JP3308305B2 - 陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は陽極酸化皮膜の耐食性、
色調の均一性（安定性）、あるいはエッチングしたとき
の外観の均一性を必要とする各種の用途に使用される純
アルミ系合金板。建築用内外装パネル材、日用品、厨房
用品、平版印刷版支持体、装飾用部材などに関する。

【０００２】

【従来の技術】純アルミ系合金として工業的に使われる
ＪＩＳ−Ａ１１００、１２００ないし１０５０、１０６
０、１０７０および１Ｎ００、１Ｎ３０、１２３０など
の合金では、その陽極酸化皮膜の耐食性や色調の均一性
は、純アルミ系以外の他の合金系のアルミニウム合金に
比べ優れている。しかし、酸性雨に代表されるように、
最近の地球環境は著しく悪化しており、建築用外装パネ
ルなどに使用した場合、従来の純アルミ系合金よりさら
に高度の耐食性が要求されている。

【０００３】一方、色調の均一化についても、ビルなど
を単なる建築構造物としてではなく、都市のファッショ
ンの一部としてみられる今日では、従来より一層優れた
均一化が要求されている。これらの品質特性は、合金中
に含まれる不純物としてのＦｅ、Ｓｉに支配されるの
で、一般にＦｅ、Ｓｉ量、すなわち、純アルミ系合金の
純度を規制することで対処している。

【０００４】しかし、アルミ純度を高めることによって
耐食性や陽極酸化皮膜の色調の均一性を向上させること
は、地金コストが上昇し、また、機械的性質、特に硬
さ、強度の低下を招く。耐食性を向上させるために、陽
極酸化皮膜の膜厚を厚くする方法や、アルミ純度を高め
ることによる強度の低下を補うために板厚を厚くする方
法があるが、いずれもコスト上昇を招き好ましくない。
皮膜の色調の均一化に対しては膜厚で調整することが行
なわれるが、膜厚調整に手間取り、コストアップを招
く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は酸化皮膜を厚
くしたり、板厚を厚くしなくても、耐食性が優れた陽極
酸化皮膜が生成し、かつ、皮膜の色調が均一なアルミニ
ウム合金板の製造方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】陽極酸化皮膜の耐食性を
損う機構について研究した結果、アルミ合金中に含まれ
るＳｉが、単独のＳｉ粒子として析出した状態で存在す
るとき、このようなアルミ合金板を陽極酸化処理する
と、Ｓｉ粒子が皮膜中に残存し、これが、周囲の皮膜と
化学的性質が異るために、塩素イオンを含む腐食媒によ
って、選択的に溶解脱落して皮膜欠陥となり腐食が進行
することが明らかになった。

【０００７】また、皮膜の色調は、皮膜中に分布する１
μｍ以下の細かいＳｉ粒子の粒度分布と陽極酸化処理の
前処理として表面の傷を除くための苛性エッチングの際
のエッチングむらによる光沢差に影響されることが判明
した。

【０００８】そこで、このＳｉ粒子の析出を防止する方
法について検討し、適当量のＭｇを添加してＭｇ₂Ｓｉ
なる化合物として析出させればよいことエッチングむら
を防止する方法としては、適当量のＣｕを添加すれば均
一に苛性エッチングされ、光沢が均一になることが分っ
た。添加するＭｇ量は、固溶しているＳｉを化合物Ｍｇ
₂Ｓｉとして形成させるに相当する量で十分である。

【０００９】上記研究の結果、本発明の構成は特許請求
の範囲に記載のとおりの色調が均一で耐食性が優れた陽
極酸化皮膜が得られるアルミニウム合金板の製造方法で
ある。

【００１０】以下、上記構成について説明する。

【００１１】機械的性質、化学的性質が一般的に知られ
る純アルミとして取扱える範囲内にとどめる必要がある
ので、添加する成分、不可避不純物を除いたＡｌ純度は
９９．００％以上でなければならない。

【００１２】Ｆｅは再結晶粒を微細にするために添加さ
れる。０．１５％未満ではその効果が小さくなる。０．
９％をこえるＦｅの添加は、粗大なＡｌ−Ｆｅ系および
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物を形成し、これが薄板の成形
性を低下させたり、化学的性質の局所的不均一性をもた
らすなどのために好ましくない。

【００１３】Ｓｉはアルミ地金中に必然的に含まれる分
が通常０．０５％以上あり、０．０５％未満にすること
は地金コスト上昇を招く。０．５％を越えるＳｉはＦｅ
による再結晶粒微細化効果を損い、耐食性を低下させ
る。

【００１４】｛Ｓｉ＋Ｆｅ｝量は、材料強度をはじめと
する機械的性質、および化学的性質、さらには地金コス
トの観点から調整される。その量を０．３０％未満にす
ることは、高純度の地金を使うことになりコスト高にな
り、また材料強度の低下となる。

【００１５】｛Ｓｉ＋Ｆｅ｝量が１．０％以上になる
と、Ａｌが９９．００％未満となり、純アルミとしての
特性が損なわれる。実際には次に記すＣｕ、Ｔｉ、Ｍｇ
と不可避不純物との総和が１．０％未満でなければなら
ない。

【００１６】Ｓｉ量がＦｅ量よりも多くなると、Ｆｅに
よる再結晶粒の微細化効果が損なわれ、耐食性も低下す
るので、｛Ｆｅ％｝≧｛Ｓｉ％｝が必要である。

【００１７】Ｃｕは陽極酸化処理の前処理として一般に
行われる苛性エッチングに影響を与える元素である。苛
性エッチングが不均一になると光沢むらとなり、陽極酸
化処理後の色調のばらつきの原因となる。Ｃｕが０．０
５％以上０．５％以下の量で添加されると、苛性エッチ
ングが均一に行われ、光沢むらがなくなる。０．０５％
未満ではその効果が得られない。０．５％を越える場
合、陽極酸化処理前の元板の耐食性が劣化するため好ま
しくない。

【００１８】Ｔｉは、主として鋳塊の結晶粒微細化のた
めに添加される。０．０１％未満では効果小さく、０．
０５％を超えると、粗大なＡｌ−Ｔｉ化合物を形成し、
圧延板に筋状に分布して陽極酸化皮膜の欠陥となること
がある。

【００１９】Ｔｉはまた圧延した板の再結晶粒を微細化
する効果もある。

【００２０】結晶粒微細化のためには、Ｔｉ単独ではな
く、ＴｉとＢの複合添加による方法もある。この場合で
もＴｉ量は０．０１〜０．０５％の範囲に調整するのが
好ましい。Ｂ量は不純物として計上するが、その添加量
は通常では３０ｐｐｍ以下である。

【００２１】Ｍｇは本発明の主要点に係る添加成分であ
る。陽極酸化皮膜の耐食性を損うＳｉ粒子はＡｌ−Ｆｅ
−Ｓｉ化合物とならずにＡｌ（マトリックス）中に固溶
するＳｉが、単独で析出したものである。Ｓｉ粒子は陽
極酸化処理で溶解しないで皮膜中に残存する。Ｍｇを添
加してＭｇ₂Ｓｉなる化合物にすれば、陽極酸化処理で
アルミニウムとともに溶解してしまうので皮膜欠陥にな
らなくなる。本合金に含まれる０．０５〜０．５％のＳ
ｉのうち、一部はＦｅ、Ａｌと結合してＡｌ−Ｆｅ−Ｓ
ｉ系化合物となっており、この結合したＳｉは、Ｓｉ粒
子として析出しない。

【００２２】すなわち、Ｍｇ₂ＳｉとするべきＳｉは、
Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物とならずにＡｌマトリックス中
に固溶している分であって、Ｘ線マイクロアナライザー
による分析結果から推定すると、その量はＳｉの添加
量、同時に含まれるＦｅ量、加工熱処理の条件などで変
化するが、Ｓｉの全添加量のおよそ２０〜６０％とみな
される。

【００２３】以上の事項を考慮し、本発明の目的を達成
するに必要なＭｇ添加量につき種々検討した結果、０．
３×｛Ｓｉ％｝≦Ｍｇ≦１．０×｛Ｓｉ％｝の範囲にＭ
ｇ量を制御することが必要であることが判った。

【００２４】但し、｛Ｓｉ％｝は含有Ｓｉ量（％）とす
る。

【００２５】尚、Ｍｇが少ないと、固溶Ｓｉが残り、Ｓ
ｉ粒子として析出する。

【００２６】また、過剰なＭｇはＡｌマトリックス中に
固溶し、陽極酸化皮膜中には残らないので、耐食性や色
調には影響しない。僅かに材料強度を高め、あるいは化
学的性質を変化させるが、その影響は軽微である。

【００２７】次に製造方法について述べる。

【００２８】所定の組成に配合したアルミニウム合金
を、通常の方法により鋳塊とし、表面偏析層が最終製品
の品質上有害であれば、これを切削除去する。切削除去
するのは、均質化熱処理の後、熱間圧延の前でもよい。

【００２９】つぎに、鋳塊は鋳造組織の均質化と、Ｆ
ｅ、ＳｉをＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物とするために熱処
理される。４５０℃より低温、あるいは６００℃より高
温では、この化合物の形成が起りにくい。熱処理時間は
長い方が好ましいが、生産性（経済性）から２０時間以
内とする。実用上３〜１０時間で問題はない。

【００３０】この熱処理のあと、室温に冷却して表層切
削除去後再加熱するか、あるいは冷却することなく、４
００℃〜５５０℃で熱間圧延を開始し、多パスの圧延を
行なって、終了時材料温度が２００〜３００℃になるよ
うに圧延を終了する。

【００３１】開始温度が４００℃より低温だと圧延が困
難で、５５０℃より高温では、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物
が分解する可能性があり、圧延板面の酸化が進むなど好
ましくない。

【００３２】終了温度は結晶組織の微細化のために規制
する。２００℃より低温では、圧延油が蒸発しきれずに
板面に残留して表面汚れや腐食を招く。３００℃より高
温では、再結晶粒が粗大に成長し、最終板で帯状の組織
による色調（光沢）のムラになる。これらの温度範囲内
で、最適温度は、最終板の結晶組織、機械的性質の異方
性などを最適化するように決定される。

【００３３】熱間圧延をこのような温度範囲で行なうこ
とは、圧延中および圧延後の冷却中にＭｇ₂Ｓｉを形成
させるためにも重要である。

【００３４】熱間圧延のあと、冷間圧延と中間熱処理を
行なう。中間熱処理の前に冷間圧延を加えることで、中
間熱処理での再結晶粒が微細になり最終板をエッチング
したときの結晶粒に起因する筋状の色調（光沢）ムラが
防止される。熱間圧延終了温度が２５０℃より低いと冷
間圧延と同様の効果がある。中間熱処理を４００℃以下
でかつ３０分以上で行なうのは、固溶しているＳｉとＭ
ｇをＭｇ₂Ｓｉの化合物にするためである。４００℃よ
り高温または３０分未満では、この化合物が生成されに
くい。通常は、この中間熱処理で冷間圧延による加工組
織を再結晶させるので、３００℃以上に加熱するが、再
結晶させる必要のない場合は３００℃より低温でもよ
い。

【００３５】中間熱処理のあとに行なう３０％以上の最
終冷間圧延は、最終板の機械的性質を調整するためで、
その加工度が大きければ強度、硬さが増す。最適値は最
終板の用途にもとづいて選定される。

【００３６】用途によっては、伸びの大きい焼なまし材
の方がよいことがある。このためには、最終冷間圧延の
あと、２００〜４００℃で熱処理を加えればよい。２０
０℃より低温では、機械的性質の変化が遅い。４００℃
より高温では、再結晶粒が粗大化する。また、形成され
ていたＭｇ₂Ｓｉの分解が起こり、ＭｇとＳｉが再溶解
するので好ましくない。

【００３７】中間熱処理を平均昇温速度１０℃／秒の急
速加熱によって行なえば、再結晶粒が微細になり、成形
加工性やエッチングしたときの外観などが改善される。
再結晶させるには４００℃以上に５秒間以上加熱するこ
とが必要である。この熱処理温度が５００℃より高温で
あったり、保持時間が長すぎると、熱間圧延の後半およ
び終了後の冷却中に形成されたＭｇ₂Ｓｉの分解、再固
溶が起こる。規定した条件内であれば、実用上無害であ
る。

【００３８】こうして得られた最終板は、例えば苛性ソ
ーダ水溶液によりエッチングし、中和処理してから硫酸
水溶液中で陽極酸化処理して、美観および耐食性を附与
して使用される。

【００３９】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。

【００４０】実施例１ 表１に示す化学成分をもつアルミニウム合金を溶解鋳造
し、鋳塊とした。表面偏析層を切削除去した後、５００
℃×８時間熱処理したのち、そのまま熱間圧延に供し、
終了温度が２４５±１５℃になるように圧延した。熱間
圧延板厚６ｍｍから冷間圧延で３．５ｍｍとしたのち、
３６０±１０℃×２時間の中間熱処理を施してから、冷
間圧延して２．０ｍｍ厚みの板とした。最終冷間圧延の
板厚減少率は４３％である。これをＨ１４材とする。

【００４１】さらに冷間圧延して０．７０ｍｍ厚み（板
厚減少率８０％）にした板をＨ１８材とする。

【００４２】さらにこのＨ１８材を２５０℃×２時間加
熱して半なまし状態にした。（Ｈ２４材） また、３６０℃×２時間加熱して完全焼きなまししたも
のを製作した。（Ｏ材） これら、各材料の陽極酸化皮膜の耐食性を次のようにし
て評価した。

【００４３】まず、１０％苛性ソーダ水溶液（４０℃）
中で２分間エッチングした。水洗および中和処理のあ
と、１５％硫酸浴（２５℃）中で１Ａ／ｄｍ²の電流密
度で１０分間陽極酸化処理を施す。生成する皮膜の厚さ
はおよそ２．５μｍである。つぎに、３％食塩水（２５
℃）を用いて浸漬１０分間、乾燥５０分間の交互浸漬を
１０サイクル行ない皮膜を腐食させる。次に、飽和硫酸
銅液（２５℃）中で、２Ｖ×３分間の通電を行なう。こ
れによって、陽極酸化皮膜に微小孔など欠陥があると、
通電によってそこに銅が還元されて析出する。

【００４４】

【表１】

【００４５】このように処理した板を、光学顕微鏡で拡
大観察すると、点状に析出した銅を認めることができ
る。皮膜の耐食性の評価は、表１に示すＮo.４，８，１
２，１６（比較材）の皮膜に発生した銅の析出点（皮膜
欠陥）の密度をランク５とし、全く欠陥のない状態をラ
ンク０として、その間をランク４，３，２，１に分類し
た。

【００４６】従って、評価は相対評価である。また、陽
極酸化前の元板の耐食性の評価は、ＪＩＳ Ｚ ２３７
１塩水噴霧試験法に基づき、３５℃の５％食塩水を１０
０時間噴霧し、その結果を相対的に比較して次のように
３段階評価により表した。

【００４７】ＪＩＳ Ａ １０５０と同等：○ ＪＩＳ Ａ １０５０より若干劣る：△ ＪＩＳ Ａ １０５０より劣る：× なお、Ｈ１４、Ｈ１８、Ｈ２４、Ｏ材の調質による元板
の耐食性には大差がなかったため、Ｈ１４材の結果につ
いて表した。

【００４８】評価結果を表２に示す。Ｍｇ含有量の少な
い比較材に比べて、Ｍｇを加えた発明材では皮膜の耐食
性が改良されており、Ｃｕが本発明の成分範囲を越える
と、元板の耐食性が悪いことが分る。

【００４９】

【表２】

【００５０】さらに、陽極酸化皮膜の色調安定性を次の
ようにして評価した。

【００５１】表１に示した合金のうち、Ｎo.１３，１
７，１８，１９のＨ１８材について、１５０〜４５０℃
で各８時間焼なまし処理を施し、６％苛性ソーダ水溶液
（７０℃）中で３分間エッチングし、中和したあと、１
５％硫酸浴（２０℃）中で１．５Ａ／ｄｍ²×４０ｍｉ
ｎの陽極酸化処理を行なって（皮膜厚み１５μｍ），常
圧沸騰水中で封孔処理し、皮膜の色調を測定した。

【００５２】その結果を表３に示す。ＭｇとＣｕを添加
した合金（Ｎo.１３，１７）では、２００〜４００℃の
範囲では焼なまし温度によって陽極酸化皮膜の色調が殆
ど変化しないことが分る。このことは、圧延板の製造工
程で熱間圧延温度や熱処理などの条件が変動した場合で
も、最終板の皮膜色調が殆ど変化せず、安定した色調が
複数のロット間あるいは１コイル内で得られることを示
している。

【００５３】

【表３】

【００５４】 （注）皮膜色調表示はＪＩＳＺ８７２９−１９８０に準
拠。

【００５５】Ｌ*は 明るい（大）←→暗い（小） ａ*は 赤（＋）←→緑（−） ｂ*は 黄（＋）←→青（−）を表わす。

【００５６】実施例２ 表４に示す合金、Ｎo.２０及び２１を造塊し、表面偏析
層を除去してから、５４０℃×４時間加熱して、４８０
℃に冷却し熱間圧延を開始。終了温度が２７５±１５
℃、厚み５ｍｍになるように熱間圧延し、引きつづいて
厚み２ｍｍに冷間圧延した。ここで中間熱処理条件を種
々変えて処理したあと、板厚減少率５０％の冷間圧延を
施して厚み１ｍｍの板（Ｈ１４材）とした。なお、中間
熱処理での昇温速度を３０℃／秒とした。さらに３６０
℃×２時間の最終熱処理を施した板（０材）を用意し
て、それらの陽極酸化処理後の耐食性を実施例１と同様
にして評価した。また、陽極酸化処理した板面を目視で
外観検査し、結晶粒に起因する筋状の色調（光沢）むら
の程度を外観品質として評価した。評価値は同一合金材
の中での相対評価である。結果を表５に示す。中間熱処
理温度が低く短時間であると十分な再結晶が起らず、熱
間圧延で生成した粗大な結晶粒がそのまま圧延されるた
めに、最終板をエッチング、陽極酸化皮膜処理すると筋
状のむらが目立つようになる。中間熱処理温度を５００
℃より高くすれば、再結晶が十分起るが、やや粗大化し
て筋状むらを呈し、また皮膜の耐食性が低下する。

【００５７】陽極酸化皮膜の耐食性は中間熱処理温度が
低い方が良好であった。

【００５８】最終０材では、十分に冷間圧延された板が
再結晶して、筋状むらはＨ１４材より軽微になったが、
中間熱処理の不適当なものではまだその影響が認められ
た。

【００５９】

【表４】

【００６０】

【表５】

【００６１】注）外観品質の説明 ○：良好、△：筋状の光沢むらが認められるが軽微、
×：筋状の光沢むらが部分的に認められる、××：筋状
の光沢むらが全面に認められる。

【００６２】実施例３ 表６に示す合金Ｎo.２２を造塊して、小さく切断し、均
質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延、中間熱処理および冷
間圧延してＨ１４担当材を作製し、その陽極酸化皮膜の
耐食性と皮膜の色調を実施例１と同様にして評価した。

【００６３】結果を表７に示す。４００℃を越える高温
での長時間の中間熱処理、あるいは４５０℃未満の低温
での均質化処理では、陽極酸化皮膜の耐食性がよくなか
った。

【００６４】

【表６】

【００６５】

【表７】

【００６６】

【表８】

【００６７】

【発明の効果】以上、説明したように、従来は、地金純
度を高めて対処した陽極酸化皮膜の耐食性と色調安定性
の改良に対し、少量のＭｇとＣｕの添加により純度の良
い合金と同様の効果が得られるので、地金コストの上昇
が避けられ、経済的効果が大きい。同一純度（Ｓｉ，Ｆ
ｅ量）の地金を使う場合は耐食性が向上し、製品寿命が
長くなる。

【００６８】また、従来その量を特に管理していなかっ
た不純物扱いのＭｇを、積極的に添加し調整したことに
よって使用地金によって変動していた耐食性のばらつき
が解消され、品質安定化が達成される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７１ ６８２ ６８２ ６８３ ６８３ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ｂ ６９１ ６９１Ａ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ａ ６９４Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22F 1/04 - 1/057 C22C 21/00 - 21/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量基準でＳｉ；０．０５〜０．５％、
   Ｆｅ；０．１５〜０．９％、Ｓｉ＋Ｆｅ；０．３０％以
   上、１．０％未満、Ｓｉ％≦Ｆｅ％であって、更に、Ｃ
   ｕ；０．０５〜０．５％、Ｔｉ；０．０１〜０．０５
   ％、Ｍｇ；｛Ｓｉ％｝×｛０．３〜１．０｝％を含み、
   これらの成分と各０．０５％以下の不可避不純物と残部
   が９９．００％以上のＡｌからなるアルミニウム合金
   を、半連続式鋳造によって造塊した後、必要に応じて表
   面偏析層を切削除去し、４５０℃以上６００℃以下で１
   〜２０時間熱処理して４００℃以上５５０℃以下で熱間
   圧延を開始して、材料温度が２００℃以上３００℃以下
   となるよう圧延を終了し、続いて冷間圧延と４００℃以
   下で３０分以上の中間熱処理を行ない、板厚減少率３０
   ％以上の最終冷間圧延をすることを特徴とする陽極酸化
   処理用アルミニウム合金板の製造方法。
2. 【請求項２】 中間熱処理を、平均昇温速度１０℃／秒
   以上で、４００℃を超え５００℃以下で５秒以上３０秒
   以内の保持とすることを特徴とする請求項１記載の陽極
   酸化処理用アルミニウム合金板の製造方法。
3. 【請求項３】 最終冷間圧延の後に、２００〜４００℃
   で最終熱処理をすることを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製造
   方法。