JPH03277780A - セラミックス皮膜を有するアルミニウム基体の表面被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗性、電気絶縁性、防食性、耐熱性、装
飾性などにすぐれた多層皮膜をアルミニウム基体上に形
成する、陽極火花放電法と溶射法とを利用したアルミニ
ウム基体の表面被覆方法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、アルミニウム系素材に、酸化物、炭化物系セラ
ミックスあるいは金属材料を溶射して耐摩耗性被膜を形
成するためには、溶射施工の前処理としてスチールグリ
ッド、アルミナグリッド、炭化珪素グリッド等のブラス
ト材によるブラスト処理が施されている。ところが、こ
のブラスト処理を行うと、ブラスト材が高速で素材表面
に衝突するので素材が変形したり、研削材のつきさ−り
が生じ、良好な溶射皮膜が得られないという問題がある
。特に素材の板厚が２ｍ／ｍ以内の薄い場合にはブラス
ト処理による変形や歪が著しく、良好な製品にならない
場合が多い。またブラスト処理を行うとブラスト材の微
粉末が飛散し、空気中に浮遊するので公害問題を生じる
という問題がある。

さらに、従来のアルミニウム素材に耐食性を付与するた
めにセラミックスを溶射すると、セラミックス皮膜に気
孔が生じ、これが耐食性を低下させる原因になるので、
これを改善するためにシリコン系樹脂等を封孔剤として
塗布して耐食性の低下を補償することも行われている。

しかしながら、この方法には、封孔剤が皮膜中に完全に
含浸されない場合があり、封孔剤が劣化して耐食性が低
下するという問題がある。

一方、アルミニウム素材に耐食性を付与するために陽極
火花放電法によりセラミックス皮膜を形成する方法が知
られている（特公昭５Ｂ−１７２７８号公報、特公昭５
９−４５７２２号公報、特公昭６０−１２４３８号公報
）が、この方法よりセラミックス皮膜を形成すると耐食
性は向上するものの、皮膜の厚みが薄く、耐摩耗性が充
分ではないという問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明は、アルミニウム素材表面にブラスト処
理などの従来の前処理を施こさなくても接着性が良好で
、耐食性、耐摩耗性に優れる多層皮膜をアルミニウム基
体上に形成することができるアルミニウム基体の表面被
覆方法を提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、アルミニウム系素材を陽極として陽極火花放
電法によりアルミニウム系素材の表面にセラミックス皮
膜を形成した後、このセラミックス皮膜上に直接溶射を
施すと上記課題を効率良く解決できるとの知見に基づい
てなされたのである。

すなわち、本発明は、陽極火花放電法によってアルミニ
ウム基体表面に形成したセラミックス皮膜上に、セラミ
ックス又は金属を溶射することを特徴とするアルミニウ
ム基体の表面被覆方法を提供する。

本発明で陽極火花放電法によってアルミニウム基体表面
にセラミックス皮膜を形成するために使用する電解浴と
しては、水溶性若しくはコロイド状ケイ酸塩及び／又は
タングステン酸、錫酸塩、モリブデン酸、ホウ酸塩、ア
ルミン酸塩、リン酸塩等の酸素酸塩を１種ないし２種以
上添加した水溶液があげられる。ここで、ケイ酸塩とし
ては、一般式藺、０・ｎｓｉｏａ（Ｍはアルカリ金属を
示し、ｎは０．５乃至１００の正数を示す）で表わされ
る種々の水溶性のもの、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケ
イ酸カリウム、ケイ酸リチウムと、水分散性のものとし
てはコロイダルシリカ等を挙げることができる。これら
のケイ酸塩は単独で、若しくは２種以上の混合物として
用いることができる。

電解浴に用いる水溶液中のケイ酸塩及び／又は＊Ｓ酸塩
の濃度は５　ｇ　／　１以上が好ましく、２５〜２００
　ｇ　／　１が好適である。特に酸素酸塩では、飽和に
近い濃度とすると皮膜形成速度が最も上昇するが、濃度
上昇とともに形成された皮膜が不均一となる現象も発生
しやすくなるので上記濃度とするのがよい。尚、水溶液
のｐＨは任意であるが、３〜１３．５とするのがよい。

本発明により火花放電にセラミックス皮膜を形成出来る
金属基材としては、アルミニウムおよびその合金があげ
られる。本発明の方法ではブラスト処理を省略すること
ができるので、厚さ３０〜５００μといった薄いものに
対して基材の変形を伴わずに多層皮膜を形成できるとい
う利点がある。

通常これらの金属基材に火花放電皮膜を形成する場合、
特に前処理を行なわなくともよいが、脱脂、エツチング
、酸洗等により充分に清浄化しておくのが望ましい。

陰極には、鉄、ステンレス、ニッケル等不溶性電極を用
い、陽極にアルミニウム金属基材を用いて、浴温５〜９
０℃、好ましくは１５〜６０℃で火花放電を行う。低温
では火花放電による皮膜の形成速度がおそくなり、一方
高温では、形成された皮膜が不均一となりやすい。電流
密度は０．２〜２ＯＡ／ｄｍ’で行なうのがよく、好ま
しくは１〜５Ａ／ｄｍ２である。

電解時間は希望する膜厚により決定するが、通常、３〜
６０分の電解で実用的な皮膜、例えば５〜８０μｍ厚の
ものが得られる。

本発明では、特に、アルミニウム系素材の表面に陽極火
花放電法により、シリケートあるいはアルミナ系のセラ
ミックス被膜を１〜１００ミクロン、好ましくは５〜２
０ミクロン形成させた後にブラスト処理を施さず直接、
金属またはセラミックスを溶射することができる。

本発明で溶射は常法により行うことができ、例えば、ガ
ス溶線式溶射やプラズマジェット式溶射などにより行う
ことができる。

溶射材料としては、グレイアルミナ　（＾１２０゜９６
％、Ｔｉｎ２２．３％）、ホワイトアルミナ（ＡＩ２０
３９９．６％）、クロミア　−Ｄ　（Ｃｒ２Ｌ　９９％
）、チタニア（ＴｉＯ＝　９９％）、アルミナチタニア
（Ａ矛２０３ＴｉＯａ４０％）、スピネル（ＭｇＯ−Ａ
１ｚＯ＊　７１％１、ムライト（Ａｌ　＝Ｏｓ−５ｒＯ
−２２％ン、ジルコニア・イツトリア（２ｒＯａ−Ｙ−
ロ、８％）、ジルコニア・マグネシア（ＺｒＯｚ　Ｍｇ
０８％）　ジルコニア・ムライト（ＺｒＯａ　３３％、
１．０．４８％、５ｉ０２１８％）、コバルトブルー（
八１２０３〜Ｃｏ０１０％）、タンタル（Ｔａ）　、モ
リブデン（Ｍｏ９９％）、ニッケルクロム合金（Ｎｉ８
０％、Ｃｒ２Ｏ％）、ニッケルクロム合金（Ｎｉ５０％
、Ｃｒ５０％）、クロムカーバイト複合（ＣｒｓＣ２−
Ｎ＋Ｃｒ含Ｃｒ２５％）、クロムカーバイト複合（ｃｒ
３ｏ２　Ｎ＋５０％）、チタニウムカーバイト複合（Ｔ
ｉＣ−ＮｉＣｒ合金　５０％）、チタニウムカーバイト
複合（ＴｉＣ−Ｎｉ　　５０％）、タングステンカーバ
イド　（Ｗ（ニーＣｏ　１２％）、ジルコニアイツトリ
ア複合（ＺｒＬ−ＬＬ　８％、−ＮｉＣｒ　２５％）、
ジルＤ−１−アイットリア複合（ＺｒＬ−Ｙ２０ｓ　８
％、−ＮｉＣｒ５０％）など金属、セラミックス及びサ
ーメットも使用することができる。

本発明において、溶射皮膜の厚みは任意とすることがで
きるが、３０〜３００μ、好ましくは８０〜２５０μと
するのがよい。このように溶射皮膜の厚さを厚くすると
表面加工ができるので好ましい。

一般的に陽極火花放電法によって得られる皮膜の表面は
概ね多孔質であり、それは皮膜の種類によっても異なる
がシリケート系では数ミクロン、アルミナ系ではサブミ
クロン程度の孔がほぼ均一に分布している。更に、この
皮膜は母材との間にち密な酸化皮膜（アルミニウムと、
析出されたセラミックとアルミナの混在する複合層、お
よびその上に多孔性セラミックスが析出する段階的な構
成となっているために剥離等の問題が生じることがない
。

この皮膜の上に溶射されたセラミックス或は金属は前記
表面の孔の中に入り込まれ、かつ酸素分子の移動より優
れた密着性が得られ、同時に陽極火花放電による皮膜の
気孔を封孔するので耐食性の向上をももたらすことがで
きる。

また、一般的に七′ラミックス或は金属溶射皮膜は多孔
質であるために腐食性雰囲気下で比較的速やかに素材を
腐食し剥離することがあったが、本方法によれば、前述
したように陽極火花放電法による皮膜はち密であるため
耐食性も良好となるという利点がある。

火花放電法により析出できるセラミックスの種類は数多
くあるが基本的には５ｉｎ２系よりもＡｌ　２０３にＭ
ｏ、　Ｐなどを含有した金属酸化物の析出した皮膜のほ
うが強固な密着性能が認められる。それはこのような皮
膜では、表面ヌレ性が改善され、かつ一般的に火花放電
によるセラミック皮膜は軟質なので、この皮膜上に溶射
粒子が食い込むからであるためと考えられる。また溶射
皮膜は酸化物であり、更に火花放電によるセラミックも
酸化物であるために酸化膜間での酸素イオンの拡散現象
により密着性が向上するとも考えられる。

以上のように、火花放電による皮膜と溶射皮膜とが相ま
って、耐食性と耐摩耗性にすぐれた多層皮膜が形成され
るのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の溶射の前処理として採用されて
いるブラスト処理を施すことなく陽極火花放電法による
皮膜上に金属またはセラミックス皮膜を溶射により形成
することにより、該多層被膜をアルミニウム素材の表面
に良好に密着させることができ、板厚の薄いアルミニウ
ム素材でも変形、歪の発生をなくし、かつ耐食性と耐摩
耗性とを付与することができたのである。

従って、本発明の方法により多層皮膜を形成したアルミ
ニウム素材は、軽量化、熱伝導性などの特性を利用する
とともに耐食性、耐摩耗性、絶縁性、音響特性の改善な
どの用途に有効に利用することができる。

次に本発明を実施例により説明する。

〔実施例〕

実施例Ｉ 板厚１ミリ、巾１００ミリ、長さ１０００ミリのアルミ
ニウム製板の表面に耐摩耗性を付与するた袷、アルミニ
ウム板の表面を常法（プラズマ照射法）により脱脂処理
したのちケイ酸カリ１００ｇ　／　１２の電解液中に浸
せきし、直流を用い、電流密度２Ａ／ｄｍ’で通電した
。数分後に表面より火花が発生し、その後５分間処理し
、厚さ１０ミクロンのシリケート皮膜を得た。

充分乾燥したのち、ブラスト処理を施さずプラズマ溶射
法により酸化アルミナを膜厚７０ミクロンの厚さに溶射
し、歪を発生することなく実用に供した。

実施例２ 板厚０．２ミリ、巾１５０１１ＩＩｌ１１高さ５ミリ、
長さ２５０ミリのアルミニウム製ボックス状ケース内面
に耐熱性を付与するため常法により脱脂処理した後ピロ
燐酸カリ４０ｇ／ｌ、モリブデン酸ナトリウム１０ｇ／
ｆの電解溶液中に浸せきし、直流電流を電流密度ＩＡ／
ｄｍ２で通電した。火花発生後３０分間処理し、厚さ６
ミクロンのアルミナ−リン−モリブデンを組成とする皮
膜を得た。

充分乾燥した後、直接プラズマ溶射により酸化アルミニ
ウムー酸化チタニウムの溶融混合物を溶射材を１００ミ
クロンの厚さに溶射した。殆んど変形することなく実用
に供した。

実施例３ 軸径３ｍ／ｍ、長さ１５０＋ｎ／ｍの両端部に直径３０
ｍ／ｍ、巾５ｍ／ｍの円板２ケを有するアルミニウム製
ガイドロールの円周面に耐摩耗性を付与するため常法に
より脱脂処理し後、実施例２と同様な方法によりアルミ
ナ−リン−モリブデンを組成とする被膜を火花放電法に
より厚さ５ミクロンの被膜を形成させ、その上にプラズ
マ溶射法によりタングステンカーバイド−１２％コバル
ト系溶射材料（ＫＣｉＯ）を約１００ミクロンの厚さに
溶射した。歪を発生することなく実用に供した。

実施例４ アルミ合金で作られた３ミリ径のガイドピンに実施例２
と同様な方法によりアルミナ−リン−モリブデンの皮膜
を火花放電法により厚さ５ミクロンの皮膜を形成させそ
の上に、アルミナと酸化チタンの複合材料のプラズマ溶
射法により約３００ミクロンの皮膜を形成させた後、研
磨加工して最終仕上げ膜厚１５０ミクロンとして実用に
供している。従来のブラスト法を前処理として用いた場
合と同様研削工程で溶射皮膜の剥離を生ずることなく使
用中も問題点は発生していない。

比較例１ 厚さ０．２ミリのアルミ合金板にブラストによる歪みを
少なくするためにブラスト圧力を３　ｋｇ　／　ｃｄに
低下させてアルミナの溶射をおこなったが、約３〜５ミ
リの歪みによる変形が生じた。本性を適用したものは歪
みによる変形は０，１〜０．３　ミＩＪ程度で実用可能
であった。

比較例２ アルミ材１１００表面に表面粗度７０ミクロンのアルミ
ナ研削材により圧力５〜６　ｋｇ　／　ｃ＋＋ｌのブラ
ストを行った後、アルミナ２００ミクロンの溶射を行い
密着強さを測定した。測定結果は１００〜１５０　ｋｇ
／ｃ＋＋！であった。

本性による密着強さでの測定結果は１３５〜１８０　ｋ
ｇ／ｃｎ（であり　ＪＩＳ８３００　ｒセラミック溶射
」に規定されている７０ｋｇ／ｃｒｌｕ上であり、ブラ
ストを施したものと比較し同等以上の値を示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 陽極火花放電法によってアルミニウム基体表面に形成し
   たセラミックス皮膜上に、セラミックス又は金属を溶射
   することを特徴とするアルミニウム基体の表面被覆方法
   。