JP2021070847A - アルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐酸性及び耐アルカリ性等、総合的な耐食性に優れるアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法の提供を目的とする。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、フッ化ニッケルを含有する２０〜３５℃の水溶液に浸漬する第１封孔処理工程と、酢酸ニッケルを含有する８０〜９３℃の水溶液に浸漬する第２封孔処理工程とを有することを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、アルミニウム又はその合金の表面処理方法に関し、特に陽極酸化処理により形成した陽極酸化皮膜の封孔処理方法に係る。
アルミニウム及びその合金（以下、単にアルミニウムと表現する。）は、軽金属の分類に属する。
アルミニウムの表面処理としては、防錆を目的に陽極酸化処理方法が採用されている。
陽極酸化処理方法は、水溶液等の溶液中にてアルミニウムにて製作された素材を一方の極にし、カーボンやステンレス等の金属を対極として電解処理する方法である。
電流としては、直流のみならず交流やパルス波も用いられるが、アルミニウム側が陽極となる際に皮膜が形成されるので、一般的には陽極酸化皮膜と称されている。
アルミニウムの表面処理としては、防錆を目的に陽極酸化処理方法が採用されている。
陽極酸化処理方法は、水溶液等の溶液中にてアルミニウムにて製作された素材を一方の極にし、カーボンやステンレス等の金属を対極として電解処理する方法である。
電流としては、直流のみならず交流やパルス波も用いられるが、アルミニウム側が陽極となる際に皮膜が形成されるので、一般的には陽極酸化皮膜と称されている。
陽極酸化皮膜には、孔を有していないバリア型皮膜と無数の微細な孔を有しているポーラス型皮膜（多孔質皮膜）の大きくは、２種類ある。
バリア型皮膜は緻密な構造をしているが、極薄い膜厚しか得られない。
これに対してポーラス型皮膜は、バリア層の上に多孔質の膜が成長するので、実用的な厚さまで成長させることができる。
このようにして得られた皮膜は、主成分が非晶質のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる複雑な構造をしている。
ポーラス型皮膜は、陽極酸化の際に電流が流れる孔として孔径が１０ｎｍ〜４０ｎｍの無機の微細孔を有している。
従って、陽極酸化処理したままの皮膜は、この無数の孔中に外部から液が浸入し、腐食する恐れがある。
これまでは、ポーラス型の陽極酸化皮膜を沸騰水や加熱水蒸気で処理することで、非晶質で複雑なアルミナ水和物（Ａｌ２Ｏ３，ｎＨ２Ｏ）を形成することで、皮膜が孔の中側に向けて膨張させる封孔処理が行われている。
このような処理は、陽極酸化皮膜のベーマイト化による封孔処理と称されている。
しかし、ベーマイト化が過度に進行すると表面が脆くなり、白色化現象が現れる技術的課題がある。
バリア型皮膜は緻密な構造をしているが、極薄い膜厚しか得られない。
これに対してポーラス型皮膜は、バリア層の上に多孔質の膜が成長するので、実用的な厚さまで成長させることができる。
このようにして得られた皮膜は、主成分が非晶質のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる複雑な構造をしている。
ポーラス型皮膜は、陽極酸化の際に電流が流れる孔として孔径が１０ｎｍ〜４０ｎｍの無機の微細孔を有している。
従って、陽極酸化処理したままの皮膜は、この無数の孔中に外部から液が浸入し、腐食する恐れがある。
これまでは、ポーラス型の陽極酸化皮膜を沸騰水や加熱水蒸気で処理することで、非晶質で複雑なアルミナ水和物（Ａｌ２Ｏ３，ｎＨ２Ｏ）を形成することで、皮膜が孔の中側に向けて膨張させる封孔処理が行われている。
このような処理は、陽極酸化皮膜のベーマイト化による封孔処理と称されている。
しかし、ベーマイト化が過度に進行すると表面が脆くなり、白色化現象が現れる技術的課題がある。
そこで、過度のベーマイト化が進行しないように、各種塩からなる封孔処理剤と組み合せて、複合的な封孔処理が行われることもある。
例えば、８０〜９５℃の高温の水に酢酸ニッケルの塩を添加する方法が採用される。
また、低温型の封孔処理としてフッ化ニッケルの塩も用いられている。
例えば、８０〜９５℃の高温の水に酢酸ニッケルの塩を添加する方法が採用される。
また、低温型の封孔処理としてフッ化ニッケルの塩も用いられている。
しかし、これらの封孔処理には、それぞれ次のような技術的課題がある。
高温水溶液による封孔処理剤は、陽極酸化皮膜の表面に水酸化ニッケル等の微小の粉からなるスマットが発生しやすい。
一方、低温水溶液によるフッ化ニッケル封孔は、皮膜に形成された孔は孔径が１０ｎｍ〜４０ｎｍと非常に微細であり、深さが膜厚に応じて３μｍ〜３０μｍと孔径に比較すると、非常に深いので孔の内部まで充分に浸透せず孔の極表面側にのみ含浸し、封孔処理が不充分となりやすい。
高温水溶液による封孔処理剤は、陽極酸化皮膜の表面に水酸化ニッケル等の微小の粉からなるスマットが発生しやすい。
一方、低温水溶液によるフッ化ニッケル封孔は、皮膜に形成された孔は孔径が１０ｎｍ〜４０ｎｍと非常に微細であり、深さが膜厚に応じて３μｍ〜３０μｍと孔径に比較すると、非常に深いので孔の内部まで充分に浸透せず孔の極表面側にのみ含浸し、封孔処理が不充分となりやすい。
特許文献１には、封孔処理と約１５０℃〜約３００℃の加熱処理を組み合せることで、結晶化する封孔処理技術を開示する。
しかし、陽極酸化皮膜の主成分はアルミナの無機化合物であるのに対して、母材は金属のアルミニウムであるため、熱膨張率に大きな差があることから、上記のように１５０℃以上の高温で加熱処理すると耐摩耗性は向上するものの、表面に微小なクラックが多数発生し、その部分が腐食基点となることによる耐食性が悪化してしまう技術的課題がある。
しかし、陽極酸化皮膜の主成分はアルミナの無機化合物であるのに対して、母材は金属のアルミニウムであるため、熱膨張率に大きな差があることから、上記のように１５０℃以上の高温で加熱処理すると耐摩耗性は向上するものの、表面に微小なクラックが多数発生し、その部分が腐食基点となることによる耐食性が悪化してしまう技術的課題がある。
本発明は、耐酸性及び耐アルカリ性等、総合的な耐食性に優れるアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法の提供を目的とする。
本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金（以下、必要に応じて単にアルミニウムと表現する。）の表面処理方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、フッ化ニッケルを含有する２０〜３５℃の水溶液に浸漬する第１封孔処理工程と、酢酸ニッケルを含有する８０〜９３℃の水溶液に浸漬する第２封孔処理工程とを有することを特徴とする。
これまで、フッ化ニッケルを含有する低温封孔剤と、酢酸ニッケルを含有する高温封孔剤とは、その作用，効果が大きく違うこと、及びこの低温封孔剤と高温封孔剤とにおいて、どちらか一方の封孔剤が他方に混入すると沈殿物が生じることから、これらの工程を組み合せる技術的思想は存在しなかった。
ところが、本発明者らの研究によれば、上記第１封孔処理工程後に充分に洗浄し、フッ化ニッケル含有封孔剤の持ち込み濃度が１〜１０ｐｐｍ以下になるように水洗工程を設けることで、低温封孔処理工程と高温封孔処理工程とを組み合せることが可能になり、それらの相乗効果により単に組み合せではない優れた作用，効果が得られた。
ところが、本発明者らの研究によれば、上記第１封孔処理工程後に充分に洗浄し、フッ化ニッケル含有封孔剤の持ち込み濃度が１〜１０ｐｐｍ以下になるように水洗工程を設けることで、低温封孔処理工程と高温封孔処理工程とを組み合せることが可能になり、それらの相乗効果により単に組み合せではない優れた作用，効果が得られた。
本発明において、陽極酸化皮膜は膜厚が３μｍ〜３０μｍの範囲で孔径１０ｎｍ〜４０ｎｍの微細な孔を有する多孔質皮膜であるのが好ましい。
また、フッ化ニッケルを含有する水溶液はフッ化ニッケルの濃度が２〜１０ｇ／ｌの範囲であるのが好ましく、酢酸ニッケルを含有する水溶液は酢酸ニッケルの濃度が２〜１５ｇ／ｌの範囲であるのが好ましい。
また、フッ化ニッケルを含有する水溶液はフッ化ニッケルの濃度が２〜１０ｇ／ｌの範囲であるのが好ましく、酢酸ニッケルを含有する水溶液は酢酸ニッケルの濃度が２〜１５ｇ／ｌの範囲であるのが好ましい。
本発明にて、陽極酸化皮膜は染色又は電解着色により着色されたものであってもよい。
本発明に係る表面処理方法にて得られた製品は、表面に水滴を滴下した際に接触角が９０°以下である。
ここで、酢酸ニッケルを含有する水溶液に浸漬する工程の後に酸化チタンを含漬させる工程を有すると、さらに接触角が小さくなる。
ここで、酢酸ニッケルを含有する水溶液に浸漬する工程の後に酸化チタンを含漬させる工程を有すると、さらに接触角が小さくなる。
本発明に係るアルミニウム表面処理方法にあっては、耐酸性にも耐アルカリ性にも優れる。
６０００系のアルミニウム合金の押出材を用いてサンプルを試作し、耐酸性と耐アルカリ性を評価したので、以下説明する。
評価方法は、次の通りである。
＜耐酸性試験＞
ｐＨ４．０に調整したＨ２ＳＯ４の水溶液を８０℃に加熱した試験サンプルの表面に一滴を滴下し、そのまま乾燥するまで放置する。
乾燥したら、再度一滴を滴下する。
この操作を１５０回繰り返しても表面が白色に変色しなかった場合を、耐酸性の品質合格と判定した。
＜耐アルカリ性試験＞
試験片を１／１０Ｎ，ＮａＯＨ水溶液（２０℃）に１０分間浸漬後に洗浄及び乾燥する。
光沢計（ＨＯＲＩＢＡ製グロスチェッカー ＩＧ−４１０）にて試験前後を比較し、試験後の測定結果が試験前の光沢度８０％以上を確保していれば、耐アルカリ性の品質合格とした。
＜耐酸性試験＞
ｐＨ４．０に調整したＨ２ＳＯ４の水溶液を８０℃に加熱した試験サンプルの表面に一滴を滴下し、そのまま乾燥するまで放置する。
乾燥したら、再度一滴を滴下する。
この操作を１５０回繰り返しても表面が白色に変色しなかった場合を、耐酸性の品質合格と判定した。
＜耐アルカリ性試験＞
試験片を１／１０Ｎ，ＮａＯＨ水溶液（２０℃）に１０分間浸漬後に洗浄及び乾燥する。
光沢計（ＨＯＲＩＢＡ製グロスチェッカー ＩＧ−４１０）にて試験前後を比較し、試験後の測定結果が試験前の光沢度８０％以上を確保していれば、耐アルカリ性の品質合格とした。
アルミニウムの板材からなる試験片を１５０〜２００ｇ／ｌの硫酸水溶液（２０℃）を電解液として、電流密度１〜２Ａ／ｄｍ２にて陽極酸化を行い、約１０μｍの膜厚の陽極酸化皮膜を得た。
その後に、常法に従い、水洗を行ない、以下の封孔処理を行った。
＜実施例＞
上記陽極酸化皮膜を形成した試験片をフッ化ニッケル３〜８ｇ／ｌ含有する水溶液，液温２０〜３５℃，１８〜２５分間浸漬した。
次に、水洗液中の低温封剤濃度が１０ｐｐｍ以下になるように充分に水洗を行い、次に酢酸ニッケル３〜７ｇ／ｌ含有する８０〜９３℃の高温水溶液に１８〜２５分間浸漬し、水洗後に乾燥した。
表面に水滴を滴下したところ、接触角が９０°以下であることが確認できた。
また、比較例として、低温封孔処理又は高温封孔処理を単独に行ったものを比較した。
その処理条件及び評価結果を図１の表に示す。
図１の表中、上記耐酸性試験，耐アルカリ性試験を合格したものを評価「○」とし、品質目標未達のものを「×」とした。
この結果から、低温封孔処理後に充分に水洗することで高温封孔処理を組み込むことができ、耐酸性と耐アルカリ性の両立を図ることができる。
その後に、常法に従い、水洗を行ない、以下の封孔処理を行った。
＜実施例＞
上記陽極酸化皮膜を形成した試験片をフッ化ニッケル３〜８ｇ／ｌ含有する水溶液，液温２０〜３５℃，１８〜２５分間浸漬した。
次に、水洗液中の低温封剤濃度が１０ｐｐｍ以下になるように充分に水洗を行い、次に酢酸ニッケル３〜７ｇ／ｌ含有する８０〜９３℃の高温水溶液に１８〜２５分間浸漬し、水洗後に乾燥した。
表面に水滴を滴下したところ、接触角が９０°以下であることが確認できた。
また、比較例として、低温封孔処理又は高温封孔処理を単独に行ったものを比較した。
その処理条件及び評価結果を図１の表に示す。
図１の表中、上記耐酸性試験，耐アルカリ性試験を合格したものを評価「○」とし、品質目標未達のものを「×」とした。
この結果から、低温封孔処理後に充分に水洗することで高温封孔処理を組み込むことができ、耐酸性と耐アルカリ性の両立を図ることができる。
Claims (7)
- アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、
フッ化ニッケルを含有する２０〜３５℃の水溶液に浸漬する第１封孔処理工程と、
酢酸ニッケルを含有する８０〜９３℃の水溶液に浸漬する第２封孔処理工程とを有することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。 - 前記陽極酸化皮膜は膜厚が３μｍ〜３０μｍの範囲で孔径１０ｎｍ〜４０ｎｍの微細な孔を有する多孔質皮膜であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
- 前記フッ化ニッケルを含有する水溶液はフッ化ニッケルの濃度が２〜１０ｇ／ｌの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
- 前記酢酸ニッケルを含有する水溶液は酢酸ニッケルの濃度が２〜１５ｇ／ｌの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
- 前記陽極酸化皮膜は染色又は電解着色により着色されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
- 前記酢酸ニッケルを含有する水溶液に浸漬する工程の後に酸化チタンを含漬させる工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
- 表面に水滴を滴下した際に接触角が９０°以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法。
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| JP2019197810A JP2021070847A (ja) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | アルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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