JP6669375B2 - Compressor impeller for turbocharger and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャ用のコンプレッサインペラ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a compressor impeller for a turbocharger and a method for manufacturing the same.
自動車や各種産業用の原動機に使用されている内燃機関には、内燃機関の排ガスによってタービンホイールを回転させて、タービンホイールと同軸上に連結されたコンプレッサインペラを回転させることにより吸気を圧縮するターボチャージャを備えたものがある。そして、近年、内燃機関の性能向上及び環境負荷の軽減を目的として、内燃機関の排ガスの一部をターボチャージャにおける吸気流路の上流側に循環させる低圧排ガス循環(LPL−EGR、Low-pressure Loop Exhaust Gas Recirculation)システムが採用されている。このLPL−EGRシステムでは、コンプレッサは排ガスを含んだ吸気を圧縮することから、当該排ガスが有する腐食成分がコンプレッサインペラに接触するため、コンプレッサインペラが腐食するおそれがあるとともに、コンプレッサインペラの高速回転に伴って摩耗も急激に進行するおそれが有る。そこで、コンプレッサインペラの母材に化成皮膜処理、陽極酸化皮膜処理、金属メッキや各種コーティングを施して母材表面を改質して、コンプレッサインペラの腐食及び摩耗を防止することが行われている。例えば、特許文献1に開示の構成では、インペラの母材表面に耐食性と耐摩耗性を担保するコーティング層を備えた構成が開示されている。 An internal combustion engine used in motors for automobiles and various industrial applications includes a turbocharger that compresses intake air by rotating a turbine wheel by exhaust gas of the internal combustion engine and rotating a compressor impeller coaxially connected to the turbine wheel. Some have a charger. In recent years, low-pressure exhaust gas circulation (LPL-EGR, Low-pressure Loop) for circulating a part of exhaust gas of an internal combustion engine upstream of an intake passage in a turbocharger for the purpose of improving the performance of the internal combustion engine and reducing the environmental load. Exhaust Gas Recirculation) system is adopted. In this LPL-EGR system, the compressor compresses intake air containing exhaust gas, so that corrosive components of the exhaust gas come into contact with the compressor impeller. At the same time, abrasion may progress rapidly. Therefore, the base material of the compressor impeller is subjected to a chemical conversion treatment, an anodic oxidation film treatment, metal plating or various coatings to modify the surface of the base material, thereby preventing corrosion and wear of the compressor impeller. For example, the configuration disclosed in Patent Document 1 discloses a configuration in which a coating layer for ensuring corrosion resistance and wear resistance is provided on the base material surface of the impeller.
しかしながら、コンプレッサインペラは超高速回転時に微小振動することから、コンプレッサインペラの皮膜は微小振動による破損を防止するために母材との密着性及び柔軟性とを兼ね備えることがさらに要求される。そして、コンプレッサインペラの皮膜が耐食性及び耐摩耗性に加え、密着性及び柔軟性を十分に備える構成とするには、改善の余地がある。 However, since the compressor impeller vibrates minutely at ultra-high-speed rotation, the film of the compressor impeller is further required to have both adhesion and flexibility to the base material in order to prevent breakage due to the minute vibration. Further, there is room for improvement in order for the compressor impeller film to have a structure having sufficient adhesion and flexibility in addition to corrosion resistance and wear resistance.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、耐食性、耐摩耗性、密着性及び柔軟性を兼ね備えた皮膜を有するターボチャージャ用のコンプレッサインペラを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a compressor impeller for a turbocharger having a film having corrosion resistance, abrasion resistance, adhesion, and flexibility.
本発明の一態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材と、
該母材の表面を被覆するバリア層と、該バリア層に積層されるとともに複数の細孔を有する多孔質層とを含むアルマイト皮膜と、
を備え、
上記細孔には非晶質シリカが封入されている、ターボチャージャ用のコンプレッサインペラにある。
One embodiment of the present invention is a base material including aluminum or an aluminum alloy,
A barrier layer covering the surface of the base material, and an alumite film including a porous layer laminated on the barrier layer and having a plurality of pores,
With
In the compressor impeller for a turbocharger, amorphous silica is sealed in the pores.
本発明の他の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を電解液に浸漬して、該母材の表面に陽極酸化皮膜処理を施して、上記母材の表面を覆うバリア層と、該バリア層に積層されるとともに複数の細孔を有する多孔質層とを含むアルマイト皮膜を形成するアルマイト皮膜形成工程と、
上記細孔に非晶質シリカを封入するシリカ封入工程と、
を含むターボチャージャ用のコンプレッサインペラの製造方法にある。
Another aspect of the present invention is a barrier layer that covers a surface of the base material by immersing a base material made of aluminum or an aluminum alloy in an electrolytic solution, performing an anodization film treatment on a surface of the base material, An alumite film forming step of forming an alumite film including a porous layer having a plurality of pores laminated on the barrier layer,
A silica encapsulation step of encapsulating amorphous silica in the pores,
And a method for manufacturing a compressor impeller for a turbocharger.
上記一の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラによれば、母材の表面に形成されたアルマイト皮膜のバリア層により、当該コンプレッサインペラに耐食性が付与される。さらに、アルマイト皮膜の多孔質層における多数の細孔にシリカが封入されていることによって、当該コンプレッサインペラに耐摩耗性が付与される。そして、アルマイト皮膜は、アルミニウム合金からなる母材に対して密着性に優れており、柔軟性を合わせ持つ。そのため、当該コンプレッサインペラが高速回転して微小振動しても、コンプレッサインペラの表面に破損や亀裂が発生することが防止されている。 According to the compressor impeller for a turbocharger according to the above aspect, corrosion resistance is imparted to the compressor impeller by the barrier layer of the alumite film formed on the surface of the base material. Furthermore, the silica impregnated in a large number of pores in the porous layer of the alumite film imparts wear resistance to the compressor impeller. The alumite film has excellent adhesion to a base material made of an aluminum alloy and has flexibility. Therefore, even if the compressor impeller rotates at high speed and vibrates minutely, breakage or cracking of the surface of the compressor impeller is prevented.
上記他の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラの製造方法によれば、上記作用効果を奏するターボチャージャ用のコンプレッサインペラを製造することができる。そして、 According to the method of manufacturing a compressor impeller for a turbocharger according to the other aspect, it is possible to manufacture a compressor impeller for a turbocharger having the above-described effects. And
本発明によれば、耐食性、耐摩耗性、密着性及び柔軟性を兼ね備えた皮膜を有するターボチャージャ用のコンプレッサインペラを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compressor impeller for turbochargers which has a film which has corrosion resistance, abrasion resistance, adhesiveness, and flexibility can be provided.
上記アルマイト皮膜は、クロム酸アルマイトからなることが好ましい。この場合は、アルマイト皮膜における母材への密着性及び柔軟性が一層高まる。さらに、アルマイト皮膜の多孔質層において細孔がアルマイト皮膜の厚さ方向に対して斜めに延びて樹状に形成されるため、当該細孔に封入されたシリカが放出されにくく、シリカを細孔内に安定的に存在させることができる。また、クロム酸アルマイトによれば、クロム酸アルマイト形成による寸法変化が比較的小さい。そのため、母材の形状を維持しやすく、コンプレッサインペラ1の成形精度を高めることができる。 It is preferable that the alumite film is made of alumite chromate. In this case, the adhesion and flexibility of the alumite film to the base material are further enhanced. Further, in the porous layer of the alumite film, the pores extend obliquely with respect to the thickness direction of the alumite film and are formed in a dendritic manner. It can be stably present within. According to the alumite chromate, the dimensional change due to the formation of the alumite chromate is relatively small. Therefore, the shape of the base material can be easily maintained, and the molding accuracy of the compressor impeller 1 can be improved.
上記シリカは非晶質シリカである。これにより、シリカを溶液中に分散させやすくなり、アルマイト皮膜の細孔にシリカを封入することが容易となる。 The silica is amorphous silica . This makes it easier to disperse the silica in the solution, and makes it easier to encapsulate the silica in the pores of the alumite film.
上記アルマイト皮膜の厚さが3〜8μmの範囲内であることが好ましい。アルマイト皮膜の厚さが3μmよりも小さい場合は、耐食性を充分に確保することができない。また、アルマイト皮膜の厚さを8μmよりも大きくするには、皮膜形成に時間がかかるとともに耐食性もそれほど上昇しないため、コスト面で不利となる。 It is preferable that the thickness of the alumite film is in the range of 3 to 8 μm. If the thickness of the alumite film is smaller than 3 μm, sufficient corrosion resistance cannot be ensured. On the other hand, if the thickness of the alumite film is larger than 8 μm, it takes a long time to form the film and the corrosion resistance does not increase so much, which is disadvantageous in cost.
上記多孔質層にはシリカを主成分とするシリカ含有層が積層されていることが好ましい。この場合には、排ガスに含まれる異物や排ガス浄化装置におけるセラミック製の触媒担体から剥離したセラミックの微粒子等がLPL−EGRを介して、コンプレッサインペラに衝突しても、コンプレッサインペラの最外表に形成されたシリカ含有層が当該衝突の衝撃を吸収することにより、コンプレッサインペラの耐摩耗性を大きく向上させ、加えてコンプレッサインペラの破損を防止することができる。 It is preferable that a silica-containing layer containing silica as a main component is laminated on the porous layer. In this case, even if foreign substances contained in the exhaust gas or fine particles of the ceramic separated from the ceramic catalyst carrier in the exhaust gas purifying apparatus collide with the compressor impeller via the LPL-EGR, they are formed on the outermost surface of the compressor impeller. The silica-containing layer absorbs the impact of the collision, so that the wear resistance of the compressor impeller can be greatly improved, and the compressor impeller can be prevented from being damaged.
また、上記ターボチャージャ用のコンプレッサインペラの製造方法において、上記シリカ封入工程では、上記母材をコロイダルシリカ液に浸漬して、電気泳動により上記コロイダルシリカ液に含まれるコロイダルシリカを上記複数の細孔に封入することが好ましい。この場合には、アルマイト皮膜の多孔質層における細孔にシリカを確実に封入することができる。そして、アルマイト皮膜形成工程及びシリカ封入工程を一貫ラインで行うことが容易となるため、製造工程における作業効率を向上することができる。 In the method for manufacturing a compressor impeller for a turbocharger, in the silica enclosing step, the base material is immersed in a colloidal silica liquid, and the colloidal silica contained in the colloidal silica liquid is electrophoresed into the plurality of pores. It is preferable to enclose it in In this case, silica can be reliably enclosed in the pores of the porous layer of the alumite film. Since the alumite film forming step and the silica enclosing step can be easily performed in an integrated line, the working efficiency in the manufacturing process can be improved.
上記コロイダルシリカにおけるコロイド粒子の粒径D50は5〜55nmの範囲内であることが好ましい。この場合は、コロイダルシリカのコロイド粒子が十分小さくなるため、シリカ封入工程においてコロイダルシリカがアルマイト皮膜の細孔に封入されやすくなる。 The colloidal particle diameter D50 of the colloidal silica is preferably in the range of 5 to 55 nm. In this case, since the colloidal particles of colloidal silica are sufficiently small, the colloidal silica is easily encapsulated in the pores of the alumite film in the silica encapsulation step.
なお、コロイド粒子の粒径は、粒子写真において観察される粒子の形状から導出することができる。粒子写真において観察される粒子の形状が球形である場合はその直径を粒径とする。一方、粒子の形状が球形でなく、多面体状や不特定形等である場合には、円投影法で求められる円相当径を粒径とする。 The particle size of the colloid particles can be derived from the shape of the particles observed in the particle photograph. When the shape of the particle observed in the particle photograph is spherical, the diameter is defined as the particle size. On the other hand, when the shape of the particles is not spherical but polyhedral, unspecified, or the like, the equivalent circle diameter determined by the circular projection method is defined as the particle diameter.
本発明のさらに他の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材と、
該母材の表面を被覆するバリア層と、該バリア層に積層されるとともに複数の細孔を有する多孔質層とを含むアルマイト皮膜と、
を備え、
上記細孔には非晶質シリカが封入されており、
上記アルマイト皮膜は、硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなる、ターボチャージャ用のコンプレッサインペラにある。
Still another aspect of the present invention is a base material made of aluminum or aluminum alloy,
A barrier layer covering the surface of the base material, and an alumite film including a porous layer laminated on the barrier layer and having a plurality of pores,
With
Amorphous silica is sealed in the pores,
The alumite coating is on a compressor impeller for a turbocharger, which is made of alumite sulfate or alumite oxalate.
上記さらに他の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラでは、アルマイト皮膜が硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなることにより、アルマイト皮膜における母材への密着性及び柔軟性が一層高まる。また、比較的安価にアルマイト皮膜を形成できるため、コスト面で有利となる。さらに、硫酸アルマイトは成膜速度が速いため、製造期間の短縮化が図られる。また、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜は比較的透明性が高く、染色物質の吸着性が高いことから染色性に優れる。そして、シュウ酸アルマイトはある程度の柔軟性を有するため、アルマイト皮膜にクラックが比較的発生しにくい。また、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜は高い耐食性を示す。 In the compressor impeller for a turbocharger according to the above still another aspect, since the alumite film is made of alumite sulfate or alumite oxalate, the adhesion and flexibility of the alumite film to the base material are further enhanced. Further, since the alumite film can be formed relatively inexpensively, it is advantageous in terms of cost. Further, since the alumite sulfate has a high film forming rate, the production period can be shortened. Further, the alumite film made of sulfate alumite is relatively high in transparency and has high adsorptivity of the dyeing substance, so that it has excellent dyeability. Further, since oxalic acid alumite has a certain degree of flexibility, cracks are relatively unlikely to occur in the alumite film. Further, an alumite film made of oxalic acid alumite exhibits high corrosion resistance.
上記さらに他の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラでは、上記シリカは非晶質シリカである。これにより、シリカを溶液中に分散させやすくなり、硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜の細孔にシリカを封入することが容易となる。 In the compressor impeller for a turbocharger according to the still another aspect, the silica is amorphous silica . This makes it easy to disperse the silica in the solution, and it becomes easy to encapsulate the silica in the pores of the alumite film made of sulfate alumite or oxalate alumite.
上記さらに他の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラでは、上記硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜の厚さが3〜8μmの範囲内であることが好ましい。アルマイト皮膜の厚さが3μmよりも小さい場合は、耐食性を充分に確保することができない。また、アルマイト皮膜の厚さを8μmよりも大きくするには、皮膜形成に時間がかかるとともに耐食性もそれほど上昇しないため、コスト面で不利となる。 In the compressor impeller for a turbocharger according to the still another aspect, it is preferable that the thickness of the alumite film made of the alumite sulfate or the oxalate alumite is in a range of 3 to 8 μm. If the thickness of the alumite film is smaller than 3 μm, sufficient corrosion resistance cannot be ensured. On the other hand, if the thickness of the alumite film is larger than 8 μm, it takes a long time to form the film and the corrosion resistance does not increase so much, which is disadvantageous in cost.
上記さらに他の態様のターボチャージャ用のコンプレッサインペラでは、硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜における上記多孔質層にはシリカを主成分とするシリカ含有層が積層されていることが好ましい。この場合には、排ガスに含まれる異物や排ガス浄化装置におけるセラミック製の触媒担体から剥離したセラミックの微粒子等がLPL−EGRを介して、コンプレッサインペラに衝突しても、コンプレッサインペラの最外表に形成されたシリカ含有層が当該衝突の衝撃を吸収することにより、コンプレッサインペラの耐摩耗性を大きく向上させ、加えてコンプレッサインペラの破損を防止することができる。 In the compressor impeller for a turbocharger according to the still another aspect, it is preferable that a silica-containing layer containing silica as a main component is laminated on the porous layer in the alumite film made of alumite sulfate or alumite oxalate. In this case, even if foreign substances contained in the exhaust gas or fine particles of the ceramic separated from the ceramic catalyst carrier in the exhaust gas purifying apparatus collide with the compressor impeller via the LPL-EGR, they are formed on the outermost surface of the compressor impeller. The silica-containing layer absorbs the impact of the collision, so that the wear resistance of the compressor impeller can be greatly improved, and the compressor impeller can be prevented from being damaged.
(実施例1)
上記ターボチャージャ用のコンプレッサインペラの実施例について、図1〜図16を用いて説明する。
図1に示す本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1は、図2に示すように、母材10とアルマイト皮膜20とを備える。
母材10は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。
アルマイト皮膜20は、母材10の表面11を被覆するバリア層21と、バリア層21に積層されるとともに複数の細孔23を有する多孔質層22とを含む。
そして、細孔23にはシリカ30が封入されている。
(Example 1)
An embodiment of the compressor impeller for a turbocharger will be described with reference to FIGS.
The compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a base material 10 and an alumite film 20, as shown in FIG.
The base material 10 is made of aluminum or an aluminum alloy.
The alumite film 20 includes a barrier layer 21 covering the surface 11 of the base material 10 and a porous layer 22 laminated on the barrier layer 21 and having a plurality of pores 23.
The pores 23 are filled with silica 30.
本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1は、図示しないターボチャージャにおいて、タービンホイールが一端に接続されたロータシャフトの他端に接続されて、コンプレッサハウジング内で給気を圧縮するように構成されている。図1に示すようにコンプレッサインペラ1は大小の羽根1a、1bをそれぞれ複数組(本例では6組)備えており、大小の羽根1a、1bが軸心1cを中心に交互に配列している The compressor impeller 1 for a turbocharger according to the present embodiment is configured such that, in a turbocharger (not shown), a turbine wheel is connected to the other end of a rotor shaft connected to one end to compress air supply in a compressor housing. ing. As shown in FIG. 1, the compressor impeller 1 includes a plurality of sets (six sets in this example) of large and small blades 1a and 1b, and the large and small blades 1a and 1b are alternately arranged around the axis 1c.
図2に示す母材10はアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、後述のアルマイト皮膜が形成可能であれば、特に限定されない。例えば、母材10は高力アルミニウム合金とすることができ、本実施例ではAl−Cu系アルミニウム合金A2618(2.3Cu1.6Mg1.1Fe1Ni0.18Si0.07Ti)を採用した。 The base material 10 shown in FIG. 2 is made of aluminum or an aluminum alloy, and is not particularly limited as long as an alumite film described later can be formed. For example, the base material 10 can be a high-strength aluminum alloy, and in this embodiment, an Al-Cu-based aluminum alloy A2618 (2.3Cu1.6Mg1.1Fe1Ni0.18Si0.07Ti) was employed.
図2に示すアルマイト皮膜20の種類は、例えば、クロム酸アルマイト、シュウ酸アルマイト、硫酸アルマイト、リン酸アルマイトなどとすることができる。中でも、アルマイト皮膜20はクロム酸アルマイトからなることが好ましい。クロム酸アルマイトは、図3に示すように、細孔23がアルマイト皮膜20の厚さ方向Xに対して斜めに延びて樹状に形成される。これにより、当該細孔23にシリカ30を封入したときにシリカ30が安定的に保持されることとなる。なお、図2において、母材10、アルマイト皮膜20、バリア層21、多孔質層22及び細孔23の大きさ及び形状は実際のものとは異なり、説明の都合上、便宜的に示したものである。 The type of the alumite film 20 shown in FIG. 2 can be, for example, alumite chromate, alumite oxalate, alumite sulfate, or alumite phosphate. In particular, it is preferable that the alumite film 20 is made of achromate alumite. As shown in FIG. 3, the alumite chromate is formed in a tree shape with the pores 23 extending obliquely to the thickness direction X of the alumite film 20. Thereby, when the silica 30 is sealed in the pores 23, the silica 30 is stably held. In FIG. 2, the sizes and shapes of the base material 10, the alumite film 20, the barrier layer 21, the porous layer 22, and the pores 23 are different from actual ones and are shown for convenience of explanation. It is.
図2に示すように細孔23にはシリカ30が封入されている。細孔23に封入されるシリカ30の種類は、限定されないが、例えば、非結晶すなわちアモルファスのシリカを採用することができる。本実施例では、後述のシリカ封入工程S3において細孔23に封入するシリカとしてコロイダルシリカを採用している。当該コロイダルシリカにおけるコロイド粒子の粒径D50は5〜55nmとすることができ、好ましくは20〜40nmである。 As shown in FIG. 2, silica 30 is sealed in the pores 23. The type of the silica 30 sealed in the pores 23 is not limited. For example, non-crystalline or amorphous silica can be used. In this embodiment, colloidal silica is employed as silica to be sealed in the pores 23 in a silica sealing step S3 described later. The particle diameter D50 of the colloidal particles in the colloidal silica can be 5 to 55 nm, preferably 20 to 40 nm.
図2に示すように、シリカ30が封入された細孔23は封孔処理にされて開口部31が閉じられている。封孔処理は特に限定されず、加圧水蒸気による封孔処理、沸騰水中の封孔処理、酢酸ニッケル封孔処理及び重クロム酸封孔処理を含む無機物もしくは有機物の添加による封孔処理などとすることができる。 As shown in FIG. 2, the pores 23 in which the silica 30 is sealed are subjected to a sealing treatment, and the openings 31 are closed. The sealing treatment is not particularly limited, and may be sealing treatment by adding an inorganic or organic substance, including sealing treatment with pressurized steam, sealing treatment in boiling water, nickel acetate sealing treatment, and dichromic acid sealing treatment. Can be.
図2に示すように、本実施例では、多孔質層22にシリカ含有層41が積層されている。シリカ含有層41は、シリカを主成分とする。シリカ含有層41の厚さは特に限定されないが、4〜20μmとすることができる。本実施例では、シリカ含有層41は後述のシリカ封入工程S3において多孔質層22に積層されたコロイダルシリカを主成分とし、封孔工程S4において形成された水和物が混合されたものと推定される。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a silica-containing layer 41 is laminated on the porous layer 22. The silica-containing layer 41 contains silica as a main component. The thickness of the silica-containing layer 41 is not particularly limited, but can be 4 to 20 μm. In the present embodiment, it is assumed that the silica-containing layer 41 is mainly composed of the colloidal silica laminated on the porous layer 22 in the silica enclosing step S3 described below, and is a mixture of the hydrate formed in the sealing step S4. Is done.
次に、本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1の製造方法について、詳述する。
図4に示すように、本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1の製造方法は、アルマイト皮膜形成工程S2、シリカ封入工程S3を含む。本実施例では、アルマイト皮膜形成工程S2の前に準備工程S1を含み、シリカ封入工程S3の後に封孔工程S4を含む。
Next, a method for manufacturing the compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 4, the method for manufacturing the compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment includes an alumite film forming step S2 and a silica enclosing step S3. In this embodiment, a preparation step S1 is included before the alumite film formation step S2, and a sealing step S4 is included after the silica encapsulation step S3.
まず、図4に示す準備工程S1において、コンプレッサインペラ1の母材10を作製する。準備工程S1では、図5(a)に示すように、コンプレッサインペラ1の母材10の素材となる高力アルミニウム合金を用意する。そして、当該素材を機械加工することによりコンプレッサインペラ1の外形に成形して母材10を作製する。機械加工の方法は限定されないが、NCターニングセンタやマニシングセンタによる切削、研削等を採用できる。成形した母材10は寸法検査を行い、バランス取りを行って高精度に成形して仕上げる。 First, in a preparation step S1 shown in FIG. 4, a base material 10 of the compressor impeller 1 is manufactured. In the preparation step S1, as shown in FIG. 5A, a high-strength aluminum alloy serving as a base material 10 of the compressor impeller 1 is prepared. Then, the material is machined to form the outer shape of the compressor impeller 1 to form the base material 10. The method of machining is not limited, but cutting, grinding, and the like using an NC turning center or a machining center can be adopted. The formed base material 10 is subjected to dimensional inspection, balanced, formed with high precision, and finished.
その後、図4に示すアルマイト皮膜形成工程S2において、図5(b)に示すように、陽極酸化皮膜処理により母材10の表面11にアルマイト皮膜20を形成する。アルマイト皮膜形成工程S2では、まず、母材10の表面11に付着した油脂分や汚れを除去するための脱脂及び洗浄を行う。本実施例では脱脂は、酸性脱脂剤を40〜60ml/L、硫酸を30〜50ml/L、温度55℃の条件下で120秒間処理する。その後、必要に応じて母材10の表面11をマスキングした後、図示しない治具に固定し、再度脱脂及び洗浄を行う。そして、アルカリエッチング及びスマット処理及び洗浄を行って、母材10の表面11の汚れや異物を完全に除去する。 Thereafter, in an alumite film forming step S2 shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5B, an alumite film 20 is formed on the surface 11 of the base material 10 by anodizing film treatment. In the alumite film forming step S2, first, degreasing and cleaning are performed to remove oils and fats and dirt attached to the surface 11 of the base material 10. In this embodiment, the degreasing is performed by treating the acidic degreasing agent at 40 to 60 ml / L, sulfuric acid at 30 to 50 ml / L, and at a temperature of 55 ° C. for 120 seconds. Thereafter, if necessary, the surface 11 of the base material 10 is masked, fixed to a jig (not shown), and degreased and cleaned again. Then, alkali etching, smut treatment, and cleaning are performed to completely remove dirt and foreign matter on the surface 11 of the base material 10.
そして、治具に固定した母材10を電解液で満たした電解槽(図示せず)に浸漬し、同じく電解槽に浸漬した陰極と(図示せず)母材10に電圧を印加する。本実施例では、電解液として5〜10%w/vの無水クロム酸(CrO3)水溶液を使用した。電圧の印加により、図5(b)に示すように、母材10を陽極として母材10の表面11に陽極酸化皮膜、すなわちアルマイト皮膜20が形成される。そして、アルマイト皮膜20は、母材10の表面11を覆うバリア層21と、バリア層21から多孔質状に成長してバリア層21に積層されてなる多孔質層22とを含んでいる。当該多孔質層22はアルマイト皮膜20の厚さ方向Xに延びる細孔23を複数含んでいる。なお、アルマイト皮膜20の厚さは、3〜8μmとすることができ、好ましくは5〜8μmであり、本実施例では、5〜7μmの範囲内としている。なお、予め、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さを設定しておき、これに応じて印加電圧の大きさや印加時間を設定することができる。なお、本実施例では、目標皮膜厚さを5〜7μmとして、印加電圧を40V、通電時間を60分程度とした。 Then, the base material 10 fixed to the jig is immersed in an electrolytic bath (not shown) filled with an electrolytic solution, and a voltage is applied to the cathode and the base material (not shown) also immersed in the electrolytic bath. In this embodiment, chromic acid anhydride (CrO 3) of 5 to 10% w / v as the electrolyte was an aqueous solution. By applying a voltage, as shown in FIG. 5B, an anodized film, that is, an alumite film 20 is formed on the surface 11 of the base material 10 using the base material 10 as an anode. The alumite film 20 includes a barrier layer 21 that covers the surface 11 of the base material 10, and a porous layer 22 that grows porous from the barrier layer 21 and is laminated on the barrier layer 21. The porous layer 22 includes a plurality of pores 23 extending in the thickness direction X of the alumite film 20. In addition, the thickness of the alumite film 20 can be set to 3 to 8 μm, preferably 5 to 8 μm, and in the present embodiment, it is in the range of 5 to 7 μm. Note that the target film thickness of the alumite film 20 is set in advance, and the magnitude of the applied voltage and the application time can be set accordingly. In this example, the target film thickness was 5 to 7 μm, the applied voltage was 40 V, and the energizing time was about 60 minutes.
なお、アルマイト皮膜20は母材10のアルミニウム成分を原料とするため、陽極酸化皮膜処理において、図5(a)に示す処理前の母材10の表面11を侵食しながら成長する。従って、図5(b)に示す処理後の母材10の表面11は、図5(a)に示す処理前の母材10の表面11よりも後退した位置にある。しかしながら、上述の如く、アルマイト皮膜20の厚さは、数μmオーダーであるため、母材10の形状変化は無視できる程度に十分小さい。そのため、アルマイト皮膜20を形成しても母材10の成形精度を維持することができる。 Since the alumite film 20 uses the aluminum component of the base material 10 as a raw material, it grows while eroding the surface 11 of the base material 10 before the treatment shown in FIG. Therefore, the surface 11 of the base material 10 after the processing shown in FIG. 5B is at a position retracted from the surface 11 of the base material 10 before the processing shown in FIG. However, as described above, since the thickness of the alumite film 20 is on the order of several μm, the shape change of the base material 10 is sufficiently small to be negligible. Therefore, even if the alumite film 20 is formed, the molding accuracy of the base material 10 can be maintained.
次に、図4に示すシリカ封入工程S3において、図5(c)に示すように、細孔23にシリカ30を封入する。シリカ封入工程S3では、まず、母材10を電解槽から引き揚げて、アルマイト皮膜20の表面を洗浄する。その後、母材10をコロイダルシリカ液に浸漬し、コロイダルシリカ液に浸漬された陰極と母材10とに電圧を印加する。コロイダルシリカは液中において負電荷に帯電しているため、コロイダルシリカが電気泳動により陽極となる母材10に引き寄せられる。その結果、コロイダルシリカはアルマイト皮膜20の細孔23に浸入することとなり、図5(c)に示すようにシリカ30が細孔23に封入された状態となる。本実施例では、コロイダルシリカ液として、日本エンギス社製Hyprez liquid 20(コロイド粒子の粒径D50=20nm)を使用している。また、本実施例では、電気泳動における印加電圧を60V、印加時間を1分、温度条件を室温としている。 Next, in a silica enclosing step S3 shown in FIG. 4, silica 30 is encapsulated in the pores 23 as shown in FIG. In the silica enclosing step S3, first, the base material 10 is pulled out of the electrolytic bath, and the surface of the alumite film 20 is washed. Thereafter, the base material 10 is immersed in the colloidal silica solution, and a voltage is applied to the cathode immersed in the colloidal silica solution and the base material 10. Since the colloidal silica is negatively charged in the liquid, the colloidal silica is attracted by electrophoresis to the base material 10 serving as an anode. As a result, the colloidal silica penetrates into the pores 23 of the alumite coating 20, and the silica 30 is sealed in the pores 23 as shown in FIG. In this embodiment, as the colloidal silica liquid, Hyprez liquid 20 (colloid particle diameter D50 = 20 nm) manufactured by Nippon Engis Co., Ltd. is used. In this embodiment, the applied voltage in the electrophoresis is 60 V, the applied time is 1 minute, and the temperature condition is room temperature.
本実施例では、図4に示すシリカ封入工程S3において、図5(c)に示す細孔23にシリカ30を封入するとともに、アルマイト皮膜20にシリカ30からなるシリカ層40を形成する。シリカ層40は、シリカ封入工程S3における電気泳動によって母材10に引き寄せられたシリカ30が多孔質層22の外表面に堆積することにより、アルマイト皮膜20の多孔質層22の外表側を覆うように積層されてなる。シリカ層40の厚さは、特に限定されないが、本実施例では4〜15μmの範囲内としている。 In this embodiment, in the silica enclosing step S3 shown in FIG. 4, silica 30 is encapsulated in the pores 23 shown in FIG. 5C, and a silica layer 40 made of silica 30 is formed on the alumite film 20. The silica layer 40 covers the outer surface of the porous layer 22 of the alumite coating 20 by depositing silica 30 attracted to the base material 10 by electrophoresis in the silica enclosing step S3 on the outer surface of the porous layer 22. It is laminated. The thickness of the silica layer 40 is not particularly limited, but is in the range of 4 to 15 μm in the present embodiment.
その後、図4に示す封孔工程S4において、封孔処理を行い、図5(d)に示すように、細孔23の開口部31を閉じる。本実施例では、封孔工程S4において、シリカ封入後の母材10を洗浄した後、封孔処理として70〜80℃の酢酸ニッケル水溶液中に8分間浸漬する。その後、60〜70℃の湯で2分間洗浄し乾燥させる。これにより、封孔処理により生じた水和物によって開口部31が封孔される。さらに、封孔処理により生じた水和物はシリカ層40に混入して多孔質層22の外表面にシリカを主成分とするシリカ含有層41が形成される。そして、母材10を治具から取り外して、本実施例のコンプレッサインペラ1を完成させる。本実施例においては、準備工程S1の後、アルマイト皮膜形成工程S2、シリカ封入工程S3及び封孔工程S4を一貫ラインで行っている。 Thereafter, in a sealing step S4 shown in FIG. 4, a sealing process is performed to close the opening 31 of the fine pore 23 as shown in FIG. In the present example, in the sealing step S4, after the base material 10 after silica encapsulation is washed, it is immersed in a nickel acetate aqueous solution at 70 to 80 ° C. for 8 minutes as a sealing treatment. Then, it is washed with hot water at 60 to 70 ° C. for 2 minutes and dried. Thereby, the opening 31 is sealed by the hydrate generated by the sealing process. Further, the hydrate generated by the sealing treatment is mixed into the silica layer 40 to form a silica-containing layer 41 containing silica as a main component on the outer surface of the porous layer 22. Then, the base material 10 is removed from the jig to complete the compressor impeller 1 of the present embodiment. In this embodiment, after the preparation step S1, the alumite film forming step S2, the silica enclosing step S3, and the sealing step S4 are performed in an integrated line.
(第1の評価試験)
試験例1、試験例2、比較例1〜3を用いて下記の第1の評価試験を行った。
試験例1及び試験例2として、試験片に実施例1の上記製造方法における各工程S1〜S4を行ったものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
比較例1及び比較例2として、未処理の試験片を用意した。
比較例3として、試験片に実施例1の上記製造方法における各工程S1、S2を行って、アルマイト皮膜20を形成したものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
各試験片は、Al−Cu系アルミニウム合金A2618(2.3Cu1.6Mg1.1Fe1Ni0.18Si0.07Ti)からなり、実施例1における母材10と同じ素材である。各試験片は外径56mm、厚さ3mmの略円板状である。なお、各試験片は、判別容易のために互いの外形を若干変更されたものが含まれている。
( First evaluation test)
The following first evaluation test was performed using Test Example 1, Test Example 2, and Comparative Examples 1 to 3.
As Test Examples 1 and 2, test pieces prepared by performing the respective steps S1 to S4 in the above-described manufacturing method of Example 1 on test pieces were prepared. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
As Comparative Examples 1 and 2, untreated test pieces were prepared.
As Comparative Example 3, a test piece was prepared by performing steps S1 and S2 in the above-described production method of Example 1 to form an alumite film 20 on a test piece. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
Each test piece was made of an Al-Cu-based aluminum alloy A2618 (2.3Cu1.6Mg1.1Fe1Ni0.18Si0.07Ti), and was the same material as the base material 10 in Example 1. Each test piece has a substantially disk shape with an outer diameter of 56 mm and a thickness of 3 mm. In addition, each test piece includes those whose outer shapes are slightly changed for easy discrimination.
まず、各試験片の外観を評価した。図6〜図9に示すように、各試験片の全体と試験片の主面の中央部p5及び下方部p3の拡大図を観察した。図7(a)〜(c)に示す比較例3では、図6(a)〜(f)に示す比較例1及び比較例2に比べて、若干黄味がかって観察された。一方、図8(a)〜(c)に示す試験例1、図9(a)〜(e)に示す試験例2では、比較例1〜3に比べて、若干白味がかって観察された。 First, the appearance of each test piece was evaluated. As shown in FIGS. 6 to 9, an enlarged view of the whole of each test piece and the central part p5 and the lower part p3 of the main surface of the test piece was observed. In Comparative Example 3 shown in FIGS. 7A to 7C, slightly yellowish color was observed compared to Comparative Examples 1 and 2 shown in FIGS. 6A to 6F. On the other hand, in Test Example 1 shown in FIGS. 8A to 8C and Test Example 2 shown in FIGS. 9A to 9E, the whiteness was observed slightly as compared with Comparative Examples 1 to 3. .
次に硬度を評価した。硬度の評価は、ビッカーズ硬さ(HV)を試験力0.1kgfで測定することにより行った。測定箇所は、図6(a)、図6(d)、図7(a)、図8(a)及び図9(a)に示すように、各試験片の表面の上下左右部p1〜p4と中央部p5の合計5カ所とした。そして、測定箇所p1〜5ごとに3回測定し、平均値を算出した。なお、試験例2については、測定箇所p2〜p5において硬度の高い箇所p21、p31、p41、p51と、硬度の低い箇所p22、p32、p42、p52のそれぞれについて測定を行った。硬度測定の結果を下記の表1に示す。 Next, the hardness was evaluated. The hardness was evaluated by measuring Vickers hardness (HV) with a test force of 0.1 kgf. As shown in FIG. 6 (a), FIG. 6 (d), FIG. 7 (a), FIG. 8 (a) and FIG. 9 (a), the measurement points are the upper and lower right and left portions p1 to p4 of the surface of each test piece. And a central part p5 for a total of five places. Then, measurement was performed three times for each of the measurement points p1 to p5, and the average value was calculated. Note that, in Test Example 2, the measurement was performed for each of the measurement points p2 to p5 having high hardness p21, p31, p41, and p51 and the low hardness sections p22, p32, p42, and p52. The results of the hardness measurement are shown in Table 1 below.
表1に示すように、アルマイト皮膜20を有しない比較例1、2の試験片では、各測定箇所におけるビッカーズ硬さの平均値は145〜150HV0.1の範囲内であった。一方、アルマイト皮膜20を有する比較例3及び試験例1の試験片では、各測定箇所におけるビッカーズ硬さの平均値が186〜208HV0.1の範囲内であって、比較例1、2よりも硬度が大きいことが示された。また、試験例2において、硬い部分であるp21、p31、p41、p51におけるビッカーズ硬さの平均値も184〜200HV0.1の範囲内であって、比較例1、2の場合よりも硬度が高いことが示された。そして、試験例1は比較例3と同程度のビッカーズ硬さを有するため、多孔質層22の細孔23にシリカ30を封入してもアルマイト皮膜20の硬さが維持されることが確認できた。 As shown in Table 1, in the test pieces of Comparative Examples 1 and 2 having no alumite film 20, the average value of the Vickers hardness at each measurement point was in the range of 145 to 150 HV0.1. On the other hand, in the test pieces of Comparative Example 3 and Test Example 1 having the alumite film 20, the average value of the Vickers hardness at each measurement point was in the range of 186 to 208 HV0.1, and the hardness was higher than that of Comparative Examples 1 and 2. Was shown to be large. In Test Example 2, the average value of the Vickers hardness in the hard portions p21, p31, p41, and p51 was also in the range of 184 to 200 HV0.1, and the hardness was higher than that in Comparative Examples 1 and 2. It was shown that. Since Test Example 1 has the same Vickers hardness as Comparative Example 3, it can be confirmed that the hardness of the alumite film 20 is maintained even when the silica 30 is sealed in the pores 23 of the porous layer 22. Was.
なお、試験例2において、柔らかい部分であるp22、p32、p42、p52におけるビッカーズ硬さの平均値は81〜123HV0.1の範囲内であって、比較例1、2の場合よりも硬度が低くなっていた。これは、試験例2では、アルマイト皮膜20の多孔質層22の上に比較的硬度の低い物質からなるシリカ含有層41が積層されているため、見かけ上、硬度が低くなったものと推察される。 In Test Example 2, the average value of the Vickers hardness of the soft portions p22, p32, p42, and p52 was in the range of 81 to 123 HV0.1, and the hardness was lower than that of Comparative Examples 1 and 2. Had become. This is presumably because, in Test Example 2, the silica-containing layer 41 made of a material having a relatively low hardness was laminated on the porous layer 22 of the alumite film 20, and the hardness was apparently low. You.
次に、比較例3について図10(a)に示す試験片のQ位置における断面画像を撮影し、図10(b)〜図10(e)に示した。同様に、試験例1についても図11(a)〜(e)、図12(a)、図12(b)にQ位置とQ位置における断面画像とを示した。そして、それぞれのアルマイト皮膜20の厚さt1を測定した。 Next, for Comparative Example 3, cross-sectional images at the Q position of the test piece shown in FIG. 10A were taken and shown in FIGS. 10B to 10E. Similarly, for Test Example 1, FIGS. 11 (a) to 11 (e), 12 (a) and 12 (b) show the Q position and cross-sectional images at the Q position. Then, the thickness t1 of each alumite film 20 was measured.
比較例3では、図10(e)に示すように、母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、アルマイト皮膜20の厚さt1は5μmであった。
試験例1では、図11(b)に示すQ1位置において、図12(a)に示すように、母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、アルマイト皮膜20の厚さt1、t3はそれぞれ4μm、3μmであった。さらに、シリカ含有層41の厚さt2、t4はそれぞれ9μm、15μmであった。また、図11(b)に示すQ2位置では図12(b)に示すように、アルマイト皮膜20の厚さt1は4μmであった。さらに、シリカ含有層41の厚さt2は4μmであった。そして、シリカ含有層41は比較的凹凸の差が大きい状態となっていた。
In Comparative Example 3, as shown in FIG. 10E, the alumite film 20 was formed so as to cover the surface 11 of the base material 10, and the thickness t1 of the alumite film 20 was 5 μm.
In Test Example 1, as shown in FIG. 12A, the alumite film 20 is formed so as to cover the surface 11 of the base material 10 at the position Q1 shown in FIG. The lengths t1 and t3 were 4 μm and 3 μm, respectively. Further, the thicknesses t2 and t4 of the silica-containing layer 41 were 9 μm and 15 μm, respectively. At the position Q2 shown in FIG. 11B, as shown in FIG. 12B, the thickness t1 of the alumite film 20 was 4 μm. Further, the thickness t2 of the silica-containing layer 41 was 4 μm. Then, the silica-containing layer 41 was in a state where the difference between the irregularities was relatively large.
図10〜図12に示すように、本実施例におけるアルマイト皮膜形成工程S2により、厚さ3〜5μmのアルマイト皮膜20を形成できることが確認できた。また、本実施例におけるシリカ封入工程S3及び封孔工程S4により、厚さ4〜15μmのシリカ含有層41を形成できることが確認できた。 As shown in FIGS. 10 to 12, it was confirmed that the alumite film 20 having a thickness of 3 to 5 μm can be formed by the alumite film formation step S2 in this example. Further, it was confirmed that the silica-containing layer 41 having a thickness of 4 to 15 μm can be formed by the silica enclosing step S3 and the sealing step S4 in the present example.
次に、表面粗さの評価を行った。比較例3及び試験例1、2の表面粗さRaを測定し、測定結果を下記の表2に示した。表2に示すように、試験例1、2では、比較例3の場合に比べて、表面粗さRaが増加していることが示された。これにより、アルマイト皮膜20にシリカ30等が付着していることが推察できる。
次に、比較例3及び試験例1、2における試験片表面のEPMAマッピング分析による成分分布を評価した。また、試験例1については試験片断面のEPMAマッピング分析による成分分布も評価した。EPMAマッピング分析は、島津製作所製電子線マイクロアナライザ(型番EPMA−1720)を用いた。なお、試験片表面の測定エリアは120μm×90μmの矩形領域とし、試験片断面の測定エリアは40μm×30μmの矩形領域とした。 Next, the component distribution of the surface of the test piece in Comparative Example 3 and Test Examples 1 and 2 was evaluated by EPMA mapping analysis. Further, for Test Example 1, the component distribution of the cross section of the test piece by EPMA mapping analysis was also evaluated. For the EPMA mapping analysis, an electron beam microanalyzer (model number EPMA-1720) manufactured by Shimadzu Corporation was used. The measurement area on the surface of the test piece was a rectangular area of 120 μm × 90 μm, and the measurement area on the cross section of the test piece was a rectangular area of 40 μm × 30 μm.
比較例3について、図10(a)に示すS位置におけるSEM(Scanning Electron Microscope)像の取得と試験片表面のEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)マッピング分析とを行い、その結果を図13(1)〜(12)に示した。
また、試験例1について、図11(a)に示すS位置におけるSEM像の取得と試験片表面のEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)マッピング分析とを行い、その結果を図14(1)〜(12)に示した。
また、試験例1については、図11(a)に示すQ位置におけるSEM像の取得と試験片断面のEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図15(1)〜(12)に示した。下記の通り、図13〜図15における各図の(1)〜(12)は、下記の通り、SEM画像と元素ごとの分析結果を示す。
(1):SEM像
(2):酸素元素Oの分布
(3):ケイ素元素Siの分布
(4):硫黄元素Sの分布
(5):アルミニウム元素Alの分布
(6):マグネシウム元素Mgの分布
(7):ニッケル元素Niの分布
(8):クロム元素Crの分布
(9):鉄元素Feの分布
(10):銅元素Cuの分布
(11):カルシウム元素Caの分布
(12):ナトリウム元素Naの分布
For Comparative Example 3, acquisition of an SEM (Scanning Electron Microscope) image at the S position shown in FIG. 10A and EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) mapping analysis of the test piece surface were performed, and the results were shown in FIG. To (12).
For Test Example 1, acquisition of an SEM image at the S position shown in FIG. 11A and EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) mapping analysis of the test piece surface were performed, and the results were shown in FIGS. )Pointing out toungue.
Further, for Test Example 1, acquisition of a SEM image at the Q position shown in FIG. 11A and EPMA mapping analysis of a cross section of the test piece were performed, and the results are shown in FIGS. 15 (1) to (12). As described below, (1) to (12) in each of FIGS. 13 to 15 show SEM images and analysis results for each element as described below.
(1): SEM image (2): distribution of oxygen element O (3): distribution of silicon element Si (4): distribution of sulfur element S (5): distribution of aluminum element Al (6): magnesium element Mg Distribution (7): Distribution of nickel element Ni (8): Distribution of chromium element Cr (9): Distribution of iron element Fe (10): Distribution of copper element Cu (11): Distribution of calcium element Ca (12): Distribution of sodium element Na
(1)SEM像
図13(1)に示すように、比較例3では表層のアルマイト皮膜20は比較的平滑であったが、図14(1)に示す試験例1では、表層に多数のひび割れ状の亀裂が見られ、比較例3に比べて表面の粗さが大きいことが確認できた。また、図15(1)に示すように、試験例1では、母材10の表面にアルマイト皮膜20が形成されているとともに、その外表側にシリカ含有層41が形成されていることが確認できた。なお、表層の亀裂は母材10には達しておらず、表層のシリカ含有層41に生じていることが確認できた。
(1) SEM image As shown in FIG. 13 (1), in the comparative example 3, the surface layer of the alumite film 20 was relatively smooth, but in the test example 1 shown in FIG. 14 (1), the surface layer had many cracks. Shape-like cracks were observed, and it was confirmed that the surface roughness was larger than that of Comparative Example 3. Further, as shown in FIG. 15A, in Test Example 1, it was confirmed that the alumite film 20 was formed on the surface of the base material 10 and the silica-containing layer 41 was formed on the outer surface side thereof. Was. In addition, it was confirmed that the crack in the surface layer did not reach the base material 10 and was formed in the silica-containing layer 41 in the surface layer.
(2)酸素元素Oの分布
酸素元素Oの分布について、図13(2)、図14(2)に示すように、比較例3及び試験例1のいずれにおいても、表層に酸素元素Oが多量に存在していた。比較例3における表層の酸素元素Oはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。そして、図15(2)に示すように、試験例1の断面においても、酸素元素Oは母材10の表面11を覆うアルマイト皮膜20に多量に存在していることが確認できた。そして、アルマイト皮膜20の外表側のシリカ含有層41にも酸素元素Oが存在していることが確認できた。シリカ含有層41における酸素元素Oはシリカ含有層41の主成分であるシリカ(SiO2)に由来するものと考えられる。
(2) Distribution of oxygen element O Regarding the distribution of oxygen element O, as shown in FIGS. 13 (2) and 14 (2), in each of Comparative Example 3 and Test Example 1, a large amount of oxygen element O was present in the surface layer. Existed. The oxygen element O in the surface layer in Comparative Example 3 is assumed to be derived from AlO 2 forming the alumite film 20. Then, as shown in FIG. 15 (2), in the cross section of Test Example 1, it was confirmed that a large amount of the oxygen element O was present in the alumite film 20 covering the surface 11 of the base material 10. Then, it was confirmed that the oxygen element O was also present in the silica-containing layer 41 on the outer surface side of the alumite film 20. It is considered that the oxygen element O in the silica-containing layer 41 is derived from silica (SiO 2 ) which is a main component of the silica-containing layer 41.
(3)ケイ素元素Siの分布
ケイ素元素Siの分布について、図13(3)に示すように、比較例3では、ケイ素元素Siは極めて微量しか存在していなかった。一方、図14(3)に示すように、試験例1では表層にはケイ素元素Siが多量に存在していた。そして、図15(3)に示すように、試験例1ではケイ素元素Siは、アルマイト皮膜20内に一部存在するとともに、アルマイト皮膜20に積層されたシリカ含有層41に多量に存在していた。これにより、試験例1において、アルマイト皮膜20の多孔質層22にシリカ30が封入されていることが推察されるとともに、シリカ30がシリカ含有層41に含まれていることが推察された。
(3) Distribution of Silicon Element Si Regarding the distribution of silicon element Si, as shown in FIG. 13 (3), in Comparative Example 3, only a very small amount of silicon element Si was present. On the other hand, as shown in FIG. 14C, in Test Example 1, a large amount of silicon element Si was present in the surface layer. Then, as shown in FIG. 15C, in Test Example 1, the silicon element Si was partially present in the alumite coating 20 and was present in a large amount in the silica-containing layer 41 laminated on the alumite coating 20. . Thus, in Test Example 1, it was presumed that the silica 30 was encapsulated in the porous layer 22 of the alumite coating 20 and that the silica 30 was included in the silica-containing layer 41.
(4)硫黄元素Sの分布
硫黄元素Sの分布について、図13(4)に示すように、比較例3では、表層に硫黄元素Sは極微量しか存在していなかった。一方、図14(4)及び図15(4)に示すように、試験例1では表層に硫黄元素Sが多量に存在していることが確認できた。これは、硫黄元素Sは電解液由来のものであって、比較例3に比べて表面が粗い試験例1において、硫黄元素Sが表層に残留したものと推察される。
(4) Distribution of sulfur element S Regarding the distribution of the sulfur element S, as shown in FIG. 13 (4), in Comparative Example 3, only a trace amount of the sulfur element S was present in the surface layer. On the other hand, as shown in FIGS. 14 (4) and 15 (4), in Test Example 1, it was confirmed that a large amount of sulfur element S was present in the surface layer. This is presumed that the sulfur element S originated from the electrolytic solution, and that the sulfur element S remained in the surface layer in Test Example 1 in which the surface was rougher than in Comparative Example 3.
(5)アルミニウム元素Alの分布
アルミニウム元素Alの分布について、図13(5)に示すように、比較例3では、表層にアルミニウム元素Alが多量に存在していることが確認できた。これはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。一方、図14(5)に示すように、試験例1では、表層にはアルミニウム元素Alが実質的に存在してないことが確認でき、図15(5)に示すように、母材10にアルミニウム元素Alが多量に存在していることが確認できた。これは、試験例1において母材10に形成されたアルマイト皮膜20にシリカ30が封入されるとともにシリカ含有層41により被覆されることにより、アルマイト皮膜20が表出しない状態となっていることを示す。
(5) Distribution of aluminum element Al Regarding the distribution of aluminum element Al, as shown in FIG. 13 (5), in Comparative Example 3, it was confirmed that a large amount of aluminum element Al was present in the surface layer. This is presumed to be derived from AlO 2 forming the alumite film 20. On the other hand, as shown in FIG. 14 (5), in Test Example 1, it was confirmed that the aluminum element Al was not substantially present in the surface layer, and as shown in FIG. It was confirmed that the aluminum element Al was present in a large amount. This means that the silica 30 is encapsulated in the alumite film 20 formed on the base material 10 in the test example 1 and is covered with the silica-containing layer 41, so that the alumite film 20 does not appear. Show.
(6)マグネシウム元素Mgの分布
マグネシウム元素Mgの分布について、図13(6)、図14(6)及び図15(6)に示すように、上記アルミニウム元素Alの分布と同様の傾向を示している。マグネシウム元素Mgは母材10に由来するものであって、試験例1において母材10が表出しない状態となっていることを示す。
(6) Distribution of magnesium element Mg As shown in FIGS. 13 (6), 14 (6) and 15 (6), the distribution of magnesium element Mg shows the same tendency as the distribution of aluminum element Al. I have. The magnesium element Mg is derived from the base material 10 and shows that the base material 10 is in a state where the base material 10 does not appear in Test Example 1.
(7)ニッケル元素Niの分布
ニッケル元素Niの分布について、図13(7)に示すように、比較例3では、表層におけるニッケル元素Niの存在量は微量であったが、図14(7)及び図15(7)に示すように、試験例1では、表層におけるニッケル元素Niの存在量が、比較例3に比べて多かった。これは、本実施例における封孔工程S4で酢酸ニッケル封孔処理を行った際に、処理液の酢酸ニッケル水溶液に由来するニッケル元素Niが開口部31付近に残留したことによると推察される。加えて、アルマイト皮膜形成工程S2において母材10から陽イオンとなって電解液中に溶出したNiの一部が細孔23内に残ったことによるものとも考えられる。
(7) Distribution of Nickel Element Ni Regarding the distribution of nickel element Ni, as shown in FIG. 13 (7), in Comparative Example 3, the amount of nickel element Ni in the surface layer was very small, but FIG. 14 (7). As shown in FIG. 15 (7), in Test Example 1, the amount of nickel element Ni in the surface layer was larger than that in Comparative Example 3. This is presumably because nickel element Ni derived from the nickel acetate aqueous solution remained in the vicinity of the opening 31 when the nickel acetate sealing treatment was performed in the sealing step S4 in this embodiment. In addition, it is considered that a part of Ni eluted into the electrolyte as a cation from the base material 10 in the alumite film forming step S2 remained in the pores 23.
(8)カルシウム元素Caの分布
カルシウム元素Caの分布について、図13(11)に示すように、比較例3では、表層においてカルシウム元素Caは実質的に存在していなかったが、図14(11)に示すように、試験例1では、表層にカルシウム元素Caが存在していた。そして、図15(11)に示すように、カルシウム元素Caがシリカ含有層41に存在していることが確認できた。これは、シリカ含有層41の形成において、コロイダルシリカ液中の微量のカルシウム元素Caがシリカ含有層41内に残留したことに起因すると推察される。
(8) Distribution of Calcium Element Ca Regarding the distribution of calcium element Ca, as shown in FIG. 13 (11), in comparative example 3, calcium element Ca was not substantially present in the surface layer. ), In Test Example 1, the calcium element Ca was present in the surface layer. Then, as shown in FIG. 15 (11), it was confirmed that the calcium element Ca was present in the silica-containing layer 41. This is presumed to be due to the trace amount of calcium element Ca in the colloidal silica liquid remaining in the silica-containing layer 41 during the formation of the silica-containing layer 41.
(9)その他の元素の分布
その他の元素の分布については、比較例3及び試験例1においても同等の傾向を示していた。
(9) Distribution of Other Elements Regarding the distribution of other elements, Comparative Example 3 and Test Example 1 showed the same tendency.
次に、試験例1における皮膜における含有元素の割合を評価した。図16に示すように、試験例1における図11(a)に示すQ位置での断面において、アルマイト皮膜20の厚さt1は5.1μmであった。アルマイト皮膜20において、母材10に近い皮膜深部A、皮膜深部Aよりも外表側であって厚さ方向の略中央位置の皮膜中央部B、皮膜中央部Bよりも外表側の外表近傍部Cのそれぞれにおける含有元素の割合を、日本電子株式会社製集束イオンビーム−高分解能走査電子顕微鏡(型番JIB−4600F)を使用して検出した。検出は、試験片をFIB加工した後、加速電圧を15kV−1nAとして行った。検出結果を下記の表3に示した。 Next, the ratio of contained elements in the film in Test Example 1 was evaluated. As shown in FIG. 16, in the cross section at the position Q shown in FIG. 11A in Test Example 1, the thickness t1 of the alumite film 20 was 5.1 μm. In the alumite coating 20, a coating deep portion A close to the base material 10, a coating central portion B on the outer surface side of the coating deep portion A and substantially at the center in the thickness direction, and an outer surface near portion C on the outer surface side than the coating central portion B. Was detected using a focused ion beam-high resolution scanning electron microscope (model number JIB-4600F) manufactured by JEOL Ltd. The detection was performed by setting the acceleration voltage to 15 kV-1 nA after performing FIB processing on the test piece. The detection results are shown in Table 3 below.
表3に示すように、アルマイト皮膜20において、外表側に位置する程、Siの含有量が増加していることが分かる。そして、図13〜図15に示すEPMAマッピング分析を勘案すると、試験例1においてシリカ30がアルマイト皮膜20に入り込むとともに、アルマイト皮膜20の外表にシリカ30を含むシリカ含有層41が形成されたことが推察される。 As shown in Table 3, it can be seen that in the alumite film 20, the Si content increases as it is located on the outer surface side. In consideration of the EPMA mapping analysis shown in FIGS. 13 to 15, the silica 30 entered the alumite film 20 in Test Example 1, and the silica-containing layer 41 containing the silica 30 was formed on the outer surface of the alumite film 20. Inferred.
次に、本実施形態のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1における作用効果について、詳述する。
本例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1によれば、母材10の表面11に形成されたアルマイト皮膜20のバリア層21により、コンプレッサインペラ1に耐食性が付与される。さらに、アルマイト皮膜20の多孔質層22における多数の細孔23にシリカ30が封入されていることによって、コンプレッサインペラ1に耐摩耗性が付与される。そして、アルマイト皮膜20は、アルミニウム合金からなる母材10に対して密着性に優れており、柔軟性を合わせ持つ。そのため、コンプレッサインペラ1が高速回転して微小振動しても、コンプレッサインペラ1の表面に破損や亀裂が発生することが防止されている。
Next, the operation and effect of the compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment will be described in detail.
According to the compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment, corrosion resistance is imparted to the compressor impeller 1 by the barrier layer 21 of the alumite film 20 formed on the surface 11 of the base material 10. Further, since the silica 30 is sealed in the large number of pores 23 in the porous layer 22 of the alumite film 20, the compressor impeller 1 is given wear resistance. The alumite film 20 has excellent adhesion to the base material 10 made of an aluminum alloy and has flexibility. Therefore, even if the compressor impeller 1 rotates at a high speed and vibrates minutely, the surface of the compressor impeller 1 is prevented from being damaged or cracked.
また、本例では、アルマイト皮膜20はクロム酸アルマイトからなる。これにより、アルマイト皮膜20における母材10への密着性及び柔軟性が一層高まる。さらに、アルマイト皮膜20の多孔質層22において細孔23がアルマイト皮膜20の厚さ方向Xに対して斜めに延びて樹状に形成されるため、細孔23に封入されたシリカ30が放出されにくく、シリカ30を細孔23内に安定的に存在させることができる。また、クロム酸アルマイトによれば、クロム酸アルマイト形成による寸法変化が比較的小さい。そのため、母材10の形状を維持しやすく、コンプレッサインペラ1の成形精度を高めることができる。 Further, in this example, the alumite film 20 is made of alumite chromate. Thereby, the adhesion and flexibility of the alumite film 20 to the base material 10 are further enhanced. Further, in the porous layer 22 of the alumite film 20, the pores 23 extend obliquely with respect to the thickness direction X of the alumite film 20 and are formed in a tree shape, so that the silica 30 sealed in the pores 23 is released. Therefore, the silica 30 can be stably present in the pores 23. According to the alumite chromate, the dimensional change due to the formation of the alumite chromate is relatively small. Therefore, the shape of the base material 10 can be easily maintained, and the molding accuracy of the compressor impeller 1 can be improved.
また、本例では、シリカ30は非晶質シリカである。これにより、シリカ30を溶液中に分散させやすくなり、アルマイト皮膜20の細孔23にシリカを封入することが容易となる。 In this example, the silica 30 is an amorphous silica. Thereby, the silica 30 is easily dispersed in the solution, and the silica is easily sealed in the pores 23 of the alumite coating 20.
また、本例では、アルマイト皮膜20の厚さt1を3〜8μmの範囲内としている。アルマイト皮膜20の厚さが3μmよりも小さい場合は、耐食性を充分に確保することができない。また、アルマイト皮膜20の厚さを8μmよりも大きくしても耐食性が上昇しないため、コスト面で不利となる。本例では、アルマイト皮膜20の厚さt1を上記範囲内とすることにより、耐食性を充分に確保するとともにコスト面で有利とすることができる。 In this example, the thickness t1 of the alumite film 20 is in the range of 3 to 8 μm. If the thickness of the alumite film 20 is smaller than 3 μm, it is not possible to secure sufficient corrosion resistance. Further, even if the thickness of the alumite film 20 is larger than 8 μm, the corrosion resistance does not increase, which is disadvantageous in cost. In this example, by setting the thickness t1 of the alumite film 20 within the above range, sufficient corrosion resistance can be ensured and the cost can be made advantageous.
また、本例では、多孔質層22にはシリカ30を主成分とするシリカ含有層41が積層されている。これにより、排ガスに含まれる異物や排ガス浄化装置におけるセラミック製の触媒担体から剥離したセラミックの微粒子等がLPL−EGRを介して、コンプレッサインペラ1に衝突しても、コンプレッサインペラ1の最外表に形成されたシリカ含有層41が当該衝突の衝撃を吸収することにより、コンプレッサインペラ1の耐摩耗性を大きく向上させ、加えてコンプレッサインペラ1の破損を防止することができる。 In this example, a silica-containing layer 41 containing silica 30 as a main component is laminated on the porous layer 22. As a result, even if foreign matter contained in the exhaust gas or fine particles of the ceramic separated from the ceramic catalyst carrier in the exhaust gas purifying apparatus collide with the compressor impeller 1 via the LPL-EGR, they are formed on the outermost surface of the compressor impeller 1. The silica-containing layer 41 absorbs the impact of the collision, so that the abrasion resistance of the compressor impeller 1 can be greatly improved, and the compressor impeller 1 can be prevented from being damaged.
本例における上述のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1の製造方法によれば、上記作用効果を奏するターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1を製造することができる。 According to the method for manufacturing the compressor impeller 1 for a turbocharger in the present embodiment, the compressor impeller 1 for a turbocharger having the above-described effects can be manufactured.
また、本例では、シリカ封入工程S3において、母材10をコロイダルシリカ液に浸漬して、コロイダルシリカ液に含まれるコロイダルシリカを電気泳動により複数の細孔23に封入する。これにより、アルマイト皮膜20の多孔質層22における細孔23にシリカ30を確実に封入することができる。そして、アルマイト皮膜形成工程S2及びシリカ封入工程S3を一貫ラインで行うことが容易となるため、製造工程における作業効率を向上することができる。さらに、本実施例では、アルマイト皮膜形成工程S2及びシリカ封入工程S3に加えて、封孔工程S4もこれらと一貫ラインで行っており、作業効率が一層向上されている。 In the present example, in the silica enclosing step S3, the base material 10 is immersed in the colloidal silica liquid, and the colloidal silica contained in the colloidal silica liquid is encapsulated in the plurality of pores 23 by electrophoresis. Thereby, the silica 30 can be reliably enclosed in the pores 23 of the porous layer 22 of the alumite coating 20. Further, since the alumite film forming step S2 and the silica enclosing step S3 can be easily performed in an integrated line, the working efficiency in the manufacturing process can be improved. Further, in the present embodiment, in addition to the alumite film forming step S2 and the silica enclosing step S3, the sealing step S4 is also performed on a line consistent with these steps, so that the working efficiency is further improved.
また、本実施例では、上記コロイダルシリカにおけるコロイド粒子の粒径D50は5〜55nmの範囲内である。これにより、コロイダルシリカのコロイド粒子が十分小さくなるため、シリカ封入工程S3においてコロイダルシリカがアルマイト皮膜20の細孔23に封入されやすくなる。 In the present embodiment, the colloidal particle diameter D50 of the colloidal silica is in the range of 5 to 55 nm. As a result, the colloidal particles of colloidal silica become sufficiently small, so that the colloidal silica is easily encapsulated in the pores 23 of the alumite coating 20 in the silica enclosing step S3.
なお、本実施例では、封孔工程S4を行うことにより、細孔23に封入されたシリカ30の漏出を防止するとともに、アルマイト皮膜20の表面を化学的に安定させて、耐食性を向上させている。これにより、アルマイト皮膜20の寿命の増大を図っている。 In this embodiment, by performing the sealing step S4, the leakage of the silica 30 sealed in the pores 23 is prevented, and the surface of the alumite coating 20 is chemically stabilized to improve the corrosion resistance. I have. Thereby, the life of the alumite film 20 is increased.
以上のように、本実施例によれば、耐食性、耐摩耗性、密着性及び柔軟性を兼ね備えた皮膜を有するターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the compressor impeller 1 for a turbocharger having a film having corrosion resistance, abrasion resistance, adhesion and flexibility.
(実施例2)
実施例1では、上記製造方法におけるアルマイト皮膜形成工程S2において、電解液として無水クロム酸(CrO3)水溶液を使用して、クロム酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したが、これに変えて、本実施例では、アルマイト皮膜形成工程S2において、電解液として硫酸(H2SO4)水溶液を使用して、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成した。使用する硫酸水溶液の濃度は10〜30%w/vとすることができる。本実施例では、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さを5〜7μmとして、陽極酸化皮膜処理における印加電圧を15V前後、通電時間を20分程度とした。なお、その他の工程等は、実施例1の場合と同様にした。
(Example 2)
In Example 1, in the alumite film forming step S2 in the above manufacturing method, the alumite film 20 made of chromate alumite was formed using an aqueous solution of chromic anhydride (CrO 3 ) as an electrolytic solution. In this example, in the alumite film forming step S2, an alumite film 20 made of sulfate alumite was formed using a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) aqueous solution as an electrolytic solution. The concentration of the aqueous sulfuric acid solution used can be 10 to 30% w / v. In the present example, the target film thickness of the alumite film 20 was 5 to 7 μm, the applied voltage in the anodic oxide film treatment was about 15 V, and the energizing time was about 20 minutes. The other steps were the same as in Example 1.
実施例1におけるクロム酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20は多孔質層22における細孔23は、図3に示したように厚さ方向Xに対して斜めに伸びて樹状に形成されていたが、本実施例の硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20では多孔質層22における図示しない細孔は厚さ方向Xにストレートに伸びて多数形成されている。その他の構成は実施例1の場合と同様となっており、本実施例において、実施例1と同等の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。 In the alumite film 20 made of an alumite chromate in Example 1, the pores 23 in the porous layer 22 were formed in a tree shape by extending obliquely in the thickness direction X as shown in FIG. In the alumite film 20 made of anodized sulfuric acid of the present embodiment, a large number of pores (not shown) in the porous layer 22 extend straight in the thickness direction X. The other configuration is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
(第2の評価試験)
次に試験例3、試験例4、比較例4及び比較例5を用いて下記の第2の評価試験を行った。
試験例3、試験例4として、試験片に上記実施例2の硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
比較例4、5として、試験片に実施例2の上記製造方法における各工程S1、S2を行って、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
各試験片は、実施例1における第1の評価試験と同様に、母材10と同じ素材とし、各試験片の形状も第1の評価試験と同様の略円板状である。
なお、未処理の試験片として、上記第1の評価試験における比較例1及び比較例2を参照する。
(Second evaluation test)
Next, the following second evaluation test was performed using Test Example 3, Test Example 4, Comparative Example 4 and Comparative Example 5.
As Test Examples 3 and 4, those in which an alumite film 20 made of the alumite sulfate of Example 2 was formed on a test piece were prepared. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
As Comparative Examples 4 and 5, those in which the test pieces were subjected to the respective steps S1 and S2 in the above-described manufacturing method of Example 2 to form an alumite film 20 made of alumite sulfate were prepared. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
Each test piece was made of the same material as the base material 10 as in the first evaluation test in Example 1, and the shape of each test piece was also substantially disc-like as in the first evaluation test.
In addition, Comparative Examples 1 and 2 in the first evaluation test are referred to as untreated test pieces.
まず、各試験片の外観を評価した。図17〜図21に示すように、各試験片の全体と試験片の主面の中央部p5及び右方部p2の拡大図を観察した。図17(a)〜(c)に示す比較例4及び図17(d)〜(f)に示す比較例5では、図6(a)〜(f)に示す比較例1及び比較例2と比べて、外観上に大きな違いは観察されなかったが、アルマイト皮膜特有の自然発色が若干見られた。一方、図18(a)〜(c)に示す試験例3及び図18(d)〜(f)に示す試験例4では、比較例1、2、4及び5に比べて、若干白味がかって観察された。 First, the appearance of each test piece was evaluated. As shown in FIG. 17 to FIG. 21, an enlarged view of the whole of each test piece and the central part p5 and the right part p2 of the main surface of the test piece was observed. In Comparative Example 4 shown in FIGS. 17A to 17C and Comparative Example 5 shown in FIGS. 17D to 17F, Comparative Examples 1 and 2 shown in FIGS. In comparison, no significant difference in appearance was observed, but some natural color development unique to the alumite film was observed. On the other hand, in Test Example 3 shown in FIGS. 18A to 18C and Test Example 4 shown in FIGS. 18D to 18F, the whiteness is slightly higher than Comparative Examples 1, 2, 4 and 5. It was once observed.
次に硬度を評価した。硬度の評価は、ビッカーズ硬さ(HV)を試験力0.1kgfで測定することにより行った。測定箇所は、図17(a)、図17(d)、図18(a)、及び図18(d)に示すように、各試験片の表面の上下左右部p1〜p4と中央部p5の合計5カ所とした。そして、測定箇所p1〜p5ごとに3回測定し、平均値を算出した。なお、試験例4については、測定箇所p1、p3において図示しない硬度の高い箇所と硬度の低い箇所とのそれぞれについて測定を行った。硬度測定の結果を下記の表4に示す。 Next, the hardness was evaluated. The hardness was evaluated by measuring Vickers hardness (HV) with a test force of 0.1 kgf. As shown in FIG. 17 (a), FIG. 17 (d), FIG. 18 (a), and FIG. 18 (d), the measurement points are the upper and lower left and right parts p1 to p4 and the central part p5 of the surface of each test piece. There were a total of five locations. Then, measurement was performed three times for each of the measurement points p1 to p5, and the average value was calculated. In addition, in Test Example 4, at the measurement points p1 and p3, measurement was performed for each of a high hardness portion and a low hardness portion (not shown). The results of the hardness measurement are shown in Table 4 below.
表4に示すように、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を有する比較例4、比較例5及び試験例3の試験片では、各測定箇所におけるビッカーズ硬さの平均値が181〜238HV0.1の範囲内であって、第1の評価試験において表1に示した比較例1、2の場合よりも硬度が大きいことが示された。また、試験例4において、p1の硬い部分、p3の硬い部分及びp2におけるビッカーズ硬さの平均値も180〜200HV0.1の範囲内であって、比較例1、2の場合よりも硬度が高いことが示された。そして、試験例3は比較例4,5と同程度のビッカーズ硬さを有するため、多孔質層22の細孔23にシリカ30を封入しても硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20の硬さが維持されることが確認できた。 As shown in Table 4, in the test pieces of Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Test Example 3 having the alumite film 20 made of alumite sulfate, the average value of the Vickers hardness at each measurement point was in the range of 181 to 238 HV0.1. In the first evaluation test, the hardness was higher than that of Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1. In Test Example 4, the average value of the Vickers hardness in the hard part of p1, the hard part of p3, and the Vickers hardness in p2 was also in the range of 180 to 200 HV0.1, and the hardness was higher than those of Comparative Examples 1 and 2. It was shown that. And since Test Example 3 has the same Vickers hardness as Comparative Examples 4 and 5, even if silica 30 is sealed in the pores 23 of the porous layer 22, the hardness of the alumite film 20 made of alumite sulfate is maintained. It was confirmed that it was done.
なお、試験例4において、p1の柔らかい部分、p3の柔らかい部分、p4及びp5におけるビッカーズ硬さの平均値はそれぞれ、101、110、92、124HV0.1であって、比較例1、2の場合よりも硬度が低くなっていた。これは、試験例4では、アルマイト皮膜20の多孔質層22の上に比較的硬度の低い物質からなるシリカ含有層41が積層されているため、見かけ上、硬度が低くなったものと推察される。 In Test Example 4, the average value of the Vickers hardness at the soft part of p1, the soft part of p3, and the Vickers hardness at p4 and p5 was 101, 110, 92, and 124 HV0.1, respectively. Hardness was lower than that. This is presumably because, in Test Example 4, the silica-containing layer 41 made of a material having a relatively low hardness was laminated on the porous layer 22 of the alumite film 20, and the hardness was apparently low. You.
次に、比較例4について図19(a)に示す試験片のQ位置における断面画像を撮影し、図19(b)〜図19(e)に示した。同様に、試験例3についても図20(a)〜(e)、図21(a)、図21(b)にQ位置とQ位置における断面画像とを示した。そして、図21(a)、図21(b)において、それぞれのアルマイト皮膜20の厚さt1、シリカ含有層41の厚さt2を測定した。 Next, for Comparative Example 4, cross-sectional images of the test piece at the Q position shown in FIG. 19A were taken, and are shown in FIGS. 19B to 19E. Similarly, for Test Example 3, FIGS. 20A to 20E, FIGS. 21A and 21B show Q positions and cross-sectional images at the Q positions. Then, in FIGS. 21A and 21B, the thickness t1 of each alumite film 20 and the thickness t2 of the silica-containing layer 41 were measured.
比較例4では、図19(e)に示すように、母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、アルマイト皮膜20の厚さt1は6μmであった。
試験例3では、図20(c)に示すQ1位置において、図21(a)に示すように、母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、アルマイト皮膜20の厚さt1は5μmであり、アルマイト皮膜20に積層されたシリカ含有層41の厚さt2は6μmであった。また、図20(c)に示すQ2位置では図21(b)に示すように、アルマイト皮膜20の厚さt1は6μmであり、アルマイト皮膜20に積層されたシリカ含有層41の厚さt2は13μmであった。そして、シリカ含有層41は比較的凹凸の差が大きい状態となっていた。
In Comparative Example 4, as shown in FIG. 19E, the alumite film 20 was formed so as to cover the surface 11 of the base material 10, and the thickness t1 of the alumite film 20 was 6 μm.
In Test Example 3, as shown in FIG. 21A, the alumite film 20 is formed so as to cover the surface 11 of the base material 10 at the position Q1 shown in FIG. The thickness t1 was 5 μm, and the thickness t2 of the silica-containing layer 41 laminated on the alumite film 20 was 6 μm. At the position Q2 shown in FIG. 20C, as shown in FIG. 21B, the thickness t1 of the alumite film 20 is 6 μm, and the thickness t2 of the silica-containing layer 41 laminated on the alumite film 20 is 13 μm. Then, the silica-containing layer 41 was in a state where the difference between the irregularities was relatively large.
図17〜図21に示すように、本実施例におけるアルマイト皮膜形成工程S2により、厚さ5〜6μmの硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成できることが確認できた。また、本実施例におけるシリカ封入工程S3及び封孔工程S4により、厚さ6〜13μmのシリカ含有層41を形成できることが確認できた。 As shown in FIGS. 17 to 21, it was confirmed that the alumite film 20 made of alumite sulfate having a thickness of 5 to 6 μm can be formed by the alumite film formation step S2 in this example. In addition, it was confirmed that the silica-containing layer 41 having a thickness of 6 to 13 μm can be formed by the silica enclosing step S3 and the sealing step S4 in this example.
次に、表面粗さの評価を行った。比較例4、5及び試験例3、4の表面粗さRaを測定し、測定結果を下記の表5に示した。表5に示すように、試験例3、4では、比較例4、5の場合に比べて、表面粗さRaが増加していることが示された。これにより、アルマイト皮膜20にシリカ30等が付着していることが推察できる。
次に、比較例4及び試験例3における試験片表面及び試験片断面のEPMAマッピング分析による成分分布を評価した。EPMAマッピング分析は、第1の評価試験と同様に行った。 Next, the component distribution of the test piece surface and the test piece cross section in Comparative Example 4 and Test Example 3 was evaluated by EPMA mapping analysis. EPMA mapping analysis was performed in the same manner as in the first evaluation test.
比較例4について、図19(a)に示すS位置の試験片表面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図22(1)〜(11)に示した。また、図19(a)に示すQ位置の試験片断面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図23(1)〜(10)に示した。
また、試験例3について、図20(a)に示すS位置の試験片表面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図24(1)〜(11)に示した。さらに、図20(a)に示すQ位置の試験片断面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図25(1)〜(10)に示した。
図22〜図25における各図の(1)〜(11)は、下記の通り、SEM画像と元素ごとの分析結果を示す。
(1):SEM像
(2):酸素元素Oの分布
(3):ケイ素元素Siの分布
(4):硫黄元素Sの分布
(5):アルミニウム元素Alの分布
(6):マグネシウム元素Mgの分布
(7):ニッケル元素Niの分布
(8):鉄元素Feの分布
(9):銅元素Cuの分布
(10):カルシウム元素Caの分布
(11):SEM像(低倍率)
Regarding Comparative Example 4, on the test piece surface at the S position shown in FIG. 19A, acquisition of an SEM image and EPMA mapping analysis were performed, and the results are shown in FIGS. 22 (1) to (11). Further, on the cross section of the test piece at the Q position shown in FIG. 19A, acquisition of an SEM image and EPMA mapping analysis were performed, and the results are shown in FIGS. 23A to 23D.
For Test Example 3, SEM images were obtained and EPMA mapping analysis was performed on the test piece surface at the S position shown in FIG. 20A, and the results are shown in FIGS. 24 (1) to (11). Further, acquisition of an SEM image and EPMA mapping analysis were performed on the cross section of the test piece at the Q position shown in FIG. 20 (a), and the results are shown in FIGS. 25 (1) to (10).
(1) to (11) in each drawing in FIGS. 22 to 25 show SEM images and analysis results for each element as described below.
(1): SEM image (2): distribution of oxygen element O (3): distribution of silicon element Si (4): distribution of sulfur element S (5): distribution of aluminum element Al (6): magnesium element Mg Distribution (7): Distribution of nickel element Ni (8): Distribution of iron element Fe (9): Distribution of copper element Cu (10): Distribution of calcium element Ca (11): SEM image (low magnification)
(1)SEM像
図22(1)に示すように、比較例4では表層のアルマイト皮膜20は複数の孔が散見されたが、図23(1)に示すように、母材10の表面にアルマイト皮膜20が形成され、表層のアルマイト皮膜20は比較的凹凸が少なく、膜厚は概ね一定であった。一方、図24(1)に示すように試験例3では、表層に多数のひび割れ状の亀裂が見られるとともに、表層の一部が剥がれて下層が露出していた。そして、図25(1)に示すように試験例3では、母材10の表面にアルマイト皮膜20が形成され、アルマイト皮膜20上にシリカ含有層41が積層されていると推察された。
(1) SEM Image As shown in FIG. 22 (1), in Comparative Example 4, a plurality of holes were scattered in the surface of the alumite film 20. However, as shown in FIG. The alumite film 20 was formed, and the surface alumite film 20 had relatively few irregularities, and the film thickness was almost constant. On the other hand, in Test Example 3, as shown in FIG. 24A, a number of cracks were observed in the surface layer, and a part of the surface layer was peeled off to expose the lower layer. Then, in Test Example 3, as shown in FIG. 25A, it was presumed that the alumite film 20 was formed on the surface of the base material 10 and the silica-containing layer 41 was laminated on the alumite film 20.
(2)酸素元素Oの分布
酸素元素Oの分布について、図22(2)及び図23(2)に示すように、比較例4では表層に酸素元素Oが多量に存在していた。比較例4における表層の酸素元素Oはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。また、図24(2)及び図25(2)に示すように、試験例3でも表層に酸素元素Oが多量に存在していた。試験例3における酸素元素Oはシリカ含有層41の主成分であるシリカ(SiO2)に由来するものと推察される。
(2) Distribution of oxygen element O Regarding the distribution of oxygen element O, as shown in FIGS. 22 (2) and 23 (2), in Comparative Example 4, a large amount of oxygen element O was present in the surface layer. It is presumed that the oxygen element O in the surface layer in Comparative Example 4 is derived from AlO 2 forming the alumite film 20. Further, as shown in FIG. 24 (2) and FIG. 25 (2), also in Test Example 3, a large amount of the oxygen element O was present in the surface layer. It is presumed that the oxygen element O in Test Example 3 is derived from silica (SiO 2 ), which is the main component of the silica-containing layer 41.
(3)ケイ素元素Siの分布
ケイ素元素Siの分布について、図22(3)及び図23(3)に示すように、比較例3では、ケイ素元素Siは極めて微量しか存在していなかった。一方、図24(3)に示すように、試験例3では表層にケイ素元素Siが多量に存在していた。そして、図25(3)に示すように、試験例3ではケイ素元素Siは、アルマイト皮膜20内に一部存在するとともに、アルマイト皮膜20に積層されたシリカ含有層41に多量に存在していた。これにより、試験例3において、アルマイト皮膜20の多孔質層22にシリカ30が封入されていることが推察されるとともに、シリカ30がシリカ含有層41に含まれていることが推察された。
(3) Distribution of silicon element Si Regarding the distribution of silicon element Si, as shown in FIG. 22 (3) and FIG. 23 (3), in Comparative Example 3, only a very small amount of silicon element Si was present. On the other hand, as shown in FIG. 24 (3), in Test Example 3, a large amount of silicon element Si was present in the surface layer. Then, as shown in FIG. 25C, in Test Example 3, the silicon element Si was partially present in the alumite film 20 and was present in a large amount in the silica-containing layer 41 laminated on the alumite film 20. . Thus, in Test Example 3, it was presumed that silica 30 was encapsulated in the porous layer 22 of the alumite coating 20, and that silica 30 was included in the silica-containing layer 41.
(4)硫黄元素Sの分布
硫黄元素Sの分布について、比較例4では、図22(4)に示すように、表層に硫黄元素Sが多量に存在しており、図23(4)に示すように、硫黄元素Sがアルマイト皮膜20に存在していることが確認できた。これは、硫黄元素Sがアルマイト皮膜20を形成する硫酸アルマイトに由来するものであると推察される。
一方、試験例3では、図24(4)に示すように、表層には硫黄元素Sの存在量は少なかったが、図25(4)に示すように、表層の内側に硫黄元素Sが多量に存在している。表層の内側の硫黄元素Sは、アルマイト皮膜20を形成する硫酸アルマイトに由来していると推察される。そして、表層の硫黄元素Sは、アルマイト皮膜20上に形成されたシリカ含有層41に電解液(硫酸水溶液)由来の硫黄元素Sが残留したものと推察される。
(4) Distribution of sulfur element S Regarding the distribution of the sulfur element S, in Comparative Example 4, as shown in FIG. 22 (4), a large amount of the sulfur element S is present in the surface layer, and is shown in FIG. 23 (4). Thus, it was confirmed that the sulfur element S was present in the alumite film 20. This is presumed that the sulfur element S is derived from the alumite sulfate forming the alumite film 20.
On the other hand, in Test Example 3, as shown in FIG. 24 (4), the abundance of sulfur element S was small in the surface layer, but as shown in FIG. 25 (4), a large amount of sulfur element S was present inside the surface layer. Exists. It is presumed that the sulfur element S inside the surface layer is derived from alumite sulfate forming the alumite film 20. The sulfur element S in the surface layer is presumed to be the sulfur element S derived from the electrolytic solution (aqueous sulfuric acid solution) remaining in the silica-containing layer 41 formed on the alumite film 20.
(5)アルミニウム元素Alの分布
アルミニウム元素Alの分布について、図22(5)及び図23(5)に示すように、比較例4では、表層にアルミニウム元素Alが多量に存在していた。これはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。一方、図24(5)に示すように、試験例3では、ひび割れの隙間にアルミニウム元素Alが存在し、表層の大半には実質的にアルミニウム元素Alが存在していなかった。そして、図25(5)に示すように、試験例3では、母材10にアルミニウム元素Alが多量に存在していることが確認できた。これは、試験例3において表層がシリカ含有層41により被覆されることにより、アルマイト皮膜20が表出しない状態となっていると推察される。
(5) Distribution of aluminum element Al Regarding the distribution of aluminum element Al, in Comparative Example 4, as shown in FIGS. 22 (5) and 23 (5), a large amount of aluminum element Al was present in the surface layer. This is presumed to be derived from AlO 2 forming the alumite film 20. On the other hand, as shown in FIG. 24 (5), in Test Example 3, the aluminum element Al was present in the crack gap, and substantially no aluminum element Al was present in most of the surface layer. Then, as shown in FIG. 25 (5), in Test Example 3, it was confirmed that the base material 10 contained a large amount of the aluminum element Al. This is presumed to be that the alumite film 20 was not exposed because the surface layer was covered with the silica-containing layer 41 in Test Example 3.
(6)マグネシウム元素Mgの分布
マグネシウム元素Mgの分布について、比較例4では、図22(6)及び図23(6)に示すように、マグネシウム元素Mgは母材10に存在し、表層には微量存在していた。これは、当該マグネシウム元素Mgは、母材10由来のマグネシウム元素Mgであって、母材10がアルマイト皮膜20により覆われていることにより、表層の存在量が低下したものと推察される。図24(6)及び図25(6)に示すように、試験例3でも、同様の状態となっていた。
(6) Distribution of magnesium element Mg Regarding the distribution of magnesium element Mg, in Comparative Example 4, as shown in FIG. 22 (6) and FIG. 23 (6), magnesium element Mg exists in base material 10 and the surface layer Trace amounts were present. This is presumed that the magnesium element Mg is the magnesium element Mg derived from the base material 10, and the base layer 10 is covered with the alumite film 20, so that the abundance of the surface layer is reduced. As shown in FIG. 24 (6) and FIG. 25 (6), the same state was obtained in Test Example 3.
(7)ニッケル元素Niの分布
ニッケル元素Niの分布について、図22(7)、図23(7)に示すように、比較例4では、表層におけるニッケル元素Niの存在量は微量であったが、図24(7)及び図25(7)に示すように、試験例3では、表層におけるニッケル元素Niの存在量が、比較例4に比べて多かった。これは、本実施例における封孔工程S4で酢酸ニッケル封孔処理を行った際に、処理液の酢酸ニッケル水溶液に由来するニッケル元素Niが開口部31付近に残留したことによると推察される。加えて、アルマイト皮膜形成工程S2において母材10から陽イオンとなって電解液中に溶出したNiの一部が細孔23内に残ったことによるものとも考えられる。
(7) Distribution of Nickel Element Ni Regarding the distribution of nickel element Ni, as shown in FIG. 22 (7) and FIG. 23 (7), in Comparative Example 4, the amount of nickel element Ni in the surface layer was very small. 24 (7) and FIG. 25 (7), in Test Example 3, the amount of nickel element Ni in the surface layer was larger than that in Comparative Example 4. This is presumably because nickel element Ni derived from the nickel acetate aqueous solution remained in the vicinity of the opening 31 when the nickel acetate sealing treatment was performed in the sealing step S4 in this embodiment. In addition, it is considered that a part of Ni eluted into the electrolyte as a cation from the base material 10 in the alumite film forming step S2 remained in the pores 23.
(8)カルシウム元素Caの分布
カルシウム元素Caの分布について、図22(10)及び図23(10)に示すように、比較例4では、表層においてカルシウム元素Caは実質的に存在していなかったが、図24(10)及び図25(10)に示すように、試験例3では、表層にカルシウム元素Caが存在していた。これは、表層のシリカ含有層41を形成する際に、コロイダルシリカ液中の微量のカルシウム元素Caがシリカ含有層41内に残留したことに起因すると推察される。
(8) Distribution of calcium element Ca Regarding the distribution of calcium element Ca, as shown in FIGS. 22 (10) and 23 (10), in Comparative Example 4, the calcium element Ca was not substantially present in the surface layer. However, as shown in FIGS. 24 (10) and 25 (10), in Test Example 3, the calcium element Ca was present in the surface layer. This is presumed to be due to the fact that a trace amount of calcium element Ca in the colloidal silica liquid remained in the silica-containing layer 41 when the surface silica-containing layer 41 was formed.
(9)その他の元素の分布
その他の元素の分布については、比較例4及び試験例3においても同等の傾向を示していた。
(9) Distribution of Other Elements Regarding the distribution of other elements, Comparative Example 4 and Test Example 3 showed the same tendency.
次に、試験例4における皮膜における含有元素の割合を評価した。図26に示すように、試験例4の断面において、アルマイト皮膜20の厚さt1は5.927〜6.052μmであった。そして、アルマイト皮膜20において、母材10に近い皮膜深部A、皮膜深部Aよりも外表側であって厚さ方向の略中央位置の皮膜中央部B、皮膜中央部Bよりも外表側の外表近傍部Cのそれぞれにおける含有元素の割合を、第1の評価試験の場合と同様に検出し、検出結果を下記の表6に示した。 Next, the ratio of contained elements in the coating in Test Example 4 was evaluated. As shown in FIG. 26, in the cross section of Test Example 4, the thickness t1 of the alumite film 20 was 5.927 to 6.052 μm. Then, in the alumite coating 20, the coating deep portion A close to the base material 10, the coating central portion B on the outer surface side of the coating deep portion A and substantially at the center in the thickness direction, and the outer surface near the outer surface side of the coating central portion B The percentage of the contained element in each part C was detected in the same manner as in the first evaluation test, and the detection results are shown in Table 6 below.
表6に示すように、アルマイト皮膜20において、外表側に位置する程、Siの含有量が増加していることが分かる。そして、図22〜図25に示すEPMAマッピング分析を勘案すると、試験例3、4においてシリカ30がアルマイト皮膜20に入り込むとともに、アルマイト皮膜20の外表にシリカ30を含むシリカ含有層41が形成されたことが推察される。 As shown in Table 6, in the alumite film 20, it can be seen that the Si content increases as it is located on the outer surface side. Then, in consideration of the EPMA mapping analysis shown in FIGS. 22 to 25, in Test Examples 3 and 4, the silica 30 entered the alumite coating 20 and the silica-containing layer 41 containing the silica 30 was formed on the outer surface of the alumite coating 20. It is inferred that:
本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1では、アルマイト皮膜20が硫酸アルマイトからなることにより、アルマイト皮膜20における母材10への密着性及び柔軟性が一層高まる。また、比較的安価にアルマイト皮膜20を形成できるため、コスト面で有利となる。さらに、硫酸アルマイトは成膜速度が速いため、製造期間の短縮化が図られる。また、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜は比較的透明性が高く、染色物質の吸着性が高いことから染色性に優れる。 In the compressor impeller 1 for a turbocharger according to the present embodiment, since the alumite film 20 is made of alumite sulfate, the adhesion and flexibility of the alumite film 20 to the base material 10 are further enhanced. Further, since the alumite film 20 can be formed relatively inexpensively, it is advantageous in terms of cost. Further, since the alumite sulfate has a high film forming rate, the production period can be shortened. Further, the alumite film made of sulfate alumite has a relatively high transparency and a high adsorptivity of a dye substance, so that the dyeability is excellent.
さらに、本実施例では、硫酸アルマイトによる細孔がストレート状に伸びているため、シリカ封入工程S3において電気泳動による多孔質層22の細孔へのシリカ封入が容易となっている。なお、本例においても、実施例1においてアルマイト皮膜20がクロム酸アルマイトからなることにより奏される作用効果を除いて、実施例1と同等の作用効果を奏する。 Further, in this embodiment, since the pores formed by the alumite sulfate are elongated in a straight shape, the silica is easily filled into the pores of the porous layer 22 by electrophoresis in the silica filling step S3. Also in this example, the same operation and effect as those of the first embodiment are obtained, except for the operation and effect obtained when the alumite film 20 is made of the alumite chromate in the first embodiment.
(実施例3)
実施例2では、上記製造方法におけるアルマイト皮膜形成工程S2において、硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したが、これに変えて、本実施例では、アルマイト皮膜形成工程S2において、電解液としてシュウ酸(C2H2O4)水溶液を使用して、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成した。使用するシュウ酸水溶液の濃度は3〜8%w/vとすることができる。本実施例では、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さを5〜7μmとして、陽極酸化皮膜処理における印加電圧を60V、通電時間を30分とした。なお、その他の工程等は、実施例1の場合と同様にした。
(Example 3)
In Example 2, in the alumite film forming step S2 in the above-described manufacturing method, the alumite film 20 made of alumite sulfate was formed. Instead, in this example, oxalic acid was used as the electrolytic solution in the alumite film forming step S2. Using an aqueous solution of (C 2 H 2 O 4 ), an alumite film 20 made of oxalic acid alumite was formed. The concentration of the oxalic acid aqueous solution used can be 3 to 8% w / v. In this example, the target film thickness of the alumite film 20 was 5 to 7 μm, the applied voltage in the anodic oxide film treatment was 60 V, and the energizing time was 30 minutes. The other steps were the same as in Example 1.
本実施例のシュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20は、実施例2における硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20の場合と同様に、多孔質層22における図示しない細孔は厚さ方向Xにストレートに伸びて多数形成されている。その他の構成は実施例1、2の場合と同様となっており、本実施例において、実施例12、と同等の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。 In the alumite film 20 made of alumite oxalate of the present embodiment, the pores (not shown) of the porous layer 22 extend straight in the thickness direction X in the same manner as in the case of the alumite film 20 made of the alumite sulfate in Example 2. Many are formed. Other configurations are the same as those in the first and second embodiments. In this embodiment, the same components as those in the twelfth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(第3の評価試験)
次に試験例5、試験例6、比較例6及び比較例7を用いて下記の第3の評価試験を行った。
試験例5、試験例6として、試験片に実施例3のシュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
比較例6、7として、試験片に実施例3の上記製造方法における各工程S1、S2を行って、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を形成したものを用意した。なお、アルマイト皮膜20の目標皮膜厚さは5〜6μmとした。
各試験片は、実施例1における第1の評価試験と同様に、母材10と同じ素材とし、各試験片の形状も第1の評価試験と同様の略円板状である。
なお、未処理の試験片として、上記第1の評価試験における比較例1及び比較例2を参照する。
(Third evaluation test)
Next, the following third evaluation test was performed using Test Example 5, Test Example 6, Comparative Example 6, and Comparative Example 7.
As Test Examples 5 and 6, those prepared by forming an alumite film 20 made of the oxalic acid alumite of Example 3 on a test piece were prepared. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
As Comparative Examples 6 and 7, a test piece was prepared by performing steps S1 and S2 in the above-described manufacturing method of Example 3 to form an alumite film 20 made of alumite oxalate. In addition, the target film thickness of the alumite film 20 was set to 5 to 6 μm.
Each test piece was made of the same material as the base material 10 as in the first evaluation test in Example 1, and the shape of each test piece was also substantially disc-like as in the first evaluation test.
In addition, Comparative Examples 1 and 2 in the first evaluation test are referred to as untreated test pieces.
まず、各試験片の外観を評価した。図27〜図28に示すように、各試験片の全体と試験片の主面中央位置p5及び主面右方位置p2の拡大図を観察した。図28(a)〜(c)に示す比較例6及び図28(d)〜(f)に示す比較例7では、図6(a)〜(f)に示す比較例1及び比較例2と比べて、外観上に大きな違いは観察されなかったが、アルマイト皮膜特有の自然発色が若干見られた。一方、図28(a)〜(c)に示す試験例5及び図28(d)〜(f)に示す試験例6では、比較例1、2、4及び5に比べて、若干白味がかって観察された。 First, the appearance of each test piece was evaluated. As shown in FIG. 27 to FIG. 28, an enlarged view of the whole of each test piece and the center position p5 and the right side position p2 of the main surface of the test piece was observed. In Comparative Example 6 shown in FIGS. 28A to 28C and Comparative Example 7 shown in FIGS. 28D to 28F, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 shown in FIGS. In comparison, no significant difference in appearance was observed, but some natural color development unique to the alumite film was observed. On the other hand, in Test Example 5 shown in FIGS. 28 (a) to (c) and Test Example 6 shown in FIGS. 28 (d) to (f), the whiteness was slightly higher than Comparative Examples 1, 2, 4 and 5. It was once observed.
次に硬度を評価した。硬度の評価は、ビッカーズ硬さ(HV)を試験力0.1kgfで測定することにより行った。測定箇所は、図27(a)、図27(d)、図28(a)、及び図28(d)に示すように、各試験片の表面の上下左右部p1〜p4と中央部p5の合計5カ所とした。そして、測定方法は第1の評価試験と同様とし、3回の平均値を算出した。硬度測定の結果を下記の表7に示す。 Next, the hardness was evaluated. The hardness was evaluated by measuring Vickers hardness (HV) with a test force of 0.1 kgf. As shown in FIG. 27 (a), FIG. 27 (d), FIG. 28 (a), and FIG. 28 (d), the measurement points are the upper and lower left and right parts p1 to p4 and the central part p5 of the surface of each test piece. There were a total of five locations. Then, the measurement method was the same as in the first evaluation test, and the average of three measurements was calculated. The results of the hardness measurement are shown in Table 7 below.
表7に示すように、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20を有する比較例6、7及び試験例5、6の試験片では、各測定箇所におけるビッカーズ硬さの平均値が186〜240HV0.1の範囲内であって、第1の評価試験において表1に示した比較例1、2の場合よりも硬度が大きいことが示された。 As shown in Table 7, in the test pieces of Comparative Examples 6 and 7 and Test Examples 5 and 6 having the alumite film 20 made of oxalic alumite, the average value of the Vickers hardness at each measurement point was 186 to 240 HV0.1. Within the range, the hardness was higher than that of Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1 in the first evaluation test.
次に、比較例6について図29(a)に示す試験片のQ位置における断面画像を撮影し、図29(b)〜図29(e)に示した。同様に、試験例5について図30(a)にQ1位置を示し、図30(b)〜(e)にQ1位置における断面画像を示した。さらに、試験例5について図31(a)にQ2位置を示し、図31(b)〜(e)にQ2位置における断面画像を示した。そして、図30(e)、図31(e)において、それぞれのアルマイト皮膜20の厚さt1を測定した。 Next, for Comparative Example 6, a cross-sectional image at the Q position of the test piece shown in FIG. 29A was taken, and shown in FIGS. 29B to 29E. Similarly, for Test Example 5, FIG. 30A shows the Q1 position, and FIGS. 30B to 30E show cross-sectional images at the Q1 position. Further, for Test Example 5, FIG. 31A shows the Q2 position, and FIGS. 31B to 31E show cross-sectional images at the Q2 position. 30 (e) and FIG. 31 (e), the thickness t1 of each alumite film 20 was measured.
比較例6では、図29(e)に示すように、母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、アルマイト皮膜20の厚さt1は6μmであった。
試験例5では、図30(e)に示すように母材10の表面11を覆うようにアルマイト皮膜20が形成されており、Q1位置におけるアルマイト皮膜20の厚さt1は6μmであった。また、図31(e)に示すようにQ2位置におけるアルマイト皮膜20の厚さt1は6μmであった。なお、シリカ含有層41の厚さは比較的薄くなっていた。
In Comparative Example 6, as shown in FIG. 29E, the alumite film 20 was formed so as to cover the surface 11 of the base material 10, and the thickness t1 of the alumite film 20 was 6 μm.
In Test Example 5, as shown in FIG. 30E, the alumite film 20 was formed so as to cover the surface 11 of the base material 10, and the thickness t1 of the alumite film 20 at the position Q1 was 6 μm. Further, as shown in FIG. 31 (e), the thickness t1 of the alumite film 20 at the position Q2 was 6 μm. Note that the thickness of the silica-containing layer 41 was relatively thin.
次に、表面粗さの評価を行った。比較例6、7及び試験例5、6の表面粗さRaを測定し、測定結果を下記の表8に示した。表8に示すように、試験例5、6では、比較例6、7の場合に比べて、表面粗さRaが低下しており、アルマイト皮膜20の表面の凹凸がシリカ含有層41により覆われて平滑化されたものと推察される。
次に、比較例6及び試験例5における試験片表面及び試験片断面のEPMAマッピング分析による成分分布を評価した。EPMAマッピング分析は、第1の評価試験と同様に行った。 Next, the component distribution of the test piece surface and the test piece cross section in Comparative Example 6 and Test Example 5 was evaluated by EPMA mapping analysis. EPMA mapping analysis was performed in the same manner as in the first evaluation test.
比較例6について、図29(a)に示すS位置の試験片表面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図32(1)〜(11)に示した。また、図29(a)に示すQ位置の試験片断面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図33(1)〜(10)に示した。
また、試験例5について、図30(a)に示すS位置の試験片表面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図34(1)〜(11)に示した。さらに、図30(a)に示すQ位置の試験片断面において、SEM像の取得とEPMAマッピング分析とを行い、その結果を図35(1)〜(10)に示した。
図32〜図35において各図の(1)〜(11)が示す分析対象元素等は、第2の評価試験の場合と同様である。
For Comparative Example 6, SEM images were obtained and EPMA mapping analysis was performed on the test piece surface at the S position shown in FIG. 29A, and the results are shown in FIGS. 32 (1) to 32 (11). Further, on the cross section of the test piece at the position Q shown in FIG. 29A, acquisition of an SEM image and EPMA mapping analysis were performed, and the results are shown in FIGS. 33 (1) to (10).
For Test Example 5, SEM image acquisition and EPMA mapping analysis were performed on the test piece surface at the S position shown in FIG. 30 (a), and the results are shown in FIGS. 34 (1) to (11). Further, acquisition of an SEM image and EPMA mapping analysis were performed on the cross section of the test piece at the Q position shown in FIG. 30A, and the results are shown in FIGS. 35 (1) to (10).
In FIGS. 32 to 35, the analysis target elements and the like indicated by (1) to (11) in each drawing are the same as those in the case of the second evaluation test.
(1)SEM像
図32(1)に示すように、比較例4では表層のアルマイト皮膜20は複数の孔が散見されたが、図33(1)に示すように、母材10の表面にアルマイト皮膜20が形成され、表層のアルマイト皮膜20は比較的凹凸が少なく、膜厚は概ね一定であった。また、図34(1)及び図35(1)に示すように試験例5では、表層に多少の凹凸が認められたが膜厚は概ね一定であった。そして、図35(1)に示すように試験例5では、母材10の表面にアルマイト皮膜20が形成され、アルマイト皮膜20上にシリカ含有層41が積層されていると推察された。
(1) SEM image As shown in FIG. 32 (1), in Comparative Example 4, a plurality of holes were scattered in the surface of the alumite film 20, but as shown in FIG. The alumite film 20 was formed, and the surface alumite film 20 had relatively few irregularities, and the film thickness was almost constant. Further, in Test Example 5, as shown in FIG. 34 (1) and FIG. 35 (1), although some surface irregularities were recognized, the film thickness was substantially constant. Then, as shown in FIG. 35A, in Test Example 5, it was presumed that the alumite film 20 was formed on the surface of the base material 10 and the silica-containing layer 41 was laminated on the alumite film 20.
(2)酸素元素Oの分布
酸素元素Oの分布について、図32(2)及び図33(2)に示すように、比較例6では表層に酸素元素Oが多量に存在していた。比較例6における表層の酸素元素Oはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。また、図34(2)及び図35(2)に示すように、試験例5でも表層に酸素元素Oが多量に存在していた。試験例5における酸素元素Oはシリカ含有層41の主成分であるシリカ(SiO2)に由来するものと推察される。
(2) Distribution of oxygen element O Regarding the distribution of oxygen element O, as shown in FIGS. 32 (2) and 33 (2), in Comparative Example 6, a large amount of oxygen element O was present in the surface layer. The oxygen element O in the surface layer in Comparative Example 6 is assumed to be derived from AlO 2 forming the alumite film 20. Further, as shown in FIG. 34 (2) and FIG. 35 (2), also in Test Example 5, a large amount of oxygen element O was present in the surface layer. It is presumed that the oxygen element O in Test Example 5 is derived from silica (SiO 2 ) which is a main component of the silica-containing layer 41.
(3)ケイ素元素Siの分布
ケイ素元素Siの分布について、図32(3)及び図33(3)に示すように、比較例5では、ケイ素元素Siは極めて微量しか存在していなかった。一方、図34(3)に示すように、試験例5では表層にケイ素元素Siが多量に存在していた。そして、図35(3)に示すように、試験例5ではケイ素元素Siは、アルマイト皮膜20内に一部存在するとともに、アルマイト皮膜20に積層されたシリカ含有層41に多量に存在していた。これにより、試験例5において、アルマイト皮膜20の多孔質層22にシリカ30が封入されていることが推察されるとともに、シリカ30がシリカ含有層41に含まれていることが推察された。
(3) Distribution of Silicon Element Si Regarding the distribution of silicon element Si, as shown in FIG. 32 (3) and FIG. 33 (3), in Comparative Example 5, only a very small amount of silicon element Si was present. On the other hand, as shown in FIG. 34 (3), in Test Example 5, a large amount of silicon element Si was present in the surface layer. Then, as shown in FIG. 35 (3), in Test Example 5, the silicon element Si was partially present in the alumite film 20 and was present in a large amount in the silica-containing layer 41 laminated on the alumite film 20. . Thus, in Test Example 5, it was presumed that silica 30 was encapsulated in the porous layer 22 of the alumite coating 20, and that silica 30 was included in the silica-containing layer 41.
(4)硫黄元素Sの分布
硫黄元素Sの分布について、比較例6では、図32(4)に示すように、表層に硫黄元素Sが多量に存在しており、図33(4)に示すように、硫黄元素Sがアルマイト皮膜20に存在していることが確認できた。表層の硫黄元素Sはアルマイト皮膜20を形成する硫酸アルマイトに由来するものであると推察される。
一方、試験例5では、図34(4)に示すように、表層は硫黄元素Sの存在量が少なかったが、図35(4)に示すように、表層の内側には硫黄元素Sが多量に存在していた。表層の内側の硫黄元素Sは、アルマイト皮膜20を形成する硫酸アルマイトに由来していると推察される。そして、表層の硫黄元素Sは、アルマイト皮膜20上に形成されたシリカ含有層41に電解液(硫酸水溶液)由来の硫黄元素Sが残留したものと推察される。
(4) Distribution of sulfur element S Regarding the distribution of the sulfur element S, in Comparative Example 6, as shown in FIG. 32 (4), a large amount of the sulfur element S exists in the surface layer. Thus, it was confirmed that the sulfur element S was present in the alumite film 20. It is assumed that the sulfur element S in the surface layer is derived from the alumite sulfate forming the alumite film 20.
On the other hand, in Test Example 5, as shown in FIG. 34 (4), the surface layer had a small amount of sulfur element S, but as shown in FIG. 35 (4), a large amount of sulfur element S was present inside the surface layer. Existed. It is assumed that the sulfur element S inside the surface layer is derived from the alumite sulfate forming the alumite film 20. The sulfur element S in the surface layer is presumed to be the sulfur element S derived from the electrolytic solution (aqueous sulfuric acid solution) remaining in the silica-containing layer 41 formed on the alumite film 20.
(5)アルミニウム元素Alの分布
アルミニウム元素Alの分布について、図32(5)及び図33(5)に示すように、比較例6では、表層にアルミニウム元素Alが多量に存在していた。これはアルマイト皮膜20を形成するAlO2に由来するものと推察される。また、図34(5)に示すように、試験例5でも表層にアルミニウム元素Alが存在し、図35(5)に示すように、試験例5でも母材10にアルミニウム元素Alが多量に存在していた。これは、試験例5において表層に形成されたシリカ含有層41の厚さが、実施例1のクロム酸アルマイトからなるアルマイト皮膜の場合や実施例2における硫酸アルマイトからなるアルマイト皮膜の場合に比べて薄くなっているため、シリカ含有層41の下層のアルマイト皮膜20におけるアルミニウム元素Alが表層から検出されたものと推察される。
(5) Distribution of aluminum element Al Regarding the distribution of aluminum element Al, in Comparative Example 6, a large amount of aluminum element Al was present in the surface layer as shown in FIGS. 32 (5) and 33 (5). This is presumed to be derived from AlO 2 forming the alumite film 20. Further, as shown in FIG. 34 (5), the aluminum element Al exists in the surface layer also in Test Example 5, and as shown in FIG. 35 (5), also in Test Example 5, a large amount of the aluminum element Al exists in the base material 10. Was. This is because the thickness of the silica-containing layer 41 formed on the surface layer in Test Example 5 was smaller than that of the case of the alumite film made of the alumite chromate of Example 1 and the case of the alumite film made of the alumite sulfate of Example 2. It is presumed that the aluminum element Al in the alumite film 20 under the silica-containing layer 41 was detected from the surface layer because the thickness was reduced.
(6)マグネシウム元素Mgの分布
マグネシウム元素Mgの分布について、比較例6では、図32(6)及び図33(6)に示すように、マグネシウム元素Mgは母材10に存在し、表層には微量存在していた。これは、当該マグネシウム元素Mgは、母材10由来のマグネシウム元素Mgであって、母材10がアルマイト皮膜20により覆われていることにより、表層の存在量が低下したものと推察される。図34(6)及び図35(6)に示すように、試験例5でも、同様の状態となっていた。
(6) Distribution of magnesium element Mg Regarding the distribution of magnesium element Mg, in Comparative Example 6, as shown in FIG. 32 (6) and FIG. 33 (6), magnesium element Mg exists in base material 10 and the surface layer Trace amounts were present. This is presumed that the magnesium element Mg is the magnesium element Mg derived from the base material 10, and the base layer 10 is covered with the alumite film 20, so that the abundance of the surface layer is reduced. As shown in FIG. 34 (6) and FIG. 35 (6), a similar state was found in Test Example 5.
(7)ニッケル元素Niの分布
ニッケル元素Niの分布について、図32(7)、図33(7)に示すように、比較例6では、表層におけるニッケル元素Niの存在量は微量であったが、図34(7)及び図35(7)に示すように、試験例5では、表層におけるニッケル元素Niの存在量が、比較例6に比べて多かった。これは、本実施例における封孔工程S4で酢酸ニッケル封孔処理を行った際に、処理液の酢酸ニッケル水溶液に由来するニッケル元素Niが開口部31付近に残留したことによると推察される。加えて、アルマイト皮膜形成工程S2において母材10から陽イオンとなって電解液中に溶出したNiの一部が細孔23内に残ったことによるものとも考えられる。
(7) Distribution of Nickel Element Ni Regarding the distribution of nickel element Ni, as shown in FIGS. 32 (7) and 33 (7), in Comparative Example 6, the amount of nickel element Ni in the surface layer was very small. 34 (7) and FIG. 35 (7), in Test Example 5, the amount of nickel element Ni in the surface layer was larger than that in Comparative Example 6. This is presumably because nickel element Ni derived from the nickel acetate aqueous solution remained in the vicinity of the opening 31 when the nickel acetate sealing treatment was performed in the sealing step S4 in this embodiment. In addition, it is considered that a part of Ni eluted into the electrolyte as a cation from the base material 10 in the alumite film forming step S2 remained in the pores 23.
(8)カルシウム元素Caの分布
カルシウム元素Caの分布について、図32(10)及び図33(10)に示すように、比較例6では、表層においてカルシウム元素Caは実質的に存在していなかったが、図34(10)及び図35(10)に示すように、試験例5では、表層にカルシウム元素Caが微量存在していた。これは、表層のシリカ含有層41を形成する際に、コロイダルシリカ液中の微量のカルシウム元素Caがシリカ含有層41内に残留したことに起因すると推察される。
(8) Distribution of calcium element Ca Regarding the distribution of calcium element Ca, as shown in FIGS. 32 (10) and 33 (10), in comparative example 6, calcium element Ca was not substantially present in the surface layer. However, as shown in FIGS. 34 (10) and 35 (10), in Test Example 5, a trace amount of calcium element Ca was present in the surface layer. This is presumed to be due to the fact that a trace amount of calcium element Ca in the colloidal silica liquid remained in the silica-containing layer 41 when the surface silica-containing layer 41 was formed.
(9)その他の元素の分布
その他の元素の分布については、比較例6及び試験例5においても同等の傾向を示していた。
(9) Distribution of Other Elements Regarding the distribution of other elements, Comparative Example 6 and Test Example 5 showed the same tendency.
次に、試験例6における皮膜における含有元素の割合を評価した。図36に示すように、試験例6の断面において、アルマイト皮膜20の厚さt1は6.803〜6.845μmであった。そして、アルマイト皮膜20において、母材10に近い皮膜深部A、皮膜深部Aよりも外表側であって厚さ方向の略中央位置の皮膜中央部B、皮膜中央部Bよりも外表側の外表近傍部Cのそれぞれにおける含有元素の割合を、第1の評価試験の場合と同様に検出し、検出結果を下記の表9に示した。 Next, the ratio of the contained elements in the coating in Test Example 6 was evaluated. As shown in FIG. 36, in the cross section of Test Example 6, the thickness t1 of the alumite film 20 was 6.803 to 6.845 μm. Then, in the alumite coating 20, the coating deep portion A close to the base material 10, the coating central portion B on the outer surface side of the coating deep portion A and substantially at the center in the thickness direction, and the outer surface near the outer surface side of the coating central portion B The proportion of the contained element in each of the parts C was detected in the same manner as in the case of the first evaluation test, and the detection results are shown in Table 9 below.
表9に示すように、アルマイト皮膜20において、外表側に位置する程、Siの含有量が増加していることが分かる。そして、図32〜図35に示すEPMAマッピング分析を勘案すると、試験例5、6においてシリカ30がアルマイト皮膜20に入り込むとともに、アルマイト皮膜20の外表にシリカ30を含むシリカ含有層41が形成されたことが推察される。 As shown in Table 9, it can be seen that in the alumite film 20, the Si content increases as it is located on the outer surface side. In view of the EPMA mapping analysis shown in FIGS. 32 to 35, in Test Examples 5 and 6, the silica 30 entered the alumite film 20, and the silica-containing layer 41 containing the silica 30 was formed on the outer surface of the alumite film 20. It is inferred that:
本実施例のターボチャージャ用のコンプレッサインペラ1では、アルマイト皮膜20がシュウ酸アルマイトからなることにより、アルマイト皮膜20における母材10への密着性及び柔軟性が一層高まる。また、シュウ酸アルマイトはある程度の柔軟性を有するため、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20にはクラックが比較的発生しにくい。また、シュウ酸アルマイトからなるアルマイト皮膜20は高い耐食性を示す。 In the compressor impeller 1 for a turbocharger of the present embodiment, since the alumite film 20 is made of alumite oxalate, the adhesion and flexibility of the alumite film 20 to the base material 10 are further enhanced. Further, since oxalic acid alumite has a certain degree of flexibility, cracks are relatively unlikely to occur in the alumite film 20 made of oxalic alumite. Further, the alumite film 20 made of oxalic acid alumite exhibits high corrosion resistance.
さらに、本実施例では、シュウ酸アルマイトによる細孔がストレート状に伸びているため、シリカ封入工程S3において電気泳動による多孔質層22の細孔へのシリカ封入が容易となっている。なお、本例においても、実施例1においてアルマイト皮膜20がクロム酸アルマイトからなることにより奏される作用効果を除いて、実施例1と同等の作用効果を奏する。 Furthermore, in this embodiment, since the pores formed by the oxalic acid alumite are elongated in a straight line, the silica is easily encapsulated into the pores of the porous layer 22 by electrophoresis in the silica enclosing step S3. Also in this example, the same operation and effect as those of the first embodiment are obtained, except for the operation and effect obtained when the alumite film 20 is made of the alumite chromate in the first embodiment.
本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施例に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
1 コンプレッサインペラ
10 母材
20 アルマイト皮膜
21 バリア層
22 多孔質層
23 細孔
30 シリカ
31 開口部
40 シリカ層
41 シリカ含有層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor impeller 10 Base material 20 Alumite film 21 Barrier layer 22 Porous layer 23 Pore 30 Silica 31 Opening 40 Silica layer 41 Silica containing layer
Claims (10)
該母材の表面を被覆するバリア層と、該バリア層に積層されるとともに複数の細孔を有する多孔質層とを含むアルマイト皮膜と、
を備え、
上記細孔には非晶質シリカが封入されている、ターボチャージャ用のコンプレッサインペラ。 A base material made of aluminum or an aluminum alloy,
A barrier layer covering the surface of the base material, and an alumite film including a porous layer laminated on the barrier layer and having a plurality of pores,
With
A compressor impeller for a turbocharger, wherein amorphous silica is sealed in the pores.
上記細孔に非晶質シリカを封入するシリカ封入工程と、
を含むターボチャージャ用のコンプレッサインペラの製造方法。 A base material made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in an electrolytic solution, the surface of the base material is subjected to an anodic oxide film treatment, and a barrier layer covering the surface of the base material is provided. An alumite film forming step of forming an alumite film including a porous layer having pores of
A silica encapsulation step of encapsulating amorphous silica in the pores,
A method for producing a compressor impeller for a turbocharger, including:
該母材の表面を被覆するバリア層と、該バリア層に積層されるとともに複数の細孔を有する多孔質層とを含むアルマイト皮膜と、
を備え、
上記細孔には非晶質シリカが封入されており、
上記アルマイト皮膜は、硫酸アルマイト又はシュウ酸アルマイトからなる、ターボチャージャ用のコンプレッサインペラ。 A base material made of aluminum or an aluminum alloy,
A barrier layer covering the surface of the base material, and an alumite film including a porous layer laminated on the barrier layer and having a plurality of pores,
With
Amorphous silica is sealed in the pores,
The compressor impeller for a turbocharger, wherein the alumite film is made of alumite sulfate or alumite oxalate.
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