(57)【要約】【課題】  自動車部品のような使用環境が苛酷な用途においても優れた耐食性を発揮する、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対する表面処理方法を提供すること。【解決手段】  以下の工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。工程１：ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程工程２：工程１において形成した陽極酸化被膜を２５０℃以上で加熱処理する工程工程３：工程２において加熱処理した陽極酸化被膜の表面に膜厚が２０μｍ以上のＡｌ蒸着被膜を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分の成膜速度で形成する工程工程４：工程３において形成したＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理する工程【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を少なくとも含んでなることを特徴とするＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面処理方法。
工程１：ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程
工程２：工程１において形成した陽極酸化被膜を２５０℃以上で加熱処理する工程
工程３：工程２において加熱処理した陽極酸化被膜の表面に膜厚が２０μｍ以上のＡｌ蒸着被膜を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分の成膜速度で形成する工程
工程４：工程３において形成したＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理する工程
【請求項２】
工程２における加熱処理を３５０℃以下で行うことを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項３】
工程３において形成するＡｌ蒸着被膜の膜厚の上限を４０μｍとすることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項４】
工程４において形成する陽極酸化被膜の熱水処理後の膜厚を０．１μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
【請求項５】
請求項１記載の表面処理方法によって表面処理されてなることを特徴とする耐食性が付与されたＭｇまたはＭｇ合金からなる基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対して優れた耐食性を付与するための表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｇは、その密度がＡｌの密度の約２／３と小さいことからＡｌよりも軽く、また、薄板とした際に高い強度を有する。従って、Ｍｇは、ノートパソコンなどの筐体の材料として汎用されていることは周知の通りであるが、Ｍｇは、その軽さや強さなどに基づいて、今後、車体の軽量化による消費燃料の低減などといった効果を期待して、自動車部品などの材料として使用されることが考えられる。しかしながら、Ｍｇは、大気中で容易に酸化される性質を有するので、Ｍｇを自動車部品などの材料として使用するためには、過酷な使用環境の中でも十分な耐食性をＭｇに対して付与する必要がある。
【０００３】
Ｍｇに対する耐食性付与方法としては、例えばその表面に陽極酸化被膜を形成する方法が知られている。特許文献１には、さらに陽極酸化被膜の表面にＡｌ蒸着被膜を形成し、さらにＡｌ蒸着被膜の表面にＺｎ被膜を形成することで、金属光沢を付与するとともにデザイン性の高い彩色を施すことを可能にする方法が記載されている。しかしながら、特許文献１では、この方法がＭｇに対してどれだけの耐食性を付与するものであるのかは確認されていない。従って、ノートパソコンなどの筐体のような使用環境が比較的穏やかな用途では満足する耐食性を発揮するとしても、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途において満足する耐食性を発揮するかどうかは不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途においても優れた耐食性を発揮する、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対する表面処理方法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】
【０００６】
本発明者らは、上記の点に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、Ｍｇの表面に陽極酸化被膜を形成した後、所定の温度で加熱処理してからその表面に所定の膜厚のＡｌ蒸着被膜を所定の成膜速度で形成し、さらにＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理することで、優れた耐食性を有するＡｌ蒸着被膜が高い密着性をもってＭｇの表面に形成され、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途においてもＭｇに対して優れた耐食性を付与できることを見出した。前述の通り、特許文献１にはＭｇの表面に陽極酸化被膜を形成した後、さらにその表面にＡｌ蒸着被膜を形成することが記載されている。しかしながら、特許文献１における陽極酸化被膜の表面へのＡｌ蒸着被膜の形成は、その表面に金属光沢の付与やデザイン性の高い彩色を施すためのＺｎ被膜を置換反応によって形成することを目的としたものであり、また、その具体的な形成条件は記載されていない。
【０００７】
上記の知見に基づいて完成された本発明のＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面処理方法は、請求項１記載の通り、以下の工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。
工程１：ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程
工程２：工程１において形成した陽極酸化被膜を２５０℃以上で加熱処理する工程
工程３：工程２において加熱処理した陽極酸化被膜の表面に膜厚が２０μｍ以上のＡｌ蒸着被膜を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分の成膜速度で形成する工程
工程４：工程３において形成したＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理する工程
また、請求項２記載の表面処理方法は、請求項１記載の表面処理方法において、工程２における加熱処理を３５０℃以下で行うことを特徴とする。
また、請求項３記載の表面処理方法は、請求項１記載の表面処理方法において、工程３において形成するＡｌ蒸着被膜の膜厚の上限を４０μｍとすることを特徴とする。
また、請求項４記載の表面処理方法は、請求項１記載の表面処理方法において、工程４において形成する陽極酸化被膜の熱水処理後の膜厚を０．１μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする。
また、本発明の耐食性が付与されたＭｇまたはＭｇ合金からなる基材は、請求項５記載の通り、請求項１記載の表面処理方法によって表面処理されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途においても優れた耐食性を発揮する、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対する表面処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面処理方法は、以下の工程を少なくとも含んでなることを特徴とする。
工程１：ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程
工程２：工程１において形成した陽極酸化被膜を２５０℃以上で加熱処理する工程
工程３：工程２において加熱処理した陽極酸化被膜の表面に膜厚が２０μｍ以上のＡｌ蒸着被膜を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分の成膜速度で形成する工程
工程４：工程３において形成したＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理する工程
以下、各工程を、順を追って説明する。
【００１０】
工程１：ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程
この工程は、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材を陽極として電解液中で通電し、陽極酸化処理によって基材の表面に陽極酸化被膜を形成する工程である。電解液は、陽極酸化処理によってＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に陽極酸化被膜を形成することができるものであれば特段制限されるものではなく、例えば市販のリン酸塩を含むリン酸系電解液など使用することができる。陽極酸化処理は、例えば交直重畳電解法により行うことができる。具体的な条件としては、例えば、電解液の温度を１５℃〜３０℃とし、交流周波数を１０Ｈｚ〜１００Ｈｚとして、２００Ｖ〜２５０Ｖの定電圧にて１分間〜３０分間の電解処理を行う条件が挙げられる。電解液の温度が１５℃未満では所定の膜厚の陽極酸化被膜の形成に時間がかかりすぎる恐れがある一方、３０℃を超えると陽極酸化被膜が粗雑に成長することで脆くなってしまい、後の工程でその表面に高い密着性をもってＡｌ蒸着被膜を形成することができない恐れがある。基材の表面に形成する陽極酸化被膜の膜厚は２μｍ〜１５μｍが望ましい。膜厚が２μｍ未満では薄すぎて優れたアンカー効果を発揮する表面粗度が得られず、後の工程でその表面に高い密着性をもってＡｌ蒸着被膜を形成することができない恐れがある一方、１５μｍを超えると陽極酸化被膜が粗雑に成長することで脆くなってしまい、後の工程でその表面に高い密着性をもってＡｌ蒸着被膜を形成することができない恐れがある。
【００１１】
工程２：工程１において形成した陽極酸化被膜を２５０℃以上で加熱処理する工程
この工程は、工程１において形成した陽極酸化被膜の表面に高い密着性をもってＡｌ蒸着被膜を形成するために陽極酸化被膜の表面の吸着水分を除去する工程である。加熱処理温度を２５０℃以上と規定するのは、２５０℃未満では加熱処理することの効果が得られない恐れがあるからである。なお、加熱処理温度の上限は例えば３５０℃である。３５０℃を超える温度で加熱処理すると陽極酸化被膜が劣化してしまう恐れがある。加熱処理条件は温度条件を除けば特段限定されるものではなく、例えば、後の工程で行うＡｌ蒸着被膜の形成に利用する蒸着処理室内において、減圧下（例えば１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａ）、所定の温度で２０分間〜１時間行えばよい。
【００１２】
工程３：工程２において加熱処理した陽極酸化被膜の表面に膜厚が２０μｍ以上のＡｌ蒸着被膜を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分の成膜速度で形成する工程
この工程は、陽極酸化被膜の表面に緻密なＡｌ蒸着被膜を高い密着性をもって形成する工程である。Ａｌ蒸着被膜の形成は、真空蒸着法やイオンプレーティング法などの自体公知の方法で、蒸着源に対してスパッタリング、抵抗加熱、電子銃加熱するなどして行うことができる。Ａｌ蒸着被膜の成膜速度を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分と規定するのは、成膜速度が０．１μｍ／分未満では所定の膜厚のＡｌ蒸着被膜の形成に時間がかかりすぎる恐れがある一方、０．５μｍ／分を超えるとＡｌ蒸着被膜の緻密化が十分に進行しない恐れがあるからである。Ａｌ蒸着被膜の膜厚を２０μｍ以上と規定するのは、２０μｍ未満ではＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対して優れた耐食性を付与することができない恐れがあるからである。なお、Ａｌ蒸着被膜の膜厚の上限は例えば４０μｍである。４０μｍを超える膜厚にしても効果の向上はさほど期待できず、時間や手間がかかるだけである。
【００１３】
工程４：工程３において形成したＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理する工程
この工程は、陽極酸化被膜の表面に形成したＡｌ蒸着被膜に優れた耐食性を発揮させるための工程である。Ａｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成するための陽極酸化処理は、工程３によって得た表面にＡｌ蒸着被膜を有するＭｇまたはＭｇ合金からなる基材を陽極として電解液中で通電することによって行えばよい。電解液は、陽極酸化処理によってＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成することができるものであれば特段制限されるものではなく、例えば市販の硫酸塩を含む硫酸系電解液など使用することができる。陽極酸化処理は、例えば、電解液の温度を１５℃〜３０℃とし、０．１Ａ／ｄｍ２〜５Ａ／ｄｍ２の電流密度を印加して１分間〜３０分間行えばよい。電解液の温度が１５℃未満では所定の膜厚の陽極酸化被膜の形成に時間がかかりすぎる恐れがある一方、３０℃を超えると陽極酸化被膜が粗雑に成長することで脆くなってしまい、クラックや脱落が発生する恐れがある。陽極酸化処理によってＡｌ蒸着被膜の表面に形成した陽極酸化被膜は、その表面を熱水処理して表面の封孔を行う。熱水処理は、例えば９５℃以上の沸騰状態のイオン交換水を用いて３０分間〜９０分間行えばよい。熱水処理時間が３０分間未満では熱水処理による陽極酸化被膜の表面の封孔効果が得られない恐れがある一方、９０分間を超えて熱水処理しても効果の向上はさほど期待できず、エネルギーを消費するだけの結果に終わる恐れがある。こうしてＡｌ蒸着被膜の表面に形成した陽極酸化被膜の熱水処理後の膜厚は０．１μｍ〜１０μｍが望ましい。膜厚が０．１μｍ未満ではＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対してＡｌ蒸着被膜に優れた耐食性を発揮させることができない恐れがある一方、１０μｍを超える膜厚にしても効果の向上はさほど期待できず、時間や手間がかかるだけである。
【００１４】
本発明の表面処理方法は、Ｍｇからなる基材に対してもＭｇ合金からなる基材に対しても適用することができ、基材に対して優れた耐食性を付与することができる。従って、本発明の表面処理方法は、ノートパソコンの筐体のような従来からの使用環境が比較的穏やかな用途にはもちろんのこと、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途にも利用することができる。なお、Ｍｇ合金としては、例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ合金（ＡＺ９１Ｄ合金、ＡＺ３１合金、ＡＺ６１合金など）、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ合金（ＡＭ６０合金、ＡＭ１２０合金など）、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−希土類元素合金、Ｍｇ−Ｚｎ−希土類元素合金などが挙げられる。
【００１５】
なお、本発明の表面処理方法によって耐食性が付与されたＭｇまたはＭｇ合金からなる基材の表面に、さらに金属光沢の付与やデザイン性の高い彩色を施すことを可能にする金属被膜を形成したり、さらなる耐食性を付与するための耐食性被膜を形成したりしてもよい。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。
【００１７】
Ｍｇ合金からなる基材として、ＡＺ３１合金からなる５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ寸法の板を用いて以下の実験を行った（以下「基材」と略称する）。
実験Ａ：
（工程１）
基材に対して以下の３種類のいずれかの表面処理を行った。
（ａ）サンドペーパーによる研磨処理：耐水研磨紙（シリコンカーバイド、粒度：Ｐ１０００、リファインテック社製）を用いて全面研磨した後、エタノール中で５分間超音波洗浄してから自然乾燥させた。
（ｂ）化成処理：５０℃のリン酸カルシウム系化成処理液（ＭＺメイトプロセス、シミズ社製）に基材を３分間浸漬して化成処理することで、基材の表面に膜厚が２．５μｍの化成被膜を形成した後、水洗してから自然乾燥させた。
（ｃ）陽極酸化処理：リン酸系電解液（マゴキシドコート、植田アルマイト工業社製）の温度を２０℃とし、交流周波数を５０Ｈｚとして、２４０Ｖの定電圧にて５分間電解処理を行う条件での交直重畳電解法により、基材の表面に膜厚が６．２μｍの陽極酸化被膜を形成した後、水洗してから自然乾燥させた。
【００１８】
（工程２）
工程１において表面処理を行った基材の表面にＡｌ蒸着被膜を形成するため、基材を治具に固定し、蒸着槽内にセットした。槽内を３×１０−３Ｐａまで真空排気した後、Ａｒガスを槽内の圧力が１．０Ｐａになるよう供給した。その後、基材を固定した治具を水平中心軸線を中心に公転させながら、バイアス電圧−０．３ｋＶの条件下、１５分間グロー放電を行った。続いて、槽内の真空度が３×１０−３Ｐａ以下になるまで真空排気した後、表１に示す条件で基材を加熱処理した。
【００１９】
（工程３）
槽内の真空度を５×１０−４Ｐａまで真空排気した後、電子銃の駆動電力を成膜速度が０．２μｍ／分となるように設定し（電圧値を１０ｋＶで一定として電流値を調整することによる）、１５０分間の蒸着時間で基材の表面に膜厚が３０μｍのＡｌ蒸着被膜を形成した。なお、成膜速度は水晶発振式成膜コントローラ（ＣＲＴＭ−７０００、アルバック社製）を用いて測定した。基材の表面に形成したＡｌ蒸着被膜に対し、碁盤目テープ剥離試験（ＪＩＳ  Ｄ０２０２−１９９８に準拠）を行った。Ａｌ蒸着被膜を１ｍｍ間隔にて１０×１０のマス目となるように碁盤目にカットした後、セロハンテープ（ＣＴ２４、ニチバン社製）にて剥離し、剥離しなかったマス目の数でＡｌ蒸着被膜の密着性を判定した。結果を表１に示す。表１から明らかなように、基材の表面に高い密着性をもってＡｌ蒸着被膜を形成するためには、工程１として陽極酸化処理を行い、工程２として２５０℃以上で加熱処理を行う必要があることがわかった。
【００２０】
【表１】
2012201916.tif 000002
【００２１】
実験Ｂ：
（工程３）
実験ＡにおけるサンプルＮｏ．６と同様にして、工程１として基材の表面を陽極酸化処理して膜厚が７．０μｍの陽極酸化被膜を形成し、工程２として３００℃で加熱処理した後、表２に示す条件でＡｌ蒸着被膜を形成した。
【００２２】
（工程４）
硫酸系電解液（硫酸：１５ｍａｓｓ％＋硫酸Ａｌ：５ｍａｓｓ％）の温度を１５℃とし、工程３によって得た表面にＡｌ蒸着被膜を有する基材を陽極として１Ａ／ｄｍ２の電流密度を印加して５分間陽極酸化処理することでＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成し、さらに沸騰状態のイオン交換水に３０分間浸漬して陽極酸化被膜の表面を熱水処理した後、自然乾燥させた。Ａｌ蒸着被膜の表面に形成された陽極酸化被膜の熱水処理後の膜厚は０．２μｍであった。こうして表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理したＡｌ蒸着被膜を有する基材に対し、３００時間の塩水噴霧試験を行い、孔食および／または白錆溶出の面積を外観観察し、５％以下の場合を合格とした。結果を表２に示す。なお、表２には、Ａｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理しなかった場合の結果をあわせて示す（形成された陽極酸化被膜の膜厚：０．１μｍ）。表２から明らかなように、Ａｌ蒸着被膜を形成する際の成膜速度を０．１μｍ／分〜０．５μｍ／分とし、かつ、Ａｌ蒸着被膜の膜厚を２０μｍ以上とし、さらにＡｌ蒸着被膜の表面に陽極酸化被膜を形成してからその表面を熱水処理した場合、優れた耐食性を発揮した。この結果は、基材の表面に緻密なＡｌ蒸着被膜が高い密着性をもって形成されたことに加え、Ａｌ蒸着被膜の表面の、表面を熱水処理した陽極酸化被膜が優れた耐食性を有する不働態被膜として機能したことに基づくと推察された。
【００２３】
【表２】
2012201916.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、自動車部品のような使用環境が苛酷な用途においても優れた耐食性を発揮する、ＭｇまたはＭｇ合金からなる基材に対する表面処理方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。