JPH0235627B2

JPH0235627B2 -

Info

Publication number: JPH0235627B2
Application number: JP59156276A
Authority: JP
Inventors: Koji Yonekura; Kenichi Suzuki; Yoshasu Takahashi; Hiroaki Iwabori
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1990-08-13
Also published as: JPS6133752A; CA1237346A; US4643241A

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系材料よりなる基体にア
ルミニウムまたはアルミニウム合金を一体形成す
る方法に関するものである。〔従来の技術〕アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる
アルミニウム系材料は、軽くて強度もあることか
ら、航空機材料などとしてのほか、種々の部品、
部材として広く利用されているが、用途によつて
は更にアルミニウム系材料の全表面または一部分
に特定の機能をもたせたい場合がある。例えば、
高強度を有するアルミニウム合金鋳物上に耐蝕性
に優れたアルミニウム層を形成して、軽金属材料
としての重量上の利点を損うことなく、所期の耐
蝕性を得たいとか、また表層部に圧延アルミニウ
ム板などの機械的強度に優れたものを配したいな
どの場合である。このようにアルミニウム鋳物の全部または一部
に特定の性能を持たせる場合、あるいはある部分
を予じめ特定の形状にしておく必要がある場合、
予じめ準備したアルミニウム系材料よりなる基体
をアルミニウム溶湯で注湯時に鋳ぐるんで固定す
る方法が考えられ、このような方法は鉄系材料で
はしばしば利用されている。しかしながら、アル
ミニウム系材料の場合には、表面に緻密な酸化膜
が強固に形成されているため、溶湯との接触界面
は十分に溶着することができず、そのため溶湯に
よつて形成されるアルミニウム層部分と基体とは
不十分な接合状態となる。溶湯の過熱度を上げた
り、また基体を十分予熱した場合などには溶着す
る現象が認められるが、その条件範囲はごく狭
く、均一な接着もむずかしいのが実情である。そのため、この鋳ぐるみ技術を利用する場合
は、単に包んで固定すれば十分なものに対してだ
けであり、温度差や機械的応力が繰返されてガタ
が発生する危険性があるものや、十分な機械的強
度や気密性を必要とするものには利用できない。一方、基体表面にフラツクスを塗付して鋳ぐる
む方法が考えられるが、従来のZnCl₂、NaCl等の
Cl系フラツクスは酸化皮膜除去能力が強くなく、
薄い層では効果が出にくいばかりでなく、塗付に
より必要以上にフラツクスの厚い層ができるた
め、逆にフラツクスが接合界面に残つたり、大き
な介在物となつてしまい接合効果を発揮しないと
いう問題を生ずる。更に、残留塩化物によつて接
合物であるアルミニウム系材料が腐蝕するという
問題も生ずる。また、フラツクスとしてテトラフルオロアルミ
ニウム酸カリウム（KAlF₄）が知られているが、
このものは水等の溶媒に不溶であることから使用
に際しては粉末状としなければならず、均一な塗
付がむずかしく、また懸濁液として塗付しても乾
燥後鋳型内へのセツト時に被塗物面から落剥する
という欠点を有する。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明は上記従来の問題を解決するためのもの
で、鋳ぐるまれるアルミニウム系材料からなる基
体に特殊な化成処理を施すことによつて、基体表
面にアルミニウム溶湯のぬれ性、接着性、溶着性
を改善する強固に付着した化成処理層を形成せし
めることによつて、溶湯の不均一な溶着と、鋳ぐ
るみ後腐食の問題等の生じない複合アルミニウム
部材の製造方法を提供せんとするものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明の複合アルミニウム部材の製造方法は、
予じめ所定の形状に成形されたアルミニウム系材
料よりなる基体の表面の必要部分に、カリウムお
よびフツ素を含有する処理溶液を接触せしめるこ
とによりペンタフルオロアルミニウム酸カリウム
（K₂AlF₃）からなる化成処理層を形成する化成処
理工程と、化成処理層を形成した基体をアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の溶湯と接触せしめ
て一体化する複合工程とからなることを特徴とす
る。本発明においてアルミニウム系材料とは、アル
ミニウムあるいはアルミニウム合金からなる材料
を意味し、その組成については特に限定されるこ
となく、通常のアルミニウム合金に含まれる珪素
（Si）、銅（Cu）、マンガン（Mn）、亜鉛（Zn）、
チタン（Ti）、クロム（Cr）、ジルコニウム
（Zr）、マグネシウム（Mg）等の添加元素を１種
または２種以上含んでいてよく、その含有量につ
いても特別限定されない。しかしながら、好まし
くはMgを多量に含まないものがよい。アルミニウム系材料はまた、異なるアルミニウ
ム材料からなるクラツド材などの複合材であつて
もよく、例えば溶湯との溶着をより確実にするた
めに一方のアルミニウム材料よりも融点が10〜
100℃低い合金、例えばSiを７〜12％（重量、以
下同じ）含有したAl−Si共晶合金を貼り合せま
たは被覆したものを用いてもよい。本発明で用いるアルミニウム系材料よりなる基
体は、鋳造品であつてもまた圧延・鍛造品であつ
てもよく、その形状、大きさは特に限定されるこ
となく、目的に応じて選択使用される。本発明の化成処理工程に使用するカリウムとフ
ツ素を含む処理溶液は、通常水溶液で次のいくつ
かの方法によつて調製することができる。まず、その一つは、フツ化水素カリウム
（KHF₂）を水に溶解する方法である。KHF₂の
溶解量は、水１当り１〜80ｇとしたものが
K₂AlF₅を生成するのに適当である。KHF₂の量
が１ｇ／未満の場合にはK₂AlF₅化成処理層の
生成速度が低く、所望の量のK₂AlF₅を生成する
のに長時間を有する。一方、80ｇ／以上の場合
には、溶液濃度が高いので、K₃AlF₆が生成しや
すく、K₂AlF₅を効率よく得ることができない。処理溶液の他の調製方法としては、フツ化カリ
ウム（KF）とフツ化水素（HF）とを水に溶解
して混合水溶液としてもよい。また、水酸化カリ
ウム（KOH）とフツ化水素とを水に溶解したも
のでもよい。これらの水溶液は、該水溶液に含まれるフツ素
がカリウムに対して、モル比で１〜10であつて、
且つカリウムが0.5〜40ｇ／含有しているもの
がよい。上記モル比が10以上になると、アルミニ
ウム系材料が強く腐食され、表面状態が荒れるの
で好ましくない。また、モル比が１以下では、
K₂AlF₅を生成せしめることが困難となる。これらの処理溶液をフツ化カリウム又は水酸化
カリウムとフツ化水素との混合水溶液とする理由
としては、フツ素を加えることによつて、フツ素
のモル比を増加させる目的の他に処理溶液を酸性
にして、アルミニウムとの反応を促進させるため
でもある。上記アルミニウム系材料と処理溶液とを接触さ
せる方法には、前記のようにアルミニウム系材料
を浸漬する方法の他に、アルミニウム系材料の少
なくともろう付け所望部に塗布あるいは吹きつけ
る方法もある。このときには処理溶液中のカリウ
ムおよびフツ素が不足しないように比較的多量に
供給する必要がある。アルミニウム系材料と処理溶液との接触時間
は、処理溶液中のカリウムおよびフツ素の濃度、
処理溶液の温度によつて一概には決まらないが、
たとえば0.5秒〜20分程度の範囲がよい。この接触によつて、処理溶液はKFとHFが混
合した形態の溶液であるから、アルミニウム系材
料の表面に存在する酸化物被膜が破壊され、アル
ミニウムとカリウムとフツ素が化学反応し、
K₂AlF₅が生成する。該K₂AlF₅の生成は、処理溶
液の温度によつても変化する。当然常温でも充分
に化学反応が進行する。しかし、処理溶液の温度
を40〜70℃に上昇せしめると、特に酸化被膜の除
去が完全に、しかも急速に行なわれる。その結
果、K₂AlF₅が、アルミニウム系材料の表面に強
固な化成処理層として生成してゆく。これらの材料は、原材料のまま上記化成処理工
程を施してもよいし、また、所定の形状になるよ
うに加工を加えたもの、あるいは組立てたのち化
成処理工程を施してもよい。該アルミニウム系材
料に化成処理工程を施す前に、該材料の表面をト
リクロルエチレン等の有機溶媒で脱脂を行なつて
もよい。また、フツ化水素等により酸化被膜をあ
らかじめ除去してもよい。このように、該アルミ
ニウム系材料の表面を清浄にしてから化成処理工
程を施してもよい。また、本化成処理工程は、アルミニウム系材料
を陽極にして、上記処理液中で通電しながら、該
アルミニウム系材料の表面にK₂AlF₅を生成して
もよい。この場合、陰極材料としては、陽極と同
等の表面積を有する炭素等の、処理溶液中へイオ
ンとなつて溶出しない材質のものが望ましい。さらに、交流電流を通じながら化成処理を行な
つてもよい。この場合は、二組のアルミニウム系
材料を用意し、両アルミニウム系材料に電圧を印
加する。そうすると、電圧の高くなつた方のアル
ミニウム系材料にK₂AlF₅が生成し、低くなつた
ときはK₂AlF₅は溶出しない。それ故、両アルミ
ニウム系材料には電圧が高くなつたときのみ
K₂AlF₅が生成することになる。直流電圧を印加した場合、交流電圧を印加した
場合、いずれの場合においても、電圧を印加しな
い場合に比べてK₂AlF₅の生成速度が大きいので、
短時間のうちに所望の量のK₂AlF₅からなる化成
処理層を得ることができる。以上のようにして、K₂AlF₅が単位表面積当り
0.1〜10ｇ／m²生じたところでアルミニウム系材
料と処理溶液との接触を断つのがよい。このあと、上記化成処理工程を施したアルミニ
ウム系材料表面には、未反応のカリウムおよびフ
ツ素が残留しているので、残留したカリウムおよ
びフツ素を水洗してもよいが、水洗しなくても後
の工程には差支えない。さらに処理したアルミニウム系材料に乾燥工程
を施してもよい。乾燥工程は、アルミニウム系材
料の表面に付着した水を散逸させる工程である。
化成処理後水洗を行なわない場合には、この工程
によりアルミニウム系材料の表面に残留したカリ
ウムおよびフツ素をアルミニウムと反応させて、
さらにK₂AlF₅を生成することもできる。しかし、
残留したカリウムおよびフツ素が過剰のときには
該カリウムおよびフツ素はKHF₂となり、残留水
分は散逸する。その結果、アルミニウム系材料の
表面には水分を含まないKHF₂が残留する。水分
を含まないKHF₂は、潮解性を示さず、自然に空
気中等の水分を吸収して、「ベトベト」すること
はなく、材料の取扱が容易であり、しかも後のア
ルミニウム溶湯による鋳ぐるみもしくは溶湯によ
る被覆に際して害を及ぼすことはない。乾燥の具体的手段としては、比較的長時間を必
要とするが大気中に放置して乾燥してもよい。ま
た、常温から100℃の温風を吹きつけて行なつて
もよい。また100〜200℃の熱風を吹きつけてもよ
い。特に熱風を吹きつけると、化成処理層の水分
がなくなり、アルミニウム系材料の表面に化成処
理層が焼きつけられ、該層はより強固となる。さ
らに、後のアルミニウム溶湯との接触工程におい
て水蒸気を発生することがないので、溶湯を不必
要に劣化させることがなく、また有害なフツ化水
素ガスが発生しないという利点を有する。以上のようにして得た化成処理層を有するアル
ミニウム系材料は、アルミニウム系材料の表面
に、K₂AlF₅が0.1〜10ｇ／m²程度固着している状
態が、次の溶湯との接触工程において、K₂AlF₅
がフラツクスとして作用するのに望ましい。形成された化成処理層は、アルミニウム系材料
の表面に強固に結合しているので、化成処理を施
したのち該材料を所定の形状に成形して基体とし
てもよい。勿論、アルミニウム系材料を所望の形
状に成形したのち、化成処理を施してもよい。化
成処理によるK₂AlF₅の形成量は、特に0.1〜３
ｇ／m²であると、かなり強加工を行つても剥れる
ことがないので有利である。形成量が10ｇ／m²以
上になると、曲率を大きくして曲げると剥離する
ことがあるので、注意して加工する必要がある。基体への部分的な化成処理を行う場合には、非
処理部分をワツクス塗布することかプラスチツク
フイルムで覆うなどマスキングしたのち、処理溶
液に浸漬するとか処理溶液を噴射するなどの方法
によるとよい。次に、上記の如くして化成処理したアルミニウ
ム系材料からなる基体をアルミニウム溶湯と接触
させて、目的とする複合アルミニウム部材を得
る。この複合部材としては種々の形状のものが考
えられるが、例えば基体として直管状または曲管
状のアルミニウム管を用い、鋳型内に従来の中子
と同様に配置して一体的に鋳ぐるめば、従来法と
は異なり中子を用いる必要がなく、内部に通路を
有するAl鋳物が得られる。特に曲がつた孔を必
要とするときは、従来法では中子を正しく配置す
るのがむづかしく、また鋳造後中子をこわして取
り出す必要があつたが、本発明方法によるときは
このような問題は全くないため、種々の形態のも
のが容易にできる。本発明では基体を鋳ぐるむだけでなく、アルミ
ナイズド鋼を得るのと同様に、アルミニウム溶湯
に例えばアルミニウム合金板帯を連続的に浸漬し
て表面に耐蝕性または耐摩耗性を有するアルミニ
ウム層を被覆形成した複合アルミニウム板を得る
ことができる。本発明において使用するアルミニウム溶湯は、
アルミニウムないしアルミニウム合金が使用で
き、基体としてのアルミニウム系材料と同じ材質
のものが使用できる。鋳ぐるみに際しては基体の
融点よりも若干低い融点の溶湯を用いたほうがよ
い場合もあるが、基体をチル鋳物のときと同様に
適当に冷すことができるようにして鋳型内に配置
するときは、溶湯の溶融温度を上記の如く心配す
る必要はない。鋳ぐるみ等溶湯と基体との接触工程は、非酸化
性雰囲気下で行うのが最も好ましいが、少量の酸
素を含む雰囲気下でも、また場合によつては大気
中で行つてもよい。本接触工程において、上記化成処理層として基
体上に存在するK₂AlF₅はフラツクスと同様に作
用するので、溶湯とアルミニウム系材料との「ぬ
れ性」が良好となり、良好な鋳ぐるみまたはアル
ミニウムコードが得られる。本発明の化成処理層の作用についてはその詳細
は不明であるが、次のように考えられる。まず、溶湯と接して温度が上昇してフラツクス
である化成処理層が融解し始め、融解した化成処
理層はアルミニウム系材料の表面で反応して該材
料上の酸化被膜を除去する。このように酸化被膜
が除去されると、該材料の清浄なAl面が現われ
るため、該材料と溶湯との「ぬれ性」がよくな
り、基体の形状が複雑でもすみずみまで溶湯がゆ
きわたり、良好な接着が得られるものと考えられ
る。なお、鋳ぐるまれなかつた部分などに残存した
化成処理層は、水に実質的に不溶であるため、基
体を腐食させるなどの問題は生じない。〔実施例〕以下、本発明を実施例により説明する。実施例１基体として厚さ１mm、巾30mm、長さ130mmの純
Al板１を第１図Ａ，Ｂに示すような鋳型２内に、
片面が鋳型２に接するように配置して鋳ぐるん
で、溶湯との接合状態をみた。鋳型はシエル鋳型または金型で、内容積が、巾
W70mm、厚さT15mm、高さH100mmの寸法を有す
るものを用いた。なお、第１図で３は押え具を示
す。鋳ぐるみ用溶湯としてのアルミニウムとしては
AC₂B（Al−6.7％Si−3.2％Cu）材と、A390（Al−
17.5％Si−4.5％Cu−0.5％Mg）材を用いた。化成処理は８％KHF₂水溶液を用いて浸漬法で
処理した。鋳ぐるみにあたつては、Al板１に溶湯の流れ
が直接あたらないように注湯した。結果を第１表に示す。

〔効果〕

本発明は、カリウムとフツ素を含む処理溶液に
よつて化成処理することによつて、従来完全接合
は不可能と考えられていたアルミニウム系材料と
アルミニウム鋳物との接合が容易にできる。その
ため、一方の部材を例えば耐蝕性とし、他方の部
材を耐摩耗性など高強度の機能を有するものとし
た複合アルミニウム部材を、軽量であるというア
ルミニウムの利点を損うことなく得ることができ
る。本発明によれば予じめ特定形状に仕上げた部
品を鋳ぐるむことができ、１つの鋳物に鋳ぐるま
れる部品（基体）は１つである必要はないので、
種々複雑な形状のものを作ることができる。さら
に、従来肉厚であるため、内部欠陥が発生しやす
い鋳物にあつてはその位置にあらかじめ準備した
基体を配置して鋳ぐるむことによつて、引け欠陥
を防止した健全鋳物を得ることができるなどの利
点を有する。また、本発明によれば、アルミニウム溶湯によ
り表面被覆もできるため、従来のクラツド板の如
く貼り合せ時に厚さが変るとか硬さが増すなどの
欠点を伴なうことなく、所望のアルミニウム被覆
層を有する複合アルミニウム板が得られる、など
多くの優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の一実施例を示す鋳型の断面
図、第１図Ｂは第１図ＡのＢ−Ｂ線断面図、第２
図および第３図は本発明の鋳ぐるみを示す鋳型の
他の例を示す断面図、第４図はアルミナイズド方
法を示すためのルツボの断面図である。図中、１……Al板、２……鋳型、３……押え、
４……基体、５……鋳物部分（キヤビテイ）、６
……湯口、７……排気口、８……溶湯、９……ル
ツボ、１０……Al被膜。

Claims

【特許請求の範囲】１予じめ所定の形状に成形されたアルミニウム
系材料よりなる基体の表面の必要部分に、カリウ
ムおよびフツ素を含有する処理溶液を接触せしめ
ることによりペンタフルオロアルミニウム酸カリ
ウムからなる化成処理層を形成せしめた後、該基
体をアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯
と接触せしめることを特徴とする複合アルミニウ
ム部材の製造方法。２上記溶湯との接触は鋳造により行なうことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合アル
ミニウム部材の製造方法。３上記溶湯との接触は、基体を溶湯に浸漬して
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の複合アルミニウム部材の製造方法。