隔热膜的形成方法和隔热膜的结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隔热膜的形成方法和隔热膜的结构。
【背景技术】
[0002]以往，在日本特开2013-014830号公报中，公开了在发动机气门的伞状部形成隔热膜的方法。该以往方法，具体而言，具备:第I步骤，所述第I步骤在发动机气门的整个周边形成镀铝被膜；第2步骤，所述第2步骤在该镀铝被膜形成后，对发动机气门的整个周边进行阳极氧化处理而形成阳极氧化被膜；以及第3步骤，所述第3步骤在阳极氧化被膜形成后，对发动机气门的伞状部进行封孔处理而形成封孔被膜。采用该以往方法，能够得到具有在阳极氧化被膜表面形成了封孔被膜的结构的隔热膜。另外，通过形成了上述隔热膜的发动机气门，除了发动机的燃烧室的耐热性、隔热性以外，散热性也能够提高。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2013-014830号公报
[0005]专利文献2:日本特开2012-047110号公报
[0006]专利文献3:日本特开2013-060620号公报
[0007]专利文献4:日本特开2012-172619号公报
【发明内容】
[0008]然而，在铝合金的阳极氧化处理时，铝合金所含的夹杂物会对阳极氧化被膜的形成带来影响，因此存在形成了的阳极氧化被膜的表面不平滑、产生细微的凹凸这样的问题。该问题即使在与上述第I和第2步骤同样地在发动机气门表面形成铝合金的镀膜，然后对该镀膜进行了阳极氧化处理的情况下也会发生。
[0009]如果阳极氧化被膜表面产生凹凸则热传导面积增加。如果热传导面积增加，则由阳极氧化被膜带来的隔热性的提高效果减弱。阳极氧化被膜表面产生了凹凸的情况下，在燃烧室内产生的火焰的流动性降低，燃烧效率恶化。这一点，通过在上述第3步骤中形成的封孔被膜，能够一定程度地使具有由阳极氧化被膜和封孔被膜形成的结构的隔热膜的表面变平滑。理想的情况下，期望隔热膜的表面被平滑化直到与阳极氧化处理前的铝合金的表面为相同程度。
[0010]在此，封孔被膜是通过进行封孔被膜的原料即封孔材料的干燥、烧成而形成的。因此，为了通过封孔被膜使隔热膜的表面平滑化，需要在阳极氧化被膜表面的凹陷部分设置大量封孔材料来加厚。但是，由于封孔材料中包含溶剂，因此越加厚封孔材料，在干燥、烧成时产生的溶剂的气体越难以排出到外部，存在封孔被膜容易产生裂纹这样的问题。像这样，加厚封孔材料而使隔热膜表面平滑化与减少封孔被膜的裂纹处于折衷的关系，难以使两者并存。
[0011]本发明是鉴于上述课题而完成的。即，目的是在具有封孔被膜形成于阳极氧化被膜表面的结构的隔热膜中，谋求该隔热膜表面的平滑化与该封孔被膜的裂纹的减少的并存。
[0012]第I发明是一种隔热膜的形成方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0013]对构成基材表面的铝合金进行阳极氧化处理，形成表面具有开口细孔的阳极氧化被膜的步骤；
[0014]将封孔材料涂布于所述阳极氧化被膜的表面的步骤，所述封孔材料包含硅系聚合物溶液和分散于该硅系聚合物溶液中的隔热材料的粒子，所述粒子的平均粒径比所述细孔的平均细孔径大；和
[0015]将所述封孔材料干燥、烧成而形成封孔被膜的步骤。
[0016]另外，第2发明的特征在于，在第I发明中，所述粒子是具有中空结构的粒子。
[0017]另外，第3发明的特征在于，所述粒子的平均一次粒径大于30nm。
[0018]另外，第4发明是一种隔热膜的结构，是采用第I?3发明的任一项所述的形成方法形成的隔热膜的结构，其特征在于，具备:
[0019]构成基材表面的铝合金；
[0020]形成于所述铝合金表面、并且表面具有开口细孔的阳极氧化被膜；和
[0021]形成为覆盖所述细孔的开口部、并包含隔热材料的粒子的封孔被膜，所述隔热材料的粒子的平均粒径比所述细孔的平均细孔径大。
[0022]另外，第5发明的特征在于，在第4发明中，所述粒子是具有中空结构的粒子，所述封孔被膜的孔隙率为27.3?57.7%。
[0023]根据第I发明，能够使用封孔材料进行封孔处理，所述封孔材料包含硅系聚合物溶液和分散于该硅系聚合物溶液中的隔热材料的粒子，所述粒子的平均粒径比阳极氧化被膜的细孔的平均孔径大。使用包含这样的尺寸的隔热材料的粒子的封孔材料的情况下，与使用不含该粒子的封孔材料的情况相比，能够抑制干燥、烧成过程中的裂纹的产生。因此，即使在阳极氧化被膜表面的凹陷部分设置大量封孔材料而加厚的情况下，也能够抑制裂纹的产生。另外，通过由该封孔材料的干燥、烧成而形成的厚的封孔被膜，能够使隔热膜的表面平滑化。
[0024]根据第2发明，能够利用中空结构的粒子内的空气的隔热功能，因此与不含中空结构的粒子的隔热膜相比，能够形成隔热性高的隔热膜。
[0025]根据第3发明，通过其平均一次粒径大于30nm的粒子，能够形成隔热性高的隔热膜。
[0026]根据第4发明，由于具备形成为覆盖阳极氧化被膜的细孔的开口部的封孔被膜，因此能够提供一种隔热性高的隔热膜的结构，该结构利用了位于比该开口部深的位置的细孔内部的空气的隔热功能。
[0027]根据第5发明，能够通过孔隙率为27.3?57.7%的封孔被膜提供隔热性高的隔热膜的结构。
【附图说明】
[0028]图1是说明本发明的隔热膜的形成方法的实施方式的流程图。
[0029]图2是阳极氧化被膜的垂直截面图。
[0030]图3是图2的阳极氧化被膜10的部分放大示意图。
[0031]图4是采用实施方式的形成方法形成的隔热膜22的垂直截面图。
[0032]图5是使用不含中空二氧化硅粒子的封孔材料形成的隔热膜的截面图。
[0033]图6是表示图5的封孔被膜的形成过程的图。
[0034]图7是用于说明应用了本发明的隔热膜的结构的燃烧室的周边的图。
[0035]图8是图7的隔热膜22的部分放大示意图。
[0036]图9是表示热导率λ的测定结果的图。
[0037]图10是表示体积热容量C的测定结果的图。
[0038]图11是表示表面粗糙度Ra的测定结果的图。
[0039]附图标记说明
[0040]10阳极氧化被膜
[0041]1a氧化铝
[0042]1b 细孔
[0043]1c 开口部
[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 隔热膜
[0050]34 裂纹
[0051]60燃烧室
【具体实施方式】
[0052]以下，一边参照图1?图11，一边对本发明的隔热膜的形成方法和隔热膜的结构的实施方式进行说明。再者，在各图中，对同一或相当的部分附带同一标记，其说明会简化或省略。
[0053][隔热膜的形成方法]
[0054]首先，对本发明的隔热膜的形成方法的实施方式进行说明。图1是说明隔热膜的形成方法的实施方式的流程图。在本实施方式中，首先，通过基材的阳极氧化处理而在铝合金表面形成阳极氧化被膜(步骤SI)。在本步骤中，使用具备使电解液流通的流路和一对电极的处理装置(未图示)。另外，在本步骤中，使用铝合金制的基材。但也可以取代铝合金制的基材，使用在耐热钢、碳钢、钛材料等的表面形成了铝合金的镀膜的基材。
[0055]在步骤SI中，具体而言，在上述处理装置设置上述基材，一边使上述流路中流通电解液，一边对上述一对电极间施加电压。由此，在上述基材的表面形成阳极氧化被膜。阳极氧化被膜是在其表面具有多个开口细孔的多孔质氧化铝的被膜(详细情况在后面描述)。通过这样的多孔质结构，阳极氧化被膜实现低的热导率和低的每单位体积的热容量(详细情况在后面描述)。
[0056]但阳极氧化被膜的表面变得比阳极氧化处理前的基材的表面粗糙。图2是阳极氧化被膜的垂直截面图。如图2所示，阳极氧化被膜10的表面产生凹凸，表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra平均为4?5 μ m。在阳极氧化被膜10的表面产生凹凸，是由于铝合金所含的夹杂物对阳极氧化被膜10的形成带来影响的缘故。以下说明的步骤S2和S3，将以这样的阳极氧化被膜10为构成要素的隔热膜的表面的平滑化作为其目的之一。
[0057]回到图1继续本实施方式的说明。继步骤SI后，将封孔材料涂布于阳极氧化被膜的表面(步骤S2)。在本步骤中，使用包含主链骨架含有硅的硅系聚合物溶液(具体为包含聚硅氮烷或聚硅氧烷、和醚系溶剂的聚合物溶液)和分散于该硅系聚合物溶液的二氧化硅粒子的封孔材料。另外，聚合物溶液可以根据需要包含添加剂。作为添加剂，可举出提高粒子分散性的分散剂、勾染剂(leveling agent)、表面活性剂、粘度调整剂等。另外，在本步骤中，该二氧化硅粒子，使用具有比阳极氧化被膜的细孔的平均细孔径大的平均一次粒径(凝集成为二次粒子之前的平均粒径)、并且具有中空结构的二氧化硅粒子。但作为中空结构的二氧化硅粒子(以下称为“中空二氧化硅粒子”)的替代，可以使用实心结构的二氧化硅粒子，也可以使用除了二氧化硅以外的隔热材料的粒子(例如氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(T12)的粒子等)。另外，可以同时使用上述3种粒子之中的2种以上。
[0058]由于阳极氧化被膜的细孔的平均细孔径约为30nm，因此在本步骤中，使用平均一次粒径大于30nm(优选为50nm)的中空二氧化娃粒子。但由于通过本实施方式形成的隔热膜的表面粗糙度Ra的目标值约为I μπι，因此在本步骤中，使用平均二次粒径小于I ym(优选为500nm，更优选为150nm)的中空二氧化娃粒子。
[0059]在此，平均细孔径意味着通过扫描型电子显微镜以多倍率拍摄截面图像，采用扫描仪输入法数字化后，通过电脑图像分析算出具有与抽取的各细孔的面积相等的面积的圆的直径分布而求出的算术平均直径。另外，平均一次粒径意味着使用透射电子显微镜以多倍率拍摄粒子穿透图像，采用扫描仪输入法数字化后，通过电脑图像分析算出具有与抽取的各粒子的投影面积相等的面积的圆的直径分布而求出的算术平均直径。另外，平均二次粒径是采用动态散射法得到的平均粒径(D50值)，可以通过市售的粒度分析测定装置简便地测定。
[0060]封孔材料中的中空二氧化硅粒子的配合比例，可根据在封孔材料的干燥、烧成后(步骤S3之后)形成的封孔被膜的孔隙率的目标值(27.3%?57.7% )适当调节。
[0061]在此，一边参照图3 —边对封孔材料涂布后的阳极氧化被膜的表面进行说明。图3是图2的阳极氧化被膜10的部分放大示意图。如图3所示，阳极氧化被膜10是由垂直于铝合金表面的方向的长度不均匀的氧化