JP2016037622A - Electrolytic polishing method for aluminum member, and aluminum member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金からなるアルミニウム部材の表面を溶解し平滑化する電解研磨方法、及び当該電解研磨方法により電解研磨されたアルミニウム部材に関し、特に、光沢度が高く、且つ酸化皮膜を薄く形成することができるアルミニウム部材の電解研磨方法、及び当該電解研磨方法により電解研磨されたアルミニウム部材に関する。 The present invention relates to an electropolishing method for melting and smoothing the surface of an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy, and an aluminum member electropolished by the electropolishing method, in particular, having high gloss and a thin oxide film. The present invention relates to an aluminum member electropolishing method that can be formed, and an aluminum member that has been electropolished by the electropolishing method.
従来より、金属製の被研磨体を研磨する方法としては、物理的な手段により被研磨体の表面を切削することで平滑化する物理的研磨や、電気化学的な作用により被研磨体の表面を溶解して平滑化する電解研磨が知られている。 Conventionally, as a method of polishing a metal object to be polished, physical polishing for smoothing the surface of the object to be polished by physical means or the surface of the object to be polished by an electrochemical action. Electropolishing that dissolves and smoothes is known.
物理的研磨では、金属表面を切削等して平滑化を行うが、切削等を行うに際し、砥粒や、バフカス、油分、コンパウンドなどを用いるため、被研磨体の表面に微細なキズができ、これに砥粒等が残留するため十分な洗浄が必要であり、表面にめり込んだ砥粒等をきれいに取り除くことができなかった場合には、それらが腐食の原因となったり、或いは金属表面から後々砥粒等の残留物が放出され、不純物発生の原因になるといったデメリットがあり、また、切削等に伴い被研磨体が物理的な力を受けてしまうため、加工に伴う変質層を生じてしまうといったデメリットがある。 In physical polishing, the metal surface is smoothed by cutting, etc., but when cutting etc., abrasive grains, buffs, oil, compound, etc. are used, so fine scratches can be made on the surface of the object to be polished, Since abrasive grains remain on this surface, sufficient cleaning is necessary. If the abrasive grains embedded in the surface cannot be removed cleanly, they may cause corrosion, or later from the metal surface. There is a demerit that residues such as abrasive grains are released and cause impurities, and the object to be polished is subjected to physical force due to cutting or the like, resulting in a deteriorated layer accompanying processing. There are disadvantages.
それに対し、アルミニウムやステンレス等の金属からなる被研磨体を電解研磨液に浸し、被研磨体を陽極とし、電解研磨液を収容する容器又は容器内の電解研磨液に浸漬された陰極板を陰極として、直流電流を通電することで被研磨体の金属表面を溶解することで平滑化する電解研磨においては、被研磨体たる金属体の表面を加工する技術として第2次世界大戦の直後より盛んに研究されているという経緯があり、自動車産業や電気機器産業はもちろんのこと、近年では、アルミ合金の表面処理、LED照明の反射鏡、太陽光発明の集光板などに係る半導体産業や、薬品の純度を保証する上で必要不可欠な薬品を収容する容器の表面処理など製薬産業分野や、半導体製造装置の分野においても益々注目されてきている。 In contrast, an object to be polished made of a metal such as aluminum or stainless steel is immersed in an electrolytic polishing liquid, and the object to be polished is used as an anode, and a cathode plate immersed in an electrolytic polishing liquid in a container containing the electrolytic polishing liquid or a cathode In electropolishing, in which the surface of the metal body to be polished is smoothed by dissolving the metal surface of the object to be polished by applying a direct current, it has been popular since immediately after the Second World War as a technique for processing the surface of the metal body to be polished. In recent years, in addition to the automobile industry and electrical equipment industry, in recent years, the semiconductor industry related to aluminum alloy surface treatment, LED lighting reflectors, solar light collectors, etc. In the field of the pharmaceutical industry, such as the surface treatment of containers containing chemicals indispensable for guaranteeing the purity of semiconductors, and in the field of semiconductor manufacturing equipment, more and more attention has been paid.
こうした電解研磨においては、物理的研磨のデメリットである、被研磨体を物理的に研磨することに伴う、被研磨体に対する残留応力の発生や、研磨に伴い被研磨体に変質層が生じることを回避でき、さらには、表面を電気化学的に溶解させることで研磨面をクリーンにすることができるため、前述した半導体産業や製薬産業分野において益々関心が高まってきているといった実情がある。 In such electropolishing, it is a disadvantage of physical polishing that the generation of residual stress on the object to be polished due to the physical polishing of the object to be polished and the occurrence of an altered layer on the object to be polished with polishing. In addition, since the polishing surface can be cleaned by electrochemically dissolving the surface, there is a situation in which the interest in the semiconductor industry and the pharmaceutical industry is increasing.
上記電解研磨に係る技術として特許文献1には、電解研磨法による金属製品の製造方法が開示されている。 As a technique related to the electropolishing, Patent Document 1 discloses a method for producing a metal product by an electropolishing method.
また、本願出願人が出願した特許文献2には、光沢度(8°グロス)が高く(1000以上)、且つ、吸光度を0.1以下とする酸化皮膜の薄いアルミニウム部材を電解研磨処理で得るために、容器に収容された電解研磨液にアルミニウム部材を浸漬し、当該アルミニウム部材を陽極とし、電解研磨液を収容する容器又は容器内の電解研磨液に浸漬された陰極板を陰極として、直流電流を通電することでアルミニウム部材の表面を溶解し平滑化するアルミニウム部材の電解研磨方法において、電解研磨液に浸漬されたアルミニウム部材の温度を80℃以上であって、電流密度を0.128A/cm2〜0.211A/cm2で電解研磨処理を行うことが開示されている。
Further, in
従来の電解研磨方法を適用し、アルミニウムやアルミニウム合金を電解研磨する場合には、電解研磨処理に伴い、被研磨体の表面に形成される酸化皮膜が厚くなってしまうといった実情があり、酸化皮膜が厚い状態では、その表面に比較的深い微細な孔が多数形成されるため(いわゆるポーラス状態)、これらの孔の中に電解液等に含まれている薬品成分や水分が残存することがあり、そのため、例えば、電解研磨処理で製造したアルミニウム部材を真空雰囲気中に設置したりすると、真空作用によって、孔内に有していた薬品がその外に放出されることがあり、特に真空雰囲気中において、電解研磨を施した被研磨体を用いることは不向きであるという問題があった。 When applying conventional electropolishing methods and electropolishing aluminum or aluminum alloys, there is a situation that the oxide film formed on the surface of the object to be polished becomes thicker due to the electropolishing process. In a thick state, many relatively deep microscopic holes are formed on the surface (so-called porous state), and chemical components and moisture contained in the electrolyte may remain in these holes. Therefore, for example, when an aluminum member manufactured by electropolishing treatment is placed in a vacuum atmosphere, chemicals that have been contained in the holes may be released to the outside due to the vacuum action, particularly in a vacuum atmosphere. However, there is a problem that it is not suitable to use an object to be polished that has been subjected to electrolytic polishing.
また、特許文献2のアルミニウム部材の電解研磨方法においては、アルミニウム部材の電解研磨を行う際、電解研磨液に浸漬されたアルミニウム部材の温度が80℃以上であって、電流密度が0.128A/cm2〜0.211A/cm2で行うことにより、光沢度が1000以上であって、吸光度が0.1以下となる酸化皮膜の薄いアルミニウム部材を形成することができるが、容器に収容された電解研磨液を入れ替えることなく、同じ電解研磨液にて複数回の電解研磨を行うと、アルミニウム部材が電解研磨液に溶解することにより、電解研磨処理されたアルミニウム部材の光沢度や酸化皮膜の厚さに影響を及ぼしてしまうという課題が残されていた。
Moreover, in the electrolytic polishing method of the aluminum member of
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウムやアルミニウム合金からなるアルミニウム部材を電解研磨処理した際、光沢度が高く、且つ酸化皮膜を薄く形成することができるアルミニウム部材の電解研磨方法及び当該電解研磨方法により電解研磨されたアルミニウム部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. When an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy is subjected to an electropolishing treatment, the electropolishing of the aluminum member can be formed with a high glossiness and a thin oxide film. The object is to provide an aluminum member electropolished by the method and the electropolishing method.
アルミニウム部材の電解研磨方法に係る発明は、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材を容器に収容された電解研磨液に浸漬し、
前記アルミニウム部材を陽極とし、前記電解研磨液を収容する容器又は容器内の電解研磨液に浸漬された陰極板を陰極として、直流電流を通電することで前記アルミニウム部材の表面を溶解し平滑化するアルミニウム部材の電解研磨方法において、
前記アルミニウム部材の電解研磨を行う際、
前記電解研磨液の温度は80℃であって、
電流密度は、前記電解研磨液に浸漬された前記アルミニウム部材に対して電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域の終点付近の数値により行うことを特徴とする。
The invention relating to the electrolytic polishing method of the aluminum member,
An aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in an electropolishing liquid contained in a container,
Using the aluminum member as an anode and a cathode plate immersed in the electrolytic polishing liquid in the container or the electrolytic polishing liquid in the container as a cathode, the surface of the aluminum member is dissolved and smoothed by applying a direct current. In the electrolytic polishing method of an aluminum member,
When performing the electrolytic polishing of the aluminum member,
The temperature of the electropolishing liquid is 80 ° C.,
The current density is determined by a numerical value in the vicinity of the end point of the composite region where the aluminum member immersed in the electrolytic polishing liquid is subjected to the electrolytic polishing process and the etching process.
アルミニウム部材の電解研磨方法に係る発明は、
前記電解研磨液は、燐酸と硫酸とを所定の割り合いで混合した混酸電解液であることを特徴とする。
The invention relating to the electrolytic polishing method of the aluminum member,
The electrolytic polishing liquid is a mixed acid electrolytic solution in which phosphoric acid and sulfuric acid are mixed at a predetermined ratio.
前記アルミニウム部材は、前記電解研磨方法により電解研磨されることにより、光沢度が1500以上、吸光度が0.1以下にされたことを特徴とする。 The aluminum member is electropolished by the electropolishing method, so that the glossiness is 1500 or more and the absorbance is 0.1 or less.
本発明によれば、アルミニウム部材の電解研磨を行う際、電解研磨液の温度は80℃であって、電流密度は、アルミニウム部材に対して電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域の終点付近の数値で実行することにより、電解研磨液に対するアルミニウム部材の溶解濃度に係りなく、アルミニウム部材の光沢度を高くすることができ且つ電解研磨によりアルミニウム部材の表面に形成される酸化皮膜を薄膜に形成することができる。また、本発明では、光沢度を1000以上(より好ましくは1500以上)にしつつ、酸化皮膜がアルミニウム部材を自然酸化(常温で酸化)させたときに形成される酸化皮膜の薄さに近くなるよう、吸光度が0.1以下になるよう形成することが可能であることから、電解研磨処理されたアルミニウム部材の表面に形成される微細孔の深さを小さくすることが可能となり、それにより、たとえ真空雰囲気中であっても、アルミニウム部材表面の微細孔から電解研磨液等が放出されることを抑制することができる。よって、ひいてはアルミニウム部材の用途を各種分野にて拡大することが可能となりその価値は多大なものとなる。 According to the present invention, when electropolishing an aluminum member, the temperature of the electropolishing liquid is 80 ° C., and the current density is near the end point of the composite region where the aluminum member is subjected to electropolishing and etching. By executing the numerical value, the glossiness of the aluminum member can be increased regardless of the dissolution concentration of the aluminum member in the electrolytic polishing liquid, and an oxide film formed on the surface of the aluminum member by electrolytic polishing is formed into a thin film. can do. In the present invention, the glossiness is close to the thickness of the oxide film formed when the aluminum member is naturally oxidized (oxidized at room temperature) while the glossiness is 1000 or more (more preferably 1500 or more). In addition, since the absorbance can be formed to be 0.1 or less, it is possible to reduce the depth of the micropores formed on the surface of the aluminum member subjected to the electropolishing treatment. Even in a vacuum atmosphere, it is possible to prevent the electrolytic polishing liquid and the like from being released from the fine holes on the surface of the aluminum member. Therefore, the use of the aluminum member can be expanded in various fields, and its value is enormous.
以下、本発明の実施形態を以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。 Embodiments of the present invention will be described below. Of course, it goes without saying that the present invention can be easily applied to configurations other than those described in the embodiments without departing from the spirit of the invention.
本発明の電解研磨方法を実施する実施形態におけるアルミニウム部材を電解研磨処理する電解研磨装置1は、図1に示すように、電解研磨液2が収容された容器3、容器3内に収容された電解研磨液2及びアルミニウム部材である被研磨体4を所定温度になるよう加熱する加熱手段5を備え、容器内に浸漬された被研磨体4を陽極とし、容器内に設けた陰極板6を陰極として(陰極板6を設けない場合には容器を陰極としてもよい)、直流電源装置7から直流電流を通電することで被研磨体4の表面を溶解し平滑化するものである。なお、本実施形態における被研磨体4としては、アルミニウム部材として、高さ25mm、幅50mm、厚さ1.0mmの純アルミ(材質記号:A1050−H24)を適用するものであるが、それ以外のアルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム部材を適用してもよい。
As shown in FIG. 1, an electropolishing apparatus 1 for electropolishing an aluminum member in an embodiment for carrying out the electropolishing method of the present invention is accommodated in a
次に、電解研磨装置1により純アルミ(材質記号:A1050−H24)であるアルミニウム部材を電解研磨処理した際の実験方法及び実験結果について以下に説明する。本発明は、このような電解研磨装置1を用いた実験結果に基づいて実証的に導き出した発明に関するものである。 Next, an experimental method and experimental results when an aluminum member made of pure aluminum (material symbol: A1050-H24) is electrolytically polished by the electrolytic polishing apparatus 1 will be described below. The present invention relates to an invention empirically derived based on the experimental results using such an electropolishing apparatus 1.
<実験方法>
アルミニウム部材の電解研磨処理方法は、図1に示すように、2電極式で行うこととし、電解研磨液としては、85%燐酸と、98%硫酸と、水との容量比を、6.5:0.5:2の比率にて容器内で建浴させ、混酸電解研磨液としての電解研磨液を加熱手段5により80℃の温度になるように加温した状態で行った。
<Experiment method>
As shown in FIG. 1, the electrolytic polishing treatment method for the aluminum member is performed by a two-electrode method. As the electrolytic polishing liquid, a volume ratio of 85% phosphoric acid, 98% sulfuric acid, and water is set to 6.5. : A 0.5: 2 ratio was established in the container, and the electrolytic polishing liquid as a mixed acid electrolytic polishing liquid was heated by the heating means 5 to a temperature of 80 ° C.
電解研磨処理のため80℃の電解研磨液に浸漬されるアルミニウム部材としては、予め同条件のものを複数個(3回分×9個=27個)用意しておき、電流密度を、(1)0mA/cm2(通電なし)、(2)38mA/cm2、(3)75mA/cm2、(4)113mA/cm2、(5)151mA/cm2、(6)189mA/cm2、(7)226mA/cm2、(8)264mA/cm2、(9)302mA/cm2の順に上昇させてゆく作業を(1)から(9)で9個ずつ3回繰り返すときに、これらの電流密度の数値毎に、予め用意しておいたアルミニウム部材の1個ずつを、80℃の電解研磨液に180秒間浸漬することにより、アルミニウム部材の電解研磨を行った。なお、上述したように前記各電流密度((1)0mA/cm2(通電なし)、(2)38mA/cm2、(3)75mA/cm2、(4)113mA/cm2、(5)151mA/cm2、(6)189mA/cm2、(7)226mA/cm2、(8)264mA/cm2、(9)302mA/cm2)でアルミニウム部材の電解研磨を3回繰り返す場合には、1回目、2回目、3回目の各回で9個のアルミニウム部材を用いることとなり、1回目から3回目で計27個のアルミニウム部材の電解研磨が行われることになるが、これら計27個のアルミニウム部材の電解研磨が行われるときには、容器3に収容された電解研磨液2は、入れ替えることなく同じものを用いた。
As an aluminum member to be immersed in an electrolytic polishing solution at 80 ° C. for electrolytic polishing, a plurality (3 times × 9 = 27) of the same conditions are prepared in advance, and the current density is (1) 0 mA / cm 2 (no energization), (2) 38 mA / cm 2 , (3) 75 mA / cm 2 , (4) 113 mA / cm 2 , (5) 151 mA / cm 2 , (6) 189 mA / cm 2 , ( 7) 226 mA / cm 2 , (8) 264 mA / cm 2 , (9) When the operation of increasing the current in the order of 302 mA / cm 2 is repeated three times at nine from (1) to (9), these currents For each numerical value of density, one aluminum member prepared in advance was immersed in an electrolytic polishing solution at 80 ° C. for 180 seconds to perform electrolytic polishing of the aluminum member. Incidentally, each of the current density as described above ((1) 0mA / cm 2 ( without energization), (2) 38mA / cm 2, (3) 75mA /
また、陰極板6は、ステンレスSUS304、高さ200mm、幅50mm、厚さ0.5mの板2枚を容器中に130mmの間隔で設置し、陰極の下方部分の約150mmを電解研磨液の液中に入った状態とし、陽極については被研磨体であるアルミニウム部材とするが、より詳しくは、直径6mmの純チタン丸棒をU字型に曲げ、アルミニウム部材の上部を幅方向から挟み込む構造とし、当該アルミニウム部材は2枚の陰極板6の中間位置に設置した。また、直流電源装置(具体的には、菊水電子工業株式会社製 PAD110−20L)1としては直流を通電可能なものを用い、電解研磨処理をする際には、アルミニウム部材を1秒周期で上下運動をさせながら行った。また、後述するアルミニウム部材表面の光沢度については、分光測色計(コニカミノルタセンシング株式会社製CM−700d)を用い、測定条件は、開口径6mm、測定径3mm、視野角度2度、光源D65、投光・受光8度で測定を行い、吸光度(ABS)については、吸光度測定装置(パーキンエルマージャパン株式会社製 フーリエ変換型赤外分光分析装置 SpectrumOne)にて、測定条件は、高感度反射法(入射角80°、P偏光)、測定波数範囲:4000〜400cm−1、分解能:8cm−1、積算回数:32回で測定を行った。
In addition, the
<実験結果> <Experimental result>
容器3に収容された電解研磨液2を入れ替えることなく、同じ電解研磨液にてアルミニウム部材の電解研磨を計27回行った場合、図2に示すように、その回数の増加に応じて、アルミニウム部材4の溶解濃度が増加することが分かる。
When electrolytic polishing of an aluminum member is performed a total of 27 times with the same electrolytic polishing liquid without replacing the
(1回目)
また、図3に示されているように、1回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(4)113mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、500以上1000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第1の一定推移領域と定義し、また、電流密度が(5)151mA/cm2から(9)302mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第2の一定推移領域と定義して以下に説明する。
(First time)
Further, as shown in FIG. 3, in the first, the current density is from (1) 0 mA / cm 2 (without energization) (4) In the range of 113 mA / cm 2, glossiness (8 ° gloss) is , And is substantially constant (change in glossiness is within 300) between 500 and 1000, this is defined as the first constant transition region, and the current density is from (5) 151 mA / cm 2. (9) In the range of 302 mA / cm 2 , the glossiness (8 ° gloss) changes from 1500 to 2000 and is substantially constant (the change in glossiness is within 300). The transition area is defined as follows.
第1の一定推移領域では、電流密度が低いため、アルミニウム部材は、十分な電解研磨処理が行われず、電解研磨液に浸漬されたことに伴うエッチング処理が優勢することになる。他方、第2の一定推移領域では、電流密度が高いため、エッチング処理よりも電解研磨処理が優勢し、エッチング処理は行われずに、アルミニウム部材の電解研磨処理が十分に行われ、第1の一定推移領域よりも第2の一定推移領域のアルミニウム部材の光沢度は大きくなる。 In the first constant transition region, since the current density is low, the aluminum member is not subjected to sufficient electrolytic polishing treatment, and the etching treatment associated with being immersed in the electrolytic polishing liquid is dominant. On the other hand, in the second constant transition region, since the current density is high, the electropolishing process is dominant over the etching process, and the electropolishing process of the aluminum member is sufficiently performed without performing the etching process. The glossiness of the aluminum member in the second constant transition region is larger than that in the transition region.
また、エッチング処理が優勢の第1の一定推移領域と、電解研磨処理が優勢の第2の一定推移領域との間には、電解研磨処理とエッチング処理とが拮抗し、電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域(電流密度が(4)113mA/cm2から(5)151mA/cm2の範囲)がある。第1の一定推移領域から第2の一定推移領域に遷移する当該複合領域では、図3に示すように、1回目では、アルミニウム部材の光沢度が1000以上急上昇する。そして、複合領域の終点であって、これを始点として略一定に推移する第2の一定推移領域では、アルミニウム部材の光沢度は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移する。 In addition, the electropolishing process and the etching process antagonize between the first constant transition region where the etching process is dominant and the second constant transition region where the electropolishing process is dominant. (The current density ranges from (4) 113 mA / cm 2 to (5) 151 mA / cm 2 ). In the composite region that transitions from the first constant transition region to the second constant transition region, as shown in FIG. 3, the glossiness of the aluminum member rapidly increases by 1000 or more at the first time. Then, in the second constant transition region that is the end point of the composite region and changes substantially constant starting from this, the glossiness of the aluminum member is substantially constant between 1500 and 2000 (the glossiness change is within 300). Transition.
また、図4に示されているように、1回目では、複合領域の終点(電流密度が(5)151mA/cm2)及びその付近の吸光度が0.1以下を示している。アルミニウム部材を自然酸化させたときの吸光度の数値としては、約0.03となることが知られており、アルミニウム部材の吸光度の数値が0.1以下等0.03に近づくことに基づいて、アルミニウム部材を電解研磨したときの酸化皮膜の膜厚が薄いものであると判別することができる。なお、図4に示す1回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(5)151mA/cm2の範囲において、吸光度が0.1以下を示しているが、(5)151mA/cm2未満では、図3の1回目に示すように、アルミニウム部材の光沢度が低くなる傾向がある。 Further, as shown in FIG. 4, at the first time, the end point of the composite region (current density is (5) 151 mA / cm 2 ) and the absorbance in the vicinity thereof are 0.1 or less. As the numerical value of the absorbance when the aluminum member is naturally oxidized, it is known to be about 0.03, and based on the fact that the numerical value of the absorbance of the aluminum member approaches 0.03 such as 0.1 or less, It can be determined that the thickness of the oxide film when the aluminum member is electropolished is thin. In the first shown in FIG. 4, the extent current density from (1) 0 mA / cm 2 (without energization) of (5) 151mA / cm 2, but the absorbance indicates a 0.1 or less, (5 ) If it is less than 151 mA / cm 2 , the glossiness of the aluminum member tends to be low, as shown in FIG.
以上の1回目の実験結果を考慮すると、図3、4の結果から明らかなように、光沢度(8°グロス)が極めて高く(1500以上)、且つ、吸光度が0.1以下となり得る、酸化皮膜が薄いアルミニウム部材を電解研磨処理で得る場合には、アルミニウム部材の浸漬される電解研磨液の温度を80℃となるよう温度制御した状態において、電流密度が(5)151mA/cm2となるようにして電気的な制御を行うところ、換言すれば、第1の一定推移領域と第2の一定推移領域との間の複合領域の終点(終点付近)の電流密度により、アルミニウム部材の電解研磨処理を行うことが好適であるという結論に至った。 Considering the results of the first experiment described above, as is clear from the results of FIGS. 3 and 4, the gloss (8 ° gloss) is extremely high (1500 or more) and the absorbance can be 0.1 or less. When an aluminum member having a thin film is obtained by electropolishing, the current density is (5) 151 mA / cm 2 in a state where the temperature of the electropolishing liquid in which the aluminum member is immersed is 80 ° C. In this way, the electrical control is performed, in other words, the electropolishing of the aluminum member by the current density at the end point (near the end point) of the composite region between the first constant transition region and the second constant transition region. It came to the conclusion that it is suitable to process.
(2回目)
図3に示されているように、2回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(4)113mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、0以上500以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第1の一定推移領域と定義し、また、電流密度が(6)189mA/cm2から(9)302mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第2の一定推移領域と定義して以下に説明する。
(Second time)
As shown in FIG. 3, the second time, in the range current density from (1) 0mA / cm 2 (without energization) of (4) 113 mA / cm 2, glossiness (8 ° gloss) is 0 Since it is substantially constant (change in glossiness is within 300) at 500 or less, it is defined as the first constant transition region, and the current density is from (6) 189 mA / cm 2 to (9 ) In the range of 302 mA / cm 2 , the glossiness (8 ° gloss) changes from 1500 to 2000 and is substantially constant (change in glossiness is within 300). And will be described below.
第1の一定推移領域では、電流密度が低いため、アルミニウム部材は、十分な電解研磨処理が行われず、電解研磨液に浸漬されたことに伴うエッチング処理が優勢することになる。他方、第2の一定推移領域では、電流密度が高いため、エッチング処理よりも電解研磨処理が優勢し、エッチング処理は行われずに、アルミニウム部材の電解研磨処理が十分に行われ、第1の一定推移領域よりも第2の一定推移領域のアルミニウム部材の光沢度は大きくなる。 In the first constant transition region, since the current density is low, the aluminum member is not subjected to sufficient electrolytic polishing treatment, and the etching treatment associated with being immersed in the electrolytic polishing liquid is dominant. On the other hand, in the second constant transition region, since the current density is high, the electropolishing process is dominant over the etching process, and the electropolishing process of the aluminum member is sufficiently performed without performing the etching process. The glossiness of the aluminum member in the second constant transition region is larger than that in the transition region.
また、エッチング処理が優勢の第1の一定推移領域と、電解研磨処理が優勢の第2の一定推移領域との間には、電解研磨処理とエッチング処理とが拮抗し、電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域(電流密度が(4)113mA/cm2から(6)189mA/cm2の範囲)がある。第1の一定推移領域から第2の一定推移領域に遷移する当該複合領域では、図3に示すように、2回目では、アルミニウム部材の光沢度が1000以上急上昇する。そして、複合領域の終点であって、これを始点として略一定に推移する第2の一定推移領域では、アルミニウム部材の光沢度は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移する。 In addition, the electropolishing process and the etching process antagonize between the first constant transition region where the etching process is dominant and the second constant transition region where the electropolishing process is dominant. (The current density ranges from (4) 113 mA / cm 2 to (6) 189 mA / cm 2 ). In the composite region that transitions from the first constant transition region to the second constant transition region, as shown in FIG. 3, the glossiness of the aluminum member rapidly increases by 1000 or more in the second time. Then, in the second constant transition region that is the end point of the composite region and changes substantially constant starting from this, the glossiness of the aluminum member is substantially constant between 1500 and 2000 (the glossiness change is within 300). Transition.
また、図4に示されているように、2回目では、複合領域の終点(電流密度が(6)189mA/cm2)及びその付近の吸光度が0.1以下を示している。アルミニウム部材を自然酸化させたときの吸光度の数値としては、約0.03となることが知られており、アルミニウム部材の吸光度の数値が0.1以下等0.03に近づくことに基づいて、アルミニウム部材を電解研磨したときの酸化皮膜の膜厚が薄いものであると判別することができる。なお、図4に示す2回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(6)189mA/cm2の範囲において、吸光度が0.1以下を示しているが、(6)189mA/cm2未満では、図3の2回目に示すように、アルミニウム部材の光沢度が低くなる傾向がある。 Further, as shown in FIG. 4, at the second time, the end point of the composite region (current density is (6) 189 mA / cm 2 ) and the absorbance in the vicinity thereof are 0.1 or less. As the numerical value of the absorbance when the aluminum member is naturally oxidized, it is known to be about 0.03, and based on the fact that the numerical value of the absorbance of the aluminum member approaches 0.03 such as 0.1 or less, It can be determined that the thickness of the oxide film when the aluminum member is electropolished is thin. In the second time shown in FIG. 4, the extent current density from (1) 0 mA / cm 2 (without energization) of (6) 189mA / cm 2, but the absorbance indicates a 0.1 or less, (6 ) If it is less than 189 mA / cm 2 , the glossiness of the aluminum member tends to be low, as shown in the second time in FIG.
以上の2回目の実験結果を考慮すると、図3、4の結果から明らかなように、光沢度(8°グロス)が極めて高く(1500以上)、且つ、吸光度が0.1以下となり得る、酸化皮膜が薄いアルミニウム部材を電解研磨処理で得る場合には、アルミニウム部材の浸漬される電解研磨液の温度を80℃となるよう温度制御した状態において、電流密度が(6)189mA/cm2となるようにして電気的な制御を行うところ、換言すれば、第1の一定推移領域と第2の一定推移領域との間の複合領域の終点(終点付近)の電流密度により、アルミニウム部材の電解研磨処理を行うことが好適であるという結論に至った。 Considering the results of the second experiment described above, as is apparent from the results of FIGS. 3 and 4, the gloss (8 ° gloss) is extremely high (1500 or more) and the absorbance can be 0.1 or less. When an aluminum member having a thin film is obtained by electropolishing, the current density is (6) 189 mA / cm 2 in a state where the temperature of the electropolishing liquid in which the aluminum member is immersed is 80 ° C. In this way, the electrical control is performed, in other words, the electropolishing of the aluminum member by the current density at the end point (near the end point) of the composite region between the first constant transition region and the second constant transition region. It came to the conclusion that it is suitable to process.
(3回目)
図3に示されているように、3回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(4)113mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、0以上500以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第1の一定推移領域と定義し、また、電流密度が(7)226mA/cm2から(9)302mA/cm2の範囲では、光沢度(8°グロス)は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移することから、これについては、第2の一定推移領域と定義して以下に説明する。
(3rd)
As shown in FIG. 3, in the third, in the range current density from (1) 0mA / cm 2 (without energization) of (4) 113mA / cm 2, glossiness (8 ° gloss) is 0 Since it is substantially constant (change in glossiness is within 300) at 500 or less, this is defined as the first constant transition region, and the current density is from (7) 226 mA / cm 2 to (9 ) In the range of 302 mA / cm 2 , the glossiness (8 ° gloss) changes from 1500 to 2000 and is substantially constant (change in glossiness is within 300). And will be described below.
第1の一定推移領域では、電流密度が低いため、アルミニウム部材は、十分な電解研磨処理が行われず、電解研磨液に浸漬されたことに伴うエッチング処理が優勢することになる。他方、第2の一定推移領域では、電流密度が高いため、エッチング処理よりも電解研磨処理が優勢し、エッチング処理は行われずに、アルミニウム部材の電解研磨処理が十分に行われ、第1の一定推移領域よりも第2の一定推移領域のアルミニウム部材の光沢度は大きくなる。 In the first constant transition region, since the current density is low, the aluminum member is not subjected to sufficient electrolytic polishing treatment, and the etching treatment associated with being immersed in the electrolytic polishing liquid is dominant. On the other hand, in the second constant transition region, since the current density is high, the electropolishing process is dominant over the etching process, and the electropolishing process of the aluminum member is sufficiently performed without performing the etching process. The glossiness of the aluminum member in the second constant transition region is larger than that in the transition region.
また、エッチング処理が優勢の第1の一定推移領域と、電解研磨処理が優勢の第2の一定推移領域との間には、電解研磨処理とエッチング処理とが拮抗し、電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域(電流密度が(4)113mA/cm2から(7)226mA/cm2の範囲)がある。第1の一定推移領域から第2の一定推移領域に遷移する当該複合領域では、図3に示すように、3回目では、アルミニウム部材の光沢度が1000以上急上昇する。そして、複合領域の終点であって、これを始点として略一定に推移する第2の一定推移領域では、アルミニウム部材の光沢度は、1500以上2000以下で略一定(光沢度の変化が300以内)に推移する。 In addition, the electropolishing process and the etching process antagonize between the first constant transition region where the etching process is dominant and the second constant transition region where the electropolishing process is dominant. (The current density ranges from (4) 113 mA / cm 2 to (7) 226 mA / cm 2 ). In the composite region that transitions from the first constant transition region to the second constant transition region, as shown in FIG. 3, the glossiness of the aluminum member rapidly increases by 1000 or more at the third time. Then, in the second constant transition region that is the end point of the composite region and changes substantially constant starting from this, the glossiness of the aluminum member is substantially constant between 1500 and 2000 (the glossiness change is within 300). Transition.
また、図4に示されているように、3回目では、複合領域の終点(電流密度が(7)226mA/cm2)及びその付近の吸光度が0.1以下を示している。アルミニウム部材を自然酸化させたときの吸光度の数値としては、約0.03となることが知られており、アルミニウム部材の吸光度の数値が0.1以下等0.03に近づくことに基づいて、アルミニウム部材を電解研磨したときの酸化皮膜の膜厚が薄いものであると判別することができる。なお、図4に示す3回目では、電流密度が(1)0mA/cm2(通電なし)から(7)226mA/cm2の範囲において、吸光度が0.1以下を示しているが、(7)226mA/cm2未満では、図3の3回目に示すように、アルミニウム部材の光沢度が低くなる傾向がある。 In addition, as shown in FIG. 4, at the third time, the end point of the composite region (current density is (7) 226 mA / cm 2 ) and the absorbance in the vicinity thereof are 0.1 or less. As the numerical value of the absorbance when the aluminum member is naturally oxidized, it is known to be about 0.03, and based on the fact that the numerical value of the absorbance of the aluminum member approaches 0.03 such as 0.1 or less, It can be determined that the thickness of the oxide film when the aluminum member is electropolished is thin. In the third shown in FIG. 4, the extent current density from (1) 0 mA / cm 2 (without energization) of (7) 226mA / cm 2, but the absorbance indicates a 0.1 or less, (7 ) If it is less than 226 mA / cm 2 , the glossiness of the aluminum member tends to be low, as shown in the third time in FIG.
以上の3回目の実験結果を考慮すると、図3、4の結果から明らかなように、光沢度(8°グロス)が極めて高く(1500以上)、且つ、吸光度が0.1以下となり得る、酸化皮膜が薄いアルミニウム部材を電解研磨処理で得る場合には、アルミニウム部材の浸漬される電解研磨液の温度を80℃となるよう温度制御した状態において、電流密度が(7)226mA/cm2となるようにして電気的な制御を行うところ、換言すれば、第1の一定推移領域と第2の一定推移領域との間の複合領域の終点(終点付近)の電流密度により、アルミニウム部材の電解研磨処理を行うことが好適であるという結論に至った。 Considering the results of the third experiment described above, as is apparent from the results of FIGS. 3 and 4, the gloss (8 ° gloss) is extremely high (1500 or more) and the absorbance can be 0.1 or less. When an aluminum member having a thin film is obtained by electropolishing, the current density is (7) 226 mA / cm 2 in a state where the temperature of the electropolishing liquid in which the aluminum member is immersed is 80 ° C. In this way, the electrical control is performed, in other words, the electropolishing of the aluminum member by the current density at the end point (near the end point) of the composite region between the first constant transition region and the second constant transition region. It came to the conclusion that it is suitable to process.
また、図2に示すように、容器3に収容された電解研磨液2を入れ替えることなく、同じ電解研磨液にて複数個のアルミニウム部材の電解研磨を行った場合、その回数に応じて、アルミニウム部材の溶解濃度が増加するが、そのような場合には、アルミニウム部材を電解研磨処理するときの好適な条件が変化することが分かった。すなわち、光沢度(8°グロス)が極めて高く、且つ、酸化皮膜が薄いアルミニウム部材を電解研磨処理で得る場合には、電解研磨液2に対するアルミニウム部材の溶解濃度の増加に応じて、電流密度を増加しなければならないということが分かった。
In addition, as shown in FIG. 2, when electrolytic polishing of a plurality of aluminum members is performed with the same electrolytic polishing liquid without replacing the
以上のように本実施形態のアルミニウム部材の電解研磨方法によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材を容器3に収容された電解研磨液2に浸漬し、アルミニウム部材を陽極とし、電解研磨液2を収容する容器3又は容器内の電解研磨液2に浸漬された陰極板を陰極として、直流電流を通電することでアルミニウム部材の表面を溶解し平滑化するアルミニウム部材の電解研磨方法において、アルミニウム部材の電解研磨を行う際、電解研磨液2の温度は80℃であって、電流密度は、電解研磨液2に浸漬されたアルミニウム部材に対して電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域の終点、又はこの終点付近の数値により行うことにより、電解研磨液2に対するアルミニウム部材の溶解濃度に係りなく、アルミニウム部材の光沢度を高くすることができ且つ電解研磨によりアルミニウム部材の表面に形成される酸化皮膜を薄膜に形成することができる。また、本発明では、光沢度を1000以上(より詳しくは1500以上)にしつつ、酸化皮膜がアルミニウム部材を自然酸化(常温で酸化)させたときに形成される酸化皮膜の薄さに近くなるよう、吸光度の数値が0.03に近い、0.1以下になるよう形成することが可能であることから、電解研磨処理等されたアルミニウム部材の表面に形成される微細孔の深さを小さくすることが可能となり、それにより、たとえ真空雰囲気中であっても、アルミニウム部材表面の微細孔から電解研磨液等が放出されることを抑制することができる。よって、ひいてはアルミニウム部材の用途を各種分野にて拡大することが可能となりその価値は多大なものとなる。
As described above, according to the electrolytic polishing method for an aluminum member of the present embodiment, an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in the
1 電解研磨装置
2 電解研磨液
3 容器
4 被研磨体(アルミニウム部材)
5 加熱手段
6 陰極板
7 直流電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Heating means 6
Claims (3)
前記アルミニウム部材を陽極とし、前記電解研磨液を収容する容器又は容器内の電解研磨液に浸漬された陰極板を陰極として、直流電流を通電することで前記アルミニウム部材の表面を溶解し平滑化するアルミニウム部材の電解研磨方法において、
前記アルミニウム部材の電解研磨を行う際、
前記電解研磨液の温度は80℃であって、
電流密度は、前記電解研磨液に浸漬された前記アルミニウム部材に対して電解研磨処理及びエッチング処理のなされる複合領域の終点付近の数値により行うことを特徴とするアルミニウム部材の電解研磨方法。 An aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in an electropolishing liquid contained in a container,
Using the aluminum member as an anode and a cathode plate immersed in the electrolytic polishing liquid in the container or the electrolytic polishing liquid in the container as a cathode, the surface of the aluminum member is dissolved and smoothed by applying a direct current. In the electrolytic polishing method of an aluminum member,
When performing the electrolytic polishing of the aluminum member,
The temperature of the electropolishing liquid is 80 ° C.,
The method for electrolytic polishing an aluminum member, wherein the current density is determined by a numerical value near an end point of a composite region where the electrolytic polishing process and the etching process are performed on the aluminum member immersed in the electrolytic polishing liquid.
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KR20190042231A (en) | 2017-10-16 | 2019-04-24 | 한국생산기술연구원 | Plasma Electrolytic Polishing Method with Luster and Dimensional Stability |
KR20190098113A (en) | 2019-08-09 | 2019-08-21 | 한국생산기술연구원 | Plasma Electrolytic Polishing Method with Luster and Dimensional Stability |
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2014
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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中野 信男ほか: "純アルミニウムA1050のリン酸−硫酸系電解研磨における電解条件が表面構造と光沢度に及ぼす影響", 表面技術, vol. 65, no. 7, JPN6018016574, 1 July 2014 (2014-07-01), JP, pages 318 - 324 * |
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KR102104263B1 (en) | 2019-08-09 | 2020-04-27 | 한국생산기술연구원 | Plasma Electrolytic Polishing Method with Luster and Dimensional Stability |
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