(57)【要約】【課題】耐食性を高めたアルミニウム合金製部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】まず、アルミニウム合金材を腐食液に浸漬してアルミニウムを溶解させ、アルミニウムよりも高い耐食性を有する合金元素で構成された晶出物が３次元的に連なる構造体を表層に露出させる。次に、アルミニウム合金材に対してアルミニウムよりも高い耐食性を有する防食材を含むコーティング液を塗布する。そして、コーティング液を硬化させて晶出物と防食材とを含む防食層を形成する。これにより、アルミニウム合金製部材１０には、アルミニウム部１１と合金元素の晶出物１２とで構成されるアルミニウム合金部１３を覆う防食層１４が形成される。防食層１４は、アルミニウム合金部１３における晶出物１２に連続する晶出物１２で構成される構造体１５と、構造体１５における晶出物１２間の隙間を埋めつつ該構造体１５を覆う防食体１６とによって構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと合金元素の晶出物とで構成されたアルミニウム合金部と、
前記アルミニウム合金部を覆う防食層とを備え、
前記防食層は、アルミニウムよりも高い耐食性を有する合金元素の晶出物で構成される構造体であって前記アルミニウム合金部における晶出物に連続する前記構造体と、アルミニウムよりも高い耐食性を有して前記構造体における晶出物と晶出物との間の隙間を埋める防食体とを有する
アルミニウム合金製部材。
【請求項２】
アルミニウム合金材を腐食液に浸漬してアルミニウムを溶解させ、アルミニウムよりも高い耐食性を有する合金元素で構成された晶出物を表層に露出させる腐食工程と、
前記腐食工程を経たアルミニウム合金材に対し、アルミニウムよりも高い耐食性を有する防食材を含むコーティング液を塗布する塗布工程と、
前記コーティング液を硬化させて、前記晶出物と前記防食材とを含む防食層を前記表層に形成する硬化工程とを備える
アルミニウム合金製部材の製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程において、前記腐食工程を経たアルミニウム合金材の雰囲気が減圧雰囲気に設定される
請求項２に記載のアルミニウム合金製部材の製造方法。
【請求項４】
前記塗布工程において、前記コーティング液が塗布されたアルミニウム合金材の雰囲気が減圧雰囲気と大気圧雰囲気とに繰り返し設定される
請求項３に記載のアルミニウム合金製部材の製造方法。
【請求項５】
前記防食材が熱硬化性樹脂を含み、前記硬化工程では、前記コーティング液が塗布されたアルミニウム合金材が加熱される
請求項２〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金製部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１のように、ディーゼルエンジンを搭載した車両においては、車両の軽量化を図ることを目的の１つとして、インテークマニホールド等に鉄等の金属よりも比重の小さいアルミニウム合金が用いられている。また、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスに含まれる窒素酸化物を低減するべく、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置も実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７３５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＥＧＲ装置を搭載した車両においては、エンジンを停止しても吸入空気とＥＧＲガスとが混合した作動ガスがインテークマニホールドに残存している。そのため、作動ガスの温度が低下して作動ガス中の水分が結露すると、その結露した水分に作動ガス中の硫化物が溶解することでインテークマニホールドに硫酸が生成される。近年では、環境保全の見地からＥＧＲガスが増える傾向にあり、こうした硫酸の生成量も増える傾向にある。そのため、インテークマニホールドには、硫酸等の腐食液に対する耐食性を高めることが求められている。なお、こうした問題は、インテークマニホールドといった車両に用いられるアルミニウム合金製部材に限らず、腐食環境で使用されるアルミニウム合金製部材に共通する。
【０００５】
本発明は、耐食性を高めたアルミニウム合金製部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するアルミニウム合金製部材は、アルミニウムと合金元素の晶出物とで構成されたアルミニウム合金部と、前記アルミニウム合金部を覆う防食層とを備え、前記防食層は、アルミニウムよりも高い耐食性を有する合金元素の晶出物で構成される構造体であって前記アルミニウム合金部における晶出物に連続する前記構造体と、アルミニウムよりも高い耐食性を有して前記構造体における晶出物と晶出物との間の隙間を埋める防食体とを有する。
【０００７】
上記課題を解決するアルミニウム合金製部材の製造方法は、アルミニウム合金材を腐食液に浸漬してアルミニウムを溶解させ、アルミニウムよりも高い耐食性を有する合金元素で構成された晶出物を表層に露出させる腐食工程と、前記腐食工程を経たアルミニウム合金材に対し、アルミニウムよりも高い耐食性を有する防食材を含むコーティング液を塗布する塗布工程と、前記コーティング液を硬化させて、前記晶出物と前記防食材とを含む防食層を前記表層に形成する硬化工程とを備える。
【０００８】
上記構成によれば、腐食工程においてアルミニウムが溶解することにより、アルミニウム合金材の表層には、アルミニウムよりも耐食性の高い合金元素で構成される晶出物が露出する。次の塗布工程においては、アルミニウム合金材にコーティング液が塗布されることにより、表層に露出した晶出物の隙間に防食材が浸透する。そして、硬化工程においてコーティング液が硬化されることにより、表層には、晶出物によるアンカー効果によって剥離しにくく、かつ、晶出物と硬化した防食材とが複雑に絡み合った防食層が形成される。こうした防食層が形成されることにより、アルミニウム合金製部材の耐食性を向上させることができる。
【０００９】
上記アルミニウム合金製部材の製造方法は、前記塗布工程において、前記腐食工程を経たアルミニウム合金材の雰囲気が減圧雰囲気に設定されることが好ましい。
上記構成によれば、例えばコーティング液に塗布後に減圧雰囲気に設定されることにより、表層に露出している晶出物と晶出物との間の隙間に存在している気泡が外部へと排出されやすくなる。これにより、晶出物と晶出物との間の隙間がコーティング液に置換されやすくなることから、アルミニウム合金製部材の耐食性をより高めることができる。
【００１０】
上記アルミニウム合金製部材の製造方法は、前記塗布工程において、前記コーティング液が塗布されたアルミニウム合金材の雰囲気が減圧雰囲気と大気圧雰囲気とに繰り返し設定されることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、晶出物と晶出物との間の隙間がより確実にコーティング液に置換される。これにより、アルミニウム合金製部材の耐食性をより確実に高めることができる。
上記アルミニウム合金製部材の製造方法は、前記防食材が熱硬化性樹脂を含み、前記硬化工程では、前記コーティング液が塗布されたアルミニウム合金材が加熱されるとよい。
【００１２】
上記構成によれば、防食材が熱硬化性樹脂を含むことから防食層の耐熱性を高めることができる。また、硬化した熱硬化性樹脂によって他の材料を防食層に保持することができる。そのため、硬化性を有していない材料を防食材として使用することができる。その結果、防食材に適用可能な材質の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アルミニウム合金製部材の一実施形態の表層部分を撮像した画像の一例を示す図。
【図２】アルミニウム合金製部材の製造工程の一例を示すフローチャート。
【図３】（ａ）腐食工程が行われる前のアルミニウム合金材の表層部分を示す模式図、（ｂ）腐食工程が行われた後のアルミニウム合金材の表層部分を示す模式図、（ｃ）塗布工程が行われた後のアルミニウム合金材の表層部分を示す模式図。
【図４】減圧システムの一例を示す模式図。
【図５】（ａ）大気圧雰囲気における気泡周辺を示す模式図、（ｂ）減圧雰囲気における気泡周辺を示す模式図、（ｃ）減圧雰囲気後の大気圧雰囲気における気泡周辺を示す模式図。
【図６】硫酸腐食試験の結果の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図６を参照して、アルミニウム合金製部材およびアルミニウム合金製部材の製造方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、アルミニウム合金製部材１０は、アルミニウムを主成分として例えばケイ素等の合金元素が添加されたアルミニウム合金材から製造される。アルミニウム合金製部材１０は、アルミニウム部１１と合金元素で構成される晶出物１２とを有するアルミニウム合金部１３と、アルミニウム合金部１３を覆う表層である防食層１４とを有している。防食層１４は、アルミニウム合金部１３における晶出物１２に連続する晶出物１２で構成される構造体１５と、構造体１５における晶出物１２間の隙間を埋めつつ該構造体１５を覆う防食体１６とによって構成されている。防食体１６は、アルミニウムよりも耐食性が高い材料で形成されており、防食層１４が表層に形成されることでアルミニウム合金製部材１０の耐食性を向上させることができる。なお、防食層１４の厚さは４０〜５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
上述したアルミニウム合金製部材は、ディーゼルエンジンを搭載した車両において、吸気通路を構成するインテークマニホールドやインテークパイプの一部、排気通路と吸気通路とを接続してＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路等に用いられる。
【００１６】
図２〜図５を参照して、上述した防食層を有するアルミニウム合金製部材の製造方法について説明する。防食層は、アルミニウム合金材に対して防食処理が行われることにより形成される。アルミニウム合金材は、例えばダイカスト法によって作製された鋳造品に対して必要に応じて機械加工が施されたものである。
【００１７】
図２に示すように、防食処理は、準備工程（ステップＳ１１）、腐食工程（ステップＳ１２）、塗布工程（ステップＳ１３）、硬化工程（ステップＳ１４）を備えている。
準備工程（ステップＳ１１）は、不要な防食層の形成を回避するための工程であり、防食層の不要な部分に対してマスク等が行われる工程である。なお、この準備工程は、アルミニウム合金材の表面全体に防食層を形成する場合には割愛することも可能である。
【００１８】
腐食工程（ステップＳ１２）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、アルミニウム合金材２０に対して腐食処理がなされる工程である。図３（ａ）に示すように、アルミニウム合金材２０は、アルミニウムからなるアルミニウム部１１とアルミニウム部１１よりも耐食性の高い合金元素で構成されて３次元的に連なる晶出物１２とを含んでいる。図３（ｂ）に示すように、腐食処理は、こうしたアルミニウム合金材２０を腐食液に浸漬してアルミニウム部１１のアルミニウムを溶解させることにより、３次元的に連なる晶出物１２で構成された構造体１５を表層に露出させる処理である。
【００１９】
塗布工程（ステップＳ１３）は、図３（ｃ）に示すように、腐食処理がなされたアルミニウム合金材２０に対してコーティング液２１を塗布する工程である。コーティング液２１は、例えば、水や有機溶媒等の溶媒に対して防食材や硬化剤等を添加した液状体である。防食材は、熱硬化性を有しているものが好ましく、例えば、有機材料であればフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、無機材料であればケイ酸ナトリウムが好ましい。塗布方法としては、例えば、刷毛を用いた方法、スプレーを用いた方法、コーティング液にアルミニウム合金材を浸漬する方法等が挙げられる。
【００２０】
また、図４に示すように、塗布工程（ステップＳ１３）では、アルミニウム合金材の雰囲気が大気圧よりも低い減圧雰囲気に設定されることが好ましい。減圧雰囲気は、例えば、減圧システム２５によって実現される。この減圧システム２５は、チャンバ２６とチャンバ２６内を減圧可能な真空装置２７とを備えている。そして、例えばコーティング液２１にアルミニウム合金材２０を浸漬させた容器２８をチャンバ２６に設置したのち真空装置２７によってチャンバ２６内を減圧することで、塗布工程における減圧雰囲気が実現される。なお、チャンバ２６内には、コーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材２０が設置されればよく、コーティング液２１に浸漬中のアルミニウム合金材２０に限らず、例えばスプレー等によってコーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材が設置されてもよい。
【００２１】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、コーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材２０の雰囲気が減圧雰囲気に設定されることにより、構造体１５における晶出物１２間の隙間に残存している気泡３０が排出されやすくなる。そして、図５（ｃ）に示すように、減圧雰囲気のあとに大気圧雰囲気に設定されることにより、減圧雰囲気によって排出された気泡３０の部分をコーティング液２１に置換することができ、これにより、構造体１５の細部にまでコーティング液２１を浸透させることができる。
【００２２】
なお、こうした減圧雰囲気と大気圧雰囲気とが複数回繰り返されることが好ましい。こうした構成によれば、減圧雰囲気下における気泡３０の排出と大気雰囲気下におけるコーティング液２１への置換とが繰り返し行われることから、構造体１５の細部にまでコーティング液２１を浸透させることができるという効果をより顕著に得ることができる。
なお、塗布工程に先立ち、アルミニウム合金材２０の表面に付着している腐食液や異物等を除去するべく、アルミニウム合金材２０を十分に洗浄することが好ましい。
【００２３】
硬化工程（ステップＳ１４）は、コーティング液２１を硬化させる工程である。例えば、防食材が熱硬化性を有する場合には、コーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材２０を加熱してコーティング液２１の溶媒等を蒸発させるとともに防食材を硬化させる。これにより、アルミニウム合金材２０の表層には、図１に示したように、３次元的に連なった晶出物１２の構造体１５と硬化した防食体１６とが複雑に絡み合った防食層１４が形成される。
【実施例】
【００２４】
上述したアルミニウム合金製部材の製造方法の実施例、および、実施例によって得られたアルミニウム合金製部材の試験片に対して行った耐食性試験について説明する。
この実施例では、アルミニウム合金材として、合金元素に４質量％以上のケイ素が添加されているＡＤＣ１２（ＪＩＳ  Ｈ５３０２：２００６）を用いた。
【００２５】
腐食工程（ステップＳ１２）では、２０〜８０質量％の濃度を有し、かつ、８０〜１４０℃に保温された硫酸にアルミニウム合金材を１〜２時間浸漬することにより腐食処理を行った。
【００２６】
塗布工程（ステップＳ１３）では、十分に洗浄したアルミニウム合金材をコーティング液に浸漬したまま、１０００Ｐａ以下の減圧雰囲気に５分以上保持したのち、大気圧雰囲気に復帰させた。コーティング液には、中央発明研究所製のテクニシールＢＰ−３に対して熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を添加して粘度を５０〜７０ｍＰａ・ｓに設定したものを用いた。このテクニシールＢＰ−３は、溶媒である水に対してケイ酸ナトリウムが溶解しているものである。このコーティング液において、防食材は、ケイ酸ナトリウムとエポキシ樹脂とによって構成される。
【００２７】
次の硬化工程（ステップＳ１４）では、塗布工程が終了したアルミニウム合金材を加熱チャンバへと移動し、加熱チャンバ内を１００℃に１時間以上保持した。これにより、４０〜５０μｍの防食層を表層に有するアルミニウム合金製部材を得た。
【００２８】
上述したアルミニウム合金製部材を試験片として行った耐食性試験について説明する。
この耐食性試験は、硫酸露点条件を満たす硫酸である腐食液に上記試験片を１時間浸漬し、試験前後の重量変化に基づいて腐食速度を算出した。
【００２９】
図６に硫酸腐食試験の試験結果の一例を示す。図６において、比較例は防食処理を行っていないアルミニウム合金材（ＡＤＣ１２）であり、実施例は上述した防食処理を行ったアルミニウム合金材である。また、図６に示す浸漬温度と硫酸濃度との組合せは硫酸露点条件を満たすものである。
【００３０】
図６に示すように、浸漬温度が４０℃においては比較例と実施例ともに同じような値の腐食速度が得られたが、浸漬温度が６０℃以上においては、実施例の腐食速度が比較例の腐食速度の１／４以下であることが認められた。すなわち、アルミニウム合金材に対して上述した防食処理を行うことにより、アルミニウム合金製部材の耐食性が向上することが認められた。
【００３１】
上記実施形態のアルミニウム合金製部材およびその製造方法によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）腐食工程（ステップＳ１２）においてアルミニウム部１１のアルミニウムが溶解することによって、アルミニウムよりも耐食性の高い合金元素で構成される晶出物１２が３次元的に連なる構造体１５がアルミニウム合金材２０の表層に露出する。次の塗布工程（ステップＳ１３）では、晶出物１２が形成する構造体１５の隙間にコーティング液２１が浸透する。そして、硬化工程（ステップＳ１４）でコーティング液２１が硬化されることで、アルミニウム合金材２０の表層には、晶出物１２によるアンカー効果によってアルミニウム合金部１３から剥離しにくく、かつ、構造体１５と防食体１６とが複雑に絡み合った防食層１４が形成される。こうした防食層１４が形成されることにより、アルミニウム合金製部材の耐食性を向上させることができる。そのうえ、例えば防食層を形成する際にアルマイト処理といった表面処理が必要な方法に比べて、簡便で安価な方法でアルミニウム合金製部材の耐食性を向上させることができる。
【００３２】
（２）塗布工程（ステップＳ１３）において、コーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材２０の雰囲気が減圧雰囲気に設定される。これにより、構造体１５から気泡３０が排出されやすくなり、構造体１５における晶出物１２間の隙間がコーティング液２１に置換されやすくなる。これにより、アルミニウム合金製部材の腐食性をより高めることができる。
【００３３】
（３）塗布工程（ステップＳ１３）において、コーティング液２１が塗布されたアルミニウム合金材２０の雰囲気が減圧雰囲気と大気圧雰囲気とに繰り返し設定される。これにより、構造体１５における晶出物１２間の隙間がさらにコーティング液２１に置換されやすくなる。これにより、アルミニウム合金製部材の耐食性がより確実に高まる。
【００３４】
（４）防食材が熱硬化性樹脂を含むことにより、防食層１４の耐熱性を高めることができる。また、アルミニウム合金材２０を加熱するだけで硬化することから、コーティング液２１の硬化を容易に行うことができる。しかも、コーティング液２１の粘度調整を容易に行うこともできる。また例えば、硬化した熱硬化性樹脂によって他の材料を防食層１４に保持することが可能となる。そのため、硬化性を有していない材料を防食材として使用することもできる。その結果、防食材に適用可能な材質の自由度を高めることもできる。
【００３５】
（５）アルミニウム合金材２０が４質量％以上のケイ素を含むことにより、防食層１４を形成可能な晶出物１２の構造体１５をより確実に得ることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・アルミニウム合金材は、合金元素として４質量％以上のケイ素を含むものに限らず、合金元素としてアルミニウムよりも高い耐食性を有して腐食工程によって構造体１５を形成するものを含んでいればよい。
【００３６】
・塗布工程は、コーティング液が塗布されたアルミニウム合金材の雰囲気が減圧雰囲気と大気雰囲気とに交互に繰り返される構成に限られない。例えば、塗布工程と硬化工程とが減圧雰囲気で連続して行われてもよい。こうした構成であっても、上記（２）に記載した作用効果を得ることができる。また、塗布工程は、大気圧雰囲気で行われてもよい。
【００３７】
・防食材は硬化性を有していればよく、熱硬化性に限らず、光硬化性を有していてもよい。また、防食材が熱硬化性を有している場合、硬化工程においてアルミニウム合金材を加熱する時間や温度はその防食材の材質に応じて適宜変更可能である。
【００３８】
・塗布工程においては、減圧雰囲気下にあるアルミニウム合金に対してコーティング液が塗布されてもよい。こうした構成によれば、構造体１５における晶出物１２間の隙間が真空状態に近いことから、該隙間に対してコーティング液が浸透しやすくなる。
【符号の説明】
【００３９】
１０…アルミニウム合金製部材、１１…アルミニウム部、１２…晶出物、１３…アルミニウム合金部、１４…防食層、１５…構造体、１６…防食体、２０…アルミニウム合金材、２１…コーティング液、２５…減圧システム、２６…チャンバ、２７…真空装置、２８…容器、３０…気泡。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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