JP3870698B2 - Aluminum wheel for vehicles surface-treated in the same way as the surface treatment method for light metal castings - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、軽金属材料を用いた鋳物製品の表面処理方法に関し、殊に、アルミニウム製又はアルミ合金製の車両用ホイールを含めたダイカスト鋳造による軽金属鋳造製品、それも主としてアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、アルミ素材という）の溶湯を金型キャビティに充填し、射出プランジャで、メタル圧換算（そのプランジャ先端から溶湯の受圧面に加えられる加圧力）にして約５００ｋｇｆ／ｃｍ２から１１００ｋｇｆ／ｃｍ２（≒５０メガパスカル〜１１０メガパスカル）程度の高い加圧力を印加して射出成形を行い、かつ所望に応じて金型に設置した加圧ピン（スクイズピン）によって溶湯の凝固過程に特定の溶湯部位に押湯圧力を加圧、付与する鋳造方法（以下、これを高圧鋳造方法と言う）で軽金属鋳造製品の意匠面（鋳肌面）の全面又は選定した面部分に、金属光沢と意匠性に優れた光輝面を形成するために好適な高圧鋳造軽金属製品の表面処理方法および同方法に従って表面処理された軽金属製品に関する。
従来技術
軽金属材料、特にアルミ素材の鋳物製品、例えば、アルミホイールは、強度の高い部品であると同時に、光沢や意匠性を要求される商品である。特に最近の傾向としては、車両用ホイールの場合、意匠面に金属光沢を有するアルミ素材を好むユーザが多くなってきている。他方、アルミ素材の鋳物造品は、一般的に上述した高圧鋳造法による加圧力よりも低い圧力領域を利用した中圧または低圧鋳造法（低圧鋳造では約０．０１メガパスカル〜０．０５０メガパスカル）により鋳造されることが多く、故にピンホールが多くあり、かつ大きなピンホールも存在し、この大きなピンホールは深い凹部を形成している。このような鋳造アルミホイールに対して表面処理を施して光輝表面を得る表面処理方法は種々検討され、現在、大きく分けて次の３つの方法が採用されている。
（ａ）鋳造アルミホイールの意匠面を形成する鋳肌面をバフ研磨する方法、もしくはバフ研磨した後にクリア塗装する方法。
（ｂ）鋳造アルミホイールの意匠面を成す鋳肌面を研磨して、湿式のニッケルメッキ及びクロムメッキを施す方法。
（ｃ）鋳造アルミホイールの意匠面を成す鋳肌面に樹脂塗装層を形成した上に乾式メッキ層を付けて、その表面にクリア塗装する方法。
上述の方法において、（ａ）の方法の場合、鋳肌凹部のバフ研磨が難しい点に問題がある。このため、例えば、意匠面に小さな開口部が残り、特にバフ研磨を施しづらいデザインのホイールでは、期待した程十分な光輝性も得られない場合がある。
また、（ｂ）の方法によると、大きなピンホールを有する場合には、機械研削による研磨を行っても機械加工されなかったあるいは機械加工が不十分であった表面に対してはクロームメッキの付着が弱く、これらの部分では、メッキ層の剥離や腐食が生じ易くなる。この点を改善すべく現在の一般的なメッキ処理例では特開平６−２９３９７４号公報や特開平６−２９３９９９３号公報のように、鋳造したアルミホイールの意匠面にクロム酸クロメート処理やショットブラスト処理を施してアルミホイールの鋳造によるピンホールを閉じることにより、クロームメッキが可能な表面を得る方法が多々取られる。しかし、この場合は、ホイールのリサイクルが困難になる。すなわち、リサイクル業者にメッキ処理したホイールのリサイクルを委託した場合、アルミ合金からクロム、ニッケルを分離するのに多大なコストがかかる。また、工場内でアルミホイールを再溶解する場合も、表面にメッキした多量のニッケルおよびクロムが不純物としてアルミ合金に入る。このため、メッキを施したホイール製品だけを単独で溶解することができない。そこで、インゴット（インゴットの場合、ニッケルやクロム量は規格内に収まっている）と一緒に溶解することとなる。このため、一時に多量のリサイクルを行うことは不可能であるという問題が発生する。
以上の理由から、（ｃ）の方法が開発され、近年、商品化されている。（ｃ）の方法に関する公知技術としては、まず、特公平６−７３９３７号公報を挙げることができる。この技術では、次の要領で表面処理を施している。
（１）金属材表面をショットブラストした後、表面に粉体塗装して下地処理を施す。
（２）粉体塗装の上に中間層としてクリアのアンダーコートを付ける。
（３）アンダーコート上にクロムをスパッタリングする。
（４）スパッタリング膜の上に、さらにクリアのトップコートを施す。
このような方法では、上記の（ａ）、（ｂ）の方法の場合に必要不可欠であった研磨工程を実施しなくても光輝表面を得ることができる点で優れている。
しかし、一方で、意匠性に優れた金属光沢を有するデザイン表面を得るためには、ショットブラスト加工面の表面粗さを予め粉体塗装で平滑化しなければならない。ショットブラスト加工を施すと、少なくとも数１０μｍサイズの凹凸が、素材表面に形成される。このため、厚み１００μｍ以上の粉体塗装を付けなければ、凹凸の平滑化はできない。特に、表面の光沢が重要で、粉体塗装後、表面に全く凹凸のないようにするためには、１５０μｍ以上の膜厚が必要となる。
次に、特開平６−２２７２０１号公報に開示された表面処理方法では、鋳造により得られたアルミホイールの意匠面に下地塗装を施した後、その上にアルミニウムのスパッタリングを施し、さらにその表面をクリア塗装で保護するものである。このようにして乾式メッキ層を設けることによる上述した不利を解消している。
然しながら、上記の特開平６−２２７２０１号公報の方法でも、ピンホールを完全に閉じることはできない。そのため、下地塗装の焼き付け塗装時にアルミホイールを１５０℃位に昇温する過程でピンホール内に閉じ込められたガスが膨張したり塗膜を破壊したりすることもあり、故に、スパッタリング層の表面にアバタができて満足できる意匠性が得られない点が問題となる。
また、特開平９−２９０２１３号公報に開示された技術では、次のように構成されている。まず、金属素材表面を脱脂、水洗する。そして、「カラーベースコート」、「カラーもしくはクリアの樹脂」の内、少なくとも１層を塗装する。その表面に「スパッタリング膜」を付けて、さらにその上に、クリアの「トップコート」を施している。この特開平９−２９０２１３号公報の実施例では、「カラーベースコート」の厚みは、１０〜３０μｍ、その上に６０〜１５０μｍの粉体塗装層を付けている。従って、「スパッタリング膜」の下地層の厚みは７０〜１８０μｍである。
ところが、乾式メッキの前に、このように、通常より厚い粉体塗装を塗着することは次の点で問題となっていた。すなわち、
・ショットブラスト加工で生ずる凹凸除去を意図してレベリングをするために、下地の樹脂層を厚くすればするほど、耐チッピング特性が悪くなり、所定のテスト方法に基づいて行われる製品の合否判定で良好な結果が得られなくなる。
・粉体塗装が厚いだけコスト高となる。
・高硬度の乾式メッキをコーティングしても、樹脂層が厚くなるほど、期待した程は高い表面硬度を得ることができなくなる。これは乾式メッキの下地である樹脂層は柔らかく、それが厚くなるほど表面硬度にその影響を顕著に与えるからである。
最近、車両用アルミホイールの場合には、鋳造内部の高密度化による強度向上の要請により、鋳造圧力を低、中圧領域よりむしろ高圧領域に設定してダイカストを行い、アルミ素材の鋳造品を形成することがある。このような高圧領域の加圧力で形成したアルミホイールの場合、鋳造成形後の「脱脂、水洗」では充分に金属素材表面から金型に塗布する離型剤が除去できない場合がある。すなわち、成形時に金属素材表面に離型剤が強固に付着するので、簡単には取れなくなるためである。
他方、鋳造圧を高圧領域に設定した場合にも、鋳造されたアルミ鋳物の表面から完全にピンホールの発生を解消することは困難であると、一般的には認識されている。故に、このような残存ピンホールを閉じると同時に離型剤の剥離をも実現するために、比較的安価なショットブラスト加工を使って素材表面をクリーンにする方法が常用される。つまり、高圧領域におけるアルミ鋳物製品の表面処理に、特開平９−２９０２１３号公報記載の方法を施すために、ショットブラスト加工処理を行う。したがって、高圧領域における鋳造の場合でも、やはり、スパッタ膜の下地層の厚みは、１００μｍ以上、場合によっては、１５０μｍ以上が必要となっていた。このため、既述のように、チッピング特性の低下を回避し得ず、鋳物製品の最終的な合否判定のテスト過程で不合格となっていた。
発明の開示
上述のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の主たる目的は、軽金属材料、特にアルミ素材の鋳造条件を選定することにより、表面処理前のアルミ鋳物の内部強度と鋳肌面を予め所定の高品質状態に形成することによって、その後の表面処理により金属光沢と意匠性に優れた光輝面を有し、かつ良好なチッピング特性を呈することが可能な軽金属鋳物の表面処理方法および同方法によって表面処理を施されたアルミ鋳物製品を提供せんとするものである。
本発明の他の目的は、アルミ素材を含む軽金属材料の高圧鋳造法によって得た軽金属鋳物製品に対して乾式メッキをコーティングして金属光沢を得る表面処理において、乾式メッキ膜の下地の樹脂厚みを１０μｍ以上４０μｍ以下と、従来の厚みより薄くして、しかも意匠性に優れた金属光沢を実現する軽金属鋳造製品の表面処理方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、鋳造時に発生するピンホールを大幅に少なくするとともにピンホールサイズも小さくし得る高圧鋳造工程を経て得た軽金属鋳物の鋳肌面にショットブラスト処理やクロム酸クロメート処理を施すことなく、直接研磨工程で鋳肌面のピンホールを除去して平滑な研磨面を生成することにより、均一かつ薄膜状の樹脂塗装層をアンダコートとして塗着し、かつアルミニウム等の所望金属の乾式メッキ層を設けて光輝性、光沢性に優れ、かつ所定のテスト手順で遂行されるチッピング特性の良否判定において合格し得る意匠面を有した軽金属鋳物の表面処理方法および同方法によって表面処理を施されたアルミ鋳物製品、特にアルミホイールを提供せんとするものである。
上述した目的を達成すべく、本発明は、従来から実施されていたショットブラスト加工に代え、研磨、特にバレル研磨を軽金属鋳物の鋳肌面に施す方法を採用している。そして、このバレル研磨後に、乾式メッキの下地の第一の樹脂塗装を施すようにしている。このバレル研磨とは、メディアと呼ばれる粒状物と研磨剤との混合物を用いて乾式研磨する方法である。バレル研磨後、当該研磨面に１０μｍ以上４０μｍ以下の厚みの第一樹脂塗装層を形成し、更に当該第一樹脂塗装層の表面上に乾式メッキ層を形成するようにしている。同乾式メッキはスパッタリング法により所定の金属被膜の層を施すものであり、当該乾式メッキ層が柔らかい場合、該乾式メッキ層の上に透明な第二の樹脂塗装によりトップコート層を形成するようにした。
なお、研磨工程としては、バレル研磨工程の外に、バフ研磨工程や液体ホーニング工程を適用することも可能である。バフ研磨は布などの柔軟性材料により造られたバフに研磨剤を保持させ、このバフを回転させてワークに押し当てて研磨加工するものである。この場合の研磨剤はバフの外周面に接着剤で固定するか、もしくは水等の媒体に混合してバフに吹き付けるようにする。また、液体ホーニングは、ノズルからワークに対して噴射される研磨液によって研磨するものである。この研磨液としては、一般的に、水にアルミナまたはホワイトアランダム等を混ぜたものを使用する。バレル研磨は、バフ研磨に比較すると研磨時間を短時間で済ませることができ、大量処理ができて研磨コストを低減させることができる点で有利である。また、液体ホーニングに比較して研磨面を鏡面にでき、研磨面の平滑化のための下地の樹脂厚みをより薄くできる点で有利となっている。
低圧鋳造法や重量鋳造法などで鋳造した鋳物の場合、バレル研磨面に樹脂塗装を施すと、塗装面の一部がゴマ粒大から小豆大の大きさに膨れる。この膨れは、研磨面に多く存在するピンホール内のガスが、塗装工程の熱処理で膨張することにより発生する。従来利用されていたショットブラストならば、ショット粒が高圧で衝突することで、多くのピンホールは潰され、上記の膨れの問題は起こり難かった。しかし、バレル研磨では、ほとんどのピンホールは潰れることなく、そのまま残ってしまうのである。
さらに、前記塗装面に乾式メッキする際にも問題が起こる。すなわち、乾式メッキのために、鋳物をチャンバーに入れて真空引きしても、ピンホール内のガスが樹脂塗装膜を通して出てきて、容易に真空度が上がらないのである。本発明のように、樹脂塗装を薄くしよとすると、ガスはさらに樹脂塗装膜を通り易くなるので、より真空度が上がるのに時間が掛かる。
したがって、低圧鋳造法などで鋳造したアルミホイールの場合、「バレル研磨した後、樹脂塗装を施し、そして、その上に乾式メッキすること」で意匠性に優れた金属光沢を得ることは難しいことが容易に判断できる。
本発明者は、高圧鋳造法ならば鋳肌表面の発生ピンホール数とピンホールの口径の大きさ（ピンホールサイズ）とが充分に減少し、上記の表面処理が旨くできる可能性があることを考察した。そこで、既述のような高圧鋳造法で鋳造した鋳物に、上記の表面処理を施したところ、意匠性に優れた金属光沢を有する鋳物表面を得ることも可能であることが判った。ただし、例えば、「ゲート断面積が小さい」といったような、圧力が伝わり難い条件の場合には、射出プランジャの圧力がゲートから遠い鋳肌面まで充分に伝播せず、ピンホールがまだ表面に残る。このため、充分に意匠性に優れた金属光沢面を得られなかった。
そこで、本発明者等は、「加圧ピンを金型のゲートに相対する位置に設置し、凝固収縮に合わせて加圧するアルミホイールの金型条件」で鋳造テストを実施した。その結果、加圧力が鋳造品の意匠表面まで充分に伝播して、上記表面処理で意匠性に優れた金属光沢を有する表面を得られるとの知見を得て、上述した課題を解決したものである。
本発明は、金型に注入した軽金属材料の溶湯に射出プランジャから約５０メガパスカル超の鋳造圧を付与して鋳肌面における発生ピンホールを所定条件まで抑止された鋳物を成形する鋳造工程と、
前記鋳肌面に研磨処理をほどこした研磨面の表面粗さが所定の値以下になるようにする研磨工程と、
前記研磨面に第一の樹脂塗装層を形成する塗装工程と、
前記樹脂塗装層の表面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成するメッキ工程と、
を包含してなることを特徴とする軽金属鋳物の表面処理方法が提供される。
好ましくは、前記研磨面における発生ピンホールの所定条件は、該研磨面の所定面積内に発生したピンホールの数と最大口径の大きさとが所定の値以下となる条件であり、殊に、前記研磨面の１００ｃｍ２に付いて上記ピンホールの数は１〜１５個の範囲内に有り、前記最大口径の大きさが２ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、前記研磨面の１００ｃｍ２に付いて上記ピンホールの数は１〜１０個の範囲内に有り、ピンホールの上記最大口径の大きさが２ｍｍ以下であり、かつ該最大口径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍのピンホールは１個または０個である。
また、好ましくは、前記研磨工程によって得られた前記研磨面の表面粗さがＲｍａｘで６．３μｍである。
好ましくは、上記第一の樹脂塗装層の厚みが１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、上記金属または金属化合物の乾式メッキ層の上に透明な第二の樹脂塗装層をトップコート層として形成する。
好ましくは、上記鋳造工程は、金型キャビティーに充填した上記軽金属材料の溶湯に加圧ピンにより該溶湯の高圧下での凝固過程に更に、スクイズ圧力を該溶湯の所定部位に付与する加圧工程を包含している。
本発明によると、車両用ホイール鋳造用金型のキャビティに充填したアルミ素材の溶湯を射出プランジャで加圧することと併せて金型に設置した加圧ピンにより該溶湯の凝固過程で、その溶湯のホイールボス形成部位を加圧してアルミ鋳物の鋳肌面に発生するピンホールを大きさが直径で１．０ｍｍ以下、数で面積１００ｃｍ２当り１０個以下となるように高圧鋳造法によってアルミホイールを鋳造し、該鋳肌面を表面粗さがＲｍａｘで、１．６μｍ以下となるようにバレル研磨面を設け、該バレル研磨面に厚みが１０μｍ以上、４０μｍ以下の樹脂塗装層をアンダーコートとして設け、該樹脂塗装層の上に金属または金属化合物から成る乾式メッキ層を設け、該乾式メッキ層の上に透明なトップコート層を形成して意匠面を得た構造を有する光輝性車両用ホイールが提供される。
上記構成による軽金属鋳物の表面処理方法では、高圧鋳造物のアルミホイールに研磨を施すようにしたので、アルミホイール表面には、わずかな研磨傷は残るものの、鏡面に近い程度まで研磨できる。したがって、ショットブラスト加工を施した場合よりも薄い樹脂塗装層を施してアルミホイール表面の鏡面処理が可能となっている。特に、バレル研磨を施すことにより、ショットブラスト加工を施した場合よりも大幅に薄い樹脂塗装層、つまり１０μｍ以上でせいぜい４０μｍ以下の厚みでアルミホイール表面を鏡面にできる。
発明を実施するための最良の態様
次に、具体的な実施形態について添付の図面をも参照して詳述する。
本発明に係る高圧鋳造および表面処理の工程を図式化した図１のフローチャートを参照すると、まず、高圧鋳造によってアルミホイールの鋳造が行われる（ステップ１００）。これは図２に示している高圧鋳造装置１０を用い、金型１２のキャビティ１４に射出プランジャ１６を通じてアルミ素材の溶湯を充填し、その射出プランジャ１６の前端面からキャビティ１４内の溶湯に約５０メガパスカル〜１１０メガパスカルの高圧力で加圧する。ここで、最も好ましい実施形態としては、金型１２のゲート１８に対向して加圧ピン２０を備えている。加圧ピン２０は油圧シリンダ２２の作用で、金型キャビティ１４に充填した溶湯が射出プランジャ１６で加圧することと併せて、当該溶湯の凝固過程において、その溶湯のゲート１８と対向した部位を加圧するようになっている。これにより、射出プランジャ１６の圧力がゲート１８から遠い鋳肌面まで充分に伝播することになる。したがって、鋳造後の鋳肌表面にピンホールが残ることを防止するとともに凝固後の高密度化をも促進することができる。加圧ピン２０の作動は、切替え四方弁２４によって最適のタイミングから所望の圧力曲線（時間対圧力の曲線）に従って加圧力が付与されるように制御すれば良い。なお、加圧ピン２０を作動させることなく、上記の高圧下で鋳造しても低圧鋳造や中圧鋳造の場合に比較して充分に鋳肌面でのピンホール発生を低減させ得るので、加圧ピン２０なしの高圧鋳造装置（図３参照）で鋳造したアルミ材等の軽金属鋳物に以下に詳述する表面処理を施しても、本発明による作用、効果を得ることはできるものと理解して良い。ここで、再び図１のフローチャートを参照すると、高圧鋳造されて金型１２から取り出されたアルミホイールの鋳造体は、熱処理工程（ステップ１０５）によって所望の熱処理を受けてから車両ホイールとしての寸法形状に応じてリムの機械加工等が施される（ステップ１０６）。このようにして機械加工工程を経たアルミホイールの鋳造体は、例えば、図４に参照番号２６で示されており、同図４に示すように、その鋳肌面をバレル研磨する（ステップ１１０）。
このバレル研磨工程では、アルミホイール鋳造体２６は、バレル研磨装置２８に装着され、まず、トウモロコシのコーンまたはコルクと研磨剤を混合したメディア３０をバレル槽３２に投入する。そして、モータ軸に連結したディスクに固定したアルミホイール鋳造体２６を、バレル槽３２内の上記メディア中に挿入する。この状態でモータＭ１を回転すると、ディスク３４を介して矢印で示す回転運動が伝達され、メディア３０内でアルミホイール鋳造体２６が回転して、このメディア３０がアルミホイール鋳造体２６の表面に衝突し、同鋳造体２６の鋳肌面を微細な表面状態に研磨するものである。なお、バレル研磨工程において、予めアルミホイール鋳造体２６をバレル槽３２内の研磨剤中に降下、位置決めする場合にモータＭ２が用いられる。
バレル研磨工程を経たアルミホイール鋳造体２６は、バレル研磨装置２８のバレル槽３２から取り出され、水洗等の適宜の洗浄剤による脱脂工程を経て洗浄、脱脂され（ステップ１１２）、更に、鋳肌面と塗装層との密着性を向上させる通常のクロメート処理が施される（ステップ１１４）。
クロメート処理終了後のアルミホイール鋳造体２６は、乾燥工程を経て乾燥され（ステップ１１６）、その後に樹脂塗料による下塗り塗装、すなわちアンダーコート塗装工程に付される（ステップ１２０）。このアンダーコート塗装工程では、好ましくはプライマー塗装と溶剤系塗装とによる重ね塗装層が行われ、プライマー塗装には例えば、エポキン系樹脂塗料が用いられて耐食性の向上を図り、また、溶剤系塗装には例えば、ポリエステル系塗料＋メラミン系溶剤塗料を用いてその後の乾式メッキの密着性を向上させる。こうして、バレル研磨後の鋳肌面上に樹脂塗装層を形成し、その後、１６０℃〜１８０℃、２０ｍｉｎで塗装層の焼き付けがおこなわれる（ステップ１３０）。この樹脂塗装層の厚みは、１０μｍ以上、４０μｍ以下に選定される。
樹脂塗料によるアンダーコート塗装を終えた後、そのアンダーコート塗装層の上面に乾式メッキ処理が施される（ステップ１４０）。乾式メッキには、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法の３種類がある。この内、車両用アルミホイールの意匠面のような複雑形状でも、膜の形成性の良いスパッタリング法が最適に利用される。スパッタリング膜としては、０．１μｍ〜１．０μｍ厚みのアルミニウム被膜等が形成されるが、このスパッタリング膜の上にトップコート層を設ける場合（ステップ１５０）、その塗料としてウレタン系またはアクリル系またはエポキシ系樹脂を使い、塗装厚さは、２５μｍ〜３０μｍ程度に選定される。なお、トップコート層を粉体クリアーを用いて設けるようにすることも可能である。
上記のようにして設けたトップコート層の塗料は、１００℃〜１６０℃で時間２０ｍｉｎの条件で焼き付けが行われる（ステップ１６０）。
このような実施例によれば、乾式メッキ膜の下地の樹脂厚みを１０μｍ以上、４０μｍ以下と、従来の厚みより大幅に薄くして、しかも意匠性に優れた金属光沢を有する表面処理をアルミホイール製品を最終的に得ることができた。
図５は、上述のような高圧鋳造法で鋳造され、表面処理工程を経て得られたアルミホイール２６ａを示した断面図であり、タイヤ５０が装着されるホイールリム４０、車軸への結合を可能にする中心ハブ孔等を有したホイールハブ４２を備えている。なお、アルミホイール２６ａの断面形状、特に、ホイールハブ４２の断面形状は、意匠性と強度とを考慮した種々の需要に応じて異なり、図示例は単なる一例であることを理解する必要がある。
また、図６Ａは、同アルミホイール２６ａのＡ部を取り出し図示したものであり、そのホイールハブ４２の意匠面の表面処理構造を拡大図示したものである。なお、図６Ｂは、図６Ａとの比較のために示した従来技術による低圧鋳造法（溶湯表面に０．０５０メガパスカル（約０．５ｋｇ／ｃｍ２）の低圧力を加圧しながら鋳型に導入したもの）で鋳造した同様のアルミホイール鋳造体に従来の表面処理法による表面処理を施した場合の断面図である。
図６Ａと図６Ｂとに示す表面処理構造の対比から明らかなように、図６Ａに示す本発明においては、アルミホイールの鋳造体２６ａが高圧鋳造法で鋳造したために、元々鋳肌面にピンホール発生が充分低減された平滑面を有して形成されていることから、その鋳肌面にバフ研磨等を施して更に滑らかな鋳肌面とした上に表面処理によりアンダーコート層、乾式メッキ層、トップコート層を順次に形成した結果、全体的な表面処理層の厚さがいたずらに大きな厚み寸法を有することなく、特に、スパッタリング等による乾式メッキ層として設けられた金属被膜の光輝性を活かした良質な意匠面を得ることが可能となっている。図６Ａの図示例では、トップコート層を好ましい典型例としてプライマー塗装＋溶剤系塗装で設ける場合を示したが、粉体クリアーによってトップコート層を設けることも可能であることは理解すべきである。
他方、図６Ｂに示す従来技術のものでは、低圧鋳造法で形成されたアルミ素材の鋳造体における鋳肌面にピンホール閉鎖のために、ショットブラスト処理を施し、その上にショットブラストによる鋳肌面の凹凸除去のために厚い下地塗装層（ポリエステル系粉体塗装を施したもの）を形成し、更に、ポリエステル＋メラミン系溶剤塗装層による円滑表面にアルミ素材膜を形成し、更にトップコート層としてのアクリルシリコン系溶剤塗装を施した構成は、全体的な表面処理層の厚さが嵩み、後述する耐チッピング性能を劣化させる結果となるものである。
図７は、アルミニウム等の軽金属材料を用いた鋳造体の鋳肌面に所要の表面処理を施した鋳造製品、特に、車両用アルミホイールにおける意匠面の品質評価テストとして従来より用いられている耐チッピング性能テストを実施するためのテスキ機構の構成を略示したものである。同図７に示すように、被テスト部材６０が適宜のスクリーン７０の上方またはスクリーン面に配置され、この被テスト部材６０の被テスト面６０Ａに対して直角の方向から所定サイズの石塊を所定量、圧力空気流で所定位置から噴出し、被テスト面６０Ａに形成された種々のきず穴の大きさと個数とから意匠面の品質評価をおこなうものである。
図７において、矢印Ｓから石塊の所定量がロート６４内に注入され、矢印Ｒから所定圧力の空気流を導入し、噴射管６６から矢印Ｔのごとく噴出が行われる。この耐チッピング性能テストは、米国材料試験規格（ＡＳＴＭＤ３１７０）に基づいたテスト方法であり、被テスト面６０Ａに形成されたきず穴を予め準備されている一定の規格サンプル面と目視対比されて品質上の合否が判定される。
なお、代表的な車両用アルミホイールに対する耐チッピング性能のテスト条件としては、石塊として玄武岩６号（径４．８ｍｍ〜８．０ｍｍ）が使用されており、テスト使用量は同石塊を約１００グラム、注入速度を５０ｇ／ｓｅｃ、射出圧力を４．１ｋｇ／ｃｍ２（約０．４０２メガパスカル）、テスト面までの距離を３５ｃｍに設定してテストを実行した。また、テストの実行に当たっては、図７の作動原理を有したテスト装置の代表例であるスガ試験機（株）（大阪府吹田市）製による飛び石試験機（型式：ＪＡ４００）を用いた。
図８および図９は、このような耐チッピング性能テストを従来技術による低圧鋳造法および表面処理法で製作された車両用アルミホイールと、本発明による高圧鋳造法および表面処理法で製作された車両用アルミホイールの各ホイール意匠面の耐チッピング性能のテスト結果を示したもので、図８に示した従来技術に係るホイールでは、チッピングの口径が大きく、かつチッピング個数も多数に渡っていることがわかる。
これに対比して図９に示す本発明に係るテスト対象であるアルミホイールの場合には、チッピングの発生数が大幅に低減しており、かつチッピングの口径も小さいことが理解できる。つまり、ホイール意匠面のチッピング性能がはるかに従来技術のものより勝っていることが分かるのである。
ここで、表１を参照すると、同表１は、本発明に従って高圧鋳造＋加圧ピンによる加圧付加によって鋳造した車両用アルミホイール、高圧圧鋳造のみで鋳造した車両用アルミホイールの二つのサンプル鋳造体および従来技術に従って低圧鋳造法で鋳造したアルミホイールに、図１におけるステップ１１０に示したバレル研磨による研磨処理をそれぞれのホイール鋳肌面に研磨深さを４０〜６０μｍ、１４０〜１６０μｍ、２８０〜３００μｍの三種類の場合に設定して実施したときに鋳肌面の部位Ｂ１〜Ｂ３（図５に示すアルミホイール２６Ａの矢印Ｂ１〜Ｂ３で示したホイール部位に相当する鋳肌部位）において１００ｃｍ２当たりに残存したピンホール状態を示したものである。
表１から、各部位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３において、本発明に基づく高圧鋳造法（高圧鋳造＋加圧ピン又は高圧鋳造）を適用して鋳造された二種のサンプルアルミホイールでは従来技術の低圧鋳造法で鋳造されたサンプルアルミホイールよりも、研磨面におけるピンホール発生数が全部位で大幅に低減し、特に、ピンホール口径がφ１．０〜２．０と大きな口径域で大幅に個数が低減していることがわかる。すなわち、バレル研磨深さを増加させると、高圧鋳造に加えて加圧ピンによるスクイズ圧を付加して鋳造した場合には、確実にホイール部位の相違に関係なく１００ｃｍ２当たり高々１５個以下の残存ピンホール数が見られるだけであり、かつ口径の大きなピンホール残存数が極めて少ないことがわかる。従って、かかるピンホールの発生数も口径の大きなピンホール数も少ないアルミ素材の高圧鋳造体に図１のステップ１０５から１６０に示す工程による表面処理を施すことにより、図９に示すような耐チッピング性能が極めて良好なホイール意匠面を得ることが可能となったものである。
他方、従来技術に基づく低圧鋳造法により製造のサンプルアルミホイールでは、バレル研磨の深さを増加させても、研磨面に残存するピンホール数が多く、かつ口径の大きなピンホールが残存することがわかる。このため、低圧鋳造法を用いたアルミホイールではショットブラストでこのピンホールを潰すのが必須条件となり、アンダーコートの厚さを増加させて金属メッキ層をスパッタするアンダーコート層をレベリングしなければならない。このため、トップコート層として塗装層を金属メッキ層等の上に重ねたとき、図８に図示のごとく、意匠面の耐チッピング性能の劣化を免れ得なくなるのである。
なお、アルミホイールの表面処理された意匠面の塗膜性能評価法としては、既述した耐チッピング性能の外に、耐食性テスト、耐候性テスト等の諸種のテスト法が、常用、周知であるが、本発明に係る表面処理法を適用した軽金属鋳造体の意匠面は、これらの評価法によるテストにも適合することが確認された。
なお、本発明の表面処理を行う対象はアルミホイールに限らず、高圧鋳造する他の軽金属材料製の鋳造体にも適用することが可能であることは、当業者なら容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述およびその他の目的、特徴、利点を添付図面を参照して実施例に基づいて以下に明らかにするが、図中、
図１は、本発明の実施例に係る軽金属鋳造品の鋳造体製造工程と表面処理工程とを例示するフローチャート、
図２は、軽金属鋳物を高圧下で鋳造する高圧鋳造装置の構成を略示する要部断面図、
図３は、図２に高圧鋳造装置の変形例として加圧ピン作動機構を省除した高圧鋳造装置の略示断面図、
図４は、本発明の表面処理方法の実施に利用されるバレル研磨装置の構成を略示する断面図、
図５は、高圧鋳造で鋳造され、本発明の表面処理方法によって表面処理されたアルミホイールの構造例を示す断面図、
図６Ａは、図５に示したアルミホイールのＡ部の表面処理状態を示す拡大断面図、
図６Ｂは、従来の表面処理方法で表面処理された軽金属鋳造品の図６Ａと同様の拡大断面図、
図７は、表面処理された軽金属鋳物品の耐チッピング性能をテストするテスト装置の概略構成を示した略示斜視図、
図８は、従来の中圧または低圧鋳造法で鋳造されたアルミホイール鋳造体に従来の表面処理方法で表面処理後に実施された耐チッピング性能テストの結果を示す一部表面部分の図、
図９は、高圧鋳造で鋳造され、本発明に係る表面処理方法で表面処理されたアルミホイールに対して実施された耐チッピング性能テストの結果を示す一部表面部分の図。Technical field
The present invention relates to a surface treatment method for a cast product using a light metal material, and in particular, a light metal cast product by die casting including a vehicle wheel made of aluminum or aluminum alloy, which is mainly aluminum or aluminum alloy (hereinafter, referred to as “aluminum alloy”). Fill the mold cavity with molten metal (referred to as aluminum material) and use an injection plunger to convert the metal pressure (applying pressure applied from the plunger tip to the pressure receiving surface of the molten metal) to approximately 500 kgf / cm 2 To 1100kgf / cm 2 (≈50 megapascals to 110 megapascals) Applying a high pressing force of about a level, injection molding is performed, and a molten metal specific to the solidification process of the molten metal by a pressure pin (squeeze pin) installed in the mold as desired Metal luster and design properties on the design surface (cast surface) of the light metal casting product or the selected surface part by a casting method (hereinafter referred to as high-pressure casting method) that applies and applies the feeder pressure to the part. The present invention relates to a surface treatment method for a high-pressure cast light metal product suitable for forming a bright surface having excellent surface properties, and a light metal product surface-treated according to the method.
Conventional technology
Light metal materials, particularly cast products made of aluminum, such as aluminum wheels, are not only high-strength parts, but also products that require gloss and design. In particular, as a recent trend, in the case of a vehicle wheel, an increasing number of users prefer an aluminum material having a metallic luster on the design surface. On the other hand, aluminum castings are generally produced by a medium pressure or low pressure casting method using a pressure range lower than the pressure applied by the high pressure casting method described above (about 0.01 megapascals to 0.050 megabytes in low pressure casting). In many cases, there are many pinholes and large pinholes, and these large pinholes form deep recesses. Various surface treatment methods for obtaining such a bright surface by subjecting such a cast aluminum wheel to surface treatment have been studied. At present, the following three methods are broadly adopted.
(A) A method of buffing a casting surface that forms a design surface of a cast aluminum wheel, or a method of clear coating after buffing.
(B) A method in which the cast skin surface forming the design surface of the cast aluminum wheel is polished, and wet nickel plating and chrome plating are applied.
(C) A method of forming a resin coating layer on the cast skin surface that forms the design surface of the cast aluminum wheel, and then applying a dry plating layer to the surface of the cast aluminum wheel to perform clear coating.
In the above-described method, the method (a) has a problem in that it is difficult to buff the casting surface recess. For this reason, for example, in a wheel with a design in which a small opening remains on the design surface and it is particularly difficult to perform buffing, there may be a case where sufficient glitter cannot be obtained as expected.
In addition, according to the method (b), when there is a large pinhole, the chrome plating adheres to the surface that was not machined or not machined sufficiently even after polishing by mechanical grinding. However, these portions are liable to cause peeling or corrosion of the plating layer. In order to improve this point, in the present general plating treatment example, as in JP-A-6-293974 and JP-A-6-2939933, chromate chromate treatment or shot blast treatment is applied to the design surface of the cast aluminum wheel. Many methods are used to obtain a chrome-platable surface by closing the pinhole by casting the aluminum wheel. However, in this case, it becomes difficult to recycle the wheel. That is, when the recycling of a wheel that has been plated is outsourced to a recycler, it is very expensive to separate chromium and nickel from the aluminum alloy. Also, when the aluminum wheel is remelted in the factory, a large amount of nickel and chromium plated on the surface enter the aluminum alloy as impurities. For this reason, it is not possible to dissolve only plated wheel products alone. Therefore, it is dissolved together with the ingot (in the case of ingot, the amount of nickel and chromium is within the standard). For this reason, there arises a problem that it is impossible to perform a large amount of recycling at a time.
For the above reasons, the method (c) has been developed and commercialized in recent years. As a known technique relating to the method (c), firstly, Japanese Patent Publication No. 6-73937 can be cited. In this technique, surface treatment is performed in the following manner.
(1) After the surface of the metal material is shot blasted, the surface is powder coated and subjected to a ground treatment.
(2) Apply a clear undercoat as an intermediate layer on the powder coating.
(3) Sputter chromium on the undercoat.
(4) A clear top coat is further applied on the sputtering film.
Such a method is excellent in that a brilliant surface can be obtained without carrying out the polishing step that is indispensable in the above methods (a) and (b).
However, on the other hand, in order to obtain a design surface having a metallic luster excellent in design, the surface roughness of the shot blasted surface must be smoothed by powder coating in advance. When shot blasting is performed, irregularities having a size of at least several tens of μm are formed on the surface of the material. Therefore, the unevenness cannot be smoothed unless a powder coating having a thickness of 100 μm or more is applied. In particular, the glossiness of the surface is important, and a film thickness of 150 μm or more is necessary to prevent the surface from being uneven after powder coating.
Next, in the surface treatment method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-227201, after applying a base coating to the design surface of an aluminum wheel obtained by casting, aluminum is sputtered thereon, and the surface is further coated. Protect with clear paint. Thus, the disadvantage mentioned above by providing the dry plating layer is eliminated.
However, the pinhole cannot be completely closed even by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-227201. Therefore, the gas trapped in the pinhole may expand or destroy the coating film in the process of raising the temperature of the aluminum wheel to about 150 ° C during the baking of the base coating. The problem is that satisfactory design properties cannot be obtained when avatars are formed.
Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-290213 is configured as follows. First, the metal material surface is degreased and washed with water. Then, at least one layer of “color base coat” and “color or clear resin” is applied. A “sputtering film” is attached to the surface, and a clear “topcoat” is applied thereon. In the example of Japanese Patent Laid-Open No. 9-290213, the “color base coat” has a thickness of 10 to 30 μm, and a powder coating layer of 60 to 150 μm is provided thereon. Therefore, the thickness of the underlayer of the “sputtering film” is 70 to 180 μm.
However, applying a powder coating thicker than usual before dry plating has been problematic in the following respects. That is,
・ In order to remove unevenness caused by shot blasting, the thicker the resin layer is, the worse the chipping resistance will be, and the product pass / fail judgment will be made based on a predetermined test method. Good results cannot be obtained.
-The cost increases as the powder coating is thicker.
-Even if high hardness dry plating is coated, the thicker the resin layer, the higher the surface hardness that can be expected. This is because the resin layer which is the base of the dry plating is soft, and the thicker it is, the more the influence is exerted on the surface hardness.
Recently, in the case of aluminum wheels for vehicles, in response to a request for strength improvement by increasing the density inside the casting, the casting pressure is set to a high pressure region rather than a low and medium pressure region, and die casting is performed. May form. In the case of an aluminum wheel formed with such a high pressure region, the degreasing agent applied to the mold may not be sufficiently removed from the surface of the metal material by “degreasing and washing” after casting. That is, the mold release agent firmly adheres to the surface of the metal material at the time of molding, and thus cannot be easily removed.
On the other hand, even when the casting pressure is set in a high pressure region, it is generally recognized that it is difficult to completely eliminate the occurrence of pinholes from the surface of the cast aluminum casting. Therefore, in order to close such residual pinholes and simultaneously release the release agent, a method of cleaning the surface of the material using a relatively inexpensive shot blasting process is commonly used. That is, in order to apply the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-290213 to the surface treatment of the aluminum casting product in the high pressure region, the shot blasting treatment is performed. Therefore, even in the case of casting in a high pressure region, the thickness of the underlayer of the sputtered film is required to be 100 μm or more, and in some cases, 150 μm or more. For this reason, as described above, a drop in chipping characteristics cannot be avoided, and the final pass / fail test process of the cast product has been rejected.
Disclosure of the invention
In view of the problems in the prior art as described above, the main object of the present invention is to preliminarily determine the internal strength and casting surface of the aluminum casting before the surface treatment by selecting the casting conditions of the light metal material, particularly the aluminum material. By the surface treatment method of light metal casting and the same method, which has a bright surface excellent in metallic luster and designability by subsequent surface treatment and can exhibit good chipping characteristics We will provide aluminum casting products with surface treatment.
Another object of the present invention is to reduce the resin thickness of the base of the dry plating film in a surface treatment to obtain a metallic luster by coating dry plating on a light metal casting product obtained by a high pressure casting method of a light metal material including an aluminum material. An object of the present invention is to provide a surface treatment method for a light metal cast product that realizes a metallic luster having a thickness of 10 μm or more and 40 μm or less, which is thinner than a conventional thickness and excellent in design.
A further object of the present invention is to perform shot blasting and chromate chromate treatment on the light metal casting surface obtained through a high-pressure casting process that significantly reduces the number of pinholes generated during casting and can also reduce the pinhole size. Without application, the pinholes on the casting surface are removed directly in the polishing process to create a smooth polished surface, thereby applying a uniform and thin resin coating layer as an undercoat, and a desired metal such as aluminum. A surface treatment method for a light metal casting having a design surface that is excellent in glossiness and glossiness by providing a dry plating layer and having a design surface that can be passed in the quality determination of chipping characteristics performed by a predetermined test procedure, and surface treatment by the same method It is intended to provide cast aluminum products, especially aluminum wheels.
In order to achieve the above-described object, the present invention employs a method of applying polishing, particularly barrel polishing, to the casting surface of a light metal casting instead of the shot blasting that has been conventionally performed. Then, after the barrel polishing, the first resin coating of the base of the dry plating is applied. This barrel polishing is a method of dry polishing using a mixture of a granular material called a medium and an abrasive. After barrel polishing, a first resin coating layer having a thickness of 10 μm or more and 40 μm or less is formed on the polished surface, and a dry plating layer is further formed on the surface of the first resin coating layer. In the dry plating, a predetermined metal coating layer is applied by a sputtering method. When the dry plating layer is soft, a top coat layer is formed on the dry plating layer by a transparent second resin coating. did.
In addition, as a grinding | polishing process, it is also possible to apply a buff grinding | polishing process and a liquid honing process other than a barrel grinding | polishing process. In the buffing, a polishing agent is held in a buff made of a flexible material such as cloth, and this buff is rotated and pressed against a work for polishing. In this case, the abrasive is fixed to the outer peripheral surface of the buff with an adhesive, or mixed with a medium such as water and sprayed onto the buff. Liquid honing is performed by polishing with a polishing liquid sprayed from a nozzle to a workpiece. As this polishing liquid, generally, a mixture of alumina or white alundum or the like in water is used. Barrel polishing is advantageous in that the polishing time can be shortened compared to buff polishing, and a large amount of processing can be performed to reduce the polishing cost. Further, compared to liquid honing, the polishing surface can be made a mirror surface, which is advantageous in that the thickness of the underlying resin for smoothing the polishing surface can be made thinner.
In the case of a casting cast by a low pressure casting method or a weight casting method, when a resin coating is applied to the barrel polished surface, a part of the painted surface expands from a sesame grain size to a red bean size. This swelling is generated by the expansion of gas in the pinhole, which is present on the polished surface, by heat treatment in the painting process. In the case of shot blasting that has been used in the past, many pinholes are crushed by the collision of shot grains at high pressure, and the above-described problem of swelling is unlikely to occur. However, in barrel polishing, most pinholes remain intact without being crushed.
Furthermore, problems also occur when dry plating the painted surface. That is, even if a casting is put in a chamber and evacuated for dry plating, the gas in the pinhole comes out through the resin coating film, and the degree of vacuum does not increase easily. As in the present invention, when the resin coating is made thin, the gas is more likely to pass through the resin coating film, so that it takes time to increase the degree of vacuum.
Therefore, in the case of an aluminum wheel cast by the low pressure casting method or the like, it is difficult to obtain a metallic luster with excellent design by “barrel polishing, resin coating and then dry plating on it” Easy to judge.
The present inventor has found that the number of pinholes generated on the casting surface and the size of the pinhole diameter (pinhole size) are sufficiently reduced by the high-pressure casting method, and the above surface treatment may be successfully performed. Was considered. Then, when the above-mentioned surface treatment was performed on a casting cast by the high-pressure casting method as described above, it was found that it is possible to obtain a casting surface having a metallic luster excellent in design. However, for example, in the case where the pressure is difficult to be transmitted such as “the gate cross-sectional area is small”, the pressure of the injection plunger does not sufficiently propagate to the casting surface far from the gate, and the pinhole still remains on the surface. . For this reason, the metallic glossy surface which was fully excellent in design nature was not obtained.
Therefore, the present inventors performed a casting test under “a mold condition of an aluminum wheel in which a pressure pin is installed at a position opposite to a mold gate and pressurized in accordance with solidification shrinkage”. As a result, the pressure was sufficiently propagated to the design surface of the cast product, and the above-mentioned problems were solved by obtaining the knowledge that the surface treatment had a surface having a metallic luster excellent in design properties. is there.
The present invention provides a casting process for forming a casting in which a pinhole generated on the casting surface is suppressed to a predetermined condition by applying a casting pressure of about 50 megapascals or more to a molten metal of light metal material injected into a mold from an injection plunger. ,
A polishing step in which the surface roughness of the polished surface obtained by subjecting the cast surface to a polishing treatment is a predetermined value or less;
A coating step of forming a first resin coating layer on the polished surface;
A plating step of forming a metal or metal compound layer on the surface of the resin coating layer by dry plating;
A surface treatment method for a light metal casting characterized by comprising:
Preferably, the predetermined condition of the generated pinhole in the polished surface is a condition in which the number of pinholes generated in the predetermined area of the polished surface and the size of the maximum aperture are not more than a predetermined value, in particular, 100cm of polished surface 2 The number of the pinholes is in the range of 1 to 15, and the maximum aperture is preferably 2 mm or less. More preferably, 100 cm of the polished surface 2 The number of the pinholes is in the range of 1 to 10, the maximum diameter of the pinhole is 2 mm or less, and the pinhole whose maximum diameter is 1.0 mm to 2.0 mm is 1 or 0.
Preferably, the polished surface obtained by the polishing step has a surface roughness Rmax of 6.3 μm.
Preferably, the thickness of the first resin coating layer is 10 μm or more and 40 μm or less, and a transparent second resin coating layer is formed as a topcoat layer on the dry plating layer of the metal or metal compound.
Preferably, in the casting step, the light metal material filled in the mold cavity is further pressurized by a pressure pin to apply a squeeze pressure to a predetermined portion of the molten metal in a solidification process under a high pressure. The process is included.
According to the present invention, the molten aluminum material filled in the cavity of the vehicle wheel casting mold is pressurized with the injection plunger, and the molten metal is solidified in the solidification process of the molten metal by the pressure pin installed in the mold. Pinholes generated on the casting surface of an aluminum casting by pressurizing the wheel boss formation site are 1.0 mm or less in diameter and 100 cm in area. 2 An aluminum wheel is cast by a high pressure casting method so that the number is 10 or less per unit, and a barrel polished surface is provided on the cast surface so that the surface roughness is Rmax and 1.6 μm or less. A resin coating layer of 10 μm or more and 40 μm or less is provided as an undercoat, a dry plating layer made of a metal or a metal compound is provided on the resin coating layer, and a transparent topcoat layer is formed on the dry plating layer. Thus, there is provided a glittering vehicle wheel having a structure having a design surface.
In the light metal casting surface treatment method having the above-described structure, the aluminum wheel of the high-pressure casting is polished. Therefore, the surface of the aluminum wheel can be polished to a level close to a mirror surface, although slight scratches remain. Therefore, the surface of the aluminum wheel can be mirror-finished by applying a thinner resin coating layer than when shot blasting is performed. In particular, by performing barrel polishing, the surface of the aluminum wheel can be mirror-finished with a resin coating layer that is significantly thinner than when shot blasting is performed, that is, a thickness of 10 μm or more and 40 μm or less.
Best Mode for Carrying Out the Invention
Next, specific embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Referring to the flowchart of FIG. 1 schematically illustrating the high pressure casting and surface treatment steps according to the present invention, first, an aluminum wheel is cast by high pressure casting (step 100). The high
In this barrel polishing process, the aluminum wheel casting 26 is mounted on a
The aluminum wheel cast
The aluminum wheel casting 26 after the chromate treatment is dried through a drying process (step 116), and then subjected to an undercoat coating with a resin paint, that is, an undercoat coating process (step 120). In this undercoat coating process, a layered coating layer is preferably formed by primer coating and solvent-based coating. For example, an epoxy resin coating is used for primer coating to improve corrosion resistance. For example, using polyester-based paint + melamine-based solvent paint to improve the adhesion of subsequent dry plating. Thus, a resin coating layer is formed on the cast surface after barrel polishing, and then the coating layer is baked at 160 ° C. to 180 ° C. for 20 minutes (step 130). The thickness of this resin coating layer is selected from 10 μm to 40 μm.
After finishing the undercoat coating with the resin paint, a dry plating process is performed on the upper surface of the undercoat coating layer (step 140). There are three types of dry plating: sputtering, vacuum deposition, and ion plating. Of these, sputtering methods with good film formability are optimally used even for complex shapes such as the design surface of aluminum wheels for vehicles. As the sputtering film, an aluminum film having a thickness of 0.1 μm to 1.0 μm is formed. When a top coat layer is provided on this sputtering film (step 150), urethane, acrylic or epoxy is used as the coating material. Using a resin, the coating thickness is selected to be about 25 μm to 30 μm. It is also possible to provide the topcoat layer using powder clear.
The top coat layer paint provided as described above is baked at 100 ° C. to 160 ° C. for 20 minutes (step 160).
According to such an embodiment, a surface treatment with a metallic luster having an excellent design and a metallic luster that is significantly thinner than the conventional thickness of 10 μm or more and 40 μm or less is used as the base of the dry plating film. The product was finally obtained.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an
Further, FIG. 6A is an illustration of the portion A of the
As apparent from the comparison of the surface treatment structures shown in FIGS. 6A and 6B, in the present invention shown in FIG. 6A, since the
On the other hand, in the case of the prior art shown in FIG. 6B, shot blasting is performed on the casting surface of the cast aluminum material formed by low-pressure casting to close the pinhole, and then the casting surface by shot blasting is applied. A thick base coating layer (with polyester powder coating) is formed to remove unevenness on the surface, and an aluminum material film is formed on a smooth surface with a polyester + melamine solvent coating layer, and a top coat layer. As a result of the application of the acrylic silicon solvent coating, the thickness of the entire surface treatment layer increases, resulting in deterioration of chipping resistance described later.
FIG. 7 shows a cast product obtained by subjecting a casting surface of a cast body using a light metal material such as aluminum to a required surface treatment, in particular, a resistance evaluation conventionally used as a quality evaluation test for a design surface of a vehicle aluminum wheel. 1 schematically shows a configuration of a texture mechanism for carrying out a chipping performance test. As shown in FIG. 7, a member to be tested 60 is disposed above or on an
In FIG. 7, a predetermined amount of stone block is injected from the arrow S into the
In addition, as a test condition of chipping resistance performance for typical aluminum wheels for vehicles, basalt No. 6 (diameter: 4.8 mm to 8.0 mm) is used as the stone block, and the test usage is about the same as the stone block. 100 grams, injection speed 50 g / sec, injection pressure 4.1 kg / cm 2 The test was performed with the distance to the test surface set to 35 cm (approximately 0.402 megapascals). For execution of the test, a stepping stone tester (model: JA400) manufactured by Suga Tester Co., Ltd. (Suita City, Osaka Prefecture), which is a representative example of a test apparatus having the operation principle of FIG. 7, was used.
FIG. 8 and FIG. 9 show a vehicle aluminum wheel manufactured by the conventional low pressure casting method and surface treatment method and the vehicle manufactured by the high pressure casting method and surface treatment method according to the present invention. 8 shows the test results of the chipping resistance performance of each wheel design surface of the aluminum wheel. The wheel according to the prior art shown in FIG. 8 has a large chipping diameter and a large number of chippings. Recognize.
In contrast, in the case of the aluminum wheel which is the test object according to the present invention shown in FIG. 9, it can be understood that the number of chipping occurrences is greatly reduced and the diameter of the chipping is small. In other words, it can be seen that the chipping performance of the wheel design surface is far superior to that of the prior art.
Here, referring to Table 1, Table 1 shows two samples of a vehicle aluminum wheel cast by high pressure casting + pressure pin application according to the present invention and a vehicle aluminum wheel cast only by high pressure casting. The aluminum wheel cast by the low pressure casting method according to the cast body and the prior art is subjected to the polishing treatment by barrel polishing shown in
From Table 1, the two types of sample aluminum wheels cast by applying the high-pressure casting method (high-pressure casting + pressure pin or high-pressure casting) according to the present invention in each of the parts B1, B2, and B3 are the conventional low-pressure castings. Compared to sample aluminum wheels cast by the method, the number of pinholes on the polished surface is greatly reduced in all parts, especially the number of pinholes with a large diameter range of φ1.0-2.0. You can see that In other words, when the barrel polishing depth is increased, in addition to high-pressure casting, when casting is performed by applying a squeeze pressure with a pressure pin, it is surely 100 cm regardless of the difference in wheel parts. 2 It can be seen that no more than 15 remaining pinholes are found per hit and the remaining number of pinholes with a large diameter is extremely small. Accordingly, the chipping resistance as shown in FIG. 9 is obtained by subjecting the high-pressure cast body made of aluminum material having a small number of pinholes and a large number of pinholes to the surface treatment according to
On the other hand, in the sample aluminum wheel manufactured by the low pressure casting method based on the prior art, even if the depth of barrel polishing is increased, the number of pinholes remaining on the polished surface may be large and pinholes having a large diameter may remain. Recognize. For this reason, it is indispensable to smash this pinhole by shot blasting with an aluminum wheel using a low pressure casting method, and it is necessary to level the undercoat layer that sputters the metal plating layer by increasing the thickness of the undercoat. . For this reason, when a coating layer is stacked on a metal plating layer or the like as a top coat layer, deterioration of chipping resistance of the design surface cannot be avoided as shown in FIG.
In addition to the above-mentioned chipping resistance performance, various test methods such as corrosion resistance test and weather resistance test are commonly used and well-known as the coating film performance evaluation method for the surface-treated design surface of the aluminum wheel. It has been confirmed that the design surface of the light metal casting to which the surface treatment method according to the present invention is applied is compatible with the tests by these evaluation methods.
It should be noted that those skilled in the art can easily understand that the object to be subjected to the surface treatment of the present invention is not limited to the aluminum wheel, but can be applied to a cast body made of another light metal material to be high-pressure cast.
[Brief description of the drawings]
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will be clarified below based on examples with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a cast body manufacturing process and a surface treatment process of a light metal casting according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part schematically showing a configuration of a high pressure casting apparatus for casting a light metal casting under high pressure,
3 is a schematic cross-sectional view of a high-pressure casting apparatus in which a pressure pin operating mechanism is omitted as a modification of the high-pressure casting apparatus in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a barrel polishing apparatus used for carrying out the surface treatment method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structural example of an aluminum wheel cast by high-pressure casting and surface-treated by the surface treatment method of the present invention,
6A is an enlarged cross-sectional view showing the surface treatment state of part A of the aluminum wheel shown in FIG.
6B is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 6A of a light metal casting surface-treated by a conventional surface treatment method,
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a schematic configuration of a test apparatus for testing the chipping resistance performance of the surface-treated light metal cast article,
FIG. 8 is a partial surface view showing the results of a chipping resistance test performed after a surface treatment by a conventional surface treatment method on an aluminum wheel cast body cast by a conventional medium pressure or low pressure casting method,
FIG. 9 is a partial surface view showing the results of a chipping resistance test performed on an aluminum wheel cast by high pressure casting and surface-treated by the surface treatment method according to the present invention.
Claims (16)
前記鋳肌面に研磨処理をほどこした研磨面の表面粗さが所定の値以下になるようにする研磨工程と、
前記研磨後の研磨面に第一の樹脂塗装層を形成する塗装工程と、
前記樹脂塗装層の表面に乾式メッキで金属または金属化合物の層を形成するメッキ工程と、
を包含してなることを特徴とする軽金属鋳物の表面処理方法。A casting process of forming a casting in which a pinhole on the casting surface is suppressed to a predetermined condition by applying a casting pressure exceeding about 50 megapascals from an injection plunger to a melt of light metal material injected into a mold;
A polishing step in which the surface roughness of the polished surface obtained by subjecting the cast surface to a polishing treatment is a predetermined value or less;
A coating step of forming a first resin coating layer on the polished surface after the polishing;
A plating step of forming a metal or metal compound layer on the surface of the resin coating layer by dry plating;
A surface treatment method for a light metal casting, characterized by comprising:
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