JP2729835B2

JP2729835B2 - アルミニウム基体表面にセラミックス皮膜を形成させる方法

Info

Publication number: JP2729835B2
Application number: JP14906189A
Authority: JP
Inventors: 晴雄花形; 吏鈴木; 和夫柳田; 英郷五十嵐
Original assignee: Deitsupusooru Kk
Current assignee: Deitsupusooru Kk
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH0313593A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、アルミニウム基体表面に陽極火花放電によ
ってセラミックス皮膜を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

アルミニウム基体上にセラミックスを形成する方法に
は、焼結法、気相法、化成法が知られている。

焼結法は形成しようとするセラミックスの原料粉体を
基材にスプレーする法や浸漬する方法等により塗布し、
高温の炉で溶融焼付ける方法である。

気相法には、CVDとよばれる化学反応気相法と、PVDと
よばれる物理的蒸発法がある。前者は、形成しようとす
るセラミックスの原料を加熱により気化させた後、気相
中で反応させて基材に皮膜を形成させるものであり、一
方後者は、形成しようとするセラミックスを気化させ、
物理的に表面に付着させ形成させるものである。

化成法といて代表的な方法は、陽極酸化法である。こ
の方法は、中性から酸性の溶液中で、基材を陽極として
電解酸化させ、基材のアルミニウムが酸化アルミニウム
となる反応を利用するものである。

さらに、陽極火花放電による方法が知られている。例
えば、特公昭58−17278号、同59−28636号、同59−2863
7号、同59−28638号、同59−45722号、及び、同60−124
38号公報等には、シリケートあるいは各種の金属酸素酸
塩のアルカリ性水溶液からなる電解槽を構成し陽極付近
に吸引されるケイ酸イオン、金属酸素酸イオンと、陽極
金属との間に陽極火花放電を生じさせ、これによってセ
ラミックス層を形成する方法が開示されている。

特に近年、この陽極火花放電による方法で得られる皮
膜は、超高真空でのガス放出特性、耐食性及び可撓性に
すぐれ、さらに遠赤外放射性にすぐれる等の特徴が見い
出されて注目を集めるようになっている。

しかしながら、該陽極火花放電により得られる皮膜は
他の方法に比べて絶縁性等に劣るという問題がある。ま
た平滑性と硬度の上昇も望まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、絶縁性、平滑性及び硬度においてもすぐれ
た特性を有する皮膜を、陽極火花放電によってアルミニ
ウム基材表面に形成できる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〕

従来の技術の欄の公告公報に記載されたセラミックス
皮膜は、使用するケイ酸塩から予想されるように、ナト
リウム、カリウム等のアルカリ金属が数％含有されてお
り、これらのアルカリ金属が、硬度、絶縁破壊電圧等の
性能に悪影響を与えていると推定される。さらに半導体
製造装置ではこれらのアルカリ金属は悪影響を与えるた
め問題となる。これに対して、コロイダルシリカでは、
ケイ酸ナトリウム等に比較し、アルカリ金属量が数10分
の１であり、これらを用いて、火花放電皮膜を形成すれ
ば性能の向上がはかれると考えた。

尚、従来の技術の欄の公告公報にもコロイダルシリカ
で皮膜形成可能との記載が見られるが、コロイダルシリ
カ溶液による陽極電解のみでは、本発明の目的を達成す
るに足る皮膜を形成できない。

しかしながら、検討の結果、本発明は、はじめにケイ
酸塩を含有する電解浴を用いて火花放電し、次いでコロ
イダルシリカを含有する電解浴を用いて火花放電する
と、上記課題を効率よく達成できるとの知見に基づいて
なされたのである。

すなわち、本発明は、電解浴中でアルミニウム基体を
陽極として通電し、火花放電によりアルミニウム基体表
面にセラミックス皮膜を形成させる方法であって、ケイ
酸塩を含有する第１の電解浴中で火花放電により皮膜を
形成した後、コロイダルシリカを含有する第２の電解浴
中で火花放電することを特徴とする、アルミニウム基体
表面にセラミックス皮膜を形成させる方法を提供する。

第１の電解浴には、ケイ酸塩を含有させる。つまり、
ケイ酸塩を含有する溶液が使用され、ケイ酸塩として
は、一般式M₂O・nSiO₂（Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは
0.5乃至20の正数を示す）で表わされる種々の水溶性の
もの、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケ
イ酸リチウム等があげられる。ケイ酸塩の濃度は、10g/
以上が良く、好ましくは50〜300g/である。

第一段の電解では、陽極としては、ステンレス、鉄、
ニッケル等不溶性電極を用い、陽極にアルミニウム基体
を用いて火花放電を行う。電解時間、つまり火花放電前
の時間も含めた放電時間は、１分以上が良く、２〜５分
が好ましい。より好ましくは、第１段の電解により、厚
みが0.5μｍ以上、好ましくは１〜10μｍの皮膜を形成
させるのがよい。つまり、このような皮膜を形成させて
おくと、次に行う第２の火花放電でコロイダルシリカに
よるセラミックス皮膜を効率よく形成できるからであ
る。

電解液の温度は、溶解塩が変化しない任意の温度で良
いが、５〜60℃が好ましい。

電流密度は、0.2A/dm²〜10A/dm²がよく電圧は150V以
上である。好ましい電流密度範囲は、0.5〜3A/dm²であ
る。つまり、電流密度が低いと、火花放電を開始するま
での時間が長くなり、実際的でなく、高すぎると皮膜が
粗くなり適さないからである。

本発明のアルミニウム基体としては、一般的な清浄な
アルミ板であれば、洗浄、エッチング等は特に必要ない
が、皮膜の均一性、平滑性を向上させるために、洗浄や
エッチング等を行なう方が良い。

火花放電を行うための整流器の波形は、３相全波、ノ
コギリ波、パルス波等任意のものでよいが、火花放電開
始時間が短縮できること、皮膜が均一化する事などから
ノコギリ波、パルス波が好ましい。

第２の電解浴は、コロイダルシリカを含有する。コロ
イダルシリカは、無定形シリカ粒子が水中に分散してコ
ロイド状となっているものであり、代表的なコロイダル
シリカとしては、日産化学工業（株）の商品名「スノー
テックス」があげられる。尚、シリカ粒子径、pH、濃度
等について種々のものを使用できる。しかし、粒子径が
30mμ以上ではまだらに析出するので30mμ以下のものが
好ましい。

電解液の濃度は、コロイダルシリカとして、10〜500g
/（無水ケイ酸に換算して、１〜200g/）、好ましく
は、無水ケイ酸に換算して、2.5〜100g/が良い。濃度
が高くなると、ゼリー状の析出がおこるようになり、セ
ラミックス皮膜とならず、濃度が低くなると、析出速度
がおそくなり、実用的ではないからである。

陰極としては、ステンレス、鉄、ニッケル等の不溶性
電極を用い、陽極に前記アルミニウム基体を用いて火花
放電を行う。電解時の電流密度は0.2〜10A/dm²で行なう
事が出来るが、好ましくは、0.5〜3A/dm²が良い。電流
密度が低いと、平滑な析出とならず、高すぎると下地の
皮膜が破壊されたり、析出した皮膜が粗になる傾向があ
る。又、電解時の電圧は450V以上とするのがよい。電解
時間は必要とする膜厚を得る任意の時間とすることがで
きるが、通常膜厚が２〜200μｍとなるようにするのが
よい。さらに皮膜の機能性、電解時間の実用性を考慮し
たもっとも好ましい範囲は５〜40μｍである。

用いる整流器の波形は、３相全波、ノコギリ波、パル
ス波等任意のものでよいが、より均一な皮膜を得ようと
するには、ノコギリ波、パルス波（矩形波形）が良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、得られた皮膜表面の苛性アルカリの
濃度は、従来法に比較して数10分の１に減少でき、さら
に硬度、絶縁破壊電圧、平滑性等が向上した。しかも、
可とう性、遠赤外放射特性は従来法に比べて劣らないの
で、本発明の方法によれば従来のセラミックス皮膜にな
い特長を有する皮膜をアルミニウム基体上に形成でき
る。

従って、本発明により、例えば、アルミニウムの線材
にセラミック皮膜を施せば、高真空で用いる事の出来る
セラミックス被覆電線が得られ、アルミニウムの薄板上
に皮膜を形成すると、アルミの高熱伝導性を生かした、
電子回路用フレキシブル基板が得られる。さらに、従
来、アルカリ金属を含有するので使用が困難だった半導
体製造装置等にも使用出来るようになる。

次に実施例により本発明を説明する。

〔実施例〕

実施例１アルミニウム板を、脱脂、アルカリエッチング、酸活
性化して清浄化した後、陽極として用い、ステンレス板
を陰極とし、K₂O・nSiO₂200g/を含有する水溶液から
なる第１の電解浴にて25℃で、1A/dm²、１分間火花放電
して２μｍ厚のセラミックス皮膜をアルミニウム板上に
形成させた。該アルミニウム板を電解浴から取り出し、
水洗後、次に示す第２の電解浴で火花放電した。

該アルミニウム板を陽極にし、陰極をステンレス板と
して、コロイダルシリカ（スノーテックスXS）250g/
（pH10）を含有する水溶液からなる第２の電解浴で、25
℃で1A/dm²、10分間火花放電し、15μｍのセラミックス
皮膜を形成させた。

この皮膜の特性を表−１に示すが比較例１に比べ、硬
度、絶縁破壊電圧、平滑性にすぐれた特性を示した。

実施例２実施例１の第２の電解浴の水溶液を、コロイダルシリ
カ（スノーテックスＮ）500g/（pH約10）とした以外
は実施例１と同様にして火花放電した。

得られた皮膜の特性を表−１に示すが、硬度、絶縁破
壊電圧、平滑性ともすぐれたものであった。

実施例３実施例１の第２の電解浴の水溶液をコロイダルシリカ
（スノーテックス40）125g/（pH約10）に変更した以
外は実施例１と同様にして火花放電した。

実施例４実施例１の第２の電解浴の水溶液を、コロイダルシリ
カ（スノーテックス０）250g/（pH4）に変更した以外
は実施例１と同様にして火花放電した。

実施例５実施例１の第２の電解浴の液温を50℃とした以外は実
施例１と同様にして火花放電した。

比較例１実施例１の第１の電解浴で用いたと同様なNa₂O・nSiO
₂200g/を含有する水溶液により、25℃、1A/dm²、10分
間、実施例１と同様に前処理したアルミニウム板を陽極
として、ステンレス板を陰極として火花放電した。

比較例２実施例１の第１の電解浴を用いず、第２の電解浴だけ
により火花放電を行った。

得られた皮膜の特性を表−１に示すが、顆粒上で、実
用的ではなかった。従って、硬度、絶縁破壊電圧等は測
定不能だった。

尚、表−１中、膜厚、硬度、絶縁破壊電圧及び平滑性
は次の方法で行った。

膜厚渦電流方式厚み計、パーマスコープE110B型（Fischer
製）で測定した。

硬度試験板を110℃で１時間乾燥、放冷した後、先端を平
らに研き、角を鋭くした鉛筆を塗面に対し、45℃の角度
で塗面に強く押しつけ均一な速さで（3cm/秒）動かし
た。５回試験を繰り返し、４回以上やぶれなかった場合
の鉛筆の硬さで示した。

絶縁破壊電圧 JIS C2110固体電気絶縁材料の絶縁耐力の試験方法の
ワニス塗膜試験方法に準じた方法により、破壊電圧計Ｂ
−5110AF型（（株）フェイス製）で測定した。

平滑性目視及び走査型電子顕微鏡により表面状態を観察して
下記の基準で判定した。

◎・・・非常によい ○・・・よい △・・・ややよい ×・・・悪い

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電解浴中でアルミニウム基体を陽極として
通電し、火花放電によりアルミニウム基体表面にセラミ
ックス皮膜を形成させる方法であって、ケイ酸塩を含有
する第１の電解浴中で火花放電により皮膜を形成した
後、コロイダルシリカを含有する第２の電解浴中で火花
放電することを特徴とする、アルミニウム基体表面にセ
ラミックス皮膜を形成させる方法。