(57)【要約】【課題】高表面硬度を有する交流酸性電解酸化皮膜層を備える表面処理アルミニウム材を提供する。【解決手段】アルミニウム基材と、その表面に形成された交流酸性電解酸化皮膜層とを備え、当該交流酸性電解酸化皮膜層の表面ビッカース硬度がアルミニウム基材の表面ビッカース硬度より３５〜５００Ｈｖ大きいことを特徴とする表面処理アルミニウム材、ならびに、当該表面処理アルミニウム材の製造方法であって、電解処理されるアルミニウム基材の電極と対電極とを用い、液温５℃以上の酸性水溶液の電解溶液中で交流電解処理することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム基材と、その表面に形成された交流酸性電解酸化皮膜層とを備え、当該交流酸性電解酸化皮膜層における表面ビッカース硬度がアルミニウム基材の表面ビッカース硬度より３５〜５００Ｈｖ大きいことを特徴とする表面処理アルミニウム材。
【請求項２】
前記交流酸性電解酸化皮膜層の厚さ（Ａ）が０．１〜５０．０μｍである、請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項３】
前記交流酸性電解酸化皮膜層における厚さＡ（μｍ）及び表面ビッカース硬度Ｂ（Ｈｖ）、ならびに、アルミニウム基材の表面ビッカース硬度Ｃ（Ｈｖ）との関係がＢ≧８Ａ＋Ｃを満たす、請求項１又は２に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、電解処理されるアルミニウム基材の電極と対電極とを用い、液温５℃以上の酸性水溶液の電解溶液中で交流電解処理することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法。
【請求項５】
前記酸性水溶液における酸性成分の濃度が０．１〜５０．０重量％である、請求項４に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
【請求項６】
前記交流電解処理における交流周波数が５〜１０００Ｈｚである、請求項４又は５に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
【請求項７】
前記交流電解処理における電解時間が３０〜４０００秒である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
【請求項８】
前記交流電解処理における電解電流密度が０．１０〜５０．００Ａ／ｄｍ２である、請求項４〜７のいずれか一項に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質の交流酸性電解酸化皮膜層を備えた表面処理アルミニウム材及びその製造方法に関し、詳細には、酸性水溶液の電解溶液中における交流電解処理によって、適度な表面硬度と酸化皮膜厚さを備えた交流酸性電解酸化皮膜層が形成された表面処理アルミニウム材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
純アルミニウム材又はアルミニウム合金材（以下、両者を合わせて「アルミニウム材」と記す）は軽量で、かつ適度な機械的特性を有し、耐食性、リサイクル性に優れた特徴も有するため、様々な構造部材、機械部品類等に使用されている。また、これらのアルミニウム材の一部又は全体に表面処理を施すことで、耐食性、絶縁性、密着性、抗菌性、耐摩耗性等の性質を付与し、或いは、これらの性質を向上させた上で使用されることも多い。
【０００３】
近年になって輸送機器類を中心に省資源化や省エネルギー化が進んでおり、輸送機器類の部材にアルミニウム材の適用が増加している。このような部材には摺動箇所に用いられるものもあり、これを鉄鋼材料からアルミニウム材に替えることで軽量化を図る提案が多くなされている。アルミニウム材を摺動箇所に適用する場合には、耐摩耗性を向上させる表面処理が行われることが多い。
【０００４】
アルミニウム材表面の耐摩耗性を向上させるためには、硬質な酸化皮膜の形成が望まれる。特に摺動部で使用される部材においては、材料表面から測定した際の表面硬度を向上させ、かつ、摺動部の高寿命化のため適切な硬質皮膜厚さを有することが望まれている。例えば非特許文献１には、陽極酸化処理を低温（０℃程度）で行う硬質皮膜法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献１には、陽極酸化処理を低温で行わなくても、処理浴中に浸漬したアルミニウム材からなる処理部品に、プラス電圧を印加する工程と、電荷を除去する工程とを繰り返し、１回のプラス電圧印加の通電時間が２５〜１００μｓとすることで、常温（５〜１５℃）の陽極酸化処理であっても硬度を確保できる陽極酸化処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐藤敏彦著、「アルマイト理論」、カロス出版株式会社（１９８０年）
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−８３４６７号公報
【０００８】
しかしながら、上述の技術によって表面に硬質皮膜を付与させることで耐摩耗性は向上するが、地球温暖化防止などの観点から低エネルギーコストで表面処理を行なうことが求められる。上記の従来技術において、非特許文献１の硬質皮膜法では、表面に硬質皮膜を付与させるための電解浴を低温（０℃程度）まで冷却する必要がある。更に、非特許文献１記載の方法では、材料表面から測定した際の表面硬度は向上するものの、硬質な酸化皮膜の厚さを制御することが困難であった。
【０００９】
特許文献１の陽極酸化処理方法では、表面に硬質な酸化皮膜を付与させるための電解浴を常温（５〜１５℃）で行なうことができるものの、実質的に５〜２０ｋＨｚの高周波数を用いる必要があるため、大掛かりな設備が必要になるなどの問題点があった。また、耐摩耗耐久性を制御するためには酸化皮膜厚さの制御が必要となるが、高周波数の波形を用いる方法では、十分な酸化皮膜厚さを得るために長時間を要するため製造効率が非常に低い問題点も残った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、アルミニウム材を所定条件で交流電解処理することによって、高表面硬度を有する交流酸性電解酸化皮膜層を備える表面処理アルミニウム材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】
【００１１】
すなわち、本発明は請求項１において、アルミニウム基材と、その表面に形成された交流酸性電解酸化皮膜層とを備え、当該交流酸性電解酸化皮膜層における表面ビッカース硬度がアルミニウム基材の表面ビッカース硬度より３５〜５００Ｈｖ大きいことを特徴とする表面処理アルミニウム材とした。
【００１２】
本発明は請求項２では請求項１において、前記交流酸性電解酸化皮膜層の厚さ（Ａ）が０．１〜５０．０μｍであるものとした。
【００１３】
本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記交流酸性電解酸化皮膜層における厚さＡ（μｍ）及び表面ビッカース硬度Ｂ（Ｈｖ）、ならびに、アルミニウム基材の表面ビッカース硬度Ｃ（Ｈｖ）との関係がＢ≧８Ａ＋Ｃを満たすものとした。
【００１４】
本発明は請求項４において、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、電解処理されるアルミニウム基材の電極と対電極とを用い、液温５℃以上の酸性水溶液の電解溶液中で交流電解処理することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法とした。
【００１５】
本発明は請求項５では請求項４において、前記酸性水溶液における酸性成分の濃度が０．１〜５０．０重量％であるものとした。
【００１６】
本発明は請求項６では請求項４又は５において、前記交流電解処理における交流周波数が５〜１０００Ｈｚであるものとした。
【００１７】
本発明は請求項７では請求項４〜６のいずれか一項において、前記交流電解処理における電解時間が３０〜４０００秒であるものとした。
【００１８】
本発明は請求項８では請求項４〜７のいずれか一項において、前記交流電解処理における電解電流密度が０．１〜５０．００Ａ／ｄｍ２であるものとした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る表面処理アルミニウム材は、優れた表面硬度を有する交流酸性電解酸化皮膜層を備える。また、本発明に係る表面処理アルミニウム材の製造方法は、低エネルギーコストで、交流酸性電解酸化皮膜層厚さの制御が容易で、簡便な設備を使用でき、更に、製造効率も高い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高硬度の交流酸性電解酸化皮膜層が形成された本発明に係る表面処理アルミニウム材の模式図である。
【図２】本発明に係る表面処理アルミニウム材の交流電解装置を示す正面図である。
【図３】本発明に係る表面処理アルミニウム材の交流電解装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．表面処理アルミニウム材
図１に示すように、本発明に係る表面処理アルミニウム材は、アルミニウム基材２と、その表面に形成された交流酸性電解酸化皮膜層１から構成される。
【００２２】
１−１．アルミニウム基材
本発明に用いるアルミニウム基材としては、純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金の成分には特に制限されるものではなく、ＪＩＳに規定される合金を始めとする各種合金を使用することができる。アルミニウム基材の形状も特に制限されるものではなく、平板、押出形材、管、鋳物などの各種形状で用いることができる。また、部分的に表面にマスキングフィルムを貼付することで、マスキングフィルムを貼付した部分以外の部分のみに交流酸性電解酸化皮膜層を形成することもできる。
【００２３】
１−２．交流酸性電解酸化皮膜層
通常、アルミニウム基材表面には表面処理操作を行なっていない場合においても約１０ｎｍの自然酸化皮膜層が存在する。表面処理前のアルミニウム基材の表面硬度Ｃは、自然酸化皮膜の直上からアルミニウム基材の素地の表面硬度を測定することとなる。また、交流酸性電解酸化皮膜層が形成されることによって、表面処理アルミニウム材の、すなわち、交流酸性電解酸化皮膜層における表面硬度Ｂは、表面処理前のアルミニウム基材の表面硬度Ｃよりも硬くすることができる。従って、交流酸性電解酸化皮膜層自体の硬度は、交流酸性電解酸化皮膜層が形成された表面処理アルミニウム材の表面硬度から、表面処理前の、すなわち、交流酸性電解酸化皮膜層が形成される前におけるアルミニウム基材の表面硬度を差し引いた数値を指標として評価できる。なお、表面硬度としては、通常、ビッカース硬度が用いられる。ここで、本発明において、交流酸性電解酸化皮膜層とは、交流電解において、電解溶液として酸性水溶液を用いて得られる酸化皮膜層をいうものとする。
【００２４】
本発明に係る表面処理アルミニウム材の表面には、交流電解処理によって硬質の交流酸性電解酸化皮膜層が形成されている。この表面処理アルミニウム材の表面から測定したビッカース硬度Ｂは、電解処理前のアルミニウム基材の硬度Ｃよりも３５〜５００Ｈｖ大きいものとし、好ましくは４５〜４５０Ｈｖ大きいものとする。すなわち、交流酸性電解酸化皮膜層自体の硬度を、３５〜５００Ｈｖ、好ましくは４５〜４５０Ｈｖの硬度を指標として評価するものである。この硬度差が３５Ｈｖ未満の場合には、交流酸性電解酸化皮膜層の硬度が不十分となり耐摩耗性が低下する。一方、この硬度差が５００Ｈｖを超える場合には、交流酸性電解酸化皮膜層の硬度が大き過ぎて、この酸化皮膜層に割れが生じ易い。
【００２５】
交流酸性電解酸化皮膜層の厚さは、０．１〜５０．０μｍが好ましく、０．３〜４０．０μｍがより好ましい。この厚さが０．１μｍ未満では、所望の表面硬度を持続可能な耐摩耗耐久性が不十分となる。一方、この厚さが５０．０μｍを超えると、交流酸性電解酸化皮膜層に割れが生じる虞がある上、この酸化皮膜層を形成するために長時間を要することになり生産性が低下する。
【００２６】
交流酸性電解酸化皮膜層における厚さをＡ（μｍ）及び表面ビッカース硬度をＢ（Ｈｖ）、ならびに、アルミニウム基材の表面ビッカース硬度をＣ（Ｈｖ）とした場合に、これらの関係がＢ≧８Ａ＋Ｃ（式１）を満たすのが好ましく、Ｂ≧１０Ａ＋Ｃ（式２）を満たすのがより好ましい。この関係がＢ＜８Ａ＋Ｃの場合には、交流酸性電解酸化皮膜層の厚さに対して硬度が小さ過ぎることになる。その結果、例えば、表面処理アルミニウム材を摺動箇所に用いた場合には、交流酸性電解酸化皮膜層が深く削れてカジリが発生する虞がある。なお、上記式１、式２において、（Ｂ−Ｃ）は３５〜５００（Ｈｖ）を満たすものである。
【００２７】
２．表面処理アルミニウム材の製造方法
以下に、本発明に係る表面処理アルミニウム材の製造方法について説明する。上述の特徴を満たした交流酸性電解酸化皮膜層を表面に備えた表面処理アルミニウム材を製造するための一つの方法として、電解処理されるアルミニウム基材の電極と対電極とを用い、液温５℃以上の酸性水溶液の電解溶液中で交流電解処理することにより、交流酸性電解酸化皮膜層を形成する方法を挙げることができる。
【００２８】
２−１．前処理
本発明において、交流電解処理されるアルミニウム基材には、電解処理を行なう前に前処理を施すのが好ましい。前処理としては、通常、アルミニウム基材表面の加工油を取り除く脱脂処理が行われる。脱脂処理には溶剤又はアルカリ性水溶液が好適に用いられるが、アルカリ水溶液を用いることで、脱脂と表面の余分な酸化物層の除去を同時に行うことができる。このようなアルカリ性水溶液の成分は特に限定されるものではないが、ｐＨが８．５以上１４未満のものが好適に用いられる。アルカリ水溶液の脱脂後は、表面に残存するスマットを除去するために酸性水溶液による洗浄と、その後の純水やイオン交換水で水洗を行なうのが好ましい。
【００２９】
２−２．電極
本発明において、交流電解処理されるアルミニウム基材と対電極の形状は特に限定されるものではないが、アルミニウム基材と対電極との極間距離を対向面の全体にわたって均一にすることが好ましい。特に安定して交流酸性電解酸化皮膜層を形成するには、アルミニウム基材と対電極は平板形状のものが好適に用いられる。また、ピストン形状や円筒形状などの有形材の場合には、アルミニウム基材の周囲を取り囲むように対電極を配設することで、均一な交流酸性電解酸化皮膜層を形成することができる。
【００３０】
図２に示すように、アルミニウム基材と対電極が共に平板形状の場合には、結線された対電極板５、６を用意し、これら２枚の対電極板５、６の間に表面処理されるアルミニウム基板４の両方の表面をそれぞれ、対電極板５、６の表面と平行になるように設置することが好ましい。対向するアルミニウム基板４と対電極板５、６の対向面の寸法は、アルミニウム基板４の面積に対して各対電極板５、６の面積が、０．５倍から最大で１０倍程度のとして、これら全ての電極を静止状態で電解操作を行なうのが好ましい。なお、図２において、３は交流電源であり、７は電解溶液を示す。
【００３１】
このような態様に対して、アルミニウム基材１０がピストン形状や筒状のような有形材の場合には、図３に示すように、筒状や丸棒状の対電極材８、９を用意する。そして、アルミニウム基材１０の外面を処理する場合には、筒状の対電極材８に囲まれた中央にピストン形状や筒状のアルミニウム基材を配置する。一方、アルミニウム基材１０の内面を処理する場合には、丸棒状の対電極材９を筒状のアルミニウム基材１０の内側に配置する。このように配置したアルミニウム基材１０と対電極材８、９を、設置静止状態で電解操作を行なうのが好ましい。このようにして交流電解することで、アルミニウム基材１０と対電極材８（９）との極間距離の差を対向面の全体にわたって小さくすることができるため、特に安定して交流酸性電解酸化皮膜層を形成することができる。
【００３２】
交流電解処理に使用する電極のうち一方の電極は、電解処理によって表面処理されるべきアルミニウム基材である。他方の対電極としては、例えば、黒鉛、アルミニウム、チタン等の公知の電極を用いることができる。ここで、電解溶液の成分や温度に対して劣化せず、導電性に優れ、更に、それ自身が電気化学的反応を起こさない材質のものを使用する必要がある。このような点から、対電極としては黒鉛電極が好適に用いられる。これは、黒鉛電極が化学的に安定であり、かつ、安価で入手が容易であるためである。
【００３３】
２−３．電解溶液
本発明において、電解溶液として用いる酸性水溶液は、硫酸等の強酸水溶液；りん酸、ほう酸、酒石酸、シュウ酸などの弱酸水溶液；又はこれらの混合物からなる水溶液を用いることができる。このような酸性水溶液の濃度は、電解溶液のｐＨが所望の値（好ましくは−１．４〜６．５、より好ましくは−１．２〜６．０）になるように適宜調整されるが、通常、０．１〜５０．０重量％とするのが好ましく、０．５〜４０．０重量％とするのがより好ましい。この濃度が０．１重量％未満では、電解溶液が薄くなりすぎ、電解が不安定になるため、所望の皮膜厚さに調整できないことがある。一方、この濃度が５０．０重量％を超えると、電解溶液が濃くなりすぎ、表面にむらが発生することがあるばかりでなく、電解浴コストも高くなるため、好ましくない。
【００３４】
本発明で使用する電解溶液温度は、好ましくは５℃以上であり、より好ましくは１０℃以上である。電解溶液温度が５℃未満では電解溶液を冷却する必要がるため、冷却のための高エネルギーコストを要し生産性が低下する。なお、電解溶液温度の上限については、５０℃以上とすると硬質の交流酸性電解酸化皮膜層が得られ難くなる上に、加熱のための高エネルギーコストを要し、これまた生産性の低下を招く。従って、電解溶液温度は５０℃以下とするのが好ましく、４０℃以下とするのがより好ましい。
【００３５】
２−４．交流電解条件
本発明に用いる交流電解処理は交流を用いることを特徴とし、交流波形は特に限定されるものではないが、正弦波、矩形波、三角波、パルス波形などを用いることができ、特に正弦波が好適に用いられる。また、交流周波数は５〜１０００Ｈｚとするのが好ましく、１０〜８００Ｈｚとするのがより好ましい。交流周波数を５〜１０００Ｈｚとすることにより、形成される交流酸性電解酸化皮膜層の硬度を制御することができる。交流周波数が５Ｈｚ未満では、アノード電流とカソード電流の単位時間当たりにおける入れ替わりが少ないため、所望の皮膜層硬度が得られない。一方、交流周波数が１０００Ｈｚを超えると、皮膜層形成速度が低下するため所望厚さの酸化皮膜層を形成させるためには長時間を要することになり生産性が低下する。
【００３６】
本発明に用いる交流電解処理では、より均一な交流酸性電解酸化皮膜層を形成するために、電流密度を制御した電解波形を用いるのが好ましい。電流密度は、交流波形の最大（ピーク）電流値で０．１０〜５０．００Ａ／ｄｍ２とするのが好ましく、０．２０〜４０．００Ａ／ｄｍ２とするのがより好ましい。この電流密度が０．１０Ａ／ｄｍ２未満では、皮膜層形成速度が遅くなるため生産性が低下する場合がある。一方、この電流密度が５０．００Ａ／ｄｍ２を超えると、交流電解処理中における電流密度の分布にむらが発生して皮膜層厚さが不均一になる場合がある。
【００３７】
本発明に用いる交流電解処理では、交流電解時の電解時間を３０〜４０００秒とするのが好ましく、６０〜３０００秒とするのがより好ましい。これにより、所望の皮膜層厚への制御を容易に行うことができる。交流電解時間が３０秒未満では、形成される皮膜層厚さが不十分となり耐摩耗性が低下する場合がある。一方、交流電解時間が４０００秒を超えると、皮膜層が厚くなり過ぎて皮膜層内部において割れが発生する場合があり、また、電解時間が長過ぎて生産性も低下する。
【００３８】
３．交流酸性電解酸化皮膜層の測定
３−１．厚さ（Ａ）
本発明に係る表面処理アルミニウム材の交流酸性電解酸化皮膜層の厚さの測定には、この酸化皮膜層厚さが１μｍ以下の場合には透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察が好適に用いられる。具体的には、ウルトラミクロトーム等により薄片に加工し、ＴＥＭ観察することによって測定できる。また、この酸化皮膜厚さが１μｍを超える場合には、渦電流式電磁膜厚計を使用することで容易に測定できる。
【００３９】
３−２．表面硬度（Ｂ、Ｃ）
本発明に係る表面処理アルミニウム材（Ｂ）、ならびに、表面処理を行なう前のアルミニウム基材の表面硬度（Ｃ）の測定には、マイクロビッカース硬度計が用いられる。マイクロビッカース硬度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に記載の方法に準拠した金属材料の硬度であり、正四角錘形のダイヤモンドの圧子を一定の試験荷重で試料の試験面（表面処理アルミニウム材では、交流酸性電解酸化皮膜層の表面であり、表面処理を行なう前のアルミニウム基材では、未処理の表面である）に押込み、生じた圧痕の大きさから求められる硬度として規定される。
【００４０】
本発明において、交流酸性電解酸化皮膜層の硬度は、上記の表面処理アルミニウム材の表面硬度Ｂから、表面処理を行なう前のアルミニウム基材の表面硬度Ｃを差し引いた値によって評価される。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づいて、本発明における好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
電解処理されるアルミニウム基材として、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×板厚１．０ｍｍを有するＪＩＳ１１００とＪＩＳ５０５２（表１）の平板を使用した。交流電解処理前の前処理として、６０℃に加熱した５重量％ＮａＯＨ水溶液に３０秒間浸漬することにより脱脂処理を行なった。その後、室温下で３０重量％硝酸水溶液に６０秒間浸漬し、スマットの除去を行なった後、イオン交換水で洗浄した。
【００４３】
前処理を行なったアルミニウム合金板を互いに結線されて対向する２枚の黒鉛の対電極板間に配置し、アルミニウム合金板の両面がそれぞれ、対抗する黒鉛の対電極板面と平行になるように配設して交流電解処理を行った。両対電極板の寸法はそれぞれ、縦２００ｍｍ×横２５０ｍｍ×板厚２．０ｍｍとした。
【００４４】
交流電解処理に用いた電解溶液には、表１に示す温度、電解成分及び電解成分の濃度の酸性水溶液を使用した。なお、比較例１ではＮａＯＨ水溶液を、比較例２では中性のＮａＣｌ水溶液を用いた。このような電解溶液を収容する電解槽中に、アルミニウム合金板と両対電極を配置し、表１に示す交流電解条件で交流電解処理を実施した。
【００４５】
電解波形は交流電源を用いて電流制御法の正弦波で行ない、本発明例２３ではデューティ比５０％の矩形波で行なった。具体的には、アノード及びカソードのピーク電流密度、電解時間及び交流周波数を各々設定して処理を実施した。アノード及びカソードのピーク電流密度、電解時間、ならびに、交流周波数を表１に示した。なお、比較例３及び４では、アノード直流電解とした。
【００４６】
【表１】
2017078185.tif 000003
【００４７】
以上のようにして、本発明例１〜３２及び比較例１〜５では、アルミニウム基材の両面に交流酸性電解酸化皮膜層を形成した。交流電解処理後に、表面処理アルミニウム材を電解槽から速やかに取り出し、イオン交換水で水洗して室温の大気中で自然乾燥した。
【００４８】
１．表面硬度の測定
以上のようにして作製した表面処理アルミニウム材の試料に対し、マイクロビッカース硬度計を用いて表面硬度（Ｂ）を測定した。更に、電解処理を施していないアルミニウム基材の表面硬度（Ｃ）も同様にして測定した。結果を表２に示す。
【００４９】
２．交流酸性電解酸化皮膜層の厚さの測定
上記のようにして作製した表面処理アルミニウム材の試料に対し、渦電流式電磁膜厚計を用いて、交流酸性電解酸化皮膜層の厚さ（Ａ）を測定した。具体的には、試料の幅方向の全幅に沿った５箇所を一組とし、このような組を圧延方向の全長に沿って１０組測定し、全測定点の算術平均値を求めた。また、この酸化皮膜層の厚さが渦電流式電磁膜厚計の測定限界である１μｍ以下の試料については、ＴＥＭによる断面観察から膜厚を測定した。具体的には、ウルトラミクロトームを用いて供試材から断面観察用薄片試料を作製した。次に、この薄片試料において観察視野（１μｍ×１μｍ）を２０視野撮影し、各視野において任意の５点、全視野で合計１００点を選択してＴＥＭ断面観察により酸化皮膜層の厚さの測定を行ない、算術平均値を求めた。結果を表２に示す。
【００５０】
３．交流酸性電解酸化皮膜層の厚さ（Ａ）と硬度（Ｂ、Ｃ）との関係における評価
作製した供試材について、Ａ、Ｂ、Ｃの関係が上述の式１、式２を満たすか否かにより下記の基準で評価した。結果を、表２に示す。
◎：Ｂ≧１０Ａ＋Ｃを満たすもの
○：８Ａ＋Ｃ≦Ｂ＜１０Ａ＋Ｃを満たすもの
×：Ｂ＜８Ａ＋Ｃを満たすもの
【００５１】
４．交流酸性電解酸化皮膜層の外観評価
アルミニウム基材表面に交流酸性電解酸化皮膜層を形成した後、表面の交流酸性電解酸化皮膜層における変色、割れ、むら、ピット等の発生について目視観察を行なった。この目視観察において、処理表面全体に対する変色、割れ、むら、ピット等の発生領域の面積率を下記の基準で評価した。結果を、表２に示す。
◎：変色、割れ、むら、ピット等の発生領域が５％以下
○：変色、割れ、むら、ピット等の発生領域が５％を超え２０％以下
×：変色、割れ、むら、ピット等の発生領域が２０％を超える
【００５２】
【表２】
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【００５３】
表２の結果において、交流酸性電解酸化皮膜層性能及び表面品質の観点から総合評価を行なった。具体的には、表面処理アルミニウム材のビッカース硬度が交流電解処理前のアルミニウム基材の硬度より３５Ｈｖ以上大きく、かつ、交流酸性電解酸化皮膜層の外観評価が◎又は○であった場合を総合評価が合格、これ以外の場合を総合評価が不合格と判定した。
【００５４】
表２に示すように、本発明例１〜３２では、製造方法が本発明要件を満たすため、本発明に係る交流酸性電解酸化皮膜層を有する表面処理アルミニウム材が得られた。本発明に係る表面処理アルミニウム材は、表面硬度が十分に大きく、交流酸性電解酸化皮膜層形成後の外観が良好なため、総合評価が合格であった。
【００５５】
表２に示すように、これに対して比較例１〜５では、製造方法が本発明の要件を満たしていないため、本発明に係る酸化皮膜層を有する表面処理アルミニウムが得られなかった。その結果、表面処理アルミニウム材の表面硬さ、交流酸性電解酸化皮膜層形成後の外観の各評価の少なくとも一つが不合格であり、総合評価が不合格となった。
【００５６】
具体的には、比較例１では、交流電解処理の電解溶液に酸性水溶液ではなく１５．０％の水酸化ナトリウム水溶液を使用した。その結果、交流酸性電解酸化皮膜層がほとんど形成されず、交流電解によって全面にむらが生じた。そのため、表面処理アルミニウム材の表面硬さが不十分で、かつ、交流酸性電解酸化皮膜層形成後の外観評価が×となり、総合評価が不合格となった。
【００５７】
比較例２では、交流電解処理の電解溶液に酸性水溶液ではなく中性の１５．０％の塩化ナトリウム水溶液を使用した。その結果、表面処理後の交流酸性電解酸化皮膜層の全面にピットが生じた。そのため、表面処理アルミニウム材の表面硬さが不十分で、かつ、交流酸性電解酸化皮膜層形成後の外観評価が×となり、総合評価が不合格となった。
【００５８】
比較例３では、交流電解処理ではなく直流電解処理を用いた。その結果、変色等の少ない電解酸化皮膜層が形成はされたものの、表面処理アルミニウム材の表面硬さが不十分であり、総合評価が不合格となった。
【００５９】
比較例４では、０℃に冷却した硫酸水溶液を電解溶液に使用して交流電解処理ではなく直流電解処理を用いた。その結果、Ａ、Ｂ、Ｃの関係は上記式１、２を満たすものの、（Ｂ−Ｃ）が大き過ぎ、電解酸化皮膜層の全面に割れ発生が発生した。そのため、電解酸化皮膜層形成後の外観評価が×となり、総合評価が不合格となった。
【００６０】
比較例５では、（Ｂ−Ｃ）が大きくなり過ぎないように、比較例４に比べて低電流密度で長時間電解する方法を試みた。しかしながら、０℃に冷却した硫酸水溶液を電解溶液に使用して交流電解処理ではなく直流電解処理を用いたため、電解酸化皮膜層形成後の外観評価が×となり、総合評価が不合格となった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明により、優れた表面硬度を有する交流酸性電解酸化皮膜層を備える表面処理アルミニウム材を、低エネルギーコストで、酸化皮膜層厚さの制御を容易に、簡便な設備で、高効率で得ることができる。これにより、本発明に係る表面処理アルミニウム材は、耐摩耗性が要求される摺動部用のアルミニウム材に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６２】
１‥‥‥交流酸性電解酸化皮膜層
２‥‥‥アルミニウム基材、アルミニウム素地
３‥‥‥交流電源
４、１０‥‥‥アルミニウム基板、アルミニウム基材
５‥‥‥対電極板
６‥‥‥対電極板
７‥‥‥電解溶液
８‥‥‥対電極材
９‥‥‥対電極材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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