JPWO2018116532A1 - 耐食部材 - Google Patents

Abstract

耐食部材（１０）は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材（１６）と、基材（１６）の表面に形成されるアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）からなるダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）と、少なくともダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）の開気孔（２４）に充填されエポキシ樹脂を含有するコーティング材（２０）とを備える。

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成された耐食部材に関する。

例えば、食品や飲料を扱う装置等は、水、塩水、酸性又はアルカリ性の食品や飲料、洗浄剤、殺菌・消毒剤等と接触する場合がある。このような環境下においても腐食が生じることを回避するため、上記の装置等は、耐食性を有する耐食部材を用いて構成される。このような耐食部材としては、例えば、特開２００３−１６０８３９号公報に記載されるように、ステンレス鋼からなるものが一般的である。

しかしながら、ステンレス鋼は耐食性に優れるものの、金属材料のなかでも密度が大きく、しかも、材料費や加工費が高い傾向にある。このため、ステンレス鋼からなる耐食部材では、重量が増大してしまったり、製造コストが嵩んだりする懸念がある。さらに、ステンレス鋼は、潤滑性が低く凝着による摩耗等が生じ易い。すなわち、摺動性が低いため、耐食部材を、軸受等の相手材と摺動する軸部材等として用いることも困難である。

そこで、特開２００１−１９１２９２号公報には、アルミニウムからなる基材の表面に、アルマイト処理により陽極酸化皮膜を形成することや、フッ素樹脂コーティングを行うことで耐食性等の向上を図った耐食部材が提案されている。アルミニウムは、ステンレス鋼に比して密度が小さく、材料費や加工費を削減することが可能である。このため、ステンレス鋼に代えてアルミニウムを用いることで、耐食部材の軽量化や、低コスト化を図ることが可能になる。

上記のように、基材に陽極酸化皮膜やフッ素樹脂コーティングを設けた耐食部材では、強酸や強アルカリ等が接触した場合に、基材の腐食を十分に抑制することが困難であり、耐食性が不足する懸念がある。また、基材に陽極酸化皮膜やフッ素樹脂コーティングを設けても、耐食部材の摺動性や耐摩耗性を十分に向上させることは困難である。さらに、基材に対する高温焼き付けによってフッ素樹脂コーティングを設ける場合、基材が高温となって、その硬度が低下してしまう懸念がある。

本発明の主たる目的は、基材の硬度を低下させることなく、軽量化及び低コスト化を図ることや、摺動性及び耐摩耗性の向上を図ることが可能な耐食部材を提供することにある。

本発明の別の目的は、強酸や強アルカリ等に対して優れた耐食性を示す耐食部材を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、耐食部材であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面に形成されるアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）からなるダイヤモンドライクカーボン皮膜と、少なくとも前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の開気孔に充填されエポキシ樹脂を含有するコーティング材と、を備える耐食部材が提供される。

本発明に係る耐食部材は、ステンレス鋼等に比して密度が小さく、材料費や加工費を削減することが可能なアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材を備えることで、軽量化や低コスト化を図ることができる。

この基材の表面には、ａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈからなるダイヤモンドライクカーボン皮膜（以下、単にＤＬＣ皮膜ともいう）が形成されている。ａ−Ｃ及びａ−Ｃ：Ｈは、テトラへドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）及び水素化テトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ：Ｈ）に比して、ｓｐ³結合に対するｓｐ²結合の割合が大きく、柔軟性が高い。

このため、ａ−Ｃ又はａ−Ｃ：ＨからなるＤＬＣ皮膜は、比較的柔らかいアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面に対しても、所望の厚さで良好に接合することでき、基材から剥離し難い。また、このＤＬＣ皮膜は、高硬度であり、潤滑性にも優れる。つまり、このＤＬＣ皮膜を基材に設けた耐食部材では、優れた摺動性及び耐摩耗性を長期にわたって良好に示すことができる。

また、ＤＬＣ皮膜の外部に通じる気孔である開気孔には、コーティング材が充填されている。換言すると、ＤＬＣ皮膜はコーティング材によって封孔されている。このコーティング材は、他の樹脂材料等に比して、耐食性が高いエポキシ樹脂を含む。従って、上記の通り、ＤＬＣ皮膜が基材から剥離し難いことも相俟って、耐食部材の耐食性を良好に向上させることが可能である。

さらに、このコーティング材は、ＤＬＣ皮膜が形成された基材に対して、エポキシ樹脂や溶媒を含む樹脂材料を塗布して加熱する、いわゆる焼き付け処理によって形成することができる。この焼き付け処理は、例えば、１４０〜１８０℃以下の温度、換言すると、基材の硬度が低下することのない温度で行うことが可能である。従って、例えば、高温焼き付けによってフッ素樹脂コーティングを設ける場合とは異なり、コーティング材を設ける際に基材が高温となって、その硬度が低下してしまうような懸念がない。このため、機械部品として好適に用いることが可能な耐食部材を得ることができる。

以上から、この耐食部材では、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材を備えることで、軽量化や低コスト化を図ることができ、しかも、該基材の表面に形成されたＤＬＣ皮膜によって摺動性及び耐摩耗性にも優れる。さらに、ＤＬＣ皮膜が、上記のコーティング材により封孔されるため、水や塩水に対してのみならず、強酸及び強アルカリや、次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌・消毒剤に対しても優れた耐食性を示す。さらにまた、このコーティング材は、基材の硬度が低下するような高温とすることなく設けることができる。

上記の耐食部材において、前記コーティング材は、酸化チタンと、カーボンブラックとをさらに含有することが好ましい。この場合、耐食部材の耐食性のさらなる向上を図ることができ、特に耐酸性を顕著に向上させることができる。従って、強酸に対しても優れた耐食性を示す耐食部材を得ることができる。

上記の耐食部材において、前記コーティング材は、エポキシ樹脂と、酸化チタンと、カーボンブラックとの質量比が、５：１：１〜２０：１０：１０であることが好ましい。この場合、耐食部材の耐食性、なかでも耐酸性を一層効果的に向上させることができる。

上記の耐食部材において、前記コーティング材は、酸化クロムをさらに含有することが好ましい。この場合、耐食部材の耐食性のさらなる向上を図ることができ、特に耐アルカリ性を顕著に向上させることができる。従って、強アルカリに対しても優れた耐食性を示す耐食部材を得ることができる。

上記の耐食部材において、前記コーティング材は、エポキシ樹脂と、酸化クロムとの質量比が、５：１〜２０：１０であることが好ましい。この場合、耐食部材の耐食性、なかでも耐アルカリ性を一層効果的に向上させることができる。

上記の耐食部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、アルミニウムと、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜を構成するアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）とを含有する中間層を介して前記基材の表面に形成されることが好ましい。

このように構成される中間層は、基材の構成金属であるアルミニウムを含むために基材に対して良好になじみ、且つＤＬＣ皮膜を構成するａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈを含むためにＤＬＣ皮膜に対しても良好になじむ。このため、中間層は、基材及びＤＬＣ皮膜の双方に対して堅牢に接合する。この中間層を介することで、ＤＬＣ皮膜を基材に堅牢に接合することができる。その結果、ＤＬＣ皮膜の高硬度や高潤滑性に基づく優れた摺動性及び耐摩耗性や、ＤＬＣ皮膜及びコーティング材に基づく優れた耐食性を、長期にわたって良好に維持することが可能になる。

上記の耐食部材において、前記コーティング材は、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の少なくとも一部を覆うコーティング層を形成することが好ましい。この場合、耐食部材に酸やアルカリが接触しても、ＤＬＣ皮膜の少なくとも一部がコーティング層によって覆われている分、該酸やアルカリがＤＬＣ皮膜ないしは基材まで到達することを効果的に回避できる。これによって、耐食部材の耐食性を一層良好に向上させることができる。

上記の耐食部材において、前記開気孔に前記コーティング材が充填された状態で、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面を、前記コーティング層から露呈させた摺動面を有することが好ましい。このように、ＤＬＣ皮膜が露呈する摺動面では、該ＤＬＣ皮膜の優れた摺動性及び耐摩耗性をそのまま活かすことができるため、該摺動面を設けることにより、耐食部材を摺動部材として好適に用いることが可能になる。この際、摺動面におけるＤＬＣ皮膜の開気孔にもコーティング材が充填されているため、水、塩水、強酸、強アルカリ、殺菌・消毒剤（次亜塩素酸ナトリウム）等に対する優れた耐食性を維持することができる。すなわち、この耐食部材は、優れた摺動性及び耐摩耗性と、耐食性とを兼ね備える。

上記の耐食部材において、前記摺動面は、相手材と摺動し、前記相手材の材料は、ステンレス鋼、ポリアセタール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかであることが好ましい。この場合、摺動面及び相手材の両方の摩耗や、耐食部材の摩耗を効果的に抑制することができ、耐食部材や相手材の耐久性を向上させることができる。前記相手材の材料をステンレス鋼とした場合、該ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１６の何れかであることが一層好ましい。

上記の耐食部材において、前記摺動面と前記相手材との間に、フッ素系グリスが介在することが好ましい。この場合、フッ素系グリスによって、摺動面及び相手材の摩耗をさらに良好に抑制することができる。このフッ素系グリスは、他のグリスに比して耐食性に優れる。また、食品機械用潤滑剤のフッ素系グリスを用いることで、たとえ、飲料又は食品に接触しても安全な構成とすることができる。

上記の耐食部材は、前記相手材を軸受部材とする軸部材として好適に用いることができる。この耐食部材は、軸受部材に対する摺動面の摺動性及び耐摩耗性と、軸部材全体の耐食性とを兼ね備えるためである。

上記の耐食部材は、飲料又は食品を扱う装置を構成することが好ましい。上記の通り、耐食部材は耐食性に優れるため、例えば、水、塩水、酸性又はアルカリ性の食品や飲料、洗浄剤、殺菌・消毒剤等と接触しても、腐食することを効果的に回避できる。また、ＤＬＣ皮膜及びコーティング材の何れも、飲料又は食品に接触しても安全な構成とすることができる。従って、耐食部材によって、飲料又は食品を扱う装置を構成することによって、該装置の食品安全性を維持しつつ、耐食性を向上させることができ、しかも、軽量化や低コスト化を図ることも可能となる。

添付した図面と協同する次の好適な実施の形態例の説明から、上記の目的、特徴及び利点がより明らかとなるだろう。

図１は、本発明の実施形態に係る耐食部材と相手材との要部概略断面図である。 図２は、図１の耐食部材の要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る耐食部材につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る耐食部材は、例えば、飲料又は食品を扱う装置を構成するものとして好適に用いることができる。なお、前記装置としては、例えば、飲料又は食品の原料や製品を混合、混練、撹拌、粉砕、加熱、乾燥、冷却、充填、包装、貯蔵等する際に用いられる機械類が挙げられる。

また、この耐食部材は、例えば、飲料又は食品の混練、撹拌、粉砕等に使用される各種加工機械の回転軸又は直動軸を構成する軸部材として特に好適に適用することができる。そこで、本実施形態では、耐食部材は軸部材であり、該耐食部材を摺動自在に支持する軸受部材である相手材とともに、食品加工用のすべり軸受け装置を構成する例について説明する。しかしながら、耐食部材が適用される装置は、飲料又は食品を扱うものに限定されず、相手材を備えていなくてもよい。また、耐食部材及び相手材のそれぞれは、軸部材及び軸受部材であることに限定されず、例えば、耐食部材がシリンダボディであり、相手部材がピストン等であってもよい。

図１に示すように、本実施形態に係る耐食部材１０は、回転軸を構成する軸部材であり、軸受部材である相手材１２とともにすべり軸受装置１４を構成する。耐食部材１０は、基材１６と、ダイヤモンドライクカーボン皮膜（ＤＬＣ皮膜）１８と、コーティング材２０とを備える。

基材１６は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる中実軸である。なお、アルミニウム合金の好適な例としては、日本工業規格（ＪＩＳ）に規格されるＡ２０１７、Ａ６０６０、ＡＤＣ１２、Ａ５０５２等が挙げられる。

ＤＬＣ皮膜１８は、中間層２２を介して基材１６の表面に形成され、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）からなる。ａ−Ｃ及びａ−Ｃ：Ｈは、テトラへドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）及び水素化テトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ：Ｈ）に比して、ｓｐ³結合に対するｓｐ²結合の割合が大きいダイヤモンドライクカーボンである。また、ａ−Ｃは炭素元素のみからなり、ａ−ｃ：Ｈは水素を含有する。

また、ＤＬＣ皮膜１８の好ましい厚さは１〜４μｍであり、一層好ましくは２．５〜３．５μｍである。ＤＬＣ皮膜１８の好ましいビッカース硬さは１０００〜４０００ＨＶであり、一層好ましくは１４００〜３０００ＨＶである。ＤＬＣ皮膜１８の厚さ及びビッカース硬さのそれぞれを上記の範囲に設定することにより、後述するように、耐食部材１０の摺動性及び耐摩耗性や、耐食性を良好に向上させることが可能になる。

中間層２２は、基材１６を構成する金属（アルミニウム）と、ＤＬＣ皮膜１８を構成するａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈ（以下、これらを総称してＤＬＣともいう）とを含有する。中間層２２は、基材１６に近接するにつれてアルミニウムの組成比が大きくなる一方でＤＬＣの組成比が小さくなること、換言すると、基材１６から離間するにつれ、アルミニウムの組成比が小さくなる一方でＤＬＣの組成比が大きくなることが好ましい。この場合、中間層２２は、その厚み方向においてアルミニウム／ＤＬＣの組成比が変化する傾斜層となり、基材１６及びＤＬＣ皮膜１８の各々と中間層２２とをより堅牢に接合することが可能になる。中間層２２の厚さは、特に限定されるものではないが、０．０１〜１．０μｍ程度に設定すれば十分である。

図２は、耐食部材１０の要部拡大断面図である。図２に示すように、ＤＬＣ皮膜１８及び中間層２２に生じる欠陥のなかには、ＤＬＣ皮膜１８の表面を介して外部に通じる開気孔２４が存在する。コーティング材２０は、少なくとも、このような開気孔２４に充填されている。つまり、ＤＬＣ皮膜１８はコーティング材２０によって封孔されている。

本実施形態では、コーティング材２０は、開気孔２４に充填されるとともに、ＤＬＣ皮膜１８の摺動面２６を除く部位を被覆するコーティング層２０ａを形成する。なお、摺動面２６は、後述するように、相手材１２と摺動する部位であり、勿論、該摺動面２６の開気孔２４にもコーティング材２０が充填されている。コーティング層２０ａの厚さは、耐食部材１０の用途や形状、使用環境等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、該厚さを５〜３０μｍとした場合に、耐食部材１０の耐食性を良好に向上させることが可能になる。

コーティング材２０は、エポキシ樹脂を含有し、酸化チタン及びカーボンブラック、又は酸化クロムをさらに含有することが好ましい。コーティング材２０がエポキシ樹脂と、酸化チタン及びカーボンブラックとを含有する場合、これらの好適な質量比（エポキシ樹脂：酸化チタン：カーボンブラック）は、５：１：１〜２０：１０：１０である。これによって、耐食部材１０の耐食性、なかでも耐酸性を効果的に向上させることができる。

一方、コーティング材２０がエポキシ樹脂及び酸化クロムを含有する場合、これらの好適な質量比（エポキシ樹脂：酸化クロム）は、５：１〜２０：１０である。この場合、耐食部材１０の耐食性、なかでも耐アルカリ性を効果的に向上させることができる。

図１に示すように、相手材１２は、耐食部材１０を回転摺動可能に保持する軸受部材であり、該相手材１２の内周面と耐食部材１０の摺動面２６とが摺動する。相手材１２の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼、ポリアセタール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が好適である。また、相手材１２の材料となるステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１６等とすることが好ましい。これらの材料を選定することによって、後述するように、摺動面２６及び相手材１２の両方の摩耗を効果的に抑制することができ、耐食部材１０及び相手材１２の耐久性を一層向上させることができる。

図１に示すように、耐食部材１０の摺動面２６と相手材１２の内周面との間には、該摺動面２６を覆うように食品機械用潤滑剤のフッ素系グリス２８が介在することが好ましい。この場合、フッ素系グリス２８によって摺動面２６及び相手材１２の摩耗を良好に抑制できる。また、このフッ素系グリス２８は、他のグリスに比して耐食性に優れるとともに、飲料又は食品に接触しても安全である。

本実施形態に係る耐食部材１０は、基本的には上記のように構成される。以下、耐食部材１０の製造方法の一例について説明する。

先ず、基材１６に対して、アルゴンイオン等を用いたプラズマ洗浄を行う。これによって、この後に形成される中間層２２の密着を一層強固にすることができる。次に、アルゴン等の不活性ガスと、グラファイトターゲットとを用いたスパッタリングによって、基材１６に中間層２２及びＤＬＣ皮膜１８を形成する。

なお、中間層２２及びＤＬＣ皮膜１８は、上記の方法に限らず、公知の方法によって成膜することができる。例えば、ａ−ＣからなるＤＬＣ皮膜１８を形成する場合は種々の物理蒸着法（ＰＶＤ）を採用することができ、ａ−Ｃ：ＨからなるＤＬＣ皮膜１８を形成する場合は種々の化学蒸着法（ＣＶＤ）を採用することができる。

次に、コーティング材２０を形成するための樹脂材料をＤＬＣ皮膜１８に塗装する塗装工程を行う。酸化チタン及びカーボンブラック、酸化クロムの何れも含有しないコーティング材２０を形成するための樹脂材料の好適な例としては、３質量％のエポキシ樹脂と、残部の溶媒とを含有するものが挙げられる。

また、酸化チタン及びカーボンブラックを含有するコーティング材２０を形成するための樹脂材料の好適な例としては、５〜２０質量％のエポキシ樹脂と、１〜１０質量％の酸化チタンと、１〜１０質量％のカーボンブラックと、残部の溶媒とを含有するものが挙げられる。

さらに、酸化クロムを含有するコーティング材２０を形成するための樹脂材料の好適な例としては、５〜２０質量％のエポキシ樹脂と、１〜１０質量％の酸化クロムと、残部の溶媒とを含有するものが挙げられる。

塗装工程によって、ＤＬＣ皮膜１８の開気孔２４に前記樹脂材料を充填するとともに、該樹脂材料によってＤＬＣ皮膜１８の全体を覆う塗装膜を形成する。なお、塗装工程では、ハケ塗り、ローラー塗り、吹付塗装、バーコーター、ロールコーター、焼付塗装、浸漬塗り等、公知の塗装方法を採用することができる。

次に、基材１６に塗装した樹脂材料を、例えば、１８０℃以下の温度で加熱して、焼き付け処理を行う。これにより、樹脂材料が硬化してコーティング材２０が形成される。すなわち、ＤＬＣ皮膜１８の開気孔２４内にコーティング材２０が充填されるとともに、硬化した塗装膜であるコーティング層２０ａによりＤＬＣ皮膜１８の全体が覆われる。

このように、コーティング材２０は、基材の硬度が低下することのない比較的低い温度での焼き付け処理によって形成することが可能である。従って、例えば、高温焼き付けによってフッ素樹脂コーティングを設ける場合とは異なり、コーティング材２０を設ける際に基材１６が高温となって、その硬度が低下してしまう懸念がない。

次に、耐食部材１０の摺動面２６となる部位のコーティング材２０を除去する除去工程を行い、コーティング層２０ａからＤＬＣ皮膜１８を露呈させる。除去工程は、切削、研磨等の公知の手法を用いて行うことができる。

これによって、耐食部材１０が得られる。そして、相手材１２の内周面が摺動面２６と摺動するように耐食部材１０に対して相手材１２を組み付けることですべり軸受装置１４が得られるに至る。

上記したように、耐食部材１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材１６を備える。アルミニウム又はアルミニウム合金は、ステンレス鋼等に比して密度が小さく、材料費や加工費を削減することが可能である。このため、上記の基材１６を備えることで、耐食部材１０の軽量化や、低コスト化を図ることが可能になる。

基材１６を覆うＤＬＣ皮膜１８は、ｓｐ³結合に対するｓｐ²結合の割合が大きいａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈからなるので柔軟性に富む。従って、比較的軟質なアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材１６の表面に対しても、ＤＬＣ皮膜１８を所望の厚さで形成することができ、且つ基材１６とＤＬＣ皮膜１８とを良好に接合することができる。また、ＤＬＣ皮膜１８は、摩擦係数が低いことに基づき良好な摺動性を示すとともに、高硬度であることに基づき良好な耐摩耗性を示す。従って、このようなＤＬＣ皮膜１８を設けることにより、耐食部材１０の摺動性及び耐摩耗性を良好に向上させることができる。

ＤＬＣ皮膜１８と基材１６との間には、アルミニウムと、ａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈとを含有する中間層２２が介在する。このように構成される中間層２２は、基材１６の構成金属を含むために基材１６に対して良好になじみ、且つＤＬＣ皮膜１８を構成するａ−Ｃ又はａ−Ｃ：Ｈを含むためにＤＬＣ皮膜１８に対しても良好になじむ。このため、中間層２２は、基材１６及びＤＬＣ皮膜１８の双方に対して堅牢に接合する。この中間層２２を介することで、ＤＬＣ皮膜１８を基材１６に堅牢に接合できる。その結果、基材１６からＤＬＣ皮膜１８が剥離することを抑制できるため、耐食部材１０の摺動面２６では、ＤＬＣ皮膜１８の優れた摺動性及び耐摩耗性を長期にわたって良好に維持することが可能になる。

ＤＬＣ皮膜１８及び中間層２２は、コーティング材２０によって封孔され、ＤＬＣ皮膜１８の摺動面２６を除く部位は、さらにコーティング材２０からなるコーティング層２０ａによって被覆されている。このコーティング材２０は、他の樹脂材料等に比して耐食性が高いエポキシ樹脂を含有する。

このようなコーティング材２０で封孔されることで、たとえ、酸やアルカリ等が接触した場合であっても、これらが開気孔２４を介して基材１６に到達することを回避できる。また、耐食部材１０のコーティング層２０ａで覆われた部位では、酸やアルカリ等がＤＬＣ皮膜１８ないしは基材１６まで到達することをより一層効果的に回避できる。その結果、この耐食部材１０は、水や塩水に対してのみならず、強酸及び強アルカリや、次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌・消毒剤に対しても優れた耐食性を示す。

また、コーティング材２０が、酸化チタン及びカーボンブラックをさらに含有する場合、耐食部材１０の耐食性のさらなる向上を図ることができ、特に耐酸性を顕著に向上させることができる。従って、強酸に対しても優れた耐食性を示す耐食部材１０を得ることができる。

コーティング材２０が、酸化クロムをさらに含有する場合、耐食部材１０の耐食性のさらなる向上を図ることができ、特に耐アルカリ性を顕著に向上させることができる。従って、強アルカリに対しても優れた耐食性を示す耐食部材１０を得ることができる。

一方、コーティング層２０ａからＤＬＣ皮膜１８が露呈する摺動面２６では、該ＤＬＣ皮膜１８の優れた摺動性及び耐摩耗性をそのまま活かすことができる。従って、摺動面２６を設けることにより、耐食部材１０の摺動性及び耐摩耗性を向上させることができる。摺動面２６におけるＤＬＣ皮膜１８の開気孔２４にも勿論コーティング材２０が充填されているため、摺動面２６を設けても優れた耐食性を維持できる。すなわち、この耐食部材１０では、優れた摺動性及び耐摩耗性と、耐食性とを兼ね備えることができる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態に係る耐食部材１０では、中間層２２を備えることとしたが、中間層２２を備えていなくてもよい。

上記の実施形態に係る耐食部材１０では、摺動面２６を設けることとしたが、該摺動面２６を設けず、ＤＬＣ皮膜１８の全体をコーティング層２０ａで被覆してもよい。この場合、耐食部材１０の耐食性を特に良好に向上させることができるため、高い耐食性が求められる部材として、摺動部材以外の用途にも耐食部材１０を好適に用いることができる。これとは逆に、耐食部材１０にコーティング層２０ａを設けず、ＤＬＣ皮膜１８の全体を露呈させてもよい。この場合、耐食部材１０の全体が優れた摺動性及び耐摩耗性を示す。

以下、本発明を実施例によって詳述するが、本発明が当該実施例に限定されるものではないことは勿論である。

［実施例１］
基材１６として、Ａ６０６１−Ｔ６からなり、直径が１０ｍｍ、長さが５０ｍｍである中実軸体の表面に鏡面研磨を施したものを選定した。この基材１６に対して、中間層２２及びＤＬＣ皮膜１８を合計厚さが２．０〜２．２μｍとなるように形成した。ＤＬＣ皮膜１８表面の平均ビッカース硬さは１３５０ＨＶであった。なお、平均ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４４の試験方法に従って測定したものであり、荷重を１０ｇｆとした場合の３点平均値である。以下に示す平均ビッカース硬さについても同じである。

コーティング材２０を形成するための樹脂材料として、エポキシ樹脂を３．０質量％、キシレンを１７．０質量％、エチルベンゼンを１１．０質量％、ｎ−ブタノールを５．０〜１０．０質量％、イソボタノールを１．０〜５．０質量％、エチレングリコールモノブチルエーテルを１．０〜５．０質量％、メタノールを０．１〜１．０質量％、ホルムアルデヒドを０．８質量％、メラミン樹脂を１６．０質量％、アルキド樹脂を３７．０質量％の割合で含有するものを選定した。この樹脂部材をＤＬＣ皮膜１８に塗装し、焼き付け処理を施すことで、コーティング材２０によって、ＤＬＣ皮膜１８の開気孔２４を封孔するとともに、該ＤＬＣ皮膜１８の全体を覆うように厚さが２２．０〜２６．０μｍのコーティング層２０ａを形成して耐食部材１０を得た。これを実施例１の試験部材とする。なお、実施例１のコーティング層２０ａ表面の平均ビッカース硬さは１２ＨＶであった。

［実施例２］
コーティング材２０を形成するための樹脂材料として、エポキシ樹脂を５〜２０質量％、酸化チタンを１〜１０質量％、カーボンブラックを１〜１０質量％、キシレンを５〜１５質量％、メチルエチルケトンを１５〜２５質量％、酢酸２−エトキシエチルを５〜１５質量％、トルエンを１０〜２０質量％、エチレングリコールモノブチルエーテルを１〜１０質量％の割合で含有するものを選定したこと、及びコーティング層２０ａの厚さを２１．０〜２５．０μｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして耐食部材１０を得た。これを実施例２の試験部材とする。すなわち、実施例２の試験部材は、酸化チタン及びカーボンブラックを含有するコーティング材２０を備える。なお、実施例２のコーティング層２０ａ表面の平均ビッカース硬さは５０ＨＶであった。

［実施例３］
樹脂材料として、エポキシ樹脂を５〜２０質量％、酸化第２クロムを１〜１０質量％、１，２ジ−クロロエタンを１５〜２５質量％、メチルイソブチルケトンを５〜１５質量％、メチルエチルケトンを５〜１５質量％、ジアセトンアルコールを１０〜２０質量％、エタノールを１０〜２０質量％の割合で含有するものを選定したこと、及びコーティング層２０ａの厚さを２５．０〜３０．０μｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして耐食部材１０を得た。これを実施例３の試験部材とする。すなわち、実施例３の試験部材は、酸化クロムを含有するコーティング材２０を備える。なお、実施例３のコーティング層２０ａ表面の平均ビッカース硬さは２０ＨＶであった。

［実施例４〜６］
基材１６の材料としてＡ２０１７を選定したことを除いて、実施例１と同様にして得た耐食部材１０を実施例４の試験部材とする。基材１６の材料としてＡ２０１７を選定したことを除いて、実施例２と同様にして得た耐食部材１０を実施例５の試験部材とする。基材１６の材料としてＡＤＣ１２を選定したことを除いて、実施例２の試験部材と同様にして得た耐食部材１０を実施例６の試験部材とする。

［比較例１］
比較のため、実施例１と同一の基材１６のみからなる試験部材を比較例１とした。すなわち、比較例１の試験部材は、中間層２２、ＤＬＣ皮膜１８、コーティング材２０の何れも備えていない。

［比較例２］
コーティング材２０を設けていないことを除いて、実施例１と同様に作製した試験部材を比較例２とした。すなわち、比較例２の試験部材では、ＤＬＣ皮膜１８がコーティング材２０によって封孔されていない。

［比較例３〜５］
実施例１と同一の基材１６に対して陽極酸化処理を施して、厚さ１３．０〜１６．０μｍの陽極酸化皮膜（Ａｌ₂Ｏ₃）を形成した試験部材を比較例３とした。比較例３の試験部材の陽極酸化皮膜を、実施例１と同一のコーティング材２０で封孔するとともに被覆して、厚さが２２．０〜２６．０μｍのコーティング層２０ａを形成し、これを比較例４の試験部材とした。実施例２と同一のコーティング材２０を選定したことを除いて、比較例４と同様にして比較例５の試験部材を得た。なお、比較例３〜５の試験部材における陽極酸化皮膜表面の平均ビッカース硬さは３２０ＨＶであった。

［比較例６］
コーティング材２０を設けていないことを除いて、実施例４と同様に作製した試験部材を比較例６とした。すなわち、比較例６の試験部材は、ＤＬＣ皮膜１８がコーティング材２０によって封孔されていない。

以上の実施例１〜６及び比較例１〜６の試験部材と、互いに異なる７種の液体Ａ〜Ｇとを用いて耐食性評価試験を行った。第１に、実施例１〜３及び比較例１〜３、５の試験部材について、ピルスナー系ビールである液体Ａ（ｐＨ３．５）に対する耐食性評価試験を行った。具体的には、液体Ａに上記の試験部材の全体を常温で３０日間浸漬させる前と後とにおける重量の変化量を求めた。この重量の変化量が小さいほど、試験部材の腐食等が抑制され、耐食性が高いと判断することができる。

第２に、実施例１〜５及び比較例１〜３、５、６の試験部材について、液体Ｂ（ｐＨ１．０）に対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。液体Ｂは、主成分としてリン酸を３５．０質量％含有する食品関連用酸性洗剤の３．０質量％水溶液である。

第３に、実施例１〜４及び比較例１〜３、５、６の試験部材について、液体Ｃ（ｐＨ１１．０）に対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。液体Ｃは、水酸化ナトリウムを主成分として１５．０質量％含有する食品関連用アルカリ性洗剤の３．０質量％水溶液である。

第４に、実施例１〜３及び比較例５の試験部材について、水酸化ナトリウムの０．０４質量％水溶液である液体Ｄ（ｐＨ１２．０）に対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。

第５に、実施例１〜３の試験部材について、水酸化ナトリウムの０．４質量％水溶液である液体Ｅ（ｐＨ１３．０）に対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。

第６に、実施例１〜６及び比較例５の試験部材について、水酸化ナトリウムの４．０質量％水溶液である液体Ｆ（ｐＨ１４．０）に対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。

第７に、実施例１〜３及び比較例１、３、４の試験部材について、濃度が５００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液（消毒・殺菌剤）である液体Ｇに対する耐食性評価試験を、第１の試験と同様にして行った。また、実施例４、５の試験部材について、液体Ｇに浸漬する期間を１７日間としたことを除いて、第１の試験と同様にして耐食性評価試験を行った。

第１〜第７の試験の結果を表１に示す

表１から、ＤＬＣ皮膜１８及びコーティング材２０の両方を備える実施例１〜６の試験部材は、全ての液体Ａ〜Ｇに対して、基材１６のみからなる比較例１の試験部材、ＤＬＣ皮膜１８のみからなる比較例２、６の試験部材、陽極酸化皮膜のみからなる比較例３の試験部材よりも優れた耐食性を示すことが分かった。

エポキシ樹脂と、酸化チタン及びカーボンブラックとを含有するコーティング材２０を備える実施例２、５、６の試験部材は、全ての液体Ａ〜Ｇに対して優れた耐食性を示すが、強酸である液体Ａ、Ｂに対して特に優れた耐食性を示すことが分かった。

エポキシ樹脂と、酸化クロムとを含有するコーティング材２０を備える実施例３の試験部材は、全ての液体に対して優れた耐食性を示すが、強アルカリである液体Ｃ〜Ｆに対して特に優れた耐食性を示すことが分かった。

以上から、本実施形態に係る耐食部材１０は、エポキシ樹脂を含有するコーティング材２０によって封孔及び被覆されたＤＬＣ皮膜１８を備えることで、強酸及び強アルカリや、次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌・消毒剤に対して優れた耐食性を示す。

また、コーティング材２０が、酸化チタン及びカーボンブラックをさらに含有する場合、エポキシ樹脂のみを含有する場合よりも耐食性を向上させることができ、なかでも耐酸性を顕著に向上させることができる。

一方、コーティング材２０が、酸化クロムをさらに含有する場合、エポキシ樹脂のみを含有する場合よりも耐食性を向上させることができ、なかでも耐アルカリ性を顕著に向上させることができる。

さらに、上記の通り、実施例１〜６のＤＬＣ皮膜１８のビッカース硬さは１３５０ＨＶであり、比較例３〜５の陽極酸化皮膜のビッカース硬さ３２０ＨＶに比して著しく大きい。また、ＤＬＣ皮膜１８によれば、陽極酸化皮膜では得られない、優れた摺動性及び耐摩耗性を得られる。このため、ＤＬＣ皮膜１８を備える耐食部材１０は、摺動性及び耐摩耗性にも優れる。

一方、コーティング材２０で封孔された陽極酸化皮膜を備える比較例４、５の試験部材では、何らの皮膜も備えない比較例１の試験部材等に比して耐食性を向上させることが可能であるものの、摺動性及び耐摩耗性が不足する。

次に、基材１６の形状を直径４０ｍｍ、厚さが７ｍｍである円板状とした点と、端面のコーティング層２０ａを除去して摺動面２６を形成した点とを除き、実施例５と同様にして耐食部材１０を得て、試験部材とした。そして、この摺動面２６と、複数種類の材料からなる相手材との間の摩擦摩耗特性評価を、試験部材をディスクとし、相手材をピンとするボールオンディスク法によって行った。

具体的には、荷重、線速度、回転速度及び摺動距離のそれぞれを、１ｋｇｆ、１０００ｍｍ／秒、６６０ｒｐｍ、１ｋｍに設定した。また、相手材を、直径が１０ｍｍの中実軸体とした。この相手材の材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ハイシリコン合金（ＮＨ４１）と、ダイカスト用アルミ合金（ＡＤＣ１２）、鉛青銅鋳物（ＬＢＣ）、真鍮（Ｃ３６０４）、アルミニウム青銅鋳物（ＣＡＣ７０３）、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を選定した。その結果を、表２に示す

表２から、耐食部材１０の摺動面２６と摺動する相手材の材料をＳＵＳ３０３とした場合、耐食部材１０及び相手材の両方の摩耗量を低減させることができることが分かった。また、耐食部材１０の摺動面２６と摺動する相手材の材料をＰＯＭ、ＰＴＦＥとすることで、耐食部材１０の摩耗量を効果的に低減させることができることが分かった。

すなわち、本実施形態に係る耐食部材１０では、相手材１２の材料をステンレス鋼、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の何れかとすることで、摺動面２６及び相手材１２の両方の摩耗を効果的に抑制することができ、耐食部材１０や相手材１２の耐久性を向上させることができる。

Claims (13)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材（１６）と、
   前記基材（１６）の表面に形成されるアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）からなるダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）と、
   少なくとも前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）の開気孔（２４）に充填されエポキシ樹脂を含有するコーティング材（２０）と、を備えることを特徴とする耐食部材（１０）。
2. 請求項１記載の耐食部材（１０）において、
   前記コーティング材（２０）は、酸化チタンと、カーボンブラックとをさらに含有することを特徴とする耐食部材（１０）。
3. 請求項２記載の耐食部材（１０）において、
   前記コーティング材（２０）は、質量比で、エポキシ樹脂：酸化チタン：カーボンブラック＝５：１：１〜２０：１０：１０であることを特徴とする耐食部材（１０）。
4. 請求項１記載の耐食部材（１０）において、
   前記コーティング材（２０）は、酸化クロムをさらに含有することを特徴とする耐食部材（１０）。
5. 請求項４記載の耐食部材（１０）において、
   前記コーティング材（２０）は、質量比で、エポキシ樹脂：酸化クロム＝５：１〜２０：１０であることを特徴とする耐食部材（１０）。
6. 請求項１記載の耐食部材（１０）において、
   前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）は、アルミニウムと、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）を構成するアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）とを含有する中間層（２２）を介して前記基材（１６）の表面に形成されることを特徴とする耐食部材（１０）。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の耐食部材（１０）において、
   前記コーティング材（２０）は、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）の少なくとも一部を覆うコーティング層（２０ａ）を形成することを特徴とする耐食部材（１０）。
8. 請求項７記載の耐食部材（１０）において、
   前記開気孔（２４）に前記コーティング材（２０）が充填された状態で、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜（１８）の表面を、前記コーティング層（２０ａ）から露呈させた摺動面（２６）を有することを特徴とする耐食部材（１０）。
9. 請求項８記載の耐食部材（１０）において、
   前記摺動面（２６）は、相手材（１２）と摺動し、
   前記相手材（１２）の材料は、ステンレス鋼、ポリアセタール樹脂、ポリテトラフルオロエチレンの何れかであることを特徴とする耐食部材（１０）。
10. 請求項９記載の耐食部材（１０）において、
    前記相手材（１２）の材料となるステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１６の何れかであることを特徴とする耐食部材（１０）。
11. 請求項９記載の耐食部材（１０）において、
    前記摺動面（２６）と前記相手材（１２）との間に、フッ素系グリス（２８）が介在することを特徴とする耐食部材（１０）。
12. 請求項９に記載の耐食部材（１０）において、
    前記相手材（１２）を軸受部材とする軸部材であることを特徴とする耐食部材（１０）。
13. 請求項１記載の耐食部材（１０）において、
    飲料又は食品を扱う装置を構成することを特徴とする耐食部材（１０）。

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