(57)【要約】【課題】マグネシウム材料に対する陽極酸化処理液であって、耐食性、耐摩耗性等に優れた平滑な陽極酸化皮膜を形成でき、しかも有害な物質を含有しない、新規な処理液を提供する。【解決手段】水酸化アルカリ、炭酸塩、硼酸塩及び珪酸塩を含む水溶液からなるマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化アルカリ、炭酸塩、硼酸塩及び珪酸塩を含む水溶液からなるマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液。
【請求項２】
水酸化アルカリ０．７〜５モル／ｌ、炭酸塩０．１〜１．５モル／ｌ、硼酸塩０．０５〜１．５モル／ｌ及び珪酸塩０．０５〜１．５モル／ｌを含有する水溶液からなるマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の陽極酸化処理液中に、マグネシウム又はマグネシウム合金製の被処理物を浸漬し、液温５〜８０℃、電流密度０．２〜１０Ａ／ｄｍ２で電解することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の陽極酸化方法。
【請求項４】
Ｓｉを０．１〜８重量％、ＭｇＯを８５重量％以上含有する皮膜であるマグネシウム又はマグネシウム合金の陽極酸化皮膜。
【請求項５】
請求項３に記載の方法によってマグネシウム又はマグネシウム合金に陽極酸化処理を行った後、電着塗装を行うことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の電着塗装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金を処理対象とする陽極酸化処理液、陽極酸化方法、陽極酸化皮膜及び電着塗装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム及びその合金（以下、「マグネシウム材料」という場合がある）は、軽量で比強度が高く、機械加工が容易である等、優れた特性を有する材料であり、軽量構造材等として各種分野において広く用いられている。しかしながら、マグネシウム材料は、化学的に活性が高く、耐食性が劣るため、従来から、実用に際しては種々の表面処理が施されている
マグネシウム材料の表面処理方法としては、主として化成処理法と陽極酸化処理法が知られている。これらの内で、化成処理法は、クロム酸等を主成分とする処理液に浸漬して防食被膜を形成する方法である。例えば、ＪＩＳ−Ｈ−８６５１（１種、３種、７種、８種、９種、１０種等）、ＭＩＬ−Ｍ−３１７２Ｃ等には、化成処理法に用いられる処理液が各種記載されている。
【０００３】
また、陽極酸化処理法は、マグネシウム材料を処理液に浸漬し、交流又は直流を通じて電気化学的にその表面を酸化して酸化皮膜を形成する方法である。陽極酸化処理に用いる処理液としては、例えば、ＪＩＳ−Ｈ−８６５１（５種、６種、１１種、１２種等）、ＭＩＬ−Ｍ−３１７１Ａ、ＭＩＬ−Ｍ−４５２０２Ａ等に各種の処理液が記載されている。その他に各種の陽極酸化処理用の処理液が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
しかしながら、上記した方法の内で、化成処理法では、形成される皮膜の耐摩耗性が低く、更に、電着塗装による塗膜との密着性が悪いという欠点がある。また、形成される化成皮膜は、一般的に薄く、その防食性は一時的であり、保管や輸送中などの仮防食に使用できるだけである。
【０００５】
また、陽極酸化処理では、形成される酸化皮膜に凹凸が生じ易く、電着塗装を行うとブリスタが発生することが多い。このため、陽極酸化皮膜上に平滑な電着塗装皮膜を形成することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６３−４４８３９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特公昭６２−５３５９６号公報
【０００８】
【特許文献３】
特公昭６３−２９０００号公報
【０００９】
【特許文献４】
特公平４−３０４７３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した如き従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、耐食性、耐摩耗性等に優れた平滑な陽極酸化皮膜を形成できるマグネシウム材料に対する陽極酸化処理液であって、クロム酸、フッ化物等の有害な物質を含有しない、新規な処理液を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、水酸化アルカリ、炭酸塩、硼酸塩及び珪酸塩を含む水溶液を陽極酸化処理液として用いることにより、マグネシウム材料に対して、耐食性、耐摩耗性等に優れた平滑な陽極酸化皮膜を形成できることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、下記のマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液、陽極酸化方法、陽極酸化皮膜、及び電着塗装方法を提供するものである。
１．　水酸化アルカリ、炭酸塩、硼酸塩及び珪酸塩を含む水溶液からなるマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液。
２．　水酸化アルカリ０．７〜５モル／ｌ、炭酸塩０．１〜１．５モル／ｌ、硼酸塩０．０５〜１．５モル／ｌ及び珪酸塩０．０５〜１．５モル／ｌを含有する水溶液からなるマグネシウム又はマグネシウム合金用陽極酸化処理液。
３．　上記項１又は２に記載の陽極酸化処理液中に、マグネシウム又はマグネシウム合金製の被処理物を浸漬し、液温５〜８０℃、電流密度０．２〜１０Ａ／ｄｍ２で電解することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の陽極酸化処理方法。
４．　Ｓｉを０．１〜８重量％、ＭｇＯを８５重量％以上含有する皮膜であるマグネシウム又はマグネシウム合金の陽極酸化皮膜。
５．　上記項３に記載の方法によってマグネシウム又はマグネシウム合金に陽極酸化処理を行った後、電着塗装を行うことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の電着塗装方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の陽極酸化処理液の処理対象は、マグネシウム又はマグネシウム合金である。マグネシウム合金としては、特に限定的ではなく、公知の各種合金を用いることができる。例えば、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｍｇ−Ｚｎ合金、Ｍｇ−Ｍｎ合金等の各種のマグネシウム合金を処理対象とすることができる。
【００１４】
本発明の陽極酸化処理液は、水酸化アルカリ、炭酸塩、硼酸塩及び珪酸塩を有効成分として含む水溶液である。
【００１５】
水酸化アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等を用いることができる。これらは、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。水酸化アルカリは、主として電解質として作用するものと考えられる。水酸化アルカリの濃度は、０．７〜５モル／ｌ程度とすることが好ましく、１．２５〜３．２５モル／ｌ程度とすることがより好ましい。
【００１６】
炭酸塩としては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属塩を用いることができる。これらは、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。炭酸塩は、主として電解中のマグネシウムの溶出を防止し、酸化マグネシウムの成長を促進する作用を有するものと考えられる。炭酸塩の濃度は、０．１〜１．５モル／ｌ程度とすることが好ましく、０．２５〜０．７５モル／ｌ程度とすることがより好ましい。
【００１７】
硼酸塩としては、例えば、メタ硼酸又はオルト硼酸のアルカリ金属塩、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等を用いることができる。特に、溶解性が良好な点でメタ硼酸塩が好ましい。これらは、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。硼酸塩は、均一で平滑な皮膜を形成するために有効な成分であり、特に、マグネシウム合金を被処理物とする場合にその効果が顕著である。これは、マグネシウム合金中に含まれる合金成分であるアルミニウムの溶出を抑制することによって、良好な皮膜が形成されることによるものと考えられる。硼酸塩の濃度は、０．０５〜１．５モル／ｌ程度とすることが好ましく、０．１〜１モル／ｌ程度とすることがより好ましい。
【００１８】
珪酸塩としては、オルト珪酸又はメタ珪酸のアルカリ金属塩、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等を用いることができる。これらは、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。珪酸塩が含まれることによって、素材の表面に珪酸皮膜が形成され、処理液中への素材の溶出が抑制されて、良好な陽極酸化皮膜が形成されるものと考えられる。珪酸塩の含有量は、０．０５〜１．５モル／ｌ程度とすることが好ましく、０．１〜０．６モル／ｌ程度とすることがより好ましい。
【００１９】
本発明の陽極酸化処理液を用いて陽極酸化処理を行う方法としては、まず、処理対象のマグネシウム材料に対して、必要に応じて、付着物などを除去するための前処理を行う。前処理方法については、特に限定的ではなく、素材の種類、付着物の状態などに応じて、溶剤洗浄、アルカリ洗浄、酸洗浄等の公知の処理方法を適宜適用すればよい。
【００２０】
次いで、陽極酸化処理液中に被処理物を浸漬して陽極酸化を行う。処理液の液温は、５〜８０℃程度とすることが好ましく、２０〜５０℃程度とすることがより好ましい。この様な温度範囲において、比較的低温で電解酸化を行うと、電圧上昇が早く、最終電圧が高くなる傾向がある。
【００２１】
電解方法は交流電解及び直流電解のいずれでも良いが、皮膜成長が早く、厚膜を容易に得ることができる点で直流電解が好ましい。
【００２２】
電流密度は、０．２〜１０Ａ／ｄｍ２程度とすることが好ましく、１〜５Ａ／ｄｍ２程度とすることがより好ましい。この様な電流密度範囲において、電流密度を高く設定すると、電圧上昇が早く、最終電圧が高くなる傾向がある。
【００２３】
一般に、通電開始後、陽極酸化皮膜が形成されると電流密度が低下する傾向がある。このため、通電方法としては、例えば、１〜２Ａ／ｄｍ２程度の電流密度が保たれるように電圧を徐々に上昇させ、３０Ｖ程度の電圧を超えた時点で必要な電流密度となるように電圧を設定する方法などを適用すればよい。通電時間は、通常、１０分〜１００分間程度とすればよい。
【００２４】
上記した方法によって、平滑で白色外観を有し、耐食性、耐摩耗性などに優れた陽極酸化皮膜を形成することができる。形成される陽極酸化皮膜は、膜厚が５〜３０μｍ程度の範囲内にあることが好ましい。
【００２５】
得られた酸化皮膜は、主成分としてＭｇＯを８５重量％程度以上含有し、更に、Ｓｉを０．１〜８重量％含むものとなる。該酸化皮膜は、その他に、処理液中のアルカリ金属、ホウ素等を含み、更に、アルミニウムを含む合金を処理対象とする場合にはアルミニウムなども含むものとなる。アルカリ金属、ホウ素、アルミニウム等の含有量は、通常、合計量として皮膜中に５重量％程度以下となる。
【００２６】
上記した方法で形成された陽極酸化皮膜は、必要に応じて、封孔処理を行うことによって、耐食性をより向上させることができる。封孔処理の方法については、特に限定はなく、各種の公知の方法を適用できる。
【００２７】
上記した方法で形成された陽極酸化皮膜は、平滑性が良く、緻密な皮膜であり、この上に、電着塗装を行うことによって、平滑で密着性に優れ、膨れの発生がほとんど無い優れた電着塗装皮膜を形成できる。電着塗装方法については特に限定はなく、マグネシウム材料に対して適用される各種の電着塗料を用いて、公知の方法に従って電着塗装を行えばよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明方法の陽極酸化処理液によれば、マグネシウム又はマグネシウム合金に対して、平滑で密着性が良く、耐食性、耐摩耗性等に優れた陽極酸化皮膜を形成できる。
【００２９】
形成された陽極酸化皮膜は、平滑で緻密な皮膜であり、この上に、電着塗装を行うことによって、良好な電着塗装皮膜を形成できる。
【００３０】
また、本発明の陽極酸化処理液は、クロム酸、フッ化物等の有害な物質を含有しない点で安全性の高い処理液である。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
実施例１〜６及び比較例１〜３
被処理物としては、耐摩耗性試験用試料として５ｃｍ×１０ｃｍ×０．２ｃｍのマグネシウム合金（ＡＺ９１系合金）製平板を用い、電着塗装用試料、外観試験用試料及び耐食性試験用試料として、マグネシウム合金（ＡＺ９１系合金）製のリール部品を用いた。
【００３３】
まず、被処理物を浸漬脱脂液（奥野製薬工業（株）製、エースクリーンＡ−２２０（商標名）の５０ｇ／ｌ水溶液）中に４０℃で２分間浸漬して脱脂処理を行った後、無水クロム酸２００ｇ／ｌ、硝酸第二鉄４０ｇ／ｌ及びフッ化カリウム３．５ｇ／ｌを含有する水溶液中に、室温で２分間浸漬してエッチング処理を行った。
【００３４】
次いで、表１に示す各陽極酸化処理液中に被処理物を浸漬し、陰極としてカーボン電極を用いて直流電解により、陽極酸化処理を行った。処理条件を下記表１に示す。
【００３５】
【表１】
2004091911.tif 000002
【００３６】
上記した条件で陽極酸化処理を行った後、下記の方法で各種特性の評価を行った。結果を下記表２に示す。
試験方法
外観：陽極酸化処理を行った各試料について、目視で外観を観察した。
【００３７】
耐食性試験：陽極酸化処理を行った各試料について、重クロム酸ナトリウム２０ｇ／ｌ及び酸性フッ化アンモニウム１００ｇ／ｌを含有する水溶液に３０℃で１分間浸漬し、乾燥した後、塩水噴霧試験を４８時間行い、腐食による試料の減量を測定した。
【００３８】
耐摩耗性試験：耐食性試験と同様にして重クロム酸ナトリウム及び酸性フッ化アンモニウムを含有する水溶液に浸漬し乾燥した各試料について、ＪＩＳ　Ｈ　８６８２−１に準じた方法により、研磨紙（ＣＰ３２０）を用いて、荷重４．０Ｎで、毎分５０往復の摩擦速度で平板摩耗試験を行った。２００往復の摩耗試験を行った後、摩耗減量を測定した。
【００３９】
電着塗装試験：陽極酸化処理を行った各試料を純水で洗浄した後、カチオン電着塗料を用いて、電圧９８Ｖで１分間電着塗装を行い、１８０℃で３０分焼き付けして、電着塗装皮膜を形成した。形成された電着塗装皮膜における膨れの有無を確認した後、耐食性試験として、ＪＩＳ　Ｈ　８５０２に従ってキャス試験を行い、３サイクル後及び６サイクル後に、電着塗装皮膜の膨れの有無を確認した。その結果について、皮膜に膨れが認められない場合を○印で示し、膨れが認められる場合を×印で示す。
【００４０】
【表２】
2004091911.tif 000003
【００４１】
以上の結果から明らかなように、本発明の陽極酸化処理液を用いることにより、外観が良好であって、耐食性、耐摩耗性に優れ、更に、電着塗装皮膜との間で良好な密着性を有する陽極酸化皮膜を形成できることが判る。