JPH07224338A - 硬質陽極酸化皮膜の形成方法および硬質陽極酸化皮膜形成用アルミニウム合金 - Google Patents

硬質陽極酸化皮膜の形成方法および硬質陽極酸化皮膜形成用アルミニウム合金

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JPH07224338A
JPH07224338A JP3796294A JP3796294A JPH07224338A JP H07224338 A JPH07224338 A JP H07224338A JP 3796294 A JP3796294 A JP 3796294A JP 3796294 A JP3796294 A JP 3796294A JP H07224338 A JPH07224338 A JP H07224338A
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film
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anodic oxide
aluminum alloy
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Kenzo Okada
健三 岡田
Seiju Maejima
正受 前嶋
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Fujikura Ltd
Sky Aluminium Co Ltd
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Fujikura Ltd
Sky Aluminium Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金に硬質陽極酸化皮膜を形成
するにあたり、常温の電解浴を用いて、膜厚方向に均一
な高い硬度を有する皮膜を形成する。 【構成】 硫酸に対し不溶性もしくは難溶性でかつ粒径
が0.01〜3μmの範囲内の金属間化合物もしくは金
属粒子が1×104 個/mm2 以上の密度で分散してい
るアルミニウム合金、具体的にはFe量0.4〜2.0
wt%のAl−Fe系合金、あるいはFe0.4〜2.
0wt%、Mn量0.4〜1.5wt%のAl−Fe−
Mn系合金、もしくはSi量1.0〜6.0wt%のA
l−Si系合金を基材とし、その基材表面に、12℃〜
30℃の浴温の硫酸電解浴によって陽極酸化処理を施し
て、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を形成する方
法。またこのような方法に用いるAl−Fe系合金、A
l−Fe−Mn系合金、Al−Si系合金を規定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、各種精密機械器具の
部品あるいは摺動部品など、硬さや耐摩耗性が要求され
る部材として使用されるアルミニウム合金材料につい
て、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を形成する方
法、およびその硬質陽極酸化皮膜形成用のアルミニウム
合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】主として軽量性が要求される精密機械器
具部品や摺動部品などとして、従来からアルミニウム合
金材料が広く使用されているが、この場合表面に高硬度
を与えたり、良好な耐摩耗性を与えるために、硬質陽極
酸化皮膜を形成することが多い。
【0003】硬質陽極酸化皮膜は、一般にはHv350
以上の硬さの陽極酸化皮膜を称しており、このような硬
質陽極酸化皮膜を形成する方法としては、従来一般には
低温法が広く採用されている。この低温法は、硫酸をベ
ースとする電解浴を用い、浴温を10℃以下の低温とす
るとともに、電流密度を3〜5A/dm2 と高い値とし
て、比較的短時間で陽極酸化を行なうものであり、この
ように低温、高電流密度、短時間の処理によって電解浴
による化学的侵食を抑制し、硬質の陽極酸化皮膜を得る
ことができる。工業的にはJIS 1000番系の純ア
ルミニウム系Al合金、あるいは5052合金などの耐
食合金などについて、例えば浴温5℃、10〜15%濃
度の硫酸浴を用い、電流密度3A/dm2 、処理時間6
0分で50μm厚程度の硬質陽極酸化皮膜が得られ、こ
の場合の硬質陽極酸化皮膜の硬さは表面硬さがHv35
0〜400程度、皮膜断面の硬さは皮膜と地金との境界
近くでHv400〜450程度となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように低温法に
よって硬質陽極酸化皮膜を形成した場合、皮膜の厚さ方
向に硬度差が生じ、厚さ方向の全域にわたって均一に高
硬度とすることができない問題がある。すなわち、皮膜
の内部すなわち地金に近い部分では高硬度が得られる
が、皮膜の上部すなわち表面近くの部分は、硬度が低く
なる現象が生じる。これは、硬質陽極酸化皮膜の厚み方
向の各部分のうち、地金に近い内部は電解浴に直接曝さ
れていないため硬質となっているが、表面付近は電解浴
に直接曝されて、処理期間中に化学的、電気化学的溶解
作用を受けて溶解し、特にポアの部分でその開口端付近
が拡径されてしまい、表面付近の部分が軟質化してしま
うために生じる現象であり、従来の通常の低温法による
硬質陽極酸化処理では避けることができない現象であっ
た。
【0005】そこで特に表面まで均一に硬質であること
が要求される航空機部品や超精密寸法部品等の場合に
は、軟質な表面層を例えば厚さ20μm程度にわたって
研削除去して表面に硬質な部分を露出させ、これらの部
品に使用することも行なわれているが、この場合には余
計な工程が必要となって大幅なコストアップを招かざる
を得ず、そこでこのような切削を要しないように厚み方
向に均一に硬質な硬質陽極酸化皮膜を生成する方法の開
発が強く望まれている。
【0006】また前述のような低温法によって硬質陽極
酸化皮膜を形成した場合、低温で酸化皮膜が成長する際
に体積膨張が生じるため、皮膜中に微小なクラック(ひ
び割れ)が発生することを避け得ない。そしてこのよう
に皮膜に微小なクラックが存在する材料を例えば摺動部
品に使用した場合には円滑な摺動運動が妨げられること
があり、またクラックの部分が腐食発生の起点となるた
め耐食性が低下してしまうなど、硬質陽極酸化皮膜とし
ての本来の機能を充分に発揮できなくなる問題がある。
さらに前述のように皮膜中の微小なクラックは耐熱性に
も悪影響を与える。すなわち、本来陽極酸化皮膜は硬質
であるほどクラックが生じやすいが、前述のように微小
なクラックが生じた陽極酸化皮膜が150℃程度以上の
高温に曝されれば、いわゆるヒートショックによりクラ
ックが急激に成長し、機械的性質が低下するばかりでな
く、電気絶縁性などの電気的特性が劣化するとともに、
耐食性などの化学的特性も悪化するなど、種々の問題が
生じる。
【0007】さらにまた、前述のような低温法による硬
質陽極酸化皮膜形成においては、電解液を低温に冷却す
るための冷却装置や、電解浴槽を低温に保持するための
断熱構造などを必要とし、そのため設備コスト、ランニ
ングコストが高くならざるを得ない問題もある。
【0008】一方、前述のような低温法の欠点を解消す
るため、従来から種々の方法が考えられており、例えば
硫酸にシュウ酸等の有機酸を添加することによって化学
的電解力を小さくする方法も知られているが、この場合
にはコストアップを招くとともに生産性の低下を招き、
根本的な解決とはならない。また陽極酸化処理における
電流波形を交直重畳波形その他の特殊波形としたり、あ
るいは定電圧電解を行なうなど、種々の方法が試みられ
てはいるが、いずれも前述のような問題を満足できる程
度まで解決することは困難であった。
【0009】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、皮膜の厚み方向に均一な高硬度を有する硬質
陽極酸化皮膜を、特に大きなコスト上昇を招くことなく
形成することができ、しかも陽極酸化処理時に微小クラ
ックが生じるおそれが少ないとともに陽極酸化処理後の
クラックの発生、成長も少ない硬質陽極酸化皮膜を形成
する方法を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述のような問題を解決
するため本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、陽
極酸化皮膜を形成すべきアルミニウム合金基材として、
硫酸に対して不溶性もしくは少なくとも難溶性の金属間
化合物もしくは金属粒子からなる微細な粒子が均一に分
散しているアルミニウム合金を用いて硫酸電解浴にて陽
極酸化処理を行なうことによって、常温付近の浴温でも
従来の低温法による場合と同等以上の高硬度を有しかつ
厚み方向に均一に高硬度を有する硬質陽極酸化皮膜を形
成することができ、しかもその場合にはクラックの発
生、成長も少ないことを見出し、この発明をなすに至っ
た。
【0011】具体的には、請求項1の発明の硬質陽極酸
化皮膜の形成方法は、Fe0.2〜2.0wt%を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなり、しかも
硫酸に対し不溶性もしくは難溶性の金属間化合物とし
て、粒径が0.01〜3μmの範囲内のAl−Fe系金
属間化合物が1×104 個/mm2 以上の密度で分散し
ているアルミニウム合金を基材とし、その基材表面に、
12℃〜30℃の浴温の硫酸電解浴によって陽極酸化処
理を施して、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を形成
することを特徴とするものである。
【0012】また請求項2の発明の方法は、Fe0.2
〜2.0wt%およびMn0.4〜1.5wt%を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなり、しかも
硫酸に対し不溶性もしくは難溶性の金属間化合物とし
て、粒径が0.01〜3μmの範囲内のAl−Fe系金
属間化合物もしくはAl−Fe(Mn)系金属間化合物
が1×104 個/mm2 以上の密度で分散しているアル
ミニウム合金を基材とし、その基材表面に、12℃〜3
0℃の浴温の硫酸電解浴によって陽極酸化処理を施し
て、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を形成すること
を特徴とするものである。
【0013】さらに請求項3の発明の方法は、Si1.
0〜6.0wt%を含有し、残部がAlおよび不可避的
不純物よりなり、しかも硫酸に対し不溶性もしくは難溶
性の金属粒子として、粒径が0.01〜3μmの範囲内
の金属Si粒子が1×104個/mm2 以上の密度で分
散しているアルミニウム合金を基材とし、その基材表面
に、12℃〜30℃の浴温の硫酸電解浴によって陽極酸
化処理を施して、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を
形成することを特徴とするものである。
【0014】また請求項4、請求項5、請求項6の発明
は、それぞれ請求項1、請求項2、請求項3に記載の硬
質陽極酸化皮膜形成方法に用いられるアルミニウム合金
について規定したものである。
【0015】すなわち請求項4の発明の硬質陽極酸化皮
膜形成用アルミニウム合金は、Fe0.4〜2.0wt
%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりな
り、粒径が0.01〜3μmの範囲内のAl−Fe系金
属間化合物が1×104 個/mm2 以上の密度で分散し
ていることを特徴とするものである。
【0016】また請求項5の発明の硬質陽極酸化皮膜形
成用アルミニウム合金は、Fe0.4〜2.0wt%お
よびMn0.4〜1.5wt%を含有し、残部がAlお
よび不可避的不純物よりなり、粒径が0.01〜3μm
の範囲内のAl−Fe系金属間化合物もしくはAl−F
e(Mn)系金属間化合物が1×104 個/mm2 以上
の密度で分散していることを特徴とするものである。
【0017】そしてまた請求項6の発明の硬質陽極酸化
皮膜形成用アルミニウム合金は、Si1.0〜6.0w
t%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりな
り、粒径が0.01〜3μmの範囲内の金属Si粒子が
1×104 個/mm2 以上の密度で分散していることを
特徴とするものである。
【0018】
【作用】請求項1、請求項4の発明におけるAl−Fe
系金属間化合物や請求項2、請求項5の発明におけるA
l−Fe(Mn)系金属間化合物、また請求項3、請求
項6の発明における金属Si粒子は、硫酸に不溶性もし
くは難溶性であるが、このように硫酸に対して不溶性、
難溶性の微細な金属間化合物もしくは金属粒子が分散し
ているアルミニウム合金材料に対し、硫酸電解浴中で陽
極酸化処理を施せば、分散している金属間化合物もしく
は金属粒子は、溶解ボイドやホールを形成することな
く、実質的に溶解せずにそのまま陽極酸化皮膜中に残留
していく。
【0019】一般に陽極酸化皮膜の生成過程では、アル
ミニウム合金材料の表面から多数のポアが生成され、そ
のポアのアルミニウム合金材料内部への成長に伴なって
酸化皮膜の成長(皮膜厚みの増大)が進む。この過程に
おいて、従来一般のアルミニウム合金の場合には、後述
する図2、図3に示すようにポアは表面に対しほぼ垂直
に成長して行き、ポア構造が整列構造となるが、この発
明の場合には、硫酸電解浴に対し不溶性もしくは難溶性
の微細な金属間化合物もしくは金属粒子が分散している
ため、後述する図1に示すように、その金属間化合物も
しくは金属粒子を避けるように屈折しかつ細かく枝分か
れしながらポアの成長が進行し、非整列化されたポア構
造となる。このようにポアが屈折しかつ細かく枝分かれ
した非整列ポア構造では、クラックが生じにくくなると
もに、仮にクラックが発生してもその伝播、成長が微細
に枝分かれしたポアによって阻止され、その結果、総合
的にクラックの発生、成長のおそれが少なくなる。
【0020】また、陽極酸化の過程において金属間化合
もしくは金属粒子の部分が溶解されず、かつ最終的に所
望の厚みとなった陽極酸化皮膜中に多数の微細な金属間
化合物もしくは金属粒子が分散しているため、電解浴を
特に10℃以下の低温としなくても、常温付近(12〜
30℃)の硫酸電解浴によって充分にHv350以上の
高硬度を有しかつ厚み方向に均一に高硬度を有する陽極
酸化皮膜が形成される。
【0021】このように常温付近の硫酸電解浴でも高硬
度を有しかつ厚み方向に均一に高硬度を有する陽極酸化
皮膜が形成される理由を、従来の一般的な硬質陽極酸化
皮膜の形成の場合と比較して図1〜図3を参照しつつ以
下に説明する。
【0022】図2は従来の低温法により理想的な硬質陽
極酸化皮膜が生成されたと仮定した場合の皮膜の状況と
皮膜厚さ方向の硬さ分布を示す図、図3は従来の低温法
により実際に硬質陽極酸化皮膜を生成した場合の現実の
皮膜の状況と皮膜厚さ方向の硬さ分布を示す図、図1は
この発明に従って硬質陽極酸化皮膜を生成した場合の皮
膜の状況と皮膜厚さ方向の硬さ分布を示す図であり、各
図において1はアルミニウム合金基材(地金)、2は陽
極酸化皮膜、3はポアであり、また特に図1において4
は金属間化合物もしくは金属粒子である。
【0023】図2の(A)に示すように、従来の低温法
でも、理想的には陽極酸化皮膜2の表面付近が溶解され
ないことを目標としており、このような理想的な場合に
は、図2の(B)に示すように陽極酸化皮膜2の厚さ方
向の硬さ分布は均一に高い水準となる筈である。しかし
ながら実際には、従来の通常の低温法による場合、図3
の(A)に示すように皮膜2の表面が電解浴にて溶解さ
れ、特にポア3の開口端周縁部付近が溶解されて、ポア
3の開口端が拡大した状態となる。特に厚い陽極酸化皮
膜を形成しようとする場合には、長時間処理によって皮
膜表面が電解浴に曝される時間が長くなるため、皮膜表
面の溶解量が多くなってしまう。このようになった状態
は、恰も陽極酸化皮膜の上層部分(表面層部分)が崩壊
しかかっているような状態と言うことができ、したがっ
て皮膜上層部に荷重が加われば上層部がグズグズと崩壊
する状態となり、硬さ測定値として低い値となってしま
う。そのため皮膜の厚さ方向の硬度分布としては、図3
の(B)に示されているように皮膜内部では比較的高硬
度を保つが、表面近くの上層部で極端に硬度が低下して
しまうのである。またこの場合、電解浴の硫酸濃度を高
めたり、浴温を高くすれば、処理中における表面の溶解
量が増大してしまい、その結果、高硬度でかつ厚膜の陽
極酸化皮膜を形成することは困難となってしまう。なお
この場合、ポア3は既に述べたように表面からほぼ垂直
に内部へ向って整列状態で成長している。
【0024】これに対しこの発明の場合は、図1(A)
に示しているように、硫酸に不溶性もしくは難溶性の微
細な金属間化合物もしくは金属粒子4が分散しているた
め、表面からの化学的溶解は少なく、かつ既に述べたよ
うにポア3が屈折しかつ枝分かれした非整列構造となっ
ていることも化学的溶解を遅らせる一因となり、その結
果表面から内部までほぼ均一な硬さの皮膜が得られる。
また、前述のように皮膜内に微細に金属間化合物もしく
は金属粒子が分散しているため、その周囲のアルミニウ
ムマトリックスの陽極酸化時の体積膨張に伴なって金属
間化合物もしくは金属粒子と周囲のマトリックスとの間
の接触圧力が増加し、また皮膜内のポア構造が前述のよ
うに非整列構造となることも金属間化合物もしくは金属
粒子と周囲のマトリックスとの接触圧力の増大に寄与
し、その結果皮膜全体としては圧縮方向の内部応力が大
きくなり、高硬度を示すことになる。したがって以上か
ら、図1の(B)に示すように高硬度でかつ膜厚方向に
均一な高硬度を有する皮膜が得られることになる。そし
て、前述のように硫酸電解浴に実質的に溶解しない金属
間化合物もしくは金属粒子の存在とそれに伴なうポア構
造の非整列化によって膜厚方向に均一に高い硬度が得ら
れるところから、電解浴の温度を常温付近の相対的に高
い温度としても、また電解浴の硫酸濃度を高めて浴の導
電度を大きくしても高い硬度が得られることになる。
【0025】ここで、金属間化合物もしくは金属粒子の
粒径が0.01μm未満では、前述のような分散による
効果が得られず、一方3μmを越える粗大な金属間化合
物もしくは金属粒子は、1×104 個/mm2 以上の高
密度で分散させることが困難となって、その分散による
効果が期待できなくなるから、金属間化合物もしくは金
属粒子の粒径は0.01〜3μmの範囲内とした。また
金属間化合物もしくは金属粒子の分布密度が1×104
個/mm2 未満でも前述のような効果が得られないか
ら、1×104 個/mm2 以上の分布密度とする必要が
ある。
【0026】またこの発明で用いるアルミニウム合金の
成分組成は、硫酸電解浴に対して不溶性もしくは難溶性
を示すような金属間化合物もしくは金属粒子として、A
l−Fe系金属間化合物もしくはAl−Fe(Mn)系
金属間化合物、あるいは金属Si粒子を析出あるいは晶
出するものであれば良く、具体的には、Al−Fe系合
金、Al−Fe−Mn系合金、Al−Si系合金が用い
られる。Al−Fe系合金において析出もしくは晶出す
るAl−Fe系金属間化合物としては、AlmFe、A
3 Fe、Al6 Fe等がある。またAl−Fe−Mn
系合金においては、Al−Fe系金属間化合物、Al−
Fe(Mn)系金属間化合物が析出もしくは晶出する
が、ここでAl−Fe(Mn)系金属間化合物とは、A
l−Fe系金属間化合物中のFeの一部がMnに置換さ
れたものであって、具体的にはAl6 Fe(Mn)等が
ある。
【0027】このような硫酸電解浴に対し不溶性もしく
は難溶性の金属間化合物もしくは金属粒子は、前述のよ
うに陽極酸化皮膜をその厚さ方向に均一に高硬度化する
のに寄与するばかりでなく、特定の径、分布密度で分散
させることによって、優れた遠赤外線放射特性を発揮さ
せるにも有効である。
【0028】ここで、Al−Fe系合金としては、請求
項1において規定したように、Fe0.4〜2.0wt
%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなる
成分組成とすることが適当である。またAl−Fe−M
n系合金としては、請求項2において規定したように、
Fe0.4〜2.0wt%、Mn0.4〜1.5wt%
を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなる成
分組成とすることが適当である。
【0029】これらのAl−Fe系合金、Al−Fe−
Mn系合金における成分組成の限定理由を以下に述べ
る。
【0030】Fe:Feはその含有量に応じてアルミニ
ウムとの金属間化合物を生成し、陽極酸化皮膜中への分
散粒子となり、既に述べたように陽極酸化皮膜の硬質化
に寄与するが、Fe量が0.4wt%未満では生成する
金属間化合物の量が少ないため陽極酸化皮膜の硬質化が
不充分となる。一方Fe量が2.0wt%を越えれば、
巨大初晶が発生しやすくなり、均質な材料の確保に障害
となる。したがってFe量は0.4〜2.0wt%の範
囲内とした。
【0031】Mn:MnはAl−Fe系金属間化合物の
Feの一部がMnで置換されたAl−Fe(Mn)系金
属間化合物、例えばAl6 FeのFeの一部がMnで置
換されたAl6 Fe(Mn)を形成して、Al−Fe系
金属間化合物を熱的、化学的に安定化させる。このよう
なAl−Fe(Mn)系金属間化合物は、陽極酸化皮膜
中に安定に分散して、皮膜の硬質化に寄与する。Mn量
が0.4wt%未満では上記の効果は少なく、また1.
5wt%を越えればAl−Mn系の粗大初晶が生成して
好ましくなくなる。したがってMnを添加する場合のM
n量は0.4〜1.5wt%の範囲内とした。
【0032】以上の各成分の残部は、基本的にはAlお
よび不可避的不純物とすれば良い。ここでアルミニウム
合金における不可避的不純物の代表的なものとしてM
g,Si,Cuがあり、これらは合金の用途によっては
積極添加することもあるが、この発明で使用するAl−
Fe系合金もしくはAl−Fe−Mn系合金では、Mg
を1.5wt%以下、Siを0.25wt%以下、Cu
を0.5wt%以下に規制することが望ましい。
【0033】さらに、通常のアルミニウム合金において
は、鋳塊の結晶粒微細化のために少量のTiを単独で、
あるいは微量のBと組合せて添加することがあるが、こ
の発明で用いるAl−Fe系合金もしくはAl−Fe−
Mn系合金にも、0.003〜0.15wt%のTiを
単独でもしくは1〜100ppm のBと組合せて添加して
も良い。
【0034】さらに一般のAl−Fe系合金もしくはA
l−Fe−Mn系合金においては、Ni,Cr,Zr,
V,Zn等が含まれることがあり、この発明で用いるA
l−Fe系合金もしくはAl−Fe−Mn系合金の場合
も、Ni1.0wt%未満、Cr0.3wt%未満、Z
r0.3wt%未満、V0.3wt%未満、Zn1.0
wt%未満であれば金属間化合物の分布状態に本質的な
影響を与えないから、これらの範囲内で1種または2種
以上を含有することが許容される。
【0035】一方Al−Si系合金としては、請求項3
において規定したようにSi1.0〜6.0wt%を含
有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなる成分組
成とすることが適当である。このようなAl−Si系合
金の成分組成の限定理由を以下に述べる。
【0036】Si:Siは合金の鋳造時にその添加量に
応じて固溶し、その固溶Siは熱処理によって金属Si
として析出する。このSi粒子は陽極酸化処理時に金属
Si粒子として陽極酸化皮膜中に取り込まれ、既に述べ
たように硬質化に寄与する。Si量が1.0wt%未満
では、陽極酸化皮膜中の金属Si粒子の体積率が少なく
皮膜の硬質化への寄与が不充分となる。一方Si量が3
wt%以上となれば、鋳造時の共晶Siに起因するSi
粒子も多くなり、この共晶SiによるSi粒子も皮膜の
硬質化に寄与するが、Si量が6.0wt%を越えれば
皮膜中のSi粒子の体積率が過剰となって皮膜の緻密
性、均一性が損なわれ、逆に硬質化が期待できなくな
る。したがってSi量は1.0〜6.0wt%とした。
【0037】Al−Si系合金中の成分元素としては、
上記のSiのほかは基本的にはAlおよびその不可避的
不純物とすればよい。この場合の不可避的不純物として
は、Fe,Mg,Cu,Mn,Ni,Cr等がある。こ
こで、Fe0.6wt%以下、Mg0.5wt%以下、
Cu0.5wt%以下。Mn0.5wt%以下、Ni
0.35wt%以下、Cr0.2wt%以下であれば特
に基材および皮膜の特性を損なうことはないから、これ
らの範囲内で1種または2種以上を含有することが許容
される。また、前述のAl−Fe系合金、Al−Fe−
Mn系合金の場合と同様に、0.003〜0.15wt
%のTiを単独もしくは1〜100ppmのBと組合せ
添加することにより鋳塊の結晶粒微細化を図ることもで
きる。
【0038】この発明の方法において、陽極酸化処理
は、12〜30℃の浴温の硫酸電解浴を用いて行なう。
ここで浴温が12℃未満では、電解液の冷却装置や浴槽
の低温保持のための断熱構造などが必要となり、経済的
な不利を招く。既に述べたようにこの発明では常温付近
の浴温でも膜厚方向に均一な高硬度を有する陽極酸化皮
膜を形成し得ることが最大の特徴であり、12℃以上の
浴温でも従来の低温法による場合と同等以上の高硬度を
有し、かつ従来の低温法による場合よりも格段に厚さ方
向に均一な硬度を有する陽極酸化皮膜を形成することが
できる。なお30℃を越える高温の電解浴では、処理中
の溶解現象が激しくなって、この発明で目的とする高硬
度の陽極酸化皮膜が得られなくなる。
【0039】また硫酸電解浴は、要は硫酸を主体とする
ものであれば良く、硫酸のほかに公知の若干の添加剤を
含むことは許容される。さらに陽極酸化処理時の電流と
しては、直流交流、交直併用、交直重畳波形など任意の
波形を用いることができるが、経済性等の観点からは直
流が好ましい。また電流密度は従来の一般的な範囲で良
い。
【0040】なお陽極酸化皮膜の膜厚は、用途に応じて
定めれば良く、特に限定されるものではないが、一般に
は少なくとも3μm以上、また耐摩耗性が要求される部
材としては10μm以上とするのが通常である。但しこ
の発明の場合、既に述べたように陽極酸化皮膜は膜厚方
向にほぼ均一に高硬度を有し、表面付近で特に急激に硬
さが低下することが少ないため、従来行なっていたよう
に陽極酸化皮膜の表層部分の軟質な部分を機械的に除去
し、内層の高硬度の部分を露出させて使用する必要がな
く、その意味からは陽極酸化処理時の皮膜厚みは相対的
に薄くても足りることになる。したがって陽極酸化皮膜
の膜厚の上限は、通常は100μm以下とすることが好
ましい。
【0041】
【実施例】
実施例1 Fe0.66wt%、Mn0.48wt%を含有し、残
部が実質的にAlよりなるAl−Fe−Mn系合金をD
C鋳造法(半連続鋳造法)によって断面寸法550mm
×1100mmの鋳塊に鋳造した。その鋳塊に580℃
×10時間の均熱処理を施した後、熱間圧延を410℃
で開始して4.5mm厚の熱延板とし、さらに冷間圧延
によって1.85mmの中間板厚とし、350℃で中間
焼鈍を施した後、1.5mm厚まで冷間圧延した。この
冷延板から100mm×100mmの試片を切出し、試
料1とした。同時に比較材として、市販のJIS 11
00合金の1.5mm厚の板から同寸法の試片を切出し
て試料2とし、また同じく比較材として、市販のJIS
5052合金の1.5mm厚の板から同寸法の試片を
切出して試料3とした。
【0042】なお試料1は粒径0.3〜3.0μm程度
のAl−Fe系金属間化合物、Al−Fe(Mn)系金
属間化合物の粒子が、分布密度3×104 個/mm2
分散しており、一方試料2および試料3はいずれも金属
間化合物が実質的に分散していなかった。
【0043】これらの各試料について、15vol%H
2 SO4 の硫酸電解浴を用い、浴温を0℃、5℃、10
℃、15℃、20℃、25℃の種々の温度に異ならしめ
て、各浴温において電流密度3A/dm2 、電解時間6
0分にて陽極酸化処理を行なった。
【0044】各浴温で陽極酸化処理を行なった各試料1
〜3について、陽極酸化皮膜の膜厚を調べるとともに、
陽極酸化皮膜の表面硬さおよび皮膜断面の各位置におけ
る硬さを調べた。硬さはマイクロビッカース硬度計を用
いて荷重50gで各位置それぞれ5点測定し、平均値を
求めた。また皮膜断面の各位置の硬さは、それぞれアル
ミニウム地金との境界位置から表面を向って10μmの
位置、30μmの位置、45μmの位置で測定した。そ
の結果を表1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】表1から明らかなように適切にAl−Fe
系金属間化合物、Al−Fe(Mn)系金属間化合物が
析出している試料1の場合には、陽極酸化処理時の浴温
が0〜25℃のいずれの場合も表面硬さ、断面各位置の
硬さがほぼ均一に高い硬度を示している。特に浴温が1
5℃、20℃、25℃と常温に近い場合、試料2、試料
3では表面に近い部分が急激に軟化する傾向を示したの
に対し、試料1の場合はこれらの浴温でもほぼ均一に高
い硬度を示した。
【0047】実施例2 Fe1.4wt%、残部実質的にAlよりなるAl−F
e系合金について、実施例1の試料1と同様にして試料
4を作成した。またSi2.0wt%を含有し、残部が
実質的にAlよりなるAl−Si系合金についても、実
施例1の試料1と同様にして試料5を作成した。また比
較材として、Si11.5wt%を含有し、残部が実質
的にAlよりなるAl−Si系合金についても試料6を
作成した。なお試料4は、粒径3μm以下のAl−Fe
系金属間化合物が104 個/mm2 以上の密度で分散し
ていることが確認された。また試料5、試料6は粒径3
μm以下の金属Si粒子が104 個/mm2 以上の密度
で分散していることが確認された。
【0048】これらの試料4〜6について、電解浴温度
を20℃とし、その他の条件は実施例1と同一として陽
極酸化処理を施した。陽極酸化皮膜の膜厚および表面硬
さ、断面各位置の硬さを調べた結果を表2に示す。
【0049】
【表2】
【0050】表2から明らかなように、Al−Fe系合
金からなる試料4、Si量が適切なAl−Si系合金か
らなる試料5の場合も、常温付近の20℃の電解浴での
陽極酸化処理によって膜厚方向に均一に高硬度を有する
陽極酸化皮膜が得られた。これに対しSi量が過剰なA
l−Si系合金からなる試料6の場合は、膜厚55μm
の陽極酸化皮膜を得ることができず、しかも皮膜の硬さ
も低かった。
【0051】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
の方法によれば、12〜30℃の常温付近の浴温での陽
極酸化処理によって、膜厚方向にほぼ均一に高い硬度を
有する硬質陽極酸化皮膜を形成することができ、したが
って従来の低温法の如く電解液の冷却装置や電解浴槽の
低温保持構造などを必要とせず、そのため低コストで硬
質陽極酸化皮膜を得ることができ、また得られる硬質陽
極酸化皮膜は、膜厚方向にほぼ均一に高い硬度を有する
ことから、従来一部で適用されていた如く表面付近の軟
質部分を機械的に除去する必要もなくなり、その意味か
らも低コスト化を図ることができる。さらにこの発明の
方法によれば、陽極酸化皮膜のポア構造が細かく屈折し
かつ枝分かれした非整列構造となるため、陽極酸化処理
時のクラックの発生およびその後の熱や外部応力による
クラックの発生、成長が少なく、したがって機械的、電
気的、化学的に安定した特性を有する硬質陽極酸化皮膜
を得ることができる。
【0052】またこの発明の硬質陽極酸化皮膜形成用ア
ルミニウム合金を用いれば、上述のような優れた特性を
有する硬質陽極酸化皮膜を安定かつ確実に形成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明により形成される硬質陽極酸化皮膜を
説明するための図で、(A)は皮膜断面構造の模式図、
(B)はそれに対応する皮膜厚さ方向の硬さ分布を示す
線図である。
【図2】従来の低温法により硬質陽極酸化皮膜を形成し
た場合の理想的な状況を説明するための図で、(A)は
皮膜断面構造の模式図、(B)はそれに対応する皮膜厚
さ方向の硬さ分布を示す線図である。
【図3】従来の低温法により硬質陽極酸化皮膜を実際に
形成した場合の現実の状況を説明するための図で、
(A)は皮膜断面構造の模式図、(B)はそれに対応す
る皮膜厚さ方向の硬さ分布を示す線図である。
【符号の説明】
1 アルミニウム合金基材(地金) 2 陽極酸化皮膜 3 ポア 4 金属間化合物もしくは金属粒子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe0.2〜2.0wt%を含有し、残
    部がAlおよび不可避的不純物よりなり、しかも硫酸に
    対し不溶性もしくは難溶性の金属間化合物として、粒径
    が0.01〜3μmの範囲内のAl−Fe系金属間化合
    物が1×104 個/mm2 以上の密度で分散しているア
    ルミニウム合金を基材とし、その基材表面に、12℃〜
    30℃の浴温の硫酸電解浴によって陽極酸化処理を施し
    て、Hv350以上の硬質陽極酸化皮膜を形成すること
    を特徴とする、硬質陽極酸化皮膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 Fe0.2〜2.0wt%およびMn
    0.4〜1.5wt%を含有し、残部がAlおよび不可
    避的不純物よりなり、しかも硫酸に対し不溶性もしくは
    難溶性の金属間化合物として、粒径が0.01〜3μm
    の範囲内のAl−Fe系金属間化合物もしくはAl−F
    e(Mn)系金属間化合物が1×104個/mm2 以上
    の密度で分散しているアルミニウム合金を基材とし、そ
    の基材表面に、12℃〜30℃の浴温の硫酸電解浴によ
    って陽極酸化処理を施して、Hv350以上の硬質陽極
    酸化皮膜を形成することを特徴とする、硬質陽極酸化皮
    膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 Si1.0〜6.0wt%を含有し、残
    部がAlおよび不可避的不純物よりなり、しかも硫酸に
    対し不溶性もしくは難溶性の金属粒子として、粒径が
    0.01〜3μmの範囲内の金属Si粒子が1×104
    個/mm2 以上の密度で分散しているアルミニウム合金
    を基材とし、その基材表面に、12℃〜30℃の浴温の
    硫酸電解浴によって陽極酸化処理を施して、Hv350
    以上の硬質陽極酸化皮膜を形成することを特徴とする、
    硬質陽極酸化皮膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 Fe0.4〜2.0wt%を含有し、残
    部がAlおよび不可避的不純物よりなり、粒径が0.0
    1〜3μmの範囲内のAl−Fe系金属間化合物が1×
    104 個/mm2 以上の密度で分散していることを特徴
    とする、硬質陽極酸化皮膜形成用アルミニウム合金。
  5. 【請求項5】 Fe0.4〜2.0wt%およびMn
    0.4〜1.5wt%を含有し、残部がAlおよび不可
    避的不純物よりなり、粒径が0.01〜3μmの範囲内
    のAl−Fe系金属間化合物もしくはAl−Fe(M
    n)系金属間化合物が1×104 個/mm2 以上の密度
    で分散していることを特徴とする、硬質陽極酸化皮膜形
    成用アルミニウム合金。
  6. 【請求項6】 Si1.0〜6.0wt%を含有し、残
    部がAlおよび不可避的不純物よりなり、粒径が0.0
    1〜3μmの範囲内の金属Si粒子が1×104 個/m
    2 以上の密度で分散していることを特徴とする、硬質
    陽極酸化皮膜形成用アルミニウム合金。
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