(57)【要約】【課題】一次処理および二次処理をまとめて１工程で処理でき、それにより作業効率を高めるとともに、表面部位の微細孔を直接封じる構成とすることにより摺動性、硬度、耐摩耗性等を従来に比して高めることができる環境負荷の少ない複合表面処理方法、アルミニウムおよびアルミニウム合金を提供する。【解決手段】硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項２】
硫酸と硫酸ニッケルとシリコンエマルジョンと蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項３】
硫酸と、硫酸ニッケルと、モリブデンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、モリブデンを含浸せしめた複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の複合表面処理方法において、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、モリブデンを３〜３０ｇ／ｌ含む設定とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項５】
硫酸と硫酸ニッケルとシリコンまたはモリブデンと蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンまたはモリブデンを含浸せしめた複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法において、浴液成分として少なくとも、硫酸を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケルを１〜３ｇ／ｌ、シリコンまたはモリブデンを３〜３０ｇ／ｌ、蓚酸を３〜５ｇ／ｌ含む設定とする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法で得られ、シリコン樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金の被加工体を、硫酸、硼酸、イオン化された金属または金属化合物、および水を含有する酸性の電解液中で直流にて通電することで、シリコン樹脂皮膜における多孔質内のシリコン樹脂、前記イオン化された金属または金属化合物で置換する環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項９】
請求項８記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法において、前記酸化性電解液中に加えられるイオン化された金属または金属化合物を、酸化チタン、白金、銀のいずれかとする環境負荷の少ない複合表面処理方法。
【請求項１０】
請求項９記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はアルミニウムおよびアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する環境負荷の少ない複合表面処理方法、同処理が施されたアルミニウムおよびアルミニウム合金に関する。
【背景技術】  従来、アルミニウムまたはアルミニウム合金を硝酸、硫酸、クロム酸などを含む強酸水溶液の電解質で陽極酸化し、その表面にアルマイト皮膜を形成させて硬度、耐触性等を向上させる処理方法が種々提案されている。
しかしながら、このようなアルマイト皮膜には緻密な細孔が発生し、耐食性、耐摩耗性、熱伝導性等を低下させる原因となることが知られている。
これに対し、近年では皮膜の細孔にアクリル樹脂組成物を含浸させて複合酸化皮膜を形成したり、耐摩耗性金属を含浸させる等、種々の提案がされている（例えば、特許文献１，２等参照）。
【特許文献１】  特開平１−１９４７９号公報
【特許文献２】  特開平２−９７６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】  上述した従来技術においては、アルマイト皮膜の緻密な細孔に複合酸化皮膜を形成したり、耐摩耗性金属を含浸させる場合、一次処理として先ずアルマイト皮膜の細孔にシリコンを充填させる処理を行い、その後、置換方式を採用して細孔にモリブデン（Ｍｏ）等の金属充填を実施する二次処理を行っている。
このような一次処理および二次処理を行う場合には、各処理工程に一定以上の時間を必要とするため作業効率に課題が生じるとともに、最終的に形成される金属充填物等の表面部位の微細孔を封じる手段としてのＡｌ水和物を生成した場合、そのＡｌ水和物の表面に凹凸が発生して摺動性が低下する等の課題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、上述の一次処理および二次処理をまとめて１工程で処理でき、それにより作業効率を高めるとともに、表面部位の微細孔を直接封じる構成とすることにより摺動性、硬度、耐摩耗性等を従来に比して高めシリコン（Ｓｉ）が表面を包むため、アルミニウムおよびアルミニウム合金の成分の溶出を抑え抑え環境負荷の少ない複合表面処理方法、アルミニウムおよびアルミニウム合金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】  前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明では、硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項２に係る発明では、硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンと、蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項３に係る発明では、硫酸と、硫酸ニッケルと、モリブデンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、モリブデンを含浸せしめた樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項４に係る発明では、請求項３記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法において、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、モリブデンを３〜３０ｇ／ｌ含む設定とする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項５に係る発明では、硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンまたはモリブデンと、蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、モリブデンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成することを特徴とする複合表面処理方法を提供する。
請求項６に係る発明では、請求項５記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法において浴液成分として少なくとも、硫酸を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケルを１〜３ｇ／ｌ、シリコンまたはモリブデンを３〜３０ｇ／ｌ、蓚酸を３〜５ｇ／ｌ含む設定とする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項７に係る発明では、請求項１ないし６のいずれか１項記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金を提供する。
請求項８に係る発明では、請求項１ないし６のいずれか１項記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法で得られ、シリコン樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金の被加工体を、硫酸、硼酸、イオン化された金属または金属化合物、および水を含有する酸性の電解液中で交流にて通電することで、シリコン樹脂皮膜における多孔質内のシリコン樹脂、前記イオン化された金属または金属化合物で置換する環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項９に係る発明では、請求項８記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法において、前記酸化性電解液中に加えられるイオン化された金属または金属化合物を、酸化チタン、白金、銀のいずれかとする環境負荷の少ない複合表面処理方法を提供する。
請求項１０に係る発明では、請求項９記載の環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金を提供する。
【発明の効果】  本発明によれば、アルマイト皮膜の緻密な細孔に複合酸化皮膜を形成したり、金属等の耐摩耗性材料を含浸させる処理を１工程で処理することにより作業効率を高めることができるとともに、表面部位の微細孔を従来のように置換処理等を必要とすることなく直接封じることにより凹凸の少ない平滑な表面とすることができ、摺動性、硬度、耐摩耗性等を従来に比して大幅に高めることができる。特に、シリコンエマルジョンを用いた場合には電解液内での被加工体の成分の溶出が微量のため、付着精度を向上させ、皮膜表面の高平坦化が図れ、一層の摺動性、硬度、耐摩耗性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態では、環境負荷の少ない複合表面処理方法として、電解液を硫酸とし、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内にシリコンを含浸せしめ、シリコン樹脂複合皮膜を形成した。
具体的には、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、シリコンエマルジョンを３〜３０ｇ／ｌを含む設定とした。また、電解液（硫酸）濃度を３５％、電解液温度を０〜５℃とした。電流密度を１〜５Ａ／ｄｍ２とし、皮膜生成速度を一般アルマイトとの比較において２〜４倍とした。適用材料としては、Ａ１０００系、Ａ７０００系まで適用可能であった。
この結果、耐熱性は直火３５０℃で皮膜が破壊しないことが確認された。硬度は４００ＨＶであり、従来の２５０ＨＶに比して大幅に向上した。耐摩耗性は、通常の１６０ｋｇｆ／ｃｍ２に比して、３５０ｋｇｆ／ｃｍまで向上した。さらに、摺動性はきわめて良好であった。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、硫酸と、硫酸ニッケルと、シリコンエマルジョンと、蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内に、シリコンを含浸せしめたシリコン樹脂複合皮膜を形成し硬度は６００Ｈｖを得た。
具体的には、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、シリコンエマルジョンを３〜３０ｇ／ｌを含む設定とした。また、電解液（硫酸）濃度を３５％、電解液温度を０〜５℃とした。電流密度を１〜５Ａ／ｄｍ２とし、皮膜生成速度を一般アルマイトとの比較において２〜４倍とした。適用材料としては、Ａ１０００系、Ａ７０００系まで適用可能であった。
この結果、耐熱性は直火３５０℃で皮膜が破壊しないことが確認された。硬度は５００〜６００ＨＶであり、従来の２５０ＨＶに比してさらに大幅に向上した。耐摩耗性は、通常の１６０ｋｇｆ／ｃｍ２に比して、３５０ｋｇｆ／ｃｍまで向上した。さらに、摺動性はきわめて良好であった。
以上の第１，第２実施形態においては、アルミニウムが電解液へ溶出しないため、液が劣化しないことが認められた。したがって被加工体の成分の溶出が微量なので、電解液が減少した場合には、成分分析を行い、必要な成分を補うことで、継続使用が可能である。
このように、第１，第２実施形態によれば、耐摩耗性材料を含浸させる処理を１工程で処理することにより作業効率を高めることができる。また、表面部位の微細孔を従来のように置換処理等を必要とすることなく直接封じることにより凹凸の少ない平滑な表面とすることができ、これにより摺動性、硬度、耐摩耗性等を従来に比して大幅に高めることができる。特に、シリコンエマルジョンを用いた場合には、電解液内での被加工体の成分の溶出が微量なので、付着精度を向上させ、皮膜表面の高平坦化が図れ、一層の摺動性、硬度、耐摩耗性の向上が図れる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、硫酸と、硫酸ニッケルと、モリブデンとを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内にモリブデンを含浸せしめた複合皮膜を形成した。
具体的には、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、モリブデンを３〜３０ｇ／ｌを含む設定とした。また、電解液（硫酸）濃度を３５％、電解液温度を０〜５℃とした。電流密度を１〜５Ａ／ｄｍ２とし、皮膜生成速度を一般アルマイトとの比較において２〜４倍とした。適用材料としては、Ａ１０００系、Ａ７０００系まで適用可能であった。
この結果、耐熱性は直火３５０℃で皮膜が破壊しないことが確認された。硬度は５００〜６００ＨＶであり、従来の２５０ＨＶに比してさらに大幅に向上した。耐摩耗性は、通常の１６０ｋｇｆ／ｃｍ２に比して、３５０ｋｇｆ／ｃｍまで向上した。さらに、摺動性はきわめて良好であった。
以上の実施形態においては、アルミニウムが電解液への溶出が微量のため、液が劣化しないことが認められた。したがって、電解液が減少した場合には、成分分析を行い、必要な成分を補うことで、継続使用が可能である。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、硫酸と、硫酸ニッケルと、モリブデンと、蓚酸とを含む水溶液からなる浴液を用い、この浴液内でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる被加工体を陽極として直流電流を通電することで、被加工体表面に生成する多孔質内にモリブデンを含浸せしめた複合皮膜を形成した。
具体的には、浴液成分として少なくとも、硫酸値を５〜１０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル値を１〜３ｇ／ｌ、モリブデンを３〜３０ｇ／ｌを含む設定とした。また、電解液（硫酸）濃度を３５％、電解液温度を０〜５℃とした。電流密度を１〜５Ａ／ｄｍ２とし、皮膜生成速度を一般アルマイトとの比較において２〜４倍とした。適用材料としては、ＡＤＣ、ＡＣ、Ａ１０００系、Ａ７０００系まで適用可能であった。
この結果、耐熱性は直火３５０℃で皮膜が破壊しないことが確認された。硬度は５００〜６００ＨＶであり、従来の２５０ＨＶに比してさらに大幅に向上した。耐摩耗性は、通常の１６０ｋｇｆ／ｃｍ２に比して、３５０ｋｇｆ／ｃｍまで向上した。さらに、摺動性はきわめて良好であった。
以上の実施形態においては、アルミニウムが電解液へ溶出しないため、液が劣化しないことが認められた。したがって、電解液が減少した場合には、成分分析を行い、必要な成分を補うことで、継続使用が可能である。
図１は本実施形態により得られた複合表面処理体の断面（縦断面）の一例を示す顕微鏡写真である。この図１に示すように、本実施形態によれば、表面が均一な状態の平坦な複合表面処理体を得ることができる。Ａ部分が、本発明実施形態の試験材を示している。
これに対し、図２に示した従来例では、表面に不均一な凹凸が多数形成されており、本実施形態のような複合表面処理体を得ることができない。Ｂ部分が、従来例による試験材を示している。
［他の実施形態］
以上の実施形態のほか、本発明では、環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金としての実施が可能である。
また、環境負荷の少ない複合表面処理方法で得られ、シリコン樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金の被加工体を、硫酸、硼酸、イオン化された金属または金属化合物、および水を含有する酸性の電解液中で直流にて通電することで、シリコン樹脂皮膜における多孔質内のシリコン樹脂、前記イオン化された金属または金属化合物で置換する環境負荷の少ない複合表面処理方法とすることが可能である。
さらに、環境負荷の少ない複合表面処理方法において、酸化性電解液中に加えられるイオン化された金属または金属化合物を、酸化チタン、白金、銀のいずれかとする環境負荷の少ない複合表面処理方法として実施することが可能である。
また、環境負荷の少ない複合表面処理方法により生成された樹脂複合皮膜を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金として実施することが可能である。
さらに、本発明では、シリコン樹脂またはモリブデンのいずれかを被加工体表面に生成する多孔質内に含浸せしめるほか、シリコン樹脂およびモリブデンの両方を同時に使用した複合皮膜を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による一例を示す顕微鏡写真。
【図２】従来例を示す顕微鏡写真。
【符号の説明】
Ａ  本発明実施形態の試験材
Ｂ  従来例による試験材
【図１】
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【図２】
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