JP7464394B2 - Metallic materials - Google Patents

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Description

本開示は、金属部材に関する。 This disclosure relates to metal components.

撥液性の表面を有する金属部材が、工業的に求められている。 There is an industrial demand for metal components with liquid-repellent surfaces.

撥液性の表面としては、表面自由エネルギーが低く、かつ微細な凹凸構造を有する粗面、及びその上に塗布する潤滑油膜からなる撥液性表面である、Slippery Liquid-Infused Porous Surface(SLIPS)と呼ばれる液体易滑性表面が知られている。 A known liquid-repellent surface is a rough surface with low surface free energy and a fine uneven structure, and is a liquid-repellent surface that is called a slippery liquid-infused porous surface (SLIPS), which is made up of a lubricating oil film applied on top of the rough surface.

表面自由エネルギーの低い粗面は、潤滑油の湿潤を向上させるとともに固体表面に対する液体の強固な付着を防ぐため、潤滑油膜上に付着した液滴は高い可動性を得て、わずかな傾斜で容易に滑落する。 A rough surface with low surface free energy improves wetting of the lubricant and prevents the liquid from adhering strongly to the solid surface, so that droplets adhering to the lubricant film have high mobility and slide off easily at even a slight incline.

SLIPSは、このような特徴をもつことから、撥液性、防汚性、及び耐食性表面としての利用のみならず、氷の付着を防止する難着氷性表面、血液といった生物由来の液体の付着を防ぐ耐生物汚損表面、そして潤滑油膜上における液滴の高い凝集性を利用したウォーターハーベスト技術など、従来の超撥水・超撥油性表面では困難とされる応用展開が可能であると考えられている。 Because of these characteristics, SLIPS is not only useful as a liquid-repellent, stain-resistant, and corrosion-resistant surface, but is also believed to be capable of applications that were difficult with conventional super-water-repellent and super-oleophobic surfaces, such as anti-icing surfaces that prevent ice from adhering, biofouling-resistant surfaces that prevent the adhesion of biological liquids such as blood, and water harvesting technology that utilizes the high cohesiveness of droplets on a lubricating oil film.

なお、表面自由エネルギーの低い物質の代表例としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE;臨界界面張力γ=18mNm-1)をはじめとするフッ素系樹脂が挙げられるが、これらの用途は限定的である。 Representative examples of substances with low surface free energy include fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE; critical interfacial tension γ C =18 mNm −1 ), but their applications are limited.

一方で工業的に多くの需要があるのは種々の金属酸化物表面における撥液化である。金属酸化物の表面自由エネルギーは他の物質と比べて非常に高い値をもつものの、末端に-CF(γ=6mNm-1)を有する長鎖のパーフルオロアルキル基や、-CH(γ=24mNm-1)を有する長鎖のアルキル基からなる自己組織化有機単分子膜(SAM)により表面を改質することで表面自由エネルギーを大幅に低減できることが知られている。中でも、近年広く使用されているホスホン酸誘導体は、それ自身が非常に安定な化合物であり、古くから知られているシランカップリング剤よりも密度が高く安定なSAMを形成する。 On the other hand, there is a great industrial demand for liquid repellency on the surfaces of various metal oxides. Although the surface free energy of metal oxides is very high compared to other substances, it is known that the surface free energy can be significantly reduced by modifying the surface with a self-assembled organic monolayer (SAM) consisting of a long-chain perfluoroalkyl group having -CF 3C =6 mNm -1 ) at the end or a long-chain alkyl group having -CH 3 (γ C =24 mNm -1 ). Among them, phosphonic acid derivatives, which have been widely used in recent years, are themselves very stable compounds and form SAMs with higher density and stability than silane coupling agents, which have been known for a long time.

また、特許文献1が開示するように、自動車エンジン部品等の鉄鋼材料に関して、鉄鋼材料をプラズマ窒化し、その後に窒素イオンを注入し、鉄鋼材料表面の窒素濃度を30原子%以上にする鉄鋼材料の表面処理方法によって、鉄鋼材料の耐衝撃性、耐摩耗性及び耐食性を高めることが知られている。 As disclosed in Patent Document 1, it is known that the impact resistance, wear resistance, and corrosion resistance of steel materials for automobile engine parts and the like can be improved by a surface treatment method for steel materials in which the steel materials are plasma-nitrided and then nitrogen ions are implanted to bring the nitrogen concentration on the steel material surface to 30 atomic % or more.

特開2003-073800号公報JP 2003-073800 A

上記のSAMを形成するための化学物質は高価であり、また液相法でSAMによるコーティングを行う場合は厳密な溶液管理が求められ、気相法で行う場合は高価な設備を要する。 The chemicals used to form the above SAMs are expensive, and strict solution management is required when coating with SAMs using the liquid phase method, while expensive equipment is required when using the gas phase method.

したがって、SAM等による表面処理を必要とせずに撥液性の表面を有する金属部材を製造することができれば、大規模な工業化に際して処理工程の簡略化や大幅なコスト削減が見込まれる。 Therefore, if it were possible to manufacture metal components with liquid-repellent surfaces without the need for surface treatment using SAM or the like, it would be possible to simplify the processing process and significantly reduce costs when it comes to large-scale industrialization.

しかし、これまで付着した液体を滑落させるためには、金属酸化物表面の表面自由エネルギーを低減するためのSAM等による表面処理が必要不可欠であると考えられてきた。 However, it has been thought that surface treatment with SAM or other methods to reduce the surface free energy of the metal oxide surface is essential to allow the adhering liquid to slide off.

実際に、本開示者らは、SLIPSの潤滑油としてよく知られているフッ素系高分子からなる潤滑油やシリコーンオイルを用いても、SAM等による表面処理を行わなければ水の付着さえ防止できないとの知見を得た。 In fact, the present inventors have found that even if lubricants made of fluorine-based polymers or silicone oils, which are well known as lubricants for SLIPS, are used, it is not possible to prevent even water adhesion unless surface treatment is performed using SAM or the like.

本開示は、SAM等による表面処理を必要とせずに、撥水性及び耐食性の表面を有する金属部材を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a metal component having a water-repellent and corrosion-resistant surface without the need for surface treatment with SAM or the like.

本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した:
《態様1》
多孔質表面を有しており、前記多孔質表面が、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を含有している炭化水素系オイルによって直接に被覆されている、金属部材。
《態様2》
前記多孔質表面が、酸化表面である、態様1に記載の金属部材。
《態様3》
前記多孔質表面が、陽極酸化表面である、態様2に記載の金属部材。
《態様4》
前記金属部材が、Al、Ti、Fe、若しくはMg、又はこれらの金属のいずれかの合金、又はステンレス鋼の部材である、態様1~3のいずれか一つに記載の金属部材。
《態様5》
前記ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の濃度が、前記炭化水素系オイルに対して0.1質量%~30.0質量%である、態様1~4のいずれか一つに記載の金属部材。
《態様6》
前記炭化水素系オイルがエンジンオイルである、態様1~5のいずれか一つに記載の金属部材。
《態様7》
自動車用部材である、態様1~6のいずれか一つに記載の金属部材。
《態様8》
エンジンオイルが供給される部分に用いられる、態様7に記載の金属部材。
《態様9》
インタークーラー用部材である、態様7又は8に記載の金属部材。
The present inventors have found that the above object can be achieved by the following means:
<<Aspect 1>>
A metal component having a porous surface, the porous surface being directly coated with a hydrocarbon-based oil containing zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP).
Aspect 2
2. The metal component according to claim 1, wherein the porous surface is an oxidized surface.
Aspect 3
3. The metal member according to claim 2, wherein the porous surface is an anodized surface.
Aspect 4
The metal member according to any one of aspects 1 to 3, wherein the metal member is a member made of Al, Ti, Fe, or Mg, or an alloy of any of these metals, or a stainless steel member.
Aspect 5
A metal member according to any one of aspects 1 to 4, wherein the concentration of the zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) is 0.1% by mass to 30.0% by mass with respect to the hydrocarbon-based oil.
Aspect 6
The metal member according to any one of Aspects 1 to 5, wherein the hydrocarbon-based oil is an engine oil.
Aspect 7
The metal member according to any one of aspects 1 to 6, which is an automobile member.
Aspect 8
The metal member according to aspect 7, which is used in a portion to which engine oil is supplied.
Aspect 9
The metal member according to aspect 7 or 8, which is an intercooler member.

本開示によれば、SAM等による表面処理を必要とせずに、撥水性及び耐食性の表面を有する金属部材を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a metal component having a water-repellent and corrosion-resistant surface without the need for surface treatment using SAM or the like.

図1Aは、多孔質表面を有するアルミニウム板の表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 1A is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of an aluminum plate having a porous surface. 図1Bは、階層構造化された多孔質表面を有するアルミニウム板の表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 1B is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of an aluminum plate having a hierarchically structured porous surface. 図1Cは、参考例1~4のアルミニウム板それぞれの表面に対する、水滴又は自動車用エンジンオイル滴の接触角を示す図である。FIG. 1C is a diagram showing the contact angle of a water droplet or an automobile engine oil droplet with respect to the surface of each of the aluminum plates of Reference Examples 1 to 4. 図2Aは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、アルミニウム板の回転速度と自動車用エンジンオイルの残量との関係(回転時間:60秒)を示すグラフである。FIG. 2A is a graph showing the relationship between the rotation speed of the aluminum plate and the remaining amount of automobile engine oil (rotation time: 60 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5. 図2Bは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、アルミニウム板の回転速度と10μLの水滴の転落角との関係(回転時間:60秒)を示すグラフである。FIG. 2B is a graph showing the relationship between the rotation speed of the aluminum plate and the falling angle of a 10 μL water droplet (rotation time: 60 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5. 図2Cは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、自動車用エンジンオイルの残量と10μLの水滴の転落角との関係(回転時間:10、60、300秒)を示すグラフである。FIG. 2C is a graph showing the relationship between the remaining amount of automobile engine oil and the falling angle of a 10 μL water droplet (rotation time: 10, 60, 300 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5. 図3は、実施例1及び2、比較例5及び7のアルミニウム板について、混合液への浸漬時間と、10μLの水滴の転落角との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the immersion time in the mixed liquid and the sliding angle of a 10 μL water droplet for the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 7. 図4は、実施例1及び2、並びに比較例1~6のアルミニウム板について耐食試験後の重量変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the weight change after the corrosion resistance test for the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6. 図5Aは、階層構造化を行わず、陽極酸化を行ったアルミニウム板の表面の、耐食試験前における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 5A is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of an aluminum plate that was not subjected to hierarchical structuring and was anodized before a corrosion resistance test. 図5Bは、比較例5のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 5B is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 5 after the corrosion resistance test. 図5Cは、比較例3のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 5C is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 3 after the corrosion resistance test. 図5Dは、実施例1のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 5D is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Example 1 after the corrosion resistance test. 図5Eは、比較例1のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 5E is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 1 after a corrosion resistance test. 図6Aは、階層構造化を行い、かつ陽極酸化を行ったアルミニウム板の表面の、耐食試験前における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 6A is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a hierarchically structured and anodized aluminum plate before a corrosion resistance test. 図6Bは、比較例6のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 6B is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 6 after the corrosion resistance test. 図6Cは、比較例4のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 6C is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 4 after the corrosion resistance test. 図6Dは、実施例2のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 6D is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Example 2 after the corrosion resistance test. 図6Eは、比較例2のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。FIG. 6E is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum plate of Comparative Example 2 after the corrosion resistance test. 図7は、参考例5のアルミニウム板の作製方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method for producing the aluminum plate of Reference Example 5. 図8Aは、参考例5のアルミニウム板の表面の状態及び10μLの水滴を乗せたときの接触角を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the surface state of the aluminum plate of Reference Example 5 and the contact angle when a 10 μL water droplet was placed on it. 図8Bは、参考例6のアルミニウム板の表面の状態及び10μLの水滴を乗せたときの接触角を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing the surface state of the aluminum plate of Reference Example 6 and the contact angle when a 10 μL water droplet was placed on it. 図9Aは、参考例5のアルミニウム板に関して、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後の表面のX線光電分光法(XPS)分析結果を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the surface of the aluminum plate of Reference Example 5 after immersion in and cleaning with automobile engine oil. 図9Bは、参考例5のアルミニウム板に関して、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後の表面のX線光電分光法(XPS)分析結果を示すグラフである。FIG. 9B is a graph showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the surface of the aluminum plate of Reference Example 5 after immersion in and cleaning with automobile engine oil. 図9Cは、参考例5のアルミニウム板に関して、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後の表面のX線光電分光法(XPS)分析結果を示すグラフである。FIG. 9C is a graph showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the surface of the aluminum plate of Reference Example 5 after immersion in and cleaning with automobile engine oil. 図10は、実施例3~5、及び比較例8アルミニウム板に関する電気化学測定結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the results of electrochemical measurements on the aluminum plates of Examples 3 to 5 and Comparative Example 8. 図11は、実施例3、及び比較例8~10のアルミニウム板に関する電気化学測定結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the results of electrochemical measurements on the aluminum plates of Example 3 and Comparative Examples 8 to 10.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the disclosure.

本開示の金属部材は、多孔質表面を有しており、前記多孔質表面が、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を含有している炭化水素系オイルによって直接に被覆されている。 The metal member of the present disclosure has a porous surface, and the porous surface is directly coated with a hydrocarbon-based oil containing zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP).

《金属部材》
本開示において、金属部材は、多孔質表面を有している。
Metallic parts
In the present disclosure, the metal member has a porous surface.

ここで、多孔質表面とは、金属部材の表面に形成されている多孔質の被膜であり、例えば金属部材と同種の金属の酸化物を有する酸化表面であってよい。更に具体的には、多孔質表面は、陽極酸化表面であってよい。 Here, the porous surface refers to a porous coating formed on the surface of a metal member, and may be, for example, an oxidized surface having an oxide of the same metal as the metal member. More specifically, the porous surface may be an anodized surface.

なお、陽極酸化表面は、金属部材を陽極酸化することによって得ることができ、例えば、金属部材がAlの部材である場合には、アルマイト処理、より具体的にはAlを陽極(+極)として電解処理することにより酸化皮膜(Al)を生成させる表面処理によって得ることができる。なお、アルマイト処理は、例えばJIS H8601又はJIS H8603等に基づいて行うことができるが、他の方法であってもよい。 The anodized surface can be obtained by anodizing the metal member, for example, when the metal member is an Al member, by anodizing, more specifically, by surface treatment in which an oxide film (Al 2 O 3 ) is generated by electrolytic treatment using Al as the anode (positive electrode). The anodizing can be performed based on, for example, JIS H8601 or JIS H8603, but other methods may also be used.

多孔質表面の厚さ及び孔径は特に限定されない。 The thickness and pore size of the porous surface are not particularly limited.

多孔質表面の厚さは、金属部材の用途に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the porous surface can be adjusted as appropriate depending on the application of the metal component.

多孔質表面は、液体易滑性表面(SLIPS)であれば、その形状は限定されない。多孔質表面の各孔の孔径(直径)は、1nm以上5μm以下であってよい。多孔質表面は、マイクロスケール凹凸構造、ナノスケールの凹凸構造、あるいは、これらが混在する構造を有していることができ、更には、これらの階層構造を有していてもよい。 The shape of the porous surface is not limited as long as it is a liquid slippery surface (SLIPS). The pore size (diameter) of each hole in the porous surface may be 1 nm or more and 5 μm or less. The porous surface may have a microscale uneven structure, a nanoscale uneven structure, or a structure in which these are mixed, and may further have a hierarchical structure of these.

例えば、多孔質表面がマイクロスケール凹凸構造を有している場合、多孔質表面の各孔の孔径(直径)は、0.1μm以上5μm以下であってよいが、0.1μm以上0.5μm以下であることが望ましい。 For example, when the porous surface has a microscale uneven structure, the pore size (diameter) of each hole in the porous surface may be 0.1 μm or more and 5 μm or less, but is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.

また、多孔質表面がナノスケールの凹凸構造を有している場合、多孔質表面の各孔の孔径(直径)は、1nm以上100nm以下であってよいが、30nm以上100nm以下であることが望ましい。 In addition, when the porous surface has a nanoscale uneven structure, the pore size (diameter) of each pore in the porous surface may be 1 nm or more and 100 nm or less, but is preferably 30 nm or more and 100 nm or less.

金属部材の材料は、多孔質表面を形成することができる任意の金属であってよく、例えば、金属部材はAl、Ti、Fe、若しくはMg、又はこれらの金属のいずれかの合金、又はステンレス鋼の部材であってよい。 The material of the metal member may be any metal capable of forming a porous surface, for example the metal member may be Al, Ti, Fe, or Mg, or an alloy of any of these metals, or a stainless steel member.

金属部材は、任意の用途に用いる部材であることができ、例えば車両用部材、より具体的には自動車用部材であってよい。 The metal component can be a component for any application, for example a vehicle component, more specifically an automobile component.

金属部材が自動車用部材である場合、エンジンオイルが供給される部分に用いられるのが好ましい。この様な部分に本開示の金属部材を適用した場合、金属部材の表面から炭化水素系オイルとしてのエンジンオイルが脱離しても、金属部材に常にエンジンオイルを供給することができるためである。 When the metal component is an automobile component, it is preferably used in a portion to which engine oil is supplied. This is because, when the metal component of the present disclosure is applied to such a portion, even if engine oil as a hydrocarbon-based oil is detached from the surface of the metal component, engine oil can always be supplied to the metal component.

金属部材が自動車用部材である場合、金属部材はインタークーラー用部材であることができる。インタークーラーは、高温の空気が流入する装置であり、自動車の構成によっては排ガスも流入することから、自動車に設置される装置のなかでも腐食しやすい部材を有している。この様な部材としては、例えば熱交換器等を挙げることができる。したがって、この様な部材に本開示の金属部材を適用することで、インタークーラーの耐食性を向上させることができる。 When the metal member is an automotive component, the metal member can be an intercooler component. An intercooler is a device into which high-temperature air flows, and depending on the configuration of the automobile, exhaust gases may also flow, and therefore has components that are more susceptible to corrosion than other devices installed in an automobile. Examples of such components include heat exchangers. Therefore, by applying the metal member of the present disclosure to such components, the corrosion resistance of the intercooler can be improved.

《炭化水素系オイル》
炭化水素系オイルは、少なくともジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を含んでいる。炭化水素系オイルは、パラフィン系オイル又はポリアルフォレフィンであってよい。また、炭化水素系オイルは、例えば潤滑油、具体的にはエンジンオイル、更に具体的には自動車用のエンジンオイルであってよい。
<Hydrocarbon oil>
The hydrocarbon-based oil contains at least zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP). The hydrocarbon-based oil may be a paraffinic oil or a polyalphorefin. The hydrocarbon-based oil may be, for example, a lubricating oil, specifically an engine oil, more specifically an engine oil for an automobile.

ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)は、炭化水素系オイルに含有された状態において、金属部材の表面に撥水性を与える。より具体的には、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)は、これを含有する炭化水素系オイルを金属部材に塗布することによって、金属部材の表面に化学吸着等して撥液性の被膜を形成すると考えられる。 When zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) is contained in a hydrocarbon oil, it provides water repellency to the surface of a metal component. More specifically, it is believed that when a hydrocarbon oil containing zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) is applied to a metal component, it chemically adsorbs to the surface of the metal component to form a liquid repellent coating.

ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の濃度は、炭化水素系オイルに対して0.1質量%~30.0質量%であってよい。ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の濃度は、0.1質量%以上、1.0質量%以上、2.0質量%以上、又は5.0質量%以上であってよく、30.0質量%以下、20.0質量%以下、10.0質量%以下、又は5.0質量%以下であってよい。 The concentration of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) may be 0.1% to 30.0% by mass relative to the hydrocarbon oil. The concentration of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) may be 0.1% by mass or more, 1.0% by mass or more, 2.0% by mass or more, or 5.0% by mass or more, and may be 30.0% by mass or less, 20.0% by mass or less, 10.0% by mass or less, or 5.0% by mass or less.

《参考例1~4》
以下のようにして、参考例1~4の金属部材を作製し、各例における撥液性を評価した。
Reference Examples 1 to 4
Metal members of Reference Examples 1 to 4 were produced as follows, and the liquid repellency of each example was evaluated.

〈参考例1〉
99.5%アルミニウム(Al)板を20mm×50mmの大きさに切り出し、超音波洗浄によりアセトン脱脂を10分間行った。次いで、酸化皮膜を除去するため1.0MのNaOH水溶液(60℃)に120秒間浸漬し、更に前過程で生じるスマットを除去するため1.0MのHNO水溶液(60℃)に180秒間浸漬した。
Reference Example 1
A 99.5% aluminum (Al) plate was cut into a size of 20 mm x 50 mm, and degreased with acetone for 10 minutes by ultrasonic cleaning. It was then immersed in a 1.0 M NaOH aqueous solution (60°C) for 120 seconds to remove the oxide film, and further immersed in a 1.0 M HNO3 aqueous solution (60°C) for 180 seconds to remove smut generated in the previous process.

次に、陽極酸化を0.3MのHSO水溶液(15℃)にて極板間電圧25Vで180秒間行い、ナノメートルスケールの細孔をもつ陽極酸化皮膜を形成した。これは、上記の基板を作用極とし、別のAl板を対極とした2電極系で行った。 Next, anodization was performed in a 0.3 M H2SO4 aqueous solution (15°C) at an inter-plate voltage of 25 V for 180 seconds to form an anodized film with nanometer-scale pores. This was performed in a two-electrode system with the above substrate as the working electrode and another Al plate as the counter electrode.

その後、5wt%のHPO水溶液(30℃)に15分間浸漬することで細孔径の拡張を行った。 Thereafter, the pore diameter was expanded by immersing the sample in a 5 wt % H 3 PO 4 aqueous solution (30° C.) for 15 minutes.

最後に、酸素プラズマ処理を4分間施し表面を清浄化することにより、多孔質である陽極酸化表面を有するアルミニウム板を得た。 Finally, the surface was cleaned by oxygen plasma treatment for 4 minutes to obtain an aluminum plate with a porous anodized surface.

〈参考例2〉
陽極酸化の前に化学エッチングを行い、マイクロメートルスケールのエッチピットを形成したことを除いて、参考例1と同様にして、階層構造を有するアルミニウム板を得た。
Reference Example 2
An aluminum plate having a hierarchical structure was obtained in the same manner as in Reference Example 1, except that chemical etching was performed before anodization to form micrometer-scale etch pits.

〈参考例3〉
参考例1のアルミニウム板に対して、酸素プラズマ処理を行ったのち、1mMのCF(CFPO(OH)(パーフルオロオクチルホスホン酸;FOPA)のエタノール溶液に2日間浸漬し、最後に大気雰囲気(100℃)で1時間熱処理を行うことにより、参考例1のアルミニウム板の表面に自己組織化有機単分子膜(SAM)を形成した。
Reference Example 3
The aluminum plate of Reference Example 1 was subjected to oxygen plasma treatment, then immersed in a 1 mM ethanol solution of CF3 ( CF2 ) 7PO (OH) 2 (perfluorooctylphosphonic acid; FOPA) for 2 days, and finally subjected to heat treatment in an air atmosphere (100°C) for 1 hour, thereby forming a self-assembled organic monolayer (SAM) on the surface of the aluminum plate of Reference Example 1.

〈参考例4〉
参考例1のアルミニウム板に代えて、参考例2のアルミニウム板を用いたことを除いて、参考例3と同様にして、階層構造を有する参考例2のアルミニウム板の表面に自己組織化有機単分子膜(SAM)を形成した。
Reference Example 4
A self-assembled organic monolayer (SAM) was formed on the surface of the aluminum plate of Reference Example 2 having a hierarchical structure in the same manner as in Reference Example 3, except that the aluminum plate of Reference Example 2 was used instead of the aluminum plate of Reference Example 1.

〈撥液性の測定〉
(測定方法)
参考例1~4のアルミニウム板それぞれについて、水滴又は自動車用エンジンオイル滴の接触角を測定した。
<Measurement of Liquid Repellency>
(Measuring method)
For each of the aluminum plates of Reference Examples 1 to 4, the contact angle of a water droplet or an automobile engine oil droplet was measured.

階層構造を有しない参考例1及び3のアルミニウム板については、静的接触角を測定し、階層構造を有している参考例2及び4のアルミニウム板については、動的接触角である前進接触角及び接触角ヒステリシスを測定した。 For the aluminum plates of Reference Examples 1 and 3, which do not have a hierarchical structure, static contact angles were measured, and for the aluminum plates of Reference Examples 2 and 4, which have a hierarchical structure, dynamic contact angles, that is, advancing contact angle and contact angle hysteresis, were measured.

(結果)
参考例1~4の構成と評価結果を表1及び図1A~Cに示した。なお、表において、接触角の欄の括弧()の内部は、接触角ヒステリシスを示している。
(result)
The configurations and evaluation results of Reference Examples 1 to 4 are shown in Table 1 and Figures 1A to 1C. In the table, the values in parentheses () in the contact angle column indicate the contact angle hysteresis.

Figure 0007464394000001
Figure 0007464394000001

図1Aは、参考例1のアルミニウム板の走査型顕微鏡(SEM)画像である。図1Aに示すように、参考例1のアルミニウム板の表面には、陽極酸化によって多孔質のAl被膜が形成されている。また、図1Bに示すように、参考例2のアルミニウム板の表面には、エッチングによるマイクロメートルスケールのピット及び多孔質のAl被膜による階層構造が形成されている。 Fig. 1A is a scanning electron microscope (SEM) image of the aluminum plate of Reference Example 1. As shown in Fig. 1A, a porous Al 2 O 3 coating is formed by anodizing on the surface of the aluminum plate of Reference Example 1. Also, as shown in Fig. 1B, a hierarchical structure is formed on the surface of the aluminum plate of Reference Example 2 by etching micrometer-scale pits and a porous Al 2 O 3 coating.

表1及び図1Cに示すように、自己組織化有機単分子膜(SAM)を形成しなかった参考例1及び2のアルミニウム板は、水滴に対する接触角はそれぞれ4.6±1.2、及び~0であり、超親水性であった。これに対して、自己組織化有機単分子膜(SAM)を形成した参考例3及び4のアルミニウム板は、水滴に対する接触角はそれぞれ129.1±0.8、及び161.7±1.0であり、高い撥水性を有していた。 As shown in Table 1 and Figure 1C, the aluminum plates of Reference Examples 1 and 2, which did not form a self-assembled organic monolayer (SAM), had contact angles with water droplets of 4.6 ± 1.2 and ~0, respectively, and were superhydrophilic. In contrast, the aluminum plates of Reference Examples 3 and 4, which did form a self-assembled organic monolayer (SAM), had contact angles with water droplets of 129.1 ± 0.8 and 161.7 ± 1.0, respectively, and were highly water-repellent.

また、階層構造を有し、かつ表面に自己組織化有機単分子膜(SAM)が形成されている、参考例4のアルミニウム板では、接触角が158.2±1.5という大きい値を示しており、自動車用エンジンオイル滴に対して高い撥液性を有していたのに対して、参考例1~3では、接触角90°以下であり、低い撥液性を有していた。 The aluminum plate of Reference Example 4, which has a hierarchical structure and has a self-assembled organic monolayer (SAM) formed on its surface, exhibited a large contact angle of 158.2±1.5, and had high liquid repellency against automobile engine oil droplets, whereas Reference Examples 1 to 3 had contact angles of 90° or less, and had low liquid repellency.

このことは、少なくとも参考例1~3のアルミニウム板に関しては、自動車用エンジンオイルを油膜として形成できることを示している。 This shows that at least for the aluminum plates of Reference Examples 1 to 3, automobile engine oil can be formed as an oil film.

《実施例1及び2、並びに比較例5~7》
以下のようにして、実施例1及び2、並びに比較例5~7のアルミニウム板を作成しその性能を評価した。
Examples 1 and 2, and Comparative Examples 5 to 7
Aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 to 7 were prepared and their performance was evaluated as follows.

〈実施例1及び2、並びに比較例5及び6〉
自動車用エンジンオイルを100μL量り取り、参考例1~4のアルミニウム板それぞれの表面に塗布して10分以上静置することで、実施例1及び2、並びに比較例5及び6のアルミニウム板を得た。
<Examples 1 and 2, and Comparative Examples 5 and 6>
100 μL of automobile engine oil was measured out and applied to the surface of each of the aluminum plates of Reference Examples 1 to 4, and allowed to stand for 10 minutes or more to obtain the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 6.

なお、上記の参考例4に関する自動車用エンジンオイルの撥液性の評価において示したように、階層構造を有し、かつSAMコーティングを施した参考例4のアルミニウム板の表面上では、自動車用エンジンオイルが十分に濡れ広がらないため、あらかじめエンジンオイルに48時間浸漬して撥油性を劣化させた後、自動車用エンジンオイルを塗布した。 As shown in the evaluation of the liquid repellency of automobile engine oil in Reference Example 4 above, automobile engine oil does not spread sufficiently on the surface of the aluminum plate of Reference Example 4, which has a hierarchical structure and is coated with a SAM. Therefore, the aluminum plate was first immersed in engine oil for 48 hours to deteriorate the oil repellency, and then automobile engine oil was applied.

〈比較例7〉
エッチングによる階層構造化、陽極酸化による多孔質化、及びSAMコーティングのいずれも施していないアルミニウム板に、実施例1と同様にして自動車用エンジンオイルを塗布したことを除いて、比較例7のアルミニウム板を得た。
Comparative Example 7
The aluminum plate of Comparative Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1, except that automobile engine oil was applied to an aluminum plate that had not been subjected to any of the following: hierarchical structuring by etching, porosity by anodization, or SAM coating.

〈自動車用エンジンオイルにせん断力がかかる環境下におけるSLIPSの安定性の評価〉
(評価方法)
実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板に対して、自動車用エンジンオイルにせん断力がかかる環境下における自動車用エンジンオイルの保持性及びの液体滑落特性を評価した。これは、重力や風などにより潤滑油が喪失するような環境下におけるSLIPSの劣化を模擬することを目的としている。
Evaluation of the stability of SLIPS in an environment where shear stress is applied to automotive engine oil
(Evaluation method)
The aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5 were evaluated for the retention and liquid sliding properties of automobile engine oil in an environment where shear force is applied to the automobile engine oil. This was aimed at simulating the deterioration of SLIPS in an environment where lubricating oil is lost due to gravity, wind, etc.

評価方法としては、まず、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、スピンコーターを用いて、回転速度が500rpmから7000rpm、回転時間が10秒から300秒の条件で回転させた。その後、残存する自動車用エンジンオイルの重量及び10μLの水滴の転落角を測定した。 As an evaluation method, first, the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5 were rotated using a spin coater at a rotation speed of 500 rpm to 7000 rpm and a rotation time of 10 seconds to 300 seconds. After that, the weight of the remaining automobile engine oil and the falling angle of a 10 μL water droplet were measured.

(結果)
測定結果を、図2A~Cに示した。なお、図2Aは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、アルミニウム板の回転速度と自動車用エンジンオイルの残量との関係(回転時間:60秒)を示すグラフであり、図2Bは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、アルミニウム板の回転速度と10μLの水滴の転落角との関係(回転時間:60秒)を示すグラフであり、かつ図2Cは、実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板それぞれについて、自動車用エンジンオイルの残量と10μLの水滴の転落角との関係(回転時間:10、60、300秒)を示すグラフである。
(result)
The measurement results are shown in Figures 2A to 2C. Note that Figure 2A is a graph showing the relationship between the rotation speed of the aluminum plate and the remaining amount of automobile engine oil (rotation time: 60 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5, Figure 2B is a graph showing the relationship between the rotation speed of the aluminum plate and the falling angle of a 10 μL water droplet (rotation time: 60 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5, and Figure 2C is a graph showing the relationship between the remaining amount of automobile engine oil and the falling angle of a 10 μL water droplet (rotation time: 10, 60, 300 seconds) for each of the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5.

図2Aに示すように、いずれのアルミニウム板においても、回転速度が増して自動車用エンジンオイルにかかる遠心力が増大すると、それに応じて自動車用エンジンオイルの残量は減少した。 As shown in Figure 2A, for both aluminum plates, as the rotation speed increased and the centrifugal force applied to the automobile engine oil increased, the amount of automobile engine oil remaining decreased accordingly.

この残量は、階層構造を有していた実施例2のアルミニウム板において特に多かった。これは、階層構造を有するアルミニウム板がマイクロメートルスケールの凹凸を有し、そこに自動車用エンジンオイルが保持されたためであると考えられる。 This residual amount was particularly large in the aluminum plate of Example 2, which had a hierarchical structure. This is thought to be because the aluminum plate with a hierarchical structure has micrometer-scale irregularities, which allowed the automobile engine oil to be retained therein.

また、階層構造を有していなかった実施例1及び比較例5のアルミニウム板を比較すると、自動車用エンジンオイルの残量には大きな差はなかった。 In addition, when comparing the aluminum plates of Example 1 and Comparative Example 5, which did not have a hierarchical structure, there was no significant difference in the amount of remaining automobile engine oil.

図2Bに示すように、水滴転落角については、階層構造を有しておらず、かつSAMコーティングを施していない実施例1のアルミニウム板でも、多孔質表面に自動車用エンジンオイルを塗布することによって、付着した水滴はある転落角をもって滑落することが確かめられた。実施例1のアルミニウム板自体の表面は、図1Cに示すように親水性を示すため、単体ではSLIPSにはなりえないと考えられる。 As shown in Figure 2B, it was confirmed that even in the aluminum plate of Example 1, which does not have a hierarchical structure and is not coated with a SAM, water droplets attached to the porous surface slide off at a certain sliding angle by applying automobile engine oil to the surface. The surface of the aluminum plate of Example 1 itself is hydrophilic as shown in Figure 1C, so it is believed that it cannot function as a SLIPS by itself.

実施例1及び2、並びに比較例5のアルミニウム板を比較すると、水滴転落角は回転速度が増すとともに増大、すなわち撥水性が低下していくが、最も低下しやすかったのは、階層構造を有しておりかつSAMコーティングを施していない実施例2のアルミニウム板であり、逆に最も小さな水滴転落角を維持、すなわち撥水性を維持していたのは、階層構造を有しておらず、かつSAMコーティングを施していない実施例1のアルミニウム板であった。 Comparing the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Example 5, the water droplet sliding angle increases as the rotation speed increases, i.e., the water repellency decreases, but the aluminum plate that was most susceptible to the decrease was the aluminum plate of Example 2, which had a hierarchical structure and was not coated with a SAM, while the aluminum plate that maintained the smallest water droplet sliding angle, i.e., maintained the water repellency, was the aluminum plate of Example 1, which did not have a hierarchical structure and was not coated with a SAM.

実施例2のアルミニウム板において水滴転落角が特に増大しやすかった理由としては、もともと平滑だった潤滑油膜が、潤滑油の喪失に応じて粗面の粗さを反映するようになり、潤滑油膜が粗面化して水滴との接触面積が増大したことが考えられる。 The reason why the water droplet sliding angle was particularly likely to increase on the aluminum plate of Example 2 is thought to be that the originally smooth lubricating oil film began to reflect the roughness of the rough surface as the lubricating oil was lost, causing the lubricating oil film to become rough and increasing the contact area with the water droplet.

自動車用エンジンオイルの残量と10μLの水滴の転落角との関係を見ても、潤滑油の残量が同じ場合に最も小さな水滴転落角(良好な撥水性)を示すのは、階層構造を有しておらず、かつSAMコーティングを施していなかった実施例1のアルミニウム板であった。 When examining the relationship between the remaining amount of automobile engine oil and the sliding angle of a 10 μL water droplet, when the remaining amount of lubricating oil was the same, the aluminum plate of Example 1, which did not have a hierarchical structure and was not coated with a SAM, showed the smallest water droplet sliding angle (good water repellency).

以上より、図2Cに示すように、実施例1及び2の様に、SAMコーティングを施していないアルミニウム板に自動車用エンジンオイルを直接に塗布して形成した表面は、比較例5のようにアルミニウム板にSAMコーティングを施して形成した表面と同様に、水滴を容易に滑落させることができるのみならず、潤滑油にせん断力がかかる環境下において最も高い安定性を維持することが示された。 As shown in Figure 2C, the surfaces formed by directly applying automobile engine oil to aluminum plates without a SAM coating, as in Examples 1 and 2, not only allow water droplets to slide off easily, like the surface formed by applying a SAM coating to an aluminum plate, as in Comparative Example 5, but also maintain the highest stability in an environment where the lubricating oil is subjected to shear forces.

〈水中におけるSLIPSの安定性の評価〉
(評価方法)
酢酸と10g/LのNaCl水溶液(pH=3)とを1000rpmで攪拌して混合液を調製した。実施例1及び2、比較例3及び7のアルミニウム板をそれぞれこの混合液に浸漬し、所定の時間が経過したあとに取り出した。その後、各例のアルミニウム板上における10μLの水滴の転落角を測定した。なお、各例のアルミニウム板上における自動車用エンジンオイルの塗布量は、3.75μL/cmであった。
Evaluation of the Stability of SLIPS in Water
(Evaluation method)
Acetic acid and 10 g/L NaCl aqueous solution (pH = 3) were stirred at 1000 rpm to prepare a mixture. The aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 3 and 7 were immersed in the mixture and removed after a predetermined time. Then, the falling angle of a 10 μL water droplet on the aluminum plate of each example was measured. The amount of automobile engine oil applied to the aluminum plate of each example was 3.75 μL/ cm2 .

(結果)
図3は、実施例1及び2、比較例5及び7のアルミニウム板について、混合液への浸漬時間と、10μLの水滴の転落角との関係を示すグラフである。
(result)
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the immersion time in the mixed liquid and the sliding angle of a 10 μL water droplet for the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 7.

図3に示すように、水滴転落角は、どの例においても数日以内で測定限界である20°を超えてしまったが、小さな水滴転落角を最も長期間維持(すなわち高い撥水性を維持)したのは、SAMコーティングを施していない実施例1のアルミニウム板であった。一方、階層構造を有し、かつSAMコーティングを施していない実施例2のアルミニウム板では水滴転落が最も増大(すなわち撥水性が低下)しやすく、比較例7のアルミニウム板、すなわち階層構造化も多孔質化もされていない平滑なアルミニウム板に自動車用エンジンオイルを塗布したものよりも短期間で20°を超えた。 As shown in Figure 3, the water droplet sliding angle exceeded the measurement limit of 20° within a few days in all cases, but the aluminum plate of Example 1, which had no SAM coating, maintained a small water droplet sliding angle for the longest period of time (i.e., maintained high water repellency). On the other hand, the aluminum plate of Example 2, which has a hierarchical structure and has no SAM coating, was most susceptible to increased water droplet sliding (i.e., decreased water repellency), and exceeded 20° in a shorter period of time than the aluminum plate of Comparative Example 7, i.e., a smooth aluminum plate that was neither hierarchically nor porous and was coated with automobile engine oil.

このことから、SAMコーティングを施していないアルミニウム板に自動車用エンジンオイルを直接に塗布してSLIPSを形成する場合には、階層構造化しないほうが、より高い水中安定性を得られるといえる。 From this, it can be said that when forming SLIPS by directly applying automobile engine oil to an aluminum plate without a SAM coating, higher underwater stability can be obtained by not forming a hierarchical structure.

〈耐食試験〉
実施例1及び2、並びに比較例1~6のアルミニウム板について、以下のようにして耐食性を評価した。
<Corrosion resistance test>
The aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6 were evaluated for corrosion resistance as follows.

(試験方法)
各例のアルミニウム板を、上記混合液に5日間浸漬したのち、基板の重量変化及び表面形態の変化等を観察した。
(Test method)
The aluminum plate of each example was immersed in the above-mentioned mixed solution for 5 days, and then the change in weight and surface morphology of the substrate were observed.

(結果)
結果を、表1、並びに図4、図5A~E、及び図6A~Eに示した。
(result)
The results are shown in Table 1, and in FIGS. 4, 5A to 5E, and 6A to 6E.

Figure 0007464394000002
Figure 0007464394000002

表1において、「〇」は、耐食性が良好であったことを示しており、「×」は耐食性が無かったことを示している。 In Table 1, "◯" indicates that the corrosion resistance was good, and "×" indicates that the corrosion resistance was not good.

図4は、実施例1及び2、並びに比較例1~6のアルミニウム板について耐食試験後の重量変化を示すグラフである。 Figure 4 is a graph showing the weight change after the corrosion resistance test for the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6.

図4に示すように、自動車用エンジンオイルを塗布していなかった比較例1、比較例2、比較例3、及び比較例4のアルミニウム板では、いずれも0.5mg/cm~1.5mg/cm程度、重量が減少した。これは腐食によるアルミニウムの溶解に起因する。 As shown in Figure 4, the aluminum plates of Comparative Examples 1, 2, 3, and 4, which were not coated with automobile engine oil, all lost weight by about 0.5 mg/ cm2 to 1.5 mg/ cm2 . This is due to the dissolution of aluminum due to corrosion.

一方、自動車用エンジンオイルを塗布した実施例1及び実施例2、並びに比較例5及び6のアルミニウム板では、いずれも重量変化は0.1mg/cm以下であり、腐食による重量減少が抑制できた。なお、実施例2、比較例5、及び比較例6のアルミニウム板では、耐食試験後にわずかに重量が増加している。これは、腐食試験後にこれらのアルミニウム板をアセトン等の有機溶媒で洗浄しても、わずかに白色生成物が残存したためである。なお、この白色生成物は、自動車用エンジンオイルの添加剤として含まれる中和剤と混合溶液との反応生成物であると考えられる。 On the other hand, in the aluminum plates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 and 6 to which automobile engine oil was applied, the weight change was 0.1 mg/ cm2 or less, and weight loss due to corrosion was suppressed. The aluminum plates of Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 showed a slight increase in weight after the corrosion resistance test. This is because a small amount of white product remained even when these aluminum plates were washed with an organic solvent such as acetone after the corrosion test. The white product is considered to be a reaction product between the mixed solution and a neutralizer contained as an additive in the automobile engine oil.

これらの結果は、多孔質化したアルミニウム板の上に自動車用エンジンオイルを塗布することで、多孔質化したアルミニウム板の上にSAMコーティングを施した場合と同等の耐食性が得られることを示している。 These results show that applying automobile engine oil to a porous aluminum plate provides corrosion resistance equivalent to that achieved by applying a SAM coating to a porous aluminum plate.

実施例1、実施例2、比較例5、及び比較例6のアルミニウム板の耐食試験後における表面の状態を、走査型顕微鏡によって観察した。 The surface condition of the aluminum plates of Example 1, Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 after the corrosion resistance test was observed using a scanning microscope.

図5Aは、階層構造化を行わず、陽極酸化を行ったアルミニウム板の表面の、耐食試験前における走査型顕微鏡(SEM)画像であり、図5B~Eは、それぞれ順に、比較例5、比較例3、実施例1、比較例1のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。 Figure 5A is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of an aluminum plate that was anodized without hierarchical structuring before the corrosion resistance test, and Figures 5B to 5E are scanning electron microscope (SEM) images of the surfaces of the aluminum plates of Comparative Example 5, Comparative Example 3, Example 1, and Comparative Example 1, respectively, after the corrosion resistance test.

図5A、B、及びDを参照すると、多孔質化されており、かつ表面に自動車用エンジンオイルが塗布された比較例5及び実施例1のアルミニウム板を比較すると、SAMコーティングの有無にかかわらず、耐食試験後も試験前と同様のポーラス皮膜が残存しており、細孔構造が維持されていたといえる。 Referring to Figures 5A, B, and D, when comparing the aluminum plates of Comparative Example 5 and Example 1, which were made porous and had automobile engine oil applied to the surface, it can be said that the porous film remained the same as before the corrosion resistance test regardless of whether or not the SAM coating was applied, and the pore structure was maintained.

これに対して、図5Cに示すように、SAMコーティングのみを行い、表面に自動車用エンジンオイルを塗布しなかった比較例3では、陽極酸化表面が溶解し細孔構造が消失していた。また、SAMコーティングを施さず、かつ自動車用エンジンオイルも塗布しなかった比較例1では、陽極酸化表面のみでなく、素地のアルミニウム板まで大幅に溶解していた。 In contrast, as shown in Figure 5C, in Comparative Example 3, where only SAM coating was performed and no automobile engine oil was applied to the surface, the anodized surface dissolved and the pore structure disappeared. In Comparative Example 1, where no SAM coating was performed and no automobile engine oil was applied, not only the anodized surface but also the base aluminum plate was significantly dissolved.

また、図6Aは、階層構造化を行い、かつ陽極酸化を行ったアルミニウム板の表面の、耐食試験前における走査型顕微鏡(SEM)画像であり、図6B~Eは、それぞれ順に、比較例6、比較例4、実施例2、比較例2のアルミニウム板の表面の、耐食試験後における走査型顕微鏡(SEM)画像である。 Figure 6A is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of an aluminum plate that has been hierarchically structured and anodized before the corrosion resistance test, and Figures 6B to 6E are scanning electron microscope (SEM) images of the surfaces of the aluminum plates of Comparative Example 6, Comparative Example 4, Example 2, and Comparative Example 2, respectively, after the corrosion resistance test.

図6A、B、及びDを参照すると、階層構造を有し、多孔質化されており、かつ表面に自動車用エンジンオイルが塗布された比較例6及び実施例2のアルミニウム板を比較すると、SAMコーティングの有無にかかわらず、耐食試験後も試験前と同様のポーラス皮膜が残存しており、細孔構造が維持されていたといえる。 Referring to Figures 6A, B, and D, when comparing the aluminum plates of Comparative Example 6 and Example 2, which have a hierarchical structure, are porous, and have automobile engine oil applied to the surface, it can be said that the porous film remains the same as before the corrosion resistance test, regardless of whether or not there is a SAM coating, and the pore structure is maintained.

これに対して、図6Cに示すように、SAMコーティングのみを行い、表面に自動車用エンジンオイルを塗布しなかった比較例4では、陽極酸化表面が溶解し細孔構造が消失していた。また、SAMコーティングを施さず、かつ自動車用エンジンオイルも塗布しなかった比較例2では、陽極酸化表面のみでなく、素地のアルミニウム板まで大幅に溶解していた。 In contrast, as shown in Figure 6C, in Comparative Example 4, where only SAM coating was performed and no automobile engine oil was applied to the surface, the anodized surface dissolved and the pore structure disappeared. In Comparative Example 2, where no SAM coating was performed and no automobile engine oil was applied, not only the anodized surface but also the base aluminum plate was significantly dissolved.

これらの結果から、階層構造を有している場合及び有していない場合の両方において、多孔質化されたアルミニウム板の表面に直接に自動車用エンジンオイルを塗布することによって、多孔質化されたアルミニウム板の表面にSAMコーティングを施したものと同等の耐食性が得られるといえる。 From these results, it can be said that, in both cases where a hierarchical structure is present and where it is not, applying automobile engine oil directly to the surface of a porous aluminum plate provides corrosion resistance equivalent to that of a porous aluminum plate with a SAM coating applied to the surface.

《参考例5及び6》
多孔質化されたアルミニウム板の表面に直接に自動車用エンジンオイルを塗布することによって、多孔質化されたアルミニウム板の表面にSAMコーティングを施したものと同等の耐食性が得られた理由を明らかにするために、自動車用エンジンオイルを塗布したあと、有機溶媒で洗浄し、その後、静的接触角測定とX線光電子分光法(XPS)による表面分析を行った。
Reference Examples 5 and 6
In order to clarify the reason why applying automobile engine oil directly to the surface of a porous aluminum plate gave corrosion resistance equivalent to that of a porous aluminum plate having a SAM coating applied thereto, the aluminum plate was washed with an organic solvent after being applied with automobile engine oil, and then subjected to surface analysis by static contact angle measurement and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

〈参考例5〉
図7に示すように、多孔質表面を有するアルミニウム板の上に、自動車用エンジンオイルを塗布(12.5μL/cm)し、24時間静置した。その後、このアルミニウム板をヘプタン中で超音波洗浄し、乾燥させることにより、参考例5のアルミニウム板を得た。
Reference Example 5
As shown in Fig. 7, automobile engine oil was applied (12.5 µL/ cm2 ) onto an aluminum plate having a porous surface and allowed to stand for 24 hours. The aluminum plate was then ultrasonically cleaned in heptane and dried to obtain an aluminum plate of Reference Example 5.

〈参考例6〉
自動車用エンジンオイルを塗布しなかったことを除いて、参考例5と同様にして、参考例6のアルミニウム板を得た。
Reference Example 6
An aluminum plate of Reference Example 6 was obtained in the same manner as in Reference Example 5, except that no automobile engine oil was applied.

〈アルミニウム板の表面状態の評価〉
(評価方法等)
参考例5及び6のアルミニウム板の表面の状態を、走査型顕微鏡(SEM)で観察した。また、これらのアルミニウム板の上に、10μLの水滴を乗せ、その接触角を測定した。また、参考例5のアルミニウム板について、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後の表面をX線光電分光法(XPS)により分析を行った。
<Evaluation of the surface condition of aluminum sheets>
(Evaluation method, etc.)
The surface conditions of the aluminum plates of Reference Examples 5 and 6 were observed with a scanning electron microscope (SEM). A 10 μL water droplet was placed on each of these aluminum plates, and the contact angle was measured. The aluminum plate of Reference Example 5 was also analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) after immersion in and cleaning with automobile engine oil.

(結果)
図8A及び8Bは、それぞれ参考例5及び6のアルミニウム板の表面の状態及び10μLの水滴を乗せたときの接触角を示す図である。
(result)
8A and 8B are diagrams showing the surface state of the aluminum plates of Reference Examples 5 and 6, respectively, and the contact angle when a 10 μL water droplet was placed on them.

図8Aに示すように、参考例5では、自動車用エンジンオイル浸漬後においても多孔質表面のナノ細孔が明瞭に観察されていることから、自動車用エンジンオイルは洗浄によって除去されていることがわかり、細孔径にも変化は見えない。 As shown in Figure 8A, in Reference Example 5, the nanopores on the porous surface are clearly observed even after immersion in automobile engine oil, indicating that the automobile engine oil has been removed by washing, and no change in pore size is observed.

しかしながら、図8Bに示すように、エンジンオイルを塗布しなかった参考例6における水滴接触角は20°以下であり親水性表面であったのに対して、図8Aに示すように、参考例5では、エンジンオイル浸漬・洗浄後は接触角が110°以上となっており、撥水性表面に変化していることが明瞭である。 However, as shown in Figure 8B, the water droplet contact angle in Reference Example 6, where engine oil was not applied, was 20° or less, making the surface hydrophilic, whereas as shown in Figure 8A, in Reference Example 5, after immersion in engine oil and washing, the contact angle was 110° or more, clearly showing a change to a water-repellent surface.

これは、おそらく自動車用エンジンオイル中の添加物が表面に化学吸着して表面改質が起こっているものと推察される。 This is probably due to additives in automobile engine oil being chemically adsorbed onto the surface, resulting in surface modification.

図9A~Cは、参考例5のアルミニウム板に関して、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後の表面のX線光電分光法(XPS)分析結果を示すグラフである。 Figures 9A to 9C are graphs showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the surface of the aluminum plate of Reference Example 5 after immersion in and cleaning with automobile engine oil.

自動車用エンジンオイル浸漬前に存在しないZnが、自動車用エンジンオイル浸漬・洗浄後には残存していた。図9Bに示すS2pスペクトルからは、硫酸中でのアノード酸化に由来する硫酸イオンのピークが171eV付近に見られたが、それに加えて添加剤であるジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)由来と考えられる164eVのピークもエンジンオイル浸漬・洗浄後に現れた。 Zn, which was not present before immersion in automobile engine oil, remained after immersion in automobile engine oil and cleaning. In the S2p spectrum shown in Figure 9B, a sulfate ion peak resulting from anodic oxidation in sulfuric acid was observed at around 171 eV, but in addition, a peak at 164 eV thought to be derived from the additive zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) also appeared after immersion in engine oil and cleaning.

以上の結果から、参考例5のアルミニウム板の表面において、自動車用エンジンオイル中のジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)が吸着して表面改質を行い、これにより表面自由エネルギーが低減してSAMなしでも安定なSLIPS状態となり、耐食性の大幅な改善につながったと考えられる。 From the above results, it is believed that the zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) in the automobile engine oil was adsorbed onto the surface of the aluminum plate of Reference Example 5, modifying the surface, thereby reducing the surface free energy and creating a stable SLIPS state even without a SAM, leading to a significant improvement in corrosion resistance.

《実施例3~5、及び比較例8~10》
以下のようにして、実施例3~5、及び比較例8~10のアルミニウム板を作成しその耐食性を評価した。
Examples 3 to 5 and Comparative Examples 8 to 10
Aluminum plates according to Examples 3 to 5 and Comparative Examples 8 to 10 were prepared and their corrosion resistance was evaluated in the following manner.

〈実施例3〉
参考例1と同様にして、多孔質である陽極酸化表面を有するアルミニウム板を作製した。このアルミニウム板の上に、基油にジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を添加したオイルを塗布することによって、実施例3のアルミニウム板を作製した。なお、オイル中におけるジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の量は、オイル全体に対して、2質量%であった。
Example 3
An aluminum plate having a porous anodized surface was prepared in the same manner as in Reference Example 1. An oil containing zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) added to a base oil was applied onto the aluminum plate to prepare an aluminum plate of Example 3. The amount of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) in the oil was 2 mass% relative to the total amount of the oil.

〈実施例4及び5〉
オイル中におけるジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の量を、それぞれ10質量%及び20質量%としたことを除いて、実施例3と同様にして実施例4及び5のアルミニウム板を作製した。
Examples 4 and 5
Aluminum plates of Examples 4 and 5 were produced in the same manner as in Example 3, except that the amount of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) in the oil was 10 mass % and 20 mass %, respectively.

〈比較例8〉
参考例1と同様にして、多孔質である陽極酸化表面を有するアルミニウム板を作製した。このアルミニウム板の上に、基油を塗布することによって、比較例8のアルミニウム板を作製した。
Comparative Example 8
An aluminum plate having a porous anodized surface was prepared in the same manner as in Reference Example 1. A base oil was applied onto this aluminum plate to prepare an aluminum plate of Comparative Example 8.

〈比較例9〉
ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)に代えて、カルシウムスルホネートを基油に添加したオイルを用いたことを除いて、実施例3と同様にして、比較例9のアルミニウム板を作製した。なお、オイル中におけるカルシウムスルホネートの量は、オイル全体に対して、1質量%であった。
Comparative Example 9
An aluminum plate of Comparative Example 9 was produced in the same manner as in Example 3, except that an oil in which calcium sulfonate was added to a base oil was used instead of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP). The amount of calcium sulfonate in the oil was 1 mass% with respect to the total amount of the oil.

〈比較例10〉
オイル中におけるカルシウムスルホネートの量を10質量%としたことを除いて、比較例9と同様にして比較例10のアルミニウム板を作製した。
Comparative Example 10
An aluminum plate of Comparative Example 10 was prepared in the same manner as in Comparative Example 9, except that the amount of calcium sulfonate in the oil was 10 mass%.

〈耐食性の評価〉
(評価方法)
実施例3~5、及び比較例8~10のアルミニウム板について、その耐食性を電気化学測定から評価した。腐食液としては、酢酸と10g/LのNaCl水溶液とを1000rpmで攪拌して調製した混合液(pH=3)を用いた。
<Evaluation of corrosion resistance>
(Evaluation method)
The corrosion resistance of the aluminum plates of Examples 3 to 5 and Comparative Examples 8 to 10 was evaluated by electrochemical measurement. As the corrosive solution, a mixed solution (pH = 3) prepared by stirring acetic acid and a 10 g/L NaCl aqueous solution at 1000 rpm was used.

(結果)
図10は、実施例3~5、及び比較例8アルミニウム板に関する電気化学測定結果を示すグラフである。
(result)
FIG. 10 is a graph showing the results of electrochemical measurements on the aluminum plates of Examples 3 to 5 and Comparative Example 8.

図10に示すように、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を添加していない基油を塗布した比較例8のアルミニウム板では、アノード電流密度は大きく、十分な腐食抑制効果が得られていなかった。これに対して、基油にジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を添加したオイルを塗布した実施例3~5のアルミニウム板では、電流密度は比較例8のアルミニウム板と比べて4桁以上低下しており、すなわち優れた耐食性を示した。 As shown in Figure 10, the aluminum plate of Comparative Example 8, which was coated with base oil without zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP), had a large anode current density and did not achieve sufficient corrosion inhibition. In contrast, the aluminum plates of Examples 3 to 5, which were coated with oil in which zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) was added to the base oil, had a current density that was four or more orders of magnitude lower than that of the aluminum plate of Comparative Example 8, indicating excellent corrosion resistance.

また、図11は、実施例3、及び比較例8~10のアルミニウム板に関する電気化学測定結果を示すグラフである。 Figure 11 is a graph showing the results of electrochemical measurements on the aluminum plates of Example 3 and Comparative Examples 8 to 10.

図11に示すように、基油を塗布した比較例8、及びジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の代わりにカルシウムスルホネートを添加した比較例9及び10のアルミニウム板では、アノード電流密度は大きく、十分な腐食抑制効果が得られていなかった。 As shown in Figure 11, the aluminum plates of Comparative Example 8, in which base oil was applied, and Comparative Examples 9 and 10, in which calcium sulfonate was added instead of zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP), had a large anode current density and did not achieve a sufficient corrosion inhibition effect.

Claims (5)

陽極酸化皮膜を有しており、前記陽極酸化皮膜が、SAMコーティングが施されていない状態で、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を含有している炭化水素系オイルによって被覆されておりマイクロスケール凹凸構造及びナノスケールの凹凸構造の階層構造を有している、
金属部材。
The anodized coating has an anodized coating, and the anodized coating is coated with a hydrocarbon oil containing zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) without a SAM coating, and has a hierarchical structure of a microscale uneven structure and a nanoscale uneven structure.
Metal parts.
前記金属部材が、Al、Ti、Fe、若しくはMg、又はこれらの金属のいずれかの合金、又はステンレス鋼の部材である、請求項に記載の金属部材。 2. The metallic component according to claim 1 , wherein the metallic component is a component of Al, Ti, Fe, or Mg, or an alloy of any of these metals, or stainless steel. 前記ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)の濃度が、前記炭化水素系オイルに対して0.1質量%~30.0質量%である、請求項1又は2に記載の金属部材。 3. The metal member according to claim 1 , wherein the concentration of the zinc dialkyldithiophosphate (ZnDTP) is 0.1% by mass to 30.0% by mass relative to the hydrocarbon-based oil. 自動車用部材である、請求項1~3のいずれか一項に記載の金属部材。 The metal member according to any one of claims 1 to 3 , which is an automotive member. インタークーラー用部材である、請求項に記載の金属部材。 The metal member according to claim 4 , which is an intercooler member.
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