JP5407260B2 - 陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材の製造方法 - Google Patents
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本発明にかかる陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材は、アルミニウム合金部材と、該アルミニウム合金部材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、前記陽極酸化皮膜と前記陽極酸化皮膜中に存在する合金成分との隙間にマグネシウム及びフッ素を含む化合物を含んでなるものである。
以下、各工程ごとの詳細な説明をする。
[被処理物]
本発明において、陽極酸化皮膜を作製する被処理物は、シリコンなどの合金成分を含んだアルミニウム合金部材である。具体的には、アルミ鋳造材、アルミダイカスト材などを好適に用いることができる。
陽極酸化皮膜の作製方法としては、従来公知の直流酸化、交流酸化のいずれを採用することもできるが、均一な膜形成の観点から5kHz〜20kHzの周波数の交流酸化を採用することが好ましい。電解液としては、硫酸等を用いることができる。
陽極酸化皮膜の厚さは、耐摩耗性、放熱性、寸法精度等を考慮すると15μm〜100μmの皮膜を形成することが好ましい。
本発明に用いる処理液に浸漬を行う際の前処理はないが、陽極酸化皮膜作製時に使用した電解液が陽極酸化皮膜に付着している場合は、事前に水洗処理を行うことで本発明に用いる処理液の劣化を遅らせることができる。
本発明の陽極酸化皮膜を備えたアルミ鋳造材またはアルミダイカスト材は、内燃機関のピストン、ブレーキ用油圧シリンダに組み込まれるピストン、シリンダボア内面等の摺動部材に適用可能である。
本発明に用いる処理液は、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン及びフッ化物イオンを含む水溶液である。上記イオンを含む混合溶液は数多く存在し特に限定されないが、例えば、マグネシウムイオン及びフッ化物イオンを含む試薬としてケイフッ化マグネシウム(MgSiF6・6H2O)を用いることができ、アンモニウムイオンを含む試薬として、ケイフッ化アンモニウム((NH4)2SiF6)、硝酸アンモニウム(NH4NO3)、ホウ酸アンモニウム((NH4)2O・5B2O3・8H2O)、アンモニア水(NH3)を用いることができる。なかでも、ケイフッ化マグネシウム、及びケイフッ化アンモニウムの混合溶液で良好な結果が得られる。
上記処理液の濃度は、水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウムを1〜10g、及びケイフッ化アンモニウムを1g以上含む混合溶液、もしくは、ケイフッ化マグネシウムを1g以上、及びケイフッ化アンモニウムを1〜5g含む混合溶液を好適に用いることができる。特に、水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウムを2.5g〜7.0g、及びケイフッ化アンモニウムを1.25g〜3.5g含む混合溶液が好ましい。処理液の濃度を上記範囲とすることで、陽極酸化皮膜中の隙間に化合物を析出、充填させ、皮膜硬さの標準偏差を20%以上低減し、平均皮膜硬さも向上することで、皮膜の耐久性が向上する。
上記処理液の温度は13〜38℃であることが好ましい。上記範囲内であると陽極酸化皮膜中の隙間に化合物を析出、充填させる効果を奏し、皮膜硬さの標準偏差を20%以上低減し、平均皮膜硬さも向上することで、皮膜の耐久性が向上する。処理液温度が13℃未満では陽極酸化皮膜の隙間への化合物の析出が起こり難く、逆に38℃を超えると、陽極酸化皮膜の溶解が進行することで陽極酸化皮膜の隙間が大きくなり、皮膜硬さが低下する場合がある。上記処理液の温度のより好ましい下限は、20℃であり、より好ましい上限は、25℃である。
上記処理液中に被処理物を一定時間浸漬させることによって、陽極酸化皮膜の隙間に化合物が析出する。陽極酸化皮膜を上記処理液に浸漬する時間は1.2〜8分、より好ましくは2〜5分である。浸漬時間が1.2分未満では、陽極酸化皮膜の隙間への化合物の析出が少なく良好な結果が得られない場合がある。浸漬時間が8分を超えると陽極酸化皮膜の溶解が進行することで陽極酸化皮膜の隙間が大きくなり、皮膜硬さが低下する場合がある。
図1に、厚さ20μmの陽極酸化皮膜断面の超音波洗浄後のエネルギー分散型 X 線分光[EDS]分析結果を示す。本発明にかかる陽極酸化皮膜の硬さ均一化処理を経た陽極酸化皮膜の断面からは、マグネシウムとフッ素のピークが検出され、これらの元素を含む化合物が皮膜中に生成していることがわかる。
この化合物は、NH4MgAlF6等のマグネシウムやフッ素を含む化合物であり、上記処理液に含まれる成分と陽極酸化皮膜に含まれている合金成分が反応することで生成すると考えられる。
本発明に係る処理方法を用いた陽極酸化皮膜の概念図を示す。図2に本発明の処理を行った陽極酸化皮膜の模式図を示した。アルミニウム基材1上に形成されたセル構造を持つ陽極酸化皮膜2があり、陽極酸化皮膜と陽極酸化皮膜中の合金成分3との間に隙間4が存在する。この陽極酸化皮膜を処理液に浸漬することで、隙間に化合物5が生成する。
実験例1 処理液濃度依存性
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを、ケイフッ化マグネシウム、及びケイフッ化アンモニウムを含む20℃の処理液に5分浸漬した後、水洗した。なお、皮膜硬さ均一化の好適な条件を調査するため、水に溶解させるケイフッ化マグネシウムとケイフッ化アンモニウムの量を変化させた処理液を数種調製し、処理を行った。
図3および表1に処理液濃度を変化させた時の皮膜硬さの変化[HV0.01]を示す。図3中の数字は皮膜硬さの標準偏差を示す。
なお、表1〜4において、ケイフッ化マグネシウム、ケイフッ化アンモニウム量が共に0gのときは、未処理時での値を示し、図3〜6における破線は、未処理時での水準を示す。
図5および表3にケイフッ化アンモニウムの量を2.5gで固定し、ケイフッ化マグネシウムの量を変化させた時の皮膜硬さ[HV0.01]を示す。
図6および表4にケイフッ化マグネシウムを5gで固定し、ケイフッ化アンモニウムの量を変化させた時の皮膜硬さ[HV0.01]を示す。
図3〜図6および表1〜表4の結果を総合すると、特に水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウムを2.5g〜7g、及び、ケイフッ化アンモニウムを1.25g〜3.5g含む混合溶液が好ましいことがわかった。
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを処理液1に5分浸漬した後、水洗した。なお、皮膜硬さの均一化の好適な条件を調査するため、処理液1の温度を5〜60℃の範囲で調整し、処理を行った。
図7および表5に処理液温度を変化させた時の皮膜硬さの変化を示す[HV0.01]。
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液1に浸漬した後、水洗した。なお、皮膜硬さの均一化の好適な条件を調査するため、浸漬時間を0.5〜20分の範囲で変化させて処理を行った。
図8および表6に処理液への浸漬時間を変化させた時の皮膜硬さ[HV0.01]を示す。
実施例1
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液1(水1Lに、(MgSiF6・6H2O)5g、及び((NH4)2SiF6)2.5gを溶解した溶液)に5分浸漬した後、水洗した。
実施例2
アルミニウム合金鋳造材AC8Aをテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液1に5分浸漬した後、水洗した。
比較例1
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。
比較例2
アルミニウム合金鋳造材AC8Aをテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。
図9および表7に材質の違いによる皮膜硬さへの影響[HV0.01]を示す。
(様々なアンモニウム化合物での効果)
実施例3
水1Lに、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF6・6H2O)を5g、及び硝酸アンモニウム(NH4NO3)をアンモニウム量で0.5g溶解した溶液を処理液2とした。
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液2に5分浸漬した後、水洗した。
実施例4
水1Lに、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF6・6H2O)を5g、及びホウ酸アンモニウム((NH4)2O・5B2O3・8H2O)をアンモニウム量で0.5g溶解した溶液を処理液3とした。
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液3に5分浸漬した後、水洗した。
実施例5
水1Lに、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF6・6H2O)を5g、及びアンモニア水(NH3)をアンモニウム量で0.5g溶解した溶液を処理液4とした。
アルミニウム合金ダイカスト材ADC12をテストピースとして硫酸浴の陽極酸化処理を施し、表面に20μmの陽極酸化皮膜を作製した。このテストピースを20℃の処理液4に5分浸漬した後、水洗した。
以上の結果を図10および表8に示す。
2 陽極酸化皮膜
3 合金成分
4 隙間
5 マグネシウム及びフッ素を含む化合物
Claims (5)
- アルミニウム合金部材と、該アルミニウム合金部材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、前記陽極酸化皮膜と前記陽極酸化皮膜中に存在する合金成分との隙間にのみマグネシウム及びフッ素を含む化合物を含んでなる陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材。
- アルミニウム合金部材と、該アルミニウム合金部材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備え、前記陽極酸化皮膜と前記陽極酸化皮膜中に存在する合金成分との隙間にマグネシウム及びフッ素を含む化合物を含んでなり、かつ、前記陽極酸化皮膜の硬さ(HV0.01)を同一皮膜上で7箇所測定した際の皮膜硬さの標準偏差が39以上71以下であることを特徴とする陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材。
- アルミ合金部材表面に形成した陽極酸化皮膜を、水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF 6 ・6H 2 O)を1〜10g、及び、ケイフッ化アンモニウム((NH 4 ) 2 SiF 6 )を1g以上溶解した、溶液温度が13〜38℃である混合溶液に浸漬する工程を含む陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材の製造方法。
- アルミ合金部材表面に形成した陽極酸化皮膜を、水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF 6 ・6H 2 O)を1g以上、及び、ケイフッ化アンモニウム((NH 4 ) 2 SiF 6 )を1〜5g溶解した、溶液温度が13〜38℃である混合溶液に浸漬する工程を含む陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材の製造方法。
- アルミ合金部材表面に形成した陽極酸化皮膜を、水1Lに対して、ケイフッ化マグネシウム(MgSiF 6 ・6H 2 O)を2.5g〜7g、及び、ケイフッ化アンモニウム((NH 4 ) 2 SiF 6 )を1.25g〜3.5g溶解した、溶液温度が13〜38℃である混合溶液に浸漬する工程を含む陽極酸化皮膜付アルミニウム合金部材の製造方法。
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