隔熱膜的形成方法和隔熱膜的結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及隔熱膜的形成方法和隔熱膜的結構。
【背景技術】
[0002]以往，在日本特開2013-014830號公報中，公開了在發(fā)動機氣門的傘狀部形成隔熱膜的方法。該以往方法，具體而言，具備:第I步驟，所述第I步驟在發(fā)動機氣門的整個周邊形成鍍鋁被膜；第2步驟，所述第2步驟在該鍍鋁被膜形成后，對發(fā)動機氣門的整個周邊進行陽極氧化處理而形成陽極氧化被膜；以及第3步驟，所述第3步驟在陽極氧化被膜形成后，對發(fā)動機氣門的傘狀部進行封孔處理而形成封孔被膜。采用該以往方法，能夠得到具有在陽極氧化被膜表面形成了封孔被膜的結構的隔熱膜。另外，通過形成了上述隔熱膜的發(fā)動機氣門，除了發(fā)動機的燃燒室的耐熱性、隔熱性以外，散熱性也能夠提高。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻1:日本特開2013-014830號公報
[0005]專利文獻2:日本特開2012-047110號公報
[0006]專利文獻3:日本特開2013-060620號公報
[0007]專利文獻4:日本特開2012-172619號公報

【發(fā)明內容】

[0008]然而，在鋁合金的陽極氧化處理時，鋁合金所含的夾雜物會對陽極氧化被膜的形成帶來影響，因此存在形成了的陽極氧化被膜的表面不平滑、產(chǎn)生細微的凹凸這樣的問題。該問題即使在與上述第I和第2步驟同樣地在發(fā)動機氣門表面形成鋁合金的鍍膜，然后對該鍍膜進行了陽極氧化處理的情況下也會發(fā)生。
[0009]如果陽極氧化被膜表面產(chǎn)生凹凸則熱傳導面積增加。如果熱傳導面積增加，則由陽極氧化被膜帶來的隔熱性的提高效果減弱。陽極氧化被膜表面產(chǎn)生了凹凸的情況下，在燃燒室內產(chǎn)生的火焰的流動性降低，燃燒效率惡化。這一點，通過在上述第3步驟中形成的封孔被膜，能夠一定程度地使具有由陽極氧化被膜和封孔被膜形成的結構的隔熱膜的表面變平滑。理想的情況下，期望隔熱膜的表面被平滑化直到與陽極氧化處理前的鋁合金的表面為相同程度。
[0010]在此，封孔被膜是通過進行封孔被膜的原料即封孔材料的干燥、燒成而形成的。因此，為了通過封孔被膜使隔熱膜的表面平滑化，需要在陽極氧化被膜表面的凹陷部分設置大量封孔材料來加厚。但是，由于封孔材料中包含溶劑，因此越加厚封孔材料，在干燥、燒成時產(chǎn)生的溶劑的氣體越難以排出到外部，存在封孔被膜容易產(chǎn)生裂紋這樣的問題。像這樣，加厚封孔材料而使隔熱膜表面平滑化與減少封孔被膜的裂紋處于折衷的關系，難以使兩者并存。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的。即，目的是在具有封孔被膜形成于陽極氧化被膜表面的結構的隔熱膜中，謀求該隔熱膜表面的平滑化與該封孔被膜的裂紋的減少的并存。
[0012]第I發(fā)明是一種隔熱膜的形成方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013]對構成基材表面的鋁合金進行陽極氧化處理，形成表面具有開口細孔的陽極氧化被膜的步驟；
[0014]將封孔材料涂布于所述陽極氧化被膜的表面的步驟，所述封孔材料包含硅系聚合物溶液和分散于該硅系聚合物溶液中的隔熱材料的粒子，所述粒子的平均粒徑比所述細孔的平均細孔徑大；和
[0015]將所述封孔材料干燥、燒成而形成封孔被膜的步驟。
[0016]另外，第2發(fā)明的特征在于，在第I發(fā)明中，所述粒子是具有中空結構的粒子。
[0017]另外，第3發(fā)明的特征在于，所述粒子的平均一次粒徑大于30nm。
[0018]另外，第4發(fā)明是一種隔熱膜的結構，是采用第I?3發(fā)明的任一項所述的形成方法形成的隔熱膜的結構，其特征在于，具備:
[0019]構成基材表面的鋁合金；
[0020]形成于所述鋁合金表面、并且表面具有開口細孔的陽極氧化被膜；和
[0021]形成為覆蓋所述細孔的開口部、并包含隔熱材料的粒子的封孔被膜，所述隔熱材料的粒子的平均粒徑比所述細孔的平均細孔徑大。
[0022]另外，第5發(fā)明的特征在于，在第4發(fā)明中，所述粒子是具有中空結構的粒子，所述封孔被膜的孔隙率為27.3?57.7%。
[0023]根據(jù)第I發(fā)明，能夠使用封孔材料進行封孔處理，所述封孔材料包含硅系聚合物溶液和分散于該硅系聚合物溶液中的隔熱材料的粒子，所述粒子的平均粒徑比陽極氧化被膜的細孔的平均孔徑大。使用包含這樣的尺寸的隔熱材料的粒子的封孔材料的情況下，與使用不含該粒子的封孔材料的情況相比，能夠抑制干燥、燒成過程中的裂紋的產(chǎn)生。因此，即使在陽極氧化被膜表面的凹陷部分設置大量封孔材料而加厚的情況下，也能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。另外，通過由該封孔材料的干燥、燒成而形成的厚的封孔被膜，能夠使隔熱膜的表面平滑化。
[0024]根據(jù)第2發(fā)明，能夠利用中空結構的粒子內的空氣的隔熱功能，因此與不含中空結構的粒子的隔熱膜相比，能夠形成隔熱性高的隔熱膜。
[0025]根據(jù)第3發(fā)明，通過其平均一次粒徑大于30nm的粒子，能夠形成隔熱性高的隔熱膜。
[0026]根據(jù)第4發(fā)明，由于具備形成為覆蓋陽極氧化被膜的細孔的開口部的封孔被膜，因此能夠提供一種隔熱性高的隔熱膜的結構，該結構利用了位于比該開口部深的位置的細孔內部的空氣的隔熱功能。
[0027]根據(jù)第5發(fā)明，能夠通過孔隙率為27.3?57.7%的封孔被膜提供隔熱性高的隔熱膜的結構。
【附圖說明】
[0028]圖1是說明本發(fā)明的隔熱膜的形成方法的實施方式的流程圖。
[0029]圖2是陽極氧化被膜的垂直截面圖。
[0030]圖3是圖2的陽極氧化被膜10的部分放大示意圖。
[0031]圖4是采用實施方式的形成方法形成的隔熱膜22的垂直截面圖。
[0032]圖5是使用不含中空二氧化硅粒子的封孔材料形成的隔熱膜的截面圖。
[0033]圖6是表示圖5的封孔被膜的形成過程的圖。
[0034]圖7是用于說明應用了本發(fā)明的隔熱膜的結構的燃燒室的周邊的圖。
[0035]圖8是圖7的隔熱膜22的部分放大示意圖。
[0036]圖9是表示熱導率λ的測定結果的圖。
[0037]圖10是表示體積熱容量C的測定結果的圖。
[0038]圖11是表示表面粗糙度Ra的測定結果的圖。
[0039]附圖標記說明
[0040]10陽極氧化被膜
[0041]1a氧化鋁
[0042]1b 細孔
[0043]1c 開口部
[0044]12、36封孔材料
[0045]14硅系聚合物溶液
[0046]16 中空二氧化硅粒子
[0047]18 二氧化硅
[0048]20、32a、32b 封孔被膜
[0049]22、30a、30b 隔熱膜
[0050]34 裂紋
[0051]60燃燒室
【具體實施方式】
[0052]以下，一邊參照圖1?圖11，一邊對本發(fā)明的隔熱膜的形成方法和隔熱膜的結構的實施方式進行說明。再者，在各圖中，對同一或相當?shù)牟糠指綆粯擞?，其說明會簡化或省略。
[0053][隔熱膜的形成方法]
[0054]首先，對本發(fā)明的隔熱膜的形成方法的實施方式進行說明。圖1是說明隔熱膜的形成方法的實施方式的流程圖。在本實施方式中，首先，通過基材的陽極氧化處理而在鋁合金表面形成陽極氧化被膜(步驟SI)。在本步驟中，使用具備使電解液流通的流路和一對電極的處理裝置(未圖示)。另外，在本步驟中，使用鋁合金制的基材。但也可以取代鋁合金制的基材，使用在耐熱鋼、碳鋼、鈦材料等的表面形成了鋁合金的鍍膜的基材。
[0055]在步驟SI中，具體而言，在上述處理裝置設置上述基材，一邊使上述流路中流通電解液，一邊對上述一對電極間施加電壓。由此，在上述基材的表面形成陽極氧化被膜。陽極氧化被膜是在其表面具有多個開口細孔的多孔質氧化鋁的被膜(詳細情況在后面描述)。通過這樣的多孔質結構，陽極氧化被膜實現(xiàn)低的熱導率和低的每單位體積的熱容量(詳細情況在后面描述)。
[0056]但陽極氧化被膜的表面變得比陽極氧化處理前的基材的表面粗糙。圖2是陽極氧化被膜的垂直截面圖。如圖2所示，陽極氧化被膜10的表面產(chǎn)生凹凸，表面粗糙度(算術平均粗糙度)Ra平均為4?5 μ m。在陽極氧化被膜10的表面產(chǎn)生凹凸，是由于鋁合金所含的夾雜物對陽極氧化被膜10的形成帶來影響的緣故。以下說明的步驟S2和S3，將以這樣的陽極氧化被膜10為構成要素的隔熱膜的表面的平滑化作為其目的之一。
[0057]回到圖1繼續(xù)本實施方式的說明。繼步驟SI后，將封孔材料涂布于陽極氧化被膜的表面(步驟S2)。在本步驟中，使用包含主鏈骨架含有硅的硅系聚合物溶液(具體為包含聚硅氮烷或聚硅氧烷、和醚系溶劑的聚合物溶液)和分散于該硅系聚合物溶液的二氧化硅粒子的封孔材料。另外，聚合物溶液可以根據(jù)需要包含添加劑。作為添加劑，可舉出提高粒子分散性的分散劑、勾染劑(leveling agent)、表面活性劑、粘度調整劑等。另外，在本步驟中，該二氧化硅粒子，使用具有比陽極氧化被膜的細孔的平均細孔徑大的平均一次粒徑(凝集成為二次粒子之前的平均粒徑)、并且具有中空結構的二氧化硅粒子。但作為中空結構的二氧化硅粒子(以下稱為“中空二氧化硅粒子”)的替代，可以使用實心結構的二氧化硅粒子，也可以使用除了二氧化硅以外的隔熱材料的粒子(例如氧化鋁(Al2O3)、二氧化鋯(ZrO2)、二氧化鈦(T12)的粒子等)。另外，可以同時使用上述3種粒子之中的2種以上。
[0058]由于陽極氧化被膜的細孔的平均細孔徑約為30nm，因此在本步驟中，使用平均一次粒徑大于30nm(優(yōu)選為50nm)的中空二氧化娃粒子。但由于通過本實施方式形成的隔熱膜的表面粗糙度Ra的目標值約為I μπι，因此在本步驟中，使用平均二次粒徑小于I ym(優(yōu)選為500nm，更優(yōu)選為150nm)的中空二氧化娃粒子。
[0059]在此，平均細孔徑意味著通過掃描型電子顯微鏡以多倍率拍攝截面圖像，采用掃描儀輸入法數(shù)字化后，通過電腦圖像分析算出具有與抽取的各細孔的面積相等的面積的圓的直徑分布而求出的算術平均直徑。另外，平均一次粒徑意味著使用透射電子顯微鏡以多倍率拍攝粒子穿透圖像，采用掃描儀輸入法數(shù)字化后，通過電腦圖像分析算出具有與抽取的各粒子的投影面積相等的面積的圓的直徑分布而求出的算術平均直徑。另外，平均二次粒徑是采用動態(tài)散射法得到的平均粒徑(D50值)，可以通過市售的粒度分析測定裝置簡便地測定。
[0060]封孔材料中的中空二氧化硅粒子的配合比例，可根據(jù)在封孔材料的干燥、燒成后(步驟S3之后)形成的封孔被膜的孔隙率的目標值(27.3%?57.7% )適當調節(jié)。
[0061]在此，一邊參照圖3 —邊對封孔材料涂布后的陽極氧化被膜的表面進行說明。圖3是圖2的陽極氧化被膜10的部分放大示意圖。如圖3所示，陽極氧化被膜10是由垂直于鋁合金表面的方向的長度不均勻的氧化