JPH0428898A

JPH0428898A - 陽極酸化皮膜を有する物品及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0428898A
Application number: JP13396190A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yokoyama; 横山　一男; Kiyoshi Shibuya; 清渋谷
Original assignee: YOKOYAMA HYOMEN KOGYO KK; Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: YOKOYAMA HYOMEN KOGYO KK; Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-01-31

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、機能を改良した陽極酸化皮膜を有する物品及
びその製造方法に関し、特に機能性陽極酸化皮膜を有す
るアルミニウム又はアルミニウム合金からなる物品及び
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

硫酸又はシュウ酸の水溶液中にアルミニウム又はアルミ
ニウム合金を陽極として設けて通電すると、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金上にアルミナを主成分とする陽
極酸化皮膜が形成され、この陽極酸化皮膜は耐食性が大
きく、美観上などの点でも改善されるので、この陽極酸
化皮膜の形成方法は陽極酸化法として広く用いられてい
る。

陽極酸化皮膜には多数の微細孔が存在し、特に形成した
ばかりの皮膜における微細孔は吸着性に冨むので、染色
処理により皮膜を着色するのに利用され、あるいはその
皮膜の緻密性を高めるため封孔処理するのが普通である
。

また、この陽極酸化皮膜の性質を改善し、あるいは別の
機能を与えることが種々検討され、例えばこの皮膜に潤
滑性を与えることか試みられ１、その方法として次のよ
うな方法がある。

（１）陽極酸化皮膜微細孔中に潤滑油を含浸させる方法
：陽極酸化皮膜形成後、皮膜に存在する孔中に潤滑油を含
浸させ、摩擦時に徐々に潤滑油を孔中により供給させる
ものであるが、潤滑油を含浸させるためには孔が小さく
、かつ盲孔であるため、孔中により空気を追い出して含
浸する必要がある。

そのためには、真空含浸の設備も必要となるし、バッチ
操作となるため作業性に劣る欠点がある。

（２）陽極酸化皮膜に塗膜を塗布する方法：ポリテトラ
フロロエチレンなどの摩擦係数の低い樹脂成分を含む、
又は含まない塗料中に固体潤滑剤を分散させたものを陽
極酸化皮膜に塗布後焼付する方法である。しかし、この
方法では塗膜を陽極酸化皮膜内上に厚く塗布するために
寸法精度が出ない、その塗膜が消耗すれば急激に潤滑性
能が低下し、寿命のばらつきが大きい、陽極酸化皮膜の
特性を十分に生かせないなどの欠点がある。

（３）二次陽極酸化により孔中に固体潤滑成分を生成さ
せる方法：これは、通常の方法で多孔質型の陽極酸化皮膜を形成後
、これをテトラチオモリブデン酸アンモニウムのような
モリブデンのチオ酸塩を主成分とする水溶液中で陽極と
して電解を行うと、陽極酸化皮膜の微細孔中にモリブデ
ン硫化物が析出してきて固定化される。さらに、このモ
リブデン硫化物をグラファイト状の結晶にするために熱
処理が施される。

このように、硫化物を陽極酸化皮膜中に生成させるため
には二段に電解を行い、かつ熱処理をする必要があり、
コストが高くなるので、特別な用途以外にはあまり利用
されていない。

（４）電流の周期的極性変換により硫黄成分を含有する
陽極酸化皮膜を形成後、金属硫化物を生成させる方法（
特開昭５９−２０５４９７号公報）：この方法は、アル
ミニウム及びその合金を硫酸又は硫酸を含む電解液中で
、極性を周期的に変換させ電流反転電解を行い、陽極酸
化皮膜形成と同時に負電流により硫酸電解液を還元させ
、皮膜中に硫黄化合物を生成蓄積させ、次いで潤滑性金
属硫化物を生成しうる金属の塩の溶液で処理して、皮膜
中に潤滑性金属硫化物を生成させるものである。

これは、電流反転が出来る電源装置が必要であり、かつ
金属塩溶液への浸漬など金属硫化物の生成を行う工程が
必要である。

（５）陽極酸化皮膜にポリテトラフルオロエチレンを含
浸、彩色させる方法（特開平１−２１２７９５号公報）
：この方法は、陽極酸化法により陽極酸化皮膜を形成した
アルミニウムを、硫酸、ギ酸、シュウ酸のうちの一種類
の酸の水溶液にテトラフルオロエチレン（テフロン）を
混入した液中で陽極として電解することにより、前記陽
極酸化皮膜を彩色させるとともに、テトラフルオロエチ
レンをそれに含浸させ、かつ付着させるというのもので
ある。

しかし、この方法は、技術的にまったくあいまいなもの
であって、前記のテトラフルオロエチレンは、「テフロ
ン」あるいは３フツ素樹脂」といっていることから、ポ
リテトラフルオロエチレンというものと解されるが、こ
れは通常固体であり、かつ前記の酸水溶液に不溶である
から、これを酸水溶液に混入するというのはどのように
して行うのかまったく不明であり、しかもこれはその電
解条件で陽極酸化皮膜の外表面に入って含浸された状態
になることは技術的に可能であるか疑問である。

［発明が解決しようとする課題〕前記した潤滑性あるいは耐摩耗性などのような機能をも
つ陽極酸化皮膜、すなわち機能性陽極酸化皮膜の製造方
法においては、陽極酸化皮膜自体がもつ性質の外に別の
機能を与えるために、それを与えるための別の工程が必
要となって工程数が増加するだけではなく、陽極酸化皮
膜が安定であり、かつかなり緻密な組織からなっている
ため、後で別の機能を与えようとしても十分にその機能
をもつように改質することができない、またそのため十
分にその機能を有する陽極酸化皮膜が得られないという
問題点がある。

本発明は、所定の機能を十分に備えた陽極酸化皮膜を有
する物品を得ること、及びその物品をつくる製造方法を
得ることを目的とするものである。

また、本発明は、工程数が少なく、かつ所定の機能を十
分に備えた陽極酸化皮膜を有する物品の製造方法を得る
ことを目的とするものである。

さらに、本発明は潤滑性又は耐摩耗性に優れ、均一な組
織をもつ陽極酸化皮膜を有する物品を得ること、及びそ
の物品を工程数少なくつくる製造方法を得ることを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は物品に上記の機能を与える固体粒子を包蔵した
陽極酸化皮膜を有させることにより、また陽極酸化皮膜
の形成のさいに上記の機能を与える固体粒子を含有する
状態で陽極酸化皮膜を形成させることにより上記の目的
を達成した。

すなわち、本発明は下記（１）ないしく４）の手段によ
って上記の目的を達成した。

（１）表面に陽極酸化皮膜を有する物品において、該皮
膜中に固体粒子が包蔵されていることを特徴とする陽極
酸化皮膜ををする物品。

（２）前記固体粒子が潤滑性粒子であることを特徴とす
る前記（１）項記載の陽極酸化皮膜を有する物品。

（３）固体粒子を分散させた電解質溶液中に、陽極酸化
法によって酸化皮膜を形成しうる金属を陽極として設け
て通電し、前記金属上に陽極酸化皮膜を生成すると同時
にその皮膜内に前記固体粒子を取り込ませることにより
、前記固体粒子を包蔵する陽極酸化皮膜を形成すること
を特徴とする陽極酸化皮膜を有する物品の製造方法。

（４）前記固体粒子が潤滑性粒子であることを特徴とす
る前記（３）項記載の陽極酸化皮膜を有する物品の製造
方法。

従来の機能を付与された陽極酸化皮膜は、陽極酸化皮膜
の上にその機能を付与する物品の層を有するものである
が、本発明の陽極酸化皮膜を有する物品はその陽極酸化
皮膜中にその機能を付与する物質の固体粒子を包蔵する
ものである。もちろん、そのさい前記の固体粒子は陽極
酸化皮膜のボアーの中あるいは前記皮膜の上にも存在し
てもよいこの本発明の物品は、前記（３）項記載の製造方法によ
ってつくることができる。すなわち、固体粒子を分散さ
せた電解質溶液中で通電して陽極酸化させることにより
、陽極上で陽極酸化皮膜が生成するさいに前記固体粒子
を取り込ませて、固体粒子を包蔵した陽極酸化皮膜を形
成させることができる。

そして、その固体粒子を構成する物質として何を選択す
るかによってその物質が有する性質に基づく機能を前記
皮膜に与えることができる。

固体粒子として、例えば、硫化モリブデン、硫化タング
ステン、硫化鉛、硫化銀、硫化亜鉛、硫化チタン等の金
属硫化物、窒化ホウ素、硫酸バリウム、フッ素系合成樹
脂、シリコーン、グラファイトなどの潤滑性粒子を用い
ると潤滑性を与えることができる。また、酸化チタン、
酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化クロム、酸化セリ
ウム等の金属酸化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化ク
ロム、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウ
ム、炭化タンタル等の炭化物、窒化チタン、窒化ホウ素
、窒化ケイ素等の窒化物、ホウ化ジルコニウム、ホウ化
クロム等のホウ化物などの耐摩耗性粒子を用いると耐摩
耗性を与えることができ、フッ素系合成樹脂、シリコー
ン、フン化黒鉛などの非粘着性粒子を用いると非粘着性
を与えることかできる。

固体粒子は、陽極酸化皮膜の中に取り入れられるために
も、また電解質溶液中に均一に分散させるためにも微細
な粒子であることが好ましいが、実用上にその粒径を０
．０１〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。もっと
も、材料によってその粒径は多少異なる。その陽極酸化
皮膜がもつ機能は、その皮膜に包蔵される固体粒子の量
によって変るが、その皮膜上に付着した固体粒子の量な
ども影響する。

本発明の物品をつくる製造方法は、陽極酸化法で用いら
れる電解質溶液にこの固体粒子を分散させたものを用い
、通電することによって固体粒子を包蔵する陽極酸化皮
膜を形成するものである。

本発明の製造方法において使用する電解質溶液としては
、硫酸、シュウ酸などの水溶液のような、従来から陽極
酸化法で用いられている電解質溶液を使用することがで
きる。

この電解質溶液中に分散させる固体粒子の粒径があまり
小さいと相互に凝集し易いが電解質溶液中でこの固体粒
子がよく分散して均一に懸垂（サスペンション）するよ
うに分散剤を添加することが好ましい。また、溶液中で
固体粒子が陽極へよく移動するように、液中の固体粒子
が（−）に帯電するような添加剤を使用することが好ま
しい。

この陽極酸化皮膜を形成すべき金属としては、アルミニ
ウム、マグネシウム、チタン、タンタル、ニオブなどの
金属、あるいはその合金のような、従来から陽極酸化法
が適用されている金属がいずれも使用することができる
。

また、通電時間や電流密度、温度などの陽極酸化法の条
件については、従来知られている条件がほとんどそのま
ま通用することができるが、通電時間などによって生成
される陽極酸化皮膜の厚さを変えることができる。

ただ、固体粒子としてフッ素系合成樹脂を用いる場合に
は、その比重が水の比重よりも小さいときには溶液中に
均一に分散しにくいので、必要により撹拌などを行う。

固体粒子の電解質溶液中への添加量によって、陽極酸化
皮膜中に含有される固体粒子の含有率を変えることがで
き、それによって形成される陽極酸化皮膜の性質を変え
ることができる。前記溶液中の固体粒子の添加量は、０
．０１〜２００　ｇ／！の範囲とすることができるが、
０．１〜３５ｇ／Ｉ！、とすることが好ましい。

〔作　用〕

本発明の特徴は、陽極酸化のさい皮膜生成と同時に固体
粒子を皮膜内に包蔵させて、その内部に固体粒子を包蔵
する陽極酸化皮膜とすることにある。

従来の性質を改善した陽極酸化皮膜の製造方法において
は、第４図に示すように母材金属、例えばアルミニウム
１上に先に陽極酸化皮膜３を形成してから、陽極酸化皮
膜３のボアー５に潤滑剤のような、必要な機能を与える
物質１１を充填あるいはさらに被覆するか、又は金属硫
化物のような物質１１を反応により生成させてそこに存
在させるようにしてきた。このため、従来技術では少な
くとも陽極酸化皮膜生成工程と機能性物質充填ないし被
覆工程を必要としており、前記物質１１は陽極酸化皮膜
３のボアーないし表面にしか存在しなかった。

本発明は、従来技術と異なり、前記Ｔｈ質の固体粒子が
皮膜３の内部に存在し、また陽極酸化皮膜生成時にその
内部に固体粒子を包蔵させるもので、第２図にその製造
方法に用いる電解槽の模式図を示す。電解槽１０内に固
体粒子９を分散させた電解液８を入れ、その中に例えば
アルミニウムからなる陽極６と対極の陰極７を設けて通
電する。

その通電に伴う陽極酸化皮膜の生成過程を第１図に示す
。陽極酸化皮膜の生成理論から推測すると、母材金属の
アルミニウム１の上に一旦生成したバリアー皮膜２から
ボアー５が成長し始め、電場の駆動力により順次ボアー
５が成長するが、そのさい電解質溶液中の負に帯電した
固体粒子は陽極へ泳動してそこへ達し、固体粒子を含む
陽極酸化皮膜が形成されて行くものとみられる。そのさ
い第１図の右側の図に示すように陽極酸化皮膜３は、表
面及びボアー内面に近い部分に固体粒子を含む層４を有
する構造を形成するようである。これらは陽極酸化皮膜
を生成せしめた後に行う封孔処理でも皮膜から溶出しな
かったことから容易に理解できる。

このようにして、前記の陽極酸化皮膜を一工程で形成す
ることができ、固体粒子が皮膜内に存在することから皮
膜の均一な性能が得られる一因にもなっている。

本発明により生成せしめた陽極酸化皮膜は、さらにこれ
までのような二次的な処理を追加して、第３図に示すよ
うに皮膜の表面及びボアーに例えば耐食性物質、潤滑剤
のような機能を有する物質１１の層を設けることにより
、耐食性、着色性、磁気性能の付加ができ、これまでに
開発された機能性皮膜として利用できる等、優れた性質
を保有している。

本発明は、固体粒子として潤滑性粒子を用いる場合に特
に好ましい作用を奏するものである。

（実施例）実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発
明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例下記の試験片を用い、電解液、分散する固体粒子の種類
、添加量などを第１表に示すように変換して通電し、陽
極酸化皮膜を形成した。封孔処理は沸騰水で３０分処理
した。

試験片材料ニアルミニウム材、ＪＩＳ　　Ａ−１２００形状：
０．３Ｘ５０Ｘ１００ｍｍ形成した陽極酸化皮膜の皮膜硬さ、耐摩耗性を測定した
。

耐摩耗性はＪＩＳ−Ｈ−８６８２の「アルミニウム及び
アルミニウム合金の陽極酸化皮膜の耐摩耗性試験方法」
に準じ、平面摩耗試験（荷重４００ｇｆ、摩擦回数１０
００Ｄｓ）を行ない、摩耗量１μｍ当たりの摩擦回数（
ＤＳ値）を測定した。

その測定結果を第１表に示す。

使用した固体粒子の粒径は平均０．　１μｍである。

なお、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンを示す。

上の例１，２で得られたものについて、ＪＩＳ−Ｈ−８
６８１の「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸
化皮膜の耐食試験方法」に準じ、キャス試験を行った。

第２表にその試験結果を示す。なお、キやス試験は銅塩
を含む酢酸酸性の塩水溶液を規定の時間試料に噴霧し、
腐食の発生状態によって皮膜の耐食性を調べる方法であ
る。

注）ＲＮ：レイティングナンハ、耐食性を表わす指数で
あり、腐食面積率０．００％において１０（最大）とす
る。

〔発明の効果〕

本発明により、潤滑性、耐摩耗性等の目的に応じた機能
性を有する陽極酸化皮膜が、陽極酸化工程のみによって
得ることができるので、機能性を与えるための工程を別
に必要とせず、したがって工程数が少な（てすみ、また
別の処理をするための設備が不要であって、装置費が少
なくてよい。

電解液中に加える固体粒子の使用量も少なくてよいので
経済的である。

本発明の物品が有する陽極酸化皮膜は、その中に固体粒
子を包蔵しているため、性質が均一であり、かつその機
能の持続性がある。

これにより、本発明の陽極酸化皮膜をもつ製品は、包蔵
させる固体粒子の種類を変えることにより潤滑性、耐摩
耗性などの種々の機能をもったものとすることができ、
かつその性質が場所によらず均一であって、しかもその
性質が持続する。

さらに、この陽極酸化皮膜について従来から行われてい
る二次的処理をすれば、その性質が一層改善され、ある
いは別の性質を併有させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造方法における陽極酸化皮膜の生
成過程を示す模式図であり、第２図は、本発明の製造方
法に用いる電解槽の模式図であり、第３図は、本発明に
より得られた陽極酸化皮膜を別の機能を有する物質でさ
らに被覆したものの模式的縦断面図であり、第４図は、
従来技術により形成された陽極酸化皮膜の模式的縦断面
図である。図中符号： ■−アルミニウム、　３−・−陽極酸化皮膜、４−・・
固体粒子を含む層、５−・ポアー（ばか３名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に陽極酸化皮膜を有する物品において、該皮
膜中に固体粒子が包蔵されていることを特徴とする陽極
酸化皮膜を有する物品。
（２）前記固体粒子が潤滑性粒子であることを特徴とす
る請求項１記載の陽極酸化皮膜を有する物品。
（３）固体粒子を分散させた電解質溶液中に、陽極酸化
法によって酸化皮膜を形成しうる金属を陽極として設け
て通電し、前記金属上に陽極酸化皮膜を生成すると同時
にその皮膜内に前記固体粒子を取り込ませることにより
、前記固体粒子を包蔵する陽極酸化皮膜を形成すること
を特徴とする陽極酸化皮膜を有する物品の製造方法。
（４）前記固体粒子が潤滑性粒子であることを特徴とす
る請求項３記載の陽極酸化皮膜を有する物品の製造方法
。