(57)【要約】【課題】金型内での溶湯の流動性がよく、容易に薄肉部を形成することができ、表面状態が良好で光沢を有し、美観に優れたアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金ダイカスト製品において、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品、及び、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金ダイカスト製品において、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項２】
アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有する請求項１記載のアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項３】
マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金型内での溶湯の流動性がよく、容易に薄肉部を形成することができ、表面状態が良好で光沢を有し、美観に優れたアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストは、溶融した非鉄金属の合金を、高速高圧で精密な金型に注入し、瞬時に成形する技術である。ダイカストは、高い寸法精度が得られ、複雑な形状の製品を大量に生産することができるので、大幅なコストダウンが可能である。アルミニウムに、銅、珪素、マグネシウム、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、錫などを加えて合金化すると、固溶体硬化、加工硬化、時効硬化などによって、常温及び高温における機械的性質が著しく向上し、耐食性、耐摩耗性、低熱膨張係数などの特性も付加される。アルミニウム合金ダイカスト製品は、航空、宇宙、建設、輸送機器、電気、通信などの幅広い分野で用いられ、特に、地球環境問題に対する車両の軽量化や、各種環境対応技術の必要性から輸送機器分野の需要が伸びている。
アルミニウム合金ダイカストは、ＪＩＳ Ｈ ５３０２に、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の合金系が化学成分によって区分されて規定され、例えば、ダイカスト用アルミニウム合金として最も広く用いられているＡＤＣ１２は、Ｃｕ１.５〜３.５％、Ｓｉ９.６〜１２.０％、Ｍｇ０.３％以下、Ｚｎ１.０％以下、Ｆｅ１.３％以下、Ｍｎ０.５％以下、Ｎｉ０.５％以下、Ｓｎ０.３％以下、Ａｌ残部とされている。
ダイカスト用アルミニウム合金の多くは、７.５〜１８.０％程度の比較的多くのＳｉを含有している。アルミニウム合金にＳｉを含有させることにより、溶湯の流動性が向上して薄肉製品の成形が容易になり、鋳造品の硬度と強度が大きくなる。しかし、Ｓｉを含有させると、鋳造品に光沢が出にくくなり、茶色っぽい汚れ色になりやすい。アルミニウム合金にＣｕを含有させることにより、鋳造品の機械的性質が向上する。アルミニウム合金にＭｎを含有させると、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎの金属間化合物が生成し、鋳造品の伸度、衝撃強度、切削性が低下すると言われている。
アルミニウム合金ダイカスト製品の光沢を改良するために、さまざまな試みがなされているが、その多くは鋳造品の二次加工である。例えば、ダイカスト製品の表面の湯皺や凹部にも十分な厚さのめっき層を形成できるような構成のアルミニウムダイカストのめっき層構造として、アルミニウムダイカストの表面上に、半光沢ニッケルめっき層と硫酸銅めっき層とを順次交互に積層してなる下地めっき層を形成し、この下地めっき層の上に光沢ニッケルめっき層と装飾クロムめっき層とを順次積層してなる表面めっき層を形成したアルミニウムダイカストのめっき層構造が提案されている（特許文献１）。しかし、このめっき層を形成するためには、多数回のめっき処理を行う長い工程が必要であるのみならず、現在ではクロムめっき処理は公害防止のために極力避けることが望まれている。
また、光沢性に優れたダイカスト鋳造アルミニウム製自動車用ホイールの製造方法として、Ｓｉ：７〜１２重量％、Ｍｇ：０.１〜０.４重量％、Ｆｅ：０.３〜０.６重量％及びＭｎ：０.２〜０.５重量％を含むアルミニウム合金溶湯を脱ガス、脱滓処理したのち、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理後、寸法精度を確保するための機械加工を行い、ホイールデザイン面の表面チル層をバフ研磨加工し、チル層に光沢性を付与してデザイン装飾面とし、さらにその表面に透明のクリア塗装を施す自動車用ホイールの製造方法が提案されている（特許文献２）。しかし、この製造方法は、ダイカスト鋳造後の二次加工として、Ｔ６処理、機械加工、バフ研磨加工、塗装の４工程が必要であり、コスト高となりやすい。
アルミニウム合金ダイカスト製品の表面を改質するために、陽極酸化が広く行われている。アルミニウムを陽極で電解し、厚い酸化皮膜を形成することにより、外観を改良し、耐食性と耐摩耗性を与えることができる。陽極酸化は、アルミニウム合金ダイカスト製品への金属光沢の付与にも応用されている。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面を金属光沢と装飾性としての立体的な結晶模様に変換する方法として、アルミニウム又はアルミニウム合金材料に、アルカリ又はアルカリ土類金属の水酸化物溶液を用いて段差型結晶析出処理を施し、次いで陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＤＣ処理を施す方法が提案されている（特許文献３）。しかし、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理には高価な装置を必要とするのみならず、ダイカスト製品の形状によっては均一な処理が不可能な場合もある。
【特許文献１】特開平７−３１６８７７号公報
【特許文献２】特開平９−２７２９５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２０６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、金型内での溶湯の流動性がよく、容易に薄肉部を形成することができ、表面状態が良好で光沢を有し、美観に優れたアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金は、金型内での溶湯の流動性がよく、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造すると、薄肉部であっても焼付き、湯皺、湯境などの欠陥を生ずることがなく、ダイカスト製品の硬度と強度が大きく、さらにダイカスト製品を陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）アルミニウム合金ダイカスト製品において、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品、
（２）アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有する(１)記載のアルミニウム合金ダイカスト製品、及び、
（３）マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、少量のマンガンを含有するアルミニウム合金を用いて、薄肉部を有する金型であっても製品に欠陥を生ずることなく、射出速度３ｍ／ｓ以上で安定して鋳造して美麗な表面を得ることができる。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現するので、めっき処理などの煩雑な二次加工を必要としない。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法によれば、硬度と強度が大きく、金属光沢のある美麗な外観を有する製品を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなるアルミニウム合金ダイカスト製品である。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有することが好ましい。
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法においては、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施す。
本発明においては、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を、ダイカストマシンを用いて射出速度３ｍ／ｓ以上、より好ましくは射出速度３.５ｍ／ｓ以上で鋳造する。射出速度を３ｍ／ｓ以上とすることにより、金型の薄肉部であっても溶湯を高速度で注入し、溶湯の粘度が十分に低く、溶湯が凝固をはじめる前に充填を完了させ、美麗な表面を有する鋳造品を得ることができる。射出速度の上限に特に制限はないが、現在のダイカストマシンでは、高応答性、操作性、安定性を重視した油圧回路と機械系の構築、コンタミネーションに強いサーボバルブの採用、これを制御するリアルタイムフィードバック制御技術の開発などにより、射出速度１２ｍ／ｓ程度が実現している。
【０００７】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法は、厚さ１.５ｍｍ以下、より好ましくは厚さ０.４〜１.０ｍｍの薄肉部を有する製品に特に好適に適用することができる。厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有する金型キャビティでは、溶融したアルミニウム合金の流動性が十分に得られず、焼付き、湯皺、湯境、湯廻り不良などの流動性の不良による欠陥を生じやすいが、本発明方法によれば、厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品も安定して製造することができる。厚さ０.４ｍｍ未満の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品は、本発明方法によっても製造が困難であるおそれがある。
本発明に用いるアルミニウム合金は、マンガン０.５〜１.９重量％、より好ましくは０.８〜１.５重量％を含有する。アルミニウム合金にマンガンを含有させることにより、溶湯の流動性を向上し、ダイカスト製品の硬度と強度を高め、ダイカスト製品に優れた光沢を付与することができる。マンガンの含有量が０.５重量％未満であると、これらの効果が十分に発現しないおそれがある。マンガンの含有量が１.９重量％を超えると、ダイカスト製品に湯皺、湯流れ模様が発生し、硬度、強度、光沢のいずれもが低下するおそれがある。
【０００８】
本発明において、ダイカスト用アルミニウム合金は、マンガン０.５〜１.９重量％に加えて、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有することが好ましく、コバルト０.７〜１.５重量％及び銅０.０４〜０.０９重量％を含有することがより好ましい。コバルトを含有させることにより、鋳造性と焼付防止性を向上させることができる。コバルトの含有量が０.５重量％未満であると、これらの向上効果が十分に発現しないおそれがある。コバルトの含有量が２.０重量％を超えると、鋳造温度が高くなるために、管理が困難になるおそれがある。銅を含有させることにより、硬度、強度、切削性を向上させることができる。銅の含有量が０.０２重量％未満であると、これらの向上効果が十分に発現しないおそれがある。銅の含有量が０.１２重量％を超えると、伸度と耐食性が低下するおそれがある。
本発明においては、アルミニウム合金に、マンガン、コバルト、銅以外に、珪素、マグネシウム、亜鉛、鉄、ニッケル、錫などを含有させることができる。珪素を含有させると、硬度と強度が向上し、伸度と外観が低下する。珪素の含有量は、１.０重量％以下であることが好ましい。マグネシウムを含有させると、光沢と強度と耐食性が向上するが、ヒビ割れが発生しやすくなるおそれがある。マグネシウムの含有量は、４.０重量％以下であることが好ましい。亜鉛を含有させると、耐食性が低下する。亜鉛の含有量は３.０重量％以下であることが好ましい。鉄を含有させると焼付きとかじりを防止することができるが、過剰の鉄は強度を低下させる。鉄の含有量は、１.３重量％以下であることが好ましい。ニッケルの含有量は、０.５重量％以下であることが好ましい。錫の含有量は、０.３重量％以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明方法においては、ダイカストマシンとして、コールドチャンバーダイカストマシン、ホットチャンバーダイカストマシンのいずれをも用いることができる。ダイカスト用アルミニウム合金は、亜鉛合金などに比べて融点が高いので、コールドチャンバーダイカストマシンを好適に用いることができる。
本発明方法においては、一般ダイカスト鋳造法以外に特殊ダイカスト鋳造法を適用することができる。特殊ダイカスト鋳造法としては、例えば、溶湯を充填する直前にキャビティ内を真空状態に減圧する真空ダイカスト法、溶湯を充填する直前にキャビティ、ランナー、スリーブ内を活性ガスで置換し、活性ガスと溶湯金属との酸化反応によりキャビティ内を減圧状態にする無孔性ダイカスト法、溶湯充填後、凝固過程においてキャビティの一部を直接加圧する局部加圧ダイカスト法などを挙げることができる。
本発明においては、ダイカスト鋳造により成形された鋳造品に陽極酸化処理を施す。陽極酸化処理においては、アルミニウム合金ダイカスト鋳造品を陽極として電解し、鋳造品の表面に酸化皮膜を形成する。鋳造品の陽極酸化処理に先立って、鋳造品を脱脂処理することが好ましい。鋳造品の脱脂処理は、例えば、鋳造品をアセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄することによって行うことができる。
【００１０】
陽極酸化処理に用いる電解液としては、例えば、硫酸、シュウ酸、リン酸、スルファミン酸、スルホサリチル酸、クロム酸、五ホウ酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウム、炭酸ナトリウムなどの水溶液を挙げることができる。硫酸水溶液又はシュウ酸水溶液を電解液として用いると、図１に示すような、アルミニウム合金基材１の表面にバリアー型酸化皮膜２があり、さらにその外側に微細孔３を有する多孔質層４があるデュプレックス皮膜が形成される。硫酸水溶液又はシュウ酸水溶液以外の電解液を用いると、図２に示すような、アルミニウム合金基材５の表面に薄くて均一な厚さの酸化膜６があるバリアー型酸化皮膜が形成される。
硫酸水溶液を電解液として用いる場合は、硫酸濃度５〜１５重量％、温度２０℃以下、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。硫酸水溶液を電解液として用いると、無色透明で染色性に優れた皮膜が形成される。シュウ酸水溶液を電解液として用いる場合は、シュウ酸濃度３〜５重量％、温度２５〜３５℃、電流密度２〜３Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。シュウ酸水溶液を電解液として用いると、黄褐色でやや硬質の蛍光特性を有する皮膜が形成される。リン酸水溶液を電解液として用いる場合は、リン酸濃度０.５〜２重量％、温度１５〜２５℃、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。リン酸水溶液を電解液として用いると、乳白色で多孔性が大きく、めっきの下地に適した皮膜が形成される。スルファミン酸を電解液として用いる場合は、スルファミン酸濃度５〜１０重量％、温度２５〜３５℃、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。スルファミン酸を電解液として用いると、乳白色でやや硬質の皮膜が形成される。
【００１１】
ダイカスト鋳造品に形成されたデュプレックス皮膜は、染料水溶液に浸漬することにより、微細孔に染料を浸透させて着色することができる。着色に用いる染料としては、例えば、Ｃ.Ｉ.Ｙｅｌｌｏｗ ５０、Ｃ.Ｉ.Ｒｅｄ ７９、Ｃ.Ｉ.Ｙｅｌｌｏｗ ２３、Ｃ.Ｉ.Ｖｉｏｌｅｔ ４３、Ｃ.Ｉ.Ｇｒｅｅｎ ２５、Ｃ.Ｉ.Ｂｌａｃｋ １、Ｃ.Ｉ.Ｂｌａｃｋ ５２などを挙げることができる。微細孔が開いたままでは、汚染物質や腐食性物質も吸収し、汚れやすく、耐食性も低いので、封孔処理を施して皮膜表面の微細孔を塞ぐことが好ましい。封孔処理法としては、例えば、耐圧容器内に入れ、０.３〜０.５ＭＰａの水蒸気を送り、２０〜３０分間保つ加圧水蒸気による封孔処理、９５〜１００℃の純水に浸漬して２０〜３０分間保つ沸騰水中の封孔処理、９５℃以上の酢酸ニッケル又は酢酸コバルトの水溶液に浸漬して１０〜２０分間保つ酢酸塩による封孔処理などを挙げることができる。着色した製品は、酢酸塩による封孔を行うことが好ましい。
【実施例】
【００１２】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
図３は、実施例及び比較例において作製したテストピースの斜視図である。このテストトピースは、半径２５ｍｍ、高さ１５ｍｍの半円筒形の基部７の上に、高さ７０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ１.０ｍｍの薄肉部８と、その上に高さ４０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ５.０ｍｍの厚肉部９を有し、薄肉部の表面側の中央に、基部から厚肉部に至る長さ７０ｍｍ、高さ８ｍｍ、幅３ｍｍのリブ１０を有する。アルミニウム合金の溶湯は、基部の底面に設けられた湯口から鋳込まれる。
実施例１
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ、Ｃｏ０.９４重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部］９８.６重量部にマンガン１.４重量部を加えて、Ｍｎ１.４重量％、Ｃｏ０.９３重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を調製した。このアルミニウム合金を用いて、テストピースをダイカスト鋳造と陽極酸化処理により作製した。
型締力２,５００ｋＮのコールドチャンバーダイカストマシンを用い、アルミニウム合金を溶解し、脱ガス、脱滓の溶湯処理を行ったのち、溶湯温度７３０℃、金型温度１５０℃、鋳造圧力６４ＭＰａ、射出速度４.０ｍ／ｓでテストピースを鋳造した。
得られたテストピースをアセトンで洗浄して脱脂したのち、１０重量％硫酸浴中、浴温１８℃、電流密度１.５Ａ／ｄｍ2で３０分間電解し、膜厚１０μｍの陽極酸化皮膜を形成した。テストピースをさらに純水中で３０分間煮沸することにより、封孔処理を行った。
得られたテストピースの薄肉部の裏面について、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に従い、光沢度計を用いて６０度鏡面光沢度を測定したところ、５５％であった。テストピースの薄肉部の裏面のビッカース硬度は、１２５Ｈvであった。テストピースから、平行部の幅１２.５ｍｍの引張試験片を切り出し、引張試験を行ったところ、引張強度は３４１ＭＰａであった。
実施例２
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ］９８.８重量部にマンガン１.２重量部を加えて調製したＭｎ１.２重量％、Ｃｏ０.９３重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は６２％であり、ビッカース硬度は１１９Ｈvであり、引張強度は３２８ＭＰａであった。
実施例３
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ］９９.０重量部にマンガン１.０重量部を加えて調製したＭｎ１.０重量％、Ｃｏ０.９３重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は６８％であり、ビッカース硬度は１１０Ｈvであり、引張強度は３１０ＭＰａであった。
【００１３】
比較例１
ダイカストマシンの射出速度を０.５ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様にしてテストピースの作製を試みた。
射出速度が遅く、湯皺、湯流れ模様が発生し、形にはなるが良好なテストピースが得られなかったために、物性の評価は行わなかった。
比較例２
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ」９７.５重量部にマンガン２.５重量部を加えて調製したＭｎ２.５重量％、Ｃｏ０.９２重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は１５％であり、ビッカース硬度は１３５Ｈvであり、引張強度は５３５ＭＰａであった。
比較例３
ダイカスト用アルミニウム合金［サミット昭和アルミ(株)、６３ＳＣ、Ｍｎ０.０４重量％、Ｃｕ０.０５重量％、Ｓｉ０.６５重量％、Ｆｅ０.２７重量％、Ｍｇ０.６２重量％、Ｚｎ０.０５重量％、Ｎｉ０.０１重量％、Ｃｒ０.０３重量％、Ｔｉ０.０１重量％、Ａｌ残部］を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製した。
陽極酸化処理において、美麗な表面が得られなかったので、物性の評価は行わなかった。
比較例４
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ、Ｃｏ０.９４重量％、Ｃｕ０.０６重量％、Ｓｉ０.０４重量％、Ｆｅ０.１０重量％、Ａｌ残部］を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は３０％であり、ビッカース硬度は８８Ｈvであり、引張強度は１１８ＭＰａであった。
実施例１〜３及び比較例１〜４で用いたアルミニウム合金の組成と射出速度を第１表に、得られたアルミニウム合金ダイカスト製品の光沢度、硬度、強度を第２表に示す。
【００１４】
【表１】
2008184656.tif 000002
【００１５】
【表２】
2008184656.tif 000003
【００１６】
第２表に見られるように、マンガン１.４重量％、１.２重量％又は１.０重量％を含有するアルミニウム合金から射出速度４.０ｍ／ｓで鋳造し、陽極酸化処理して得られた実施例１〜３のアルミニウム合金ダイカスト製品は、６０度鏡面光沢度、ビッカース硬度、引張強度のいずれもが高く、バランスのとれた特性を有している。これに対して、マンガンの含有量が１.４重量％であっても、射出速度０.５ｍ／ｓで鋳造した比較例１のアルミニウム合金ダイカスト製品では、良好なテストピースが得られない。マンガンの含有量が２.５重量％である比較例２のアルミニウム合金ダイカスト製品は、引張強度は高いが、６０度鏡面光沢度が低い。マンガンの含有量が０.０４重量％、珪素の含有量が０.６５重量％である比較例３のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理において、美麗な表面が得られない。マンガンを含有しない比較例４のアルミニウム合金ダイカスト製品は、６０度鏡面光沢度、ビッカース硬度、引張強度のいずれもが低い。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、少量のマンガンを含有するアルミニウム合金を用いて、薄肉部を有する金型であっても製品に欠陥を生ずることなく、射出速度３ｍ／ｓ以上で安定して鋳造して美麗な表面を得ることができる。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現するので、めっき処理などの煩雑な二次加工を必要としない。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法によれば、硬度と強度が大きく、金属光沢のある美麗な外観を有する製品を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】デュプレックス皮膜の模式的説明図である。
【図２】バリアー型酸化皮膜の模式的説明図である。
【図３】実施例で作製したテストピースの斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  アルミニウム合金基材
２  バリアー型酸化皮膜
３  微細孔
４  多孔質層
５  アルミニウム合金基材
６  酸化膜
７  基部
８  薄肉部
９  厚肉部
１０  リブ
【図１】
2008184656.tif 000004
【図２】
2008184656.tif 000005
【図３】
2008184656.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金ダイカスト製品において、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項２】
アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有する請求項１記載のアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項３】
アルミニウム合金の珪素含有量が１.０重量％以下である請求項１又は２記載のアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項４】
アルミニウム合金のマグネシウム含有量が４.０重量％以下である請求項１〜３のいずれか記載のアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項５】
マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【請求項６】
アルミニウム合金の珪素含有量が１.０重量％以下である請求項５記載のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ダイカストは、溶融した非鉄金属の合金を、高速高圧で精密な金型に注入し、瞬時に成形する技術である。ダイカストは、高い寸法精度が得られ、複雑な形状の製品を大量に生産することができるので、大幅なコストダウンが可能である。アルミニウムに、銅、珪素、マグネシウム、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、錫などを加えて合金化すると、固溶体硬化、加工硬化、時効硬化などによって、常温及び高温における機械的性質が著しく向上し、耐食性、耐摩耗性、低熱膨張係数などの特性も付加される。アルミニウム合金ダイカスト製品は、航空、宇宙、建設、輸送機器、電気、通信などの幅広い分野で用いられ、特に、地球環境問題に対する車両の軽量化や、各種環境対応技術の必要性から輸送機器分野の需要が伸びている。
アルミニウム合金ダイカストは、ＪＩＳ Ｈ ５３０２に、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の合金系が化学成分によって区分されて規定され、例えば、ダイカスト用アルミニウム合金として最も広く用いられているＡＤＣ１２は、Ｃｕ１.５〜３.５％、Ｓｉ９.６〜１２.０％、Ｍｇ０.３％以下、Ｚｎ１.０％以下、Ｆｅ１.３％以下、Ｍｎ０.５％以下、Ｎｉ０.５％以下、Ｓｎ０.３％以下、Ａｌ残部とされている。
ダイカスト用アルミニウム合金の多くは、７.５〜１８.０％程度の比較的多くのＳｉを含有している。アルミニウム合金にＳｉを含有させることにより、溶湯の流動性が向上して薄肉製品の成形が容易になり、鋳造品の硬度と強度が大きくなる。しかし、Ｓｉを含有させると、鋳造品に光沢が出にくくなり、茶色っぽい汚れ色になりやすい。アルミニウム合金にＣｕを含有させることにより、鋳造品の機械的性質が向上する。アルミニウム合金にＭｎを含有させると、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎの金属間化合物が生成し、鋳造品の伸度、衝撃強度、切削性が低下すると言われている。
アルミニウム合金ダイカスト製品の光沢を改良するために、さまざまな試みがなされているが、その多くは鋳造品の二次加工である。例えば、ダイカスト製品の表面の湯皺や凹部にも十分な厚さのめっき層を形成できるような構成のアルミニウムダイカストのめっき層構造として、アルミニウムダイカストの表面上に、半光沢ニッケルめっき層と硫酸銅めっき層とを順次交互に積層してなる下地めっき層を形成し、この下地めっき層の上に光沢ニッケルめっき層と装飾クロムめっき層とを順次積層してなる表面めっき層を形成したアルミニウムダイカストのめっき層構造が提案されている（特許文献１）。しかし、このめっき層を形成するためには、多数回のめっき処理を行う長い工程が必要であるのみならず、現在ではクロムめっき処理は公害防止のために極力避けることが望まれている。
また、光沢性に優れたダイカスト鋳造アルミニウム製自動車用ホイールの製造方法として、Ｓｉ：７〜１２重量％、Ｍｇ：０.１〜０.４重量％、Ｆｅ：０.３〜０.６重量％及びＭｎ：０.２〜０.５重量％を含むアルミニウム合金溶湯を脱ガス、脱滓処理したのち、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理後、寸法精度を確保するための機械加工を行い、ホイールデザイン面の表面チル層をバフ研磨加工し、チル層に光沢性を付与してデザイン装飾面とし、さらにその表面に透明のクリア塗装を施す自動車用ホイールの製造方法が提案されている（特許文献２）。しかし、この製造方法は、ダイカスト鋳造後の二次加工として、Ｔ６処理、機械加工、バフ研磨加工、塗装の４工程が必要であり、コスト高となりやすい。
アルミニウム合金ダイカスト製品の表面を改質するために、陽極酸化が広く行われている。アルミニウムを陽極で電解し、厚い酸化皮膜を形成することにより、外観を改良し、耐食性と耐摩耗性を与えることができる。陽極酸化は、アルミニウム合金ダイカスト製品への金属光沢の付与にも応用されている。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面を金属光沢と装飾性としての立体的な結晶模様に変換する方法として、アルミニウム又はアルミニウム合金材料に、アルカリ又はアルカリ土類金属の水酸化物溶液を用いて段差型結晶析出処理を施し、次いで陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を施す方法が提案されている（特許文献３）。しかし、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理には高価な装置を必要とするのみならず、ダイカスト製品の形状によっては均一な処理が不可能な場合もある。
【特許文献１】特開平７−３１６８７７号公報
【特許文献２】特開平９−２７２９５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２０６８６２号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金は、金型内での溶湯の流動性がよく、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造すると、薄肉部であっても焼付き、湯皺、湯境などの欠陥を生ずることがなく、ダイカスト製品の硬度と強度が大きく、さらにダイカスト製品を陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）アルミニウム合金ダイカスト製品において、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９重量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品、
（２）アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有する(１)記載のアルミニウム合金ダイカスト製品、
（３）アルミニウム合金の珪素含有量が１.０重量％以下である(１)又は(２)記載のアルミニウム合金ダイカスト製品、
（４）アルミニウム合金のマグネシウム含有量が４.０重量％以下である(１)〜(３)のいずれか記載のアルミニウム合金ダイカスト製品、
（５）マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法、及び、
（６）アルミニウム合金の珪素含有量が１.０重量％以下である(５)記載のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
を提供するものである。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月15日(2007.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有し、珪素含有量が１.０重量％以下であるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上にすることを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項２】
アルミニウム合金のマグネシウム含有量が４.０重量％以下である請求項１記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項３】
アルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、マンガン０.５〜１.９重量％を含有するアルミニウム合金は、金型内での溶湯の流動性がよく、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造すると、薄肉部であっても焼付き、湯皺、湯境などの欠陥を生ずることがなく、ダイカスト製品の硬度と強度が大きく、さらにダイカスト製品を陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９重量％、コバルト０.５〜２.０重量％及び銅０.０２〜０.１２重量％を含有し、珪素含有量が１.０重量％以下であるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上にすることを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、
（２）アルミニウム合金のマグネシウム含有量が４.０重量％以下である(１)記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、及び、
（３）アルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする(１)又は(２)記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法、
を提供するものである。
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月30日(2007.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項２】
アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、マグネシウム含有量が４.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金ダイカスト製品に用いたアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金型内での溶湯の流動性がよく、容易に薄肉部を形成することができ、表面状態が良好で光沢を有し、美観に優れたアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストは、溶融した非鉄金属の合金を、高速高圧で精密な金型に注入し、瞬時に成形する技術である。ダイカストは、高い寸法精度が得られ、複雑な形状の製品を大量に生産することができるので、大幅なコストダウンが可能である。アルミニウムに、銅、珪素、マグネシウム、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケル、錫などを加えて合金化すると、固溶体硬化、加工硬化、時効硬化などによって、常温及び高温における機械的性質が著しく向上し、耐食性、耐摩耗性、低熱膨張係数などの特性も付加される。アルミニウム合金ダイカスト製品は、航空、宇宙、建設、輸送機器、電気、通信などの幅広い分野で用いられ、特に、地球環境問題に対する車両の軽量化や、各種環境対応技術の必要性から輸送機器分野の需要が伸びている。
アルミニウム合金ダイカストは、ＪＩＳ Ｈ ５３０２に、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の合金系が化学成分によって区分されて規定され、例えば、ダイカスト用アルミニウム合金として最も広く用いられているＡＤＣ１２は、Ｃｕ１.５〜３.５％、Ｓｉ９.６〜１２.０％、Ｍｇ０.３％以下、Ｚｎ１.０％以下、Ｆｅ１.３％以下、Ｍｎ０.５％以下、Ｎｉ０.５％以下、Ｓｎ０.３％以下、Ａｌ残部とされている。
ダイカスト用アルミニウム合金の多くは、７.５〜１８.０％程度の比較的多くのＳｉを含有している。アルミニウム合金にＳｉを含有させることにより、溶湯の流動性が向上して薄肉製品の成形が容易になり、鋳造品の硬度と強度が大きくなる。しかし、Ｓｉを含有させると、鋳造品に光沢が出にくくなり、茶色っぽい汚れ色になりやすい。アルミニウム合金にＣｕを含有させることにより、鋳造品の機械的性質が向上する。アルミニウム合金にＭｎを含有させると、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎの金属間化合物が生成し、鋳造品の伸度、衝撃強度、切削性が低下すると言われている。
アルミニウム合金ダイカスト製品の光沢を改良するために、さまざまな試みがなされているが、その多くは鋳造品の二次加工である。例えば、ダイカスト製品の表面の湯皺や凹部にも十分な厚さのめっき層を形成できるような構成のアルミニウムダイカストのめっき層構造として、アルミニウムダイカストの表面上に、半光沢ニッケルめっき層と硫酸銅めっき層とを順次交互に積層してなる下地めっき層を形成し、この下地めっき層の上に光沢ニッケルめっき層と装飾クロムめっき層とを順次積層してなる表面めっき層を形成したアルミニウムダイカストのめっき層構造が提案されている（特許文献１）。しかし、このめっき層を形成するためには、多数回のめっき処理を行う長い工程が必要であるのみならず、現在ではクロムめっき処理は公害防止のために極力避けることが望まれている。
また、光沢性に優れたダイカスト鋳造アルミニウム製自動車用ホイールの製造方法として、Ｓｉ：７〜１２質量％、Ｍｇ：０.１〜０.４質量％、Ｆｅ：０.３〜０.６質量％及びＭｎ：０.２〜０.５質量％を含むアルミニウム合金溶湯を脱ガス、脱滓処理したのち、ダイカスト鋳造し、Ｔ６処理後、寸法精度を確保するための機械加工を行い、ホイールデザイン面の表面チル層をバフ研磨加工し、チル層に光沢性を付与してデザイン装飾面とし、さらにその表面に透明のクリア塗装を施す自動車用ホイールの製造方法が提案されている（特許文献２）。しかし、この製造方法は、ダイカスト鋳造後の二次加工として、Ｔ６処理、機械加工、バフ研磨加工、塗装の４工程が必要であり、コスト高となりやすい。
アルミニウム合金ダイカスト製品の表面を改質するために、陽極酸化が広く行われている。アルミニウムを陽極で電解し、厚い酸化皮膜を形成することにより、外観を改良し、耐食性と耐摩耗性を与えることができる。陽極酸化は、アルミニウム合金ダイカスト製品への金属光沢の付与にも応用されている。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金材料の表面を金属光沢と装飾性としての立体的な結晶模様に変換する方法として、アルミニウム又はアルミニウム合金材料に、アルカリ又はアルカリ土類金属の水酸化物溶液を用いて段差型結晶析出処理を施し、次いで陽極酸化処理、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理を施す方法が提案されている（特許文献３）。しかし、ＰＶＤ又はＣＶＤ処理には高価な装置を必要とするのみならず、ダイカスト製品の形状によっては均一な処理が不可能な場合もある。
【特許文献１】特開平７−３１６８７７号公報
【特許文献２】特開平９−２７２９５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２０６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、金型内での溶湯の流動性がよく、容易に薄肉部を形成することができ、表面状態が良好で光沢を有し、美観に優れたアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、マンガン０.５〜１.９質量％を含有するアルミニウム合金は、金型内での溶湯の流動性がよく、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造すると、薄肉部であっても焼付き、湯皺、湯境などの欠陥を生ずることがなく、ダイカスト製品の硬度と強度が大きく、さらにダイカスト製品を陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、
（２）アルミニウム合金ダイカスト製品において、マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、マグネシウム含有量が４.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、及び、
（３）(１)又は(２)記載のアルミニウム合金ダイカスト製品に用いたアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする(１)又は(２)記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、少量のマンガンを含有するアルミニウム合金を用いて、薄肉部を有する金型であっても製品に欠陥を生ずることなく、射出速度３ｍ／ｓ以上で安定して鋳造して美麗な表面を得ることができる。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現するので、めっき処理などの煩雑な二次加工を必要としない。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法によれば、硬度と強度が大きく、金属光沢のある美麗な外観を有する製品を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、アルミニウム合金がマンガン０.５〜１.９質量％を含有し、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造され、かつ該鋳造品が陽極酸化処理されてなるアルミニウム合金ダイカスト製品である。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、アルミニウム合金が、マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有することが好ましい。
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法においては、マンガン０.５〜１.９質量％を含有するアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施す。
本発明においては、マンガン０.５〜１.９質量％を含有するアルミニウム合金を、ダイカストマシンを用いて射出速度３ｍ／ｓ以上、より好ましくは射出速度３.５ｍ／ｓ以上で鋳造する。射出速度を３ｍ／ｓ以上とすることにより、金型の薄肉部であっても溶湯を高速度で注入し、溶湯の粘度が十分に低く、溶湯が凝固をはじめる前に充填を完了させ、美麗な表面を有する鋳造品を得ることができる。射出速度の上限に特に制限はないが、現在のダイカストマシンでは、高応答性、操作性、安定性を重視した油圧回路と機械系の構築、コンタミネーションに強いサーボバルブの採用、これを制御するリアルタイムフィードバック制御技術の開発などにより、射出速度１２ｍ／ｓ程度が実現している。
【０００７】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品及びその製造方法は、厚さ１.５ｍｍ以下、より好ましくは厚さ０.４〜１.０ｍｍの薄肉部を有する製品に特に好適に適用することができる。厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有する金型キャビティでは、溶融したアルミニウム合金の流動性が十分に得られず、焼付き、湯皺、湯境、湯廻り不良などの流動性の不良による欠陥を生じやすいが、本発明方法によれば、厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品も安定して製造することができる。厚さ０.４ｍｍ未満の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品は、本発明方法によっても製造が困難であるおそれがある。
本発明に用いるアルミニウム合金は、マンガン０.５〜１.９質量％、より好ましくは０.８〜１.５質量％を含有する。アルミニウム合金にマンガンを含有させることにより、溶湯の流動性を向上し、ダイカスト製品の硬度と強度を高め、ダイカスト製品に優れた光沢を付与することができる。マンガンの含有量が０.５質量％未満であると、これらの効果が十分に発現しないおそれがある。マンガンの含有量が１.９質量％を超えると、ダイカスト製品に湯皺、湯流れ模様が発生し、硬度、強度、光沢のいずれもが低下するおそれがある。
【０００８】
本発明において、ダイカスト用アルミニウム合金は、マンガン０.５〜１.９質量％に加えて、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有することが好ましく、コバルト０.７〜１.５質量％及び銅０.０４〜０.０９質量％を含有することがより好ましい。コバルトを含有させることにより、鋳造性と焼付防止性を向上させることができる。コバルトの含有量が０.５質量％未満であると、これらの向上効果が十分に発現しないおそれがある。コバルトの含有量が２.０質量％を超えると、鋳造温度が高くなるために、管理が困難になるおそれがある。銅を含有させることにより、硬度、強度、切削性を向上させることができる。銅の含有量が０.０２質量％未満であると、これらの向上効果が十分に発現しないおそれがある。銅の含有量が０.１２質量％を超えると、伸度と耐食性が低下するおそれがある。
本発明においては、アルミニウム合金に、マンガン、コバルト、銅以外に、珪素、マグネシウム、亜鉛、鉄、ニッケル、錫などを含有させることができる。珪素を含有させると、硬度と強度が向上し、伸度と外観が低下する。珪素の含有量は、１.０質量％以下であることが好ましい。マグネシウムを含有させると、光沢と強度と耐食性が向上するが、ヒビ割れが発生しやすくなるおそれがある。マグネシウムの含有量は、４.０質量％以下であることが好ましい。亜鉛を含有させると、耐食性が低下する。亜鉛の含有量は３.０質量％以下であることが好ましい。鉄を含有させると焼付きとかじりを防止することができるが、過剰の鉄は強度を低下させる。鉄の含有量は、１.３質量％以下であることが好ましい。ニッケルの含有量は、０.５質量％以下であることが好ましい。錫の含有量は、０.３質量％以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明方法においては、ダイカストマシンとして、コールドチャンバーダイカストマシン、ホットチャンバーダイカストマシンのいずれをも用いることができる。ダイカスト用アルミニウム合金は、亜鉛合金などに比べて融点が高いので、コールドチャンバーダイカストマシンを好適に用いることができる。
本発明方法においては、一般ダイカスト鋳造法以外に特殊ダイカスト鋳造法を適用することができる。特殊ダイカスト鋳造法としては、例えば、溶湯を充填する直前にキャビティ内を真空状態に減圧する真空ダイカスト法、溶湯を充填する直前にキャビティ、ランナー、スリーブ内を活性ガスで置換し、活性ガスと溶湯金属との酸化反応によりキャビティ内を減圧状態にする無孔性ダイカスト法、溶湯充填後、凝固過程においてキャビティの一部を直接加圧する局部加圧ダイカスト法などを挙げることができる。
本発明においては、ダイカスト鋳造により成形された鋳造品に陽極酸化処理を施す。陽極酸化処理においては、アルミニウム合金ダイカスト鋳造品を陽極として電解し、鋳造品の表面に酸化皮膜を形成する。鋳造品の陽極酸化処理に先立って、鋳造品を脱脂処理することが好ましい。鋳造品の脱脂処理は、例えば、鋳造品をアセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄することによって行うことができる。
【００１０】
陽極酸化処理に用いる電解液としては、例えば、硫酸、シュウ酸、リン酸、スルファミン酸、スルホサリチル酸、クロム酸、五ホウ酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウム、炭酸ナトリウムなどの水溶液を挙げることができる。硫酸水溶液又はシュウ酸水溶液を電解液として用いると、図１に示すような、アルミニウム合金基材１の表面にバリアー型酸化皮膜２があり、さらにその外側に微細孔３を有する多孔質層４があるデュプレックス皮膜が形成される。硫酸水溶液又はシュウ酸水溶液以外の電解液を用いると、図２に示すような、アルミニウム合金基材５の表面に薄くて均一な厚さの酸化膜６があるバリアー型酸化皮膜が形成される。
硫酸水溶液を電解液として用いる場合は、硫酸濃度５〜１５質量％、温度２０℃以下、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。硫酸水溶液を電解液として用いると、無色透明で染色性に優れた皮膜が形成される。シュウ酸水溶液を電解液として用いる場合は、シュウ酸濃度３〜５質量％、温度２５〜３５℃、電流密度２〜３Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。シュウ酸水溶液を電解液として用いると、黄褐色でやや硬質の蛍光特性を有する皮膜が形成される。リン酸水溶液を電解液として用いる場合は、リン酸濃度０.５〜２質量％、温度１５〜２５℃、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。リン酸水溶液を電解液として用いると、乳白色で多孔性が大きく、めっきの下地に適した皮膜が形成される。スルファミン酸を電解液として用いる場合は、スルファミン酸濃度５〜１０質量％、温度２５〜３５℃、電流密度０.５〜２Ａ／ｄｍ2であることが好ましい。スルファミン酸を電解液として用いると、乳白色でやや硬質の皮膜が形成される。
【００１１】
ダイカスト鋳造品に形成されたデュプレックス皮膜は、染料水溶液に浸漬することにより、微細孔に染料を浸透させて着色することができる。着色に用いる染料としては、例えば、Ｃ.Ｉ.Ｙｅｌｌｏｗ ５０、Ｃ.Ｉ.Ｒｅｄ ７９、Ｃ.Ｉ.Ｙｅｌｌｏｗ ２３、Ｃ.Ｉ.Ｖｉｏｌｅｔ ４３、Ｃ.Ｉ.Ｇｒｅｅｎ ２５、Ｃ.Ｉ.Ｂｌａｃｋ １、Ｃ.Ｉ.Ｂｌａｃｋ ５２などを挙げることができる。微細孔が開いたままでは、汚染物質や腐食性物質も吸収し、汚れやすく、耐食性も低いので、封孔処理を施して皮膜表面の微細孔を塞ぐことが好ましい。封孔処理法としては、例えば、耐圧容器内に入れ、０.３〜０.５ＭＰａの水蒸気を送り、２０〜３０分間保つ加圧水蒸気による封孔処理、９５〜１００℃の純水に浸漬して２０〜３０分間保つ沸騰水中の封孔処理、９５℃以上の酢酸ニッケル又は酢酸コバルトの水溶液に浸漬して１０〜２０分間保つ酢酸塩による封孔処理などを挙げることができる。着色した製品は、酢酸塩による封孔を行うことが好ましい。
【実施例】
【００１２】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
図３は、実施例及び比較例において作製したテストピースの斜視図である。このテストトピースは、半径２５ｍｍ、高さ１５ｍｍの半円筒形の基部７の上に、高さ７０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ１.０ｍｍの薄肉部８と、その上に高さ４０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ５.０ｍｍの厚肉部９を有し、薄肉部の表面側の中央に、基部から厚肉部に至る長さ７０ｍｍ、高さ８ｍｍ、幅３ｍｍのリブ１０を有する。アルミニウム合金の溶湯は、基部の底面に設けられた湯口から鋳込まれる。
実施例１
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ、Ｃｏ０.９４質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部］９８.６重量部にマンガン１.４重量部を加えて、Ｍｎ１.４質量％、Ｃｏ０.９３質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を調製した。このアルミニウム合金を用いて、テストピースをダイカスト鋳造と陽極酸化処理により作製した。
型締力２,５００ｋＮのコールドチャンバーダイカストマシンを用い、アルミニウム合金を溶解し、脱ガス、脱滓の溶湯処理を行ったのち、溶湯温度７３０℃、金型温度１５０℃、鋳造圧力６４ＭＰａ、射出速度４.０ｍ／ｓでテストピースを鋳造した。
得られたテストピースをアセトンで洗浄して脱脂したのち、１０質量％硫酸浴中、浴温１８℃、電流密度１.５Ａ／ｄｍ2で３０分間電解し、膜厚１０μｍの陽極酸化皮膜を形成した。テストピースをさらに純水中で３０分間煮沸することにより、封孔処理を行った。
得られたテストピースの薄肉部の裏面について、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に従い、光沢度計を用いて６０度鏡面光沢度を測定したところ、５５％であった。テストピースの薄肉部の裏面のビッカース硬度は、１２５Ｈvであった。テストピースから、平行部の幅１２.５ｍｍの引張試験片を切り出し、引張試験を行ったところ、引張強度は３４１ＭＰａであった。
実施例２
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ］９８.８重量部にマンガン１.２重量部を加えて調製したＭｎ１.２質量％、Ｃｏ０.９３質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は６２％であり、ビッカース硬度は１１９Ｈvであり、引張強度は３２８ＭＰａであった。
実施例３
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ］９９.０重量部にマンガン１.０重量部を加えて調製したＭｎ１.０質量％、Ｃｏ０.９３質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は６８％であり、ビッカース硬度は１１０Ｈvであり、引張強度は３１０ＭＰａであった。
【００１３】
比較例１
ダイカストマシンの射出速度を０.５ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様にしてテストピースの作製を試みた。
射出速度が遅く、湯皺、湯流れ模様が発生し、形にはなるが良好なテストピースが得られなかったために、物性の評価は行わなかった。
比較例２
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ」９７.５重量部にマンガン２.５重量部を加えて調製したＭｎ２.５質量％、Ｃｏ０.９２質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部なる組成のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は１５％であり、ビッカース硬度は１３５Ｈvであり、引張強度は５３５ＭＰａであった。
比較例３
ダイカスト用アルミニウム合金［サミット昭和アルミ(株)、６３ＳＣ、Ｍｎ０.０４質量％、Ｃｕ０.０５質量％、Ｓｉ０.６５質量％、Ｆｅ０.２７質量％、Ｍｇ０.６２質量％、Ｚｎ０.０５質量％、Ｎｉ０.０１質量％、Ｃｒ０.０３質量％、Ｔｉ０.０１質量％、Ａｌ残部］を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製した。
陽極酸化処理において、美麗な表面が得られなかったので、物性の評価は行わなかった。
比較例４
ダイカスト用アルミニウム合金［三菱化学(株)、５ＫＤＭ３−Ｚ、Ｃｏ０.９４質量％、Ｃｕ０.０６質量％、Ｓｉ０.０４質量％、Ｆｅ０.１０質量％、Ａｌ残部］を用いた以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価を行った。
６０度鏡面光沢度は３０％であり、ビッカース硬度は８８Ｈvであり、引張強度は１１８ＭＰａであった。
実施例１〜３及び比較例１〜４で用いたアルミニウム合金の組成と射出速度を第１表に、得られたアルミニウム合金ダイカスト製品の光沢度、硬度、強度を第２表に示す。
【００１４】
【表１】
2008184656.tif 000007
【００１５】
【表２】
2008184656.tif 000008
【００１６】
第２表に見られるように、マンガン１.４質量％、１.２質量％又は１.０質量％を含有するアルミニウム合金から射出速度４.０ｍ／ｓで鋳造し、陽極酸化処理して得られた実施例１〜３のアルミニウム合金ダイカスト製品は、６０度鏡面光沢度、ビッカース硬度、引張強度のいずれもが高く、バランスのとれた特性を有している。これに対して、マンガンの含有量が１.４質量％であっても、射出速度０.５ｍ／ｓで鋳造した比較例１のアルミニウム合金ダイカスト製品では、良好なテストピースが得られない。マンガンの含有量が２.５質量％である比較例２のアルミニウム合金ダイカスト製品は、引張強度は高いが、６０度鏡面光沢度が低い。マンガンの含有量が０.０４質量％、珪素の含有量が０.６５質量％である比較例３のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理において、美麗な表面が得られない。マンガンを含有しない比較例４のアルミニウム合金ダイカスト製品は、６０度鏡面光沢度、ビッカース硬度、引張強度のいずれもが低い。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、少量のマンガンを含有するアルミニウム合金を用いて、薄肉部を有する金型であっても製品に欠陥を生ずることなく、射出速度３ｍ／ｓ以上で安定して鋳造して美麗な表面を得ることができる。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品は、陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現するので、めっき処理などの煩雑な二次加工を必要としない。本発明のアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法によれば、硬度と強度が大きく、金属光沢のある美麗な外観を有する製品を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】デュプレックス皮膜の模式的説明図である。
【図２】バリアー型酸化皮膜の模式的説明図である。
【図３】実施例で作製したテストピースの斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  アルミニウム合金基材
２  バリアー型酸化皮膜
３  微細孔
４  多孔質層
５  アルミニウム合金基材
６  酸化膜
７  基部
８  薄肉部
９  厚肉部
１０  リブ
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月3日(2007.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項２】
マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、マグネシウム含有量が４.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、マンガン０.５〜１.９質量％を含有するアルミニウム合金は、金型内での溶湯の流動性がよく、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造すると、薄肉部であっても焼付き、湯皺、湯境などの欠陥を生ずることがなく、ダイカスト製品の硬度と強度が大きく、さらにダイカスト製品を陽極酸化処理することにより、美麗な金属光沢が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、
（２）マンガン０.５〜１.９質量％、コバルト０.５〜２.０質量％及び銅０.０２〜０.１２質量％を含有し、珪素含有量が１.０質量％以下であり、マグネシウム含有量が４.０質量％以下であり、残部はアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を用いて、射出速度３ｍ／ｓ以上で鋳造し、かつ該鋳造品を陽極酸化処理することによって、該鋳造品の表面光沢度を６０度鏡面光沢度５５％以上としたことを特徴とする厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品、及び、
（３）(１)又は(２)記載のアルミニウム合金を溶融し、金型キャビティに射出速度３ｍ／ｓ以上で注入し、冷却凝固することによりダイカスト鋳造品とし、得られたダイカスト鋳造品に陽極酸化処理を施すことを特徴とする(１)又は(２)記載の厚さ１.５ｍｍ以下の薄肉部を有するアルミニウム合金ダイカスト製品の製造方法、
を提供するものである。