JPH0551711A - アルミニウム合金高温加工体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウム合
金の高温加工前にあらかじめ表面処理することにより高
温加工中に生成する酸化皮膜量を抑制し、Ｍｇ偏析を抑
えることによって低コストで耐食性、塗膜密着性が良
く、しかも外観が美麗な高温加工体を提供する。 【構成】 Ｍｇ２．０％（重量で、以下同じ）以上を含
有するアルミニウム合金を、下記のいずれかの表
面処理後、２００℃以上の高温で加工することを特徴と
するアルミニウム合金高温加工体の製造方法。 キレート剤含有水溶液、強アルカリ性溶液、または強
酸性溶液によりエッチング処理する。 水和酸化処理、陽極酸化処理、アルカリ性溶液中での
交流電解処理のうち１つ以上の表面処理を行う。 エッチング後、水和酸化処理、陽極酸化処理、アルカ
リ性溶液中での交流電解処理のうち１つ以上の表面処理
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｍｇ２．０％（重量
で、以下同じ）以上を含有するアルミニウム合金を、表
面処理した後、高温で加工することにより耐食性、塗膜
密着性、外観の美麗さに優れたアルミニウム合金高温加
工体、例えば建材、輸送機器用材、装飾品、器物等を得
るための製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
ム合金材料を高温加工、例えば超塑性成形すると、表面
の黒化、塗膜密着不良、耐食性不良といった不具合を生
じやすい。

【０００３】このような不具合を取り除くために、高温
加工後表面処理することが考えられるが、加工体の形状
及び大きさ等によっては事実上不可能な場合がある。

【０００４】また、高温加工後の表面処理は加工体の１
つ１つあるいはいくつかをまとめたバッチ処理すること
になるため生産性が悪い。

【０００５】一方、加工後の処理としてはアランダム等
を研磨剤としてエアブラスト等により表面層を機械的に
除去し、塗膜密着性、耐食性を向上させることも考えら
れるが、板ソリ、ゆがみが生じやすく、精密な機器等に
は不向きであり、また研磨剤が表面に埋まり込むため塗
膜密着性を損なうといった問題がある。

【０００６】これらの問題を検討した結果、次のことが
わかった。 高温加工体の耐食性不良、変色、塗膜密着性不良等
の欠陥発生には高温加工中にアルミニウム表面に生成し
た表面酸化皮膜が関与している。この表面酸化皮膜は、
薄いものであるが圧延油等を含んだポーラスな層で多数
クラックを有しているため、塗料に対する濡れ性が悪
く、密着性不良、耐食性不良の原因となる。

【０００７】また、水和酸化処理（ベーマイト処理）皮
膜あるいは陽極酸化皮膜中にこの酸化皮膜成分が取り込
まれると、黒色あるいは茶褐色の皮膜となり、外観を損
なう。

【０００８】さらに陽極酸化処理、化成皮膜処理（クロ
メート等）においては皮膜形成反応開始がアルミニウム
表面の溶解により影響されるので、不均質な酸化皮膜が
付着していると、反応ムラが生じ、皮膜欠陥が発生す
る。

【０００９】従って、美麗な外観を有する高耐食性のア
ルミニウム材を得るためには高温加工中に生成する酸化
皮膜量を抑制することが必要である。

【００１０】 本発明に使用される合金はＭｇを含有
している。Ｍｇはアルミニウム表面に偏析しやすく、表
面に酸化皮膜が存在すると偏析しやすい傾向がさらに助
長される。表面に偏析したＭｇは大気中の酸素によって
酸化マグネシウムを形成する。酸化マグネシウムはアル
カリ性を示し、耐食性、塗膜密着性に悪影響を及ぼす。
従って表面へのＭｇ偏析を減らすことが必要である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温加工前
にあらかじめ表面処理することにより、高温加工中に生
成する酸化皮膜量を抑制し、Ｍｇ偏析を抑えることによ
って低コストで耐食性、塗膜密着性が良く、しかも高温
加工後にあっても外観が美麗な高温加工体を提供するも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
ム合金を、 エッチング処理、 アルカリ性水溶液中で交流電解処理、 水和酸化処理、 陽極酸化処理または エッチングし、さらにアルカリ性水溶液中での交流
電解処理、水和酸化処理もしくは陽極酸化処理のいずれ
かの表面処理 のいずれかの表面処理をした後、２００℃以上で加工す
ることを特徴とするアルミニウム合金高温加工体の製造
方法を提案するものである。

【００１３】本発明に用いるＭｇ２．０％以上を含有す
るアルミニウム合金には、Ｍｇの他に、結晶粒微細化、
超塑性成形性、強度の向上、酸化防止等のため、また不
純物として２％までのＣｕ、２％までのＭｎ、１％まで
のＣｒ、１％までのＺｒ、１％までのＳｉ、１％までの
Ｆｅ、１％までのＶ、２％までのＺｎ、０．１％までの
Ｔｉ、０．０５％までのＢ、０．０５％までのＢｅ、各
々０．０５％までのその他元素を含んでも構わない。

【００１４】また、２００℃以上での加工とは、例えば
超塑性加工、温間加工を指し、この温度未満の通常の冷
間の加工では本願のような技術的課題は生じない。

【００１５】そして発明者らは検討の結果、高温加工に
先立ち、材料表面をエッチング処理するか、または緻密
な皮膜を超塑性材料表面に付与してやれば良いことを見
いだした。なお、両者を組み合わせると更に効果が高
い。

【００１６】まず、請求項１の発明において２００℃以
上での加工の前に、材料をエッチングする。エッチング
する方法としては、キレート剤含有水溶液による処
理、強アルカリ性溶液によるエッチング、強酸性溶
液によるエッチングが挙げられる。

【００１７】以下に各々の方法について説明する。 キレート剤含有水溶液によるエッチング処理では表
面にスマットが付着しないので、デスマット処理が入ら
ず、工程が短縮される。処理は浸漬、スプレーいずれの
方法でも良い。

【００１８】キレート剤の種類としてはＥＤＴＡ等のア
ミノポリカルボン酸またはそのアルカリ金属塩、ピコリ
ン酸等のアミノカルボン酸のアルカリ金属塩等があり、
その濃度は０．００５ｍｏｌ／ｌ以上が良い。０．００
５ｍｏｌ／ｌ未満ではキレート剤の効果が不十分で、酸
化皮膜が残存し、表面処理後、黒化、密着不良、耐食性
不良を生じる。また、アルミニウム材表面にスマットを
生じやすくデスマット工程が必要となる。

【００１９】ｐＨは特に限定はしないが、ｐＨ＝１〜１
４程度が取り扱い上簡単なので良い。

【００２０】エッチング処理液にはキレート剤以外にア
ルカリ性物質（例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム等のア
ルカリ土類金属水酸化物、トリエタノールアミン等のア
ミン化合物、リン酸・ポリリン酸のアルカリ金属塩、エ
チレンジアミン等のポリアミン化合物等）、酸性物質
（塩酸等の鉱酸、クエン酸等のカルボン酸等）等を含ん
でいても良い。また非イオン性界面活性剤等の界面活性
剤を含んでいても良い。

【００２１】エッチングの温度は室温から沸点までで、
特に限定はしない。試料の酸化皮膜量、処理時間との関
係から適宜選択すれば良いが、４０〜９０℃程度が処理
時間及び取り扱い上好ましい。

【００２２】処理時間は数秒〜３０分程度である。液濃
度、温度、ｐＨ、酸化皮膜量から適宜決定すれば良い。

【００２３】 強アルカリ性溶液によるエッチングは
スマットが発生するのでさらにデスマット処理すること
が望ましい。

【００２４】強アルカリ性溶液としては、水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶
液を用いる。界面活性剤等を含んでいても良い。

【００２５】液濃度は１〜１５ｗｔ％程度が好ましく、
処理温度は室温から９０℃程度が用いられるが、好まし
くは４０〜６０℃である。

【００２６】処理時間は濃度、温度により適宜選択すれ
ば良いが、数分〜数十分の範囲から選択する。デスマッ
トは硝酸、硫酸等の鉱酸溶液中に浸漬すれば良い。

【００２７】 強酸性溶液によるエッチングでは処理
後苛性ソーダ溶液等で中和処理することがその後の表面
のために望ましい。

【００２８】強酸性溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、リ
ン酸クロム酸等の鉱酸及びそれらの混酸を用いるのが良
く、液濃度は数％〜数十％程度が好ましく、処理温度は
室温から９０℃程度が用いられるが、好ましくは３０〜
６０℃である。

【００２９】処理時間は濃度、温度により適宜選択すれ
ば良いが、数分〜数十分の範囲から選択する。

【００３０】請求項２の発明では、２００℃以上での加
工の前に、アルカリ性溶液中での交流電解処理を行うこ
とにより、材料を洗浄・溶解（エッチング）するととも
に緻密な皮膜を形成する。

【００３１】このアルカリ性溶液中での交流電解処理は
例えば特開昭６３−２５８６７４、特開平２−１８２９
００に開示されているように、浴温３０〜９０℃のアル
カリ性溶液中で交流電解処理する。

【００３２】ただし、本発明のように表面処理の対象が
Ｍｇを２％以上含有しているアルミニウム合金の高温加
工体の場合、上記の内でも好ましい処理液の塑性があ
る。即ち、電解時間は２０〜４０秒が、電気量は１００
〜２００Ｃ／ｄｍ² が好ましい。電解時間が２０秒未満
だったり、電気量が１００Ｃ／ｄｍ² 未満では皮膜形成
が不十分でムラのある皮膜になってしまい、電解時間が
４０秒を越えたり、電気量が２００Ｃ／ｄｍ² を越える
と粉ふきが発生し、塗膜密着性が低下する。

【００３３】請求項３及び請求項４の発明においては２
００℃以上での加工の前に、材料に緻密な皮膜を形成す
る。

【００３４】具体的には請求項３の発明では、２００℃
以上での加工の前に、水和酸化処理を行うことにより材
料に緻密な皮膜を形成する。

【００３５】水和酸化処理の方法は特に限定せず、５０
℃以上の脱イオン水等に浸漬またはスプレー処理する。

【００３６】特開昭５９−２１１５７８に開示されてい
るような酸化剤を含んでいてもよく、また特開昭６４−
３４７３１に開示されているようなトリエタノールアミ
ン等のアミン化合物を含んでいても良い。

【００３７】処理時間は処理液温、必要とする皮膜厚さ
等との関係から適宜決定すれば良いが通常１〜６０分程
度の範囲から選ぶことができる。

【００３８】ｐＨは４〜１１程度が良く、４未満及び１
１を越えると皮膜形成が不十分もしくは形成されず、不
適当である。

【００３９】ただし、本発明のように表面処理の対象が
Ｍｇを２％以上含有しているアルミニウム合金の高温加
工体の場合、上記の内でも好ましい処理液の組成があ
る。

【００４０】即ち、硫酸根濃度は５００ｐｐｍ以下、り
ん酸根濃度は１００ｐｐｍ以下、Ｋ、Ｎａ等のアルカリ
金属塩類濃度は２００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｃｕ等の重金
属塩濃度は２００ｐｐｍ以下に抑え、ｐＨが６〜８、液
温が８０℃以上の水を用いるのが好ましい。ｐＨが４以
上６未満では皮膜の形成に時間がかかる。ｐＨが８を越
え１１以下では疎な皮膜が形成してしまう。液温が８０
℃未満だと耐食性が不十分で塗膜密着性が低下しやす
い。

【００４１】また請求項４では２００℃以上での加工の
前に、陽極酸化処理を行うことにより材料に緻密な皮膜
を形成する。

【００４２】この陽極酸化処理は、一般的な方法を用い
れば良く、例えば硫酸、シュウ酸、リン酸、ホウ酸等の
水溶液中で電解処理する。皮膜厚さは目的に応じて０．
１〜３０μｍ程度の範囲から決定すれば良い。

【００４３】最後に請求項５の発明では、２００℃以上
での加工の前にエッチングし、更にアルカリ性水溶液中
での交流電解処理、水和酸化処理または陽極酸化処理の
いずれかの表面処理を行うことにより、上記のエッチン
グと、緻密な皮膜の両方の効果を得るものである。この
方法は、処理工程数は増えるが性能的にはもっとも良い
ものが得られる。

【００４４】

【作用】高温加工前に形成されている酸化皮膜には圧延
油や異物（微細なホコリ等）、Ｍｇの偏析等の欠陥が多
数存在している。このような酸化皮膜は高温加工時に新
たに形成される酸化皮膜中に取り込まれ厚くもろい黒色
の皮膜を形成し、耐食性低下、塗膜密着性不良、外観不
良との不具合を生ずる。

【００４５】このような酸化皮膜を高温加工に先立ちあ
らかじめ除去してやると、高温加工時に新たに形成され
る酸化皮膜が着色せず、美麗な外観を保つことができ
る。また、最表面付近に偏析していたＭｇや圧延油、異
物が除去されるので、高温加工後の表面においてもＭｇ
の偏析が減り、不純物が少なくなるので耐食性、塗膜密
着性が向上する。

【００４６】このような目的には、キレート剤を含有し
た水溶液、強アルカリまたは強酸性溶液によるエッチン
グ処理が適している。

【００４７】また、アルカリ性溶液中での交流電解処理
によっても達成することができる。この場合カソード反
応時の水素気泡による洗浄効果及びアノード反応時の表
面溶解作用による。

【００４８】更に積極的に緻密な皮膜を付与した表面で
は、アルミニウムの酸化が進まないので高温加工時にお
いて新たに生成する酸化皮膜量が少なく美麗な外観を保
持できると共に、緻密な皮膜の作用により耐食性、塗膜
密着性が向上する。水和酸化処理による水和酸化皮膜
（ベーマイト、水酸化アルミニウム）、陽極酸化皮膜
（酸化アルミニウム）、アルカリ性溶液中での交流電解
処理により形成される皮膜（酸化アルミニウム）をこの
目的に使用することができる。これらの皮膜は高温加工
中に一部で脱水反応が生じ、結晶性のアルミニウム酸化
物を形成するので耐食性、塗膜密着性が向上する。

【００４９】また、エッチング後アルカリ性水溶液中で
の交流電解処理、水和酸化処理または陽極酸化処理のい
ずれかの表面処理を行うことにより上記２つの作用で非
常に良好な耐食性、塗膜密着性、外観の美麗さが得られ
る。

【００５０】

【実施例】

（実施例１）Ｍｇ ４％，Ｍｎ １％，Ｂｅ ０．００
５％を含む超塑性アルミニウム合金材（板厚１．６ｍ
ｍ）を表１に示す条件でエッチング処理を行い、水洗・
乾燥した。次いで５００℃に１０分間保持し、大気中で
５ＭＰａで成形後の板厚が０．８ｍｍとなる超塑性ブロ
ー成形を行った後、自然放冷した。得られた合金板をＳ
ＳＴ試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１−１９８８準拠、２０
００時間）、テープ密着性試験（セキスイポリエステル
テープ、Ｎｏ．２１，１８ｍｍ幅を貼り、９０°ピール
強度を測定）及び外観の目視によるチェックを行った。
結果を表２に示す。

【００５１】（比較例１）超塑性ブロー成形前のエッチ
ング処理を省略した以外は実施例１と同様に処理を行っ
た。結果は表２に示す。

【００５２】（比較例２）超塑性ブロー成形前のエッチ
ング処理に代え、りん酸３ナトリウム２％水溶液の７０
℃、３分の処理、りん酸及び１０％酢酸水溶液の９０
℃、３０分の処理を行った以外は実施例１と同様に処理
を行った。結果は表２に示す。

【００５３】

【００５４】

【００５５】表２から本発明の請求項１のようにエッチ
ングしてから高温加工した場合は、無処理で高温加工し
た比較例１やエッチング能のない液で処理してから高温
加工した比較例２と比べ耐食性、テープ密着強度、外観
ともに優れていることが分かる。

【００５６】（実施例２）実施例１におけるエッチング
処理に代えて表３に示す表面処理を行ったほかは実施例
１と同様にテストを行った。 水和酸化処理：純水９０℃×３分浸漬 水和酸化処理：１００ｇ／ｌＴＥＡ、９０℃×１分浸漬 陽極酸化処理 ：１５％Ｈ₂ ＳＯ₄ ，２０℃、電流密度＝１．５Ａ／ｄｍ² 電解時間１０分 アルカリ交流電解：りん酸ソーダ系電解液、ｐＨ１０．５，７０℃、 電解時間１２０秒

【００５７】

【００５８】表３から本発明の請求項２，３，４の発明
のように水和酸化処理、陽極酸化処理、アルカリ交流電
解処理等の表面処理してから高温加工した場合は、表２
に記した無処理で高温加工した比較例１やエッチング能
のない液で処理してから高温加工した比較例２と比べ耐
食性、テープ密着強度、外観ともに優れていることが分
かる。

【００５９】（実施例３）実施例１におけるエッチング
処理に代え、エッチング処理と表面処理を併用した以外
は実施例１と同様の処理を行った。結果は表４に示す。

【００６０】

【００６１】また、この表から本発明の請求項５のよう
にエッチングし更に水和酸化処理、陽極酸化処理、アル
カリ交流電解処理等の表面処理してから高温加工した実
施例３は実施例１や実施例２の場合と比べても、更に耐
食性、テープ密着強度、外観ともに優れていることが分
かる。

【００６２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明のアルミニウム合金高温加工体の製造方法によれば耐
食性、塗膜密着性、外観のいずれもが優れており、建
材、輸送機器用材、装飾品、器物等に好適に用いること
ができる。しかも、加工前の段階で表面処理するのでコ
イル処理が可能で生産性に優れている。

フロントページの続き (72)発明者 倉田 正裕 東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号ス カイアルミニウム株式会社内 (72)発明者 松尾 守 東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号ス カイアルミニウム株式会社内 (72)発明者 田形 勉 東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号ス カイアルミニウム株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ２．０％（重量で、以下同じ）以上
   を含有するアルミニウム合金を、エッチング処理した
   後、２００℃以上の高温で加工することを特徴とするア
   ルミニウム合金高温加工体の製造方法。
2. 【請求項２】 Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
   ム合金を、アルカリ性水溶液中で交流電解処理した後、
   ２００℃以上の高温で加工することを特徴とするアルミ
   ニウム合金高温加工体の製造方法。
3. 【請求項３】 Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
   ム合金を、水和酸化処理した後、２００℃以上の高温で
   加工することを特徴とするアルミニウム合金高温加工体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
   ム合金を、陽極酸化処理した後、２００℃以上の高温で
   加工することを特徴とするアルミニウム合金高温加工体
   の製造方法。
5. 【請求項５】 Ｍｇ２．０％以上を含有するアルミニウ
   ム合金を、エッチングし、さらにアルカリ性水溶液中で
   の交流電解処理、水和酸化処理または陽極酸化処理のい
   ずれかの表面処理した後、２００℃以上の高温で加工す
   ることを特徴とするアルミニウム合金高温加工体の製造
   方法。