WO2006080183A1

WO2006080183A1 - アルミニウム系有膜鋳造成形品及びその製造方法

Info

Publication number: WO2006080183A1
Application number: PCT/JP2006/300114
Authority: WO
Inventors: Botaro Watanabe; Takeshi Hirama
Original assignee: Keihin Corporation
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US8012597B2; JP4633477B2; US20090269607A1; CN100577872C; CN101098985A; JP2006188739A

Abstract

　スロットルボディ（１０）においては、アルミニウムからなる下地（１２）上に、不動態膜（１４）及び耐食性皮膜（１６）がこの順序で積層されている。不動態膜（１４）には、耐食性皮膜（１６）に臨む側に凹部（１８）が形成されており、この凹部（１８）には、金属層（２０）が形成されている。金属層（２０）は、ショットブラストが行われる際、ブラスト材が耐食性皮膜（１６）に衝突したときに、該ブラスト材の一部が剥離した後に付着して設けられたものである。ブラスト材としては、例えば、純度が９８％以上のアルミニウムからなるものが選定される。

Description

明細書

アルミニウム系有膜铸造成形品及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金力なる下地上に形成された不動態膜が耐食性皮膜で被覆されたアルミニウム系有膜铸造成形品及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] アルミニウム又はアルミニウム合金力なる構造部材は、加工を容易に施すことが可能であるので所定の形状に変形することが容易である、軽量である等の利点を有し、例えば、自動車の構成部品であるスロットルボディや気化器をはじめとする様々な分野で使用されている。

[0003] この種の構造部材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を金型に充填し、次に、この溶湯を冷却硬化させて铸造成形品とすることによって作製される。そして、耐食性を向上させるベぐ铸造成形品の表面を被覆するように耐食性皮膜が設けられる。

[0004] 従来、この耐食性皮膜は、特許文献 1に記載されて、るように、 CrO、すなわち、

3

6価クロムを含有するクロメート処理液に铸造成形品を浸漬することによって設けられ、このために耐食性皮膜にも 6価クロムが含まれていた。しかしながら、 6価クロムが環境に負荷をもたらす物質であることから、近年、 6価クロムを含まない耐食性皮膜を形成することが検討されつつある。

[0005] このような観点から、本出願人は、特許文献 2において、アルミニウム又はアルミ二ゥム合金力もなる構造部材に Zn下地層を設け、次に、この Zn下地層上に 3価クロムを含むクロメート皮膜 (耐食性皮膜)を設けることを提案している。

[0006] 特許文献 1 :特公昭 60— 35432号公報

特許文献 2：特開 2004— 76041号公報

発明の開示

[0007] 本発明の主たる目的は、耐食性に優れる皮膜を有するアルミニウム系有膜铸造成形品を提供することにある。

[0008] 本発明の別の目的は、環境に対して負荷をもたらすことが回避可能なアルミ-ゥム系有膜铸造成形品を提供することにある。

[0009] 本発明のまた別の目的は、アルミニウム又はアルミニウム合金に対して耐食性に優れる皮膜を設けるアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法を提供することにある。

[0010] 本発明のさらに別の目的は、アルミニウム又はアルミニウム合金に対して皮膜を設ける際、環境に対して負荷をもたらすことが回避可能なアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法を提供することにある。

[0011] 本発明の一実施形態によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金力なる下地の表面に不動態膜が形成された母材を有し、且つ前記不動態膜を被覆するとともに前記下地よりも耐食性が高い耐食性皮膜が形成されたアルミニウム系有膜铸造成形品であって、

前記不動態膜における前記耐食性皮膜側に凹部が形成され、

前記凹部に、純度 98%以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム—亜鉛合金カゝらなる金属層が存在するアルミニウム系有膜铸造成形品が提供される。なお、本発明における「アルミニウム系」は、アルミニウム及びアルミニウム合金を総称するものとする。

[0012] このような金属層が存在する場合、前記耐食性皮膜が十分に成膜する。このため

、耐食性に優れた铸造成形品を得ることができる。

[0013] 耐食性皮膜は、 6価クロムフリー、すなわち、 6価クロムを含まない膜であることが好ましい。この場合、 6価クロムを含む液体や気体、例えば、 6価クロメート処理液等を使用する必要がない。このため、環境に負荷をもたらすことを回避することができる。

[0014] このような耐食性皮膜の好適な例としては、 3価のクロムを含むクロメート皮膜を挙げることができる。

[0015] また、本発明の別の一実施形態によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を用いて铸造加工を行うことにより铸造成形品を得る工程と、

不動態膜が形成された前記铸造成形品に対して純度 98%以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム—亜鉛合金力もなるブラスト材を投射し、前記不動態膜に凹部を設けるとともに、前記ブラスト材に由来する金属層を前記凹部に形成する工程と前記不動態膜上に、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性が高、耐食性皮膜を設ける工程と、

を有するアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法が提供される。

[0016] 本発明においては、ショットブラストの際に高純度のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニゥム一亜鉛合金カゝらなるブラスト材を投射して金属層を設け、その後、耐食性皮膜を設ける。

ショットブラストで高純度の金属層を設けることにより、次工程において、耐食性皮膜を十分に成長させることができる。その結果、耐食性が良好な铸造成形品を得ることがでさる。

[0017] 以上のように、ことにより、耐食性皮膜が十分に膜成長し、その結果、耐食性に優れる铸造成形品を得ることができる。

[0018] ここで、ショットブラストは、ブラスト材を投射するものであり、铸造成形品からバリを除去する場合、塗料を剥離除去する場合、ワークに残留応力を付与する場合等に行われる手法であるが、本発明のように、ブラスト材由来の金属層を不動態膜に設けるためにショットブラストを行う技術はこれまでのところ知られていない。

[0019] なお、前記耐食性皮膜としては、上記したように 6価クロムフリーの膜を設けることが好ましい。この場合、環境に負荷をもたらすことを回避することができるからである。このような耐食性皮膜として、例えば、 3価のクロムを含むクロメート皮膜を設ければよい。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]図 1は、本実施の形態に係るアルミニウム系有膜铸造成形品からなるスロットルボディの概略全体斜視図である。

[図 2]図 2は、図 1のスロットルボディにおける表層部の拡大断面図である。

[図 3]図 3は、実施例 1、 2及び比較例 1〜4のスロットルボディの耐食性を示す図表である。発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明に係るアルミニウム系有膜铸造成形品及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

[0022] 図 1は、本実施の形態に係るアルミニウム系有膜铸造成形品からなるスロットルポディ 10の概略全体斜視図である。このスロットルボディ 10は、アルミニウムの溶湯を金型に充填し、次に、溶湯を冷却硬化させることによって成形品として得ることができる。

[0023] ここで、スロットルボディ 10の断面を、図 2に拡大して示す。このスロットルボディ 1

0は、アルミニウム力もなる下地 12を有し、該下地 12上には、酸化物膜である不動態膜 14と、耐食性皮膜 16とがこの順序で積層されている。

[0024] 不動態膜 14は、後述するように、铸造成形品を大気雰囲気下で冷却硬化する際に下地 12 (アルミニウム）が自発的に酸化することによって形成される。

[0025] さらに、不動態膜 14において、耐食性皮膜 16との境界部近傍には、凹部 18が形成されている。換言すれば、凹部 18は、不動態膜 14における耐食性皮膜 16側に存在する。そして、各凹部 18には、純度が 98%以上のアルミニウム力もなる金属層 20 が凹部 18の形状に略対応する形状で付着してヽる。

[0026] 凹部 18は、後述するように、铸造成形品に対してショットブラストが施された際、ブラスト材が衝突することに伴って形成される。また、金属層 20は、ブラスト材の一部が衝突の際に摩耗して残留することによって形成される。

[0027] 本実施の形態において、不動態膜 14上に形成された耐食性皮膜 16は、 3価クロムを含むクロメート皮膜である。この耐食性皮膜 16が存在することにより、下地 12、換言すれば、スロットルボディ 10が腐食することが著しく抑制される。

[0028] また、耐食性皮膜 16には、 6価クロムが含まれない。すなわち、本実施の形態によれば、 6価クロムを含有するクロメート処理液等、環境に負荷をもたらす化学品を使用する必要がない。このため、環境保護に貢献することもできる。

[0029] 次に、本実施の形態に係るアルミニウム系有膜铸造品の製造方法につき、前記スロットルボディ 10を作製する場合を例として説明する。

[0030] 先ず、アルミニウムの溶湯を金型に充填し、スロットルボディ 10の形状に铸造カロェする。

[0031] 溶湯は、金型内で凝固され、铸造成形品となる。そして、所定時間が経過した後に型開きが行われ、铸造成形品が離型される。铸造成形品は、その後、大気雰囲気下で所定時間放置され、この際に凝固が内部まで進行する。

[0032] 大気雰囲気下で放置 (放冷)された铸造成形品の表層部には、該铸造成形品の材質であるアルミニウムが、金型等に存在する水分や大気中の酸素で酸化されることによって、酸化膜が自発的に形成される。これにより、铸造成形品に下地 12と不動態膜 14が設けられる。

[0033] 次に、この铸造成形品に対してショットブラストを行う。すなわち、バリ取りや塗料剥離除去等で一般的に行われて、るように、铸造成形品に向けて球状のブラスト材を投射する。

[0034] この際、ブラスト材としては、純度が 98%以上のアルミニウム力もなるものが選定される。純度が 98%未満のものであると、耐食性皮膜 16が形成されても、良好な耐食性を得ることが困難となる。純度 99%以上のものを選定することがより好ましい。

[0035] ブラスト材の粒径は、特に限定されるものではないが、 0. 7〜0. 9mmの間、例えば、およそ 0. 8mmとすればよい。また、ブラスト材の投射速度及び投射時間も特に限定されるものではないが、投射速度を 60〜70mZ秒の間、例えば、およそ 66mZ 秒に設定した場合、投射時間をおよそ 1分に設定すればよい。

[0036] 投射されたブラスト材は、不動態膜 14に衝突する。この衝突に伴い、不動態膜 14 に凹部 18が形成される。また、凹部 18には、ブラスト材カもの剥離物が残留して付着し、これにより、凹部 18の形状に略対応する形状の金属層 20が形成される。勿論、この金属層 20は、ブラスト材の材質であるアルミニウム力なる。

[0037] 金属層 20が形成されていることは、例えば、 X線光電子分光分析 (XPS)法によつて確認することができる。

[0038] 次に、このショットブラスト後の铸造成形品に対して、例えば、所定の部位に穿孔加工、切削加工等の加工を施した後、公知の前処理を行う。具体的には、湯洗、脱脂、水洗、活性化、水洗、湯洗等を順次施す。

[0039] 次に、不動態膜 14上に耐食性皮膜 16を設ける。本実施の形態においては、 3価クロムを含有するクロメート処理液に铸造成形品を浸漬する。この浸漬によって 3価クロムを含むクロメート皮膜が膜成長し、その結果、 3価クロムを含む耐食性皮膜 16が形成される。なお、この種のクロメート処理液としては、例えば、 ALT610 (ディップソ一ル社製処理液の商品名）が挙げられる。

[0040] このように、本実施の形態にぉ、ては、 6価クロムを含有するクロメート処理液を使用する必要がない。従って、環境に対する負荷を著しく低減することができる。

[0041] ショットブラストを行わない場合、耐食性皮膜 16が十分に成膜せず、このため、十分な耐食性を得ることが困難となる。このことから、ショットブラストを行うことによって耐食性皮膜 16が十分に成膜する理由は、高純度のアルミニウム力なる金属層 20が存在するためにクロメート皮膜の成膜が容易となる力であると推察される。

[0042] このようにして耐食性皮膜 16が設けられたスロットルボディ 10は、耐食性皮膜 16 が存在することに由来して優れた耐食性を示す。

[0043] なお、上記した実施の形態においては、ショットブラストを行う際のブラスト材として純度 98%以上のアルミニウム力もなるものを選定するようにしている力ブラスト材は、純度 98%以上の亜鉛からなるものであってもよい。又は、アルミニウムと亜鉛で 98 %以上を占めるのであれば、アルミニウム亜鉛合金であってもよい。勿論、これらの中の 2種以上を同時に使用するようにしてもょ、。

[0044] また、スロットルボディ 10は、アルミニウム合金（例えば、 ADC12等）力もなるものであってもよい。さらに、本発明に係るアルミニウム系铸造成形品は、スロットルボディ 10に特に限定されるものではなぐアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯カも設けられた铸造成形品であれば、キヤブレタ本体など、他の如何なるものであってもよい。

[0045] さらにまた、耐食性皮膜 16の材質は、 3価クロムを含むクロメート皮膜に特に限定されるものではなぐ下地 12であるアルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性に優れ、且つ 6価クロムが含まれない皮膜 (6価クロムフリー皮膜)であればよい。

[0046] そして、耐食性皮膜 16を設ける方法は、処理液を用いる方法に特に限定されるものではなぐ化学的気相成長 (CVD)法や物理的気相成長 (PVD)法等の他の成膜法を採用するようにしてもょ、。実施例 1

[0047] アルミニウム合金 (ADC 12)の溶湯を金型に充填し、スロットルボディ 10の形状に铸造加工した。所定時間が経過した後に型開き、離型を行って铸造成形品を取り出し、大気雰囲気下で放置した。

[0048] 次に、この铸造成形品に対し、純度が 99%以上のアルミニウム力もなる球状のブラスト材を用い、ショットブラストを行った。なお、ブラスト材の粒径はおよそ 0. 8mmであり、ブラスト材の投射速度及び投射時間は、それぞれ、およそ 66mZ秒、およそ 1 分とした。投射が終了した後、铸造成形品の極表層部につき XPS法による分析を行つたところ、不動態膜 14上にアルミニウムが存在することが確認された。なお、 XPS 法による分析においては、铸造成形品の表面から、深さ 0. 005 /z mまでをアルゴンガスでエッチングした。

[0049] 次に、このショットブラスト後の铸造成形品に対し、湯洗、脱脂、水洗、活性化、水洗を施した。

[0050] そして、 3価クロムを含むクロメート処理液である ALT610に铸造成形品を浸漬し

、耐食性皮膜 16を設けた。これを実施例 1とする。

[0051] また、ブラスト材として純度が 99%以上の亜鉛力もなる球状のものを用いたことを除いては実施例 1に準拠して耐食性皮膜 16を設けた。これを実施例 2とする。

[0052] 比較のため、鋼材からなるブラスト材、ステンレス鋼からなるブラスト材、純度が 99

%以上の亜鉛ブラスト材を 95体積％と炭素ブラスト材を 5体積％とした混合ブラスト材を使用したことを除いては実施例 1、 2に準拠して耐食性皮膜 16を設けた。これらを比較例 1〜3とする。

[0053] さらに、ブラストシヨットを行わな力つたことを除いては実施例 1と同様にして耐食性皮膜 16を設けた。これを比較例 4とする。

[0054] 以上の実施例 1、 2及び比較例 1〜4のスロットルボディ 10にっき、耐食性試験を行った。すなわち、塩水を噴霧する塩水噴霧試験を行い、噴霧開始カゝら 48時間経過後における白色生成物の面積率 Aを下記の式（1)に従って求めた。

A(%) = (白色生成物の面積 Zスロットルボディの全表面積） X 100· ·· (1)

[0055] 白色生成物は、アルミニウムが腐食して生成したものであり、従って、 Aの値が小さいほど耐食性が良好であることを意味する。なお、白色生成物の面積は、目視にて確認された生成領域を計測し、この生成領域を面積に換算して求めた。

結果を図 3に併せて示す。この図 3から、高純度のアルミニウム又は亜鉛力もなるブラスト材を使用してショットブラストを行うことにより、その他の材質力もなるブラスト材、又は低純度のブラスト材を使用する場合や、ショットブラストを行わない場合に比して、耐食性が良好なスロットルボディ 10が得られることが明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] アルミニウム又はアルミニウム合金力なる下地（ 12)の表面に不動態膜（ 14)が形成された母材を有し、且つ前記不動態膜 (14)を被覆するとともに前記下地（12) よりも耐食性が高い耐食性皮膜（16)が形成されたアルミニウム系有膜铸造成形品であって、

前記不動態膜 (14)における前記耐食性皮膜 (16)側に凹部（18)が形成され、前記凹部（18)に、純度 98%以上のアルミニウム、亜鉛、又はアルミニウム—亜鉛合金からなる金属層（20)が存在することを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形

P

PPo

[2] 請求項 1記載のアルミニウム系有膜铸造成形品において、前記耐食性皮膜 (16) 力 S6価クロムフリーの皮膜であることを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品。

[3] 請求項 2記載のアルミニウム系有膜铸造成形品において、前記耐食性皮膜 (16) 力 3価のクロムを含むクロメート皮膜であることを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品。

[4] 請求項 1記載のアルミニウム系有膜铸造成形品において、当該アルミニウム系有膜铸造成形品がスロットルボディ（10)であることを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品。

[5] アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を用いて铸造カ卩ェを行うことにより铸造成形品を得る工程と、

不動態膜（14)が形成された前記铸造成形品に対して純度 98%以上のアルミ二ゥム、亜鉛、又はアルミニウム—亜鉛合金カゝらなるブラスト材を投射し、前記不動態膜 (14)に凹部（18)を設けるとともに、前記ブラスト材に由来する金属層（20)を前記凹部（18)に形成する工程と、

前記不動態膜（14)上に、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも耐食性が高い耐食性皮膜 (16)を設ける工程と、

を有することを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法。

[6] 請求項 5記載の製造方法において、前記耐食性皮膜（16)として、 6価クロムフリ一の皮膜を設けることを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法。

[7] 請求項 6記載の製造方法において、前記耐食性皮膜（16)として、 3価のクロムを含むクロメート皮膜を設けることを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法。

[8] 請求項 7記載の製造方法において、前記クロメート皮膜を設ける際、 3価のクロムを含有する 3価クロメート処理液に前記铸造成形品を浸漬することを特徴とするアルミ

-ゥム系有膜铸造成形品の製造方法。

[9] 請求項 6記載の製造方法におヽて、前記溶湯を用い、铸造成形品としてスロットルボディ（10)を作製することを特徴とするアルミニウム系有膜铸造成形品の製造方法。