JP5291518B2 - マグネシウム合金部材の表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム合金部材の表面処理方法に関し、特に、マグネシウム合金部材の表面の高耐食性皮膜の一部をパルスレーザーで除去することにより、簡単に導通性高耐食性皮膜領域を形成するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のマグネシウム合金部材の表面処理方法としては、例えば、特許文献１に開示された方法を図４として挙げることができる。
すなわち、図４は従来のマグネシウム合金部材の表面処理方法を示す工程図であって、（ａ）は第１工程（化成処理工程）を示す断面図、（ｂ）は第２工程（陽極酸化処理工程）を示す断面図、（ｃ）は第３工程（封孔処理工程）を示す断面図である。

従来のマグネシウム合金部材の表面処理方法は、次の手順に従って行われる。
まず、第１工程（化成処理工程）で、図４（ａ）に示すように、アース箇所Ａ１及び非アース箇所Ａ２からなるマグネシウム合金部材１に対して、その表面全体（アース箇所Ａ１及び非アース箇所Ａ２）に導通性の化成皮膜２を形成する。それには、例えば特許第３３０７８８２号公報に開示された周知の方法により、マグネシウム合金部材１の表面全体に化成処理を施す。

次に、第２工程（陽極酸化処理工程）に移行し、図４（ｂ）に示すように、アース箇所Ａ１を除き、マグネシウム合金部材１の表面に多孔質セル状の陽極酸化皮膜３を形成する。その場合、マグネシウム合金部材１のアース箇所Ａ１をマスキングし、その状態で、例えば特開２００５−１０３５０５号公報に開示された周知の方法により、マグネシウム合金部材１の表面に陽極酸化処理を施す。すると、マグネシウム部材１の表面のうちアース箇所Ａ１については、マスキングされているため、陽極酸化皮膜３が形成されない。一方、マグネシウム合金部材１の表面のうち非アース箇所Ａ２については、マスキングされていないため、陽極酸化皮膜３が形成される。このように、アース箇所Ａ１はマスキングされているので、非アース箇所Ａ２のみを迅速かつ簡便に陽極酸化処理することができる。

このとき、非アース箇所Ａ２においては、化成皮膜２が破壊されて消滅し、陽極酸化皮膜３のみで被覆された状態となる。この化成皮膜２の消滅メカニズムは次の通りである。すなわち、陽極酸化処理を施す場合、まず前処理として、フッ酸などの高酸化力を有する溶液にて表面の酸洗浄を行った後、陽極酸化皮膜３の形成時に、強アルカリ溶液など反応性に富む溶液を用いて、通電状態にて電気分解で陽極酸化皮膜３を形成する。したがって、膜厚が数百ｎｍ〜数μｍ程度と極めて薄い化成皮膜２は、以上の過程において破壊されて消滅することになる。

最後に、第３工程（封孔処理工程）に移行し、図４（ｃ）に示すように、多孔質セル状の陽極酸化皮膜３の孔を塞ぐ。それには、陽極酸化皮膜３に封孔処理を施す。この封孔処理の具体的方法としては、陽極酸化皮膜３の表面に塗装して塗装皮膜４を形成する方法が考えられる。例えば、エポキシ系塗料にて下塗り、焼付け、中塗り、焼付けを行った後、アクリル系塗料にて上塗り、焼付けを行えばよい。このとき、合計塗装厚みを一定（例えば、６０μｍ）以上とすることにより、陽極酸化皮膜３の孔は塗装皮膜４によって塞がれた状態となる。更に、この塗装皮膜４により、マグネシウム合金部材１の非アース箇所Ａ２の耐食性を高めることができる。
以上のように、アース箇所Ａ１及び非アース箇所Ａ２からなるマグネシウム合金部材１に対して、その防食とアース確保を一連の工程で行うことができる。

特開２００７−３０２９２２号公報

従来のマグネシウム合金部材の表面処理方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、従来、一般に、化成処理、陽極酸化いずれの方法でも、高耐食性、及び導通性の確保を実現するべく、様々な条件面、使用する薬液などに工夫がなされている。しかし、これらのどの方法を用いても、部分的に更なる性能アップ、例えば、より高い導通性を求めようとした時に、形成する皮膜を薄くする必要があり、その時、耐食性の面では若干なりとも全面の耐食性が犠牲にされることになる。このように、高耐食性と高い導通性を同時に実現しようとすると、それらが皮膜の厚さで決定される、相反する特性であるため、どちらかの特性には制約がかかることになる。
これらの問題を解決するために、前述の特許文献１の方法のように、マスキングを利用して特性の異なる表面を実現する方法が提案されているが、これによって得られる特性の数（例えば導通性のレベルの数）は、皮膜の層の数によるため、一つの部材上の特性の数に制限がある。または、数種の任意の導通性を一部材上に得ようと思った場合、マスキングの交換、多段階の処理工程を実施する必要があり、工程が複雑化及び高コスト化していた。

本発明によるマグネシウム合金部材の表面処理方法は、マグネシウム合金部材の表面に皮膜を形成するマグネシウム合金部材の表面処理方法であって、前記表面に高耐食性皮膜を形成する皮膜形成工程と、前記高耐食性皮膜の所要領域にパルスレーザーを照射して前記高耐食性皮膜の一部を除去することにより、所要の導通性を有する導通性高耐食性皮膜領域を形成する皮膜除去工程と、よりなる方法であり、また、前記パルスレーザーのエネルギーは、単位面積当たり７，０００〜３０，０００Ｊ／ｍ^２である方法である。

本発明によるマグネシウム合金部材の表面処理方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、マグネシウム合金部材の表面に皮膜を形成するマグネシウム合金部材の表面処理方法であって、前記表面に高耐食性皮膜を形成する皮膜形成工程と、前記高耐食性皮膜の所要領域にパルスレーザーを照射して前記高耐食性皮膜の一部を除去することにより、所要の導通性を有する導通性高耐食性皮膜領域を形成する皮膜除去工程と、を用い、高耐食性皮膜の形成工程を先に配置したことにより、導通性の確保という制約を受けず、十分に厚い皮膜を形成させる処理条件を選択することが可能になる。
また、高耐食性皮膜形成後に、パルスレーザーを照射することで、一部を除去し、導通性を有する耐食性皮膜をマグネシウム合金部材上に形成できるので、高耐食性と導通性の両特性を併せ持つ部品を製造することができる。
このとき、パルスレーザーがマグネシウム合金部材に与える単位面積当たりのエネルギー条件を、７，０００〜３０，０００Ｊ／ｍ^２ の範囲から特定の条件を任意に選び、別々の場所に照射すれば、異なる抵抗値の皮膜を同一のマグネシウム合金部材上に形成することも容易である。
また、マグネシウム合金部材の表面に形成する皮膜は一層の高耐食性皮膜のみで済み、処理工程及び構造の簡素化により、安価なマグネシウム合金部材を得ることができる。

本発明によるマグネシウム合金部材の表面処理方法の工程を示す構成図である。 本発明におけるパルスレーザー照射時の単位面積当たりのレーザーエネルギーと電気抵抗値の関係を示す特性図である。 本発明における単位面積当たりのエネルギーを変えてパルスレーザーを照射したサンプルの耐食性試験後の表面状態を示す拡大平面図である。 従来のマグネシウム合金部材の表面処理方法を示す構成図である。

本発明は、マグネシウム合金部材の表面の高耐食性皮膜の一部をパルスレーザーで除去することにより、簡単に導通性高耐食性皮膜領域を形成するようにしたマグネシウム合金部材の表面処理方法を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるマグネシウム合金部材の表面処理方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは、所要の肉厚を有するマグネシウム合金部材であり、このマグネシウム合金部材１の表面には、化成処理皮膜、陽極酸化皮膜などからなる高耐食性皮膜１０のみが所要の厚さで形成されている。

前記高耐食性皮膜１０のほぼ中央の位置には、所要の領域のパルスレーザー照射範囲Ａに対してパルスレーザー照射が行われ、このパルスレーザー照射範囲Ａにおける前記高耐食性皮膜１０の一部がこのパルスレーザー照射によって除去され、導通性高耐食性皮膜領域１１が形成される。
前記導通性高耐食性皮膜領域１１は他の高耐食性皮膜１０よりも厚さが極端に薄くなり、導通性を有する膜厚となるように形成されている。

このときの前記高耐食性皮膜１０の皮膜厚さは約３μｍであった。この高耐食性皮膜１０の導通性（電気抵抗値）は絶縁状態を示す。
こり試験片のパルスレーザー照射範囲（Ａ）に１５，０００Ｊ／ｍ^２のパルスレーザーを照射して形成された前記導通性高耐食性皮膜領域１１の皮膜厚さは約０．８μｍとなった。また、この範囲の電気抵抗値は０．０８Ωとなった。
図３は、前記試験片に対して単位面積当たりのエネルギーを変えて照射したサンプルに、８時間塩水噴霧＋１６時間休止のテストを３サイクル試験した後の表面状態である。２９，０００Ｊ／ｍ^２までは、糸錆の発生は見られるものの、その耐食性は大きく変化しない。３３，０００Ｊ／ｍ^２では、図の上部あたりにややまとまった錆跡が見られ、３７，０００Ｊ／ｍ^２では全面が錆びに覆われている。パルスレーザーの単位面積当たりのエネルギーが３０，０００Ｊ／ｍ^２を超えたあたりから照射部の耐食性が劣化していると考えられる。
一般の家電製品向け部材においては、１Ω以下の導通性が求められることが多く、また、導通性高耐食性皮膜領域１１の耐食性も確保しておく必要があり、そこで、単位面積当たりエネルギー７，０００〜３０，０００Ｊ／ｍ^２の範囲のパルスレーザーを選ぶことが好適である。

すなわち、高耐食性皮膜１０の形成工程（化成処理工程、陽極酸化工程など）を先に配置し、十分に厚い皮膜を形成させる処理条件を選択する。次に、導通性が必要な所要領域の部分において、パルスレーザーを用いて一部の皮膜除去を行う。この場合、パルスレーザーがマグネシウム合金部材１に与える単位面積当たりのエネルギーを７，０００〜３０，０００Ｊ／ｍ^２に範囲から特定の条件を選ぶことで、図２に示す通り、任意の導通性（すなわち電気抵抗値）を有する耐食性皮膜をマグネシウム合金部材１上に形成できる。
前述の皮膜除去工程において、パルスレーザーの条件を変更し別の場所に照射すれば、先の場所と異なる導通性の皮膜を同一のマグネシウム合金部材１上に形成することも容易である。

本発明は、マグネシウム合金部材のベースとした電気部品だけではなく、他の金属部材をベースとした表面処理にも適用できる。

１ マグネシウム合金部材
１０ 高耐食性皮膜
１１ 導通性高耐食性皮膜領域
Ａ パルスレーザー照射範囲

Claims (2)

1. マグネシウム合金部材(1)の表面に皮膜を形成するマグネシウム合金部材の表面処理方法であって、
   前記表面に高耐食性皮膜(10)を形成する皮膜形成工程と、前記高耐食性皮膜(10)の所要領域にパルスレーザーを照射して前記高耐食性皮膜(10)の一部を除去することにより、所要の導通性を有する導通性高耐食性皮膜領域(11)を形成する皮膜除去工程と、よりなることを特徴とするマグネシウム合金部材の表面処理方法。
2. 前記パルスレーザーのエネルギーは、単位面積当たり７，０００〜３０，０００Ｊ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金部材の表面処理方法。

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