(57)【要約】【課題】耐電圧性に極めて優れた陽極酸化アルミニウム合金部材を提供する。【解決手段】本発明の陽極酸化アルミニウム合金部材は、アルミニウム合金基材と、前記アルミニウム合金基材の少なくとも一方の面に形成された陽極酸化皮膜と、前記陽極酸化皮膜を被覆する絶縁物とを備えた陽極酸化アルミニウム合金部材であって、前記絶縁物はＳｉを含有し、前記陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比が５００以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金基材と、
前記アルミニウム合金基材の少なくとも一方の面に形成された陽極酸化皮膜と、
前記陽極酸化皮膜を被覆する絶縁物と、を備えた陽極酸化アルミニウム合金部材であって、
前記絶縁物はＳｉを含有し、
前記陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比が５００以下である
ことを特徴とする耐電圧性に優れた陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項２】
前記絶縁物は、少なくとも一部のＳｉ原子にアルキル基が結合されたものである請求項１に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項３】
前記絶縁物は、シロキサン結合を有する請求項１又は２に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項４】
前記陽極酸化皮膜は、最大長さが４μｍ以上である金属間化合物を１ｍｍ2当たり１５個以下有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項５】
前記絶縁物の厚みが２μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項６】
前記陽極酸化皮膜の厚みが１５μｍ以上７５μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【請求項７】
前記陽極酸化アルミニウム合金部材の表面部分での水に対する接触角が７５°以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の陽極酸化アルミニウム合金部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐電圧性に優れた陽極酸化アルミニウム合金部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）、パワーデバイス、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、太陽電池といった半導体や液晶などの素子に用いられる絶縁部材として、一般にセラミック基板（アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板など）、絶縁層が積層された金属基板（以下、絶縁層積層金属基板という）、樹脂基板などが用いられている。この中で絶縁層積層金属基板は、セラミック基板よりコストは安いが、放熱性は劣る。また、絶縁層積層金属基板は、樹脂基板よりコストは高いが、放熱性は優れている。そこで、コストを抑えつつ、放熱性を高める観点から、放熱性に劣る樹脂ではなく、陽極酸化皮膜を絶縁層とした絶縁層積層アルミニウム基板が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を備えた陽極酸化アルミニウム合金部材が開示されており、アルミニウム基材中の金属Ｓｉをできるだけ低減することによって、耐電圧性を改善している。しかし、特許文献１の陽極酸化アルミニウム合金部材は、基材表面に陽極酸化皮膜だけが形成されたものであり、体積抵抗が小さく、高電圧時には漏れ電流が増加しやすいので、絶縁性が低下しやすいという問題がある。
【０００４】
また、半導体や液晶は多くの熱を発生するため、半導体や液晶などの素子に用いられる絶縁部材の放熱性向上の観点から、近年、設けられる陽極酸化皮膜の厚みが薄くなりつつある。そのため、陽極酸化皮膜の厚みを薄くしつつ、従来の陽極酸化アルミニウム合金部材と同様の耐電圧性を備えた陽極酸化アルミニウム合金部材とするためには、単位厚み当たりの耐電圧（所定電流が流れるときの電圧値：以下、単に「耐電圧」ということがある）を高くする必要がある。
【０００５】
このような観点から、本出願人は特許文献２により、高い絶縁性（高い耐電圧性、大きい体積抵抗率）および良好な放熱性を両立すると共に、耐熱性（高温耐クラック性）にも優れた陽極酸化アルミニウム合金部材を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８３３４２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はさらなる耐電圧性の向上に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐電圧性に優れた陽極酸化アルミニウム合金部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の陽極酸化アルミニウム合金部材は、アルミニウム合金基材と、前記アルミニウム合金基材の少なくとも一方の面に形成された陽極酸化皮膜と、前記陽極酸化皮膜を被覆する絶縁物とを備えた陽極酸化アルミニウム合金部材であって、前記絶縁物はＳｉを含有し、前記陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比が５００以下であることを特徴とする。
【０００９】
前記絶縁物は、少なくとも一部のＳｉ原子にアルキル基が結合されたものであることが好ましい。また、前記絶縁物は、シロキサン結合を有することが好ましい。
【００１０】
前記陽極酸化皮膜は、最大長さが４μｍ以上である金属間化合物を１ｍｍ2当たり１５個以下有することが好ましい。
【００１１】
前記絶縁物の厚みが２μｍ以下であることが好ましい。また、前記陽極酸化皮膜の厚みが、１５μｍ以上７５μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
前記陽極酸化アルミニウム合金部材の表面部分での水に対する接触角が７５°以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｓｉを含む絶縁物で陽極酸化皮膜の少なくとも一部を被覆し、かつ、前記陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比を５００以下に調整することで、耐電圧性に優れた陽極酸化アルミニウム合金部材が実現できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、上記特許文献２を開示した後も、耐電圧性の更なる向上を目指して検討を行なった。その結果、Ｓｉを含む絶縁物で陽極酸化皮膜の少なくとも一部が被覆された陽極酸化アルミニウム合金部材（以下、陽極酸化部材という）について、前記陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比（以下、Ａｌ／Ｓｉ比ということがある）を５００以下に制御すれば、特許文献２に比べて耐電圧性が一層高められることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
以下、本発明で規定する各要件について説明する。
【００１６】
［アルミニウム合金基材］
本発明で基材として用いるアルミニウム合金は、以下の組成であることが好ましい。なお、本明細書における化学成分の含有量の単位％は、質量％を意味する。
【００１７】
（Ｃｕ：０．０２％以上４．０％以下）
Ｃｕは、強度を向上させる元素であり、強度を高くすることで基材厚みを薄くすることができる。すなわち、Ｃｕ含有のアルミニウム合金を用いることによって、陽極酸化部材の放熱性を高めること（熱抵抗を小さくすること：熱伝導の障害を小さくすること）ができる。こうした観点から、Ｃｕは０．０２％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、Ｃｕ含有量が過剰になって４．０％を超えると、強度が高くなりすぎ、圧延が困難となる。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．０％以下であり、より好ましくは２．０％以下であり、さらに好ましくは１．０％以下であり、特に好ましくは０．５％以下であり、最も好ましくは０．１％以下である。
【００１８】
アルミニウム合金の残部はＡｌおよび不可避不純物である。上記不可避不純物として、例えばＳｉ、Ｆｅ等が挙げられる。
【００１９】
これらのうちＳｉおよびＦｅは下記のように抑制することが好ましい。
【００２０】
（Ｓｉ：０．０５％以下、Ｆｅ：０．０５％以下）
ＳｉはＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物、ＦｅはＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を夫々生成し、これらの金属間化合物は耐電圧性を低下させる原因となることから、金属間化合物のサイズや個数を所定以下とするために、夫々０．０５％以下であることが好ましい。より高い耐電圧性を得るには、夫々０．０２％以下とすることが好ましい。Ｓｉ含有量は少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０％とすることは難しく、したがってＳｉ含有量は０％超であり、通常は少なくとも０．０００１％程度は含まれる。また、Ｆｅ含有量は少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０％とすることは難しく、したがってＦｅ含有量は０％超であり、通常は少なくとも０．０００１％程度は含まれる。
【００２１】
更に本発明に用いられるＡｌ合金は、Ｍｇを選択成分として含有することができる。
【００２２】
（Ｍｇ：３．５％超、６．５％以下）
Ｍｇは、基材の強度を向上させる元素であり、強度を高くすることで基材厚さを薄くすることができる。すなわち、Ｍｇ含有のアルミニウム合金を用いることによって、陽極酸化部材の放熱性を高めることができる。またアルミニウム合金中のＭｇ含有量が多いほど、陽極酸化皮膜の成膜速度が速くなり、製造コストを低減できる。こうした理由から、アルミニウム合金中のＭｇ含有量は３．５％を超えることが好ましく、より好ましくは３．６％以上である。しかしながら、Ｍｇ含有量が過剰になって６．５％を超えると、アルミニウム合金に圧延割れが発生しやすくなり、圧延加工が困難になる。Ｍｇ含有量のより好ましい上限は６．０％以下である。
【００２３】
［陽極酸化皮膜］
本発明の陽極酸化部材は、上記のアルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材の少なくとも一方の面に陽極酸化皮膜が形成される。上記陽極酸化皮膜を設けることによって、アルミニウム合金基材の耐電圧性を向上させることができる。
【００２４】
ここで「少なくとも一方の面」とは、上記アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一方を意味する。よって、上記陽極酸化皮膜は、当該基材の一方の面にのみ存在していてもよいし、当該基材の両方の面に存在していてもよい。
【００２５】
上記陽極酸化皮膜は、上記アルミニウム合金基材の表面に直接存在していればよく、上記基材表面全体に存在する必要は必ずしもなく、本発明の作用が有効に発揮される限り、上記基材表面の一部に存在していてもよい。なお、後述するように本発明の陽極酸化部材は、通常、上記アルミニウム合金基材を陽極酸化処理液に浸漬して電解処理することによって形成されるため、上記基材表面全体に陽極酸化皮膜が存在することが好ましい。
【００２６】
金属間化合物は、サイズ（大きさ）が大きいほど単位質量当たりの表面積が小さく、溶解に時間がかかるため、陽極酸化処理中に溶解されず、陽極酸化処理終了後も陽極酸化皮膜中に残る可能性が高い。そして、アルミニウム合金中に存在する金属間化合物が陽極酸化処理中に溶解することなく金属の状態で陽極酸化皮膜中に取り込まれると陽極酸化部材の耐電圧性が低下してしまう。耐電圧性への影響を少なくするためには、陽極酸化皮膜において、大きさ（最大長さ）が４μｍ以上である金属間化合物を１ｍｍ2当たり１５個以下有することが好ましい。最大長さが４μｍ以上である金属間化合物が１ｍｍ2当たり１５個以下であることによって、十分な耐電圧性を発揮することができる。また、陽極酸化皮膜に形成される後述のボイドを少なくするためにも最大長さが４μｍ以上である金属間化合物は少ないことが望ましい。更に耐電圧性を高めるためには、上記個数は１０個／ｍｍ２以下であることがより好ましい。最大長さが４μｍ以上である金属間化合物は少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０個／ｍｍ２とすることは難しく、したがって最大長さが４μｍ以上である金属間化合物は０個／ｍｍ２超であり、通常は少なくとも０．１個／ｍｍ２は含まれる。なお、本発明で測定対象とした金属間化合物は、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物、Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物、及び非固溶Ｃｕである。
【００２７】
陽極酸化皮膜中には、陽極酸化皮膜特有の直径数十ｎｍの細長い孔が形成されている。また、陽極酸化処理（電解処理）を行うと、陽極酸化皮膜中に存在する金属間化合物が溶解し、陽極酸化皮膜にボイドが形成される。上記細長い孔及び上記ボイド（以下、まとめて微細孔という）が存在すると陽極酸化部材の耐電圧性が低下してしまう。しかし、後述のとおり、絶縁物を陽極酸化皮膜上に被覆することによって、微細孔の少なくとも一部が絶縁物で被覆されるため、耐電圧性の低下は抑制される。
【００２８】
耐電圧性向上の観点から、陽極酸化皮膜の厚みは、１５μｍ以上７５μｍ以下であることが好ましい。陽極酸化皮膜の厚みは、本発明に係る陽極酸化部材の耐電圧性を担う重要な因子であり、好ましくは１５μｍ以上であり、より好ましくは２５μｍ以上である。但し、上記厚みが厚くなっても上記耐電圧性向上は飽和してしまい経済的に無駄であるのみならず、放熱性が低下してしまう。このような観点から、陽極酸化皮膜の厚みは７５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは６０μｍ以下であり、さらに好ましくは５０μｍ以下である。
【００２９】
［絶縁物］
本発明の陽極酸化部材は、上記の陽極酸化皮膜を被覆する絶縁物を有する。絶縁物の存在により、陽極酸化皮膜の表面積を小さくすることができ、すなわち、陽極酸化部材の耐電圧と体積抵抗率（電気抵抗率）とを大きくすることができる。
【００３０】
ここで「陽極酸化皮膜を被覆する絶縁物を有する」とは、陽極酸化皮膜表面の少なくとも一部が絶縁物で被覆されていることを意味する。但し、陽極酸化部材の耐電圧向上及び体積抵抗率向上の観点からは、上記陽極酸化皮膜表面の全部が絶縁物で被覆されていることが好ましい。ここで上記「被覆」は、絶縁物が層状に設けられている状態や陽極酸化皮膜表面の微細孔の少なくとも一部に上記絶縁物が充填されている状態も包含され、陽極酸化皮膜表面の微細孔の少なくとも一部に上記絶縁物が充填されているのが好ましく、陽極酸化皮膜表面の微細孔の全てが充填されているのがより好ましい。
【００３１】
陽極酸化皮膜表面の微細孔に絶縁物が充填されているか否かは、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＳ）等による微細孔内の元素同定により評価することができる。
【００３２】
上述のとおり陽極酸化皮膜表面は微細孔を有するが、当該微細孔が存在したままであると、陽極酸化皮膜の表面積は大きくなり、陽極酸化部材の耐電圧及び体積抵抗率（電気抵抗率）が小さくなるおそれがある。本発明によれば、陽極酸化皮膜表面の少なくとも一部が絶縁物で被覆されることで、陽極酸化皮膜の表面積を小さくすることができ、すなわち、陽極酸化部材の耐電圧及び体積抵抗率（電気抵抗率）を大きくすることができる。特に、微細孔を絶縁物で充填すると、陽極酸化皮膜の気孔率を小さくすることができるため、微細孔中に存在する空気による絶縁破壊を抑制することができる。
【００３３】
上述した絶縁物による微細孔の被覆効果を有効に発揮させるためには、絶縁物の厚みは、例えば、０．００１μｍ以上であることが好ましい。但し、絶縁物の厚みが厚くなり過ぎると陽極酸化部材の放熱性が低下するため、絶縁物の厚みは、例えば２μｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
上記絶縁物は、陽極酸化部材の体積抵抗率を大きくするため、Ｓｉを含有する。好ましくは、少なくとも一部のＳｉ原子にアルキル基が結合されているＳｉ含有絶縁物である。これにより、絶縁物自体の体積抵抗率が一層大きくなり、水分が絶縁物に吸着・含有されなくなって、陽極酸化部材の体積抵抗率が一層大きくなる。
【００３５】
また上記絶縁物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）を有することが好ましい。シロキサン結合のバンドギャップが大きいため、シロキサン結合を有する絶縁物を用いることによって絶縁性を高めることができる。
上記シロキサン結合を有する絶縁物は、例えば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有するＳｉ含有物、または熱処理によりシリカに転化してＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する絶縁物となるＳｉ含有物を絶縁物形成用組成物として用いることにより得られる。上記絶縁物形成用組成物は、前述したＳｉ含有物を一種のみ用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。また、上記絶縁物形成用組成物は、前述したＳｉ含有物の他に、例えばジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2等）、チタン酸化物（ＴｉＯ2等）、アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3等）等の酸化物；チタン窒化物（ＴｉＮ等）、アルミ窒化物（ＡｌＮ等）等の置換物等を更に含んでもよい。
【００３６】
上記Ｓｉ含有物として、具体的には、例えば、ポリシロキサン及びポリシラザンの少なくとも一方を用いることが好ましい。
【００３７】
このうちポリシロキサンは、ＳｉとＯが交互に結合したポリマーであり、例えば、−ＳｉＲ1Ｒ2−Ｏ−（Ｒ1、Ｒ2は水素原子またはアルキル基）を基本単位とするポリシロキサンが挙げられる。ここで、Ｒ1、Ｒ2は水素原子またはメチル基であることが好ましい。
【００３８】
また、ポリシラザンは、Ｓｉ−Ｎ結合を有しており、例えば、−ＳｉＲ3Ｒ4−ＮＲ5−（Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5は水素原子またはアルキル基）を基本単位とするポリシラザンが挙げられる。ここで、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5は全てアルキル基であることが好ましく、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5は全てメチル基であることがより好ましい。
【００３９】
また、陽極酸化部材の表面部分での水に対する接触角（詳細は後述する）を高めるには、上記絶縁物は、少なくとも一部のＳｉ原子にフルオロ基、アルキル基が結合された構造であることが好ましく、アルキル基を有する構造であることがより好ましく、メチル基を有する構造であることがさらに好ましい。すなわち、絶縁物形成用組成物は、Ｓｉ原子にフルオロ基、アルキル基が結合された構造であることが好ましく、Ｓｉ原子にアルキル基が結合された構造であることがより好ましく、Ｓｉ原子にメチル基が結合された構造であることがさらに好ましい。陽極酸化部材の表面部分を疎水化することによって接触角を大きくすることができ、この表面部分に存在する水分量を減らすことができる。その結果、陽極酸化部材の体積抵抗率を大きくすることができる。
【００４０】
［陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比（Ａｌ／Ｓｉ比）が５００以下］
上記Ａｌ／Ｓｉ比は、本発明の陽極酸化部材を最も特徴付ける要件であり、所望とする耐電圧性（６５Ｖ／μｍ以上）を確保するために重要な要件である。すなわち、上記Ａｌ／Ｓｉ比は耐電圧性と密接な関係を有しており、前述した特許文献２の要件を満足していても、当該Ａｌ／Ｓｉ比が５００超の場合、耐電圧性の更なる向上は認められないことが本発明者らの検討結果により初めて明らかになった。上記Ａｌ／Ｓｉ比は、２５０以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましく、２０以下であることがさらに好ましい。なお、塗布回数を多くすることによって上記Ａｌ／Ｓｉ比は小さくすることができるが、塗布回数が多くなりすぎるとコストの増大が懸念されることから、上記Ａｌ／Ｓｉ比の下限は、おおむね、１以上であることが好ましく、２以上であることがより好ましい。塗布回数はコストの観点から、塗布回数は５回以下であることが好ましく、４回以下であることがより好ましい。塗布回数は１回以上であればよいが、後述のスピンコート法を用いて絶縁物を形成する場合、２回以上であることが好ましい。
【００４１】
本明細書における上記Ａｌ／Ｓｉ比は、アルミニウム合金基材と陽極酸化皮膜との界面から７μｍの位置のＡｌ／Ｓｉ比と陽極酸化部材の表面（すなわち絶縁物の表面）から７μｍの位置のＡｌ／Ｓｉ比との平均である。このように、アルミニウム合金基材近傍のＡｌ／Ｓｉ比とアルミニウム合金基材から離れた箇所のＡｌ／Ｓｉ比とを平均することで陽極酸化皮膜全体の平均的なＡｌ／Ｓｉ比を求めることができる。上記Ａｌ／Ｓｉ比の詳細な測定方法は、後記する実施例の欄で詳述する。
【００４２】
上記Ａｌ／Ｓｉ比は、絶縁物形成用組成物の塗工条件、乾燥条件、後述のサイクル数を制御することによって調整することができる。具体的には、絶縁物形成用組成物を塗工し、乾燥する工程を１サイクルとし、このサイクルを１回又は複数回行って、絶縁物を被覆すればよい。しかし、室温で乾燥を行うとシロキサン結合の重合が進まず、次のサイクルで塗工を行った際に、先に塗工して形成された塗膜が塗工液に含まれる溶媒で溶解され、絶縁物の被覆が進まない。一方、乾燥温度が高すぎるとシロキサン結合の重合が進み過ぎ、その結果、塗膜表面の疎水化が進み過ぎ、次のサイクルで塗工を行った際に、塗工液が表面ではじかれる現象が起こり、絶縁物の被覆が進まない。よって、乾燥温度は６０℃以上１５０℃未満であればよい。また、水分がシロキサン結合の重合反応を促進させることから、不活性雰囲気下または真空下で乾燥を行うことが好ましい。乾燥時間は２分〜３０分で適宜設定すればよい。最後のサイクルにおける塗工後の乾燥は１５０℃以上で適宜行えばよいが、ポリシロキサンの場合、例えば、２００℃〜４５０℃、好ましくは２５０℃〜４００℃、ポリシラザンの場合は、例えば、１５０℃〜４５０℃、好ましくは１７０℃〜２５０℃である。
【００４３】
［陽極酸化部材の物性］
上記構成を有する本発明の陽極酸化部材は、単位厚み当たりの耐電圧が６５Ｖ／μｍ以上であり、特許文献２に比べて高い耐電圧性を有する。上記耐電圧は、好ましくは７０Ｖ／μｍ以上であり、より好ましくは７５Ｖ／μｍ以上である。耐電圧の測定方法については後述するが、特許文献２の測定方法では、陽極酸化皮膜と端子とは点接触であったのに対し、本明細書の測定方法では絶縁膜と端子とは面接触である。また、特許文献２の測定方法ではＤＣ電圧（直流電圧）を印加しているのに対し、本願発明の測定方法ではＡＣ電圧（交流電圧）を印加している。よって、本願発明の測定方法で測定した耐電圧は特許文献２の測定方法で測定した耐電圧より低くなる。
【００４４】
上記陽極酸化部材は、水に対する接触角が７５°以上であることが好ましく、これにより、水分の付着を防止することができる。上記接触角は、より好ましくは８５°以上であり、更に好ましくは９５°以上である。接触角の上限は、特に限定されないが、１６０°以下が好ましく、１３０°以下がより好ましい。
【００４５】
本発明の陽極酸化部材は、ＣＰＵ、パワーデバイス、ＬＥＤ、太陽電池等の半導体や液晶などの素子に好適に用いられる。上記部材の適用方法の詳細は、前述した特許文献２を参照すればよい。
【００４６】
次に、本発明に係る陽極酸化部材の好ましい形成方法について説明する。
【００４７】
［陽極酸化皮膜の形成方法］
陽極酸化皮膜は、アルミニウム合金基材を陽極酸化処理液に浸漬して陽極酸化処理（電解処理）を行うことによって形成される。陽極酸化部材の耐熱性を向上させるという観点から、陽極酸化処理液は、シュウ酸を含む陽極酸化処理液であることが好ましい。陽極酸化処理液中のシュウ酸濃度は、所望する作用効果を有効に発揮することができるように適宜調整すればよく、例えば、１０〜４０ｇ／Ｌであることが好ましく、より好ましくは１５〜３５ｇ／Ｌである。
【００４８】
陽極酸化処理液は、ギ酸等の有機酸やリン酸、クロム酸、硫酸などの無機酸を上述したシュウ酸と併せて用いてもよい。陽極酸化皮膜中にリン（Ｐ）を含有すると、絶縁物（またはその前駆体）が、陽極酸化皮膜表面を被覆（絶縁物による微細孔の充填も含む）した構造となりやすく、また、陽極酸化部材の耐熱性を向上させるという観点からも、シュウ酸とリン酸とを含む陽極酸化処理液を用いることがより好ましい。リン酸の濃度の下限は、Ｐが若干でも含まれていればよく、例えば、１ｇ／Ｌ以上である。一方、処理液中のリン酸濃度が高すぎると厚膜化が難しくなるため、リン酸濃度は１５０ｇ／Ｌ以下（より好ましくは１００ｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは５０ｇ／Ｌ以下）にすることが好ましい。リンを含有する陽極酸化皮膜を作製する方法としては、シュウ酸とリン酸とを含む陽極酸化処理液を用いる他に、シュウ酸溶液を含む陽極酸化処理液で、陽極酸化皮膜を形成した後、リン酸溶液に陽極酸化皮膜を浸漬することで、Ｐを皮膜中に導入してもよい。
【００４９】
以下、電解処理時の電圧、陽極酸化処理液の温度などの条件について説明する。
【００５０】
電解処理時の陽極酸化処理液の温度は、生産性を欠くことなく、また皮膜の溶解が顕著に起こらない範囲で設定すればよく、例えば、０℃〜５０℃とすることが好ましく、１０〜３５℃とすることがより好ましい。
【００５１】
電解処理時の電圧は、具体的には５〜１５０Ｖ程度（より好ましくは１５〜１２０Ｖ、さらに好ましくは４０〜８０Ｖ）であることが好ましい。また、電解処理時に流す電流の電流密度は、１００Ａ／ｄｍ2以下（より好ましくは３０Ａ／ｄｍ2以下、更に好ましくは５Ａ／ｄｍ2以下）が好ましい。但し、これらの条件は、使用する陽極酸化処理液の組成や、電解処理時の陽極酸化処理液の温度、アルミニウム合金基材の化学成分組成等に基づき、適宜設定すればよい。
【００５２】
［絶縁物の形成方法］
絶縁物の形成方法としては、上記各種物質を、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の化学的気相法やディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法、スクリーンコート法などの無電解によるウエットプロセス、電着法などの電気化学的な方法などを採用することができるが、ディップコート法又はスピンコート法により絶縁物を形成することが好ましい。
【００５３】
例えば、ポリシロキサンを陽極酸化皮膜表面に被覆する場合は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合（シロキサン結合）を有するポリシロキサンを、陽極酸化皮膜表面にディップコート又はスピンコートし、その後所定雰囲気で乾燥・加熱すればよい。また、ポリシラザンを陽極酸化皮膜表面に被覆する場合は、Ｓｉ−Ｎ結合を持つポリシラザンを、陽極酸化皮膜表面にディップコート又はスピンコートし、その後所定の雰囲気で乾燥・加熱して、シリカに転化させればよい。
【００５４】
また、絶縁物形成用組成物を熱処理、紫外線照射等で高分子化したり、陽極酸化皮膜との化学結合を促すようにしたりしてもよい。特に、分子量が大きな絶縁物とする場合は、陽極酸化皮膜表面に存在する微細孔への絶縁物の導入が難しくなるので、分子量が小さな絶縁物形成用組成物を前駆体として微細孔に導入した後、熱処理等を行うことによって分子量を上げることもできる。但し、その前駆体が反応しきらず、前駆体の状態のままで微細孔内や陽極酸化皮膜上に多少残っても不都合はない。例えば、ポリシラザンのように、絶縁物形成用組成物を被覆した後、熱処理過程でシリカに転化し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する絶縁物とする、すなわち熱処理によって前駆体の基本骨格が変化する場合は、熱処理後に完全にシリカに転化する必要はなく、熱処理後に前駆体の基本骨格と熱処理後の基本骨格とが交じり合う化合物であってもよい。
【００５５】
絶縁物に代えて上記前駆体を塗工し、熱処理する工程を１サイクルとし、このサイクルを１回又は複数回行って、絶縁物の被覆を促してもよい。熱処理は、前駆体の重合（高分子化）のみならず、塗膜の乾燥も兼ねており、熱処理温度及び熱処理時間については、上述の絶縁物の乾燥温度及び乾燥時間と同様である。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限されず、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５７】
各試験例についての物性の測定方法は以下の通りである。なお、陽極酸化皮膜積層部材とはアルミニウム合金基材表面に陽極酸化皮膜は形成されているが、絶縁体は形成されていないもの（絶縁体を形成する前の状態）を指す。
【００５８】
［陽極酸化皮膜中の金属間化合物の大きさ・個数の測定］
陽極酸化皮膜積層部材の陽極酸化皮膜表面を走査型電子顕微鏡にて、倍率１０００倍の反射電子像で２０視野以上を観察した。母相より白く写る部分、および母相より黒く写る部分を測定対象とし、陽極酸化皮膜上にある窪みと判断がつかない場合は、その部分を蛍光Ｘ線で元素分析することで金属間化合物か否かの判断を行った。画像処理により最大長さを求め、最大長さが４μｍ以上の金属間化合物の個数を測定し、単位面積当たりの個数（個数密度）を算出し、下記基準で評価した。
○：最大長さが４μｍ以上の金属間化合物の個数が１５個／ｍｍ2以下
×：最大長さが４μｍ以上の金属間化合物の個数が１５個／ｍｍ2を上回る
【００５９】
［陽極酸化皮膜の厚みＤの測定］
陽極酸化皮膜積層部材における陽極酸化皮膜の厚みＤは、渦電流式膜厚計を用いて測定した。陽極酸化皮膜全面における厚みを評価できるように、５箇所の部位における厚みの平均を陽極酸化皮膜の厚みとした。なお、各部位の厚みは、同一部位の厚みを５回測定し、その平均値を用いた。
【００６０】
［水に対する接触角の測定］
試験Ｎｏ．１〜７及びＮｏ．９では、絶縁物の表面に約０．５ミクロンリットルの純水を滴下し、接触角測定器（協和界面科学社製：商品名「ＣＡ−０５型」）を用いて水に対する接触角を測定した。試験Ｎｏ．８では、陽極酸化皮膜の表面に約０．５ミクロンリットルの純水を滴下し、接触角測定器（協和界面科学社製：商品名「ＣＡ−０５型」）を用いて水に対する接触角を測定し、下記基準で評価した。
○：水の接触角が７５°以上
×：水の接触角が７５°未満
【００６１】
［耐電圧の測定］
各試料の耐電圧は、耐電圧試験器（インステック社製：商品名「ＧＰＴ−９８０２」、ＡＣ耐電圧試験）を用いて行った。端子は、φ１４ｍｍ、高さ１０ｍｍの純銅製の円柱において、底面部分の円周の角を丸めて、底面部分をφ１０ｍｍ、Ｒ２ｍｍとした形状である。上記端子のφ１０ｍｍの端子底面を絶縁体の表面に押し付けて接続し、他方の端子を陽極酸化部材の絶縁物が設けられていない側の表面に接続し、ＡＣ電圧（交流電圧）を徐々に印加し、５ｍＡ以上の電流が流れた時点での電圧を測定した。
【００６２】
測定した耐電圧を、陽極酸化皮膜及び絶縁物の合計厚みで割ることで、単位厚み当たりの耐電圧（Ｖ／μｍ）を求めた。単位厚み当たりの耐電圧が高いと、陽極酸化皮膜の厚みが薄くても所望の耐電圧を満たす陽極酸化部材とすることができる。また、厚みを薄くすることによって陽極酸化部材の放熱性を向上させることができる。本発明では、上記方法によって算出された単位厚み当たりの耐電圧を下記基準で評価して、△、○、◎を合格、×を不合格とした。
×：上記耐電圧が６５Ｖ／μｍ未満
△：上記耐電圧が６５Ｖ／μｍ以上、７０Ｖ／μｍ未満
○：上記耐電圧が７０Ｖ／μｍ以上、７５Ｖ／μｍ未満
◎：上記耐電圧が７５Ｖ／μｍ以上
【００６３】
［陽極酸化皮膜におけるＳｉの原子数に対するＡｌの原子数の比（Ａｌ／Ｓｉ比）］
接触角及び平均耐電圧の測定を行った後、イオンビームと遮蔽板を用いて陽極酸化部材の断面加工（クロスセクションポリッシャ（登録商標）加工）を行った。次に、アルミニウム合金基材と陽極酸化皮膜との界面から７μｍの位置の皮膜断面を走査型電子顕微鏡により１５００倍の視野で蛍光Ｘ線を用いて元素分析し、Ａｌ／Ｓｉ比（以下、合金基材側のＡｌ／Ｓｉ比という）を求めた。次に、絶縁物の表面から７μｍの位置の皮膜断面を蛍光Ｘ線で元素分析し、Ａｌ／Ｓｉ比（以下、皮膜表面側のＡｌ／Ｓｉ比という）を求めた。そして、合金基材側のＡｌ／Ｓｉ比と皮膜表面側のＡｌ／Ｓｉ比との平均値を陽極酸化皮膜におけるＡｌ／Ｓｉ比とした。なお、試験Ｎｏ．８では、絶縁物が設けられていないため、絶縁物の表面から７μｍの位置の皮膜断面のＡｌ／Ｓｉ比に代えて、陽極酸化皮膜の表面から７μｍの位置の皮膜断面のＡｌ／Ｓｉ比を求めた。
【００６４】
以下に記載の製造方法で試験Ｎｏ．１〜９の陽極酸化部材を作製した。
【００６５】
表１に記載の合金からなる基材に対して、陽極酸化処理を行い、所定の厚みの陽極酸化皮膜を作製した後、絶縁物を陽極酸化皮膜上に形成した。陽極酸化皮膜上に形成された絶縁物の厚みは皮膜の断面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、全てのサンプルで２μｍ以下であることを確認した。また、得られた陽極酸化部材の水に対する接触角、耐電圧性（平均耐電圧）を上記の方法によって評価した。以下、上記合金、陽極酸化処理、及び絶縁物の形成方法について詳細に説明する。
【００６６】
Ｍｇ：３．６％、Ｃｕ：０．０５％、Ｆｅ：０．０１％未満、Ｓｉ：０．０１％未満、残部：Ａｌおよび上記その他の元素以外の不可避不純物であるアルミニウム合金（以下、合金Ａという）、Ｃｕ：０．５％、Ｆｅ：０．０１％未満、Ｓｉ：０．０１％未満、残部：Ａｌおよび上記その他の元素以外の不可避不純物であるアルミニウム合金（以下、合金Ｂという）、及びＭｇ：４．９％、Ｃｕ：０．２％、Ｆｅ：０．４％、Ｓｉ：０．１％、残部：Ａｌおよび上記その他の元素以外の不可避不純物であるアルミニウム合金（以下、合金Ｃという）を、通常の方法により、溶解、鋳造した鋳塊に、５００℃の温度で均質化熱処理を行い、板厚が１．５ｍｍになるまで冷間圧延を施した。次に、３５０℃の温度で焼鈍を行った後、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．５ｍｍtの基材を切り出し、その表面を５０μｍ研削した基材を調製した。続いて、上記のように研削した基材を、脱脂工程として、５０℃−１５％ＮａＯＨ水溶液中に２分間浸漬した後、水洗した。その後、デスマット工程として、上記脱脂工程を経た基材を２０％硝酸溶液中に室温で１５分間浸漬した後、水洗して表面を清浄化した。そして、このようにして清浄化された上記基材に対し、以下の陽極酸化処理を行い、陽極酸化皮膜を作製した。
【００６７】
［陽極酸化処理］
表１に記載の処理液を用いて、陽極酸化処理を行った。その後、水洗して乾燥し、基材表面に陽極酸化皮膜を形成した陽極酸化皮膜積層部材を得た。なお、シュウ酸溶液による陽極酸化処理は、シュウ酸濃度２０ｇ／Ｌ、温度３０℃、電圧５０Ｖで行い、表１に記載の膜厚Ｄである陽極酸化皮膜を一方の面（４５ｍｍ×４５ｍｍ）全体に作製した。また、シュウ酸とリン酸との混合溶液による陽極酸化処理は、シュウ酸濃度３０ｇ／Ｌ、リン酸濃度２０ｇ／Ｌ、温度１０℃、電圧８０Ｖで行い、表１に記載の膜厚Ｄである陽極酸化皮膜を一方の面（４５ｍｍ×４５ｍｍ）全体に作製した。
【００６８】
［絶縁物の形成］
得られた陽極酸化皮膜積層部材の表面に、ポリシロキサン又はポリシラザンを原料とする絶縁物を以下に記載の方法で形成して、陽極酸化部材とした。なお、ポリシロキサン又はポリシラザンのいずれを用いたかについては表１に記載した。
【００６９】
（ポリシロキサン）
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合（シロキサン結合）の一部のＳｉ原子にメチル基が結合されているポリシロキサン（ポリシロキサン全体に対してメチル基は１５％である）を含むスピンオングラス溶液（イソプロピルアルコール、アセトンを含む溶媒で希釈した１０％溶液）を準備した。なお、スピンオングラス溶液とは、基板に塗布される溶剤型の液体のことであり、塗布された液体は硬化後にＳｉＯ2の特性を示す固形の薄膜となる。
【００７０】
陽極酸化皮膜積層部材を垂直にした状態で、スピンオングラス溶液中で搖動しながら３分間浸漬した後、この溶液からゆっくり引き上げ、余分な溶液を取り除き自然乾燥させた。その後、真空乾燥炉で１３０℃、１５分の熱処理を行い、室温まで冷却した。この操作を１サイクル（１回）とし、表１に記載の回数だけこの操作を繰り返し、最後に３５０℃（窒素雰囲気）で１時間加熱することによって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する絶縁物を陽極酸化皮膜上に形成した。
【００７１】
（ポリシラザン）
＜スピンコート法＞
−Ｓｉ（ＣＨ3）2−Ｎ（ＣＨ3）−を基本単位とするポリシラザンがブチルアセテート及びトルエンを含む溶媒によって３５％に希釈された溶液を陽極酸化皮膜上に１０ｍｌ滴下して、１０００ｒｐｍで１分間スピンコートした。その後、真空乾燥炉で７０℃、１５分の熱処理を行い、室温まで冷却した。この操作を１サイクル（１回）とし、表１に記載の回数だけこの操作を繰り返し、最後に１９０℃（大気雰囲気）で０．５時間加熱することによって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する絶縁物を陽極酸化皮膜上に形成した。
【００７２】
＜ディップコート法＞
陽極酸化皮膜積層部材を垂直にした状態で、スピンオングラス溶液中で搖動しながら３分間浸漬した後、この溶液からゆっくり引き上げ、余分な溶液を取り除き自然乾燥させた。その後、真空乾燥炉で７０℃、１５分の熱処理を行い、室温まで冷却した。この操作を１サイクル（１回）とし、表１に記載の回数だけこの操作を繰り返し、最後に２１０℃（大気雰囲気）で０．５時間加熱することによって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する絶縁物を陽極酸化皮膜上に形成した。
【００７３】
【表１】
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【００７４】
これらの結果から、以下のように考察することができる。まず試験Ｎｏ．１〜６は、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、良好な耐電圧性を示していることが分かる。
【００７５】
これに対し、スピンコートを１回しか行っていない試験Ｎｏ．７は、Ａｌ／Ｓｉ比が非常に高く、本発明で規定する要件を満足しない比較例であるため、単位厚み当たりの耐電圧が低くなっており、陽極酸化部材の耐電圧性が不十分であることがわかる。また、試験Ｎｏ．８は、陽極酸化皮膜に絶縁物が被覆されていない部材であり、試験Ｎｏ．７と同様に単位厚み当たりの耐電圧が低くなっており、耐電圧性が不十分であることがわかる。そして、Ｆｅの含有率が高い合金Ｃを用いた試験Ｎｏ．９は、陽極酸化皮膜中において、最大長さが４μｍ以上の金属間化合物の個数が１５個／ｍｍ2を上回っており、その結果、単位厚み当たりの耐電圧が低くなっており、耐電圧性が不十分であることがわかる。