特許 6776656 アルミニウム系合金材の製造方法およびピストンの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6776656

(24)【登録日】2020年10月12日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】アルミニウム系合金材の製造方法およびピストンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25D 11/04 20060101AFI20201019BHJP

   C22C 21/00 20060101ALI20201019BHJP

   C22C 21/02 20060101ALI20201019BHJP

   C25D 11/06 20060101ALI20201019BHJP

   F02F 3/00 20060101ALI20201019BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20201019BHJP

   F02F 3/14 20060101ALI20201019BHJP

   F16J 1/01 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   C25D11/04 308

   C22C21/00 C

   C22C21/02

   C25D11/06 C

   F02F3/00 G

   F02F3/10 B

   F02F3/14

   F16J1/01

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-127717(P2016-127717)

(22)【出願日】2016年6月28日

(65)【公開番号】特開2018-3053(P2018-3053A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 建興

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩高

【審査官】 池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−０９４０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２６９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１６０５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２６９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０３８２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６２１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２６６９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ １１／０４

Ｃ２２Ｃ ２１／００

Ｃ２２Ｃ ２１／０２

Ｃ２５Ｄ １１／０６

Ｆ０２Ｆ ３／００

Ｆ０２Ｆ ３／１０

Ｆ０２Ｆ ３／１４

Ｆ１６Ｊ １／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金に対して、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する電解液で０．５時間以上の陽極酸化処理を施す、アルミニウム系合金材の製造方法。

【請求項2】

Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金から鋳造された内燃機関用ピストン母材に対して、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する電解液で０．５時間以上の陽極酸化処理を施す、内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項3】

上記陽極酸化処理を、少なくとも、上記内燃機関用ピストン母材の頂面を形成する壁面または燃焼室を形成する壁面に施す、請求項２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム系合金材、内燃機関用ピストン、内燃機関、アルミニウム系合金材の製造方法およびピストンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム（Ａｌ）系合金の陽極酸化膜（アルマイトともいう。）は、非常に硬質であり、かつ、広い温度域で耐食性および耐摩耗性に優れるという特性を有する。また、Ａｌ系合金の中でも、Ａｌおよびシリコン（Ｓｉ）を含む過共晶合金（以下、単に「Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金」ともいう。）は、さらに、熱膨張係数が小さく、かつ、耐摩耗性もより高いという特性を有する。そのため、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の陽極酸化膜を有するアルミニウム系合金材は、内燃機関のピストンなどの、熱的および機械的な負荷を繰り返し受ける部材に好ましく用いられる。

【0003】

たとえば、特許文献１には、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金から作製された内燃機関用のピストンが記載されている。このピストンのトップリング溝部の内面には、厚さ１０〜５０μｍの陽極酸化膜が形成され、さらに上記陽極酸化膜の表面には１０〜４０μｍの大きさの初晶Ｓｉ粒子が分散露呈している。特許文献１には、硬質な陽極酸化膜をトップリング溝部の内面に形成することで、上記内面の摩耗や上記内面からのスカッフの発生が抑制され、さらに、陽極酸化膜の表面から分散露呈した硬質の初晶Ｓｉ粒子が相手材からの荷重を支持することで、陽極酸化膜の摩耗が抑制されると記載されている。

【0004】

また、特許文献２にも、初晶Ｓｉ粒子の大きさが５０μｍ以下であるＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金から作製された、内燃機関用のピストンが記載されている。このピストンの頂部には、厚さ３０〜１５０μｍの陽極酸化膜が形成されている。特許文献２には、ピストンの燃焼室端部への亀裂の発生を硬質アルマイトが抑制することができ、かつ、初晶Ｓｉ粒子の大きさを微細にしたことで、アルマイト層の強度がさらに高まると記載されている。特許文献２には、溶解させたＡｌ−Ｓｉ系合金を高圧（少なくとも５００ｋｇ／ｃｍ^２）で鋳造することで、初晶Ｓｉ粒子の大きさを５０μｍ以下にすることができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１−１９０９５１号公報

【特許文献2】特開昭６１−２２９９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金から形成した陽極酸化膜を有するアルミニウム系合金材には、その遮熱性をより高めたいという要求が存在する。たとえば、より遮熱性を高めた上記アルミニウム系合金材を内燃機関用ピストンに用いると、燃焼室内からピストン内部へ熱が伝達することによる冷却損失が抑制され、内燃機関の燃費をさらに低くできると考えられる。内燃機関の燃費が低くなれば、環境への負荷を低減させたり、ユーザーの金銭的負担を軽減させたりできると期待される。

【0007】

上記事情に鑑み、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金から形成した陽極酸化膜を有するアルミニウム系合金材であって、遮熱性がより高いアルミニウム系合金材を提供すること、そのようなアルミニウム系合金材を用いたピストンおよび内燃機関を提供すること、ならびにそのようなアルミニウム系合金材およびピストンの製造方法を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の側面において、上記目的は、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金と、成膜方向に層分離している初晶Ｓｉ粒子がその表面または内部に分散した前記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の陽極酸化膜とを含むアルミニウム系合金材、上記アルミニウム系合金材を表面に有する内燃機関用ピストン、および上記内燃機関用ピストンを有する内燃機関によって達成される。

【0009】

また、本発明の他の側面において、上記目的は、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金に対して、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する電解液で０．５時間以上の陽極酸化処理を施すアルミニウム系合金材の製造方法、およびＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金から鋳造された内燃機関用ピストン母材に対して、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する電解液で０．５時間以上の陽極酸化処理を施す内燃機関用ピストンの製造方法によって達成される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金から形成した陽極酸化膜を有するアルミニウム系合金材であって、遮熱性がより高いアルミニウム系合金材、そのようなアルミニウム系合金材を用いたピストンおよび内燃機関、ならびにそのようなアルミニウム系合金材およびピストンの製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】図１Ａは本発明の一実施形態に係るアルミニウム系合金材の断面写真である。

【図1B】図１Ｂは上記実施形態に係る別のアルミニウム系合金材の断面写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明者は、鋭意研究の結果、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金から形成した陽極酸化膜中で初晶Ｓｉ粒子を層分離させる技術を開発し、初晶Ｓｉ粒子が層分離すると、上記陽極酸化膜の遮熱性がより高まることを見出した。すなわち、本発明の一実施形態に係るアルミニウム系合金材は、陽極酸化膜を含み、さらに、その断面写真である図１Ａおよび図１Ｂに示すように、陽極酸化膜の表面または内部に分散した初晶Ｓｉ粒子が上記陽極酸化膜の成膜方向に層分離している。上記層分離した初晶Ｓｉ粒子は、各層の間に、熱伝導率が低い空気を含んでいる。そのため、上記層分離した初晶Ｓｉ粒子を有する陽極酸化膜は、初晶Ｓｉ粒子が層分離していない従来の陽極酸化膜よりも高い遮熱性を有すると考えられ、このような陽極酸化膜を有するアルミニウム系合金材は、従来のアルミニウム系合金材よりも高い遮熱性を有すると考えられる。

【0013】

以下に、本発明の代表的な実施形態を詳細に説明する。

【0014】

１．アルミニウム系合金材
本発明の一実施形態に係るアルミニウム系合金材は、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合と、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合の陽極酸化膜とを含み、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、上記陽極酸化膜では初晶Ｓｉ粒子が陽極酸化膜の成膜方向に層分離している。

【0015】

上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金は、ＡｌおよびＳｉを含む合金（Ａｌ−Ｓｉ系合金）であり、共晶点よりもＳｉの含有量が多い、過共晶の合金である。Ｓｉの含有量は、１０．５質量％以上３０．０質量％以下とすることができる。層分離をより生じやすくする観点からは、Ｓｉの含有量は１０．５質量％以上２０．０質量％以下、好ましくは１０．５質量％以上１５．０質量％以下、より好ましくは１０．５質量％以上１３．０質量％以下、さらに好ましくは１１．０質量％以上１３．０質量％以下とすることができる。

【0016】

上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金は、ＡｌおよびＳｉ以外の元素を含んでもよい。上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金が含みうる元素の例には、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびリン（Ｐ）などが含まれる。

【0017】

上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金中の上記Ｃｕ、ＮｉおよびＭｇの含有量は、十分な大きさの初晶Ｓｉが生成する限りにおいて限定されないが、たとえば、Ｃｕの含有量は１．０質量％以上６．０質量％以下、Ｎｉの含有量は１．０質量％以上３．５質量％以下、Ｍｇの含有量は０．１質量％以上１．０質量％以下、などとすることができる。

【0018】

一方で、上記Ｐは初晶Ｓｉをより小さくするために添加される元素であるが、本実施形態で初晶Ｓｉをより層分離させやすくする観点からは、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金中の上記Ｐの含有量は少ないことが好ましく、たとえば１０ｐｐｍ以上１２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以上９５ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以上９０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以上８０ｐｐｍ以下とすることができる。

【0019】

アルミニウム系合金材中の各元素の比率は、発光分光分析法などの公知の方法で測定することができる。

【0020】

上記陽極酸化膜は、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を電解液に接触させ、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を陽極として上記電解液に通電させることで形成される、酸化アルミニウムを主成分とする皮膜である。上記通電によりＡｌが酸化して皮膜が厚くなる方向に上記皮膜が成長するが、このとき、Ａｌの一部は溶解して細孔となり、上記細孔から上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の深さ方向にも上記皮膜が形成されていく。そのため、上記陽極酸化膜は、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の深さ方向にも浸食して成膜されるという特徴、および、その成膜方向に伸びる細孔と上記細孔を取り囲む孔壁とが形成され得るという特徴を有する。本発明において、陽極酸化膜の成膜方向（あるいは単に「成膜方向」）というときは、上記皮膜が厚くなる方向（上記陽極酸化膜の深さ方向）を意味する。

【0021】

本実施形態においては、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金中の初晶Ｓｉは、上記陽極酸化膜が成膜するときのアルミニウムもしくは酸化アルミニウムの熱膨張または電流により、成膜方向に伸長する方向への応力を受けて、成膜方向に割れて層分離すると考えられる。より多くの初晶Ｓｉを層分離させたり、それぞれの初晶Ｓｉをより細かい層に分離させたりして、アルミニウム系合金材の遮熱効果をより高める観点からは、より長い時間の陽極酸化処理を施して、膜厚がより厚い陽極酸化膜を形成することが好ましい。このような観点からは、上記陽極酸化膜の膜厚は５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましく、１２０μｍ以上２５０μｍ以下であることがさらに好ましい。

【0022】

上記初晶Ｓｉは、加熱溶解させた上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を冷却するときに析出するＳｉの相である。本実施形態においては、上記陽極酸化膜の表面または内部に、成膜方向に層分離した初晶Ｓｉが分散している。なお、初晶Ｓｉは、陽極酸化膜の表面または内部のみならず、上記陽極酸化膜を構成しない上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の領域にも分散していてもよい。

【0023】

初晶Ｓｉを大きくしてより層分離させやすくし、一方で初晶Ｓｉが大きすぎることによる合金の強度の低下を抑制する観点からは、上記初晶Ｓｉの粒子径は、たとえば、１０μｍ以上１００μｍ、好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

【0024】

初晶Ｓｉの粒子径は、たとえば、アルミニウム系合金材の任意の断面中に存在する２０個の初晶Ｓｉの粒子径（長径と短径との加算平均）を測定し、測定された粒子径の加算平均を求めて、算出することができる。

【0025】

アルミニウム系合金材の遮熱効果をより高める観点からは、より多くの上記初晶Ｓｉが層分離していることが好ましい。このような観点からは、上記陽極酸化膜の成膜方向における断面に、陽極酸化膜の表面が延在する方向に２０ｍｍの幅を有する、前記陽極酸化膜の厚み分の領域を設定するとき、上記領域中に少なくとも１個の層分離した初晶Ｓｉが存在する領域が、任意に設定した２０個の上記領域の中に１５個以上存在することが好ましい。

【0026】

また、アルミニウム系合金材の遮熱効果をより高める観点からは、上記初晶Ｓｉはより細かく層分離していることが好ましい。このような観点からは、上記陽極酸化膜の成膜方向における断面に、陽極酸化膜の表面が延在する方向に５００μｍの幅を有する、前記陽極酸化膜の厚み分の領域を設定するとき、上記領域中に５層以上に層分離した初晶Ｓｉが存在する領域が、任意に設定した２０個の上記領域の中に１２個以上存在することが好ましい。なお、このとき、成膜方向に略直行する方向に、初晶Ｓｉの幅の半分以上を占める連続した層の数を、層分離した初晶Ｓｉの層の数とする。

【0027】

上記アルミニウム系合金材は、高い遮熱効果を有する。たとえば、上記アルミニウム系合金材の熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍｋ以上０．６５Ｗ／ｍｋ以下、好ましくは０．２０／ｍｋ以上０．４０Ｗ／ｍｋ以下、より好ましくは０．２０Ｗ／ｍｋ以上０．３５Ｗ／ｍｋ以下、さらに好ましくは０．２０Ｗ／ｍｋ以上０．３０Ｗ／ｍｋとすることができる。

【0028】

上記熱伝導率は、レーザフラッシュ法などの公知の非定常法で測定した値とすることができる。

【0029】

２．内燃機関用ピストン
本発明の別の実施形態に係る内燃機関用ピストンは、前述の実施形態に係るアルミニウム系合金材を少なくともその表面の一部に含む、内燃機関用ピストンである。このとき、上記アルミニウム系合金材は、上記陽極酸化膜がピストンの表面側に位置するように、上記内燃機関用ピストンに含まれる。

【0030】

上記内燃機関用ピストンは、前記アルミニウム系合金材の高い遮熱効果により、冷却損失を抑制し、内燃機関の燃費を低くすることができる。

【0031】

燃焼室内からピストン内部へ熱が伝達することによる冷却損失をより抑制し、上記内燃機関用ピストンの遮熱効果をより高める観点からは、上記内燃機関用ピストンは、少なくともピストンの頂面を形成する壁面または燃焼室を形成する壁面の一部に上記陽極酸化膜を有することが好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面または燃焼室を形成する壁面の全面に上記陽極酸化膜を有することがより好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面および燃焼室を形成する壁面の両方に上記陽極酸化膜を有することがより好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面および燃焼室を形成する壁面の両方の全面に上記陽極酸化膜を有することがさらに好ましい。このとき、上記陽極酸化膜はピストンの最外層を形成していてもよく、上記陽極酸化膜の表面に別の皮膜が形成されていてもよい。

【0032】

上記内燃機関用ピストンは、ガソリンエンジン用ピストンでもディーゼルエンジン用ピストンでもよいが、燃焼室がより広いために冷却損失の問題がより生じやすいという特性を有するディーゼルエンジン用ピストンにおいて、前記アルミニウム系合金材の高い遮熱効果による燃費の低減がより顕著に見られる。

【0033】

３．内燃機関
本発明の別の実施形態に係る内燃機関は、前述の実施形態に係る内燃機関用ピストンを含む内燃機関である。内燃機関は複数のピストンを備えていてもよく、このとき、上記複数のピストンのうち少なくとも１個が前記内燃機関用ピストンであればよいが、上記複数のピストンのすべてが前記内燃機関用ピストンであることが好ましい。

【0034】

上記内燃機関は、前記アルミニウム系合金材の高い遮熱効果により、冷却損失が抑制され、自動車などの燃費を低くすることができる。

【0035】

上記内燃機関は、ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでもよいが、燃焼室がより広いために冷却損失の問題がより生じやすいという特性を有するディーゼルエンジン用ピストンにおいて、前記アルミニウム系合金材の高い遮熱効果による燃費の低減がより顕著に見られる。

【0036】

４．アルミニウム系合金材の製造方法
前記アルミニウム系合金材は、上述したＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金に対して、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する電解液で０．５時間以上の陽極酸化処理を施して、作製することができる。

【0037】

上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金は、Ａｌ、Ｓｉおよび任意に含まれるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｐおよびその他の微量元素を所定の割合で含有する合金溶湯を冷却または加圧凝固させて、作製することができる。上記合金溶湯中の上記各元素の比率は、たとえば上述した各元素の組成と同様にすればよい。上記合金溶湯は、個別に用意した上記各元素を加熱し互いに溶解させて作製してもよいし、ＪＩＳ Ｈ ５２０２で規定されるＡＣ８Ａ、ＡＣ９ＡおよびＡＣ９Ｂなどの規格品を溶解させて作製してもよい。

【0038】

成形を容易にする観点からは、加圧凝固が好ましい。このとき、初晶Ｓｉの粒子径をより大きくして、層分離を生じさせやすくする観点からは、合金溶湯に加圧する加圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ^２以上１０００ｋｇ／ｃｍ^２未満であることが好ましく、２．０ｋｇ／ｃｍ^２以上５００ｋｇ／ｃｍ^２未満であることがより好ましく、２．０ｋｇ／ｃｍ^２以上１００ｋｇ／ｃｍ^２未満であることがさらに好ましく、２．０ｋｇ／ｃｍ^２以上５０ｋｇ／ｃｍ^２未満であることがさらに好ましい。

【0039】

このとき、上記合金溶湯を内燃機関用ピストンの形状を有する型に入れて冷却または加圧凝固させることで、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を内燃機関用ピストンの形状に成形することができる（本発明において、陽極酸化処理を施す前の、内燃機関用ピストンの形状に成形した合金を、「内燃機関用ピストン母材」ともいう。）。

【0040】

上記陽極酸化処理は、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を電解液に接触させ、上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を陽極として上記電解液に通電させることで、陽極酸化処理する公知の方法で施すことができる。このとき、上記電解液は、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の硫酸および０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の有機酸を含有する。また、上記通電は０．５時間以上行う。

【0041】

上記有機酸は、陽極酸化処理に通常用いられる有機酸、たとえば２個以上のカルボキシル基を有する有機酸であればよい。このような有機酸の例には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、イタコン酸、リンゴ酸、酒石酸およびクエン酸などが含まれ、これらのうち、シュウ酸およびクエン酸が好ましい。

【0042】

陽極酸化処理には、硫酸などの無機酸を含有する電解液が用いられることが多い。しかし、本発明者の知見によれば、硫酸のみを含有する電解液を用いて陽極酸化処理を行うと、初晶Ｓｉはほとんど層分離しない。これに対し、硫酸と上記有機酸とを含有する電解液を用いた陽極酸化処理では、陽極酸化膜の密度が高くなるため十分な応力が初晶Ｓｉに印加され、より層分離が生じやすくなる。また、上記硫酸と有機酸とを含有する電解液を用いた陽極酸化処理では、より強度が高く、かつ多孔質の陽極酸化膜を形成することができる。そのため、このようにして製造された陽極酸化膜は、内燃機関のピストンなどの、熱的および機械的な負荷を繰り返し受ける部材に好ましく用いることができる。

【0043】

上記硫酸の濃度は、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下であればよく、１．０ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。

【0044】

上記有機酸の濃度は、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下であればよく、０．０８ｍｏｌ／Ｌ以上０．１５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。

【0045】

上記硫酸と上記有機酸との濃度比は、（硫酸の濃度）／（有機酸の濃度）＝１／２０以上１／５以下となる濃度比が好ましく、（硫酸の濃度）／（有機酸の濃度）＝１／１５以上１／８以下となる濃度比がより好ましい。

【0046】

上記電解液の温度は、通常の陽極酸化処理を施す際の温度と同等であればよく、たとえば０℃以上１０℃以下、好ましくは０℃以上４℃以下とすることができる。

【0047】

上記通電の電流密度も、通常の陽極酸化処理を施す際の電流密度と同等であればよく、たとえば２．０Ａ／ｄｍ^２以上３０Ａ／ｄｍ^２以下、好ましくは６Ａ／ｄｍ^２以上１５Ａ／ｄｍ^２以下とすることができる。

【0048】

上記通電は０．５時間以上行う。本実施形態では、上記通電を０．５時間以上行い、長時間かけて初晶Ｓｉに応力を印加することで、初晶Ｓｉを十分に層分離させる。通電時間は、作製しようとする陽極酸化膜の厚みに応じて決定することができ、たとえば、０．５時間以上４．０時間以下、好ましくは０．５時間以上３．０時間以下、より好ましくは０．５時間以上１．５時間以下、さらに好ましくは０．５時間以上１．０時間以下とすることができる。

【0049】

上記方法による陽極酸化処理を、上述したＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金から鋳造された内燃機関用ピストン母材に対して施すことで、上述した内燃機関用ピストンを製造することができる。遮熱効果がより高いピストンを製造する観点からは、上記陽極酸化処理は、少なくともピストンの頂面を形成する壁面または燃焼室を形成する壁面の一部に施すことが好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面または燃焼室を形成する壁面の全面に施すことがより好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面および燃焼室を形成する壁面の両方に施すことがより好ましく、ピストンの頂面を形成する壁面および燃焼室を形成する壁面の両方の全面に施すことがさらに好ましい。

【0050】

上記方法で製造したアルミニウム系合金材および内燃機関用ピストンには、トリミングおよび仕上げ加工などを含む後処理をさらに施してもよい。

【実施例】

【0051】

以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0052】

１．試験片の作製
１−１．試験片１
円形形状（１２．５ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）のＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金（Ｓｉ：１１．８質量％、Ｃｕ：３．５質量％、Ｎｉ：１．９質量％、Ｍｇ：０．８質量％、Ｐ：９０ｐｐｍ）を、片面をマスキングして、１．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸および０．１ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸を含む電解液に浸漬し、電流密度を１０Ａ／ｄｍ^２とした電流を５０分通電して、マスキングしなかった面に陽極酸化膜を有する試験片１を得た。

【0053】

１−２．試験片２
上記Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金を、組成が異なるＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金（Ｓｉ：１３．０質量％、Ｃｕ：４．０質量％、Ｎｉ：２．１質量％、Ｍｇ：０．５５質量％、Ｐ：４５ｐｐｍ）とした以外は試験片１と同様にして、片面に陽極酸化膜を有する試験片２を得た。

【0054】

１−３．試験片３
上記通電時間を８０分とした以外は試験片１と同様にして、片面に陽極酸化膜を有する試験片３を得た。

【0055】

１−４．試験片４
上記電解液を、２．０ｍｏｌ／Ｌの硫酸を含むが有機酸を実質的に含まない電解液とし、上記通電時間を１５分とした以外は試験片１と同様にして、片面に陽極酸化膜を有する試験片４を得た。

【0056】

２．測定および評価
試験片１〜試験片４を切断して断面を倍率１０００倍で撮像した顕微鏡写真から、陽極酸化膜の表面または内部に分散した初晶Ｓｉの粒子径、および陽極酸化膜の膜厚を測定した。また、上記顕微鏡写真を観察して初晶Ｓｉが層分離しているか否かを判定した。

【0057】

初晶Ｓｉの粒子径および陽極酸化膜の膜厚は、画像処理ソフト（イノテック株式会社製、Quick Grain）によって測定した。

【0058】

初晶Ｓｉが層分離しているか否かは、上記顕微鏡写真に写っている初晶Ｓｉを目視で観察し、その成膜方向に略直行する方向に、初晶Ｓｉの幅の半分以上を占める連続した層が２つ以上あるとき、初晶Ｓｉが層分離していると判断した。

【0059】

また、熱物性測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製、ＬＦＡ ４５７ ＭｉｃｒｏＦｌａｓｈ）によって、レーザフラッシュ法により、試験片１〜試験片４の熱伝導率を測定した。

【0060】

試験片１〜４の上記測定および評価結果（Ｓｉの含有量、初晶Ｓｉ粒子の粒子径、陽極酸化膜の膜厚、層分離の有無および熱伝導率）を表１に示す。

【0061】

【表1】

【0062】

陽極酸化膜に分散した初晶Ｓｉが層分離している試験片１〜３は、初晶Ｓｉが層分離していない試験片４よりも熱伝導率が低かった。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明のアルミニウム系合金材は、陽極酸化膜を有する従来のアルミニウム系合金材よりも熱伝導率が低いという特長を有する。そのため、本発明のアルミニウム系合金材を内燃機関用ピストンの頂部および燃焼室、好ましくはディーゼルエンジン用ピストンの頂部および燃焼室に形成すると、内燃機関の燃費を低減することが可能となり、環境への負荷を低減させ、ユーザーの金銭的負担を軽減させることが期待される。

【図1A】

【図1B】