JP2004018901A - マグネシウム材料製品の表面処理方法 - Google Patents
マグネシウム材料製品の表面処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】マグネシウム材料製品の耐食性、耐摩耗性、塗膜の密着性を高める手段として知られている陽極酸化処理を効率的に実施すると共に、金属光沢の研磨面そのもの状態を得られる透明被膜を形成する。
【解決手段】電流安定剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電（オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上おいて、１０秒前後の処理時間）で酸化処理を行った後、酸化被膜の（透明塗料による）封孔処理を行ってなる。
【選択図】 なし
【解決手段】電流安定剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電（オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上おいて、１０秒前後の処理時間）で酸化処理を行った後、酸化被膜の（透明塗料による）封孔処理を行ってなる。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施すことを主とする表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従前よりマグネシウム材料製品の耐食性、耐摩耗性、塗膜の密着性を高める手段として製品表面の陽極酸化処理が知られている。具体的には、ＪＩＳ５種法、ＪＩＳ６種法、ＨＡＥ法、リン酸法などが公知である。然し前記公知手段では、電解液として重クロム酸等の重金属類を使用するために、廃液処理に問題が生ずる。そこで従前よりアルカリ水溶液を電解液とする陽極酸化処理が提案されている。
【０００３】
具体的には、特開平９−１７６８９４号公報に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物と、炭酸塩水溶液と皮膜形成安定剤を添加してなる電解液を使用し、１〜１０Ａ／ｄｍ２、２０分の通電で酸化皮膜を形成することが開示されている。
【０００４】
また特開平１１−２０９８９３号、同２３６９８号公報には、前記手段では金属光沢を呈する透明皮膜の形成は困難であるとし、リン酸塩及びアルミン酸塩と安定剤としてヒドロキシル基を有する有機化合物を含有する電解液を使用し、電解電圧８０Ｖで３０秒の直流電解を実施して、透明皮膜を得られたことが開示されている。しかしながら、前記手段で形成すると皮膜が厚く、必ずしも透明皮膜といえるほどではない。
【０００５】
更にアンモニアを含む電解液でＤＣ２２０〜２５０Ｖの高電圧処理（特表平１１−５０２５６７号）、反転電源による電解研磨を採用して反転付加の繰り返しによる皮膜成長処理（特開２００１−４９４９３号）等の手段が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第一に前記の従来手段では、金属光沢を呈するとしても、金属素地の色調が僅かに変化してしまい、堅牢な透明皮膜の形成は困難である。
【０００７】
第二にその詳細な原因は不明であるが、酸化皮膜の厚みや堅牢性は、通電時間に比例せずに、通電初期に効率的な被膜形成が実験的に確認できた。従って従前のような所定時間通電を継続する酸化処理手段は必ずしも効率的なものとは言えない。
【０００８】
そこで本発明は、確実に透明皮膜を得ることができ、また効率的に酸化皮膜を得ることができる新規な陽極酸化処理を採用したマグネシウム材料製品の表面処理方法を提案したものである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明に係るマグネシウム材料製品の表面処理方法は、必要に応じて電流安定化剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電を行ってマグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施し、然る後酸化被膜の封孔処理を行ってなることを特徴とするものである。
【００１０】
従って通電初期は、処理対象物（陽極）表面の電解液の酸素イオンが直ぐに作用して酸化皮膜を形成し、その後の通電による被膜形成に際しては、酸素イオンの液中移動により膜形成の効率が悪い。そこでオフ時間を設けるとことで処理対象物（陽極）表面の電解液の酸素イオン濃度が初期時に戻るので、オンオフのインターバル通電を行うことで、効率的な通電初期の膜形成を繰り返して、所望の膜厚とすることができる。
【００１１】
また本発明は、特に前記処理方法において、オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上とし、全体で１０秒前後の処理時間で酸化処理を行って、透明酸化被膜を形成した後、透明塗料で封孔処理を行ってなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って前記陽極酸化処理では、膜厚が薄く透明であり、金属光沢が明確にそのまま視認できる。更に透明塗料で封孔処理を施すと、研磨状態の金属光沢面を備え且つ耐食性、耐摩耗性を有するマグネシウム材料製品を得ることができる。
【００１３】
また本発明は、陽極酸化処理後に染色液に浸漬した後、所定の封孔処理を施してなることを特徴とするもので、所望の色調を備えたマグネシウム材料製品を、効率的に製出できる。
【００１４】
【実施の形態】
次に本発明の実施形態について説明する。第一実施形態は、透明皮膜を備えたマグネシウム材料製品の表面処理方法の最適実施と認められる例である。
【００１５】
試料片として、ＡＺ３１合金の薄肉圧延板を使用し、陽極酸化用電解液として、表１の通りの構成液を使用した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
そして定法通り試料片の表面を清浄にして、所定の電極接続を行い、電圧４０Ｖで、最大電流を１０Ａ（１６．６Ａ／平方ｄｍ）で、オンタイム１秒、オフタイム３秒のインターバル通電を２〜３サイクル行う。
【００１８】
前記の通電によって試料片の表面には、陽極酸化処理による透明な被膜が形成される。この透明酸化被膜越しの試料片表面は、研磨された金属光沢がそのまま現れている。
【００１９】
次に定法とおり洗浄し、クリア塗料を混入した電着槽に浸漬し、透明酸化被膜の表面に更にクリア塗料による電着塗装を施す。これによって透明酸化皮膜の多孔質の表面が封孔されると共に、塗膜による保護膜が形成されることになる。
【００２０】
而して試料片の表面には、研磨された金属光沢が全く損なわれることなく現出する透明保護膜が形成されることになる。
【００２１】
更に前記透明酸化被膜形成のためのインターバル通電の通電条件（デューティ比の変更、継続オンタイム）を種々変化させて実験させた結果、通電処理時間（オンオフ通算時間）を１０秒として実施した結果が表２である。
【００２２】
【表２】
【００２３】
従って１秒の通電でも透明酸化皮膜が形成されることが確認でき、５秒以上継続するオンタイムを採用すると、酸化被膜によって僅かな色変調（白色半透明）を呈し、金属光沢が明確に現出する透明被膜とはならないことが確認された。なお約２０分の通電処理（デューティ比２５％）を行うと、透明度が無くなり白色を呈することが確認できた。
【００２４】
次に本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、所望の色調を備えたマグネシウム材料製品の製出に関するものである。
【００２５】
第二実施形態は、陽極酸化処理、染色処理、封孔処理を順次行う表面を処理する方法で、陽極酸化処理は、所定の電解液（第一実施形態と同様に、アルカリ溶液、電流安定化剤、膜平滑化剤で構成される。）を使用し、適宜にオンオフを繰り返すインターバル電源をもって実施する。この陽極酸化処理における通電処理時間は、オンオフのデューティ比並びにオンタイム、並びに形成しようとする膜厚に対応して適宜定められるものである。
【００２６】
陽極酸化処理を施したマグネシウム材料製品は、洗浄の後に染色処理を行うもので、所望の色彩の染料の水溶液に、マグネシウム材料製品をどぶ漬けして行う。これによって染料水溶液は、酸化被膜のポーラス層の孔部分に進入し、マグネシウム材料製品の酸化被膜表面を所望の色に着色する。
【００２７】
染色処理を終了すると、所定の洗浄後に封孔処理を行う。封孔処理は、前記第一実施形態と同様に、クリア塗料を混入した電着槽に浸漬し、透明酸化被膜の表面に更にクリア塗料による電着塗装を施してなるものである。
【００２８】
従って、所望の染料をもって所望の色彩に着色した保護被膜を備えたマグネシウム材料製品を得ることができたもので、特に陽極酸化処理においてインターバル電源を採用することによって、被膜形成効率を高めると共に、堅牢な被膜を得ることができたものである。
【００２９】
本発明は、前記の第一実施形態及び第二実施形態に示した例に限定されるものではなく、陽極酸化処理における電解液の組成並びにその濃度、さらには電圧を変更しても可能である。
【００３０】
具体的には、電圧を２０Ｖ、６０Ｖ、１００Ｖに変更して、同時に電解液の組成濃度を変更して実験を繰り返したところ、下記の表３，４の通り確認できた。
【００３１】
【表３】
【００３２】
【表４】
【００３３】
実験は、オンタイム１秒、オフタイム３秒のインターバルで、２〜３サイクルの例を示したもので、所定の透明被膜の形成が確認されたのが「丸印」、完全透明被膜は形成されないが酸化被膜が形成された場合は「三角印」で、被膜形成が認められない場合には「×印」とした。
【００３４】
そして実験の結果、表３に示すとおり、液温が第一実施形態の５０℃から、実験した２５℃で、且つ電圧が２０〜４０Ｖの場合に透明被膜の形成が確認できた。
【００３５】
また表４に示すとおり、電解液組成物の濃度変更をした結果から、アルカリ溶液の濃度を高めても透明被膜形成に問題は無く、濃度を低くすると、最適電圧が低電圧に移行することが確認できた。また電流安定化剤及び膜平滑化剤の濃度は、膜形成への影響は少ないことが確認された。
【００３６】
更に電解液の使用材料を変更した例を表５に示した。
【００３７】
【表５】
【００３８】
表５に示すとおり、本発明の実施形態に示した電解液構成の代替物質を採用しても、インターバル電源を採用しての陽極処理による酸化被膜形成が実現するものである。また、他の合金であるＡＺ６１についても同様の試験を実施したところ、同様の酸化被膜を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、必要に応じて電流安定化剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電を行ってマグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施し、然る後酸化被膜の封孔処理を行ってなるマグネシウム材料製品の表面処理方法で、通電初期の効率的な膜形成を繰り返して所望の厚みの酸化皮膜を得るようにしたもので、堅牢な皮膜を効率よく形成することで、マグネシウム材料製品の高品質化に貢献できたものである。
【００４０】
また特に前記処理方法において、オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上とし、全体で１０秒前後の処理時間で酸化処理を行って、透明酸化被膜を形成した後、透明塗料で封孔処理を行ってなる表面処理方法で、研磨状態の金属光沢面を備え且つ耐食性、耐摩耗性を有するマグネシウム材料製品を提供できたものである。
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施すことを主とする表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従前よりマグネシウム材料製品の耐食性、耐摩耗性、塗膜の密着性を高める手段として製品表面の陽極酸化処理が知られている。具体的には、ＪＩＳ５種法、ＪＩＳ６種法、ＨＡＥ法、リン酸法などが公知である。然し前記公知手段では、電解液として重クロム酸等の重金属類を使用するために、廃液処理に問題が生ずる。そこで従前よりアルカリ水溶液を電解液とする陽極酸化処理が提案されている。
【０００３】
具体的には、特開平９−１７６８９４号公報に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物と、炭酸塩水溶液と皮膜形成安定剤を添加してなる電解液を使用し、１〜１０Ａ／ｄｍ２、２０分の通電で酸化皮膜を形成することが開示されている。
【０００４】
また特開平１１−２０９８９３号、同２３６９８号公報には、前記手段では金属光沢を呈する透明皮膜の形成は困難であるとし、リン酸塩及びアルミン酸塩と安定剤としてヒドロキシル基を有する有機化合物を含有する電解液を使用し、電解電圧８０Ｖで３０秒の直流電解を実施して、透明皮膜を得られたことが開示されている。しかしながら、前記手段で形成すると皮膜が厚く、必ずしも透明皮膜といえるほどではない。
【０００５】
更にアンモニアを含む電解液でＤＣ２２０〜２５０Ｖの高電圧処理（特表平１１−５０２５６７号）、反転電源による電解研磨を採用して反転付加の繰り返しによる皮膜成長処理（特開２００１−４９４９３号）等の手段が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第一に前記の従来手段では、金属光沢を呈するとしても、金属素地の色調が僅かに変化してしまい、堅牢な透明皮膜の形成は困難である。
【０００７】
第二にその詳細な原因は不明であるが、酸化皮膜の厚みや堅牢性は、通電時間に比例せずに、通電初期に効率的な被膜形成が実験的に確認できた。従って従前のような所定時間通電を継続する酸化処理手段は必ずしも効率的なものとは言えない。
【０００８】
そこで本発明は、確実に透明皮膜を得ることができ、また効率的に酸化皮膜を得ることができる新規な陽極酸化処理を採用したマグネシウム材料製品の表面処理方法を提案したものである。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明に係るマグネシウム材料製品の表面処理方法は、必要に応じて電流安定化剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電を行ってマグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施し、然る後酸化被膜の封孔処理を行ってなることを特徴とするものである。
【００１０】
従って通電初期は、処理対象物（陽極）表面の電解液の酸素イオンが直ぐに作用して酸化皮膜を形成し、その後の通電による被膜形成に際しては、酸素イオンの液中移動により膜形成の効率が悪い。そこでオフ時間を設けるとことで処理対象物（陽極）表面の電解液の酸素イオン濃度が初期時に戻るので、オンオフのインターバル通電を行うことで、効率的な通電初期の膜形成を繰り返して、所望の膜厚とすることができる。
【００１１】
また本発明は、特に前記処理方法において、オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上とし、全体で１０秒前後の処理時間で酸化処理を行って、透明酸化被膜を形成した後、透明塗料で封孔処理を行ってなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って前記陽極酸化処理では、膜厚が薄く透明であり、金属光沢が明確にそのまま視認できる。更に透明塗料で封孔処理を施すと、研磨状態の金属光沢面を備え且つ耐食性、耐摩耗性を有するマグネシウム材料製品を得ることができる。
【００１３】
また本発明は、陽極酸化処理後に染色液に浸漬した後、所定の封孔処理を施してなることを特徴とするもので、所望の色調を備えたマグネシウム材料製品を、効率的に製出できる。
【００１４】
【実施の形態】
次に本発明の実施形態について説明する。第一実施形態は、透明皮膜を備えたマグネシウム材料製品の表面処理方法の最適実施と認められる例である。
【００１５】
試料片として、ＡＺ３１合金の薄肉圧延板を使用し、陽極酸化用電解液として、表１の通りの構成液を使用した。
【００１６】
【表１】
そして定法通り試料片の表面を清浄にして、所定の電極接続を行い、電圧４０Ｖで、最大電流を１０Ａ（１６．６Ａ／平方ｄｍ）で、オンタイム１秒、オフタイム３秒のインターバル通電を２〜３サイクル行う。
【００１８】
前記の通電によって試料片の表面には、陽極酸化処理による透明な被膜が形成される。この透明酸化被膜越しの試料片表面は、研磨された金属光沢がそのまま現れている。
【００１９】
次に定法とおり洗浄し、クリア塗料を混入した電着槽に浸漬し、透明酸化被膜の表面に更にクリア塗料による電着塗装を施す。これによって透明酸化皮膜の多孔質の表面が封孔されると共に、塗膜による保護膜が形成されることになる。
【００２０】
而して試料片の表面には、研磨された金属光沢が全く損なわれることなく現出する透明保護膜が形成されることになる。
【００２１】
更に前記透明酸化被膜形成のためのインターバル通電の通電条件（デューティ比の変更、継続オンタイム）を種々変化させて実験させた結果、通電処理時間（オンオフ通算時間）を１０秒として実施した結果が表２である。
【００２２】
【表２】
従って１秒の通電でも透明酸化皮膜が形成されることが確認でき、５秒以上継続するオンタイムを採用すると、酸化被膜によって僅かな色変調（白色半透明）を呈し、金属光沢が明確に現出する透明被膜とはならないことが確認された。なお約２０分の通電処理（デューティ比２５％）を行うと、透明度が無くなり白色を呈することが確認できた。
【００２４】
次に本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、所望の色調を備えたマグネシウム材料製品の製出に関するものである。
【００２５】
第二実施形態は、陽極酸化処理、染色処理、封孔処理を順次行う表面を処理する方法で、陽極酸化処理は、所定の電解液（第一実施形態と同様に、アルカリ溶液、電流安定化剤、膜平滑化剤で構成される。）を使用し、適宜にオンオフを繰り返すインターバル電源をもって実施する。この陽極酸化処理における通電処理時間は、オンオフのデューティ比並びにオンタイム、並びに形成しようとする膜厚に対応して適宜定められるものである。
【００２６】
陽極酸化処理を施したマグネシウム材料製品は、洗浄の後に染色処理を行うもので、所望の色彩の染料の水溶液に、マグネシウム材料製品をどぶ漬けして行う。これによって染料水溶液は、酸化被膜のポーラス層の孔部分に進入し、マグネシウム材料製品の酸化被膜表面を所望の色に着色する。
【００２７】
染色処理を終了すると、所定の洗浄後に封孔処理を行う。封孔処理は、前記第一実施形態と同様に、クリア塗料を混入した電着槽に浸漬し、透明酸化被膜の表面に更にクリア塗料による電着塗装を施してなるものである。
【００２８】
従って、所望の染料をもって所望の色彩に着色した保護被膜を備えたマグネシウム材料製品を得ることができたもので、特に陽極酸化処理においてインターバル電源を採用することによって、被膜形成効率を高めると共に、堅牢な被膜を得ることができたものである。
【００２９】
本発明は、前記の第一実施形態及び第二実施形態に示した例に限定されるものではなく、陽極酸化処理における電解液の組成並びにその濃度、さらには電圧を変更しても可能である。
【００３０】
具体的には、電圧を２０Ｖ、６０Ｖ、１００Ｖに変更して、同時に電解液の組成濃度を変更して実験を繰り返したところ、下記の表３，４の通り確認できた。
【００３１】
【表３】
【表４】
実験は、オンタイム１秒、オフタイム３秒のインターバルで、２〜３サイクルの例を示したもので、所定の透明被膜の形成が確認されたのが「丸印」、完全透明被膜は形成されないが酸化被膜が形成された場合は「三角印」で、被膜形成が認められない場合には「×印」とした。
【００３４】
そして実験の結果、表３に示すとおり、液温が第一実施形態の５０℃から、実験した２５℃で、且つ電圧が２０〜４０Ｖの場合に透明被膜の形成が確認できた。
【００３５】
また表４に示すとおり、電解液組成物の濃度変更をした結果から、アルカリ溶液の濃度を高めても透明被膜形成に問題は無く、濃度を低くすると、最適電圧が低電圧に移行することが確認できた。また電流安定化剤及び膜平滑化剤の濃度は、膜形成への影響は少ないことが確認された。
【００３６】
更に電解液の使用材料を変更した例を表５に示した。
【００３７】
【表５】
表５に示すとおり、本発明の実施形態に示した電解液構成の代替物質を採用しても、インターバル電源を採用しての陽極処理による酸化被膜形成が実現するものである。また、他の合金であるＡＺ６１についても同様の試験を実施したところ、同様の酸化被膜を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、必要に応じて電流安定化剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電を行ってマグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施し、然る後酸化被膜の封孔処理を行ってなるマグネシウム材料製品の表面処理方法で、通電初期の効率的な膜形成を繰り返して所望の厚みの酸化皮膜を得るようにしたもので、堅牢な皮膜を効率よく形成することで、マグネシウム材料製品の高品質化に貢献できたものである。
【００４０】
また特に前記処理方法において、オンタイム１〜２秒程度でオフタイム１秒以上とし、全体で１０秒前後の処理時間で酸化処理を行って、透明酸化被膜を形成した後、透明塗料で封孔処理を行ってなる表面処理方法で、研磨状態の金属光沢面を備え且つ耐食性、耐摩耗性を有するマグネシウム材料製品を提供できたものである。
Claims (4)
- 必要に応じて電流安定化剤を加えたアルカリ電解液に、皮膜形成平滑剤を付加した陽極酸化液を使用し、低電圧で、数秒毎のオンオフを繰り返す通電を行ってマグネシウム材料製品の表面に陽極酸化処理を施し、然る後酸化被膜の封孔処理を行ってなることを特徴とするマグネシウム材料製品の表面処理方法。
- 通電オンタイムが１〜２秒程度でオフタイム１秒以上とし、全体で１０秒前後の処理時間で酸化処理を行って、透明酸化被膜を形成した後、透明塗料で封孔処理を行ってなる請求項１記載のマグネシウム材料製品の表面処理方法。
- 陽極酸化処理後に染色液に浸漬した後、所定の封孔処理を施してなる請求項１記載のマグネシウム材料製品の表面処理方法。
- アルカリ電解液を、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムのいずれかと、水酸化アルミニウム、燐酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウムのいずれかとの組み合わせとした請求項１乃至３記載のいずれかのマグネシウム材料製品の表面処理方法。
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