧の最低値を示す。T1imは、通電再開時の電圧がV1未満となるのに必要な休電時間の最低値を示す。)
前記休電時間T1が、下記式(2b)を満足するようにして実施することが好ましい。また、このときのD1(目標厚さ)は、例えば100μm以上であり、前記Vminは例えば100〜150Vである。
0.5×Vmin<V1<Vmin …(2a)
Tmin≦T1≦1.2×Tmin …(2b)
(式中、Vminは、前記に同じ。Tminは、陽極酸化皮膜の目標厚さD1を達成するために必要な休電時間の最低値を示す。)
0.5≦Tmin(n−1)/Tint(1)≦0.9 …(3)
(式中、Tint(1)は、1回目の第1休電処理終了から2回目の第1休電処理開始までの時間を示し、Tmin(n−1)は、n−1回目の第1休電処理終了からn回目の第1休電処理開始までの時間を示す。)
処理時間(分)≧−1.5×処理温度(℃)+270
を満たす条件で陽極酸化皮膜を浸漬する水和処理を実施することも有効であり、こうした処理を施すことによって、陽極酸化皮膜の高硬度化が図れるものとなる。
処理温度=120〜450℃
処理時間(分)≧−0.1×処理温度(℃)+71
を満たす条件で陽極酸化皮膜を加熱する熱処理を実施することも有効あり、陽極酸化皮膜の更なる高硬度化が図れる。
V1<Vmin …(1a)
T1im≦T1 …(1b)
(式中、Vminは、休電処理を行わずに一定電流A0で陽極酸化処理したときに前記アルミニウム系基材が溶解しはじめる電圧の最低値を示す。T1imは、通電再開時の電圧がV1未満となるのに必要な休電時間の最低値を示す。)
0.5≦Tmin(n−1)/Tint(1)≦0.9 …(3)
(式中、Tint(1)は、1回目の第1休電処理終了から2回目の第1休電処理開始までの時間を示し、Tmin(n−1)は、n−1回目の第1休電処理終了からn回目の第1休電処理開始までの時間を示す。)
処理時間(分)≧−1.5×処理温度(℃)+270
を満たす条件で陽極酸化皮膜を浸漬する水和処理を実施することや、この水和処理を施した後、
処理温度=120〜450℃
処理時間(分)≧−0.1×処理温度(℃)+71
を満たす条件で陽極酸化皮膜を加熱する熱処理を実施することは、陽極酸化皮膜の高硬度化に有効である。これらの設定条件について説明する。
水和処理の処理温度を80℃〜100℃の範囲に規定しても、その処理時間が短いと陽極酸化皮膜の硬度は逆に低下するため、処理温度に応じた最低処理時間を規定することが必要である。具体的には、「処理時間(分)≧−1.5×処理温度(℃)+270」という条件を満たすようにして、水和処理を実施すれば良い。水和処理時間によって陽極酸化皮膜の硬度が変化する理由については、十分に解明できていないが、水和反応による陽極酸化皮膜における酸化物の状態変化と酸化物の体積膨張のバランスに起因とするものではないかと考えることができる。
熱処理の温度は、120℃〜450℃の範囲とする。熱処理の温度が120℃未満の場合は、「処理時間(分)≧−0.1×処理温度(℃)+71」という条件を満足する処理時間で熱処理を施しても、陽極酸化皮膜が高硬度化しない。その理由については十分に解明できていないが、水和反応後の脱水反応に伴う陽極酸化皮膜の構造変化が不十分であるためと考えられる。一方、熱処理の温度を450℃超とすれば、基材であるアルミニウム合金等の変形が起こりやすくなり、製品の寸法公差が外れる可能性がある。従って、熱処理の温度は、120℃〜450℃の範囲とした。
熱処理の処理温度を120℃〜450℃の範囲に規定しても、その処理時間が短いと陽極酸化皮膜の硬度は、ビッカース硬度でHv20程度かそれ以下しか上昇せず、熱処理を施す工業的意味が殆どないため、処理温度に応じた最低処理時間を規定した。具体的には、「処理時間(分)≧−0.1×処理温度(℃)+71」という条件を満たすようにして、熱処理を実施すれば良い。熱処理時間によって陽極酸化皮膜の硬度が変化する理由については、十分に解明できていないが、水和反応後の脱水反応に伴う陽極酸化皮膜の構造変化に起因とするものではないかと考えることができる。
JISに規定される6061アルミニウム合金を溶製してアルミニウム合金鋳塊(サイズ:220mmW×250mmL×t100mm、冷却速度:15〜10℃)とし、その鋳塊を切断して面削(サイズ:220mmW×150mmL×t60mm)した後、均熱処理(540℃×8時間)を施した。均熱処理後、60mm厚さの素材を熱間鍛造により20mm厚の板材に鍛造した後、溶体化処理(540℃×1時間)、水焼入れし、時効処理(160〜180℃×8時間)を施して供試合金板を得た。その供試合金板より、25mm×35mm×t10mmの試験片を切り出し、その表面を面削加工した。
実施例1と同様にして、供試合金板に対して陽極酸化処理(休電処理を含む)を行った。また、陽極酸化処理を行った供試合金板に対して、各種条件で水和処理および熱処理を行った。このときの、陽極酸化、水和処理および熱処理の条件を下記表3、4(試験No.11〜47)に示す。また、上記処理を行った供試合金板における酸化皮膜表面の硬さ(ビッカース硬度)を測定した。このとき、陽極酸化皮膜の目標厚さD1は200μmとした。尚、表3、4には、表1の試験No.6の結果についても示した。また、試験No.34A(表4)は、陽極酸化皮膜を形成する前(水洗にて基材表面を清浄化した後)に、供試合金板(基材)に、80℃の純水を用いて200秒(約3分)の水和処理(この処理を「水和前処理」と呼ぶことがある)を行ったものである。
Claims (12)
- アルミニウムおよびアルミニウム合金から選択されるアルミニウム系基材に、一定の電流A0を通じて陽極酸化する皮膜の形成方法であって、
皮膜形成中に所定の電圧V1に到達したときに一旦通電を休止し、所定時間T1以上の間、この休電を継続した後、通電を再開する第1休電処理を複数回繰り返すこととし、
前記所定電圧V1が、下記式(1a)を満足し、
前記休電時間T1が、下記式(1b)を満足することを特徴とする陽極酸化皮膜の形成方法。
V1<Vmin …(1a)
T1im≦T1 …(1b)
(式中、Vminは、休電処理を行わずに一定電流A0で陽極酸化処理したときに前記アルミニウム系基材が溶解しはじめる電圧の最低値を示す。T1imは、通電再開時の電圧がV1未満となるのに必要な休電時間の最低値を示す。) - 前記所定電圧V1が、下記式(2a)を満足し、
前記休電時間T1が、下記式(2b)を満足する請求項1に記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
0.5×Vmin<V1<Vmin …(2a)
Tmin≦T1≦1.2×Tmin …(2b)
(式中、Vminは、前記に同じ。Tminは、陽極酸化皮膜の目標厚さD1を達成するために必要な休電時間の最低値を示す。) - 目標厚さD1が100μm以上であり、前記Vminが100〜150Vである請求項1または2に記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 前記アルミニウム系基材として6000系アルミニウム合金を用い、陽極酸化処理液として硫酸を使用することで前記Vmin=100〜150Vが達成されている請求項3に記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 休電時間が前記T1よりも長くなる第2休電処理を実施する請求項1〜4のいずれかに記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 第2休電処理の休電時間T2が、前記T1の1.5倍以上、5倍以下である請求項5に記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 下記式(3)を満足するn回目の第1休電処理後に、前記第2休電処理を行なう請求項5または6に記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
0.5≦Tmin(n−1)/Tint(1)≦0.9 …(3)
(式中、Tint(1)は、1回目の第1休電処理終了から2回目の第1休電処理開始までの時間を示し、Tmin(n−1)は、n−1回目の第1休電処理終了からn回目の第1休電処理開始までの時間を示す。) - 前記第2休電処理を複数回実施する請求項5〜7のいずれかに記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 前記V1を60〜115Vとする請求項1〜8のいずれかに記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の方法で陽極酸化皮膜を形成した後、80〜100℃の純水中に、
処理時間(分)≧−1.5×処理温度(℃)+270
を満たす条件で陽極酸化皮膜を浸漬する水和処理を実施することを特徴とする方法。 - 請求項10に記載の方法で水和処理した後、
処理温度=120〜450℃
処理時間(分)≧−0.1×処理温度(℃)+71
を満たす条件で陽極酸化皮膜を加熱する熱処理を実施することを特徴とする方法。 - 陽極酸化皮膜を形成する前に、アルミニウム系基材を純水中で水和処理する請求項1〜11のいずれかに記載の陽極酸化皮膜の形成方法。
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