JPH05214589A - アルミニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法 - Google Patents

アルミニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法

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JPH05214589A
JPH05214589A JP1608192A JP1608192A JPH05214589A JP H05214589 A JPH05214589 A JP H05214589A JP 1608192 A JP1608192 A JP 1608192A JP 1608192 A JP1608192 A JP 1608192A JP H05214589 A JPH05214589 A JP H05214589A
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Seishiro Ito
征司郎 伊藤
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Seiji Hagino
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常の陽極酸化処理で得たアルミニウム陽極
酸化皮膜上に充分な金属酸化物薄膜を形成することので
きる方法を提供することである。 【構成】 アルミニウム陽極酸化皮膜4上に金属酸化物
の薄膜を形成する方法であって、アルミニウム陽極酸化
皮膜4に予め湯洗処理又は電解処理を施しておき、上記
金属酸化物に対応する金属の金属アルコキシドの重合体
の溶液13中に、アルミニウム陽極酸化皮膜4を浸して
陽極電解してアルミニウム陽極酸化皮膜4上に上記金属
アルコキシドの重合体を泳動析出させ、アルミニウム陽
極酸化皮膜4を、風乾させて析出物の加水分解と重合を
更に進行させた後に焼成することを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばアルミニウム鋳
物やアルミニウムダイカストの表面の耐摩耗性、潤滑
性、硬度等を向上させるために、陽極酸化皮膜を形成
し、更にその上に金属酸化物薄膜を形成する方法に関す
るものである。なお、本発明におけるアルミニウム陽極
酸化皮膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極
酸化皮膜を言う。
【0002】
【従来の技術】例えばアルミニウム鋳物やアルミニウム
ダイカストは、機械部品などに広く用いられており、耐
摩耗性、潤滑性、硬度等が要求されている。このような
要求を満足させるため、従来は、フッ素樹脂塗装や硬質
皮膜処理等の表面処理を施していた。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、上記表面処
理は非常にコストがかかるという問題があった。そこ
で、本発明者は、通常の陽極酸化処理を利用し、陽極酸
化皮膜上に、上記の要求を満足させるような金属酸化物
薄膜を形成することを考えた。しかし、アルミニウム鋳
物やアルミニウムダイカストに、例えば硫酸浴中での通
常の陽極酸化処理を施すと、得られた陽極酸化皮膜中に
は成分中のSiやFeが混在するという欠陥が生じてい
た。図1は欠陥のある陽極酸化皮膜を示す断面模式図で
あり、1はSi、2はFe、3はAl素地、4はアルミ
ニウム陽極酸化皮膜である。そして、陽極酸化皮膜上に
金属酸化物薄膜を形成するために、上記のような欠陥の
ある陽極酸化皮膜4を金属アルコキシドの重合体の溶液
中で陽極電解すると、欠陥部で水の電気分解反応が盛ん
に生じ、このため金属アルコキシドの重合体の泳動析出
が妨害され、陽極酸化皮膜4上に充分な金属酸化物薄膜
を形成することができないという問題があった。
【0004】本発明は、通常の陽極酸化処理で得たアル
ミニウム陽極酸化皮膜上に充分な金属酸化物薄膜を形成
することのできる方法を提供することを目的とする。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明のアルミニウム
陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法は、アルミ
ニウム陽極酸化皮膜に予め湯洗処理又は電解処理を施し
ておき、上記金属酸化物に対応する金属の金属アルコキ
シドの重合体の溶液中に、アルミニウム陽極酸化皮膜を
浸して陽極電解してアルミニウム陽極酸化皮膜上に上記
金属アルコキシドの重合体を泳動析出させ、アルミニウ
ム陽極酸化皮膜を、風乾させて析出物の加水分解と重合
を更に進行させた後に焼成することを特徴とするもので
ある。
【0006】湯洗処理は、水、トリエタノールアミン水
溶液、炭酸ナトリウム水溶液、又はクロム酸ナトリウム
水溶液であって85℃以上のものに浸漬して行なう。
【0007】電解処理は、硫酸又はリン酸のpH2以上
の稀薄水溶液中で、又はホウ酸、酒石酸、クエン酸、シ
ュウ酸、スルホサリチル酸、又はこれらの塩の水溶液中
で、陽極電解して行なう。
【0008】金属アルコキシドとしては、例えばAl
[OCH(CH3)2]3、Si(OC2H5)4、Ti(O
CH3)4、Zr(OC4H9)4等が用いられる。その
他、書籍(「ゾル−ゲル法の科学」、著者:作花済夫、
発行所:株式会社アグネ承風社、1988年7月5日)
の20頁に記載のものも用いることができる。そして、
金属アルコキシドの重合体の溶液は、金属アルコキシド
を水を含んだアルコール及び適量の酸の混合溶液中に溶
解させて調製する。
【0009】泳動析出させるための陽極電解は、例えば
図2に示すような装置で行なう。図2において、10は
電源、11は湯洗処理又は電解処理されたアルミニウム
陽極酸化皮膜4を有するアルミニウム製品である陽極、
12は陰極、13は容器14内の金属アルコキシドの重
合体の溶液である。
【0010】風乾即ち空気中に晒す時間は、付着した金
属アルコキシドの重合体の加水分解と重合が更に進行し
て略完了するまでとする。焼成は通常の方法で行なう。
【0011】
【作用】通常の陽極酸化処理で得られたアルミニウム陽
極酸化皮膜4を湯洗処理すると、図3に示すように、陽
極酸化皮膜4の表面に化成皮膜5が形成され、Si1や
Fe2は覆われ、欠陥は修復されたこととなる。また、
同様のアルミニウム陽極酸化皮膜4を電解処理すると、
図4に示すように、再陽極酸化皮膜6が形成され、Si
1やFe2は包み込まれ、欠陥は修復されたこととな
る。従って、湯洗処理又は電解処理を施したアルミニウ
ム陽極酸化皮膜4を金属アルコキシドの重合体の溶液1
3中に浸して陽極電解すると、金属アルコキシドの重合
体の泳動析出が円滑に生じ、図5、図6に示すように陽
極酸化皮膜4上に充分な金属酸化物薄膜7が形成され
る。金属アルコキシドの種類を選択することにより、耐
摩耗性、潤滑性、硬度等の種々の要求を満足させ得る金
属酸化物薄膜7が得られる。
【0012】ところで、金属アルコキシドを水を含んだ
アルコール及び適量の酸の混合溶液中に溶解させると、
金属アルコキシドは部分的に加水分解された状態で重合
し、溶液中には金属アルコキシドの重合体が生成する。
この金属アルコキシドの重合体は、数分子の金属アルコ
キシドの金属同士が酸素を介して結合し、金属には未だ
アルコキシル基が結合してなるものである。図2におい
て、陽極11と陰極12との間に電源10から電流を流
すと、金属アルコキシドの重合体は陽極11の方へ移動
して、陽極11の陽極酸化皮膜4表面に付着する。陽極
酸化皮膜4表面に付着した金属アルコキシドの重合体を
風乾すると、空気中の水分により更に加水分解が進行す
ると同時に重合が進行し、またアルコールが蒸発する。
焼成すると、重合体は金属酸化物となる。こうして金属
酸化物の薄膜が得られる。
【0013】このように金属アルコキシドの重合体は電
気泳動して付着するので、溶液13の状態は、極て低い
粘度でよく、溶液の状態でよい。なお、完全に加水分解
して生成された金属酸化物の微粒子のゾルであってはな
らないことは言うまでもない。従って、金属酸化物薄膜
の形成され得る溶液13の状態の範囲は広く、時間的に
安定した中で薄膜が形成される。しかも、陽極酸化皮膜
4が平板状の製品に形成されたものではもちろん、凹凸
等のある複雑な形状の製品に形成されたもの等であって
も、金属アルコキシドの重合体は電気泳動して移動する
ため凹凸等に沿って形成された陽極酸化皮膜4の表面に
万遍なく行き渡り、表面には均一な厚さの薄膜が形成さ
れる。更に電気泳動させる電圧を変えることによって任
意の膜厚の薄膜が形成され、しかも泳動時間は5分以内
と非常に短時間となる。また、公知である電着塗装の装
置を用いて行ない得るので、陽極酸化皮膜4が大面積で
あっても容易に用いられ、その表面に均一な厚さの薄膜
が形成される。更に電着塗装とは異なり、陽極11の対
極(陰極)12側にネットを設けたり、液を流動させる
ための設備を設けたりする必要はない。即ち電着塗装で
は、水溶液を用いているため、被塗物の対極側で水素ガ
ス又は酸素ガスが発生し、このガスが塗膜中に含まれて
欠陥となるので、対極側にガス捕集用のネットを設けた
り、液を流動させたりする必要があるが、本発明の方法
で用いる溶液13は金属アルコキシドの重合体の溶液で
あるので、ガスの発生はなく、ガスによる膜欠陥が生じ
ることはない。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム陽極酸化
皮膜4に予め湯洗処理又は電解処理を施しておき、形成
する薄膜である金属酸化物に対応する金属の金属アルコ
キシドの重合体の溶液13中に、アルミニウム陽極酸化
皮膜4を浸して陽極電解してアルミニウム陽極酸化皮膜
4上に上記金属アルコキシドの重合体を泳動析出させ、
アルミニウム陽極酸化皮膜4を、風乾させて析出物の加
水分解と重合を更に進行させた後に焼成するので、次の
ような効果を奏する。即ち、湯洗処理又は電解処理によ
り、通常の陽極酸化処理で得られたアルミニウム陽極酸
化皮膜の欠陥を修復することができる。このため、金属
アルコキシドの重合体の泳動析出を円滑に生じさせるこ
とができ、アルミニウム陽極酸化皮膜上に充分な金属酸
化物薄膜7を形成することができる。従って、例えばア
ルミニウム鋳物やアルミニウムダイカストの耐摩耗性、
潤滑性、硬度等を向上させることができる。
【0015】
【実施例】
(実施例1)アルミニウムダイカスト(ADC12)を
10℃、15%硫酸浴中にて、2A/dm2で60分間
陽極酸化し、厚さ20μmのアルミニウム陽極酸化皮膜
を得た。この陽極酸化皮膜を、表1に示す(1) 〜(4) の
各条件で湯洗処理した。そして、陽極酸化皮膜を、テト
ラエトキシシラン(Si(OC2H5)4)、水、エタノ
ールの混合溶液(即ち金属アルコキシドの重合体の溶
液)中で、直流電圧20Vを10分間印加して陽極電解
した。なお、混合溶液におけるテトラエトキシシラン:
水:エタノール(モル比)は、1:11:6.8とし
た。次に、陽極酸化皮膜を、水洗した後、室温で30分
間風乾させ、電気炉を用いて250℃で5時間焼成し
た。こうして、陽極酸化皮膜表面にSiO2からなる薄
膜を得た。このSiO2薄膜の形成された陽極酸化皮膜
の断面のビッカース硬度は370〜400程度であっ
た。一方、比較例として、湯洗処理を行なわないものも
得た。この場合のビッカース硬度は約200〜230で
あった。即ち、本実施例では、アルミニウム陽極酸化皮
膜表面の硬度を充分に向上させることができた。
【表1】
【0016】(実施例2)アルミニウム鋳物(AC4
A)を実施例1と同様にして陽極酸化し、厚さ20μm
のアルミニウム陽極酸化皮膜を得た。この陽極酸化皮膜
を、表2に示す(a)〜(c) の各条件で電解処理した。そ
して、陽極酸化皮膜を、15mlのジルコニウムテトラブ
トキシド(Zr(OC4H9)4)と185mlのn−ブタ
ノールと3mlの35%塩酸とを混合した溶液中で、直流
電圧50Vを15分間印加して陽極電解した。次に、陽
極酸化皮膜を、実施例1と同様に水洗、風乾、焼成し
た。こうして、陽極酸化皮膜表面に酸化ジルコニウムか
らなる薄膜を得た。この薄膜の形成された陽極酸化皮膜
の断面のビッカース硬度を図7に示す。図7において、
横軸は陽極電解時間(min) 、縦軸はビッカース硬度であ
り、図7は陽極電解時間に基づくビッカース硬度の変化
を各条件(a) 〜(c) 毎に示している。図7から、ビッカ
ース硬度が陽極電解時間が長くなるとともに向上してい
ることがわかる。即ち、本実施例でも、アルミニウム陽
極酸化皮膜表面の硬度を充分に向上させることができ
た。
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】 欠陥のあるアルミニウム陽極酸化皮膜を示す
断面模式図である。
【図2】 陽極電解を行なうための装置の一例を示す図
である。
【図3】 湯洗処理を行なった後のアルミニウム陽極酸
化皮膜を示す断面模式図である。
【図4】 電解処理を行なった後のアルミニウム陽極酸
化皮膜を示す断面模式図である。
【図5】 湯洗処理を行なったアルミニウム陽極酸化皮
膜上に形成された金属酸化物薄膜を示す断面模式図であ
る。
【図6】 電解処理を行なったアルミニウム陽極酸化皮
膜上に形成された金属酸化物薄膜を示す断面模式図であ
る。
【図7】 実施例2における陽極電解時間に基づくビッ
カース硬度の変化を各条件(a) 〜(c) 毎に示す図であ
る。
【符号の説明】
4 アルミニウム陽極酸化皮膜 7 金属酸化物薄膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極
    酸化皮膜上に金属酸化物の薄膜を形成するアルミニウム
    陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法であって、
    アルミニウム陽極酸化皮膜に予め湯洗処理又は電解処理
    を施しておき、上記金属酸化物に対応する金属の金属ア
    ルコキシドの重合体の溶液中に、アルミニウム陽極酸化
    皮膜を浸して陽極電解してアルミニウム陽極酸化皮膜上
    に上記金属アルコキシドの重合体を泳動析出させ、アル
    ミニウム陽極酸化皮膜を、風乾させて析出物の加水分解
    と重合を更に進行させた後に焼成することを特徴とする
    アルミニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方
    法。
  2. 【請求項2】湯洗処理は、水、トリエタノールアミン水
    溶液、炭酸ナトリウム水溶液、又はクロム酸ナトリウム
    水溶液であって85℃以上のものに浸漬して行なう請求
    項1記載のアルミニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物
    薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】電解処理は、硫酸又はリン酸のpH2以上
    の稀薄水溶液中で、又はホウ酸、酒石酸、クエン酸、シ
    ュウ酸、スルホサリチル酸、又はこれらの塩の水溶液中
    で、陽極電解して行なう請求項1記載のアルミニウム陽
    極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】アルミニウム合金は、アルミニウム鋳物又
    はアルミニウムダイカストである請求項1記載のアルミ
    ニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法。
JP1608192A 1992-01-31 1992-01-31 アルミニウム陽極酸化皮膜上への金属酸化物薄膜形成方法 Expired - Lifetime JPH0684556B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014175389A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Mitsubishi Materials Corp アルミナ絶縁膜の形成方法
CN115491736A (zh) * 2022-10-18 2022-12-20 安徽艾璞精密机械有限公司 一种涡旋压缩机涡旋部件表面处理方法

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