JPH0461069B2 - - Google Patents

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JPH0461069B2
JPH0461069B2 JP59027840A JP2784084A JPH0461069B2 JP H0461069 B2 JPH0461069 B2 JP H0461069B2 JP 59027840 A JP59027840 A JP 59027840A JP 2784084 A JP2784084 A JP 2784084A JP H0461069 B2 JPH0461069 B2 JP H0461069B2
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JP
Japan
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base material
oxide film
aluminum base
film
aluminum
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JP59027840A
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JPS60174864A (ja
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Kenji Tsukamoto
Yutaka Kato
Eizo Isoyama
Shigemi Tanimoto
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Altemira Co Ltd
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Showa Aluminum Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising
    • C23C8/12Oxidising using elemental oxygen or ozone

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は薄膜形成用アルミニウム基材の表面
処理方法に関する。
PVD法やCVD法を利用してアルミニウム基材
の表面に薄膜を形成して製造した製品としては、
太陽電池(薄膜構成物質:アモルフアスSi)、電
子写真用感光体(薄膜構成物質:Seまたはその
合金、アモルフアスSiなど)、ポリゴンミラー
(薄膜構成物質:Al、SiO2)などがある。このよ
うな薄膜は、膜質が均一でかつ基材との密着性が
すぐれていなければならない。ところでこれらの
製品の製造工程において、薄膜の形成時に同薄膜
に表面に、脹れ、割れ、ピンホールなどの種々の
表面欠陥が生じることがあり、これが製品の品質
上大きな問題となつていた。この点を電子写真用
感光体について以下にさらに詳しく説明する。電
子写真技術を用いた複写機や、レーザービームプ
リンタなどにおいては、アルミニウム基材の表面
に、SeまたはSe−Te、Se−Te−As、Se−Asな
どのSe合金、アモルフアスSiなどの半導体、ア
モルフアス金属、ZnO、CdS、有機系半導体など
の物質からなる薄膜を、PVD法、CVD法などに
より形成して感光層とし、電子写真用感光体を製
造しているが、この感光体の製造工程において感
光層形成時に感光層の表面に脹れ、割れ、ピンホ
ールなどの表面欠陥が生じ、これが電子写真画像
に悪影響を及ぼすという問題があつた。このよう
な薄膜の欠陥の原因としては、真空中で薄膜を形
成する過程でアルミニウム基材が真空下に200〜
300℃に加熱された時に基材表面から放出される
ガスや、アルミニウム基材を押出加工、圧延加
工、プレス加工、切削加工するさいに基材の表面
に付着した加工油などの汚染物質が大きく影響し
ていると考えられる。そして、薄膜に上記のよう
な欠陥が生じるのを防ぐためには、アルミニウム
基材の表面からの放出ガスを減らすとともに薄膜
形成前のアルミニウム基材表面の汚染物質を除去
しておくことが重要である。この点につき本発明
者らは実験研究を重ねた結果、薄膜を形成する前
のアルミニウム基材の表面の皮膜状態が大きく影
響するものと考えるに至つた。
アルミニウムは周知のように、非常に酸化され
易い金属であり、酸素と触れると表面に酸化膜が
形成される。またアルミニウムが水、湿気などの
水分の存在する環境下に置かれると、その表面に
水和酸化膜が生成する。そして水和酸化物の生成
反応の温度が高い程水和酸化膜の成長は著しく、
高温環境ではアルミニウム表面にベーマイト(擬
ベーマイト)またはバイアライトなどの水和酸化
膜が形成される。このような水和酸化膜の膜質
は、水分の存在しない環境で形成されるアルミニ
ウム酸化膜に較べて非常に粗で多孔質状でありか
つその孔形態も複雑にいり込んでいる。加えて膜
厚も厚い。
ところで、通常の押出加工により成形されたア
ルミニウム材の表面には、成形時水分を含んだ大
気(酸素)との接触により水和酸化膜が生成さ
れ、しかもこの水和酸化膜は、成形時高温にさら
されるため、水和酸化膜の生成反応が促進されて
厚膜となつている。この水和酸化膜の膜質は上述
のとおり多孔質であり、かつ厚膜であるために皮
膜に多くの水分が吸着する。しかも皮膜がちみつ
さに欠けるために、成形後においても大気中に存
在する水分、ハイドロカーボン、二酸化炭素およ
び一酸化炭素などのガスが皮膜に吸着する。ま
た、加工油等の汚染物質も前記同様皮膜に吸着す
る。しかもこれらは水和酸化膜が上記のようなも
のであるために、皮膜内にいわば吸蔵された形態
になる。その結果これらの脱離が困難な状態とな
り、真空引きを行なつてもなかなか除去できな
い。したがつて、これがアルミニウム基材の表面
に形成する薄膜に欠陥が生じる原因になつている
と思われる。また、成形後のアルミニウム材の機
械的強度を高めるために、高温加熱後、水冷およ
び空冷などの焼入れ処理や、熱処理が行なわれる
が、このさいにも成形時に形成された上述の水和
酸化膜はさらに成長するとともにすでに吸着され
ている薄膜表面に欠陥を生じさせる物質は皮膜に
内蔵される形となる。
また、圧延加工により成形されるアルミニウム
基材の表面には、汚染物質である圧延油が付着し
ているとともに、圧延時および焼鈍時に多孔質状
の水和酸化膜が生成している。さらに、プレス加
工により成形されるアルミニウム基材にも汚染物
質である加工油が付着しているとともに、水和酸
化膜が生成している。
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、上記表面欠陥のない好適な薄膜を形成する
ことのできる薄膜形成用アルミニウム基材の表面
処理方法を提供することにある。
この発明による薄膜形成用アルミニウム基材の
表面処理方法は、アルミニウム基材の表面を洗浄
するとともに乾燥させて洗浄でかつ水和酸化膜が
除去された乾燥面とした後、このアルミニウム基
材を水分を含んだ大気と接触しないような酸素含
有ガス雰囲気中で加熱し、アルミニウム基材と表
面に酸化皮膜を形成することを特徴とするもので
ある。
上記において、アルミニウム基材の代表例とし
ては、電子写真感光体の感光層を支持する基材が
あるが、その他に太陽電池、ポリゴンミラー、半
導体デバイスなどの薄膜を支持する基材などがあ
る。これらは、押出成形、圧延、プレス成形、切
削加工などにより形成される。
アルミニウム基材の表面を洗浄するとともに乾
燥させて洗浄でかつ水和酸化膜が除去された乾燥
面とする具体的方法としては、たとえば苛性ソー
ダを用いたアルカリ洗浄または硫酸を用いた酸洗
浄を施して加工油を洗い流すとともにアルミニウ
ム基材表面に形成されている水和酸化膜を除去
し、その後不活性ガス雰囲気中または真空中で低
温にて乾燥させる方法がある。
上記において、アルカリ洗浄または酸洗浄後の
乾燥は、真空雰囲気中で行なうのがよい。上記洗
浄後、真空炉内に入れて真空引きしながら乾燥さ
せることができるからである。この乾燥は常温〜
120℃とくに70℃〜90℃の温度範囲で行なうのが
よい。乾燥温度が120℃を越えるとこの乾燥工程
中に水和酸化膜が生成するおそれがあるからであ
る。また、アルカリ洗浄または酸洗浄後乾燥させ
る前に、アルミニウム基材を水和酸化膜形成制御
用処理液中に浸漬して水和酸化膜形成抑制処理を
施すことが好ましい。水和酸化膜形成抑制用処理
液としては、クロム酸、ケイ酸、バナジン酸、ジ
ルコン酸、リン酸(ポリリン酸)、過マンガン酸、
タングステン酸およびモリブデン酸ならびにこれ
らの塩のうちの1種を含む水溶液が用いられる。
処理液中の溶質濃度は0.0000001〜5wt%、好まし
くは0.000001〜0.0005wt%の範囲内にあるのがよ
い。
上記において、アルミニウム基材の表面を洗浄
するとともに乾燥させて洗浄でかつ水和酸化膜が
除去された乾燥面とした後、このアルミニウム基
材を水分を含んだ大気と接触しないような酸素含
有ガス雰囲気中で加熱してその表面に酸化皮膜を
形成する方法としては、つぎの3つの方法をあげ
ることができる。
その1は、酸素0.5〜30vol%とくに1〜10vol
%を含み、残部不活性ガスまたはアルミニウムに
対して不活性なガスよりなる混合ガス雰囲気中で
加熱する方法である。不活性ガスとしては、アル
ゴンおよびヘリウムが一般的である。また、アル
ミニウムに対して不活性なガスとしてはチツ素ガ
スが一般的である。
その2は、上記において、不活性ガス雰囲気中
またはチツ素ガス雰囲気中で加熱する方法であ
る。市販の不活性ガスおよびチツ素ガスまたは工
業的に得られる不活性ガスおよびチツ素ガスには
微量の酸素が含まれている。
その3は、真空雰囲気中で加熱する方法であ
る。真空雰囲気中にも微量の酸素は含まれてい
る。
この3つの方法において、加熱温度を120〜500
℃とくに200〜300℃とし、加熱時間を0.1〜24時
間とくに0.5〜6時間とするのがよい。上記200〜
300℃の加熱処理は熱処理用アルミニウム合金の
場合には時効処理を、非熱処理用アルミニウム合
金の場合には安定化処理を兼ねる。ちなみに、加
熱温度が120℃未満では酸化皮膜の形成がうまく
いかず、500℃を越えると非結晶質皮膜の一部が
結晶化して混在した状態となりちみつな皮膜が形
成されなくなるおそれがある。
上記3つのいずれの方法でも、アルミニウム基
材の表面が水分を含んだ大気と接触することが防
がれるので、その表面に水和酸化膜が生成するこ
とはない。そして、これらの方法では活性なアル
ミニウム表面にちみつで薄い酸化膜が生成する。
第1の方法では、酸化膜の厚さは20〜60Å程度の
ものが得られ、第2の方法ではこれよりも膜厚は
薄くなる。なお、第3の方法では、露点管理が困
難であるため、第1および第2の方法が好まし
い。
こうしてこの発明の方法によつて表面処理が施
されたアルミニウム基材の表面に、PVD法や
CVD法などの常法により薄膜が形成される。薄
膜を構成する物質は、電子写真用感光体ではSe
またはSe−Te、Se−Te−As、Se−AsなどのSe
合金、アモルフアスSiなどの半導体、アモルフア
ス金属、ZnO、CdS、有機系半導体などであり、
太陽電池ではアモルフアスSi、ポリゴンミラーで
はAl、SiO2などである。
この発明による薄膜形成用アルミニウム基材の
表面処理方法は、アルミニウム基材の表面を洗浄
するとともに乾燥させて洗浄でかつ水和酸化膜が
除去された乾燥面とした後、このアルミニウム基
材を水分を含んだ大気と接触しないような酸素含
有ガス雰囲気中で加熱し、アルミニウム基材の表
面に酸化皮膜を形成するものであるから、アルミ
ニウム基材表面に問題のある水和酸化膜が生成せ
ず、代わりにちみつな酸化皮膜が形成せられてい
るため、水和酸化膜に較べてガスや汚染物質の吸
着、吸蔵は著しく少なく、かつ吸着、吸蔵されて
いても脱ガス処理により簡単にこれを除去するこ
とができる。したがつて、汚染物質の量が少なく
なり、しかも真空中での薄膜形成のさいに表面に
放出されるガス量が非常に少なくなり、形成され
る薄膜に脹れ、割れ、ピンホール等の欠陥が生じ
るのを防ぐことができるし、従来のように表面欠
陥が生じるのを防ぐための面倒な作業を省略ない
し軽減することができる。またアルミニウム基材
の表面にはちみつな酸化皮膜が形成されているた
め、その後の工程で大気と接触したとしても、薄
膜の表面に脹れ、割れ、ピンホール等の欠陥を生
じさせる物質の吸着を防止するとともに、水和酸
化膜の生成を抑制することができる。
つぎに、この発明の実施例について説明する。
A3003合金の溶湯を鋳造した後、これを外径90
mm、肉厚8mmのパイプ状に押出した。得られた押
出品に引抜き加工および表面切削加工を施して、
外径80mm、肉厚5mm、長さ300mmのドラム状のア
ルミニウム基材を得た。このドラム状基材を、水
酸化ナトリウム5wt%を含む液温50℃の水溶液中
に2分間浸漬して、基材の表面を清浄にするとと
もに水和酸化膜を除去した後、この基材をクロム
酸10ppmを含む液温30℃の水溶液中に30秒間浸漬
した。ついで、この基材を真空中において80℃で
30分間加熱し、表面を乾燥させた。その後、酸素
5vol%、残部アルゴンからなる混合ガス雰囲気中
で、250℃で4時間加熱した。
このドラム状基材の表面には厚さ約40Åのちみ
つな酸化皮膜が形成されていた。
ついで、ドラム状アルミニウム基材の表面に、
Se合金を真空蒸着して薄膜、すなわち感光層を
形成した。得られた電子写真用感光体の感光層表
面を光学顕微鏡およびSEMで観察したところ、
脹れ、割れ、ピンホールなどの表面欠陥は全く認
められず、平坦で極めて良好な感光層が形成され
ていることが確認された。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アルミニウム基材の表面を洗浄するとともに
    乾燥させて清浄でかつ水和酸化膜が除去された乾
    燥面とした後、このアルミニウム基材を水分を含
    んだ大気と接触しないような酸素含有ガス雰囲気
    中で加熱し、アルミニウム基材の表面に酸化皮膜
    を形成することを特徴とする薄膜形成用アルミニ
    ウム基材の表面処理方法。
JP2784084A 1984-02-15 1984-02-15 薄膜形成用アルミニウム基材の表面処理方法 Granted JPS60174864A (ja)

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