JP3541190B2 - 非クロム化成被覆を形成するための方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金から形成された部品に、化合物、非クロム化成被覆を形成するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クロム酸塩の化成被覆は、アルミ合金から作られる部品ないしパーツを腐食から保護するために使用されている。これらの被覆は、部品のアルミニウム表面に６価のクロム酸塩を含む溶液で処理することで形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
６価のクロム酸塩は、国際ガン研究機関（IARC）のグループ１、つまり人体への発ガン性物質であることが証明されている。
【０００４】
従って、本発明の目的は、アルミニウム合金の部品に使用される化合物、非クロム化成被覆を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、アルミニウム合金から形成された部品上に非クロム被覆を付着ないし沈着するための方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、化合物である、非クロム化成被覆は、部品をアノード抑制剤（anodic inhibitor）を含む溶液に浸漬し、次いで、部品をカソード腐食抑制剤（cathodic corrosion inhibiitor）内に浸漬することにより、アルミニウム合金から形成された部品に施される。アノード抑制剤は、酸性の、還元条件下で沈殿し、理想的には、原子価がは還元された状態に変化する。本発明の被覆を形成するために使用されるアノード抑制剤の例は、タングステン酸塩、過マンガン酸塩、バナジウム酸塩、およびモリブデン酸塩などの化学種およびこれらの混合物を含んでいる。カソード抑制剤はアルカリ還元雰囲気下で沈殿し、また理想的には原子価の状態が変化する。カソード抑制剤の例は、コバルト、セリウム、プラセオジムのような他のランタニド元素（ランタノイド元素）、およびこれらの混合物を含んでいる。
【０００７】
本発明の一つの実施形態において、カソード腐食抑制剤は、純水（脱イオン水）内に約１０ｇ／Ｌから約３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩を有してなり、またアノード抑制剤溶液は、水酸化アンモニウム内に１０ｇ／Ｌの タングステン酸を有してなる。
【０００８】
本発明による非クロム化成被覆は、約０．９６μｍから約１．５１μｍの範囲の厚さを有するＣｅ２（ＷＯ４）３を有してなる。
【０００９】
本発明の化合物、非ロム化成被覆、およびこれに関連する特定および以下の詳細な説明になされている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、マグネシウム１．０wt.％、銅０．２５wt.％、ケイ素０．６wt.％、クロム０．２５wt.％を必須的に有し、残部はアルミニウムおよび不可避の不純物から構成されるアルミニウム合金６０６１のようなアルミニウム合金から形成された部品に、浸漬工程（浸漬プロセス）を通して、アノードおよびカソード腐食抑制化合物（cathodic corrosion inhibiitng compound）を順次的に付着することに基づく化成被覆に関するものである。本発明の工程により達成される被覆重量は、クロム酸塩化成被覆工程により達成されるものに匹敵することが知得されている。この被覆重量は約４００から８００ｍｇ／ｓｑ．ｆｔ．である。
【００１１】
本発明の被覆を施す前に、被覆されるべきアルミニウム合金の表面は、２００から４００のグリットペーパー（grit paper）を使用して研摩される。研摩の後、被覆すべき表面は洗浄剤（温和な洗浄剤)により洗浄され、またタップウォータ（tap water）、純水（脱イオン水）、およびエタノールで順次濯ぎ洗い、つまり洗い落としされる。
【００１２】
部品が研摩され清浄化され、また洗浄および濯ぎ洗いされた後、まず最初に室温で撹拌なしで、アノード抑制剤化学種（anodic inhibitor species）を含む溶液内に浸漬される。アノード抑制剤化学種は、タングステン酸塩、過マンガン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、およびこれらの混合物からなるグループから選択される。好適に使用される溶液は、水酸化アンモニウム中に約１０ｇ／Ｌから約２０ｇ／Ｌのタングステン酸を含み、約１１から１２の範囲のｐＨを有する。例えば、使用可能ないし有用な溶液は、水酸化アンモニウム中に１０ｇ／Ｌタングステン酸を含み、またｐＨが１１．８２のものである。アルミニウム合金の部品は、好ましくは、アノード抑制剤を含む溶液内に、約３分から１５分の範囲の時間の間、浸漬される。他の有用な溶液は、アノード抑制剤を約１．０から約１００ｇ／Ｌの範囲内で含む溶液である。
【００１３】
アノード抑制剤化学種を含む溶液内での浸漬に次いで、アルミニウム合金の部品はカソード腐食抑制剤化学種を含む溶液内に浸漬される。ここで、この部品は室温で撹拌なしで浸漬される。好適な溶液は、コバルト、セリウム、プラセオジムのような他のランタニド元素、およびこれらの混合物を含むものである。純水（脱イオン水）中に約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌ、好ましくは約１０ｇ／Ｌから約３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩を含み、約３．５から約３．６の範囲のｐＨを有する溶液が使用される。アルミニウム合金の部品はカソード抑制剤溶液内に、約３分から約１５分の範囲の時間だけ浸漬される。他のカソード腐食化学種を含む他の溶液も同様に、約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌのカソード腐食化学種を有し、またこれらの使用した浸漬時間も上記と同様である。
【００１４】
本発明によって処理されたアルミニウム合金６０６１部品は、未処理のアルミニウム合金６０６１に対して、バリア特性（barrier property）および自然腐食率（spontaneous corrosion rate）が１０ｘ、つまり１０倍以上改善されたことが知得された。
【００１５】
本発明の方法を例証するため、以下のような実施例を行った。
【００１６】
（実施例）
３つの溶液を使用して、６０６１アルミニウム試験材に化成被覆を行った。これら溶液は以下の通りである。
溶液＃１：純水（脱イオン水）中に１０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩、ｐＨ＝３．６０
溶液＃２：純水（脱イオン水）中に３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩、ｐＨ＝３．５
溶液＃３：水酸化アンモニウム中に１０ｇ／Ｌのタングステン酸、ｐＨ＝１１．８２
【００１７】
各試験材は、２２０および４００のグリットペーパーを使用して研摩され、温和な洗浄剤で洗浄され、またタップウォーター、純水（脱イオン水）、およびエタノールで濯ぎ洗いされた。これら試験材は全て、室温で撹拌なしで、３つの方法を使用して浸漬処理された。各方法は以下の表に説明されている。
【００１８】
【表１】
方法 ＃１ ＃２ ＃３
１回目の浸漬： １回目の浸漬： １回目の浸漬：
溶液＃３（３分） 溶液＃３（15分） 溶液＃２（３分）
２回目の浸漬： ２回目の浸漬： ２回目の浸漬：
溶液＃１（３分） 溶液＃１（15分） 溶液＃３（３分）
Ceのピーク高さ １０３カウント ８２カウント １３７カウント
Ceの範囲 ９２mg/ft２ ７３mg/ft２ １２２mg/ft２
Ｗのピーク高さ １９２カウント １７４カウント ２６２カウント
Ｗの範囲 ２３２mg/ft２ ２１１mg/ft２ ３１７mg/ft２
Ce２（WO４）３の厚さ １．１２μｍ ０．９６μｍ １．５１μｍ
【００１９】
アルミニウム合金の部品を確認し、また被覆重量を評価なし見積もりするためにＸ線蛍光分光計を使用した。この方法によって決定される典型的な被覆組成は上記に列挙した。
【００２０】
化成被覆の質ないし特性が電気化学的インピーダンス分光法（electrochemical impedance spectroscopy）により評価された。上記に示した被覆のインピーダンススペクトルにより、被覆は腐食防止を提供することが確認され、また最初にアノード抑制剤化学種（タングステン酸塩）で、また次いでカソード抑制剤化学種（セリウム）で処理することで最良の結果が得られた。必要ならば、しかしながら、アルミニウム合金の部品がカソード抑制剤化学種を含む溶液中に浸漬され、次いでアノード抑制剤化学種を含む溶液中に浸漬する方法とすることもできる。
【００２１】
本発明の一実施例によって形成された被覆は、約０．９６μｍから約１．５１μｍの範囲の厚さを有するＣｅ２（ＷＯ４）３から構成される。
【００２２】
以上、本発明によれば、上記した目的、手段、および特長を全て満足する、化合物、非クロム化成被覆を提供できることが明らかである。また、以上では本発明を特定の実施形態の内容で説明したが、他の代替え、変更、および変形などは当業者には自明である。よって、本発明は、添付した特許請求の範囲の広義の範囲内であるこれらの代替え、変更および変形も包含することを意図している。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金から形成された部品に、化合物、非クロム化成被覆を形成するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クロム酸塩の化成被覆は、アルミ合金から作られる部品ないしパーツを腐食から保護するために使用されている。これらの被覆は、部品のアルミニウム表面に６価のクロム酸塩を含む溶液で処理することで形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
６価のクロム酸塩は、国際ガン研究機関（IARC）のグループ１、つまり人体への発ガン性物質であることが証明されている。
【０００４】
従って、本発明の目的は、アルミニウム合金の部品に使用される化合物、非クロム化成被覆を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、アルミニウム合金から形成された部品上に非クロム被覆を付着ないし沈着するための方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、化合物である、非クロム化成被覆は、部品をアノード抑制剤（anodic inhibitor）を含む溶液に浸漬し、次いで、部品をカソード腐食抑制剤（cathodic corrosion inhibiitor）内に浸漬することにより、アルミニウム合金から形成された部品に施される。アノード抑制剤は、酸性の、還元条件下で沈殿し、理想的には、原子価がは還元された状態に変化する。本発明の被覆を形成するために使用されるアノード抑制剤の例は、タングステン酸塩、過マンガン酸塩、バナジウム酸塩、およびモリブデン酸塩などの化学種およびこれらの混合物を含んでいる。カソード抑制剤はアルカリ還元雰囲気下で沈殿し、また理想的には原子価の状態が変化する。カソード抑制剤の例は、コバルト、セリウム、プラセオジムのような他のランタニド元素（ランタノイド元素）、およびこれらの混合物を含んでいる。
【０００７】
本発明の一つの実施形態において、カソード腐食抑制剤は、純水（脱イオン水）内に約１０ｇ／Ｌから約３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩を有してなり、またアノード抑制剤溶液は、水酸化アンモニウム内に１０ｇ／Ｌの タングステン酸を有してなる。
【０００８】
本発明による非クロム化成被覆は、約０．９６μｍから約１．５１μｍの範囲の厚さを有するＣｅ２（ＷＯ４）３を有してなる。
【０００９】
本発明の化合物、非ロム化成被覆、およびこれに関連する特定および以下の詳細な説明になされている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、マグネシウム１．０wt.％、銅０．２５wt.％、ケイ素０．６wt.％、クロム０．２５wt.％を必須的に有し、残部はアルミニウムおよび不可避の不純物から構成されるアルミニウム合金６０６１のようなアルミニウム合金から形成された部品に、浸漬工程（浸漬プロセス）を通して、アノードおよびカソード腐食抑制化合物（cathodic corrosion inhibiitng compound）を順次的に付着することに基づく化成被覆に関するものである。本発明の工程により達成される被覆重量は、クロム酸塩化成被覆工程により達成されるものに匹敵することが知得されている。この被覆重量は約４００から８００ｍｇ／ｓｑ．ｆｔ．である。
【００１１】
本発明の被覆を施す前に、被覆されるべきアルミニウム合金の表面は、２００から４００のグリットペーパー（grit paper）を使用して研摩される。研摩の後、被覆すべき表面は洗浄剤（温和な洗浄剤)により洗浄され、またタップウォータ（tap water）、純水（脱イオン水）、およびエタノールで順次濯ぎ洗い、つまり洗い落としされる。
【００１２】
部品が研摩され清浄化され、また洗浄および濯ぎ洗いされた後、まず最初に室温で撹拌なしで、アノード抑制剤化学種（anodic inhibitor species）を含む溶液内に浸漬される。アノード抑制剤化学種は、タングステン酸塩、過マンガン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、およびこれらの混合物からなるグループから選択される。好適に使用される溶液は、水酸化アンモニウム中に約１０ｇ／Ｌから約２０ｇ／Ｌのタングステン酸を含み、約１１から１２の範囲のｐＨを有する。例えば、使用可能ないし有用な溶液は、水酸化アンモニウム中に１０ｇ／Ｌタングステン酸を含み、またｐＨが１１．８２のものである。アルミニウム合金の部品は、好ましくは、アノード抑制剤を含む溶液内に、約３分から１５分の範囲の時間の間、浸漬される。他の有用な溶液は、アノード抑制剤を約１．０から約１００ｇ／Ｌの範囲内で含む溶液である。
【００１３】
アノード抑制剤化学種を含む溶液内での浸漬に次いで、アルミニウム合金の部品はカソード腐食抑制剤化学種を含む溶液内に浸漬される。ここで、この部品は室温で撹拌なしで浸漬される。好適な溶液は、コバルト、セリウム、プラセオジムのような他のランタニド元素、およびこれらの混合物を含むものである。純水（脱イオン水）中に約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌ、好ましくは約１０ｇ／Ｌから約３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩を含み、約３．５から約３．６の範囲のｐＨを有する溶液が使用される。アルミニウム合金の部品はカソード抑制剤溶液内に、約３分から約１５分の範囲の時間だけ浸漬される。他のカソード腐食化学種を含む他の溶液も同様に、約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌのカソード腐食化学種を有し、またこれらの使用した浸漬時間も上記と同様である。
【００１４】
本発明によって処理されたアルミニウム合金６０６１部品は、未処理のアルミニウム合金６０６１に対して、バリア特性（barrier property）および自然腐食率（spontaneous corrosion rate）が１０ｘ、つまり１０倍以上改善されたことが知得された。
【００１５】
本発明の方法を例証するため、以下のような実施例を行った。
【００１６】
（実施例）
３つの溶液を使用して、６０６１アルミニウム試験材に化成被覆を行った。これら溶液は以下の通りである。
溶液＃１：純水（脱イオン水）中に１０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩、ｐＨ＝３．６０
溶液＃２：純水（脱イオン水）中に３０ｇ／Ｌのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩、ｐＨ＝３．５
溶液＃３：水酸化アンモニウム中に１０ｇ／Ｌのタングステン酸、ｐＨ＝１１．８２
【００１７】
各試験材は、２２０および４００のグリットペーパーを使用して研摩され、温和な洗浄剤で洗浄され、またタップウォーター、純水（脱イオン水）、およびエタノールで濯ぎ洗いされた。これら試験材は全て、室温で撹拌なしで、３つの方法を使用して浸漬処理された。各方法は以下の表に説明されている。
【００１８】
【表１】
方法 ＃１ ＃２ ＃３
１回目の浸漬： １回目の浸漬： １回目の浸漬：
溶液＃３（３分） 溶液＃３（15分） 溶液＃２（３分）
２回目の浸漬： ２回目の浸漬： ２回目の浸漬：
溶液＃１（３分） 溶液＃１（15分） 溶液＃３（３分）
Ceのピーク高さ １０３カウント ８２カウント １３７カウント
Ceの範囲 ９２mg/ft２ ７３mg/ft２ １２２mg/ft２
Ｗのピーク高さ １９２カウント １７４カウント ２６２カウント
Ｗの範囲 ２３２mg/ft２ ２１１mg/ft２ ３１７mg/ft２
Ce２（WO４）３の厚さ １．１２μｍ ０．９６μｍ １．５１μｍ
【００１９】
アルミニウム合金の部品を確認し、また被覆重量を評価なし見積もりするためにＸ線蛍光分光計を使用した。この方法によって決定される典型的な被覆組成は上記に列挙した。
【００２０】
化成被覆の質ないし特性が電気化学的インピーダンス分光法（electrochemical impedance spectroscopy）により評価された。上記に示した被覆のインピーダンススペクトルにより、被覆は腐食防止を提供することが確認され、また最初にアノード抑制剤化学種（タングステン酸塩）で、また次いでカソード抑制剤化学種（セリウム）で処理することで最良の結果が得られた。必要ならば、しかしながら、アルミニウム合金の部品がカソード抑制剤化学種を含む溶液中に浸漬され、次いでアノード抑制剤化学種を含む溶液中に浸漬する方法とすることもできる。
【００２１】
本発明の一実施例によって形成された被覆は、約０．９６μｍから約１．５１μｍの範囲の厚さを有するＣｅ２（ＷＯ４）３から構成される。
【００２２】
以上、本発明によれば、上記した目的、手段、および特長を全て満足する、化合物、非クロム化成被覆を提供できることが明らかである。また、以上では本発明を特定の実施形態の内容で説明したが、他の代替え、変更、および変形などは当業者には自明である。よって、本発明は、添付した特許請求の範囲の広義の範囲内であるこれらの代替え、変更および変形も包含することを意図している。
Claims (9)
- アルミニウム合金の部品に非クロム化成被覆を形成するための方法であって、
過マンガン酸塩からなるアノード抑制剤化学種を含む第１の溶液を用意するステップ、
コバルトからなるカソード腐食抑制剤化学種を含む第２の溶液を用意するステップ、および
前記アルミニウム合金の部品を、前記第１および第２の溶液の第１のものに浸漬し、その後、前記第１の溶液と第２の溶液の第２のものに浸漬するステップであって、前記第１および第２の溶液が室温に維持されるステップを有してなる、ことを特徴とする方法。 - 前記第１の溶液を用意するステップが、過マンガン酸塩からなるアノード抑制剤化学種を、約１０ｇ／Ｌから約２０ｇ／Ｌの範囲の濃度で含む溶液を用意することを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第２の溶液を用意するステップが、コバルトからなるカソード腐食抑制剤化学種を、約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌの範囲の濃度で含む溶液を用意することを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記浸漬するステップが、前記アルミニウム合金の部品を前記第１の溶液に浸漬し、その後、前記第２の溶液に浸漬することを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記浸漬するステップが、前記アルミニウム合金の部品を前記第２の溶液に浸漬し、その後、前記第１の溶液に浸漬することを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- アルミニウム合金の部品に非クロム化成被覆を形成するための方法であって、
アノード抑制剤化学種を含む第１の溶液を用意するステップ、
カソード腐食抑制剤化学種を含む第２の溶液を用意するステップ、および
前記アルミニウム合金の部品を、前記第１および第２の溶液の第１のものに浸漬し、その後、前記第１の溶液と第２の溶液の第２のものに浸漬するステップを有してなり、
前記第２の溶液を用意するステップが、コバルト、セリウム、その他のランタニド元素、およびこれらの混合物からなるグループから選択されたカソード腐食抑制剤化学種を約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌの範囲の濃度で含む溶液を用意することを有してなり、および、前記第１の溶液を用意するステップが、約１１から１２の範囲のｐＨを有し、また水酸化アンモニウム中にタングステン酸を約１０ｇ／Ｌから約２０ｇ／Ｌの範囲の濃度で含む溶液を用意することを有してなり、および、前記アルミニウム合金の部品が前記第１の溶液に約３分から約１５分の範囲内の時間だけ浸漬される、ことを特徴とする方法。 - アルミニウム合金の部品に非クロム化成被覆を形成するための方法であって、
タングステン酸塩、過マンガン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、およびこれらの混合物からなるグループから選択されたアノード抑制剤化学種を含む第１の溶液を用意するステップ、
コバルト、セリウム、その他のランタニド元素、およびこれらの混合物からなるグループから選択されたカソード腐食抑制剤化学種を含む第２の溶液を用意するステップ、および
前記アルミニウム合金の部品を、前記第１および第２の溶液の第１のものに浸漬し、その後、前記第１の溶液と第２の溶液の第２のものに浸漬するステップであって、前記第１および第２の溶液が室温に維持されるステップを有してなり、
前記第２の溶液を用意するステップが、約３．５から約３．６の範囲のｐＨを有し、また純水中にセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩を約１０ｇ／Ｌから約５０ｇ／Ｌで含む溶液を用意することを有してなり、および、前記アルミニウム合金の部品が前記第２の溶液に約３分から約１５分の範囲内の時間で浸漬される、ことを特徴とする方法。 - 前記第１および第２の溶液の前記第１のものに前記アルミニウム合金の部品を浸漬する前に、被覆される前記アルミニウム合金の部品の少なくとも１つの表面を研摩処理し、前記少なくとも１つの表面を洗浄剤で洗浄し、および前記少なくとも１つの表面を濯ぎ洗いすることをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記濯ぎ洗いするステップが、前記少なくとも１つの表面を、タップウォータ、純水およびエタノールで順次濯ぎ洗いすることを有してなる、ことを特徴とする請求項８記載の方法。
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