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CN105339531B - 铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞 - Google Patents

铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞 Download PDF

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Abstract

提供一种具有高绝热性和高均热性二者的铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞。表面形成有覆膜的铝构件至少包括：第一被覆膜2，其形成在铝构件1的表面上；和第二被覆膜3，其形成在第一被覆膜2的表面上，并且其热导率高于第一被覆膜2的热导率。

Description

铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和 内燃机用活塞
技术领域
本发明涉及铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞。本申请要求2014年3月27日提交的日本专利申请No.2014-065955和2014年4月23日提交的日本专利申请No.2014-089274的优先权，通过参考将其整体并入本文中。
背景技术
以往，已要求由铝或铝合金制成的构件(下文中，称作铝构件)具有绝热性。例如，当此类铝构件用于形成内燃机的发动机的燃烧室的组件或者作为内燃机用活塞的一部分(下文中，也称作燃烧室的一部分)时，为了改进燃烧室内的热效率的目的，要求通过在构件上形成覆膜来改进构件的绝热性。
作为此类方法，已知可在燃烧室的由铝构件制成的气缸盖(cylinder head)的底面上形成阳极氧化覆膜作为遮热膜，从而赋予火花塞附近绝热性，并且随着距火花塞的距离增加，遮热膜的膜厚度逐渐减小，从而防止为异常燃烧的爆震(专利文献1)。还已知可以在燃烧室的由铝构件制成的壁面的至少一部分上形成阳极氧化覆膜作为遮热膜，并且使得在吸气阀侧的区域中壁面的至少一部分上的遮热膜的绝热性能高于排气阀侧的区域中壁面上的遮热膜的绝热性能(专利文献2)。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请2012-159059号公报
[专利文献2]日本专利申请2013-24143号公报
发明内容
如果像在内燃机用活塞的情况下在整个燃烧室内设置遮热板，则热在整个燃烧室内累积，并且难以消散。特别是在高负荷时，爆震倾向于发生。为了抑制此类爆震，必须实现绝热性和使壁面温度迅速均匀的均热性二者。
鉴于上述问题，本发明的目的为提供具有高绝热性和高均热性二者的铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞。
一方面，根据本发明的表面形成有覆膜的铝构件至少包括：第一被覆膜，其形成在铝构件的表面上；和第二被覆膜，其形成在第一被覆膜的表面上，并且其热导率高于第一被覆膜的热导率。
一方面，根据本发明的铝构件的表面形成覆膜的方法包括下列步骤：向铝构件施加交流直流重叠电解形成第二阳极氧化覆膜；向铝构件施加直流电解形成第一阳极氧化覆膜；和使用给定的成膜法在第二阳极氧化覆膜的表面上形成覆膜，该覆膜的热导率高于第一阳极氧化覆膜和第二阳极氧化覆膜的热导率。
本发明使得可得到具有高绝热性和高均热性二者的铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞。
附图说明
[图1]图1为示意性示出与根据本发明的铝构件的表面形成覆膜的方法和表面形成有覆膜的铝构件相关的表面形成有覆膜的铝构件的截面图。
[图2]图2为示意性示出与根据本发明的铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞相关的用于形成第一被覆膜的阳极氧化处理设备的构成图。
[图3]图3为用于说明根据本发明的铝构件的表面形成覆膜的方法中第一被覆膜和第二被覆膜的形成方法的示意性流程图。
[图4]图4为与铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞相关的试验例的试验片的截面照片。
具体实施方式
[表面形成有覆膜的铝构件的实施方案]
将参照附图进一步详细描述根据本发明的表面形成有覆膜的铝构件的实施方案。图1为示出本实施方案的表面形成有覆膜的铝构件的示意性截面图。如图1所示，表面形成有覆膜的铝构件包括铝构件1、第一被覆膜2和第二被覆膜3。注意，当铝构件1包含作为杂质和/或添加剂的硅时，硅5内包在第一被覆膜2中。表面形成有覆膜的铝构件优选作为燃烧室的一部分。在该情况下，不仅可赋予燃烧室所要求的高绝热性和高均热性，而且还可赋予如耐腐蚀性、耐冲击性、耐久性、拒水性和拒油性等多种性能。
铝构件1具有涂布有第一被覆膜2和第二被覆膜3的表面。铝构件1不仅可由铝制成，而且还可由含有如硅和铜等合金成分的铝合金，或者如含有此类合金成分的锻造铝材、铸造铝材或压铸铝材(ADC)等铝合金制成，并且铝构件1还包括通过将铝或铝合金加工成组件等得到的加工品。更具体地，铝合金的实例包括如AC4、AC8、AC8A和AC9等AC材料，如ADC10至ADC14等ADC材料和A1000至A7000等。注意，在本实施方案中，燃烧室的一部分所要求的“绝热性”指将从内燃机的燃烧部向外侧的热和/或从外侧向燃烧部的热隔绝的性能和/或功能。
铝构件1可包含杂质和/或添加剂。杂质和/或添加剂包括硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)、锌(Zn)、铁(Fe)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)和钛(Ti)等。这些杂质和/或添加剂相对于铝构件优选为8质量％以上且30质量％以下。铝构件1包含除铝以外的杂质元素。由于阳极氧化覆膜难以在所述杂质元素的周围生长，所以微气孔(间隙)倾向于在为阳极氧化覆膜的第一被覆膜2中形成。注意，在本实施方案中，硅5作为杂质的实例而示出。添加硅5以提高铝构件1的铸造性和耐磨耗性等。
第一被覆膜2设置在铝构件1的表面上，并且包括第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b。第一被覆膜2赋予铝构件1例如高绝热性、耐腐蚀性、耐冲击性、耐久性、拒水性和拒油性等多种功能。另外，第一被覆膜2构成为主要起到表面形成有覆膜的铝构件的绝热膜的功能。
第一阳极氧化覆膜2a为通过施加直流电解设置在铝构件1的表面上的多孔覆膜。第一阳极氧化覆膜2a由于直流电解法而具有规则的取向性。由于该原因，第一阳极氧化覆膜2a构成为具有比第二阳极氧化覆膜2b多的气孔(第一气孔)，并且具有高孔隙率。另外，还由于硅5等的存在而形成所述第一气孔。
存在于第一阳极氧化覆膜2a内部的许多第一气孔内的空气具有低热导率。因此，第一阳极氧化覆膜2a具有比第二阳极氧化覆膜2b高的绝热性。另外，第一阳极氧化覆膜2a具有耐腐蚀性，因而能够防止可能引起铝构件1的腐蚀的物质到达铝构件1。第一阳极氧化覆膜2a赋予铝构件1高绝热性和耐腐蚀性，并且与第二阳极氧化覆膜2b协作，赋予铝构件1高度可靠的绝热性能和耐腐蚀性能。
第二阳极氧化覆膜2b为通过施加交流直流重叠电解设置在铝构件1的表面上的多孔覆膜。第二阳极氧化覆膜2b具有多个气孔(第二气孔)。另外，还由于硅5等的存在而形成所述第二气孔。由于交流直流重叠电解法，第二阳极氧化覆膜2b具有起因于无规取向的致密性(denseness)。具体地，第二阳极氧化覆膜2b为相对于铝构件1的表面沿随机方向生长且不具有取向性的阳极氧化覆膜。由于该原因，第二阳极氧化覆膜2b具有比第一阳极氧化覆膜2a高的耐腐蚀性，并且能够防止可能引起铝构件1腐蚀的物质例如水到达铝构件1。更具体地，由于第二气孔沿随机方向取向，所以还可防止在一个方向的压力下可能引起腐蚀的物质水一次浸入多个孔中。注意，“致密性”指第二阳极氧化覆膜2b的孔隙率低于第一阳极氧化覆膜2a的孔隙率。
第二阳极氧化覆膜2b像盖子一样覆盖第一阳极氧化覆膜2a的第一气孔，而不堵塞第一气孔。以此方式，改进了第一阳极氧化覆膜2a的绝热性。换言之，第二阳极氧化覆膜2b赋予铝构件1高耐腐蚀性，并且还改进第一阳极氧化覆膜2a的绝热性。另外，第二阳极氧化覆膜2b具有高密度和高硬度，并且具有低表面粗糙度。注意，表述“具有低表面粗糙度”指第二阳极氧化覆膜2b的表面具有比第一阳极氧化覆膜2a的表面更好的平滑性。第二阳极氧化覆膜2b的良好平滑性对形成于第二阳极氧化覆膜2b的表面上的第二被覆膜3的平滑性产生影响，并且使得可改进第二被覆膜3的表面的平滑性。此外，第二阳极氧化覆膜2b具有纳米级的第二气孔，因而可赋予第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的接触部分(连接部分)锚固效果。这可改进第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的密合性。因此，可防止两覆膜彼此剥离。
第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b各自的膜厚度、孔隙率和硬度根据覆膜形成用的电解液的种类、温度或电解条件而变化。由于该原因，交流直流重叠电解和直流电解的处理可根据目的在不同电解液中或在不同温度下进行。另一方面，第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b优选在同一阳极氧化处理浴中形成，并且更优选在大致相同的温度条件下形成。在此情况下，第一阳极氧化覆膜2a的成分和第二阳极氧化覆膜2b的成分大致相同。因此，第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部(边界部)可连续地形成。这使得可得到一体的且强固的第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部。因此，防止第一阳极氧化覆膜2a的第一气孔被后述的封孔处理堵塞，从而可防止绝热性降低。另外，可防止阳极氧化覆膜之间的密合性不良或剥离等的发生。
作为用于形成第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b的阳极氧化处理液，可使用硫酸(H2SO4)、草酸(H2C2O4)、磷酸(H3PO4)和铬酸(H2CrO4)等的酸性浴，或氢氧化钠(NaOH)、磷酸钠(Na3PO4)和氟化钠(NaF)等的碱性浴中的任一种。表面上形成第一被覆膜2的铝构件1不限于使用特定的阳极氧化浴的情况，但从实用的观点，硫酸是优选的。当使用磷酸系浴时，可根据电解条件容易地增大第一阳极氧化覆膜2a的孔隙率。由于该原因，可改进第一阳极氧化覆膜2a的绝热性。
第一被覆膜2的膜厚度没有特别地限定。更具体地，从实用性的观点，第一被覆膜2的膜厚度优选为3μm至300μm。覆膜的膜厚度可设定为用途所必要的膜厚度。
如果必要的话，第一被覆膜2的气孔可通过封孔处理来封孔。封孔处理可以为使用沸水或通过将金属盐添加至沸水所得到的水溶液的高温水合型封孔处理，或使用强碱性水溶液的低温型封孔处理等；然而，封孔处理不限于特定的方法。当对包括第一被覆膜2的铝构件1进行封孔处理时，可得到其中用源自封孔处理液的生成物(未示出)将第一气孔和第二气孔封孔的第一阳极氧化覆膜和第二阳极氧化覆膜。这使得可在保持表面形成有覆膜的铝构件的绝热性的同时改进表面形成有覆膜的铝构件的耐腐蚀性。
另一方面，由于第一被覆膜2包括第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b，所以即使在不进行例如上述的封孔处理等腐蚀抑制处理的情况下，第一被覆膜2也具有足够高的耐热性和足够高的耐腐蚀性。由于该原因，也可省略封孔处理，但是第一被覆膜2可根据用途或目的进行例如上述封孔处理、洗涤处理、修复处理或涂装处理等处理。是否必须进行封孔处理可根据所需功能适当决定。在此情况下，可减少生产工数，从而可以以减少的生产成本得到表面形成有覆膜的铝构件。
第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率，并且形成于第一被覆膜2的表面上。第二被覆膜3构成为起到表面形成有覆膜的铝构件的热扩散膜的作用，并且设置在起到绝热膜作用的第一被覆膜2的表面上。另外，由于第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率，所以在该表面形成有覆膜的铝构件中，与在仅用第一被覆膜2涂布的表面形成有覆膜的铝构件中相比，可更加抑制通过热放射(辐射)的热转移。因此，在将热输入至设置有第一被覆膜2和第二被覆膜3的表面形成有覆膜的铝构件的表面的一定部位的情况下(下文中，该情况也称作输入热的情况)，可使位于表面形成有覆膜的铝构件的表面位置的第二被覆膜3的温度分布迅速均一。因此，可赋予表面形成有覆膜的铝构件良好的均热性。
由于第二被覆膜3形成于具有高平滑性的第二阳极氧化覆膜2b上，所以第二被覆膜3构成为具有小的表面积。因此，第二被覆膜3还有助于良好的绝热性，并且赋予铝构件1绝热性。另外，当表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分时，第二被覆膜3的表面的高平滑性使得可抑制燃料的附着或如煤烟等未燃物的固着和/或附着。此外，第二被覆膜3用由存在于第一被覆膜2的上层(第二阳极氧化覆膜2b)的纳米级的气孔赋予的锚固效果而密合至第一被覆膜2。这强固了第二被覆膜3与第一被覆膜2之间的密合，并且可防止两层覆膜彼此的剥离。
第二被覆膜3可由任何材料制成，只要该材料的热导率高于第一被覆膜2的热导率即可。更具体地，第二被覆膜3可以为镍(Ni)、银(Ag)、铜(Cu)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、钨(W)或钼(Mo)等的覆膜，或者可以为它们的复合体等。复合体为例如，为含有氮化铝粉末的镍镀层的复合镀层。注意，热转移包括三种，即，“热传导”、“对流”和“放射(辐射)”。如果第二被覆膜为反射放射的覆膜，则可期待通过防止放射热的传递来绝热。
只要第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率，则第二被覆膜3可起到表面形成有覆膜的铝构件的热扩散膜的功能。更具体地，第二被覆膜3的热导率优选为50W/(m·K)以上，并且更优选100W/(m·K)以上。如果热导率在上述范围内，则可实现良好的热转移。如果第二被覆膜3的热导率低于50W/(m·K)，则所得效果可能比预期的差。
[表面形成有覆膜的铝构件的实施方案]
通过描述具有上述构成的阳极氧化覆膜的操作方式，将参照附图进一步详细描述铝构件的表面形成覆膜的方法的一个实施方案。
图2为示出用于第一被覆膜形成步骤、第一阳极氧化覆膜形成步骤和/或第二阳极氧化覆膜形成步骤的阳极氧化处理设备10的概要的构成图。如图2所示，阳极氧化处理设备10包括收容阳极氧化处理液的电解浴槽11、浸渍于阳极氧化处理液中的阳极12和一对阴极13、导电线14和电源15。在阳极12位于一对阴极13之间的中心的情况下，一对阴极13在电解浴槽11内彼此对向配置。阳极12和一对阴极13经由导电线14连接至电源15。另外，阳极氧化处理设备10构成为经由阳极12、一对阴极13和导电线14通过电源15施加直流电解和交流直流重叠电解。
阳极氧化处理设备10优选包括能够搅拌阳极氧化处理液的搅拌设备(未示出)。这使得可防止由于产生的气泡等引起的局部燃烧，并且辅助第一被覆膜2均匀生长。另外，一对阴极13各自优选配置为：使浸渍于阳极氧化处理液中的阴极13的表面积可以为用作阳极12的铝构件1的表面积的20倍以上。可得到具有均匀的膜厚度的第一被覆膜2。当第一被覆膜2通过使用阳极氧化处理设备10而形成时，在阳极氧化处理液中铝构件1作为阳极12配置，钛(Ti)作为阴极13配置。通过电解阳极氧化处理液，在铝构件1的表面附近形成含有氧化铝作为主成分的第一被覆膜2，更具体地，第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b。注意，阴极13的材料可以为任意材料，只要该材料可起到阴极13的功能即可，并且除了钛以外，还可使用碳板、铝板和不锈钢板等。
图3为用于示出铝构件的表面形成覆膜的方法中第一被覆膜和第二被覆膜的形成方法的示意性流程图。如图3所示，在本实施方案中，在第一被覆膜形成步骤(S1)中形成第一被覆膜2，之后在第二被覆膜形成步骤(S2)中形成第二被覆膜3。更具体地，在第一被覆膜形成步骤(S1)中，在第一个阳极氧化覆膜形成步骤(S11)中形成第二阳极氧化覆膜2b，之后在第二个阳极氧化覆膜形成步骤(S12)中形成第一阳极氧化覆膜2a。之后，在第二被覆膜形成步骤(S2)中形成第二被覆膜3。
在第一个阳极氧化覆膜形成步骤(S11)中，第二阳极氧化覆膜2b通过向铝构件1施加交流直流重叠电解来形成。换言之，第一个阳极氧化覆膜形成步骤通过其中在直流电流上重叠交流电流的交流直流重叠法(下文中，该方法还称作交流直流重叠电解法)来进行。在该步骤中，第二阳极氧化覆膜2b在主要包括铝构件1的表面上部的表面附近形成。第二阳极氧化覆膜2b为通过施加交流直流重叠电解而设置在铝构件的表面附近且具有多个气孔(第二气孔)的多孔覆膜。第二阳极氧化覆膜2b由于无规取向而是致密的。因此，由于可使可能引起腐蚀的物质不太可能渗透至铝构件，所以耐腐蚀性高，硬度高，且表面粗糙度低(表面平滑)。注意，术语“致密”指第二阳极氧化覆膜2b的孔隙率低于第一阳极氧化覆膜2a的孔隙率。
在第一个阳极氧化覆膜形成步骤(S11)中形成的第二阳极氧化覆膜2b作为具有致密性的盖子覆盖第一阳极氧化覆膜2a的第一气孔，而不堵塞第一气孔。这使得可在保持第一被覆膜2的绝热性的同时改进第一被覆膜2的绝热性。另外，第二阳极氧化覆膜2b的致密性使得可防止可能引起腐蚀的物质到达铝构件1。总之，第二阳极氧化覆膜2b可赋予铝构件1高耐腐蚀性，并且还改进第一被覆膜2的绝热性。
第一个阳极氧化覆膜形成步骤(S11)中高频电流的频率优选为5kHz以上且20kHz以下，并且更优选10kHz以上且20kHz以下。另外，正极的电压优选为12V以上且70V以下，并且负极的电压优选为-10V以上且0V以下。在上述范围内，可改进覆膜厚度的均匀性并且得到均热性、耐腐蚀性、拒水性和拒油性在各部位变化少的第二阳极氧化覆膜2b。注意，通电时间没有特别地限定，并且可在实用时间内实施。
随后，在第一个阳极氧化覆膜形成步骤之后的第二个阳极氧化覆膜形成步骤(S12)中，通过向具有第二阳极氧化覆膜2b的铝材料1施加直流电解来形成第一阳极氧化覆膜2a(下文中，该方法也称作直流电解法)。该步骤中，第二阳极氧化覆膜2b在铝构件1的表面附近形成。换言之，第一阳极氧化覆膜2a形成于第二阳极氧化覆膜2b和铝构件1之间。由于其取向性，第一阳极氧化覆膜2a具有比第二阳极氧化覆膜2b多的气孔(第一气孔)。换言之，根据气孔的大小、数量和/或分布，第一阳极氧化覆膜2a是稀疏的，第二阳极氧化覆膜2b是致密的。另外，前述第一气孔还由于硅5等的存在而形成。
许多第一气孔存在于第二个阳极氧化覆膜形成步骤(S12)中形成的第一阳极氧化覆膜2a的表面和内部。由于第一气孔内的空气具有低热导率，所以第一阳极氧化覆膜2a的绝热性高于第二阳极氧化覆膜2b的绝热性。另外，第一阳极氧化覆膜2a还具有归因于氧化铝的耐腐蚀性，并且能够防止可能引起腐蚀的物质到达铝构件1。第一阳极氧化覆膜2a可赋予铝构件1耐腐蚀性，并且还可通过与第二阳极氧化覆膜2b的协同作用赋予铝构件1高度可靠的绝热性。
第一个阳极氧化覆膜形成步骤(S11)和第二个阳极氧化覆膜形成步骤(S12)可根据目的在不同阳极氧化处理液中或在不同温度下进行，但优选在同一阳极氧化处理液中进行，并且更优选进一步在同一温度下进行。在此情况下，第一阳极氧化覆膜2a的成分和第二阳极氧化覆膜2b的成分大致相同。因此，第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b可连续地形成。这使得可得到一体的且强固的通过直流电解形成的第一阳极氧化覆膜2a与通过交流直流重叠电解形成的第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部。因此，这消除了通过直流电解形成的阳极氧化覆膜的气孔可能在后述封孔处理中被阻塞的可能性，并且使得可防止绝热性的降低。另外，还可防止阳极氧化覆膜之间的密合性不良或剥离等的发生。这使得可得到高耐久性。注意，即使当不是同一阳极氧化处理液或同一温度时，尽管步骤增加，但可赋予阳极氧化覆膜2绝热性和耐腐蚀性。
作为阳极氧化处理液，可使用硫酸(H2SO4)、草酸(H2C2O4)、磷酸(H3PO4)和铬酸(H2CrO4)等的酸性浴，或氢氧化钠(NaOH)、磷酸钠(Na3PO4)和氟化钠(NaF)等的碱性浴中的任一种。表面上形成将进行后述的封孔处理的第一被覆膜2的铝构件1不限于使用特定的阳极氧化浴的情况，但从实用的观点，硫酸是优选的。
阳极氧化处理液的温度可为任意温度，只要第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b可在此温度下形成即可。更具体地，阳极氧化处理液的温度优选为5.0℃以上且30℃以下，并且更优选5.0℃以上且20℃以下。如果温度在上述范围内，例如，在消除了如硬质覆膜法(hard coating method)等涉及冷却至约0℃进行成膜的需要的同时，具有预定硬度的第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b二者可通过阳极氧化处理来形成。另外，改进了第一阳极氧化覆膜2a与第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部的连续性，从而可得到一体的且强固的第一被覆膜2。
接下来，在第二被覆膜形成步骤(S2)中，使用给定的成膜法在第一被覆膜2上形成第二被覆膜3(热扩散层)，所述第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率。成膜法可以是任意的，只要该成膜法具有期望的特性即可。作为成膜法，可使用例如，如电镀或化学镀等镀覆法，如喷涂法、刷涂法或丝网印刷等涂布法，CVD(chemical vapor deposition，化学气相沉积)，或者如真空气相沉积法、溅射法或离子镀覆等PVD(physical vapordeposition，物理气相沉积)。第二被覆膜3的膜厚度没有特别地限定，只要将厚度设定为可得到期望的特性即可。
第二被覆膜形成步骤(S2)中形成的第二被覆膜3可以为由如镍、银、铜、氮化铝、碳化硅、钨或钼等成分制成的覆膜，或由其复合体制成的覆膜。由复合体制成的覆膜为例如，为含有氮化铝粉末的镍镀层的复合镀层。
注意，一般的封孔处理可在第二被覆膜形成步骤(S2)和第一被覆膜形成步骤(S1)之间进行。封孔处理可为强碱性封孔浴、沸水封孔或镍盐封孔等，但不限于特定的封孔处理。在本实施方案的封孔处理步骤中，封孔液附着至第一被覆膜2的表面以使第一被覆膜2的气孔浸透于封孔液中。封孔液侵入第一被覆膜2的气孔，并且在气孔中形成化合物。特别地，封孔液主要侵入第二阳极氧化覆膜2b的第二气孔，并且在其中形成化合物。这使得可改进第一被覆膜2的绝热性。封孔处理步骤优选如下进行。具体地，将处理液涂布或喷射至具有第一被覆膜2的对象物上，或将对象物浸渍于处理液中。接着，将对象物保持在空气中，然后用水洗涤，并干燥。另外，优选具有第一被覆膜2的对象物浸渍于处理液中，在0.5分钟以上之后从处理液中取出，并且用水洗涤并干燥。基于涂布或喷射的封孔处理方法能够部分的封孔处理。由于该原因，在对大型组件处理时，处理时可不需要浸渍大型组件的大型槽。
当进行封孔处理步骤时，第二阳极氧化覆膜2b用作第一阳极氧化覆膜2a的盖子，并且覆盖第一气孔而不堵塞气孔。以该方式，在防止多个第一气孔被封孔的同时，第二气孔在封孔处理中封孔。这使得可防止封孔处理时第一阳极氧化覆膜2a的绝热性降低。另外，第一阳极氧化覆膜2a与第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部一体地且强固地形成。因此，封孔处理使得可改进耐腐蚀性，并且还防止第一被覆膜2的绝热性降低以及绝热性的可靠性降低。
另一方面，第一被覆膜形成步骤(S1)之后的第一被覆膜2即使在不进行如上述封孔处理等腐蚀抑制处理的情况下也具有足够高的耐热性和足够高的耐腐蚀性。由于该原因，在包括封孔处理、洗涤处理、修复处理和涂装处理等后处理中可省略封孔处理。是否必须进行封孔处理可根据所需功能适当确定。如果没有进行封孔处理，则可减少工数，并且可减少生产成本。
[由本实施方案解决的问题及作用效果]
在本实施方案中，作为表面形成有覆膜的铝构件的覆膜，在铝构件1上采用具有作为绝热膜的效果的第一被覆膜2，并且在第一被覆膜2上设置第二被覆膜3，所述第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率并且具有作为热扩散膜的效果。这使得与单独的单层阳极氧化覆膜的结构的情况相比，在该情况下可通过第一被覆膜2作为绝热膜的效果而赋予表面形成有覆膜的铝构件更高的绝热性。另外，由于第二被覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率，所以与单独的第一被覆膜2的情况相比，在该情况下可更加减少热转移的三种原理，即热传导、对流和放射(辐射)中的放射。这使得与单独的单层阳极氧化覆膜的结构的情况相比，在该情况下可通过第二被覆膜3作为热扩散膜的效果赋予表面形成有覆膜的铝构件更高的均热性。因此，可得到具有绝热性和均热性二者的表面形成有覆膜的铝构件。
另外，第一被覆膜2具有包括上层和下层的两层结构。通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜2b用作上层，和通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜2a用作下层。铝构件1包含除了铝以外的杂质元素。由于阳极氧化覆膜难以在杂质元素周围生长，所以微气孔(间隙)倾向于在杂质元素周围形成。当所述气孔作为开气孔存在于表面上时，绝热性降低。因此，必须堵塞气孔。在这方面，具有低孔隙率且致密的第二阳极氧化覆膜2b形成于具有高孔隙率且疏松的第一阳极氧化覆膜2a上。因此，在不堵塞具有高绝热性的第一阳极氧化覆膜2a中的纳米级和微米级的气孔的情况下，第一阳极氧化覆膜2a可用具有高耐腐蚀性的第二阳极氧化覆膜2b覆盖。因此，可得到具有高绝热性和高耐腐蚀性二者的表面形成有覆膜的铝构件。
此外，具有良好平滑性的第二阳极氧化覆膜2b用作第一被覆膜2的上层。因此，通过在第二阳极氧化覆膜2b的平滑的表面上形成第二被覆膜3，第二被覆膜3的表面也变得平滑。因此，可减少第二被覆膜3的表面积，并且改进表面形成有覆膜的铝构件的绝热性。
此外，具有纳米级气孔的第二阳极氧化覆膜2b用作第一被覆膜2的上层。这使得对于第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的密合性，可通过第二阳极氧化覆膜2b赋予锚固效果。因此，可改进第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的密合性，并且防止与铝构件1的接合或粘接的剥离。
此外，关于第一被覆膜2的第一阳极氧化覆膜2a与第二阳极氧化覆膜2b之间的密合性，采用其中使用同一处理溶液形成第一阳极氧化覆膜2a的步骤和形成第二阳极氧化覆膜2b的步骤的方法。这使第一阳极氧化覆膜2a的成分和第二阳极氧化覆膜2b的成分大致相同，并且第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b可连续地形成。由于该原因，可使第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部一体化且强固。因此，可防止两层阳极氧化覆膜之间的密合性不良和/或剥离。
此外，在第一被覆膜2的形成步骤中，即，在第一和第二阳极氧化覆膜的形成步骤之间，不插入其它步骤。这使得可在第一被覆膜2的形成步骤之间的移动中防止所形成的内部气孔闭塞。因此，可防止表面形成有覆膜的铝构件的生产步骤中绝热性的降低，并且减少步骤数和管理项目数的增加。
这里，例如，在日本专利申请2012-159059号公报(专利文献1)中示出的表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞的情况下，在燃烧室中火焰从火花塞以同心圆状扩展。由于该原因，即使当壁面的绝热性随着距火花塞的距离增加而逐渐降低时，也难以使壁面温度迅速均匀化。因此，存在以下问题：在远离火花塞的途中的位置、特别是倾向于发生爆震的吸气阀侧的区域中不能充分抑制爆震的问题。另外，在专利文献1中，在阳极氧化覆膜用作遮热膜的情况下，使用包括筒状夹具、凸状夹具和吸引源等的排出机构。通过使用该机构，通过以控制的流入速度顺次地排出和注入酸性电解液来使酸性电解液循环，并且形成膜厚度从火花塞像同心圆状逐渐变薄的遮热膜。由于该原因，存在必须准备特殊的夹具等，和使工程的管理复杂化的问题。此外，在专利文献1中，在气缸盖的底面的前面形成阳极氧化覆膜的遮热膜之后，仅在远离火花塞的区域内的阳极氧化覆膜上进行掩模处理(maskingtreatment)，并且在对应于火花塞的区域内的阳极氧化覆膜上进行封孔处理或涂布处理。以该方式，使向外侧开放的许多的阳极氧化覆膜的气孔闭塞。由于该原因，难以逐渐降低绝热性能。
另外，例如，在日本专利申请2013-24143号公报(专利文献2)中示出的表面形成有覆膜的铝构件和包括表面形成有覆膜的铝构件的内燃机用活塞的情况下，具有低热导率和低热容量的遮热膜形成于活塞的顶面上。在此情况下，热容易通过遮热膜释放，且温度不容易升高。因此，在遮热膜的一部分中设置具有高体积比热容的热保持构件。然而，提供具有高体积比热容的热保持构件引起不能获得摆动特性(swing characteristics)，即，在提供绝热性能的同时覆膜的温度追随燃烧室内的气体温度的特性的问题。另外，例如，专利文献2具有以下问题：如果燃料不均匀地附着至活塞顶面，则活塞顶面的温度分布变得不均匀，这是因为热通过气化热而损失。此外，例如，在专利文献2中，当阳极氧化覆膜用作遮热膜时，铁-锰系合金用作热保持构件。因此，存在可发生与铝构件的接合或粘接的剥离的可能性。
与此相对，在本实施方案的表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分的情况下，当将热输入至形成有第一被覆膜2和第二被覆膜3的表面形成有覆膜的铝构件的表面(即，第二被覆膜3侧的表面)的一定部位时，第二被覆膜3的温度分布可迅速均匀化。换言之，在燃烧室内燃烧期间，位于表面形成有覆膜的铝构件的第二被覆膜3下面的第一被覆膜2实现了绝热性的效果。这里，尽管第一被覆膜2的体积比热容低，但比热容不为零。因此，当从点燃的火焰受热时表面形成有覆膜的铝构件带热时，由于第二被覆膜3的存在而使所带的热转移至温度较低的位置。如果第二被覆膜3下面的第一被覆膜2中热不均匀，则可实现使不均匀热均匀化的效果。因此，表面形成有覆膜的铝构件的绝热性和使壁面温度迅速均匀化的均热性使得可在保持绝热性能的同时使壁面温度迅速均匀化。这使得可改进燃烧室的耐爆震性。
另外，当使由火花塞点燃的火焰气体与燃烧室内部的壁面接触时，火花塞周围的热通过表面形成有覆膜的铝构件的具有高热导率的第二被覆膜3传递至温度低的吸气阀周围的壁面。换言之，热可迅速传递至包括远离火花塞的部分的全体。由于温度相对低的吸气阀周围的温度可升高，所以燃烧室内部的壁面温度可迅速均匀化。另外，即使当燃料不均匀地附着至活塞顶面时，和当其温度分布变得不均匀时，由于第一被覆膜2的存在使得温度分布均匀化。由于该原因，包括热倾向于累积的排气阀附近的燃烧室内通过气化热而均匀冷却。因此，为异常燃烧的爆震可受到抑制。另外，表面形成有覆膜的铝构件具有高的绝热性以及对燃烧时的壁面温度的良好响应性。因此，可获得良好的摆动特性。
此外，表面形成有覆膜的铝构件的第二被覆膜3具有良好的均热性。由于该原因，还当在燃烧室中燃烧期间输入热的部位固定时，不必需改变用作第一被覆膜2的阳极氧化覆膜的膜厚度或表面粗糙度。例如，随着距火花塞的距离增加或在远离火花塞的区域，不必需通过降低阳极氧化覆膜的膜厚度来降低绝热性或通过增大阳极氧化覆膜的表面粗糙度来提高热扩散性(均热性)。因此，消除了使用特殊掩模和夹具等的需求，因而可通过简易方法形成阳极氧化覆膜(第一被覆膜2)。因此，可减少生产步骤数和管理项目。
此外，由于表面形成有覆膜的铝构件的第二被覆膜3的表面具有平滑性，所以可抑制内燃机的燃烧期间燃料的附着或如煤烟等未燃物的固着或附着。
此外，可以使表面形成有覆膜的铝构件的第一被覆膜2的第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b之间的连接部一体化且强固。由于该原因，可得到内燃机内的燃烧期间耐冲击性和耐爆发压力优异或者抵抗由热膨胀和热收缩的重复引起的应力优异的第一被覆膜2。由于该原因，可得到高可靠性和高耐久性的表面形成有覆膜的铝构件。
[其它实施方案]
注意，上述各实施方案中，具有包括第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜2b的双层结构的第一被覆膜2作为实例示出；然而，本发明不限于此。例如，还在具有三层结构的阳极氧化覆膜的情况下，可通过交流直流重叠电解形成作为第一被覆膜的最上层的、无规取向且致密的第二阳极氧化覆膜，可通过直流电解形成作为最上层下面的层的至少一层的、具有取向性且疏松的第一阳极氧化覆膜，并且可进一步形成作为这些覆膜上的热扩散层的、本实施方案的第二被覆膜。进一步从方法上而言，可采用下述方法。具体地，相当于本实施方案的第二阳极氧化覆膜的第N阳极覆膜层(N为3以上的自然数)用作最上层的阳极覆膜层，且在铝构件上首先形成该覆膜。之后，形成功能和用途不同的覆膜。接着，相当于本实施方案的第一阳极氧化覆膜的阳极氧化覆膜形成在第N阳极覆膜层的下层侧。然后，在最后的覆膜形成步骤中形成第二被覆膜。在该情况下，可得到具有比上述实施方案改进的强度、绝热性和耐腐蚀性的阳极氧化覆膜。
另外，在上述各实施方案中，铝构件用于燃烧室的一部分的使用作为实例示出；然而，本发明不限于此。铝构件可为船外机用构件，例如船外机用油盘、齿轮箱、或螺旋桨。船外机是装着式船舶的推进系统，并且与海水和潮风相接触。因此，构成船外机的组件要求具有高耐腐蚀性。例如，贮存机油且还具有利用巡游期间的气流冷却机油的功能的油盘必须与海水和潮风直接接触。由于该原因，要求高耐腐蚀性。由于形成于本发明铝构件上的阳极氧化覆膜具有充分的耐腐蚀性，所以本发明的铝构件也可用于船外机用组件。
[实施例]
下文中，将基于实施例具体描述本发明以阐明本发明的效果。根据本发明的铝构件的表面形成覆膜的方法或表面形成有覆膜的铝构件均不限于下述实施例。
[试验例1]
由铝合金(AC8A)制备的试验片用作铝构件。AC8A通过直流电解法而阳极氧化，从而形成11至21μm的阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用1.5A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理20分钟。所得仅具有通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜的试验片用作试验例1的试验片。
[试验例2]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法而阳极氧化，从而形成16至18μm的阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz的高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理10分钟。所得仅具有通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜的试验片用作试验例2的试验片。
[试验例3]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法进行阳极氧化处理，从而形成覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz的高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理7分钟。之后，通过使用直流电解法的阳极氧化处理形成另一覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用1.5A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理10分钟。膜厚度为17至22μm。通过上述方法得到的且仅具有包括通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜和通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜的第一被覆膜的试验片用作试验例3的试验片。
[试验例4]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法进行阳极氧化处理，从而形成覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz的高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理2分钟。之后，通过使用直流电解法的阳极氧化处理形成另一覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用2A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理35分钟。膜厚度为60至80μm。通过上述方法，得到了具有包括通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜和通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜的第一被覆膜的试验片。
随后，进行Ni镀覆，从而在第一被覆膜上形成用作热扩散膜的第二被覆膜。将铝合金设定为阴极，并且在pH为4.0和温度为65℃的镀浴条件下，通过施加20A/dm2的电流密度的电流进行电解镀覆处理2分钟。作为镀浴，使用通过将500g/L的硫酸镍、45g/L的硼酸、3.2g/L的糖精钠和1.5g/L的50％磷酸混合在一起得到的溶液。作为阳极，使用SUS304不溶性电极。通过电解镀覆处理，在铝合金表面上形成镀镍-磷(Ni-P)的覆膜。所得具有第一被覆膜和第二被覆膜的试验片用作试验例4的试验片。
[试验例5]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法进行阳极氧化处理，从而形成第二阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz的高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理2分钟。之后，通过使用直流电解法的阳极氧化处理形成第一阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用2A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理35分钟。通过上述方法，得到了具有包括通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜和通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜的第一被覆膜的试验片。
随后，为了在第一被覆膜上形成作为热扩散膜的第二被覆膜，使试验片进行溅射。通过使用DC磁控溅射并且导入作为放电气体的氩气(5至10sccm)、用0.5至20Pa的气压、在50W的功率的DC放电条件下进行溅射处理。由此，形成钼覆膜作为第二被覆膜。所得试验片用作试验例5的试验片。
[试验例6]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法进行阳极氧化处理，从而形成第二阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz的高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理2分钟。之后，通过使用直流电解法的阳极氧化处理形成第一阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用2A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理35分钟。通过上述方法，得到了具有包括通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜和通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜的第一被覆膜的试验片。
随后，为了在第一被覆膜上形成用作热扩散膜的第二被覆膜，将银浆涂布在试验片上。用刷将银浆涂布至试验片上，并用圆棒按压涂布面。接着，在200至220℃下烧制银浆。由此，形成作为第二被覆膜的银覆膜。所得试验片用作试验例6的试验片。
[试验例7]
AC8A用作铝构件。AC8A通过交流直流重叠电解法进行阳极氧化处理，从而形成第二阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用10kHz高频电流频率并且用25V的正极和-2V的负极进行阳极氧化处理2分钟。之后，通过使用直流电解法的阳极氧化处理形成第一阳极氧化覆膜。在20℃下在浓度为200g/L的硫酸浴中用2A/dm2的电流密度进行阳极氧化处理10分钟。之后，交流直流重叠电解法和直流电解法各自进一步重复两次，因而总计进行六次阳极氧化处理。通过上述方法，得到了具有包括其中通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜和通过交流直流重叠电解法形成的第二阳极氧化覆膜彼此交替堆叠的六层覆膜的试验片。
随后，为了在第一被覆膜上形成用作热扩散膜的第二被覆膜，将银浆涂布在试验片上。用刷将银浆涂布至试验片上，并且用圆棒按压涂布面。接着，在200至220℃下烧制银浆。由此，形成作为第二被覆膜的银覆膜。所得试验片用作试验例7的试验片。
密度、硬度和表面粗糙度的评价
测量或计算试验例1至7的各试验片的密度(g/cm3)、硬度(Hv)和表面粗糙度(Ra)，并且研究这些值。与孔隙率相关的密度(g/cm3)如下测量。具体地，铝合金的密度由其重量和体积预先测定。接着，由形成有覆膜的试验片的重量与对应于铝合金厚度的重量之差计算阳极氧化覆膜的重量，并且由阳极氧化覆膜的厚度和面积计算密度。注意，密度越高表示孔隙率越低。硬度(Hv)用维氏硬度计来测量。同时，表面粗糙度(Ra)用表面粗糙度计来测量。表1示出试验例1至7的各试验片的密度、硬度和表面粗糙度的值。注意，由于试验例3至7的试验片具有硬度不同的两种阳极氧化覆膜，因而无法测量试验例3至7的硬度。
[表1]
如表1所示，试验例1和试验例2之间的比较显示，与试验例1相比，试验例2具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与通过直流电解形成的阳极氧化覆膜相比，通过交流直流重叠电解形成的阳极氧化覆膜具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性，并且使得对绝热性的改进的贡献较高。还发现与通过交流直流重叠电解形成的阳极氧化覆膜相比，通过直流电解形成的阳极氧化覆膜具有较高的绝热性。
试验例1和试验例3之间的比较显示，与试验例1相比，试验例3的试验片具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与具有由通过直流电解形成的阳极氧化层构成的单层结构的阳极氧化覆膜相比，具有其中通过交流直流重叠电解形成的阳极氧化层为上层和通过直流电解形成的阳极氧化层为下层的双层结构的阳极氧化覆膜具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性。另外，还可看出，具有双层结构的阳极氧化覆膜实现高绝热性和高耐冲击性二者。可看出，就这些功能而言，当具有双层结构的阳极氧化覆膜用于内燃机时，阳极氧化覆膜显示满足对于实际使用足够的高耐冲击性，并且发挥减少燃烧前后的附着物的效果和改进耐腐蚀性的效果。
试验例1和试验例4之间的比较显示，与试验例1相比，试验例4的试验片具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与仅设置有由通过直流电解形成的阳极氧化层构成的阳极氧化覆膜的试验例1的试验片相比，设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的镀镍-磷的覆膜的试验例4的试验片具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性。另外，可看出，在设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的镀镍-磷的覆膜的试验例4中实现了高绝热性和高耐冲击性二者。还可看出，就这些功能而言，当设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的镀镍-磷的覆膜的表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分时，表面形成有覆膜的铝构件显示满足对于实际使用足够的高耐冲击性，并且发挥减少燃烧前后的附着物的效果和改进耐腐蚀性的效果。
试验例1和试验例5之间的比较显示，与试验例1相比，试验例5的试验片具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与仅设置有由通过直流电解形成的阳极氧化层构成的阳极氧化覆膜的试验例1的试验片相比，设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的钼覆膜的试验例5的试验片具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性。另外，可看出，在设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的钼覆膜的试验例5中实现了高绝热性和高耐冲击性二者。还可看出，就这些功能而言，当设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的钼覆膜的表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分时，表面形成有覆膜的铝构件显示满足对于实际使用足够的高耐冲击性，并且发挥减少燃烧前后的附着物的效果和改进耐腐蚀性的效果。
试验例1和试验例6之间的比较显示，与试验例1相比，试验例6的试验片具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与仅设置有由通过直流电解形成的阳极氧化层构成的阳极氧化覆膜的试验例1的试验片相比，设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的试验例6的试验片具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性。另外，可看出，在设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的试验例6中实现了高绝热性和高耐冲击性二者。还可看出，就这些功能而言，当设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分时，表面形成有覆膜的铝构件显示满足对于实际使用足够的高耐冲击性，并且发挥减少燃烧前后的附着物的效果和改进耐腐蚀性的效果。
试验例1和试验例7之间的比较显示，与试验例1相比，试验例7的试验片具有较低的表面粗糙度和较高的密度。从该结果可以看出，与仅设置有由通过直流电解形成的阳极氧化层构成的阳极氧化覆膜的试验例1的试验片相比，设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的试验例7的试验片具有较高的拒水性、较高的拒油性和较高的耐冲击性。另外，可看出，在设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的试验例7中实现了高绝热性和高耐冲击性二者。还可看出，就这些功能而言，当设置有第一被覆膜和作为第二被覆膜的银覆膜的表面形成有覆膜的铝构件作为燃烧室的一部分时，表面形成有覆膜的铝构件显示满足对于实际使用足够的高耐冲击性，并且发挥减少燃烧前后的附着物的效果和改进耐腐蚀性的效果。另外，试验例6和试验例7之间的比较显示，试验例7的试验片具有较高的密度。从该结果可以看出，当第一被覆膜具有三层以上的结构时，尽管与双层结构相比孔隙率稍微降低，但由于第一被覆膜更复杂的结构而进一步改进了耐冲击性，并且进一步改进了耐腐蚀性。
试验例3至7中进行成膜的各试验片的覆膜的截面结构通过使用光学显微镜来观察。作为实例，图4示出试验例6的覆膜的截面照片。图4中，第一被覆膜中的在纸面上虚线上方的层表示通过交流直流重叠电解形成的第二阳极氧化覆膜，并且第一被覆膜中的在纸面上虚线下方的层表示通过直流电解形成的第一阳极氧化覆膜。第一被覆膜中主要的气孔部分通过使用箭头表示。
如图4所示，在制作的试验片中，形成第一被覆膜。作为第一被覆膜的上层，形成通过交流直流重叠电解处理得到的阳极氧化层，并且作为第一被覆膜的下层，形成通过直流电解处理得到的阳极氧化层。在通过直流电解处理得到的并且用作第一被覆膜的下层的阳极氧化层中，由于硅的存在而难以形成覆膜，并且在未形成覆膜的部分形成气孔。在通过直流电解处理得到的并且用作第一被覆膜的下层的覆膜中存在微米级的气孔，并且在通过交流直流重叠电解处理得到的并且用作第一被覆膜的上层的覆膜中不存在气孔。另外，发现在覆膜中的硅周围未观察到微米级的气孔，并且覆膜确实覆盖了硅的周围。
发现在试验例4至7中制作的各试验片中，第二被覆膜形成于第一被覆膜上。发现在试验例4制作的试验片中，通过电解镀覆处理形成的镀镍-磷的覆膜位于通过交流直流重叠电解处理和随后的直流电解处理形成的第一被覆膜上。另外，发现在试验例5制作的试验片中，通过溅射处理形成的钼覆膜位于通过交流直流重叠电解处理和随后的直流电解处理形成的第一被覆膜上。此外，如图4所示，发现在试验例6制作的试验片中，涂布的银覆膜形成于通过交流直流重叠电解处理和随后的直流电解处理形成的第一被覆膜上。还在试验例7制作的试验片中，如试验例6的情况，观察到第二被覆膜。
热导率的评价
通过使用薄膜热性质测量设备评价试验例1和4至7的各试验片的热导率(W/(m·K))。注意，具有最低值的试验例1的热导率用作作为第一被覆膜的阳极氧化覆膜的热导率，并且将通过电解镀覆、溅射处理或涂布形成的第二被覆膜各自的热导率与该值比较。表2示出测量结果。
[表2]
如表2所示，试验例1的阳极氧化覆膜的热导率为0.42W/(m·K)。试验例4的第二被覆膜的热导率为76W/(m·K)，试验例5的第二被覆膜的热导率为128W/(m·K)，试验例6的第二被覆膜的热导率为155W/(m·K)，和试验例7的第二被覆膜的热导率为157W/(m·K)。
由该结果，在试验例4中，镀镍-磷的覆膜显示比阳极氧化覆膜高的热导率，并且可看出，由镀镍-磷的覆膜制成的第二被覆膜用作热扩散层并且发挥使燃烧室内的温度分布均匀化的效果。另外，还在试验例5中，钼覆膜显示比阳极氧化覆膜高的热导率，并且可看出，由钼覆膜制成的第二被覆膜用作热扩散层并且发挥使燃烧室内的温度分布均匀化的效果。此外，在各试验例6和试验例7中，银覆膜显示比阳极氧化覆膜高的热导率，并且可看出，由银覆膜制成的第二被覆膜用作热扩散层并且发挥使燃烧室内的温度分布均匀化的效果。
产业上的可利用性
根据本发明的具有高绝热性和高均热性二者的铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞使得可同时实现高绝热性和高均热性二者。
附图标记说明
1：铝构件，2：第一被覆膜(阳极氧化覆膜)，2a：第一阳极氧化覆膜(通过直流电解形成的阳极氧化层)，2b：第二阳极氧化覆膜(通过交流直流重叠电解形成的阳极氧化层)，3：第二被覆膜，5：硅，10：阳极氧化处理设备，11：电解浴槽，12：阳极，13：一对阴极，14：导电线，15：电源，S1：第一被覆膜形成步骤，S11：第一个阳极氧化覆膜形成步骤，S12：第二个阳极氧化覆膜形成步骤，S2：第二被覆膜形成步骤。

Claims (9)

1.一种表面形成有覆膜的铝构件，其至少包括：
第一被覆膜，其形成在铝构件的表面上；和
第二被覆膜，其形成在所述第一被覆膜的表面上，并且其热导率高于所述第一被覆膜的热导率，
其中所述第一被覆膜包括阳极氧化覆膜，所述第一被覆膜包括包含纳米级的气孔的上层、和包含纳米级和微米级的气孔的下层，和所述上层的纳米级的气孔赋予所述第一被覆膜和所述第二被覆膜之间的接触部分锚固效果。
2.根据权利要求1所述的表面形成有覆膜的铝构件，其中
所述第一被覆膜包括两种阳极氧化覆膜作为至少具有不同孔隙率的所述上层和下层。
3.根据权利要求1或2所述的表面形成有覆膜的铝构件，其中
所述第一被覆膜包括两种阳极氧化覆膜，即第一阳极氧化覆膜和第二阳极氧化覆膜，所述第一阳极氧化覆膜位于所述铝构件侧且具有较高的孔隙率，所述第二阳极氧化覆膜位于所述第二被覆膜侧且具有较低的孔隙率。
4.根据权利要求3所述的表面形成有覆膜的铝构件，其中
所述第一阳极氧化覆膜为通过施加直流电解得到的阳极氧化覆膜，和
所述第二阳极氧化覆膜为通过施加交流直流重叠电解得到的阳极氧化覆膜。
5.一种内燃机用活塞，其包括：
根据权利要求1所述的表面形成有覆膜的铝构件，其中
所述表面形成有覆膜的铝构件用作内燃机用活塞的一部分。
6.一种铝构件的表面形成覆膜的方法，其包括下列步骤：
通过向铝构件施加交流直流重叠电解形成第二阳极氧化覆膜和向所述铝构件施加直流电解形成第一阳极氧化覆膜而形成第一被覆膜；和
使用给定的成膜法在所述第二阳极氧化覆膜的表面上形成第二被覆膜，所述第二被覆膜的热导率高于所述第一阳极氧化覆膜和所述第二阳极氧化覆膜的热导率，和
其中所述第二阳极氧化覆膜包含纳米级的气孔，所述第一阳极氧化覆膜包含纳米级和微米级的气孔，和所述第二阳极氧化覆膜的纳米级的气孔赋予所述第一被覆膜和所述第二被覆膜之间的接触部分锚固效果。
7.根据权利要求6所述的铝构件的表面形成覆膜的方法，其中
所述第一阳极氧化覆膜形成于所述铝构件的表面上，和
所述第二阳极氧化覆膜形成于所述第一阳极氧化覆膜的表面上。
8.根据权利要求6或7所述的铝构件的表面形成覆膜的方法，其中
使用同一处理溶液形成所述第一阳极氧化覆膜的步骤和形成所述第二阳极氧化覆膜的步骤。
9.根据权利要求7所述的铝构件的表面形成覆膜的方法，其进一步包括下列步骤：
在形成所述第一阳极氧化覆膜的步骤和形成所述第二阳极氧化覆膜的步骤之后，重复进行这些步骤，
其中，在重复形成所述第一阳极氧化覆膜的步骤和形成所述第二阳极氧化覆膜的步骤之后，进行形成具有较高热导率的第二被覆膜的步骤。
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