(57)【要約】      （修正有）【課題】毒物及び劇物取締法に該当しない処理浴を用いた陽極酸化処理方法、及び該方法によって短時間で得られる硬質な陽極酸化皮膜を提供する。【解決手段】処理浴２中に浸漬した、アルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品１に電圧を印加することによるアルミニウム又はアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法であって、前記処理浴を、ヒドロキシ酸水溶液とし、前記電圧を、２７０Ｖ以上の値として調整するようにしてなることを特徴とする陽極酸化処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理浴中に浸漬した、アルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品に電圧を印加することによるアルミニウム又はアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法であって、
前記処理浴を、ヒドロキシ酸水溶液とし、
前記電圧を、２７０Ｖ以上の値として調整するようにしてなることを特徴とする陽極酸化処理方法。
【請求項２】
前記ヒドロキシ酸水溶液の濃度が、１０ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化処理方法。
【請求項３】
前記ヒドロキシ酸が、クエン酸、イソクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、及び乳酸からなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の陽極酸化処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の陽極酸化処理方法によって形成されたことを特徴とする陽極酸化皮膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に施す陽極酸化皮膜及びその皮膜を得るための陽極酸化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン部品等に使用されるアルミニウム合金部材における耐久性及び耐摩耗性を向上させる方法の一つとして、アルミニウム合金部材の表面に、陽極酸化処理を施すことにより、硬質な陽極酸化皮膜を形成する方法が行われている。その中でも、特に硬質な（皮膜硬さが４５０ＨＶ以上の）超硬質陽極酸化皮膜を得るためには、陽極酸化処理浴としてシュウ酸が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、処理浴としてシュウ酸を用い、電圧１００〜５００Ｖで約２０分の陽極酸化処理を施した後、１００〜３００℃の雰囲気中で１５〜３００分間の加熱処理を行うことで、皮膜硬さが５００ＨＶを超える陽極酸化皮膜を得ている。
【０００４】
しかし、シュウ酸は、毒性物質であり、かつ、毒物及び劇物取締法の劇物に該当するため、周辺及び作業環境の安全、廃液処理のための厳重な配慮が必要である。また、薬液と廃液処理のコストが高いことも問題である。
【０００５】
一方、硬質な陽極酸化皮膜を得るために、シュウ酸のみを処理浴として用いる方法の代替案として、硫酸を主とした処理浴に、シュウ酸又はクエン酸等のヒドロキシ酸を添加することによって、陽極酸化処理を行う方法が行われている（例えば、特許文献２）。上記したように、シュウ酸を単体で用いる方法では、硬質な陽極酸化皮膜が得られることから、毒物及び劇物取締法に該当しないクエン酸等のヒドロキシ酸を処理浴としても、硬質な陽極酸化皮膜が得られると考えられていた。しかし、従来の陽極酸化処理方法において処理浴をヒドロキシ酸とした場合、約１００Ｖの印加電圧では無孔質の薄い皮膜、もしくは、１００〜３００Ｖの印加電圧での陽極火花放電では白い軟質の皮膜（特許文献３）しか得られなかった。さらに、特許文献３では、処理時間が１０分以上と長いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２８１８７号公報
【特許文献２】特開平１２−２６９９７号公報
【特許文献３】特許第４０９８９７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、毒物及び劇物取締法に該当しない処理浴を用いた陽極酸化処理方法、及び該方法によって短時間で得られる硬質な陽極酸化皮膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、処理浴中に浸漬した、アルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品に電圧を印加することによるアルミニウム又はアルミニウム合金部材の陽極酸化処理方法であって、前記処理浴を、ヒドロキシ酸水溶液とし、前記電圧を、２７０Ｖ以上の値として調整するようにしてなることを特徴とする陽極酸化処理方法が提供される。
前記ヒドロキシ酸水溶液の好適な濃度は、１０ｇ／Ｌ以上の範囲である。
前記ヒドロキシ酸の好適なものとして、クエン酸、イソクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、及び乳酸からなる群から選択されることが挙げられる。
また、本発明によれば、前記陽極酸化処理方法によって形成された陽極酸化皮膜が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の陽極酸化処理方法によれば、硬質な陽極酸化皮膜を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の陽極酸化処理方法を実施する電解装置の概略図である。
【図２】処理浴の濃度による皮膜硬さの変化の関係を示すグラフである。
【図３】処理浴の温度による皮膜硬さの変化の関係を示すグラフである。
【図４】印加電圧による皮膜硬さの変化の関係を示すグラフである。
【図５】印加電圧による皮膜硬さの変化の関係を示すグラフである。
【図６】処理部品と陰極との距離による皮膜硬さの変化の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る陽極酸化処理方法についてその一実施の形態を説明する。
本発明の一実施形態による陽極酸化処理方法は、処理浴と電源とを備える電解装置により実施することができる。図１に本実施形態に係る陽極酸化処理方法に用いる電解装置の一例を示す。図１に示す装置は、処理浴２と、陽極電送線３と、対の陰極板４と、陰極電送線５と、電源６とから構成され、主にアルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品１を取り付けることができるようになっている。
【００１２】
処理部品１は、陽極酸化処理対象となるものである。処理対象となるのは、アルミニウム又はアルミニウム合金部材である。用途により、Ｓｉ等の添加物や、その他の不純物、あるいはそれらの両方が含まれているものであってもよく、含まれていないものであってもよい。アルミニウム合金部材には、例えば、アルミ鋳造材、アルミニウムダイカスト材、アルミニウム展伸材等がある。また、かかるアルミニウム又はアルミニウム合金部材の形状は、板状、棒状等があるが、特に限定されるものではない。
【００１３】
本実施形態においては、処理浴は、ヒドロキシ酸水溶液である。これは、毒物及び劇物取締法に該当せず、周辺及び作業環境の安全、廃液処理の観点から好適である。ヒドロキシ酸としては、クエン酸、イソクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、及び乳酸等が挙げられる。
【００１４】
処理浴２は十分な攪拌を行うことができる機構を備えている。発生する泡等による局所的な焼けを防ぐためである。処理液の攪拌を十分に行うことで、皮膜が均一に成長することを補助することができる。また、処理浴２は十分な冷却を行うことができる機構を備えている。高い電圧を印加することによって処理浴に高い電力が加わり、これに伴って高いジュール熱が発生するため、処理浴の温度を一定に保つためには、処理浴を十分に攪拌し、かつ冷却することが必要である。
【００１５】
陰極板対４及び４ａは処理部品を中心に、処理浴２中に、対向に配置される。処理浴に浸漬する各陰極板４及び４ａは、処理部品の表面積の２０倍以上の表面積を処理液中に浸漬することができるものが好ましい。均一な皮膜を得るために適切だからである。
処理浴中に配置される陰極板と処理部品との距離は、接触せず、かつ１５０ｍｍ以下であることが好ましい。この距離が近くとも接触しなければ、より硬い皮膜を得られるからであり、遠くとも１５０ｍｍ以下であれば、３５０ＨＶ以上の硬質陽極酸化皮膜を生成可能な条件となるからである。
【００１６】
陽極電送線３は、アルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品１を、電源６の陽極側に結線し、陰極電送線５は、陰極板４を電源６の陰極側に結線するものである。陽極、陰極への陽極電送線３、陰極電送線５は、処理部品１及び陰極板４及び４ａの表面積１ｄｍ２あたりに、２０Ａ以上の電流をストレスなく送電できるものを用いることができる。具体的には、電送線としては、銅線、銅板等を用いることができる。
【００１７】
本実施形態における電解方法は、直流法、交直重畳法、ＰＲ法、パルス法、特許第４０７５９１８号に記載の方法のいずれの方法で行ってもよい。
【００１８】
次に、図１に示す装置を用いた陽極酸化処理方法の各工程について説明する。
まず、処理浴中に浸漬したアルミニウム又はアルミニウム合金部材からなる処理部品１に陰極電送線５を取り付けて、処理浴２に浸漬する。
プラス電圧を印加する工程では、この状態で、処理部品１にプラス電圧を印加して電解処理を行う。
【００１９】
皮膜厚さは用途によって異なり、例えば、２０〜１００μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。
【００２０】
印加電圧の波形はサイン波、矩形波（パルス波）、三角波など、特に限定されない。また、繰返し印加する電圧は一定とすることが好ましい。皮膜厚さを処理時間で調節できるためである。
【００２１】
本実施形態における印加電圧は２７０Ｖ以上であり、その上限値は１０００Ｖである。この範囲であれば、３５０ＨＶ以上の硬質陽極酸化皮膜を生成可能となるからである。電解方法が直流法以外の場合では、陽極の最高電圧を印加電圧とすることができる。
【００２２】
本実施形態における処理時間は、１０分までの範囲で処理することが好ましい。この範囲であれば、３５０ＨＶ以上の硬質陽極酸化皮膜を生成可能となるからである。
【００２３】
本実施形態における処理浴の濃度は１０ｇ／Ｌ以上であることが好ましく、その上限値は３００ｇ／Ｌであることが好ましい。処理浴の濃度が低くとも１０ｇ／Ｌ以上であれば、得られる陽極酸化皮膜が軟質となることはなく、高くとも３００ｇ／Ｌ以下であれば、陽極酸化皮膜の処理浴への溶解が進むことはないからである。
【００２４】
本実施形態における処理浴の温度は、０〜１００℃の範囲であればいずれであっても良く、より好ましくは０〜６０℃である。この範囲であれば、皮膜硬さが４５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を安定して得ることができるからである。
【００２５】
以上のような本発明に係る陽極酸化処理方法によって、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上で、かつ膜厚の厚い陽極酸化皮膜を短時間で得ることができる。さらに好ましい陽極酸化処理方法では、皮膜硬さが４５０ＨＶ以上で、かつ膜厚の厚い陽極酸化皮膜を短時間で得ることができる。
【００２６】
本発明に係る陽極酸化処理方法によって得られる陽極酸化皮膜の外観は、処理部品としてアルミニウムを用いた場合では黒色であり、アルミニウム合金部材を用いた場合では灰色から黒色である。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例等を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
試験例１（処理浴の濃度依存性）
純アルミニウムをテストピースとして、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、処理浴の濃度による皮膜硬さの変化について試験を行った。処理浴は、１０〜１００℃のクエン酸水溶液を用いた。印加電圧は４５０Ｖと５００Ｖとなるように印加し、処理時間は１、２、３分間で処理した。
得られた陽極酸化皮膜の膜厚については、Ｆｉｓｃｈｅｒ製渦電流式膜厚測定器を用いて測定した。
得られた陽極酸化皮膜の皮膜硬さについては、島津製作所製ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２１１を用いて、得られた皮膜の表面からの計装化押込み試験による測定値を、ビッカース硬さに換算した値とした。
試験例１の結果を図２及び表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
図２及び表１の結果は、処理浴の濃度が１０ｇ／Ｌ以上のとき、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を得ることができることを示している。また、皮膜硬さが４５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を得るためには、処理浴の濃度は１０〜３００ｇ／Ｌであることが了解される。
なお、試験例には示していないが、処理浴としてリンゴ酸等のその他のヒドロキシ酸を用いた場合においても、試験例１と同様の結果が得られたことを本発明者らは確認している。
【００３０】
試験例２（処理浴の温度依存性）
純アルミニウムをテストピースとして、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、処理浴の温度による皮膜硬さの変化について試験を行った。処理浴は、２０、５０、１００、２００ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。印加電圧は４５０Ｖと５００Ｖとなるように印加し、処理時間は１分間と３分間で処理した。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。試験例２の結果を図３及び表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
図３及び表２の結果は、処理浴の温度が０〜１００℃の範囲であればいずれであっても、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を得ることができることを示している。また、皮膜硬さが４５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を安定して得るためには、処理浴の温度は０〜６０℃であることが了解される。
【００３３】
試験例３（電圧の依存性）
純アルミニウムをテストピースとして、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、印加電圧による皮膜硬さの変化について試験を行った。処理浴は、１０℃と２０℃、２０、５０、１００ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。処理時間は１〜３分間で処理した。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。試験例３の結果を図４及び表３に示す。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
図４及び表３の結果は、印加電圧が２７０Ｖ以上のとき、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を短時間で得ることができることを示している。また、実用的には、印加電圧は５００Ｖ程度まで用いることが可能であるが、１０００Ｖの印加電圧においても、硬質な陽極酸化皮膜を生成することを本発明者らは確認している。
【００３６】
試験例４（電圧の依存性）
処理浴としてリンゴ酸水溶液を用いたことを除いて、試験例３と同様に行った。
試験例４の結果を図５及び表４に示す。
【００３７】
【表４】
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【００３８】
図５及び表４の結果は、リンゴ酸水溶液でも、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を得ることができることを示している。
【００３９】
試験例５（処理部品と陰極との距離の依存性）
純アルミニウムを処理部品として、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、処理部品と陰極との距離による皮膜硬さの変化について試験を行った。処理浴は、１０℃、２０ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。電圧は４５０Ｖとなるように印加し、処理時間は２分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。試験例５の結果を図６に示す。
【００４０】
図６の結果は、陰極は処理部品に対し、より近接している方が皮膜硬さの高い陽極酸化皮膜を得ることができることを示している。この結果から、処理部品と陰極との距離は、接触せず、かつ１５０ｎｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の陽極酸化皮膜を得ることが了解される。
【００４１】
実施例１
純アルミニウムにおいて、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、２０℃、５０ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。電圧は直流法により４５０Ｖとなるように印加し、処理時間は２分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
【００４２】
実施例２
純アルミニウムにおいて、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、０℃、２０ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。電圧は直流法により４５０Ｖとなるように印加し、処理時間は１分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
【００４３】
実施例３
アルミニウム合金展伸材Ａ５０５２において、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、２０℃、５０ｇ／Ｌのクエン酸水溶液を用いた。電圧は直流法により４５０Ｖとなるように印加し、処理時間は２分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
実施例１〜３の結果を表５に示す。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
表５より、実施例１において得られた陽極酸化皮膜の膜厚は７８μｍであった。また、皮膜硬さは５１６ＨＶであった。実施例２において得られた陽極酸化皮膜の膜厚は８１μｍであった。また、皮膜硬さは５１８ＨＶであった。実施例３において得られた陽極酸化皮膜の膜厚は８μｍであった。また、皮膜硬さは４００ＨＶであった。これらの結果から、本発明に係る陽極酸化処理方法によって短時間で得られた膜厚の厚い陽極酸化皮膜は、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の硬質陽極酸化皮膜であることが確認された。さらには、本発明に係る陽極酸化処理方法によって短時間で得られた膜厚の厚い陽極酸化皮膜は、より好ましい条件下においては、皮膜硬さが４５０ＨＶ以上の超硬質陽極酸化皮膜であることが確認された。
【００４６】
実施例４
純アルミニウムにおいて、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、２０℃、５０ｇ／Ｌの酒石酸水溶液を用いた。電圧は直流法により４５０Ｖとなるように印加し、処理時間は２分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
【００４７】
比較例１
純アルミニウムにおいて、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、ヒドロキシ酸ではない有機酸としてフマル酸を用い、温度は２０℃、処理浴の濃度は６ｇ／Ｌとした。フマル酸水溶液は、ヒドロキシ酸に比べ電流が流れやすく、高い電圧を確保するためには、濃度を低くしなければならなかった。電圧は４００Ｖとなるように印加し、処理時間は３分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
【００４８】
比較例２
純アルミニウムにおいて、本発明に係る陽極酸化処理方法により陽極酸化処理を行い、得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さを測定した。処理浴は、ヒドロキシ酸ではない有機酸として酢酸を用い、温度は２０℃、処理浴の濃度は１ｇ／Ｌとした。電圧は５００Ｖとなるように印加し、処理時間は３分間とした。得られた陽極酸化皮膜の膜厚及び皮膜硬さについては、試験例１と同様の方法で測定した。
実施例４及び比較例１、２の結果を表６に示す。表６には、参考として実施例１の結果も合わせて示す。
【００４９】
【表６】
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【００５０】
表６より、実施例４において得られた陽極酸化皮膜の膜厚は６６μｍであった。また、皮膜硬さは４１６ＨＶであった。比較例１において得られた陽極酸化皮膜の膜厚は極薄かった。また、皮膜硬さは軟質であった。比較例２においては、陽極酸化皮膜は生成せず、膜厚及び皮膜硬さの測定は行えなかった。これらの結果から、処理浴としてヒドロキシ酸を用いた陽極酸化処理を行うことによって短時間で得られた膜厚の厚い陽極酸化皮膜は、皮膜硬さが３５０ＨＶ以上の硬質陽極酸化皮膜であることが確認された。
【符号の説明】
【００５１】
１  処理部品
２  処理浴
３  陽極電送線
４、４ａ  対の陰極線
５  陰極電送線
６  電源
【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】
2011122217.tif 000013
【図６】
2011122217.tif 000014