JP5833987B2 - 陽極酸化処理性に優れたアルミニウム合金および陽極酸化処理アルミニウム合金部材 - Google Patents
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Description
また陽極酸化皮膜は、高温クラック発生の抑制および耐電圧性の確保という観点からすれば、その厚さは3〜150μmであることが好ましい。
陽極酸化皮膜はそれ自体では、曲げ等による引張り応力に弱いことから、こうした特性を補填して陽極酸化皮膜の高温クラック性を良好にするには、基材の強度をできるだけ高くする必要がある。また、半導体用絶縁部材の場合、強度を高くすることで基材厚みを薄くすることができ、熱抵抗を低減することができることから、放熱性を高めることができる。こうした観点から、基材として用いるアルミニウム合金中のMg含有量はできるだけ多くする。またアルミニウム合金中のMg含有量が多いほど、陽極酸化皮膜の成膜速度を速めることができ、製造コストの低減にも繋がることになる。こうした理由から、アルミニウム合金中のMg含有量は3.5%超えとする必要がある。好ましくは3.6%以上である。しかしながら、Mg含有量が過剰になって6.0%を超えると、アルミニウム合金に圧延割れが発生しやすくなり、圧延加工が困難になる。Mg含有量の好ましい上限は5.3%以下であり、より好ましくは4.7%以下である。
Cuは耐熱性を向上させるのに有効な元素であり、特にMgの存在下ではその性能がより向上する。こうした観点から、Cuは0.02%以上含有させる必要がある。好ましくは、0.03%以上である。しかしながら、Cu含有量が過剰になって1.0%を超えると、金属間化合物にCuが析出して耐電圧性低下の原因となる。Cu含有量の好ましい上限は0.8%以下である。
CrについてもMgと同様に、強度向上に有効な元素(再結晶粒の微細化による)である。こうした効果を発揮させるためには、Crは0.02%以上含有させる必要がある。好ましくは、0.03%以上であり、より好ましくは0.04%以上である。しかしながら、Cr含有量が過剰になって0.1%を超えると、晶出物サイズの粗大化を招くことになる。Cr含有量の好ましい上限は0.08%以下であり、より好ましくは0.07%以下である。
FeはAl−Fe系金属間化合物、SiはMg−Si系金属間化合物を夫々生成し、これらの金属間化合物は耐電圧性を低下させる原因となることから、金属間化合物のサイズや個数を所定以下とするために、いずれも0.05%以下に抑制する必要がある。より高い耐電圧性を得るには、夫々0.02%以下とすることが好ましい。これらの元素の下限については、特に定めるものではないが、含有量が0.002%未満となると、極めて高価なアルミニウム合金地金を必要となるため、いずれも0.002%以上であることが好ましい。
Znのようなアルミニウム合金中に均一に固溶する元素は、耐電圧性に影響を与えないので含まれていても問題はない。Znの場合、0.5%を超えると、Znの析出核が大きくなり、前処理のエッチングにより粒界部が深くエッチングされ欠陥が形成されるため、表面処理としては適切な表面状態でなくなる。好ましくは0.3%以下である。Znの下限については、特に定めるものではないが、含有量が0.002%未満となると、極めて高価なアルミニウム合金地金を必要となるため、0.002%以上であることが好ましい。
耐電圧性を低下させる要因は、アルミニウム合金中に存在する金属間化合物が陽極酸化中に溶解すること無く、ほぼ金属の状態で皮膜中に取り込まれることであり、そのサイズが大きいほど単位質量当たりの表面積が小さく溶解に時間がかかる。こうしたことから、溶解を完了せずとも、耐電圧性に大きく影響を与えない条件は金属間化合物の大きさ(最大長さ)が4μm以上のものの個数が任意断面で1mm2当たり50個(50個/mm2)以下とする必要がある。この要件を満足すれば、十分な耐電圧性を発揮することができる。更に耐電圧を高めるためには、上記個数は15個/mm2以下であることが好ましい(より好ましくは10個/mm2以下)。尚、本発明で測定対象とした金属間化合物は、Al−Fe系金属間化合物やMg−Si系金属間化合物である。
アルミニウム合金板(陽極酸化処理をする前の状態)を切り出して樹脂に埋め込み、圧延表面が観察面となるように研磨して鏡面(任意断面)とし、この鏡面化された面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて、倍率500倍の反射電子像で20視野以上を観察した。母相より白く写る部分、および母相より黒く写る部分を測定対象とする金属間化合物と見なし、画像処理により最大長さを求め、最大長さが4μm以上の金属間化合物の個数を測定し、単位面積当たりの個数(個数密度)を算出した。
各試料の耐電圧は、耐電圧試験器(「TOS5051A」、菊水電子工業株式会社製、DCモード)を用い、+端子を針型のプローブに接続し、陽極酸化皮膜上に接触させ、−端子をアルミニウム合金基材に接続し、DC電圧(直流電圧)を印加し、1mA以上の電流が流れた時点での電圧の平均値(測定個数10点での平均値)を平均耐電圧とした。
クラックの発生状況は、各陽極酸化処理アルミニウム合金部材を300℃に加熱後、陽極酸化処理アルミニウム合金部材の表面を顕微鏡で観察することによって(倍率:400倍)、クラック発生状況を評価した。そして、陽極酸化皮膜表面に明確なクラックが存在する場合を耐クラック性が悪い(下記表3で「有り」)、クラックが目視できない場合を耐クラック性が良好(下記表3で「無し」)と判断した。
Claims (5)
- Mg:3.5%を超え6.0%以下(質量%の意味、化学成分について以下同じ)、Cu:0.02%以上1.0%以下、Cr:0.02%以上0.1%以下を夫々含み、残部がAlおよび不可避不純物であり、不可避不純物中のSi:0.05%以下、Fe:0.05%以下に夫々抑制したアルミニウム合金であり、アルミニウム合金中に含まれる最大長さが4μm以上の金属間化合物の任意断面での1mm2当たりの個数が50個以下であることを特徴とする陽極酸化処理性に優れたアルミニウム合金。
- 前記金属間化合物の1mm2当たりの個数が15個以下である請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 請求項1または2に記載のアルミニウム合金からなる基材表面に陽極酸化皮膜を有するものであることを特徴とする陽極酸化処理アルミニウム合金部材。
- 前記陽極酸化皮膜の厚さが3〜150μmである請求項3に記載の陽極酸化処理アルミニウム合金部材。
- 請求項3または4に記載の陽極酸化処理アルミニウム合金部材を製造するに当たり、前記陽極酸化皮膜は、少なくともシュウ酸を含む陽極酸化処理液で形成することを特徴とする陽極酸化処理アルミニウム合金部材の製造方法。
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