JPS61257496A - アルミニウム合金鋳物の陽極酸化皮膜形成方法 - 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 この発明は自動車部品等に使用されるアルミニウム台金
（以下へβ合金と記す）部材、特にＡ１合金鋳物の表面
に、耐摩耗性や耐食性等の表面特性向上のために陽極酸
化皮膜を形成する方法に関するものである。

従来の技術 近年に至り、自動車における燃費向上を主目的として、
従来主として鉄系材料が使用されていた自動車部品につ
いて、その材料を軽うなへ１合金に転換することが多く
なっている。しかしｆ、【がらＡ！金合金鉄系材ｒ１と
比較して耐摩耗性が劣り、また耐食性も必グしも充分で
はなく、そのためＡ４合金部材の耐摩耗性や耐食性を向
上させる方法の開発が強く望まれている。

ところでＡ１合金部材の耐摩耗性や耐食性等の表面特性
を向上させるための手法としては、従来からその表面に
ｗＡ極酸酸化処理施す方法が広く知られている。すなわ
ち、／ｌ’合金の陽！ｆｌｓ化処理によって形成される
ｌ！ｌｉ！極酸化皮躾は一般に硬質で耐摩耗性に富み、
かつ耐食性も優れているから、陽極酸化皮膜を形成する
ことによってこれらの表面特性を大幅に向上させること
ができ、特にＡｆ金合金展伸材においてはこれらの表面
特性を確実かつ充分に向上させることができ、そのため
Ａｆ合金展伸材についてはこの方法が従来がら広く活用
されていた。

発明が解決すべき問題点 前述のようにＡｌ１合金の展伸材については耐摩耗性、
耐食性等の表面特性向上のために陽極酸化皮膜を形成す
ることが従来から広〈実施されていたが、鋳造のままの
へβ合金部材、すなわちＡ１合金鋳物材については、次
に記すように均質かつ緻密な陽極酸化皮膜を生成するこ
とが困離であるため、はとんど実施されていないのが実
情である。

すなわち、Ａ２合金鋳物においてはその表面層にピンホ
ールやブローホール、巣などの欠陥が存在することが多
く、また窒素ガス等のガス成分が多聞に固溶もしくは吸
蔵されていることが多い。

このようなＡ１合金鋳物に対して陽極酸化処理を施した
場合、ピンホールやブローホール、巣などの欠陥が陽極
酸化皮膜にそのまま残って、耐摩耗性や耐食性の良好な
均質かつ緻密な陽極酸化皮膜が得難かった。またピンホ
ール、ブローホール、巣などの欠陥内のガスや固溶もし
くは吸蔵されたガス成分が陽極酸化処理時に放出されて
Ａ１合金鋳物表面にガス気泡として付着した状態となり
、その表面のガス気泡によって陽極酸化処理のための電
解液のＡβ合金訪鋳物面に対する接触が妨げられて、そ
の部分で陽極酸化反応が進行せず、その結果均質かつ緻
密な陽極酸化皮膜を生成し難かったのである。

もちろん、真空鋳造の如き特殊な鋳造手段を適用して、
ピンホールやブローボール、巣などの欠陥が少なくかつ
固溶ガス、吸蔵ガスの少ないＡ１合金鋳物を作成してお
けば、上述のような問題をある程度は解消できる。しか
しながら真空鋳造を適用した場合そのコス１へは著しく
上昇でるから、実際の操業、特に同産品の製造に適用す
ることは経済的に無理があり、したがって実用的な解決
策とは言いえないのが実情である。

この発明は１ス上の事情を背景としてなされたもので、
前述のような問題を招くことなく、ＡＡ合金鋳物に対し
て均質かつ緻密な陽極酸化皮膜を生成して、そのＡ１合
金鋳物の耐摩耗性、耐食性等の表面特性を確実かつ充分
に向上させる方法を提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 前述のような目的を達成するべく本発明者等が研究を重
ねた結果、Ａ１合金鋳物表面に陽極酸化処理を施すに先
立ち、陽極酸化皮膜を形成すべき部位の表面にＴＩＧア
ーク、レーザ、電子ビームなどの高密度加熱エネルギを
照射して、その部位の表面層を急速溶融・急速凝固させ
ておけば、前述のようなピンホール、ブローホール、巣
などの欠陥や固溶もしくは吸蔵されているガス成分を鋳
物表面層から除去することができ、その結果、その後の
陽極酸化処理によって均質かつ緻密な陽極酸化皮膜を生
成して、充分な耐摩耗性や耐食性を与えることができる
ことを見出し、この発明をなすに至ったのである。

したがってこの発明は、アルミニウム合金鋳物表面に＋
ｗ　ｔ！ｉ　ｉｉｉ化皮膜を形成するにあたり、陽極酸
化皮膜を形成すべき部位の表面に予め高密度加熱エネル
ギを照射してその表面層を急速溶融・急速再凝固させ、
しかる後にその再凝固した部分の表面に陽極酸化処理を
施すことを特徴とするものである。

発明の詳細な説明 以下にこの発明の方法を第１図〜第４図を用いてさらに
具体的に説明する。

先ず第１図に示すように処理対象となるＡ４合金鋳物１
の表面のうち、陽極酸化皮膜を生成すべき部分の表面層
２Ａに、ＴＩＧアーク、電子ビーム、レーザなどの高密
度加熱エネルギ３を照射して、その表面層２Ａを溶融さ
せる。この際の溶融は、加熱源として上述のような高密
度加熱エネルギ源を用いているため、Ａ１合金鋳物１の
全体が昇温する前に、その表面層２Ａのみが局部的に急
速温度上昇して、表面層２Ａのみが急速溶融される。続
いてその高密度加熱エネルギ源の移動あるいはエネルギ
源の駆動停止などによって照射を停止すれば、未だ低温
の母材側への熱放散によって直ちに溶融部分が再凝固さ
れる。この状態を第２図に示す。この再凝固は、主とし
て母材側への熱移動によってなされるため、母材側から
表面側へ向けて指向性をもって凝固することになり、そ
のため溶融前に存在していたピンホールやプローホ−ル
、巣などの欠陥は凝固時に外部へ押出される状態となり
、また吸蔵もしくは固溶していたガス成分に起因して溶
融時に生じた気泡も凝固時に外部へ押出される状態とな
り、その結果溶融・再凝固した部分２Ｂにはピンホール
ヤブローホール、巣などの欠陥が殆んど存在せずかつ固
溶もしくは吸蔵カス成分が極めて少ない状態となる。ま
た上述のように一方向性凝固により急速凝固することに
よって、その部分２Ｂの組織も微細化される。

このようにして高密度加熱エネルギの照射によって溶融
・再凝固された部分２Ｂの表面は通常は凹凸が比較的多
い状態となっているから、その表面を機械加工や研磨に
よって平滑化する。このように平滑化した状態を第３図
に示す。

次いで前述のように急速溶融・再凝固された部分２Ｂの
表面に対し、陽極酸化処理を施す。この陽極酸化処理は
常法に従って行なえば良いが、より耐摩耗性を向上させ
るためには、低温の電解浴を用いるなどの手払により所
謂硬質陽極酸化皮膜を生成することが望ましい。このよ
うにして陽極酸化皮膜４を生成させた状態を第４図に示
す。なお陽極酸化処理後は必要に応じて常法に従って封
孔処理を行なう。

ここで、陽極酸化処理前の鋳物表面ｍ（溶融・再凝固部
分２Ｂ＞にはビンボールやブローボール、巣などの欠陥
が殆／υどなくしかも固溶もしくは吸蔵されているガス
成分も少ないため、陽極酸化処理により得られた陽極酸
化皮膜自体にもピンホールやブローホールなどの欠陥は
極めて少なくなり、かつ陽８ｉ酸化処狸Ｂ￥の鋳物表面
のガス気泡発生による局部的な陽極酸化反応の阻害も少
ないため陽極酸化反応が均一に進行し、そのため均質で
かつ緻密な陽極酸化皮膜が生成される。また、前述のよ
うに陽極酸化処理前の表面層の組織がＷＩｍであること
も、陽極酸化皮膜自体の緻密化に寄与する。

したがって最終的に充分に硬質で耐摩耗性が高くかつ充
分な耐食性を有する陽極酸化皮膜が得られるのである。

なおこの発明の方法が適用されるＡ１合金の組成は特に
限定されるものではなく、要は鋳物用として知られてい
るＡ１合金には全て適用可能である。

またこの発明の方法の実施にあたって、高密度加熱エネ
ルギの照射による溶融・再凝固層の深さは、エネルギの
強度やエネルギ源の移動速度の調整によって制御可能で
あるが、この溶融・再凝固層の深さは、要は研磨後の再
凝固層の深さが生成すべき陽極酸化皮膜の厚みよりも厚
くなるように設定すれば良い。

さらにこの発明の方法を実際に適用するにあたっては、
陽極酸化処理後に電解着色を行なったり、あるいは陽極
酸化処理時の電解液に金属塩を添加して硬質着色皮膜を
生成したりしても良いことはもちろんである。

実施例 ＪＩＳ　　ＡＣ２Ｇ合金（Ｃｕ３．１％、３　ｉ　６，
３２％、Ｍｇｏ、３４％、ＺｎＯ，０１％、ＦｅＯ，４
３％、Ｍｎ００３０％、残部Ａβ）の鋳物材に陽極酸化
皮膜を形成するにあたって、次のような処理を行なった
。

すなわち前記の合金鋳物からなる外径３ＱＩＩ１ｍ＋、
厚さ１０ｎ＋ｍの円盤状テストピースの外周面表面部の
陽極酸化皮膜を必要とする部分にＴＩＧアークを照射し
て溶融・再凝固させた。そのＴＩＧアーク照射条件は次
の通りである。

ピーク電流／′ベース電流：１２ＯＡ／’９０Ａ電　　
　圧　　　　　：　１５■ １〜−チ移動速痕：　３〜１５ｍｍ／５ｅｃ（但しトー
ヂ移動速度は均−溶融帖となるように調整） ビード数　　　：２本 アルゴン流量　：　２５　（１／　ｍｌハその後、溶融
・再凝固部分の表面を研磨して平滑した。次いで次のよ
うな条件で硫酸法による硬質＠極酸化処理を行なった。

電解液組成　　：硫酸１０〜２０％ 電流密度　　　＝２〜４Ａ／ｄＲＩ２（直流）電　　　
圧　　　　　：　６０〜８０Ｖ湿　　　度　　　　　：
　０±２℃ 得られた陽極酸化皮膜の硬さを調べたところＨＶ４５０
〜５５０と高硬度であり、均一でかつ緻密な皮膜となっ
ていることが判明した。なおテストピースの溶融・再凝
固前の母材表面層はピンホール面積率が１．１％であっ
たのに対し、溶融・再凝固後の表面層はピンホールが皆
無であった。

一方、比較のため、前記と同じデス１〜ピースについて
、ＴＩＧアークによる溶融・再凝固処理を施すことなく
、前記と同じ条件で陽極酸化処理を施した。その結果得
られた陽極酸化皮膜はポーラスで、硬さは！−（ｖ３０
０〜３５０とイ氏いことが判明した。

発明の効果 前述の実施例からも明らかなように、この発明の方法に
よれば、ビンボール、ブローホール、巣などの欠陥や固
溶もしくは吸蔵されているガス成分が多いＡｆｆｉ合金
詩合金対物ても、均質かつ緻密な陽極酸化皮膜を生成す
ることができ、したがってこの発明の方法を適用するこ
とによって、△β合金鋳物材の耐摩耗性や耐食性などの
表面特性を飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図はこの発明の方法を段階的に示すため
の断面図で、第１図は高密度加熱エネルギ照射時（忽速
溶融時）の状況を示づ断面図、第２図は溶融・再凝固（
νの状況を示づ断面図、第３図【ま平滑化後の１）・；
況を示づ断面図、第４回（３１陽極酸化処理擾の状況を
示づ断面図である。 １・・・Ａ１合金Ｕ物、　２△・・・表面層、　２Ｂ・
・・溶融・再凝固した部分、　３・・・高密度加熱エネ
ルギ、４・・・陽極酸化皮膜。 出願人　　１ヘヨタ自動中株式会社 代理人　　弁即十　θ　１）武　久 （ほか１名） 第１図 上 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム合金鋳物表面に陽極酸化皮膜を形成するに
   あたり、陽極酸化皮膜を形成すべき部位の表面に予め高
   密度加熱エネルギを照射してその表面層を急速溶融・急
   速再凝固させ、しかる後にその再凝固した部分の表面に
   陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金
   鋳物の陽極酸化皮膜形成方法。