JPH09263868A - 塗膜密着性に優れるアルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents

塗膜密着性に優れるアルミニウム合金板及びその製造方法

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JPH09263868A
JPH09263868A JP7345296A JP7345296A JPH09263868A JP H09263868 A JPH09263868 A JP H09263868A JP 7345296 A JP7345296 A JP 7345296A JP 7345296 A JP7345296 A JP 7345296A JP H09263868 A JPH09263868 A JP H09263868A
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JP
Japan
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aluminum alloy
adhesion
alloy plate
coating film
weight
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JP7345296A
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Hiromasa Nomura
広正 野村
Ryoji Nishioka
良二 西岡
Yoshimi Kada
好美 加田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/06Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、塗膜密着性に優れるアルミニウム
合金板およびその製造法を提供する。 【解決手段】 Mg:0.1〜10重量%とCu:0.
01〜5重量%を必須成分として含有し、残部がAl及
び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板あるい
は、さらに単独添加量が5重量%以下のSi,Fe,M
n,Cr,Zn,Ti,Zr,Agのうちから1種以上
を含有するアルミニウム合金板において、表面のMg濃
化層を除去し、同時にCuを0.1〜10重量%まで濃
化させることにより、塗膜密着性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用や家電用
として使用される塗膜密着性に優れるアルミニウム合金
板およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、家電や自動車などの分野でアルミ
ニウム合金板の使用量が増加してきている。アルミニウ
ム合金板は一般的に塗装して使用されるため、塗膜とア
ルミニウム合金板の密着性が良好であることが必要とさ
れている。現在、アルミニウム合金板の塗膜密着性を改
善する前処理法としては、接着性を改善する前処理とほ
ぼ同じものが適用されている。例えば、学術雑誌「軽金
属」41巻第10号650頁〜659頁に記載されてい
る接着性改善の前処理がそのまま適用可能であり、主に
次の2種類の方法が航空機用アルミニウム合金板に用い
られている。
【0003】(イ)硫酸−クロム酸エッチング法 濃硫酸を10重量部、重クロム酸ソーダを1重量部、脱
イオン水を30重量部含む約65℃の溶液に5〜10分
間浸漬するものである。本法によれば、アルミニウム合
金板の表面にはアルミニウムと酸素の濃度が著しく増加
して厚いアルミニウム酸化物層が形成される。アルミニ
ウム酸化物層には5角形の細い穴を持つ酸化アルミニウ
ム層上に直径約50Åの酸化アルミウィスカーが成長し
ている。このアルミニウム酸化物層によるアンカー効果
で接着性や塗膜密着性が高くなると言われている。
【0004】(ロ)陽極酸化法 硫酸−クロム酸エッチングは耐水性に劣るため、耐水性
の要求が高い部分では陽極酸化が行われている。クロム
酸陽極酸化法とリン酸陽極酸化法が主に用いられてい
る。これらの方法によるとポーラスなアルミニウム酸化
層が上記(イ)の硫酸−クロム酸エッチングより厚く成
長し、接着性や塗膜密着性が向上すると同時に耐久性も
向上する。
【0005】また、上記の方法を発展させたものとして
特開平5−179488号公報がある。これは、アルミ
ニウム合金板に対してフッ素、ジルコニウムイオンまた
はチタニウムイオンを添加したクロム酸と硫酸の混合電
解液を使用して陰極電解を行い、アルミニウム合金板表
面の酸化皮膜を成長させ、耐食性と塗膜密着性を向上さ
せるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の前処理法は、確
かに塗膜密着性を向上させることはできるが、次の欠点
を持っている。まず、前処理の工程が複雑であるという
欠点である。工程の数は、硫酸−クロム酸エッチングで
は6工程、クロム酸陽極酸化では10工程、リン酸陽極
酸化では8工程必要であり、複雑な工程を踏まなければ
ならない。そのためにコストが高く、処理時間が長いと
いう問題がある。次に、クロム酸を使用する前処理法で
は、有害物質であるクロムを使用するために使用環境や
廃液処理に十分な注意を払わなければならないという欠
点がある。本発明の目的は、複雑な工程を踏まず、なお
かつ安全な前処理により製造できる塗膜密着性に優れる
アルミニウム合金板およびその製造方法を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、Mg:0.1
〜10重量%とCu:0.01〜5重量%を必須成分と
して含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるア
ルミニウム合金板あるいは、さらに単独添加量が5%以
下のSi,Fe,Mn,Cr,Zn,Ti,Zr,Ag
の内から1種以上を含有するアルミニウム合金板におい
て、アルミニウム合金板の表面にMgの濃化層がなく、
表面にCuが0.1〜10重量%濃化した塗膜密着性能
に優れるアルミニウム合金板である。また、本発明は、
前記アルミニウム合金板の製造方法において、硫酸濃度
5重量%〜30重量%、浴温度50℃〜80℃、酸洗時
間10秒〜30秒の酸洗処理によってアルミニウム合金
板表面のMg濃化層を除去し、同時にアルミニウム合金
板表面にCuを0.1〜10重量%濃化させることを特
徴とする塗膜密着性に優れるアルミニウム合金板の製造
法である。
【0008】
【発明の実施の形態】アルミニウム合金板の塗膜密着性
を向上させる方法としては、以下の方法が考えられる。 (A)アルミニウム合金板と塗膜の界面近傍に力学的に
弱い層が存在し、その層を起点にして密着部の破壊が起
こる。アルミニウム合金板において、その力学的に弱い
層の塗料を塗布する前に除去する。 (B)アルミニウム合金表面に塗膜密着に適した表面形
態を付与する。具体的には塗料の濡れ性の改善、塗料と
アルミニウム合金板の親和性の改善、アンカー効果の付
与等である。
【0009】本発明者等はMgとCuを含有するアルミ
ニウム合金の表面状態を詳細に解析した。その結果、ア
ルミニウム合金板の表面にはMgがMgOとなって濃化
しており、最表面のMg濃度はバルクの濃度より高い傾
向にあった。これは焼鈍の段階で酸化され易いMgが内
部から表面へ拡散してきた結果であり、濃化の度合いは
焼鈍温度や焼鈍雰囲気等の焼鈍条件に左右されるもので
ある。これに対して、Cuは表面に濃化せず表面から内
部までほぼ同じ濃度で存在していた。
【0010】このような表面状態を有するアルミニウム
合金板の塗膜密着性を碁盤目エリクセン試験とデュポン
衝撃試験で詳細に評価した。表面にMgOが濃化してい
ると油や汚れを吸着し易く、この油や汚れが上記(A)
の界面近傍の力学的に弱い層となり、塗膜密着性を低下
させる原因となっていた。また、Mgが濃化したAl 2
3 層自身も上記(A)の力学的に弱い層となり、塗膜
密着性を低下させる原因となっていた。一方、Cuは一
般的に有機物との親和性が高く、キレート能力に優れた
元素であるので、表面のCu濃度が増加すると上記
(B)の塗膜との親和性が高まり、塗膜とアルミニウム
合金板の間に強固な結合が形成され、高い密着性が付与
されるようになった。
【0011】すなわち、アルミニウム合金板の表面にお
いて、(1)Mgの濃化層を除去し、(2)かつCuを
表面に濃化させることによって、塗膜密着性に優れるア
ルミニウム合金板が得られることを見い出し、本発明に
到った。まず、原板のアルミニウム合金板において、M
g含有量は0.1〜10重量%、Cu含有量は0.01
〜5重量%とする。Mg含有量が0.1重量%未満また
は10重量%超では十分な加工性が得られない。またC
u含有率量0.01重量%未満では表面へのCu濃化量
が少なく塗膜密着性の向上効果が得られず、5重量%超
では十分な加工性が得られない。
【0012】次に、アルミニウム合金板表面における成
分濃度については、Mgは、密着性の向上のために表面
濃化層をなくす必要がある。酸洗前より減少すれば密着
性は向上するが、最高の密着性を得るためには表面のM
g量をバルクのMg量とほぼ同じ水準まで低下させる必
要がある。本発明において、Mgの表面濃化層がないと
は、グロー放電発光分光法によって表面を分析し、その
Mgの表面分析値がバルクのMg量±10%の範囲にあ
る状態をさす。また、Cu量は表面濃度が0.1重量%
以上になると塗膜密着性は向上する。しかし、10重量
%超になると耐食性の点で問題がある。本発明において
Cuが表面に濃化するとは、グロー放電発光分光法によ
って表面を分析し、そのCuの表面分析値がバルクのC
u量より、10%以上高い状態をさす。
【0013】本発明のアルミニウム合金板においては、
必要に応じてSi,Fe,Mn,Cr,Zn,Ti,Z
r,Agのうち1種以上を各々5%以下で含有させる。
これらの元素は強度確保のために添加されるが、あまり
多すぎると加工性が劣化するので上限を5%とする。本
発明で限定する上記アルミニウム合金板において、所定
の成分表面濃度を得る方法としては酸洗法を適用する。
アルミニウム合金板のエッチング法としてアルカリエッ
チングも酸洗と同様に広く使用されている。しかし、ア
ルカリエッチングではCuの表面への濃化現象は起きる
もののMgの濃化層が除去されないので、Cuによる塗
膜密着性の向上効果は得られるが、残存するMgの濃化
層による塗膜密着性の低下が有るため、本発明には適さ
ない。
【0014】以下、本発明における酸洗法について説明
する。まず、本発明に適用する酸洗液は、硫酸が好適で
ある。硝酸はMgのみならずCuをも溶解してしまう酸
であるので、Mgの濃化層を除去する事による塗膜密着
性向上効果は得られるものの、Cuの濃化による塗膜密
着性の向上効果は得られない。硫酸の濃度は5重量%〜
30重量%とする。5重量%未満ではMgの表面濃化層
を除去しにくく、30重量%超ではエッチング速度があ
まり増加しないため経済的ではない。次に、酸洗処理す
る際の液温は50℃〜80℃の範囲とする。50℃未満
ではMgの表面濃化層を除去するのに長時間を要するの
で好ましくなく、80℃を越えると液の蒸発量が多くな
り、作業環境の面で好ましくない。次に、酸洗時間は1
0秒〜30秒とする。10秒未満ではMgの表面濃化層
を除去しにくく、30秒超ではCuの表面濃化量が多く
なり耐食性の面で問題がある。
【0015】
【実施例】次に、この発明を実施例によってさらに詳述
する。実験には表1に示すA〜Dまでの4種類の500
0番系のアルミニウム合金板を選んだ。アルミニウム合
金板の板厚は0.6mmとした。酸洗は、酸として硫酸
を選び表2に示す条件で処理した。グロー放電発光分光
法で酸洗前後のアルミニウム合金板の表面を分析したと
ころ、酸洗前の段階ではいずれのアルミニウム合金板も
焼鈍で生成したMgの濃化層が表面に存在していたが、
本発明の酸洗によりMgの濃化層は除去され、表面のM
g量はバルクのMg量とほぼ同じになっていた。Cuは
酸洗により表面に濃化していた。表面に濃化したCuの
量は表2の通りであった。次に、酸洗後のアルミニウム
合金板と酸洗を行わなかった原板に、クロメート処理を
トータルクロム量で50mg/m2 の付着量で施した
後、プライマーとしてエポキシ系塗料を5μmの厚さで
塗布し、トップとしてポリエステル系塗料を15μmの
厚さで塗布した。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】塗膜密着性の試験としては碁盤目エリクセ
ン試験(1mm目,7mm押し出し)を行った。すなわ
ち、碁盤目エリクセン試験後の表面にテープを貼り付
け、よくこすりつけた後テープを剥がし、テープに付着
する塗膜の量を5段階に分けて評価した。評点1がテー
プの試験面の全面に塗膜が付着した状態、評点2がテー
プの試験面の75%に塗膜が付着した状態、評点3がテ
ープの試験面の50%に塗膜が付着した状態、評点4が
テープの試験面の25%に塗膜が付着した状態、評点5
がテープの試験面に全く塗膜が付着しない状態とした。
【0019】試験結果を表3に示す。いずれの合金も酸
洗前、即ち原板の段階では塗膜密着性が悪いが、酸洗に
よりMgの濃化層を除去することで塗膜密着性は向上し
ている。Cuを添加していない合金AよりもCuを添加
した合金B,C,Dの方が酸洗による密着性向上の程度
は大きい。剥がれてテープに付着した試験片の破壊形態
を観察したところ、酸洗前では塗膜とアルミニウム合金
板の界面での剥離であった。以上より、原板のままでは
塗膜密着性の劣るアルミニウム合金板に対して酸洗を施
し、表面のMgの濃化層を除去し、表面にCuを濃化さ
せる事で塗膜密着性を向上する事が明らかにされた。
【0020】
【表3】
【0021】
【発明の効果】本発明は原板のままでは塗膜密着性に劣
るのでアルミニウム合金板において表面のMg濃化層を
除去し、かつCu濃化層を付与することによって、アル
ミニウム合金板の塗膜密着性を向上するものであり、家
電材料や自動車材料等の分野でのアルミニウム合金板の
広範な利用を可能とする。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg:0.1〜10重量%とCu:0.
    01〜5重量%を必須成分として含有し、残部がAl及
    び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板におい
    て、アルミニウム合金板の表面にMgの濃化層がなく、
    表面にCuが0.1〜10重量%濃化した塗膜密着性に
    優れるアルミニウム合金板。
  2. 【請求項2】 単独添加量が5重量%以下のSi,F
    e,Mn,Cr,Zn,Ti,Zr,Agのうち1種以
    上を含有する請求項1記載の塗膜密着性に優れるアルミ
    ニウム合金板。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のアルミニウム合
    金板の製造法において、硫酸濃度5重量%〜30重量
    %、浴温度50℃〜80℃、酸洗時間10秒〜30秒の
    酸洗処理によってアルミニウム合金板の表面のMg濃化
    層を除去すると同時にアルミニウム合金板の表面にCu
    を0.1〜10重量%濃化させることを特徴とする塗膜
    密着性に優れるアルミニウム合金板の製造方法。
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