(57)【要約】【課題】輻射量を向上させて放熱性能を向上させることが可能な放熱用アルミニウム素材の表面処理方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る放熱用アルミニウム素材の表面処理方法は、放熱用アルミニウム素材を表面処理する方法であって、シュウ酸を主剤として含有する電解液を用いて、アルミニウム素材を陽極酸化処理する陽極酸化処理段階と、アルミニウム素材の表面に形成された気孔に硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）を形成させて表面をシーリングするシーリング段階とを含んでなる。【選択図】図４
2016003390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱用アルミニウム素材を表面処理する方法であって、
シュウ酸を主剤として含有する電解液を用いて、アルミニウム素材を陽極酸化処理する陽極酸化処理（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）段階と、
前記アルミニウム素材の表面に形成された気孔に硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）を形成させて表面をシーリングするシーリング段階とを含んでなることを特徴とする放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項２】
前記陽極酸化処理段階における前記電解液のシュウ酸濃度が０．２〜０．８モル（Ｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項３】
前記陽極酸化処理段階における前記電解液の温度が１０〜４０℃であることを特徴とする請求項１に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項４】
前記陽極酸化処理段階の処理時間が３０分以上であることを特徴とする請求項１に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項５】
前記シーリング段階が、
前記陽極酸化処理段階で処理されたアルミニウム素材を酢酸コバルト浸漬液に浸漬させる第１浸漬過程と、
前記第１浸漬過程で処理されたアルミニウム素材を硫化アンモニウム浸漬液に浸漬させる第２浸漬過程とを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項６】
前記第１浸漬過程における前記酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度が１００〜２５０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項５に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【請求項７】
前記第２浸漬過程における前記硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度が１０〜５０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項５に記載の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱用アルミニウム素材の表面処理方法に係り、より詳しくは、輻射量を向上させて放熱性能を向上させることが可能な放熱用アルミニウム素材の表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム素材は、軽量金属で熱伝導性に優れるうえ、電気伝導度が良好な素材である。さらに、アルミニウム素材は、表面処理によって耐食性および機械的性能を向上させることができるため、様々な分野に広く用いられている。特に最近は、このような特性により自動車用部品素材として多用されている。
一方、自動車用部品としてアルミニウム素材が使用される場合は、軽量化を目的とするときと、放熱性の向上を目的とするときに大別される。よって、従来は、軽量化または放熱性が要求される部品に選択的にアルミニウム素材を採用した。
ところが、自動車技術の向上に伴い、各部品に要求される性能が増大しており、これによりアルミニウム素材の軽量化および放熱性の改良を図るための研究が続けられている。
まず、軽量化を目的とするときは、アルミニウム合金の成分を調整することにより、アルミニウム素材の特性を向上させる様々な技術が提案されて使用されている。
一方、放熱性の向上を目的とするときは、アルミニウム合金の成分を調整する技術では達成することが難しかった。そこで、アルミニウム素材の表面処理技術の改良によって放熱性を向上させる技術研究が進められている。
【０００３】
一般に、アルミニウム素材は、陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）という表面処理によって耐食性および耐摩耗性が向上されて使用される。また、陽極酸化処理で形成された皮膜には、数多くの気孔層が形成されるため、この気孔層を利用して、染料の着色による多様なカラーを実現し、或いは機能性物質を含浸させることにより表面をシーリング処理している。
アルミニウム素材を表面処理する陽極酸化処理は、一般に、１０〜１８ｗｔ％の硫酸水溶液を電解液として用いる硫酸法が採用されている。この硫酸法を採用する理由は、電解液が最も安価であり、電力消耗量が少なくて経済的であるからである。しかし、この硫酸法による陽極酸化処理技術は、アルミニウム素材の耐摩耗性および耐食性を向上させる目的で施されている技術であって、アルミニウム素材の放熱性を考慮した技術ではない。
したがって、近年では、陽極酸化処理の際に電解液の成分を様々に変更してアルミニウム素材の性能および特性を向上させる技術が提案されている。
例えば、電解液に硫酸を全く使用せず、クエン酸を主剤とし、このクエン酸にシュウ酸（ｏｘａｌｉｃ  Ａｃｉｄ）を添加剤として加えることにより、酸化皮膜層に発生する多孔質構造の形状を規則的かつ安定的に生成させる技術について、「アルミニウム合金材の陽極酸化電解液の組成方法およびその組成物（特許文献１）に具体的に開示されている。
【０００４】
ところが、特許文献１記載の発明では、酸化皮膜に発生する多孔質構造の形状を規則的かつ安定的に生成させ、電解液の残留現象を防止して後処理工程を大幅省略し、アルミニウム素材の表面の強度、耐食性、耐摩耗性、絶縁性および耐熱性などの化学的および機械的特性だけでなく、耐電圧性などの電気的特性も向上させる効果を得ることはできたが、放熱性は考慮されていない。
一方、陽極酸化処理されたアルミニウム素材の表面を仕上げるシーリング処理は、一般に沸騰水シーリング法（Ｂｏｉｌｉｎｇ  ｗａｔｅｒ）、低温シーリング法（ＮｉＦ２）などが使用されている。ところが、このようなシーリング処理法は、アルミニウム素材の表面に形成された酸化皮膜の保護を目的になされたものであって、アルミニウム素材の放熱性については考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０６０６９３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、アルミニウム素材の表面処理技術およびシーリング処理技術を用いて放熱性を向上させる放熱用アルミニウム素材の表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するためになされた、本発明の放熱用アルミニウム素材の表面処理方法は、放熱用アルミニウム素材を表面処理する方法であって、シュウ酸を主剤として含有する電解液を用いてアルミニウム素材を陽極酸化処理する陽極酸化処理段階と、アルミニウム素材の表面に形成された気孔に硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）を形成させて表面をシーリングするシーリング段階とを含んでなることを特徴とする。
【０００８】
陽極酸化処理段階における電解液のシュウ酸濃度は０．２〜０．８モル（Ｍ）であることを特徴とする。
陽極酸化処理段階における電解液の温度は１０〜４０℃であることを特徴とする。
陽極酸化処理段階の処理時間は３０分以上であることを特徴とする。
【０００９】
シーリング段階は、陽極酸化処理段階で処理されたアルミニウム素材を酢酸コバルト浸漬液に浸漬させる第１浸漬過程と、第１浸漬過程で処理されたアルミニウム素材を硫化アンモニウム浸漬液に浸漬させる第２浸漬過程とを含む。
第１浸漬過程における酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度は１００〜２５０ｇ／Ｌであることを特徴とする。
第２浸漬過程における硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度は１０〜５０ｇ／Ｌであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、陽極酸化処理に使用される電解液にシュウ酸のみを用いて酸化皮膜の色相を黒色に近い色相とすることにより、アルミニウム素材の放熱性を向上させることができる。
また、陽極酸化処理された表面の気孔にＣｏＳを生成させてアルミニウム素材の表面の色相を一層黒色に近い色相とすることにより、アルミニウム素材の放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の硫酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の表面を示す写真である。
【図２】本発明に係るシュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の表面を示す写真である。
【図３】従来の硫酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の相対的輻射放熱量を示すグラフである。
【図４】本発明に係るシュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の相対的輻射放熱量を示すグラフである。
【図５】種々の方法によってシーリング処理されたアルミニウム素材の表面写真および相対的輻射放熱量を示す図である。
【図６】本発明に係るブラックシーリング法によるシーリング処理において第１浸漬過程で使用する酢酸コバルトの濃度による放熱量の変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係るブラックシーリング法によるシーリング処理において第２浸漬過程で使用する硫化アンモニウムの濃度による放熱量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１３】
一般に、アルミニウム素材は、表面処理によって生成する酸化皮膜の色相が黒色に近いほど輻射量が多くなって放熱性が向上することが知られている。
このため、本発明に係る放熱用アルミニウム素材の表面処理方法は、アルミニウム素材に適用される陽極酸化処理とシーリング処理を改善してアルミニウム素材の表面を黒色に近い色相にしようとするものである。
詳しくは、本発明に係る放熱用アルミニウム素材の表面処理方法は、シュウ酸を主剤として含有する電解液を用いてアルミニウム素材を陽極酸化処理する陽極酸化処理（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）段階と、陽極酸化処理段階の後に、アルミニウム素材の表面に形成された気孔に硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）を生成させて表面をシーリングするシーリング段階とを含む。
【００１４】
陽極酸化処理段階は、アルミニウム素材の表面を陽極酸化処理して黒色に近い酸化皮膜を形成する段階であって、陽極酸化処理の際に電解液として、シュウ酸のみを添加して組成された電解液を使用する。
この際、シュウ酸の濃度は０．２〜０．８モル（Ｍ）に維持する。好ましくは０．３モル（Ｍ）である。その理由は、０℃でのシュウ酸の飽和濃度が０．３モルであるため、電解液の使用温度を考慮して、シュウ酸の濃度が０．２モルより低い場合には、陽極酸化処理に必要な電力量が増加し、酸化皮膜の表面に形成される気孔の緻密度が低下し、シュウ酸の濃度が０．８モルより高い場合には、もはやシュウ酸の溶解が行われないためである。よって、シュウ酸の濃度は０．２〜０．８モル（Ｍ）であることが好ましい。
【００１５】
一方、本実施形態で使用される電解液は、シュウ酸を単独で用いることが好ましいが、シュウ酸を主剤として使用しながら一般な陽極酸化処理に用いられる酸がさらに含まれてもよい。たとえば、電解液にはシュウ酸と共に硫酸、リン酸およびクロム酸などがさらに溶解できる。この際、硫酸、リン酸およびクロム酸などの濃度は０．１〜１モル（Ｍ）を維持することが好ましい。
一方、電解液のシュウ酸濃度を０．２〜０．８モル（Ｍ）に維持する場合、陽極酸化処理の際に電流１〜５ＡＳＤ、電圧５０〜１５０Ｖに維持することが好ましい。
また、陽極酸化処理の際に、電解液の温度は１０〜４０℃に維持することが良い。さらに、電解液の温度は１５〜３０℃を維持することがより好ましい。その理由は、シュウ酸を溶解した電解液で陽極酸化処理を施す場合、電解液の温度が高いほど、生成する酸化皮膜の色相が濃くなる傾向を示すためである。但し、電解液の温度が３０℃を超えた場合には、温度がさらに昇温しても、酸化皮膜の色相が濃くなる程度が減少するため、酸化皮膜の色相が最大に濃くなることを考慮して電解液の温度を４０℃より高く維持することは、電解液の温度を管理する側面からみて無駄な措置である。
【００１６】
陽極酸化処理の処理時間は３０分以上を維持することが好ましい。その理由は、陽極酸化処理時間が長くなるほど、生成する酸化皮膜の厚さが厚くなり、放熱量が向上する傾向を示すためである。特に、陽極酸化処理時間が３０分を超えるとき、放熱量が最大値を示すからである。
上述したとおり陽極酸化処理の際に電解液の温度よび処理時間を限定する理由は、後述する実験によってその効果を立証したためである。
【００１７】
一方、シーリング段階は、陽極酸化処理段階で陽極酸化処理によって生成した酸化皮膜をシーリングさせてアルミニウム素材の表面色相を黒色に近い色相とする段階である。このシーリング段階は、陽極酸化処理段階で処理されたアルミニウム素材を酢酸コバルト浸漬液に浸漬させる第１浸漬過程と、第１浸漬過程で処理されたアルミニウム素材を硫化アンモニウム浸漬液に浸漬させる第２浸漬過程とを含む。
第１浸漬過程における酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度は１００〜２５０ｇ／Ｌであり、酢酸コバルト浸漬液の温度は２０〜５０℃であり、浸漬時間は１０〜３０分を維持することが好ましい。
また、第２浸漬過程における硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度は１０〜５０ｇ／Ｌであり、硫化アンモニウム浸漬液の温度は２０〜５０℃であり、浸漬時間は１０〜３０分を維持することが好ましい。
この第１浸漬過程および第２浸漬過程における浸漬液の濃度、温度および浸漬時間を限定する理由は、後述する実験によってその効果を立証したためである。
【００１８】
以下、様々な実験例によって本発明の効果を立証する。
［実験例１］
実験例１は、電解液として硫酸水溶液を用いてアルミニウム素材を陽極酸化処理した従来法による比較例と、シュウ酸を単独で添加して組成された電解液を用いてアルミニウム素材を陽極酸化処理した本発明による実施例を、電解液の温度および処理時間をそれぞれ変化させて陽極酸化処理した後、アルミニウム素材の表面に形成された酸化皮膜の表面を比較した実験である。
この際、比較例は硫酸濃度１５ｗｔ％の電解液を使用し、実施例はシュウ酸濃度０．３モルの電解液を使用した。比較例と実施例はいずれも電解液の温度を０℃、１５℃および３０℃とし、処理時間を１０分、２０分、３０分および４０分に設定した。
その結果を図１および図２に示した。
【００１９】
図１は従来の硫酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の表面を示す写真であり、図２は本発明に係るシュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の表面を示す写真である。
図１から分かるとおり、電解液として硫酸を用いた比較例の場合は、電解液の温度が低いほど酸化皮膜の表面色相が暗くなることが確認された。
また、比較例では、処理時間が長くなるほど酸化皮膜の表面色相が暗くなることが確認された。
【００２０】
これに対し、図２から分かるとおり、電解液としてシュウ酸を用いた本発明の実施例では、電解液の温度が高いほど酸化皮膜の表面色相が暗くなることが確認された。
また、実施例の場合、処理時間が長くなるほど比較例と同様に酸化皮膜の表面色相が益々暗くなることを確認することができた。但し、処理時間が３０分である場合と、処理時間が４０分である場合の比較では、アルミニウム素材の表面色相にほぼ変わりなく類似した水準を維持していた。
このことから、電解液としてシュウ酸を用いる本発明の場合は、放熱性を考慮すると、電解液の温度を１０〜４０℃に維持することが好ましく、また、１５〜３０℃に維持することがより好ましく、処理時間を３０分以上に維持することが好ましいことが確認された。
【００２１】
［実験例２］
実験例２は、実験例１に使用された比較例と実施例によって製造されたアルミニウム素材の表面に生成した酸化皮膜の相対的輻射放熱量を測定した。その結果を表１、図３および図４に示した。
図３は従来の硫酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の相対的輻射放熱量を示すグラフであり、図４は本発明に係るシュウ酸電解液を用いた陽極酸化処理において温度と時間を変化させて製造した酸化皮膜の相対的輻射放熱量を示すグラフである。
【００２２】
【表１】
2016003390.tif 000003
【００２３】
表１、図３および図４から分かるとおり、同じ電解液の温度よび処理時間で比較すると、比較例に比べて実施例の輻射放熱量が相対的に高いことが確認された。
また、実施例の場合、電解液の温度が高く、処理時間が長いほど輻射放熱量が高くなることが確認された。但し、これは電解液の温度が１５℃および３０℃の場合であり、処理時間が３０分および４０分の場合には、輻射放熱量が測定装備誤差水準の範囲で同一の値を示すことが確認された。この結果より、工程の経済性を考慮すると、シュウ酸０．３モルの電解液を用いて陽極酸化処理を施す場合、電解液の温度を１５℃とし、処理時間を３０分に維持することが最も適するものと判断された。
【００２４】
［実験例３］
実験例３は、本発明によるシュウ酸電解液を用いて陽極酸化処理したアルミニウム素材に対するシーリング処理による表面色相の違いを調べる実験である。シュウ酸０．３モルの電解液を１５℃に維持し、６０分間陽極酸化処理したアルミニウム素材を、シーリング処理していない状態、沸騰水シーリング法（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ）でシーリング処理した状態、低温シーリング法（ＮｉＦ２）でシーリング処理した状態および本発明のシーリング処理（以下、「ブラックシーリング法」という）した状態の表面色相を観察すると共に、輻射法熱量を測定した。
その結果を図５に示した。
この実施例で、沸騰水シーリング法の場合は、９５℃の脱イオン水にアルミニウム素材を３０分間浸漬した。
低温シーリング法の場合は、フッ化ニッケル（ＮｉＦ２）濃度３ｇ／Ｌの浸漬液を２５℃に維持しながら、この浸漬液にアルミニウム素材を３０分間浸漬した。
また、本発明に係るブラックシーリング法の場合は、まず、酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度２００ｇ／Ｌの浸漬液を４５℃に維持しながら、この浸漬液にアルミニウム素材を２０分間浸漬した後、硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２）Ｓ）濃度３０ｇ／Ｌの浸漬液を２５℃に維持しながら、この浸漬液に２５分間浸漬した。
【００２５】
図５は各種の方法によってシーリング処理されたアルミニウム素材の表面写真および放熱量を示す図である。図５から分かるように、沸騰水シーリング法および低温シーリング法によってシーリング処理されたアルミニウム素材も、シーリング処理を施していない状態よりは表面の色相が暗くなったが、ブラックシーリング処理されたアルミニウム素材の表面色相が最も暗い黒色になった。
特に、図５の輻射放熱量を測定した結果からも、沸騰水シーリング法によってシーリング処理したアルミニウム素材は、輻射放熱量がシーリング処理前と変わりなく、また、低温シーリング法によってシーリング処理したアルミニウム素材はシーリング処理前より輻射放熱量が増加したが、ブラックシーリング法によってシーリング処理したアルミニウム素材ほど輻射放熱量が高くなかった。すなわち、ブラックシーリング法によってアルミニウム素材の表面をシーリング処理する場合、他のシーリング処理法より著しく輻射放熱量が増加することが確認された。
【００２６】
［実験例４］
実験例４は、ブラックシーリング法によってシーリング処理を施す場合、第１浸漬過程で酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度による放熱量の変化を調べた実験である。シュウ酸電解液を用いて陽極酸化処理したアルミニウム素材をシーリングする段階の第１浸漬過程で使用する酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）量を変化させた。この際、全ての酢酸コバルト浸漬液の温度は４５℃に維持し、浸漬時間は２０分を維持した。次いで、第２浸漬過程では硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度３０ｇ／Ｌの浸漬液を２５℃に維持して１５分間浸漬した。その結果を図６に示した。
図６から分かるとおり、酢酸コバルトの量が１００、２００および２５０ｇ／Ｌであるとき、放熱量が４００Ｗ／ｍ２以上であることが確認された。この結果より、第１浸漬過程での酢酸コバルト浸漬液の酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度は１００〜２５０ｇ／Ｌであることが好ましいことが確認された。
【００２７】
［実験例５］
実験例５は、ブラックシーリング法によってシーリング処理を施す場合、第２浸漬過程で使用する硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度の差による放熱量の変化を調べた実験である。シュウ酸電解液を用いて陽極酸化処理したアルミニウム素材をブラックシーリング処理した。まず、第１浸漬過程として酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）濃度２００ｇ／Ｌの浸漬液を４５℃に維持し、２０分間浸した。次いで、第２浸漬過程で硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）量を変化させて浸漬した。全ての硫化アンモニウム浸漬液の温度は２５℃に維持し、浸漬時間は１５分を維持して浸漬した。その結果を図７に示した。
図７から分かるとおり、硫化アンモニウムの量が１０、３０および５０ｇ／Ｌであるとき、放熱量が４００Ｗ／ｍ２以上であることが確認された。この結果により、第２浸漬過程で硫化アンモニウム浸漬液の硫化アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｓ）濃度は１０〜５０ｇ／Ｌに維持することが好ましいことが確認された。
【００２８】
以上、本発明を添付図面および実施例を参照して説明したが、本発明は、これらに限定されず、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲の技術的思想から外れない範囲内において、本発明を多様に変形および修正することができることは自明である。
【図１】
2016003390.tif 000004
【図２】
2016003390.tif 000005
【図３】
2016003390.tif 000006
【図４】
2016003390.tif 000007
【図５】
2016003390.tif 000008
【図６】
2016003390.tif 000009
【図７】
2016003390.tif 000010