JPH0499194A - アルミニウム系金属部品 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウムおよびその合金を基材とする金
属部品に関する。

（従来の技術） アルミニウム材は、軽くかつ空気中での耐食性がよく、
しかも電気および熱の伝導性に優れ、加工も容易である
という特性を有している。また、アルミニウム合金は、
アルミニウムに各種合金元素を加えてその性質を改善し
、種々の使用目的に適合させたものである。これらアル
ミニウム材やアルミニウム合金材は、上述したような特
性を活かして、化学工業用装置、電気機器、光学機器、
衛生容器、建築、船舶、車両、家庭用品等の広い分野に
用いられている。

ところで、アルミニウムもしくはその合金を、紙、プラ
スチックフィルム、繊維等の送りローラのように、他の
部材と摩擦する状態で使用される部品として用いる場合
には、摩耗を防止すると共に、他の部材との滑り性を向
上させる必要があり、そのために耐摩耗性と表面平滑性
の双方を満足させることが要求される。

また、アルミニウムもしくはその合金からなる部品は、
例えば化学プラント用の部品のように、水、酸、アルカ
リ等の腐食性雰囲気中にて使用される部品として用いる
ことも多く、この場合には、腐食を防止するために耐食
性が要求される。

そこで、アルミニウムおよびその合金からなる部品にお
いては、その材料本来の性質に加えて、使用条件や環境
に応じて要求される特性、例えば上述したような耐摩耗
性と表面平滑性、あるいは耐食性をもたせるために、部
品の母材表面に、この母材とは異なる表面層を形成する
ことが試みられている。このような表面層は、母材表面
に対して強固に形成され、また形成後に研磨加工等の仕
上げ加工が不要であることが必要とされる。

上述したようなアルミニウムやその合金部品への表面層
の形成方法としては、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の蒸着法、
溶射法等が試みられている。

（発明が解決しようとす乙課題） しかしながら、上述したような従来方法によって形成さ
れた表面層は、要求される全ての条件を満足できるもの
ではなく、それぞれ種々の欠点を有しているため、それ
らを解消することが望まれている。特に、耐摩耗性と表
面平滑性の双方を十分に満足させた表面層の実現が強く
要望されている。

例えばメツキ法、ＰＶＤ法およびＣＶＤ法による表面層
は、表面平滑性には優れるものの、耐薬品性や母材に対
する密着力が不十分であるという難点がある。また、溶
射法による表面層は、硬度は比較的大きいものの、気孔
が多く緻密性や表面性が劣るという難点がある。

本発明は、上述したような従来技術の課題に対処するた
めになされたもので、表面層の硬度および表面性を向上
させることにより、耐摩耗性、平滑性、耐食性等に優れ
たアルミニウム系金属部品を提供することを目的とする
ものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） すなわち本発明のアルミニウム系金属部品は、アルミニ
ウムもしくはその合金により構成された母材と、この母
材の表面に、ビッカース硬さがＨｖ５００以上の中間層
を介して設けられた酸化クロムを主成分とする表面層と
を有することを特徴とするものである。

本発明のアルミニウム系金属部品の母材は、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金からなるものであり、この母
材を構成するアルミニウム合金としては、アルミニウム
を主成分とする各種の合金を適用することが可能である
。具体的には、鋳物用アルミニウム合金としてＡｌ−Ｃ
ｕ系合金、Ａｌ−８１系合金等、耐食アルミニウム合金
としてＡ！−Ｍｎ系合金、Ａ　ｌ−Ｍｇ系合金、高力ア
ルミニウム合金としＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金等が
例示される。この母材の材質は、部品の用途や目的に応
じて選択されるものであり、また母材形状は特に限定さ
れるものではなく、用途に応じて各種形状のものを使用
することが可能である。

本発明のアルミニウム系金属部品は、母材表面に中間層
を介して酸化クロムを主成分とする表面層を設けたもの
であり、上記表面層は、クロム酸のようなりロム化合物
から加熱により変換された酸化クロム（主としてＣｒ２
０３　）を主成分とする層である。

この表面層は、酸化クロムどうしが強固に結合した緻密
な組織を形成し、耐摩耗性と表面平滑性に優れたものと
なる。すなわち、この表面層は析出するＣｒ２Ｏ３系セ
ラミックスの粒径が極めて微細（例えば１μ園以下）で
あるために、気孔が殆どない緻密で平滑な層となり、摩
擦抵抗の低減に多大な効果をもたらすと共に、耐食性の
向上にも寄与する。

また、上記表面層の厚さは、１μｓ〜５μ腸程度とする
ことが好ましい。表面層の厚さが１μｍ未満では、上述
したような効果が十分に得られず、また５μ■を超えて
厚くしても、それ以上の効果があまり得られないばかり
でなく、層厚を厚くするほど製造コストの増大を招くた
め、経済的に不利となる。

本発明における中間層は、上記酸化クロムを主成分とす
る表面層の厚さをあまり厚くすることなく、母材である
アルミニウムもしくはその合金の硬度不足を補い、耐摩
耗性、特に数１０ｋｇ／ｃ−程度の荷重が加わる高荷重
下での耐摩耗性を向上させるものである。

このような中間層としては、ビッカース硬さがＨｖ５０
０以上の層を用いることにより、上記効果を満足させる
ことが可能となる。すなわち、中間層のビッカース硬さ
Ｈｖが５００未満では、母材の硬度不足を十分に補うこ
とができず、耐摩耗性の改善効果が十分に得られない。

中間層のより好ましい硬さとしては、ビッカース硬さで
Ｈｖ８００以上とすることである。なお、ここで言う中
間層のビッカース硬さとは、アルミニウム系母材の表面
に形成した時点での硬さを指すものとする。

上記中間層としては、上記した硬さ条件を満足する各種
セラミックス層や金属層を用いることが可能である。例
えばセラミックス層としては、酸化アルミニウム、酸化
チタン、酸化ジルコニウム等の溶射層、またアルミニウ
ム系母材の陽極酸化による酸化アルミニウム層等が挙げ
られる。また、金属層としては、例えば硬質クロムメツ
キ、ニッケルメッキ、無電解ニッケルメッキ等の金属メ
ツキ層、また金属の溶射層等が例示される。これら各種
層の中でも、陽極酸化による酸化アルミニウム層は、他
のセラミックス層に比べて緻密な層が得られると共に、
母材に対する密着力に優れるため、本発明において特に
効果的である。

これら中間層の厚さは、その硬さや形成方法を考慮して
設定されるものであり、例えば溶射法による場合には５
０μｓ〜２００μ−程度、陽極酸化法による場合には１
０μ−〜５０μ−程度、メツキ法による場合にはｌＯμ
麿〜３０μ腸程度とすることが好ましい。

本発明のアルミニウム系金属部品は、例えば以下のよう
に製造される。

すなわち、まずアルミニウムもしくはその合金によって
形成した部品母材の表面に、中間層としてビッカース硬
さがＨｖ５００以上のセラミックス層もしくは金属層を
、陽極酸化法、溶射法、メツキ法等によって形成する。

次に、上記中間層の表面に酸化クロムを主成分とする表
面層を形成する。

この表面層の形成は、クロム酸（Ｃｒ（ｈ　）の６０％
程度の水溶液を塗布法や浸漬法等によって中間層上に被
着させる工程と、このクロム酸の被着膜に加熱による酸
化処理を施す工程とを、所望とする膜厚に応じて複数回
繰返すことによって行われる。上記加熱処理は、Ｃ「０
３をＣｒ２Ｏ３に変換するための処理であり、４５０℃
〜５５０℃程度の温度範囲で、より好ましくは４６０℃
〜５００℃の温度範囲で行う。

このようにして表面層を形成することにより、Ｃｒ２０
３を主成分とする緻密で強固なコーティング層が形成さ
れると共に、中間層であるセラミックス層や金属層の空
孔部にＣｒ２０３が充填され、平滑性に劣る中間層を使
用した場合においても、表面平滑性に優れた表面層が得
られる。

このように、本発明のアルミニウム系部品においては、
中間層の存在によって母材の硬度不足が補われ、表面層
によって中間層の平滑性および耐磨耗性が改善されると
共に、耐食性が向上する。

よって、耐摩耗性、表面平滑性、耐食性に優れたアルミ
ニウム系部品となる。

したがって、本発明のアルミニウム系金属部品は、その
優れた性質を活かして、これらの性質を要求される種々
の用途に効果的に用いることができる。本発明の部品は
、他の部品と摩擦して使用する部品に好適である。また
、腐食性雰囲気の環境において使用する部品にも好適で
ある。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず母材として、１〜１．５シｔ％Ｍｎ−Ａｌ合金を用
い、外径１００ｍ＋＊Ｘ厚さ３０ｍｍ試験片を作製した
。次いで、この試験片の表面に、中間層として陽極酸化
法によって厚さ２０〜５０μｌの酸化アルミニウム層を
形成した。

次に、上記中間層の表面に、ＣｒＯ３の６０％水溶液を
浸漬法により塗布し、乾燥後、大気中にて４５０℃〜５
００℃の温度で焼成した。この塗布、焼成の工程を　１
サイクルとして、約５サイクル繰返すことにより、中間
層の表面に加熱により変換された酸化クロム（Ｃｒ２０
３　）からなる緻密な表面層を形成すると同時に、中間
層内の空隙部にも酸化クロムを充填し、アルミニウム系
金属部品の試験体を作製し、後述する特性評価に供した
。なお、上記表面層の厚さは、ｌμｆｔ〜３μＭであっ
た。

実施例２ 実施例１と同一材質および同一形状の試験片に対して、
中間層としてメツキ法により厚さ１０〜５０８口の硬質
クロムメツキ層を形成した。

この後、実施例１と同一条件で表面層を形成し、後述す
る特性評価に供した。

比較例１ 実施例１と同一材質および同一形状の試験片に対して、
表面層として溶射法により厚さ　１００μｍ〜１５０μ
Ｍの酸化クロム（Ｃｒ２０３　）層を形成し、後述する
特性評価に供した。

比較例２ 実施例１と同一材質および同一形状の試験片に対して、
表面層としてメツキ法により厚さｌＯμ■の硬質クロム
メツキ層を形成し、後述する特性評価に供した。

以上のようにして得た各実施例および比較例による各ア
ルミニウム系金属部品に対して耐摩耗性および耐食性の
評価試験を行った。試験方法は、以下に示す通りである
。

すなわち、原糸を塩酸液槽（濃度：塩酸イオン存在程度
）に浸漬させた後、回転数１１００Ｏｒｐで回転させた
各試験体に接触させて、表面の損傷程度および母材の浸
蝕程度を評価した。なお、試験時の糸の巻き上げ速度は
０．５ｍ／−１ｍとし、これを５００時間継続させた後
に、上記評価を行った。

それらの結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表の試験結果から明らかなように、各実施例による
ローラー試験体は、比較例の試験体と比べて、糸に対し
て極めて優れた耐摩耗性および耐食性を示すことが理解
できる。また、比較例による試験体では、糸の方がほつ
れ、布に織った時にスジムラが生じた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のアルミニウム系金属部品
によれば、アルミニウムを主体とする母材の表面に、高
硬度の中間層を介して、耐摩耗性、平滑性および耐食性
に優れた表面層を強固に形成したもので、母材金属の性
質に加えて表面層が有する性質を必要とする用途に効果
的に用いることができる。

出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウムもしくはその合金により構成された
   母材と、 この母材の表面に、ビッカース硬さがＨｖ５００以上の
   中間層を介して設けられた酸化クロムを主成分とする表
   面層と を有することを特徴とするアルミニウム系金属部品。
2. （２）請求項１記載のアルミニウム系金属部品において
   、 前記中間層は、陽極酸化による酸化アルミニウム層であ
   ることを特徴とするアルミニウム系金属部品。