JP4054813B2 - アルミニウム合金製素材のめっき方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金製素材に耐摩耗性めっきを施すめっき方法に係り、特に、めっき前処理における環境負荷を低減し得るようにされたアルミニウム合金製素材のめっき方法に関する。

従来、アルミニウム合金製素材、例えば、図５に示す如きシュニューレ掃気式小型空冷２サイクルガソリンエンジン等の内燃エンジン用シリンダ１（のピストン２の摺動面３）に耐摩耗性めっき（鉄めっき４）を施す方法としては、下記特許文献１等に所載のように、めっき工程前に、前記素材表面３に対するめっき４の密着性（喰い付き性）を向上させるべく、前処理（下地処理）を行うのが一般的である。

かかるめっき前処理は、例えば、下記表１に示される如くの順序（工程）及び処理条件で行われている。すなわち、前記アルミニウム合金製素材１に脱脂処理を施し、この脱脂処理を施した素材１の水洗後に、アルカリエッチングを施し、このアルカリエッチングを施した素材１を水洗した後、前記アルカリエッチング工程で生成された（表層に残留した）、前記素材（アルミニウム合金）１中の不溶成分（スマット：Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ等）を、硝酸、弗酸、及び硫酸の混合液で溶解除去（酸蝕）する。これにより、前記素材表面３が清浄化されるとともに、前記素材表面３に微小凹凸が形成される。その後、水洗した後、陽極酸化処理を行う。これにより、前記素材表面３に酸化皮膜が形成されるとともに、該酸化皮膜における前記微小凹凸に対応する部分に孔が形成される。かかる孔が形成された素材１を水洗後、その表面に鉄めっき４を施す。この場合、鉄めっき４（の最下層部分）は、前記孔及び凹凸を埋めるようにその中に侵入するので、高いアンカー効果が得られ、めっき４の密着性（喰い付き性）が良好となる。

特開平３−１９１０９５号公報

しかしながら、前記した従来のめっき方法では、次のような改善すべき課題があった。

すなわち、前記アルカリエッチング工程で生成された、アルミニウム合金中の不溶成分（スマット）を硝酸、弗酸、及び硫酸の混合液で溶解除去（酸蝕）するようにされているが、この酸蝕工程で使用される硝酸は、海水の富栄養化問題に対する窒素規制で、また、弗酸は、ＰＲＴＲ法で、指定されている第１種指定化学物質であり、環境負荷低減のため、いずれも使用削減を強く求められており、アルミニウム合金製素材のめっき（前処理）に、硝酸及び弗酸を使用しない方策が切望されている。

また、硝酸、弗酸は、前記自然環境問題だけでなく、めっき前処理に携わる作業者の安全性等の、労働環境の観点からもなるべく使用しないようにすることが望まれる。

さらに、前記酸蝕による脱スマット処理は、安定性が低く、めっきの密着性に関与するエッチング深さが変動するので、その管理が難しくなり、アルミニウム合金素材に施されためっきに充分なアンカー効果が得られず、めっきの密着不良となるケースが少なからずあった。

加えて、前記酸蝕に使用する薬品（硝酸、弗酸、及び硫酸の混合溶液）の寿命が比較的短く、また、前記弗酸を含んだ廃水は、無害化処理に多大な時間とコストがかかることもあって、薬品コスト及びその廃水処理コストが高くなる嫌いがあった。

本発明は、前記した如くの問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いないようにされて、環境負荷の低減及び労働環境の改善を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減でき、かつ、良好なめっき密着性を得ることができるようにされたアルミニウム合金製素材のめっき方法を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法は、基本的には、アルミニウム合金製素材にめっきを施すにあたり、その前処理として、アルカリエッチング工程で生成された、アルミニウム合金中の不溶成分を除去すべく、陰極酸電解を行うアルミニウム合金製素材のめっき方法であって、前記素材に脱脂処理を施す工程と、該脱脂処理を施した前記素材にアルカリエッチングを施す工程と、該アルカリエッチングを施した前記素材に陰極酸電解処理を施す工程と、該陰極酸電解処理を施した前記素材に陽極酸化処理を施す工程と、該陽極酸化処理を施した前記素材にめっきを施す工程と、を含んで構成され、前記陰極酸電解は、前記アルミニウム合金製素材を陰極として、硫酸第二鉄溶液中で行うことを特徴としている。

前記アルミニウム合金素材としては、内燃エンジン用シリンダ（小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダ等）が挙げられ、該シリンダのピストン摺動面にめっきを施すようにされる。

本発明に係る内燃エンジン用シリンダは、前記しためっき方法によりそのピストン摺動面に鉄めっきが施されたものである。

本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法では、従来のめっき前処理で行われていた酸蝕に代えて、陰極酸電解により、アルカリエッチング工程で生成された不溶成分（スマット：Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ等）を除去するようにされる。より具体的には、前記素材を陰極として、例えば、硫酸第二鉄溶液中で陰極酸電解を行い、該処理中に発生する水素ガスを利用して、前記不溶成分を物理的に除去するようにされる。このため、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いなくて済み、その結果、環境負荷の低減及び労働環境の改善等を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減できる。

また、めっきの密着性に関与するエッチング深さは、アルカリエッチング工程での処理条件（使用される薬品（苛性ソーダ等）の濃度、温度、時間）で決まり、陰極酸電解工程では、水素ガスの発生のみでエッチングは進行しないので、エッチング深さを容易かつ正確に管理することができる。そのため、アルミニウム合金素材に施されためっきに高いアンカー効果が得られ、めっきの密着性（喰い付き性）が良好となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

本発明に係るめっき方法の一実施形態は、アルミニウム合金製素材、例えば、図５に示す如き、刈払機等の手持式携帯型作業機に使用される、シュニューレ掃気式小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダ（ＡＤＣ１２のダイカストシリンダ）１のピストン２の摺動面３に、耐摩耗性めっき（鉄めっき）４を施す場合に適用され、下記表２に示される如くの順序（工程）及び処理条件で行われる。

すなわち、まず、前記素材（シリンダ１のピストン２の摺動面４）に脱脂処理を施す。この脱脂処理は、前述した従来のめっき方法（表１参照）と同様に、例えば、カニング社製のボンダルクリーナ（苛性ソーダ）：２．５ｇ／Ｌ（リットル）を用いて、５０°Ｃで４５〜５５秒行う。該脱脂工程では、図１に図面代用写真（素材表面の脱脂後の走査電子顕微鏡写真：ＳＥＭ×１６００）で示される如くに、脱脂のみが行われ、エッチングは進行しない。

この脱脂処理を施した素材１の水洗後に、アルカリエッチングを施す。このアルカリエッチング工程も、前述した従来のめっき方法（表１参照）と同様に、例えば、カニング社製のボンダルクリーナ（苛性ソーダ）：２５ｇ／Ｌを用いて、６０°Ｃで４５〜５５秒行う。

該アルカリエッチング工程では、図２に図面代用写真（素材表面のアルカリエッチング後の走査電子顕微鏡写真：ＳＥＭ×１６００）で示される如くに、苛性ソーダ成分により、素材表面のエッチングが進行し、アルミニウム合金中の不溶成分（Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ等）がスマットとして表層に残留する。

次いで、前記アルカリエッチングを施した素材１を水洗した後、前記アルカリエッチング工程で生成された（表層に残留した）、前記素材（アルミニウム合金）１中の不溶成分（スマット：Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ等）を除去すべく、陰極酸電解を行う。具体的には、中央化学製の、硫酸第二鉄、非イオン系界面活性剤、及び硫酸を成分とするＦＥ剤（スケール除去剤）：３０％、及び、ＥＢＲ剤（酸電解添加剤）：３％の水溶液（硫酸第二鉄溶液）中にて、前記素材１を陰極として、２５〜６０°Ｃのもとで、電圧６〜１２Ｖを印加して３０〜９０秒行う。該陰極酸電解工程では、図３に図面代用写真（素材表面の陰極酸電解後の走査電子顕微鏡写真：ＳＥＭ×１６００）で示される如くに、陰極から発生する水素ガスにより物理的に前記スマットが除去され、前記素材表面に、めっきの密着性を向上（アンカー効果向上）させるのには最適の微小凹凸が形成される。

続いて、水洗した後、陽極酸化処理を行う。この陽極酸化工程は、前述した従来のめっき方法（表１参照）と同様に、燐酸５０ｇ／Ｌを用いて、５５°Ｃのもとで電圧６〜１２Ｖを印加して５０秒行う。これにより、前記素材表面３に酸化皮膜が形成されるとともに、該酸化皮膜における前記微小凹凸に対応する部分に孔が形成される。

かかる孔が形成された素材１を水洗後、その表面に鉄めっき４を施す。この場合、図４に図面代用写真（めっき後の素材表層断面の走査電子顕微鏡写真：ＳＥＭ×１１５０）で示される如くに、前記鉄めっき４（の最下層部分）は、前記孔及び凹凸を埋めるようにその中に侵入している。そのため、めっき４に高いアンカー効果が得られ、めっき４の密着性（喰い付き性）が良好となっていることが確認された。

本実施形態のめっき方法では、従来のめっき前処理で行われていた酸蝕に代えて、陰極酸電解により、アルカリエッチング工程で生成された不溶成分（スマット：Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ等）を除去するようにされる。より具体的には、前記素材１を陰極として、硫酸第二鉄溶液中で陰極酸電解を行い、該処理中に発生する水素ガスを利用して、前記不溶成分を物理的に除去するようにされる。このため、めっき前処理に硝酸及び弗酸を用いなくて済み、その結果、環境負荷の低減及び労働環境の改善等を図ることができるとともに、薬品コスト及び廃水処理コストを削減できる。

また、めっきの密着性に関与するエッチング深さは、アルカリエッチング工程での処理条件（使用される薬品（苛性ソーダ等）の濃度、温度、時間）で決まり、陰極酸電解工程では、水素ガスの発生のみでエッチングは進行しないので、エッチング深さを容易かつ正確に管理することができる。そのため、アルミニウム合金素材に施されためっきに高いアンカー効果が得られ、めっきの密着性（喰い付き性）が良好となる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定される訳ではなく、各工程で使用される薬品の種類や量等の処理条件は、要求されるめっきの仕様等に応じて、様々に変更できることは勿論である。

本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法の一実施形態における脱脂後の素材表面を示す走査電子顕微鏡写真。 本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法の一実施形態におけるアルカリエッチング後の素材表面を示す走査電子顕微鏡写真。 本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法の一実施形態における陰極酸電解後の素材表面を示す走査電子顕微鏡写真。 本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法の一実施形態におけるめっき後の素材表層断面を示す走査電子顕微鏡写真。 本発明に係るアルミニウム合金製素材のめっき方法の一実施形態を適用するアルミニウム合金素材としての内燃エンジン用シリンダの縦断面図。

Claims (3)

1. アルミニウム合金製素材（１）にめっき（４）を施すにあたり、その前処理として、アルカリエッチング工程で生成された、アルミニウム合金中の不溶成分を除去すべく、陰極酸電解を行うアルミニウム合金製素材のめっき方法であって、
   前記素材（１）に脱脂処理を施す工程と、該脱脂処理を施した前記素材（１）にアルカリエッチングを施す工程と、該アルカリエッチングを施した前記素材（１）に陰極酸電解処理を施す工程と、該陰極酸電解処理を施した前記素材（１）に陽極酸化処理を施す工程と、該陽極酸化処理を施した前記素材（１）にめっき（４）を施す工程と、を含んで構成され、
   前記陰極酸電解は、前記アルミニウム合金製素材（１）を陰極として、硫酸第二鉄溶液中で行うことを特徴とするアルミニウム合金製素材のめっき方法。
2. 前記アルミニウム合金製素材は、内燃エンジン用シリンダ（１）であり、該シリンダ（１）のピストン摺動面（３）にめっき（４）を施すことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製素材のめっき方法。
3. 請求項２に記載のめっき方法によってピストン摺動面（３）に鉄めっき（４）が施されたことを特徴とする内燃エンジン用シリンダ。

Images