JP2000026997A - Anodic oxidation of aluminum alloy - Google Patents
Anodic oxidation of aluminum alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
からなる物品の陽極酸化方法に関する。The present invention relates to a method for anodizing an article made of an aluminum alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アルミニウム部品の耐食性および硬度を
高めるために、陽極酸化法により部品表面にアルマイト
皮膜を形成することが知られている。このアルマイト処
理は、アルミニウム部品を電解液槽内に浸漬し、部品を
陽極側に接続して電解作用により行われる。このアルマ
イト皮膜には、その表面から部品の母材表面に達する微
細なピンホールが形成され、このピンホールを通して陽
極の母材と陰極との間で電荷が移動して絶縁材である皮
膜形成の後も電解作用が維持される。このような陽極酸
化処理の電解液として、従来硫酸が用いられていた。2. Description of the Related Art It is known to form an alumite film on the surface of an aluminum part by an anodizing method in order to increase the corrosion resistance and hardness of the part. This alumite treatment is performed by immersing an aluminum component in an electrolytic solution tank, connecting the component to the anode side, and performing an electrolytic action. Fine pinholes are formed on the alumite film from the surface to the surface of the base material of the component, and electric charges move between the base material of the anode and the cathode through these pinholes to form a film as an insulating material. Thereafter, the electrolytic action is maintained. Conventionally, sulfuric acid has been used as an electrolytic solution for such anodizing treatment.
【０００３】一方、内燃機関のピストンやシリンダブロ
ックのピストン摺動面は、耐熱性とともに耐摩耗性が要
求され高温での強度および潤滑性が充分に高いことが必
要である。このピストンやシリンダブロックは通常アル
ミニウム合金の低圧鋳造品や高圧鋳造品すなわちダイカ
スト成型品であり、筒状のシリンダボア内面あるいはシ
リンダボアに圧入又は鋳込まれたスリーブの内面に沿っ
てピストンが摺動する。このようなピストンやシリンダ
ブロックのピストン摺動面の耐摩耗性および潤滑性を高
めるために、摺動面をアルマイト処理することが提案さ
れている（特開昭６１−５３４４４号公報、特開平６−
１６７２４３号公報）。On the other hand, the piston sliding surface of an internal combustion engine and a piston of a cylinder block are required to have heat resistance and abrasion resistance and to have sufficiently high strength and lubricity at high temperatures. The piston or the cylinder block is usually a low-pressure cast product or a high-pressure cast product of an aluminum alloy, that is, a die-cast product. In order to improve the wear resistance and lubricity of the piston sliding surface of such a piston or cylinder block, it has been proposed to treat the sliding surface with alumite (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-53444, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 6-53444). −
167243).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
陽極酸化処理で用いられていた電解液の硫酸は皮膜の溶
解力が強く、電解作用により陽極酸化膜であるアルマイ
ト皮膜が形成されても、この皮膜を溶解してしまう。こ
のため、陽極酸化処理中に形成された皮膜のピンホール
が溶解されて拡大し、表面硬さを低下させる。この結
果、アルマイト皮膜を内燃機関のピストン摺動面等に形
成した場合、充分な耐摩耗性が得られなくなる。However, the sulfuric acid of the electrolytic solution used in the conventional anodic oxidation treatment has a strong dissolving power of the film, and even if an anodized film, which is an anodic oxide film, is formed by the electrolytic action, the sulfuric acid cannot be removed. Dissolves the film. For this reason, the pinholes of the film formed during the anodizing treatment are dissolved and enlarged, and the surface hardness is reduced. As a result, when the alumite film is formed on the piston sliding surface of the internal combustion engine or the like, sufficient wear resistance cannot be obtained.
【０００５】本発明は上記の点を考慮したものであっ
て、処理液による皮膜の溶解力を抑制して表面硬さの低
下を防止したアルミニウム合金の陽極酸化方法の提供を
目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a method of anodizing an aluminum alloy in which the dissolving power of a film by a processing solution is suppressed to prevent a decrease in surface hardness.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、アルミニウム合金からなる物品の処理
表面に電解液を介して陽極酸化皮膜を形成するアルミニ
ウムの陽極酸化方法において、前記電解液は、硫酸を含
みさらにシュウ酸またはクエン酸を含むことを特徴とす
るアルミニウム合金の陽極酸化方法を提供する。According to the present invention, there is provided a method for forming an anodized film on a treated surface of an article made of an aluminum alloy through an electrolytic solution. Provides an anodizing method for an aluminum alloy, which comprises sulfuric acid and further contains oxalic acid or citric acid.
【０００７】この構成によれば、電解液にシュウ酸また
はクエン酸が添加されるため、その分硫酸の皮膜溶解力
が低下して表面硬さの低下を防止する。According to this structure, since oxalic acid or citric acid is added to the electrolytic solution, the film dissolving power of sulfuric acid is reduced by that amount, thereby preventing a decrease in surface hardness.
【０００８】好ましい構成例では、前記電解液は静止浴
槽中に貯留され、この電解液中に前記物品を浸漬して陽
極酸化処理を行うことを特徴としている。[0008] In a preferred configuration example, the electrolytic solution is stored in a still bath, and the article is immersed in the electrolytic solution to perform anodizing treatment.
【０００９】この構成においては、前述の硫酸に加えて
シュウ酸またはクエン酸を添加した電解液を用いた陽極
酸化方法が静止浴槽を用いて実施される。In this configuration, the anodic oxidation method using an electrolytic solution to which oxalic acid or citric acid has been added in addition to the above-described sulfuric acid is performed using a stationary bath.
【００１０】別の好ましい構成では、前記電解液は、前
記物品の処理表面を循環して流れることを特徴としてい
る。[0010] In another preferred configuration, the electrolytic solution is circulated and flows over the processing surface of the article.
【００１１】この構成においては、前述の硫酸に加えて
シュウ酸またはクエン酸を添加した電解液を用いた陽極
酸化方法が電解液を循環させる構成を用いて実施され
る。In this configuration, the anodic oxidation method using the above-mentioned electrolytic solution to which oxalic acid or citric acid has been added in addition to sulfuric acid is carried out by using a configuration in which the electrolytic solution is circulated.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される内燃
機関の概略構成図である。４サイクル内燃機関１は、ア
ルミニウム合金の低圧鋳造やダイカストで形成したシリ
ンダヘッド２と、シリンダブロック３と、クランクケー
ス４とを結合して構成される。シリンダヘッド２の一方
の側には吸気管５が接続されその端部の吸気開口部５ａ
には吸気弁６が装着される。シリンダヘッド２の他方の
側には排気管７が接続されその端部の排気開口部７ａに
排気弁８が装着される。筒状のシリンダブロック３のシ
リンダボア内面に沿ってピストン９が摺動する。ピスト
ン９の側面にはピストンリング１０が装着されている。
このピストン９は、ピストンピン１１、コンロッド１２
およびクランクアーム１３を介してクランク軸１４に連
結される。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine to which the present invention is applied. The four-cycle internal combustion engine 1 is configured by connecting a cylinder head 2, a cylinder block 3, and a crankcase 4 formed by low pressure casting or die casting of an aluminum alloy. An intake pipe 5 is connected to one side of the cylinder head 2 and an intake opening 5a at an end thereof.
Is fitted with an intake valve 6. An exhaust pipe 7 is connected to the other side of the cylinder head 2, and an exhaust valve 8 is attached to an exhaust opening 7 a at an end thereof. The piston 9 slides along the inner surface of the cylinder bore of the cylindrical cylinder block 3. A piston ring 10 is mounted on a side surface of the piston 9.
The piston 9 includes a piston pin 11, a connecting rod 12
And a crankshaft 14 via a crank arm 13.
【００１３】ピストン９の摺動面となるシリンダブロッ
ク３のシリンダボア内面すなわち筒状内面は、アルミニ
ウム合金からなるスリーブ（図示しない）が圧入または
鋳込みにより装着される型式と、スリーブを装着しない
でピストン９が直接シリンダブロック３の筒状内面に接
するスリーブレス型式とがある。本実施形態では、いず
れの型式においても、ピストン摺動面の強化のために筒
状内面にアルマイト処理が施される。The inner surface of the cylinder bore, that is, the cylindrical inner surface of the cylinder block 3 serving as the sliding surface of the piston 9 has a type in which a sleeve (not shown) made of an aluminum alloy is mounted by press-fitting or casting. Are directly in contact with the cylindrical inner surface of the cylinder block 3. In this embodiment, the alumite treatment is applied to the inner cylindrical surface to reinforce the sliding surface of the piston in any type.
【００１４】図２は、本発明の実施の形態に係るアルマ
イト処理装置の構成図である。この実施形態は、シリン
ダブロック３に装着されたピストン摺動面となるスリー
ブ１７の内面をアルマイト処理するものである。シリン
ダブロック３は、ガスケット１５を介して支持台１６上
に搭載される。ガスケット１５は、電解液の漏れを防止
するためのシール材であるとともに電解電流がより多く
シリンダボア面から流れるようにするための絶縁材とし
て機能する。スリーブ１７内には、その軸方向に電極棒
２９が挿入される。電極棒２９は、交流電源３０から整
流器２４および制御回路２５を介して直流に変換した直
流電源３１の負極側に接続される。直流電源３０の正極
側はスリーブ１７が装着されたシリンダブロック３に接
続される。これにより、負極側の電極棒２９とこれに間
隔を隔てて対向する正極側のスリーブ１７の内面との間
で、電解液を介して陽極酸化反応が起こり、後述のよう
にスリーブ１７の内表面に陽極酸化皮膜であるアルマイ
ト層が形成される。スリーブ１７の上端はＯリング１８
を介してカバー１９でシールされる。カバー１９には、
電解液の循環流路２０が接続されこれに連通する。支持
台１６の下端部（図示しない）もシールされ、循環ポン
プ２８により電解液槽２６内の電解液２７が送り込まれ
る。電解液はスリーブ１７と電極棒２９との間を流れて
循環流路２０内を循環する。この循環流路２０の途中に
電解液槽２６が配置され、また循環ポンプ２８が設けら
れる。FIG. 2 is a configuration diagram of an alumite processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the inner surface of the sleeve 17 serving as a piston sliding surface mounted on the cylinder block 3 is anodized. The cylinder block 3 is mounted on a support 16 via a gasket 15. The gasket 15 is a sealing material for preventing leakage of the electrolyte and functions as an insulating material for allowing more electrolytic current to flow from the cylinder bore surface. An electrode rod 29 is inserted into the sleeve 17 in the axial direction. The electrode rod 29 is connected to the negative electrode side of a DC power supply 31 converted from an AC power supply 30 to a DC through the rectifier 24 and the control circuit 25. The positive electrode side of the DC power supply 30 is connected to the cylinder block 3 on which the sleeve 17 is mounted. As a result, an anodic oxidation reaction occurs between the negative electrode side electrode rod 29 and the inner surface of the positive electrode side sleeve 17 opposed to the electrode rod 29 at an interval via the electrolytic solution, and the inner surface of the sleeve 17 as described later. Then, an alumite layer which is an anodized film is formed. The upper end of the sleeve 17 is an O-ring 18
Through the cover 19. On the cover 19,
An electrolyte circulation channel 20 is connected and communicates therewith. The lower end (not shown) of the support base 16 is also sealed, and the electrolyte 27 in the electrolyte tank 26 is fed by the circulation pump 28. The electrolyte flows between the sleeve 17 and the electrode rod 29 and circulates in the circulation channel 20. An electrolytic solution tank 26 is arranged in the middle of the circulation flow path 20, and a circulation pump 28 is provided.
【００１５】循環流路２０上には、さらに冷却装置３２
が設けられる。On the circulation channel 20, a cooling device 32
Is provided.
【００１６】すなわち、循環流路２０を構成する電解液
槽２６、循環ポンプ２８、電解液槽２６と循環ポンプ２
８の間の管路、スリーブ１７と電極棒２９の間であるア
ルマルイト処理用電流通過部、循環ポンプ２８とアルマ
ルイト処理用電流通過部の間の管路、及びアルマイト処
理用電流通過部と電解液槽２６の間の管路のいずれかの
部分において、処理液の流れ方向に直列あるいは並列に
冷却装置３２が配置される。この冷却装置３２は、例え
ば冷媒配管２２が接続された冷凍機の蒸発器を構成する
冷却コイル２３を備えた熱交換器であってもよい。冷却
コイル２３に冷却水を循環させてもよい。さらに、例え
ば循環流路２０の途中の管路に冷却フィンをつけ、ファ
ンで冷却する空冷式の冷却装置を設けたり、循環流路２
０の途中から分流しアルマイト処理用電流通過部と並列
に配置した冷却装置を通過させた後循環流路２０に合流
してもよい。That is, the electrolytic solution tank 26, the circulating pump 28, and the electrolytic solution tank 26 and the circulating pump 2
8, a current passage for alumite treatment between the sleeve 17 and the electrode rod 29, a line between the circulation pump 28 and the current passage for alumite treatment, and a current passage for alumite treatment and the electrolyte. In any part of the pipeline between the tanks 26, the cooling devices 32 are arranged in series or in parallel in the flow direction of the processing liquid. The cooling device 32 may be, for example, a heat exchanger including a cooling coil 23 that forms an evaporator of a refrigerator to which the refrigerant pipe 22 is connected. Cooling water may be circulated through the cooling coil 23. Further, for example, a cooling fin may be provided on a pipe in the middle of the circulation flow path 20 to provide a cooling device of an air cooling type for cooling with a fan,
It may be divided from the middle of 0, passed through a cooling device arranged in parallel with the current passage for alumite treatment, and then merged into the circulation channel 20.
【００１７】なお、例えば電解液槽２６の中に冷却水が
通過する冷却コイルを浸漬したり、循環ポンプ２８その
ものの中に冷却水循環用の水ジャケットを設けたり、電
極棒２９の内部に冷却水循環用ジャケットを設けるよう
にして冷却装置３２を構成してもよい。また、シリンダ
ブロック３のシリンダボア周囲の水ジャケット３Ａに冷
却水を循環してもよい。For example, a cooling coil through which cooling water passes is immersed in the electrolytic solution tank 26, a water jacket for cooling water circulation is provided in the circulation pump 28 itself, or a cooling water circulation is provided inside the electrode rod 29. The cooling device 32 may be configured such that a cooling jacket is provided. Further, the cooling water may be circulated to the water jacket 3A around the cylinder bore of the cylinder block 3.
【００１８】循環流路２０のスリーブ１７の出口側近傍
には、温度センサ２１が装着され電解液の温度を検出す
る。この温度センサ２１は、例えば図示しない制御装置
に接続され、設定温度より上昇した場合に、冷却装置３
２を駆動あるいはその冷媒（冷却水）流量を増加させて
電解液の温度上昇を抑え一定温度に保つようにフィード
バック制御する。冷却装置３２による温度制御ととも
に、循環ポンプ２８を駆動制御して、温度が上昇したと
きに電解液の循環流量を多くして陽極酸化反応での発熱
による温度上昇に伴う反応速度の低下を防止してもよ
い。さらに、直流電源３１を制御して、温度が上昇した
ときに電圧を高め、反応速度を増大させてもよい。A temperature sensor 21 is mounted near the outlet side of the sleeve 17 in the circulation channel 20 to detect the temperature of the electrolyte. The temperature sensor 21 is connected to, for example, a control device (not shown), and when the temperature rises above a set temperature, the cooling device 3
2 is driven or its coolant (cooling water) flow rate is increased to suppress the temperature rise of the electrolytic solution and perform feedback control so as to maintain the temperature at a constant temperature. Along with the temperature control by the cooling device 32, the drive of the circulation pump 28 is controlled to increase the circulation flow rate of the electrolyte when the temperature rises, thereby preventing the reaction speed from decreasing due to the temperature rise due to heat generation in the anodic oxidation reaction. You may. Further, the DC power supply 31 may be controlled to increase the voltage when the temperature rises, thereby increasing the reaction speed.
【００１９】なお、スリーブ１７の出口側のカバー１９
でスリーブ１７の上側を完全に封止し、電極棒２９の中
心部に循環通路を形成し、この循環通路を通して電解液
を電解液槽２６に戻すように構成してもよい。この場
合、冷却装置３２は、循環ポンプ２８の吸引側あるいは
吐出側の配管上に設けて電解液を冷却することができ
る。The cover 19 on the outlet side of the sleeve 17
, The upper side of the sleeve 17 may be completely sealed, a circulation passage may be formed in the center of the electrode rod 29, and the electrolyte may be returned to the electrolyte bath 26 through the circulation passage. In this case, the cooling device 32 can be provided on a pipe on the suction side or the discharge side of the circulation pump 28 to cool the electrolyte.
【００２０】図３は、スリーブレスのシリンダブロック
の製造工程を示すフローチャートである。まずシリンダ
ブロックをアルミ合金のダイカストにより成型する（ス
テップＳ１）。シリンダブロックの材料としては以下の
表１に示す材料のＡＤＣ１からＡＤＣ１４の内のいずれ
かが用いられる。FIG. 3 is a flowchart showing the steps of manufacturing a sleeveless cylinder block. First, a cylinder block is formed by die casting of an aluminum alloy (step S1). As the material of the cylinder block, any one of ADC1 to ADC14 of the materials shown in Table 1 below is used.
【００２１】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、ＳｉＣ等の金属炭化物やその他
金属間化合物を混入させてもよい。Incidentally, in order to increase the wear resistance, a metal carbide such as SiC or another intermetallic compound may be mixed in addition to the components shown in the table.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】ダイカスト成型の後、残留応力除去のため
に焼鈍される（ステップＳ２）。この焼鈍の熱処理条件
は、一例として約２５０℃で４時間行われる。次にシリ
ンダブロック各部に機械加工が施され形状が整えられる
（ステップＳ３）。続いて、シリンダボアにバニシング
加工が施され（ステップＳ４）、さらにボーリング加工
が施され（ステップＳ５）、ピストン摺動面となるシリ
ンダボア内面が圧縮押圧作用により仕上げ加工される。
なおステップＳ４のバニシングによる仕上げ加工は省略
してもよい。After die casting, annealing is performed to remove residual stress (step S2). As an example, the annealing is performed at about 250 ° C. for 4 hours. Next, machining is performed on each part of the cylinder block to adjust its shape (step S3). Subsequently, burnishing is performed on the cylinder bore (step S4), and further, boring processing is performed (step S5), and the inner surface of the cylinder bore, which is the piston sliding surface, is finished by a compression pressing action.
The finishing by the burnishing in step S4 may be omitted.
【００２４】次に、この仕上げ加工が施されたシリンダ
ボア内面にアルマイト処理が施されシリンダボアの内面
が強化される（ステップＳ６）。このアルマイト処理条
件の詳細は後述する。Next, anodizing is performed on the inner surface of the finished cylinder bore to reinforce the inner surface of the cylinder bore (step S6). Details of the alumite processing conditions will be described later.
【００２５】次に、アルマイト皮膜にクラック形成のた
めの熱処理を施す（ステップＳ７）。この熱処理条件
は、例えば２５０℃で３０分間シリンダブロック全体を
加熱し、その後空冷する。この熱処理により、アルマイ
ト皮膜に後述のように網目状にクラックが形成される。
このクラックは、アルマイト皮膜の下層となる母材アル
ミニウム合金の熱膨張係数がアルマイト皮膜より大きい
ため、アルマイト皮膜が母材の膨張に追従できないこと
により生じる。このようなクラックを形成することによ
り、このクラックにオイルあるいは固体潤滑剤を含浸さ
せることができ、ピストンの摺動時にアルマイト皮膜表
面の摩擦抵抗が低減し、摺動面の耐摩耗性が向上する。Next, the alumite film is subjected to a heat treatment for crack formation (step S7). This heat treatment is performed, for example, by heating the entire cylinder block at 250 ° C. for 30 minutes, and then air cooling. As a result of this heat treatment, cracks are formed in the alumite film in a network-like manner as described later.
This crack occurs because the base aluminum alloy, which is the lower layer of the alumite coating, has a larger thermal expansion coefficient than the alumite coating, so that the alumite coating cannot follow the expansion of the base metal. By forming such cracks, the cracks can be impregnated with oil or a solid lubricant, the frictional resistance of the alumite film surface during sliding of the piston is reduced, and the wear resistance of the sliding surface is improved. .
【００２６】次に、シリンダボア内面にさらにクラック
を形成するためのバニシング加工を施す（ステップＳ
８）。このバニシング加工によるクラックは、母材のア
ルミニウム合金よりアルマイト皮膜の硬度が大きく延性
が小さいため、バニシングにより皮膜に圧力を加えたと
き、母材が延びても皮膜がこれに追従して延びることが
できずクラックが発生するものである。この場合、母材
中に銅が含まれていると、Ｔ６処理やＴ７処理等の熱処
理を施すことにより母材の強度が高められる。このよう
な母材強化のための銅を含むアルミニウム合金において
は、陽極酸化処理により形成されたアルマイト皮膜中に
細かい気泡が発生しやすい。したがって、アルマイト処
理後に熱処理やバニシング加工を施すことにより、この
気泡を起点としてクラックを効果的に形成することがで
きる。Next, burnishing is performed to further form a crack on the inner surface of the cylinder bore (step S).
8). The cracks due to this burnishing process have a higher hardness of the alumite film than the aluminum alloy of the base material and a low ductility. Therefore, when pressure is applied to the film by burnishing, even if the base material extends, the film may follow and extend. Cracks cannot be made. In this case, when copper is contained in the base material, the strength of the base material is increased by performing a heat treatment such as T6 treatment or T7 treatment. In such an aluminum alloy containing copper for strengthening the base material, fine bubbles are easily generated in the alumite film formed by the anodic oxidation treatment. Therefore, by performing heat treatment or burnishing after the alumite treatment, cracks can be effectively formed starting from these bubbles.
【００２７】図４は、このようなクラックの形状を示
す。図４（Ａ）に示すように、０．１〜５ｍｍ程度の網
目状のクラックがアルマイト皮膜表面に形成される。こ
のクラックは同図（Ｂ）に示すように、幅０．１〜１０
μｍで深さが３０〜５０μｍ程度の大きさである。この
ような網目状のクラックに潤滑オイルや固体潤滑剤を塗
布等により含浸させることにより、点状に散在するピン
ホールや１方向に形成されたクラックに比べ潤滑作用が
高まるため、ピストンの摺動時にアルマイト皮膜表面の
摩擦抵抗が大きく低減し、摺動面の耐摩耗性が大幅に向
上する。なお、固体潤滑剤としては、例えば、非晶性フ
ッ素樹脂、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒
鉛、フッ化カーボン、窒化ホウ素等を用いることができ
る。FIG. 4 shows the shape of such a crack. As shown in FIG. 4A, a network-like crack of about 0.1 to 5 mm is formed on the surface of the alumite film. This crack has a width of 0.1 to 10 as shown in FIG.
It is a size of about 30 to 50 μm with a depth of about 30 μm. By impregnating such mesh-like cracks with a lubricating oil or solid lubricant by applying or the like, the lubricating action is enhanced as compared with pinholes scattered in dots or cracks formed in one direction. Occasionally, the friction resistance of the alumite film surface is greatly reduced, and the wear resistance of the sliding surface is greatly improved. As the solid lubricant, for example, amorphous fluororesin, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, carbon fluoride, boron nitride, and the like can be used.
【００２８】このようなクラックを形成するためのバニ
シング条件の一例は以下のとおりである。加工前の円筒
半径をｒ、加工後の円筒半径をｒ＋Δｒ、加工により円
筒内表面に生じる歪をε＝Δｒ／ｒとする。Δｒ×２を
バニッシュ量とよぶ。実施例としてεの範囲を０．００
０１〜０．００５とし、加工前寸法φ７０の円筒内面へ
のバニッシュ量を０．０１〜０．３１５ｍｍとする。An example of burnishing conditions for forming such a crack is as follows. The cylinder radius before processing is r, the cylinder radius after processing is r + Δr, and the strain generated on the inner surface of the cylinder by processing is ε = Δr / r. Δr × 2 is called a burnish amount. As an example, the range of ε is 0.00
01 to 0.005, and the amount of burnishing on the inner surface of the cylinder having a size of φ70 before processing is 0.01 to 0.315 mm.
【００２９】以上のような熱処理（ステップＳ７）およ
びバニシング加工（ステップＳ８）によりアルマイト皮
膜にクラックが形成される。なお、熱処理（ステップＳ
７）およびバニシング加工（ステップＳ８）はいずれか
一方のみ施して他方を省略してもよい。Cracks are formed in the alumite film by the above heat treatment (step S7) and burnishing (step S8). The heat treatment (step S
7) and burnishing (step S8) may be performed only on one of them and the other may be omitted.
【００３０】続いて、クラックが形成されたアルマイト
皮膜表面をホーニング加工して表面を仕上げる（ステッ
プＳ９）。以上により、シリンダボア内面のアルマイト
処理を含むスリーブレスのシリンダブロックの製造プロ
セスが終了する。Subsequently, the surface of the alumite film on which the cracks have been formed is honed to finish the surface (step S9). Thus, the manufacturing process of the sleeveless cylinder block including the alumite treatment on the inner surface of the cylinder bore is completed.
【００３１】図５は、スリーブを鋳ぐるんだシリンダブ
ロックの製造工程を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing the steps of manufacturing a cylinder block in which a sleeve is cast.
【００３２】まず、スリーブ材料となるアルミ合金のパ
イプ材を準備する（ステップＳ１０）。このスリーブ材
料としては、以下の表２に示す材料のいずれかを用いる
ことができる。First, a pipe material of an aluminum alloy as a sleeve material is prepared (step S10). As the sleeve material, any of the materials shown in Table 2 below can be used.
【００３３】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、硬度の高いＳｉＣ等の金属炭化
物やその他金属間化合物を混入させてもよい。Incidentally, in order to increase the wear resistance, in addition to the components shown in the table, a metal carbide such as SiC having high hardness or other intermetallic compound may be mixed.
【００３４】[0034]
【表２】 [Table 2]
【００３５】次に、このパイプ材に対し、Ｔ６処理によ
り所定の溶体化処理および時効硬化処理を施して強度を
高める（ステップＳ１１）。続いて、パイプ材を機械加
工してスリーブ形状とする（ステップＳ１２）。さらに
このスリーブに対しＴ６処理を施して強度を高める（ス
テップＳ１３）。このスリーブ材のＴ６処理条件を以下
の表３に示す。Next, the pipe material is subjected to a predetermined solution treatment and age hardening treatment by T6 treatment to increase the strength (step S11). Subsequently, the pipe material is machined into a sleeve shape (step S12). Further, T6 processing is performed on the sleeve to increase the strength (step S13). Table 3 below shows the T6 treatment conditions for this sleeve material.
【００３６】[0036]
【表３】 [Table 3]
【００３７】このようにして作成したスリーブを、シリ
ンダブロックに鋳ぐるんでダイカストにより鋳込み成型
する（ステップＳ１４）。このシリンダブロックの材料
は、前述のスリーブレスの場合と同様に、表１に示した
ものが用いられる。The sleeve thus produced is cast into a cylinder block by die casting (step S14). The materials shown in Table 1 are used for the material of the cylinder block, as in the case of the above-mentioned sleeveless type.
【００３８】このようにスリーブを鋳込んだシリンダブ
ロックを製造した後は、このシリンダブロックに対し、
前述の図３のスリーブレスのフローと同様に、ステップ
Ｓ２〜ステップＳ９の各処理、すなわち、残留応力除去
のための焼鈍（ステップＳ２）、シリンダブロック各部
の機械加工（ステップＳ３）、シリンダボアのバニシン
グ加工（ステップＳ４）、シリンダボアのボーリング加
工（ステップＳ５）、シリンダボア内面のアルマイト処
理（ステップＳ６）、クラック形成のための熱処理（ス
テップＳ７）およびバニシング加工（ステップＳ８）、
および仕上げのホーニング加工（ステップＳ９）が施さ
れる。以上によりスリーブ内面のアルマイト処理を含む
スリーブ鋳込みのシリンダブロックの製造プロセスが完
了する。図６は、スリーブ圧入のシリンダブロックの製
造工程を示すフローチャートである。前述のスリーブレ
スの場合と同様に、シリンダブロックがダイカストによ
り成型され（ステップＳ１）、残留応力が除去され（ス
テップＳ２）、各部が機械加工されてシリンダブロック
が作成される（ステップＳ３）。After manufacturing the cylinder block into which the sleeve is cast as described above, the cylinder block is
Similar to the sleeveless flow of FIG. 3 described above, each processing of steps S2 to S9, ie, annealing for removing residual stress (step S2), machining of each part of the cylinder block (step S3), burnishing of the cylinder bore Machining (step S4), boring of the cylinder bore (step S5), alumite treatment of the inner surface of the cylinder bore (step S6), heat treatment for crack formation (step S7), and burnishing (step S8);
And finishing honing (step S9). As described above, the manufacturing process of the cylinder block in which the sleeve is cast including the alumite treatment of the inner surface of the sleeve is completed. FIG. 6 is a flowchart showing a process of manufacturing a cylinder block for press-fitting a sleeve. As in the sleeveless case described above, the cylinder block is formed by die casting (step S1), the residual stress is removed (step S2), and each part is machined to form a cylinder block (step S3).
【００３９】一方、前述のスリーブ鋳込みの場合と同様
に、アルミ合金パイプ材（ステップＳ１０）にＴ６処理
を施し（ステップＳ１１）、機械加工を施し（ステップ
Ｓ１２）さらにＴ６処理を施して（ステップＳ１３）ス
リーブを製造する。On the other hand, similarly to the case of the sleeve casting described above, the aluminum alloy pipe material (step S10) is subjected to T6 processing (step S11), machined (step S12), and further subjected to T6 processing (step S13). 2.) Make the sleeve.
【００４０】このように別々に製造されたシリンダブロ
ックとスリーブとを用い、このシリンダブロックのシリ
ンダボアにスリーブを圧入する（ステップＳ１５）。そ
の後、このスリーブが圧入されたシリンダブロックに対
し、前述の図３のスリーブレスのフローおよび図５の鋳
込みのフローと同様に、ステップＳ３〜ステップＳ９の
各処理、すなわち、シリンダブロック各部の機械加工
（ステップＳ３）、シリンダボアのバニシング加工（ス
テップＳ４）、シリンダボアのボーリング加工（ステッ
プＳ５）、シリンダボア内面のアルマイト処理（ステッ
プＳ６）、クラック形成のための熱処理（ステップＳ
７）およびバニシング加工（ステップＳ８）、および仕
上げのホーニング加工（ステップＳ９）が施される。以
上によりスリーブ内面のアルマイト処理を含むスリーブ
圧入のシリンダブロックの製造プロセスが完了する。Using the separately manufactured cylinder block and sleeve, the sleeve is pressed into the cylinder bore of the cylinder block (step S15). Thereafter, in the cylinder block into which the sleeve has been press-fitted, similarly to the above-described sleeveless flow in FIG. 3 and the casting flow in FIG. 5, each processing in steps S3 to S9, that is, machining of each part of the cylinder block (Step S3), burnishing of the cylinder bore (Step S4), boring of the cylinder bore (Step S5), alumite treatment of the inner surface of the cylinder bore (Step S6), heat treatment for forming cracks (Step S5)
7), burnishing (step S8), and finishing honing (step S9). As described above, the manufacturing process of the cylinder block for press-fitting the sleeve including the alumite treatment on the inner surface of the sleeve is completed.
【００４１】図３、図５、図６の各実施形態においてシ
リンダブロック３を高圧鋳造であるダイカストにより形
成したが、ダイカストに代えて重力鋳造その他の低圧鋳
造によってもよい。その場合にはシリンダブロック３の
材料としては表１に示す材料のＡＣ２ＡからＡＣ４Ｄの
内いずれかが用いられる。In each of the embodiments shown in FIGS. 3, 5 and 6, the cylinder block 3 is formed by die casting which is a high pressure casting. However, gravity casting or other low pressure casting may be used instead of the die casting. In that case, any of the materials shown in Table 1 from AC2A to AC4D is used as the material of the cylinder block 3.
【００４２】図７は、本発明の実施の形態に係る内燃機
関のピストン製造工程のフローチャートである。まず、
アルミニウム合金の鋳造または鍛造により、粗いピスト
ン形状のピストン素材を成型する（ステップＳ３０）。
このピストン材料となるアルミニウム合金としては、以
下の表４に示す合金の内いずれかを用いることができ
る。FIG. 7 is a flowchart of a piston manufacturing process of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. First,
A piston material having a rough piston shape is formed by casting or forging an aluminum alloy (step S30).
As the aluminum alloy used as the piston material, any of the alloys shown in Table 4 below can be used.
【００４３】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、高硬度のＳｉＣ等の金属炭化物
やその他金属間化合物を混入させてもよい。Incidentally, in order to increase the wear resistance, in addition to the components shown in the table, a metal carbide such as SiC having a high hardness or other intermetallic compounds may be mixed.
【００４４】[0044]
【表４】 [Table 4]
【００４５】次に、強度を高めるためにＴ６またはＴ７
の熱処理を施す（ステップＳ３１）。なお、Ｔ７処理
は、前述のＴ６処理に比べ、溶体化処理後の時効処理を
長くして安定化を高めた熱処理である。Next, in order to increase the strength, T6 or T7
Is performed (step S31). The T7 treatment is a heat treatment in which the aging treatment after the solution treatment is lengthened and the stabilization is enhanced, as compared with the T6 treatment described above.
【００４６】次に、ピストン各部の機械加工を施す（ス
テップＳ３２）。この機械加工工程において、ピストン
ピンを挿入するピン孔加工や、ピストンリングを装着す
るリング溝加工や、ピストンを後述のアルマイト処理や
メッキ処理する際に電解液中に保持する保持用治具に保
持される形状とするための加工が施される。Next, each part of the piston is machined (step S32). In this machining process, pin holes for inserting the piston pin, ring grooves for mounting the piston ring, and holding the piston in a holding jig that holds the piston in the electrolytic solution during alumite processing or plating processing described later Processing is performed to obtain the shape to be formed.
【００４７】続いて、ピストンのピン孔およびリング溝
を含みピストン外周面に後述のアルマイト処理が施され
る（ステップＳ３３）。次に、ピストン外面の機械加工
が施される（ステップＳ３４）。この外面加工工程にお
いて、ピストンの外周面の形状が整えられる。その後、
正確なピストン形状のカムプロフィールにしたがって仕
上げ加工が施される（ステップＳ３５）。最後にピスト
ン加工用にピストン頂面に形成されていたセンターボス
が削除される。Subsequently, the alumite treatment described later is performed on the outer peripheral surface of the piston including the pin hole and the ring groove of the piston (step S33). Next, machining of the outer surface of the piston is performed (step S34). In this outer surface processing step, the shape of the outer peripheral surface of the piston is adjusted. afterwards,
Finishing is performed according to the accurate piston-shaped cam profile (step S35). Finally, the center boss formed on the top surface of the piston for piston processing is deleted.
【００４８】図８は、ピストンのアルマイト処理を行う
静止浴の構成図である。ピストンのアルマイト処理は、
前述の図２に示したアルマイト処理装置において、シリ
ンダブロック３の代りに円筒状の電極筒を配置し、支持
台１６の内側部において電極棒２９の代りにピストン支
持棒を配置し、電極筒の内側において電極棒２９の代り
にピストンをヘッド部を上方としてピストン支持棒の上
に載置し、電極筒を直流電源３０の負極側に、ピストン
を直流電源３０の正極側にそれぞれ接続し、ピストン外
周のスカート部と電極筒の間を通して電解液を循環させ
るようにして実施してもよい。FIG. 8 is a block diagram of a stationary bath for performing alumite treatment of the piston. The alumite treatment of the piston
In the alumite processing apparatus shown in FIG. 2 described above, a cylindrical electrode tube is disposed instead of the cylinder block 3, and a piston support rod is disposed inside the support base 16 instead of the electrode rod 29. On the inside, instead of the electrode rod 29, a piston is placed on the piston support rod with the head part upward, and the electrode tube is connected to the negative side of the DC power supply 30 and the piston is connected to the positive side of the DC power supply 30, respectively. The present invention may be embodied in such a manner that the electrolytic solution is circulated between the outer peripheral skirt and the electrode tube.
【００４９】あるいは図８のように電解液槽内にピスト
ンを浸漬させる静止浴を用いてもよい。図示したよう
に、電解液槽５０内に電解液５１が収容され、この電解
液中に保持具５２に保持されたピストン５３が浸漬され
る。この保持具５２は、上下２段の保持枠５２ａにそれ
ぞれ２個のピストン５３を保持し、図では合計４個のピ
ストン５３を保持した状態を示している。このような保
持具５２を図面に垂直方向にさらに並列させて複数個電
解液槽５０内に浸漬させてもよい。ピストン５３の両側
には陰極板５４が配置される。ピストンを保持する保持
具５２は、直流電源５５の陽極に接続され、陰極板５４
は直流電源５５の陰極に接続される。このような静止浴
（電解液槽５０）の構成により、ピストン５３の表面に
陽極酸化によりアルマイト皮膜が形成される。Alternatively, as shown in FIG. 8, a static bath in which a piston is immersed in an electrolytic solution tank may be used. As shown in the drawing, an electrolytic solution 51 is accommodated in an electrolytic solution tank 50, and a piston 53 held by a holder 52 is immersed in the electrolytic solution. This holder 52 holds two pistons 53 in two upper and lower holding frames 52a, respectively, and shows a state in which a total of four pistons 53 are held in the drawing. A plurality of such holders 52 may be further immersed in the electrolyte bath 50 in a direction perpendicular to the drawing. Cathode plates 54 are arranged on both sides of the piston 53. A holder 52 for holding the piston is connected to an anode of a DC power supply 55 and a cathode plate 54.
Is connected to the cathode of the DC power supply 55. With such a configuration of the stationary bath (electrolyte bath 50), an alumite film is formed on the surface of the piston 53 by anodic oxidation.
【００５０】図８において、１００は電解液を冷却する
ための放熱器であり、１０１は電解液の冷却液を吐出す
る吐出ノズル、１０２は電解液冷却用の循環路、１０３
は循環ポンプである。不図示の膨張弁を通過して低温低
圧化した液相冷媒を、低圧管路１０４により放熱器１０
０内の蒸発コイル１０４ａに導くようにしている。アル
マイト処理中ピストン５３のアルマイト処理層の温度上
昇を防止するので、アルマイト層の硬度低下を防止でき
る。なお、浴槽５０の下部あるいはピストン５３に設け
た温度センサ１０５により温度を検知し、制御装置１０
６によりこの温度が高い程循環路を流れる電解液流量を
多くするか、不図示の圧縮機の冷媒吐出圧力を増大さ
せ、ピストン５３のアルマイト処理層の温度上昇を防止
してもよい。あるいは放熱器１００の下流部の温度を温
度センサ１０５’により検知し、この温度を３０℃以下
に管理してもよい。これらにより、より確実にアルマイ
ト処理中のアルマイト処理層の温度上昇を防止でき、よ
り確実にアルマイト層の硬度低下を防止できる。また、
吐出ノズル１０１の冷却液の吐出方向にピストンピン孔
を配置するようにするとよい。さらに、放熱器１００を
地下水で冷却するか、空冷式としてもよい。In FIG. 8, reference numeral 100 denotes a radiator for cooling the electrolyte, 101 denotes a discharge nozzle for discharging a cooling liquid for the electrolyte, 102 denotes a circulation path for cooling the electrolyte, and 103 denotes a circulation path for cooling the electrolyte.
Is a circulation pump. The low-temperature and low-pressure liquid-phase refrigerant passing through an expansion valve (not shown) is passed through the low-pressure line 104 to the radiator 10.
It is guided to the evaporating coil 104a within zero. Since the temperature of the alumite-treated layer of the piston 53 is prevented from increasing during the alumite treatment, a decrease in the hardness of the alumite layer can be prevented. The temperature is detected by a temperature sensor 105 provided in the lower part of the bathtub 50 or on the piston 53, and the temperature of the control device 10 is controlled.
The higher the temperature, the larger the flow rate of the electrolyte flowing through the circulation path or the higher the discharge pressure of the refrigerant of the compressor (not shown), so as to prevent the temperature of the alumite treatment layer of the piston 53 from increasing as shown in FIG. Alternatively, the temperature of the downstream portion of the radiator 100 may be detected by the temperature sensor 105 ′, and this temperature may be controlled to 30 ° C. or less. Thus, it is possible to more reliably prevent the temperature of the alumite-treated layer from being raised during the alumite treatment, and to more reliably prevent the hardness of the alumite layer from decreasing. Also,
It is preferable to arrange the piston pin holes in the discharge direction of the cooling liquid from the discharge nozzle 101. Further, the radiator 100 may be cooled with groundwater or may be air-cooled.
【００５１】なお、ピストン５３はアルマイト処理後の
仕上げ加工をしないのが普通であり、その場合にはアル
マイト処理に伴う寸法増大を見込んで図７の各加工工程
において、製品寸法より余分に削り加工を施す。It is to be noted that the piston 53 is not usually subjected to finishing after the alumite treatment. In that case, in consideration of an increase in size due to the alumite treatment, in each machining step shown in FIG. Is applied.
【００５２】図９は、上記シリンダブロックの各製造フ
ロー（図３、図５、図６）におけるアルマイト処理プロ
セス（ステップＳ６）およびピストンの製造フロー（図
７）におけるアルマイト処理プロセス（ステップＳ３
３）の詳細フローチャートである。FIG. 9 shows an alumite processing process (step S6) in each of the cylinder block manufacturing flows (FIGS. 3, 5, and 6) and an alumite processing process (step S3) in the piston manufacturing flow (FIG. 7).
It is a detailed flowchart of 3).
【００５３】まず、アルミニウム合金の母材表面の油分
を除去するための脱脂処理が施される（ステップＳ１
６）。この脱脂処理には、（１）酸脱脂法と、（２）ア
ルカリ脱脂法の２通りがあり、いずれか一方の脱脂法で
行われる。それぞれの脱脂法の脱脂条件を以下の表５に
示す。First, a degreasing process is performed to remove oil on the surface of the base material of the aluminum alloy (step S1).
6). This degreasing treatment includes (1) an acid degreasing method and (2) an alkali degreasing method, and is performed by any one of the degreasing methods. Table 5 below shows the degreasing conditions of each degreasing method.
【００５４】[0054]
【表５】 [Table 5]
【００５５】脱脂処理が終了したら、脱脂用の薬剤を除
去するために水洗処理が施される（ステップＳ１７）。
次に、必要に応じて、アルカリエッチング処理（ステッ
プＳ１８）または混酸エッチング処理（ステップＳ２
０）のいずれか又は両方が施され、母材表面がエッチン
グされる。それぞれのエッチング処理の後にはエッチン
グ液除去のための水洗処理が施される（ステップＳ１
９、ステップＳ２１）。アルカリエッチングのエッチン
グ条件を以下の表６に示し、混酸エッチングのエッチン
グ条件を表７に示す。When the degreasing process is completed, a water washing process is performed to remove the degreasing agent (Step S17).
Next, as necessary, an alkali etching process (Step S18) or a mixed acid etching process (Step S2)
0) is performed, and the base material surface is etched. After each etching process, a water washing process for removing the etchant is performed (step S1).
9, step S21). The etching conditions for the alkaline etching are shown in Table 6 below, and the etching conditions for the mixed acid etching are shown in Table 7.
【００５６】[0056]
【表６】 [Table 6]
【００５７】[0057]
【表７】 [Table 7]
【００５８】上記アルカリエッチングにおいては、アル
ミ合金の母材中に散在するシリコン（Ｓｉ）粒子や金属
間化合物粒子を残して母材表面がエッチングされ、表面
にシリコンや金属間化合物の粒子を突出させて母材表面
が除去される。一方、混酸エッチングにおいては、逆に
シリコン粒子や金属間化合物粒子がエッチングされ、母
材表面には、シリコン粒子や金属間化合物が除去された
跡の凹みが形成される。In the above alkaline etching, the surface of the base material is etched leaving silicon (Si) particles and intermetallic compound particles scattered in the base material of the aluminum alloy, and particles of silicon and intermetallic compounds are projected on the surface. The surface of the base material is removed. On the other hand, in the mixed acid etching, silicon particles and intermetallic compound particles are etched, and concavities are formed on the surface of the base material, where silicon particles and intermetallic compounds are removed.
【００５９】このようなエッチング処理は、その前工程
の脱脂処理において表面の汚れが充分に除去されていな
いおそれがある場合には、アルカリエッチングおよび混
酸エッチングの両方を行って表面層を完全に除去するこ
とが後の工程で実施される陽極酸化処理の信頼性を高め
る上で望ましい。In such an etching treatment, if there is a possibility that the surface is not sufficiently removed in the previous degreasing treatment, both the alkali etching and the mixed acid etching are performed to completely remove the surface layer. It is desirable to increase the reliability of the anodic oxidation treatment performed in a later step.
【００６０】混酸エッチングによるシリコン粒子や金属
間化合物が除去された跡の凹みは、オイルや固体潤滑剤
を含浸させるための凹みとして用いることができる。The dent at the trace where the silicon particles and intermetallic compounds have been removed by the mixed acid etching can be used as a dent for impregnating oil or a solid lubricant.
【００６１】次に、このようにエッチングされた母材表
面に陽極酸化処理を施して、アルマイト皮膜を形成する
（ステップＳ２２）。この陽極酸化処理は、例えば前述
の図２に示したアルマイト処理装置を用いて行われる。
このアルマイト処理の実施例を以下の表８に示す。
（Ａ）は、前述の表１中のＡＤＣ１２からなるスリーブ
レスのシリンダブロックのシリンダボア内面にアルマイ
ト処理を施した例であり、（Ｂ）は、前述の表２中のＡ
６０６１からなるスリーブを鋳込んだシリンダブロック
のスリーブ内面にアルマイト処理を施した例である。ま
た、（Ｃ）は、前述の表４の合金５からなるピストンに
アルマイト処理を施した例である。Next, the surface of the base material thus etched is subjected to anodic oxidation treatment to form an alumite film (step S22). This anodizing treatment is performed using, for example, the alumite treatment apparatus shown in FIG.
An example of the alumite treatment is shown in Table 8 below.
(A) is an example in which the alumite treatment is performed on the inner surface of the cylinder bore of the sleeveless cylinder block including the ADC 12 in Table 1 described above, and (B) is an example in which A in Table 2 described above is used.
This is an example in which alumite treatment is performed on the inner surface of the sleeve of a cylinder block into which a sleeve made of 6061 is cast. (C) is an example in which the alumite treatment is performed on the piston made of the alloy 5 in Table 4 described above.
【００６２】[0062]
【表８】 [Table 8]
【００６３】表に示したように、電解液として硫酸に加
え、シュウ酸およびクエン酸を添加した。硫酸は皮膜溶
解力が強く、電解により陽極酸化膜が形成された後、こ
の陽極酸化膜を溶解してしまう。このため陽極酸化処理
中に酸化膜表面に形成されたピンホールが溶解して拡大
され、その結果表面硬さが低下する。しかしながら、本
実施例のように、シュウ酸やクエン酸を添加することに
より、硫酸の皮膜溶解力が低下して皮膜硬度を高めるこ
とができる。この場合、電解液全てをシュウ酸やクエン
酸にすると、電解液の電気伝導度すなわち電荷運搬機能
が小さくなって反応速度が低下する。しかしながら、電
解液中に硫酸を適当な量だけ含ませることにより、電気
伝導度が上昇し所定厚さのアルマイト皮膜を得るまでの
処理時間が短くなるとともに、硫酸の割合が少ないので
形成されたアルマイト皮膜の溶解作用による皮膜の硬度
低下を防止できる。As shown in the table, oxalic acid and citric acid were added in addition to sulfuric acid as an electrolytic solution. Sulfuric acid has a strong film dissolving power and dissolves this anodic oxide film after the anodic oxide film is formed by electrolysis. For this reason, the pinholes formed on the oxide film surface during the anodic oxidation treatment are dissolved and enlarged, and as a result, the surface hardness decreases. However, by adding oxalic acid or citric acid as in this example, the film dissolving power of sulfuric acid is reduced, and the film hardness can be increased. In this case, when the entire electrolytic solution is oxalic acid or citric acid, the electric conductivity of the electrolytic solution, that is, the charge transport function is reduced, and the reaction rate is reduced. However, by including an appropriate amount of sulfuric acid in the electrolytic solution, the electric conductivity is increased, the processing time required to obtain an alumite film of a predetermined thickness is shortened, and the alumite formed due to a small proportion of sulfuric acid is formed. It is possible to prevent the hardness of the film from decreasing due to the dissolving action of the film.
【００６４】図１２は電解条件を一定として硬さに及ぼ
す浴温の影響を示す図である。図中イは、Ａ６０６１の
アルミニウム合金に、電流密度３Ａ／ｄｍ2（アンペア
／１００ｃｍ2）、電流波形：直流、電解時間：２０
分、電解液は硫酸濃度：２０ｇ／ｌ、シュウ酸＋クエン
酸濃度：４０ｇ／ｌの条件でアルマイト処理した時のデ
ータであり、浴温が３０℃以下でＨｖ３８０以上が得ら
れる。表１や表２の他のアルミニウム合金においても、
浴温を約３０℃以下に管理してアルマイト処理すること
によりアルマイト皮膜は、ピストンが摺動するシリンダ
内周面として実用上十分な耐摩耗性が得られる硬度のＨ
ｖ３８０以上となる。さらに図中ロは、電解液を硫酸濃
度：２０ｇ／ｌ、シュウ酸＋クエン酸濃度：０ｇ／ｌと
し、他の条件はイと同じとした時のデータであり、浴温
が約２０℃以下でＨｖ３８０以上が得られることを示
す。FIG. 12 is a diagram showing the effect of bath temperature on hardness with constant electrolysis conditions. In the figure, a shows current density of 3 A / dm 2 (ampere / 100 cm 2 ), current waveform: DC, electrolysis time: 20 in A6061 aluminum alloy.
The data are for the case where the alumite treatment was carried out under the conditions of a sulfuric acid concentration: 20 g / l and an oxalic acid + citric acid concentration: 40 g / l, and Hv 380 or more was obtained at a bath temperature of 30 ° C. or lower. In other aluminum alloys of Table 1 and Table 2,
By performing the alumite treatment while controlling the bath temperature to about 30 ° C. or less, the alumite film has a hardness of H which can provide practically sufficient wear resistance as the inner peripheral surface of the cylinder on which the piston slides.
v380 or more. Further, FIG. 2B shows data obtained when the concentration of the sulfuric acid in the electrolytic solution was 20 g / l, the concentration of oxalic acid + citric acid was 0 g / l, and the other conditions were the same as in the case of FIG. Indicates that Hv 380 or more can be obtained.
【００６５】図１３は硫酸濃度を一定の２０ｇ／ｌに保
った状態における膜厚及び硬さに及ぼすシュウ酸及びク
エン酸濃度の影響を示すグラフである。その他の電解条
件は、被処理のアルミニウム合金はＡ６０６１、電流密
度３Ａ／ｄｍ2、電流波形：直流、電解時間：２０分、
浴温が１３℃としている。十分な膜厚、例えば２５μｍ
以上を得るためには、シュウ酸とクエン酸を合わせた濃
度を１３ｇ／ｌ以上とする必要がある。FIG. 13 is a graph showing the effect of oxalic acid and citric acid concentrations on the film thickness and hardness when the sulfuric acid concentration is maintained at a constant 20 g / l. Other electrolysis conditions were as follows: A6061 for the aluminum alloy to be treated, current density of 3 A / dm 2 , current waveform: DC, electrolysis time: 20 minutes,
The bath temperature is 13 ° C. Sufficient film thickness, for example, 25 μm
In order to obtain the above, the combined concentration of oxalic acid and citric acid needs to be 13 g / l or more.
【００６６】図１４は硫酸濃度を変化させたとき、シュ
ウ酸およびクエン酸濃度をパラメータに、膜厚および硬
さに及ぼす影響を示すグラフである。その他の電解条件
は、被処理のアルミニウム合金はＡ６０６１、電流密度
３Ａ／ｄｍ2、電流波形：直流、電解時間：２０分、浴
温が１３℃としている。シュウ酸およびクエン酸を電解
液に混合しない場合には、硫酸濃度が２０ｇ／ｌ以下で
は、この条件ではアルマイト被膜を形成することは困難
なことを示しており、硫酸濃度を上げて皮膜を形成する
ようにしても、皮膜硬度は略Ｈｖ３００程度となり、耐
摩耗性のために必要なＨｖ３８０以上とすることはでき
ない。図より分かるとおりシュウ酸およびクエン酸を電
解液に混合することにより、広い範囲の硫酸濃度であっ
てもアルマイト皮膜を形成することが可能となり、且つ
耐摩耗性のために必要なＨｖ３８０位上の硬度を得るこ
とができる。図より分かる通りこの場合、硫酸濃度を上
げる程膜厚が増大、すなわち所定膜厚を得るための電解
時間を短くできる。FIG. 14 is a graph showing the effect of changing the sulfuric acid concentration on the film thickness and hardness using the oxalic acid and citric acid concentrations as parameters. Other electrolysis conditions are as follows: the aluminum alloy to be treated is A6061; the current density is 3 A / dm 2 ; the current waveform is direct current; the electrolysis time is 20 minutes; and the bath temperature is 13 ° C. When oxalic acid and citric acid are not mixed with the electrolytic solution, if the concentration of sulfuric acid is 20 g / l or less, it is difficult to form an alumite film under these conditions. Even if it does, the film hardness will be about Hv300, and cannot be higher than Hv380 necessary for abrasion resistance. As can be seen from the figure, by mixing oxalic acid and citric acid in the electrolytic solution, it is possible to form an alumite film even at a wide range of sulfuric acid concentration, and it is necessary to have an Hv of about 380 required for abrasion resistance. Hardness can be obtained. As can be seen from the figure, in this case, the film thickness increases as the sulfuric acid concentration increases, that is, the electrolysis time for obtaining a predetermined film thickness can be shortened.
【００６７】以上のような陽極酸化処理によりアルマイ
ト皮膜を形成後、水洗処理を施して電解液を除去し（ス
テップＳ２３）、２次電解処理を行う（ステップＳ２
４）。この２次電解処理おいて、アルマイト皮膜表面に
無数に形成されたピンホール底部に、固体潤滑剤を電解
作用により析出させてこれを堆積させ、ピンホール内を
その底部から固体潤滑剤で充填する。これにより、皮膜
表面の潤滑性がさらに高まり、耐摩耗性がさらに向上す
る。After the alumite film is formed by the anodic oxidation treatment as described above, a washing treatment is performed to remove the electrolytic solution (step S23), and a secondary electrolytic treatment is performed (step S2).
4). In this secondary electrolytic treatment, a solid lubricant is deposited by electrolytic action on the bottoms of the pinholes formed innumerably on the surface of the alumite film and deposited, and the inside of the pinholes is filled with the solid lubricant from the bottoms. . Thereby, the lubricity of the film surface is further improved, and the wear resistance is further improved.
【００６８】続いて、固体潤滑剤の電解液を水洗により
除去し（ステップＳ２５）、この水分をエアブローによ
り除去してシリンダブロックを乾燥させてアルマイト処
理が完了する（ステップＳ２６）。Subsequently, the electrolytic solution of the solid lubricant is removed by washing with water (step S25), and the moisture is removed by air blow to dry the cylinder block, thereby completing the alumite treatment (step S26).
【００６９】図１０および図１１は、前述のシリンダブ
ロックおよびピストンの製造プロセスの各工程における
母材表面部分の断面図である。図１０は、脱脂処理後エ
ッチングプロセスを省略してアルマイト処理を行ったフ
ローを順番に示す。図１１は、混酸エッチングを行った
後にアルマイト処理を行ったフローを順番に示す。FIGS. 10 and 11 are sectional views of the surface of the base material in each step of the above-described cylinder block and piston manufacturing process. FIG. 10 shows, in order, a flow in which the anodizing process is performed by omitting the etching process after the degreasing process. FIG. 11 shows, in order, a flow in which alumite treatment is performed after mixed acid etching is performed.
【００７０】図１０（Ａ）は、脱脂処理後の状態を示
す。アルミニウム合金からなる母材４０中にはシリコン
粒子やＳｉＣ等の金属炭化物やその他の金属間化合物粒
子４１が散在する。この母材４０の表面４０ａの油分等
の汚れが脱脂処理により除去される。脱脂処理後、アル
マイト処理が施され、同図（Ｂ）に示すように、母材４
０上にアルマイト皮膜４２が形成される。このアルマイ
ト皮膜４２中にもシリコン粒子４１が散在する。またア
ルマイト皮膜４２中には気泡４３が発生する。この気泡
４３は、前述のように、母材４０中に銅成分が含まれて
いると多く発生する。FIG. 10A shows the state after the degreasing treatment. Silicon particles, metal carbides such as SiC, and other intermetallic compound particles 41 are scattered in the base material 40 made of an aluminum alloy. Dirt such as oil on the surface 40a of the base material 40 is removed by degreasing. After the degreasing treatment, an alumite treatment is performed, and as shown in FIG.
An alumite film 42 is formed on the surface 0. Silicon particles 41 are also scattered in the alumite film 42. Bubbles 43 are generated in the alumite film 42. As described above, the bubbles 43 are often generated when the base material 40 contains a copper component.
【００７１】続いて、熱処理またはバニシング加工が行
われ、同図（Ｃ）に示すように、アルマイト皮膜４２に
クラック４４が形成される。次に、同図（Ｄ）に示すよ
うに、ホーニング加工が施されアルマイト皮膜４２の表
面４２ａが仕上げられる。Subsequently, heat treatment or burnishing is performed, and cracks 44 are formed in the alumite film 42 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3D, honing is performed to finish the surface 42a of the alumite film 42.
【００７２】図１１（Ａ）は、混酸エッチング処理後の
状態を示す。母材４０の表面のシリコン粒子４１がエッ
チングにより除去され凹み４５が形成される。この状態
でアルマイト処理が施され、同図（Ｂ）に示すように、
母材４０の表面にアルマイト皮膜４２が形成される。こ
のアルマイト皮膜４２の表面には凹み４５が残ってい
る。続いて、熱処理またはバニシング加工が施され、同
図（Ｃ）に示すように、アルマイト皮膜４２にクラック
４４が形成される。次に、同図（Ｄ）に示すように、ホ
ーニング加工が施されアルマイト皮膜４２の表面４２ａ
が仕上げられる。この場合、アルマイト皮膜４２には、
クラック４４とともに混酸エッチングによる凹み４５が
形成されているため、オイルや固体潤滑剤の含浸量を多
くすることができる。FIG. 11A shows a state after the mixed acid etching process. The silicon particles 41 on the surface of the base material 40 are removed by etching to form a dent 45. In this state, an alumite treatment is performed, and as shown in FIG.
An alumite film 42 is formed on the surface of the base material 40. A depression 45 remains on the surface of the alumite film 42. Subsequently, heat treatment or burnishing is performed to form cracks 44 in the alumite film 42 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3D, a honing process is performed and the surface 42a of the alumite film 42 is formed.
Is finished. In this case, the alumite film 42
Since the depressions 45 are formed by the mixed acid etching together with the cracks 44, the impregnation amount of the oil or the solid lubricant can be increased.
【００７３】なお、耐酸性の金属間化合物粒子４１が表
面に露出する場合には混酸エッチングで溶出せず、アル
マイト処理後のアルマイト皮膜４２の表面に露出する。
あるいはアルマイト皮膜４２の表面に露出しないシリコ
ン粒子４１がホーニングによりアルマイト皮膜４２の表
面に露出する。このように、全ての工程を経た状態でシ
リコン粒子やＳｉＣ等の硬度の高い金属間化合物粒子４
１が表面に露出する場合には、アルマイト皮膜４２の表
面の平均硬度を高めることになり、耐摩耗性が向上す
る。When the acid-resistant intermetallic compound particles 41 are exposed on the surface, they are not eluted by mixed acid etching, but are exposed on the surface of the alumite film 42 after the alumite treatment.
Alternatively, the silicon particles 41 that are not exposed on the surface of the alumite film 42 are exposed on the surface of the alumite film 42 by honing. As described above, the intermetallic compound particles 4 having a high hardness such as silicon particles and SiC are obtained after all the processes.
When 1 is exposed on the surface, the average hardness of the surface of the alumite film 42 is increased, and the wear resistance is improved.
【００７４】さらに、脱脂処理後にアルカリエッチン
グ、熱処理あるいはバニシング、その後にホーニングす
る場合には、アルカリエッチングによりシリコン粒子４
１を残して母材４０の表面が除去されるので、アルマイ
ト皮膜４２の表面にシリコン粒子が突出し、最終工程の
ホーニングを経てもアルマイト皮膜４２の表面にシリコ
ン粒子が露出する。さらにアルマイト皮膜４２の表面下
に隠れるシリコン粒子もホーニングにより露出するの
で、アルマイト皮膜４２の表面の平均硬度を高めること
になり、耐摩耗性が向上する。Further, in the case of performing alkali etching, heat treatment or burnishing after degreasing treatment, and then honing, silicon particles 4 are formed by alkali etching.
Since the surface of the base material 40 is removed except for 1, silicon particles protrude from the surface of the alumite film 42, and the silicon particles are exposed on the surface of the alumite film 42 even after honing in the final step. Further, since silicon particles hidden under the surface of the alumite film 42 are also exposed by the honing, the average hardness of the surface of the alumite film 42 is increased, and the wear resistance is improved.
【００７５】[0075]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、陽極
酸化処理において、電解液に硫酸に加えてシュウ酸また
はクエン酸が添加されるため、その分硫酸の皮膜溶解力
が低下して表面硬さの低下が防止される。これにより、
内燃機関のピストンやシリンダの摺動面に陽極酸化皮膜
を形成した場合に、耐摩耗性を充分に高めることができ
る。As described above, according to the present invention, in the anodic oxidation treatment, oxalic acid or citric acid is added to the electrolytic solution in addition to sulfuric acid. A decrease in hardness is prevented. This allows
When an anodic oxide film is formed on a sliding surface of a piston or a cylinder of an internal combustion engine, the wear resistance can be sufficiently improved.
【図１】 本発明が適用される内燃機関の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
【図２】 本発明の実施の形態に係るアルマイト処理装
置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an alumite processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図３】 スリーブレスシリンダブロック製造プロセス
のフローチャート。FIG. 3 is a flowchart of a sleeveless cylinder block manufacturing process.
【図４】 クラックの説明図。FIG. 4 is an explanatory view of a crack.
【図５】 スリーブ鋳込みシリンダブロック製造プロセ
スのフローチャート。FIG. 5 is a flowchart of a sleeve casting cylinder block manufacturing process.
【図６】 スリーブ圧入シリンダブロック製造プロセス
のフローチャート。FIG. 6 is a flowchart of a sleeve press-fit cylinder block manufacturing process.
【図７】 ピストン製造工程のフローチャート。FIG. 7 is a flowchart of a piston manufacturing process.
【図８】 ピストンをアルマイト処理する静止浴の構成
図。FIG. 8 is a configuration diagram of a still bath in which a piston is anodized.
【図９】 アルマイト処理のフローチャート。FIG. 9 is a flowchart of an anodizing process.
【図１０】 アルミニウム部品の製造プロセスを順番に
示す断面図。FIG. 10 is a sectional view sequentially showing the manufacturing process of the aluminum component.
【図１１】 アルミニウム部品の別の製造プロセスを順
番に示す断面図。FIG. 11 is a sectional view sequentially showing another manufacturing process of the aluminum component.
【図１２】 アルマイト皮膜の硬さに及ぼす浴温の影響
を示すグラフ。FIG. 12 is a graph showing the effect of bath temperature on the hardness of the alumite film.
【図１３】 硫酸濃度を一定の２０ｇ／ｌに保った状態
における膜厚及び硬さに及ぼすシュウ酸及びクエン酸濃
度の影響を示すグラフ。FIG. 13 is a graph showing the effect of oxalic acid and citric acid concentrations on film thickness and hardness in a state where the sulfuric acid concentration is maintained at a constant 20 g / l.
【図１４】 硫酸濃度を変化させたとき、シュウ酸およ
びクエン酸濃度をパラメータに、膜厚および硬さに及ぼ
す影響を示すグラフ。FIG. 14 is a graph showing the effect of changing the sulfuric acid concentration on the film thickness and hardness using oxalic acid and citric acid concentrations as parameters.
１：内燃機関、２：シリンダヘッド、３：シリンダブロ
ック、４：クランクケース、５：吸気管、５ａ：吸気開
口部、６：吸気弁、７：排気管、７ａ：排気開口部、
８：排気弁、９：ピストン、１０：ピストンリング、１
１：ピストンピン、１２：コンロッド、１３：クランク
アーム、１４：クランク軸、１５：ガスケット、１６：
支持台、１７：スリーブ、１８：Ｏリング、１９：カバ
ー、２０：循環流路、２１：温度センサ、２２：冷媒配
管、２３：冷却コイル、２４：整流器、２５：制御装
置、２６：電解液槽、２７：電解液、２８：循環ポン
プ、２９：電極棒、３０：交流電源、３１：直流電源、
３２：冷却装置、４０：母材、４１：シリコン粒子、４
２：アルマイト皮膜、４３：気泡、４４：クラック、４
５：凹み、５０：電解液槽、５１：電解液、５２：保持
具、５３：ピストン、５４：陰極板、５５：直流電源。1: internal combustion engine, 2: cylinder head, 3: cylinder block, 4: crankcase, 5: intake pipe, 5a: intake opening, 6: intake valve, 7: exhaust pipe, 7a: exhaust opening,
8: exhaust valve, 9: piston, 10: piston ring, 1
1: piston pin, 12: connecting rod, 13: crank arm, 14: crankshaft, 15: gasket, 16:
Support stand, 17: sleeve, 18: O-ring, 19: cover, 20: circulation channel, 21: temperature sensor, 22: refrigerant pipe, 23: cooling coil, 24: rectifier, 25: control device, 26: electrolyte Tank, 27: electrolyte, 28: circulation pump, 29: electrode rod, 30: AC power supply, 31: DC power supply,
32: cooling device, 40: base material, 41: silicon particles, 4
2: alumite film, 43: bubble, 44: crack, 4
5: concave, 50: electrolytic solution, 51: electrolytic solution, 52: holder, 53: piston, 54: cathode plate, 55: DC power supply.
Claims (3)
に電解液を介して陽極酸化皮膜を形成するアルミニウム
の陽極酸化方法において、 前記電解液は、硫酸を含みさらにシュウ酸またはクエン
酸を含むことを特徴とするアルミニウム合金の陽極酸化
方法。1. An anodizing method of aluminum for forming an anodized film on a treated surface of an article made of an aluminum alloy via an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution contains sulfuric acid and further contains oxalic acid or citric acid. A method for anodizing aluminum alloys.
電解液中に前記物品を浸漬して陽極酸化処理を行うこと
を特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の陽極
酸化方法。2. The method according to claim 1, wherein said electrolytic solution is stored in a stationary bath, and said article is immersed in said electrolytic solution to perform anodizing treatment.
して流れることを特徴とする請求項１に記載のアルミニ
ウム合金の陽極酸化方法。3. The method according to claim 1, wherein the electrolytic solution circulates and flows on a treated surface of the article.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19743598A JP2000026997A (en) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Anodic oxidation of aluminum alloy |
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Publications (1)
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