(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板に耐腐食および耐摩耗の処理を施す方法であって、
ゾル−ゲル層（２０’）を形成するゾル−ゲル処理ステップと、
ゾル−ゲル処理ステップの後に硬質酸化物層（３０）を形成する硬質酸化処理ステップと、
ゾル−ゲル処理ステップの前に追加の酸化物層（１４０）を形成する追加の酸化処理ステップと、
を基板（１０）に施すことを含み、
ゾル−ゲル処理ステップと硬質酸化処理ステップとの間に実施される機械加工ステップをさらに含み、機械加工ステップの間、処理のための少なくとも１つの区域（Ｕ）が、この区域（Ｕ）から少なくともゾル−ゲル層（２０）を除去するように機械加工される、
方法。
【請求項２】
硬質酸化処理ステップが硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）ステップである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
追加の酸化処理ステップが、硫酸を使用したアノード酸化処理（ＳＡＯ）、酒石硫酸によるアノード酸化処理、またはリンによるアノード酸化処理である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ゾル−ゲル処理ステップが、追加の酸化層（１４０）を埋める事前のステップ無しに、追加の酸化物層上で行われ、
ゾル−ゲル処理ステップ中、ゾル−ゲル（１２０）が追加の酸化物層（１４０）の細孔（１４１）内に入り込む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
使用されるゾル−ゲルの少なくとも一部分が、グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板に、耐腐食および耐摩耗処理を施す方法に関する。本開示は、そのような処理方法によって得られたコーティングを含む機械部品、ならびにそのような機械部品を含むタービンエンジンおよび着陸装置にも関する。
【０００２】
そのような方法は、具体的には、航空分野において、航空機またはヘリコプタの、腐食と摩耗とに同時にさらされる特定の機械部品の保護に特に有用である。
【背景技術】
【０００３】
タービンエンジン、特にヘリコプタ用のタービンエンジンにおいて、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された特定の部品は、腐食による制約と摩耗による制約とを同時に受ける。たとえば、燃料調整システムの特定の部品は、他の部品に対して滑動する必要があり、それによって摩擦が生じる。さらに、燃料が繰り返し通過することにより、それら部品の腐食につながる場合がある。したがって、これら摩擦区域および／または腐食区域は、特に耐摩耗処理がされる必要がある。さらに、それら同じ部品は、腐食性である場合がある外部の環境にも接触する。腐食性である場合がある外部の環境は、具体的には水蒸気が存在する中であり、最も著しくは、具体的には海に近い場合である、塩分が含まれる条件である。したがって、それら部品は、その部品の耐摩耗処理が施されていない区域全域に、耐腐食処理が施されることも必要である。
【０００４】
そのような保護を提供するために、部品上にクロムのアノード酸化処理を実施して、耐腐食保護処理を施す第１のステップと、次いで、耐摩耗処理がされる区域上に、硬質アノード酸化処理が実施される第２のステップと、が含まれる方法が知られている。
【０００５】
とはいうものの、クロムのアノード酸化処理を実施するために使用される溶液は、特定の危険成分、具体的にはＣｒ  ＶＩを含んでいる。この成分は、ＲＥＡＣｈ規制により、すぐに禁止されることになる。
【０００６】
そのように状況下では、ＲＥＡＣｈ規制に対応するために考案された別の方法により、クロムのアノード酸化処理ステップを、硫酸を使用したアノード酸化処理ステップと置き換えることを試みる。
【０００７】
とはいうものの、硬質アノード酸化処理溶液は、この方法で得られた酸化物層を分解することが可能であり、このため、保護されるべき耐腐食酸化物層の区域を保護するために、ワックスでマスキングする中間ステップが必須となる。これは、最終部品を得るために、硬質アノード酸化処理の後に部品からワックスを取り除く最終ステップをも追加する。これらの追加のステップは、長く、高額で、かつ困難であり、したがって、この方法の全体の有効性および利益率を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、上述の既知の方法固有の欠点による損害を受けないか、少なくともある程度は損害が軽減される、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板に耐腐食および耐摩耗の処理を施す方法に対する実質的な需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板に耐腐食および耐摩耗処理を施す方法であって、ゾル−ゲル層を形成するゾル−ゲル処理ステップと、ゾル−ゲル処理ステップの後に硬質酸化物層を形成する硬質酸化処理ステップと、を基板に施すことを含む方法に関する。
【００１０】
本開示において、「層」との用語は、本開示の耐腐食および耐摩耗処理方法によって得られたコーティング内の、所与の構成の領域を指す。「層」との用語は、たとえば基板を酸化処理することにより、基板上に堆積された層、または最初の基板の層内に形成された層であってもよい。
【００１１】
さらに、本開示では、各層は必ずしも互いに対して積層されておらず、いくつかの層は、他の層に対し重ねられるのではなく、並置されていてもよい。特に、硬質酸化物層は、ゾル−ゲル層に隣接するが、それにもかかわらず重ならないように設けられ得る。
【００１２】
ゾル−ゲル処理を使用したそのような方法により、主にゾル−ゲルによって与えられる耐腐食性、および主に硬質酸化層によって与えられる耐摩耗性の、極めて良好な特性を付与する、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された機械部品のためのコーティングを極めて容易に得ることが可能になる。
【００１３】
ゾル−ゲル処理は今日、ガラス材料の分野においてよく知られており、溶融ステップを経ることなく、溶液内の分子前駆体を単に重合することによってガラス材料を得ることを可能にする。そのような処理は、混成有機／無機ガラスを合成するのに特に適している。この有機／無機化学構造、およびゾル−ゲルの強固な原子間結合により、外部の環境に対する良好なバリア特性がゾル−ゲル層に与えられ、また、それによって、極めて良好な腐食耐性がゾル−ゲル層に与えられる。これにより、たとえば海洋の条件、および、それによる塩気のある条件を含む大気腐食に機械部品が耐えることが可能になる。
【００１４】
さらに、このバリア効果により、通常、硬質酸化処理中に生じる機械部品の劣化を防止することが可能になる。そのような状況下では、硬質酸化処理溶液に長く浸された後であっても、コーティングの耐腐食特性が維持される。
【００１５】
ゾル−ゲルは有機化合物の含有量が大きいため、ゾル−ゲルはやはり、電気的に絶縁性である。そのような状況下では、硬質酸化処理において使用される電流はゾル−ゲル層を通過せず、したがって、このゾル−ゲル層の劣化を防止し、かつ、ゾル−ゲル層の下の基板の望ましくない酸化を防止する。ゾル−ゲル層は、こうして、硬質酸化処理に対して基板を保護するマスクを自然に形成する。この方法で、ゾル−ゲルによって処理されていないそれら区域のみ、またはゾル−ゲル層が除去されたそれら区域のみが硬質酸化処理される。この方法により、耐摩耗処理がされる層を形成することが容易になる。
【００１６】
さらに、既存のゾル−ゲルが広範囲にわたるため、所望の特性を与えるのに最も適しており、かつ、ＲＥＡＣｈ規制などの健康および環境の制約に最も適合するゾル−ゲルを選択することが可能である。
【００１７】
さらに、ゾル−ゲル処理は迅速かつ容易に実施することができる。このゾル−ゲル処理ステップは特に、現行の製造ラインに容易に組み込むことができ、かつ従来のクロムのアノード酸化処理ステップよりも速い。さらに、そのような方法は、処理される区域に近づくことが困難である部品上に処理を施す場合を含め、実施が容易である。
【００１８】
特定の実施態様では、硬質酸化処理ステップは硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）ステップである。ゾル−ゲル処理の使用は、そのような実施態様に特に有利であり、この理由は、ゾル−ゲルにより、酸に対する良好な耐性が与えられ、硬質アノード酸化処理用の酸溶液に部品が耐えることが可能になるためである。
【００１９】
他の実施態様では、硬質酸化処理ステップはマイクロアーク硬質酸化処理ステップである。このマイクロアーク硬質酸化処理ステップは、塩基性溶液の中で実施されることが好ましい。
【００２０】
特定の実施態様では、本方法は、ゾル−ゲル処理ステップの前に追加の酸化物層を形成する追加の酸化処理ステップをさらに含む。酸化物層をゾル−ゲル層に関連付ける、そのような２層による保護は、コーティングの腐食耐性を強化する役割を果たす。さらに、ゾル−ゲル層が硬質酸化処理溶液に対して追加の酸化物層を保護し、したがって、この追加の酸化物層の劣化を防止する。
【００２１】
特定の実施態様では、追加の酸化処理ステップは、硫酸を使用したアノード酸化（ＳＡＯ）、酒石硫酸によるアノード酸化（ｔａｒｔｒｏ−ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｎｏｄｉｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、またはリンによるアノード酸化である。
【００２２】
特定の実施態様では、ゾル−ゲル処理ステップは、追加の酸化物層を事前に埋めるステップ無しに、追加の酸化物層上で生じる。この穴埋めステップは必ずしも必要ではなく、この理由は、ゾル−ゲルがそれ自体で、追加の酸化物層の層内細孔を部分的に、または完全に埋めることができるためである。
【００２３】
特定の実施態様では、ゾル−ゲル処理ステップ中、ゾル−ゲルが追加の酸化物層の細孔内に入り込む。このことも、ゾル−ゲル層の追加の酸化物層上の接合を強化する。
【００２４】
特定の実施態様では、ゾル−ゲル処理ステップは、ゾル−ゲル堆積サブステップおよびゾル−ゲルベークサブ工程を含む。ベークは、ゾル−ゲルを硬化させる役割を果たす。
【００２５】
特定の実施態様では、ゾル−ゲル堆積サブステップは、基板をゾル−ゲル溶液に浸すことによって実施される。
【００２６】
他の実施態様では、ゾル−ゲル堆積サブステップは、基板上にゾル−ゲルを吹き付けることによって実施される。
【００２７】
特定の実施態様では、ベークサブ工程は、１００℃から２００℃の範囲、好ましくは、１３０℃から１５０℃の範囲で実施される。
【００２８】
特定の実施態様では、ベークサブ工程は４０分から６０分の間だけ継続される。
【００２９】
特定の実施態様では、使用されるゾル−ゲルの少なくとも一部は、グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含む。
【００３０】
特定の実施態様では、使用されるゾル−ゲルの少なくとも一部は、ＩＣＳによりＩＣ２３．５（登録商標）の名称で販売されたゾル−ゲルである。このゾル−ゲルは、ケロシンと接触する部品に特に適している。当然、同じ構成、または均等の構成を有する任意の他のゾル−ゲルが同様に良好に使用され得る。
【００３１】
他の実施態様では、使用されるゾル−ゲルの少なくとも一部分は、ＩＣＳにより１Ｋ−ＥＢＳｉｌ（登録商標）の名称で販売されたゾル−ゲルである。このゾル−ゲルは、作動液と接触する部品に特に適している。当然、同じ構成、または均等の構成を有する任意の他のゾル−ゲルが同様に良好に使用され得る。
【００３２】
具体的には、そのようなゾル−ゲルにより、ＩＳＯ規格９２２７の試験に従って、塩水噴霧に最低５００時間（ｈ）耐えることが可能になる。
【００３３】
特定の実施態様では、本方法は、ゾル−ゲル処理ステップと硬質酸化処理ステップとの間に実施される機械加工ステップをさらに含む。機械加工ステップの間、処理のための少なくとも１つの区域は、少なくともゾル−ゲル層をこの区域から除去するように機械加工される。そのようなステップにより、ゾル−ゲルで構成される電気絶縁層を局所的に除去することにより、基板の、特に耐摩耗処理がされる区域を新しくすることが可能であり、したがって、この区域に硬質酸化処理が施され得る。当然、特定の部品が、特に耐摩耗処理が施される複数の別個の区域を有してもよく、この場合、複数の別個の区域が機械加工され得る。この機械加工が原因で、得られたゾル−ゲル層および／または硬質酸化物層は不連続の場合がある。
【００３４】
特定の実施態様では、本方法は、クロムのアノード酸化処理（ＣＡＯ）ステップを含まない。
【００３５】
本開示は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板、ならびに上述の実施態様のいずれかに係る方法によって得られた耐腐食性および耐摩耗性のコーティングを備える機械部品をも提供する。
【００３６】
本開示は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基板、ゾル−ゲル層、およびアルミニウム酸化物層を有する機械部品をも提供する。
【００３７】
特定の実施形態では、本部品は、ゾル−ゲル層の下に位置する追加のアルミニウム酸化物層をも含む。
【００３８】
特定の実施形態では、ゾル−ゲルは追加の酸化物層の細孔内に存在する。
【００３９】
特定の実施形態では、ゾル−ゲルの少なくとも一部分は、上述のゾル−ゲルの内の１つである。
【００４０】
特定の実施形態では、ゾル−ゲル層および硬質酸化物層は、基板の表面において隣接しているが、重なり合っていない。
【００４１】
特定の実施態様では、ゾル−ゲル層は、１マイクロメートル（μｍ）から１０μｍの厚みを与える。
【００４２】
特定の実施形態では、硬質酸化物層は、４０μｍから１００μｍの厚みを与える。
【００４３】
特定の実施形態では、追加の酸化物層は、２μｍから１２μｍの厚みを与える。
【００４４】
本開示は、上述の実施形態のいずれかに係る機械部品を含むタービンエンジンにも関する。
【００４５】
本開示は、上述の実施形態のいずれかに係る機械部品を含む着陸装置をも提供する。
【００４６】
上述の特徴および利点などは、提案された方法の実施態様に関する以下の詳細の説明を読むことで明らかになる。この詳細な説明では、添付の図面を参照する。
【００４７】
添付の図面は概略的であり、第一に、本発明の原理を説明することを試みる。
【００４８】
図面において、各図面間で、同一の要素（または要素の各部分）は同じ参照符号によって識別される。さらに、異なる実施態様に属するが、類似の機能を与える要素（または要素の各部分）は、１００、２００等を加算した参照符号で図面において識別される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】本方法の第１の実施態様の一ステップを示す。
【図１Ｂ】本方法の第１の実施態様の一ステップを示す。
【図１Ｃ】本方法の第１の実施態様の一ステップを示す。
【図１Ｄ】本方法の第１の実施態様の一ステップを示す。
【図１Ｅ】本方法の第１の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ａ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ｂ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ｃ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ｄ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ｅ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【図２Ｆ】本方法の第２の実施態様の一ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明をより具体的にするために、添付の図面を参照して、本方法の実施態様が以下に詳細に記載される。本発明がこれら実施形態に限定されないことを想起されたい。
【００５１】
図１Ａから図１Ｅは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された基板１０にコーティングを施して、摩耗および腐食に対して保護することを試みる、本方法の第１の実施態様を示す。図１Ａに示される基板１０は、具体的には、ヘリコプタのタービンエンジン内の燃料を調整するための油圧機械式部品とすることができる。または、図１Ａに示される基板１０Ａは、着陸装置のハーフホイールを締結するためのフランジとすることができる。２つの例以外にも言及する。最初に、基板１０には、脱脂、すすぎ、および／または酸洗いのステップなどの予備準備ステップが施され得る。
【００５２】
基板１０の表面１０ａがこの方法で準備されると、液体ゾル−ゲル層２０が基板１０の表面１０ａに塗布される。ゾル−ゲルは、具体的には、ＩＣ２３．５（登録商標）の名称でＩＣＳによって市販されたゾル−ゲル、特に部品１がケロシンと接触することになる用途のためのゾル−ゲルであってもよい。同様に、このゾル−ゲルは、具体的には、１Ｋ−ＥＢＳｉｌ（登録商標）の名称でＩＣＳによって市販されたゾル−ゲル、特に部品１が作動液と接触することになる用途のためのゾル−ゲルであってもよい。当然、均等の構成であるか、耐腐食特性を与える他の構成の他のゾル−ゲルが、同様に良好に使用され得る。
【００５３】
液体ゾル−ゲル層２０は、塗料のように、基板１０の表面１０ａにブラシで塗布することができる。液体ゾル−ゲルは、たとえば塗料スプレーガンを使用して、基板１０の表面１０ａに対して吹き付けることもできる。別の例では、基板１０を液体ゾル−ゲル溶液に浸すことによって、ゾル−ゲルを同様に良好に堆積させることができる。
【００５４】
このゾル−ゲル堆積ステップが終了すると、オーブンの中で、図１Ｂに示す部品にベーク工程が施される。ベーク工程の間にゾル−ゲルが硬化される。このベーク工程は、オーブン内において、約１４０℃で５０分間継続して行われ得る。このベーク工程の終了時に、図１Ｃの部品が得られる。図１Ｃの部品では、固体化されたゾル−ゲル層２０’が基板１０を覆い、この固体ゾル−ゲル層２０’が、腐食に対する求められた保護を提供する。
【００５５】
このステップの終了時に、この部品の、特に耐摩耗処理をするための区域Ｕが機械加工され、それによって、基板１０を露出させるために、固体ゾル−ゲル層２０’を局所的に取り除く。図１Ｄに示すような、結果として得られた部品は、次いで、脱脂および／またはすすぎステップなどの準備ステップを施すことができる。
【００５６】
この方法で準備がされた部品は、次いで、硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）を施すために、硫酸溶液に浸される。硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）の間、耐摩耗処理を施すための、機械加工ステップにおいて露出された区域Ｕにおける基板１０の表層は、アルミナ層３０を形成するために酸化される。このアルミナ層３０は、区域Ｕにおける、部品１の耐摩耗特性を局所的に強化する役割を果たす。
【００５７】
この方法で得られた部品は、最後に、図１Ｅに示されるような最終部品を得るために、仕上げステップ、具体的には、すすぎまたは機械加工ステップが施され得る。そのような最終部品１は、このため、耐摩耗処理が施された区域Ｕ内の、４０μｍから１００μｍの厚みを有する硬質アルミナ層３０、および、区域Ｕの外側の、２μｍから１０μｍの厚みを有する固体化したゾル−ゲル層２０’を含み得る。そのようなゾル−ゲル層２０’は、塩水噴霧に５００時間を超える時間にわたり耐えることができる。
【００５８】
図２Ａから図２Ｆは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された基板１１０に、摩耗および腐食に対する保護を与えるコーティングを設けることを試みる、本方法の第２の実施態様を示す。
【００５９】
最初に、基板１１０は、脱脂、すすぎ、および／または酸洗いステップなどの予備準備ステップを施され得る。
【００６０】
表面１１０ａおよび基板１１０がこの方法で準備されると、この部品は硫酸溶液に浸され、それにより、この部品に硫酸アノード酸化処理（ＳＡＯ）を施す。この硫酸アノード酸化処理（ＳＡＯ）の間、基板１１０の表層が酸化されて、多孔性アルミナ層１４０を形成し、こうして、図２Ｂに示す部品を得る。他の例では、溶液は酒石硫酸または、むしろリン酸を含む場合があり、それによって、それぞれ、酒石硫酸によるアノード酸化処理、またはリン酸によるアノード酸化処理が実施される。
【００６１】
本方法の、この第２の実施態様の以下の各ステップは、上述の第１の実施態様の各ステップとほぼ同一である。液体ゾル−ゲル層１２０は、多孔性アルミナ層１４０の表面１４０ａに塗布される。液体ゾル−ゲルは、次いで、アルミナ層１４０の細孔１４１に入り込み、細孔１４１を埋める。これにより、図２Ｃに示す部品が得られる。
【００６２】
このゾル−ゲル堆積ステップが終了すると、この部品に、第１の実施態様のベーク工程と同様のベーク工程が施され、図２Ｄに示す部品となる。図２Ｄに示す部品では、固体化したゾル−ゲル層１２０’が多孔性アルミナ層１４０の細孔を覆うとともに埋める。
【００６３】
このステップの終了時に、この部品の、特に耐摩耗処理がされる区域Ｕが機械加工され、それによって、基板１１０の酸化していない部分を露出させるように、固体化したゾル−ゲル層１２０’と多孔性アルミナ層１４０の両方を局所的に取り除く。図２Ｅに示すような、この方法で得られた部品には、次いで、脱脂および／またはすすぎステップなどの準備ステップが施され得る。
【００６４】
この方法で準備がされた部品には、次いで、硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）を施すために、硫酸溶液に浸される。硬質アノード酸化処理（ＨＡＯ）の間、耐摩耗処理を施すための、機械加工ステップにおいて露出された区域Ｕにおける基板１１０の表層は酸化され、それによって硬質アルミナ層１３０を形成する。
【００６５】
この方法で得られた部品は、最後に、図２Ｆに示されるような最終部品１０１を得るために、仕上げステップ、具体的には、すすぎまたは機械加工ステップが施され得る。そのような最終部品１０１は、こうして、耐摩耗処理が施された区域Ｕ内の、４０μｍから１００μｍの厚みを有する硬質アルミナ層３０と、この区域Ｕの外側の、１μｍから１０μｍの厚みを有する固体化したゾル−ゲル層１２０’上の、２μｍから１２μｍの厚みを有するアルミナ層１４０とを含み得る。アルミナ層１４０の細孔も、ゾル−ゲルによって埋められている。そのような、ゾル−ゲル層１２０’に関連付けられたアルミナ層１４０は、塩水噴霧に７００時間を超える時間にわたり耐えることができる。
【００６６】
本開示に記載の実施態様は、非限定的な例によって与えられ、当業者は、本開示に照らして、本発明の範囲内としつつ、それらの実施態様を容易に修正するか、他の実施態様を予想することができる。
【００６７】
さらに、それらの実施態様の様々な特徴は、単一で、または相互に組み合わせて使用され得る。それら特徴が組み合わせられる場合、各特徴は上述のように組み合わせられるか、他の方法で組み合わせられる。本発明は、本開示に記載の特定の組合せに限定されない。具体的には、それとは反対に明記されていなければ、１つの特定の実施態様を参照して記載された特徴は、同様の方式で、任意の他の実施態様に適用してもよい。
【図１Ａ】
0006567526.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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