JPH04147985A - アルミニウム材の耐摩耗皮膜及びその製造方法 - 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、アルミニウム材に形成した酸化皮膜の耐摩耗
性をより高め得たアルミニウム材の耐摩耗皮膜及びその
製造方法である。

（従来の技術〉 アルミニウム材の耐摩耗性、耐食性を向上させるために
、ベーマイト法、Ｈ，Ｂ、　Ｖ法などのような化学的方
法、あるいは、硫酸法、シュウ酸性その他の陽極酸化方
法などによって酸化皮膜を形成する方法が知られている
。とくに陽極酸化方法は、通常、アルマイトといわれ、
化学的方法よりも耐摩耗性に優れた皮膜が得られるが、
陽極酸化したままでは得られた皮膜には無数の六角形の
微細孔が存在するために、加圧蒸気処理法、沸騰水処理
法、酢酸ニッケル処理法などのような封孔処理が行なわ
れている。

さらに、これら酸化皮膜上に、ＡＪ！２０３．５ｉ０２
その他のようなセラミックスラリ−を塗布し加熱焼成し
てセラミック皮膜を被着させて耐摩耗性を高めることが
行なわれている。すなわち、クロム酸にＡｂＣｈ　、３
２Ｏ２その他のセラミック粉末を混合してスラリーとし
て施行する方法が有効な手段として使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記方法は、加熱焼成処理温度が３２０
℃以上、作業性を考慮した加熱焼成処理温度として４５
０〜５５０℃といった高温度であり、又、含浸−加熱処
理の繰返し回数が、目的の硬度、緻密性を得るためには
２Ｏ数回の繰返し処理が必要であるなどといった問題、
さらに、高温焼成処理のためにアルミニウム材の劣化や
軟化をおこすなどといった問題もある。

本発明は、処理回数を減少し、加熱焼成温度を下げ得、
しかも皮膜を硬化し、強固に被着しな耐摩耗皮膜及びそ
の製造方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、前記問題を解決し、前記目的を達成するた
めに研究を重ねた結果、アルミニウム材の酸化皮膜上に
、クロム酸化物とリン酸化物とが混在するマトリックス
に必要に応じセラミック粒子が分散したセラミック皮膜
を形成したものとすることによって目的を達し得ること
を見出して本発明を完成するに至った。すなわち、本発
明の第１の実施態様は、アルミニウム材の酸化皮膜上に
、クロム酸化物とリン酸化物とが混在するセラミック皮
膜、又はクロム酸化物とリン酸化物とが混在するマトリ
ックスにセラミック粒子が分散しているセラミック皮膜
を形成してなるアルミニウム材の耐摩耗皮膜であり、第
２の実施態様は、アルミニウム材の酸化皮膜上に、クロ
ム酸とリン酸との混合濃厚液を含浸し、加熱焼成する工
程を少なくとも１回繰返して行ないクロム酸化物とリン
酸化物とが混在するセラミック皮膜を形成するアルミニ
ウム材の耐摩耗皮膜の製造方法であり、第３の実施態様
はアルミニウム材の酸化皮膜上にクロム酸とリン酸との
混合濃厚液にＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３及びＡｂ０３を混合
してなるセラミックスラリ−を塗着し加熱焼成しセラミ
ック皮膜を形成する工程と、前工程で形成したセラミッ
ク皮膜をクロム酸とリン酸との混合濃厚液からなる含浸
液で含浸し加熱焼成する処理を少なくとも１回繰返し“
Ｃ行なう工程とからなるアルミニウム材の耐摩耗皮膜の
製造方法である。

本発明におけるアルミニウム材の酸化皮膜は、化学的方
法あるいは陽極酸化法などのいずれの方法によって形成
したものであってもよく、又陽極酸化法によった場合に
は、陽極酸化処理したままで封孔処理を行なっていない
ものでよく、さらに低温で処理した硬質のものでもよい
。

クロム酸は、三酸化クロムを水に溶解して比重１．５〜
１．６５に調整した濃厚水溶液として使用し、リン酸は
、７５〜８８％濃度の市販品を使用することができる。

又、セラミック原料としては、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｔｏ、
ＡＪ！２０３など、それぞれ純度が９５％程度であり、
粒度が最大２０μｍ以下で、平均粒度１．４μｍである
ようなものが好ましい。

含浸液として使用するクロム酸とリン酸との混合濃厚液
は、前記のリン１分子量に対して前記のクロム酸水溶液
を０．４８〜２．７分子量の比率で混合したものを使用
し、さらに前記比率は、０．９６〜１．３６とすること
が好ましい。この場合の混合濃厚液においてクロム酸の
分子量の比率が０．４８未満であると高粘度となり、酸
化皮膜に形成されている微細な空孔やクラックへの含浸
が円滑に行なわれないために、処理回数を重ねても、よ
り一層の硬度の上昇は望めないし、一方、クロム酸の分
子量の比率が２．７を超えると、リン酸の触媒的効力が
減少し、焼成温度もより高温が必要となり、又、当然、
そうなった場合の処理回数も多くしないと目的とする特
性をもったセラミック皮膜になり難いものである。

リン酸は、それ自体でも脱水縮合や金属イオンへの配合
から高分子構造を形成するが、クロム酸との混在により
クロム酸の還元効果を有し、クロムと酸素を介した高分
子結合構造をとり、より強固に硬化皮膜を形成するもの
である。

第２の実施態様によるクロム酸とリン酸との混合濃厚液
からなる含浸液によるアルミニウム材の酸化皮膜上への
処理は、前記のように調製したクロム酸とリン酸との混
合濃厚液を使用して、刷毛塗り、スプレー塗り、又は浸
漬することなどによって含浸させ、２００〜３００℃で
３０〜１５０分間加熱焼成することによって行なわれる
。この含浸−加熱焼成処理を少なくとも１回繰返すこと
によって、アルミニウム材の酸化皮膜、とくに、陽極酸
化法による酸化皮膜に無数に存在する六角形の微細孔や
クラックの封孔をすることができる。

更に、第３の実施態様によるセラミック皮膜形成は、前
記のように調製した混合濃厚液に、前記のようなセラミ
ック原料を１．５〜２．５ｋｇ／、１！の割合で添加し
て十分かきまぜてセラミックスラリ−としくなお、混合
順序は制約されない）、これをアルミニウム材の酸化皮
膜上に、刷毛塗り、スプレー塗り、又はスラリー中に浸
漬することなどによって含浸し、２００〜３００℃で３
０〜１２０分間加熱処理することによって行なわれる。

ついで、前工程で得られたセラミック皮膜に前記含浸液
を刷毛塗り、スプレー塗り又はセラミック皮膜を含浸液
に浸漬することなどによって含浸し、２００〜３００℃
で３０〜１５０分間加熱焼成する。

この含浸−加熱焼成の処理を少なくとも１回繰返して行
なうものであって、３〜５回繰返し行なうことが好まし
く、通常、５回繰返し処理すれば十分である。

このようにして、アルミニウム材の酸化皮膜の微細孔は
封孔され、クロム酸化物とリン酸化物とが混在するマト
リックスの、又は該マトリックスにセラミック粒子であ
るＳｉｎ、、ＣＩ”２０３　、Ａｊ’２０３などの粒子
が分散した耐摩耗性、耐食性に優れた皮膜が緻密に強固
に結着して形成されるものである。

又、セラミック皮膜形成におけるセラミックスラリ−含
浸後の加熱焼成温度は２００〜３００℃での低温処理が
可能で、処理回数も１回で十分であり、最後の含浸液に
よるセラミック皮膜の硬化処理においても、加熱焼成温
度を２００〜３００℃のような低温処理が可能となり、
含浸−焼成処理回数も１回の空孔内に残留する成分を多
くし得、５回程度で十分であり、水成分とＣｒＯ３との
混合ガスの発生がおさえられるものである。このような
効果は、リン酸によるクロム酸の低温還元作用の触媒と
しての効果と、さらに、ＣｒＯ３がＣｒ２Ｏ３に変換す
る際、リン酸と有機的な酸化結合をもって化学変化がお
き、皮膜として残留するために、セラミック皮膜の硬化
及び充填効果を得るための有効な手段となるからである
と考えられる。

なお、皮膜硬化処理後に得られたセラミック皮膜につい
てリン酸化物の分子量に対するクロム酸化物の分子量の
比率を調べたところ、前記の混合濃厚液におけるリン酸
に対するクロム酸の分子量の比率がほぼ残留しているこ
とが認められた。

（実施例〉 次に、本発明の実施例を述べる。

実施例１ アルミニウム材（ＪＩＳ　Ｈ４０４０Ａ　６０６３　Ｂ
Ｅ）を使用して常法にしたがって硫酸法による陽極酸化
皮膜を形成し、封孔処理せずそのままの酸化皮膜上に、
三酸化クロムを水に溶解して調製した比重１．６のクロ
ム酸濃厚液２７２ｍ、ｆ）と市販の８５％リン酸２５６
ｍＪとの混合濃厚液を含浸液として使用して吸引含浸し
、ついで２００℃で６０分間加熱焼成してクロムとリン
の酸化物皮膜を形成させ、同時に酸化皮膜の封孔をも行
なった。

得られた皮膜の硬度は表面硬度が平均Ｈｖ　７００であ
った。又、３００℃に３０分間加熱した後、水中に投入
したが皮膜の剥離は全く認められず、優れた密着性が認
められた。

実施例２ アルミニウム材を使用して硫酸法による陽極酸化皮膜を
形成し、この酸化皮膜上に、酸化アルミニウム（９８％
Ａβ２０３　＞　　１６０ｇ、二酸化ケイ素（９２，５
％５ｉＯ７）　　３８０ｇ、酸化クロム（９９，３％Ｃ
ｒ２Ｏ３）　　３４０ｇ、クロム酸（比重１．６＞　４
０＋ｎｅ、８８％リン酸３５＋＋＋ｅを３０分間ボール
ミルを使用してかきまぜて調製したセラミックスラリ−
を、スプレー塗りによって１５０〜２００μｍの厚さに
被覆し、２８０℃に６０分間加熱焼成してセラミック皮
膜を形成し、ついで研摩して膜厚を２Ｏ０μｍとしな。

その後、三酸化クロムを水に溶解して調整した比重１，
６のクロム酸濃厚液と市販の８５％リン酸２５６酎との
混合濃厚液を含浸液として吸引含浸し、２８０℃に６０
分間加熱焼成した。この含浸−加熱焼成処理を５回繰返
して施行し、クロム酸化物とリン酸化物との分子量の比
率が１：０．８６のマトリックスにＡｊ！２０３．５ｉ
０２、Ｃｒ２Ｏ３ノ粒子が分散しタセラミック皮膜を得
た。

得られた皮膜の硬度は、表面硬度が平均Ｈｖ２Ｏ０８で
あった。又、３００℃に３０分間加熱した後、水中に投
入したがセラミック皮膜の剥離は全く認められず、優れ
た密着性が認められた。

比較例 実施例１と同様に形成したアルミニウム材の酸化皮膜上
に、実施例１と同様に調製した比重１．６のクロム酸濃
厚液に、実施例２と同様な酸化アルミニウム１６０ｇ、
二酸化ケイ素３８０ｇ、酸化クロム３４０　ｇを混合し
、かきまぜ器でかきまぜて調製したセラミックスラリ−
をスプレー塗りで被着させ、４５０℃で１５０分間加熱
焼成した。更に引き続き含浸−加熱焼成処理を１回繰返
した時点でセラミック皮膜はすべて素材から剥離してし
まった。

（発明の効果） 本発明は、アルミニウム材の酸化皮膜上に、クロム酸化
物とリン酸化物とが混在するマトリックスに必要に応じ
セラミック粒子が分散したセラミック皮膜を形成したも
のであるから、皮膜の硬度が高く、かつ、緻密であり、
耐熱、耐食、耐摩耗性がきわめて優れており、アルミニ
ウム材の酸化皮膜に存在する微細孔やクラックをきわめ
て有効に封孔することができ、さらに、本発明方法にお
いては、加熱焼成温度が従来法では、４５０〜５５０℃
と高温であったのを２００〜３００℃のような低温での
処理を可能とし得、含浸回数も従来法では２Ｏ数回の処
理が必要であったのに較べて含浸処理が５程度度で十分
であるために母材の劣化や変形を減少し得、アルミニウ
ム材のような低融点母材への被着が可能となり、水とＣ
ｒＯ３との混合ガスの発生がおさえられ作業環境を良化
し得、強固に結合したセラミック皮膜を形成し得るなど
きわめて大きな効果が認められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルミニウム材の酸化皮膜上に、クロム酸化物とリ
   ン酸化物とが混在するセラミック皮膜、又はクロム酸化
   物とリン酸化物とが混在するマトリックスにセラミック
   粒子が分散しているセラミック皮膜を形成してなること
   を特徴とするアルミニウム材の耐摩耗皮膜。２）アルミ
   ニウム材の酸化皮膜上に、クロム酸とリン酸との混合濃
   厚液を含浸し、加熱焼成する処理を少なくとも１回繰返
   して行ないクロム酸化物とリン酸化物とが混在するセラ
   ミック皮膜を形成することを特徴とするアルミニウム材
   の耐摩耗皮膜の製造方法。 ３）アルミニウム材の酸化皮膜上にクロム酸とリン酸と
   の混合濃厚液にＳｉＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３及びＡｌ＿
   ２Ｏ＿３を混合してなるセラミックスラリーを塗着し加
   熱焼成しセラミック皮膜を形成する工程、前工程で形成
   したセラミック皮膜をクロム酸とリン酸との混合濃厚液
   からなる含浸液で含浸し加熱焼成する処理を少なくとも
   １回繰返して行なう工程とからなることを特徴とするア
   ルミニウム材の耐摩耗皮膜の製造方法。