化成処理性に優れたアルミニウム合金材およびその洗浄方法
【課題】 化成処理ムラの発生が抑えられた、化成処理性に優れたアルミニウム合金材およびその洗浄方法を提供する。
【解決手段】 アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、酸またはアルカリに接触させてエッチング面を形成した後、ＣａおよびＳｉ濃度がそれぞれ５ｍｇ／ｌ以下の水を接触させて、エッチング面を洗浄し、前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下とする。
【解決手段】 アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、酸またはアルカリに接触させてエッチング面を形成した後、ＣａおよびＳｉ濃度がそれぞれ５ｍｇ／ｌ以下の水を接触させて、エッチング面を洗浄し、前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材およびその洗浄方法であって、特に、自動車のパネル材として使用されるアルミニウム合金材およびその洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金材は、自動車、船舶あるいは車両などの輸送機の外板や構造材あるいは部材、また家電製品の構造材あるいは部材、さらには屋根材などの建築、構造物の部材（建材）として使用され、特に、自動車のドアやフェンダーあるいはボンネットなどのパネル材として好適に使用されている。なお、自動車パネル用途のアルミニウム合金材は、他の鋼材と同様に焼付塗装が施されるが、その塗装下地として、リン酸亜鉛等の化成処理が施される。また、建材用途でもリン酸塩等の化成処理が施され、家電製品用途でもクロメートおよびノンクロメート等の化成処理が施される。
【０００３】
自動車メーカーにおいて、自動車の一般的な生産工程は、以下のように行なわれている。まず、素材メーカーから納入されたアルミニウム合金材がプレス等により部品として成型され、その後、部品が接着、溶接または機械接合などにより接合され、車体が組み立てられる。そして、車体に脱脂処理、表面調整、化成処理、電着塗装、スプレー塗装、焼付処理が施され、エンジンのマウント、内装等を施し、自動車が生産される。
【０００４】
ここで、前記した自動車パネル用途、建材用途または家電製品用途におけるアルミニウム合金材は、素材メーカーにおいて、圧延等によって厚さ１ｍｍ程度に作製され、必要に応じて溶体化および焼入処理が施される。その後、アルミニウム合金材の表面に、酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチングが行われている（例えば、特許文献１参照）。このエッチングは、冷間圧延などの塑性加工や溶体化処理によりアルミニウム合金材表面に付着している油や汚れを除去する、あるいは前記自動車生産工程における溶接性、接着性、脱脂性等を阻害するＭｇＯを含有する酸化皮膜を除去する目的で行われるものである。その後、アルミニウム合金材は、その表面に残存する酸またはアルカリ等を除去するために、水で洗浄処理され、そして、乾燥処理が施される。
【特許文献１】特開２０００-３４５３６４号公報（段落００１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、酸またはアルカリ等の除去に使用される水は、工業用水等が使用されることが多く、Ｃａ化合物、Ｓｉ化合物等の不純物が含有されている。そのため、洗浄処理後、アルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮して、固着する。そして、例えば、自動車生産工程の化成処理において、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物が固着した領域では、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物により化成皮膜の生成が阻害される。このように自動車生産工程に限らず、Ｃａ化合物、Ｓｉ化合物等の不純物が含有されている工業用水等を使用する場合には、アルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮して固着し、化成処理ムラが発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、化成処理ムラの発生が抑えられた、化成処理性に優れたアルミニウム合金材およびその洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下であるアルミニウム合金材として構成したものである。
【０００８】
前記構成によれば、アルミニウム合金材の表層部におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度が低く抑えられているため、アルミニウム合金材の化成処理の際、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物によって化成皮膜の生成が阻害される領域が形成されず、アルミニウム合金材の表面全体が均一に化成処理される。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材の洗浄方法であって、前記アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記エッチング面にＣａ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の水を接触させて、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含むアルミニウム合金材の洗浄方法としたものである。
【００１０】
前記手順によれば、アルミニウム合金材の洗浄に使用される水のＣａ濃度およびＳｉ濃度が所定濃度以下であるため、洗浄後のアルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮されず、固着することもない。その結果、アルミニウム合金材の表層部におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度が低く抑えられ、アルミニウム合金材の化成処理の際、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物によって化成皮膜の生成が阻害される領域が形成されず、アルミニウム合金材の表面全体が均一に化成処理される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアルミニウム合金材は、化成処理ムラの発生が抑えられ、化成処理性に優れたものとなる。また、本発明の洗浄方法は、化成処理性に優れたアルミニウム合金材を提供できる。
しかも、化成処理ムラの発生が抑えられるため、本発明のアルミニウム合金材を化成処理後塗装して、自動車パネル、建材、家電製品等を製造する際、塗装仕上がり性を従来より向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜アルミニウム合金材＞
本発明のアルミニウム合金材について説明する。
アルミニウム合金材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金、または、成形性および焼付硬化性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が好ましい。しかしながら、自動車パネル用途、建材用途または家電製品用途に使用できるものであれば、純アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金等であってもよい。そして、アルミニウム合金材としては、圧延材、押出材、鋳造材、鍛造材、鋳鍛材のいずれであってもよい。
【００１３】
Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ含有量が２〜１２質量％のＡｌ合金がより好ましい。Ｍｇ含有量が２質量％未満では、加工硬化量が低下して、プレス成形や曲げ加工を受けた際の剪断変形に耐えられず、割れを生じる可能性がある。また、人工時効でも十分な強度が得られない可能性がある。一方、Ｍｇ含有量が１２質量％を超えると、強度（耐力）が高くなりすぎて成形性を阻害する可能性がある。したがって、Ｍｇの含有量は２〜１２質量％がより好ましく、４〜６質量％が最適範囲である。
【００１４】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、Ｍｇ含有量が０．２〜１．６質量％、Ｓｉ含有量が０．２〜１．８質量％がより好ましい。ＭｇとＳｉは、人工時効処理により、Ｍｇ２Ｓｉとして析出して、使用時の高強度（耐力）を付与する元素であるが、Ｍｇ含有量が０．２質量％未満および／またはＳｉ含有量が０．２質量％未満では、人工時効で十分な強度が得られない。一方、Ｍｇ含有量が１．６質量％を超える、および／または、Ｓｉ含有量が１．８質量％を超えると、鋳造時および焼き入れ時に粗大な粒子として析出して、伸びが低くなるなど、成形性を阻害する。したがって、Ｍｇの含有量は０．２〜１．６質量％、Ｓｉの含有量は０．２〜１．８質量％が好ましい。また、特に、Ｓｉの粒界への析出の抑制のために、連続熱処理炉にて溶体化および焼入れ処理することを前提に、人工時効処理後の高耐力化を狙うためには、Ｍｇ含有量が０．４〜１．３質量％、Ｓｉ含有量は０．５〜１．２質量％が最適範囲である。
【００１５】
また、用途および要求特性に応じて、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｖ 、Ｓｃ、Ａｇなどの他の元素を適宜含むことは許容される。
【００１６】
アルミニウム合金材は、その表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下である必要がある。また、Ｃａ濃度において０．０２原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において１．５原子％以下であることが好ましい。そして、このような表層部のＣａ濃度およびＳｉ濃度は、後記するように、アルミニウム合金材をエッチング後、所定濃度以下の水で洗浄することによって達成される。
【００１７】
なお、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度は、高周波グロー放電発光分光分析（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、以下、ＧＤ−ＯＥＳと称す）によって測定された、深さ方向プロファイルでのＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を採用するのが好ましい。しかしながら、測定法は、ＧＤ−ＯＥＳと同精度を持つ測定法であれば、ＧＤ−ＯＥＳに限定されない。
【００１８】
以下にＣａ濃度およびＳｉ濃度の数値限定理由を述べる。
（表層部のＣａ濃度の最大値：０．０４原子％以下）
表層部のＣａ濃度の最大値が０．０４原子％を超える場合には、アルミニウム合金材に化成処理を施した際に、化成処理ムラが発生する。すなわち、Ｃａ化合物が濃縮して固着した領域では化成皮膜の生成が阻害される。そして、この化成処理ムラは、本発明のアルミニウム合金材を化成処理後塗装して自動車パネル、建材、家電製品等を製造する際、塗装仕上がり性を低下させる原因となる。
【００１９】
（表層部のＳｉ濃度の最大値：２．５原子％以下）
表層部のＳｉ濃度の最大値が２．５原子％を超える場合には、アルミニウム合金材に化成処理を施した際に、化成処理ムラが発生する。すなわち、Ｓｉ化合物が濃縮して固着した領域では化成皮膜の生成が阻害され、一方、Ｓｉ化合物の固着のない健全部では化成皮膜の生成が通常より過剰に促進される。そして、この化成処理ムラは塗装仕上がり性を低下させる原因となる。
【００２０】
（表層部のＭｇ濃度の最大値）
また、アルミニウム合金材は、その表層部のＭｇ濃度を所定濃度に制限することが好ましい。例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウム合金材においては２．０原子％以下、Ａｌ−Ｍｇ系合金からなるアルミニウム合金材においては６．５原子％以下が好ましい。そして、このような表層部のＭｇ濃度は、アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチングすることによって達成される。なお、Ｍｇ濃度の測定は、ＧＤ−ＯＥＳを使用するのが好ましい。
【００２１】
例えば、自動車メーカー等においては、アルミニウム合金材を化成処理する前に脱脂処理が施されることが多い。この脱脂処理は、プレス等による部品成形および保管の際に部品表面（アルミニウム合金材表面）に付着した油分、粉塵、金属粉等を除去して表面を清浄にした後、表面調整により処理表面を活性化し、次工程の化成処理に適した表面状態に整えるために行なわれる。脱脂処理方法としては、部品（アルミニウム合金材）を炭酸ソーダ系脱脂浴またはリン酸ソーダ系脱脂浴等に浸漬する方法、部品表面に炭酸ソーダ系脱脂溶液またはリン酸ソーダ系脱脂溶液をスプレーする方法等が挙げられる。
【００２２】
そして、表層部のＭｇ濃度が所定濃度を満足しないと、前記脱脂処理において脱脂性の低下、すなわち、油分等の除去不足が発生し易くなる。したがって、脱脂性の低下により、化成処理が阻害される領域が形成され、化成処理ムラが発生し易くなる。そして、この化成処理ムラは塗装仕上がり性を低下させる原因となる。また、表層部のＭｇ濃度が高いと、ＭｇＯを含有する酸化皮膜が形成され易くなり、このＭｇＯを含有する酸化皮膜も脱脂処理を阻害する原因となり、化成処理ムラがより一層発生し易くなる。
【００２３】
＜アルミニウム合金材の洗浄方法＞
次に、本発明のアルミニウム合金材の洗浄方法について説明する。
アルミニウム合金材の洗浄方法は、アルミニウム合金材の表面にエッチング面を形成する第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含む。さらに、第２工程終了後に、常法の乾燥処理をアルミニウム合金材に施す。
【００２４】
ここで、アルミニウム合金材は常法により製造されたものである。例えば、所定の成分組成に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。次いで、このアルミニウム合金鋳塊に、均質化熱処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延（必要により中間焼鈍）、押出または鍛造などの塑性加工方法により、板材、型材、線棒材、鍛造材など、所望の形状に塑性加工して、アルミニウム合金材を製造する。そして、必要により、アルミニウム合金材に、溶体化処理（Ｔ４）、時効処理（Ｔ６）、過時効処理（Ｔ７）などの調質処理を施す。
【００２５】
（第１工程）
前記のようにして製造されたアルミニウム合金材の表面に、酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する、所謂、エッチングを行なう。エッチング方法は、酸またはアルカリ等をアルミニウム合金材表面にスプレーする方法、または、酸浴またはアルカリ浴に浸漬する方法等が挙げられる。酸としては、１〜２０質量％無機酸水溶液、例えば、硝酸水溶液、硫酸水溶液等が好ましく、硝酸と硫酸との混酸水溶液でもよい。また、無機酸水溶液に微量の界面活性剤等を添加したものであってもよい。アルカリは、０．５〜５質量％炭酸ソーダ系、０．５〜５質量％珪酸ソーダ系、０．５〜５質量％リン酸ソーダ系、０．１〜１質量％苛性ソーダ系脱脂溶液等が好ましい。なお、エッチング温度は６０〜９０℃、エッチング時間は１〜１５秒が好ましいが、アルミニウム合金材の表面状態に合わせて適宜変更してもよい。
【００２６】
（第２工程）
前記第１工程の終了後、エッチング面に水を接触させて、エッチング面を洗浄する。洗浄方法は、前記エッチングと同様に、スプレーまたは浸漬する方法等が挙げられ、洗浄温度は４０〜９０℃、洗浄時間は１〜５秒、洗浄回数２〜４回が好ましい。しかしながら、エッチング後のアルミニウム合金材の表面状態に合わせて、前記の洗浄条件（洗浄温度、洗浄時間、洗浄回数）を適宜変更してもよいが、洗浄（最終洗浄）後のアルミニウム合金材の表層部のＣａ濃度の最大値が０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度の最大値が２．５原子％以下となるように、洗浄条件を設定する。そして、洗浄に使用される水は、前記したように、アルミニウム合金材の表層部のＣａおよびＳｉ濃度を決定するため、Ｃａ濃度において５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度において５ｍｇ／Ｌ以下の水を使用する。また、好ましくは、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度が共に２．５ｍｇ／Ｌ以下の水を使用する。
【００２７】
洗浄に使用される水のＣａ濃度およびＳｉ濃度が共に、５ｍｇ／Ｌを超えると、洗浄後のアルミニウム合金材の表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮、固着して、アルミニウム合金材の表層部のＣａ濃度（最大値）が０．０４原子％を越えると共に、Ｓｉ濃度（最大値）も２．５原子％を超えるものとなる。そして、固着したＣａ化合物およびＳｉ化合物は、アルミニウム合金材を化成処理した際、化成皮膜の生成を阻害し、アルミニウム合金材の表面に化成処理ムラを発生させる。
【００２８】
なお、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、以下、ＩＣＰと称す）によって測定されたＣａ濃度およびＳｉ濃度を採用するのが好ましい。しかしながら、測定法は、ＩＣＰと同精度をもつ測定法であれば、ＩＣＰに限定されない。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜８）
表１に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳造法により溶製後、５００℃×４時間の範囲で均質化熱処理を施し、厚さ３ｍｍまで熱間圧延した。次に厚さ１ｍｍまで冷間圧延し、連続熱処理炉において、５００℃で数秒間溶体化処理した後、水冷による急冷を行ってアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を作製した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
次に、前記アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面に、１０質量％硝酸水溶液を６０℃×５秒間スプレーして、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面をエッチングした。その後、表２に示すように、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度を変化させた洗浄水を用いて、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を６０℃×５秒間、２回スプレー洗浄した。ここで、洗浄水のＣａ濃度およびＳｉ濃度は、ＩＣＰ（サーモ社製、型式ＩＲＩＳ Ｉｎｔｒｅｐｉｄ ２）を用いて測定した。
【００３２】
その後、洗浄後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を、乾燥炉で８０〜１１０℃×５〜３０秒間乾燥処理した。そして、乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面（表層部）におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を、ＧＤ−ＯＥＳ（ホリバ・ジョバンイボン社製、型式ＪＹ−５０００ＲＦ）を用いて測定した。その結果（最大値）を表２に示す。
【００３３】
（比較例１〜４）
表２に示すように、洗浄水のＣａおよびＳｉ濃度を請求項２で規定する濃度範囲を満足しないものを使用した以外は、実施例１〜８と同様にして、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）にエッチング、スプレー洗浄、乾燥処理を施した。そして、乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面（表層部）におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を、実施例１〜８と同様にして測定した。その結果（最大値）を表２に示す。
【００３４】
次に、実施例１〜８、比較例１〜４で作製した乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を、４０℃炭酸ソーダ系脱脂浴に２分間浸漬（攪拌浸漬）して、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を脱脂処理した。その後、３５℃リン酸亜鉛浴に２分間浸漬（攪拌浸漬）して、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を化成処理した。そして、化成処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面に発生する化成処理ムラを、目視にて評価した。その結果（化成処理性）を表２に示す。
【００３５】
なお、表２の化成処理性の評価において、「◎」は、化成処理ムラの発生がなく、優れたもの、「○」は、軽度の化成処理ムラが発生し、良好のもの、「△」は、中度の化成処理ムラが発生し、やや不良のもの、「×」は、重度の化成処理ムラが発生し、不良のものを示す。ここで、「軽度の化成処理ムラ」とは、アルミニウム合金板に電着塗装（下塗り塗装）、中塗り塗装、上塗り塗装の三段階の塗装を施して自動車パネルを作製する際に、いずれの段階の塗膜にも外観不良を発生させないもの、「中度の化成処理ムラ」とは、電着塗装の塗膜には外観不良を発生させるが、その外観不良が上塗り塗装の塗膜にまで影響しないもの、「重度の化成処理ムラ」とは、上塗り塗装の塗膜に外観不良を発生させるものを意味する。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２の結果から、請求項を満足する実施例１〜８のアルミニウム合金板には、化成処理後の塗膜に影響を与える化成処理ムラが発生せず、請求項を満足しない比較例１〜４には塗膜に影響を与える化成処理ムラが発生した。したがって、実施例１〜８は、比較例１〜４に比べて、化成処理性に優れていることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材およびその洗浄方法であって、特に、自動車のパネル材として使用されるアルミニウム合金材およびその洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金材は、自動車、船舶あるいは車両などの輸送機の外板や構造材あるいは部材、また家電製品の構造材あるいは部材、さらには屋根材などの建築、構造物の部材（建材）として使用され、特に、自動車のドアやフェンダーあるいはボンネットなどのパネル材として好適に使用されている。なお、自動車パネル用途のアルミニウム合金材は、他の鋼材と同様に焼付塗装が施されるが、その塗装下地として、リン酸亜鉛等の化成処理が施される。また、建材用途でもリン酸塩等の化成処理が施され、家電製品用途でもクロメートおよびノンクロメート等の化成処理が施される。
【０００３】
自動車メーカーにおいて、自動車の一般的な生産工程は、以下のように行なわれている。まず、素材メーカーから納入されたアルミニウム合金材がプレス等により部品として成型され、その後、部品が接着、溶接または機械接合などにより接合され、車体が組み立てられる。そして、車体に脱脂処理、表面調整、化成処理、電着塗装、スプレー塗装、焼付処理が施され、エンジンのマウント、内装等を施し、自動車が生産される。
【０００４】
ここで、前記した自動車パネル用途、建材用途または家電製品用途におけるアルミニウム合金材は、素材メーカーにおいて、圧延等によって厚さ１ｍｍ程度に作製され、必要に応じて溶体化および焼入処理が施される。その後、アルミニウム合金材の表面に、酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチングが行われている（例えば、特許文献１参照）。このエッチングは、冷間圧延などの塑性加工や溶体化処理によりアルミニウム合金材表面に付着している油や汚れを除去する、あるいは前記自動車生産工程における溶接性、接着性、脱脂性等を阻害するＭｇＯを含有する酸化皮膜を除去する目的で行われるものである。その後、アルミニウム合金材は、その表面に残存する酸またはアルカリ等を除去するために、水で洗浄処理され、そして、乾燥処理が施される。
【特許文献１】特開２０００-３４５３６４号公報（段落００１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、酸またはアルカリ等の除去に使用される水は、工業用水等が使用されることが多く、Ｃａ化合物、Ｓｉ化合物等の不純物が含有されている。そのため、洗浄処理後、アルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮して、固着する。そして、例えば、自動車生産工程の化成処理において、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物が固着した領域では、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物により化成皮膜の生成が阻害される。このように自動車生産工程に限らず、Ｃａ化合物、Ｓｉ化合物等の不純物が含有されている工業用水等を使用する場合には、アルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮して固着し、化成処理ムラが発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、化成処理ムラの発生が抑えられた、化成処理性に優れたアルミニウム合金材およびその洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下であるアルミニウム合金材として構成したものである。
【０００８】
前記構成によれば、アルミニウム合金材の表層部におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度が低く抑えられているため、アルミニウム合金材の化成処理の際、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物によって化成皮膜の生成が阻害される領域が形成されず、アルミニウム合金材の表面全体が均一に化成処理される。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材の洗浄方法であって、前記アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記エッチング面にＣａ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の水を接触させて、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含むアルミニウム合金材の洗浄方法としたものである。
【００１０】
前記手順によれば、アルミニウム合金材の洗浄に使用される水のＣａ濃度およびＳｉ濃度が所定濃度以下であるため、洗浄後のアルミニウム合金材表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮されず、固着することもない。その結果、アルミニウム合金材の表層部におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度が低く抑えられ、アルミニウム合金材の化成処理の際、Ｃａ化合物およびＳｉ化合物によって化成皮膜の生成が阻害される領域が形成されず、アルミニウム合金材の表面全体が均一に化成処理される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアルミニウム合金材は、化成処理ムラの発生が抑えられ、化成処理性に優れたものとなる。また、本発明の洗浄方法は、化成処理性に優れたアルミニウム合金材を提供できる。
しかも、化成処理ムラの発生が抑えられるため、本発明のアルミニウム合金材を化成処理後塗装して、自動車パネル、建材、家電製品等を製造する際、塗装仕上がり性を従来より向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜アルミニウム合金材＞
本発明のアルミニウム合金材について説明する。
アルミニウム合金材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金、または、成形性および焼付硬化性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が好ましい。しかしながら、自動車パネル用途、建材用途または家電製品用途に使用できるものであれば、純アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金等であってもよい。そして、アルミニウム合金材としては、圧延材、押出材、鋳造材、鍛造材、鋳鍛材のいずれであってもよい。
【００１３】
Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ含有量が２〜１２質量％のＡｌ合金がより好ましい。Ｍｇ含有量が２質量％未満では、加工硬化量が低下して、プレス成形や曲げ加工を受けた際の剪断変形に耐えられず、割れを生じる可能性がある。また、人工時効でも十分な強度が得られない可能性がある。一方、Ｍｇ含有量が１２質量％を超えると、強度（耐力）が高くなりすぎて成形性を阻害する可能性がある。したがって、Ｍｇの含有量は２〜１２質量％がより好ましく、４〜６質量％が最適範囲である。
【００１４】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、Ｍｇ含有量が０．２〜１．６質量％、Ｓｉ含有量が０．２〜１．８質量％がより好ましい。ＭｇとＳｉは、人工時効処理により、Ｍｇ２Ｓｉとして析出して、使用時の高強度（耐力）を付与する元素であるが、Ｍｇ含有量が０．２質量％未満および／またはＳｉ含有量が０．２質量％未満では、人工時効で十分な強度が得られない。一方、Ｍｇ含有量が１．６質量％を超える、および／または、Ｓｉ含有量が１．８質量％を超えると、鋳造時および焼き入れ時に粗大な粒子として析出して、伸びが低くなるなど、成形性を阻害する。したがって、Ｍｇの含有量は０．２〜１．６質量％、Ｓｉの含有量は０．２〜１．８質量％が好ましい。また、特に、Ｓｉの粒界への析出の抑制のために、連続熱処理炉にて溶体化および焼入れ処理することを前提に、人工時効処理後の高耐力化を狙うためには、Ｍｇ含有量が０．４〜１．３質量％、Ｓｉ含有量は０．５〜１．２質量％が最適範囲である。
【００１５】
また、用途および要求特性に応じて、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｖ 、Ｓｃ、Ａｇなどの他の元素を適宜含むことは許容される。
【００１６】
アルミニウム合金材は、その表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下である必要がある。また、Ｃａ濃度において０．０２原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において１．５原子％以下であることが好ましい。そして、このような表層部のＣａ濃度およびＳｉ濃度は、後記するように、アルミニウム合金材をエッチング後、所定濃度以下の水で洗浄することによって達成される。
【００１７】
なお、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度は、高周波グロー放電発光分光分析（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、以下、ＧＤ−ＯＥＳと称す）によって測定された、深さ方向プロファイルでのＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を採用するのが好ましい。しかしながら、測定法は、ＧＤ−ＯＥＳと同精度を持つ測定法であれば、ＧＤ−ＯＥＳに限定されない。
【００１８】
以下にＣａ濃度およびＳｉ濃度の数値限定理由を述べる。
（表層部のＣａ濃度の最大値：０．０４原子％以下）
表層部のＣａ濃度の最大値が０．０４原子％を超える場合には、アルミニウム合金材に化成処理を施した際に、化成処理ムラが発生する。すなわち、Ｃａ化合物が濃縮して固着した領域では化成皮膜の生成が阻害される。そして、この化成処理ムラは、本発明のアルミニウム合金材を化成処理後塗装して自動車パネル、建材、家電製品等を製造する際、塗装仕上がり性を低下させる原因となる。
【００１９】
（表層部のＳｉ濃度の最大値：２．５原子％以下）
表層部のＳｉ濃度の最大値が２．５原子％を超える場合には、アルミニウム合金材に化成処理を施した際に、化成処理ムラが発生する。すなわち、Ｓｉ化合物が濃縮して固着した領域では化成皮膜の生成が阻害され、一方、Ｓｉ化合物の固着のない健全部では化成皮膜の生成が通常より過剰に促進される。そして、この化成処理ムラは塗装仕上がり性を低下させる原因となる。
【００２０】
（表層部のＭｇ濃度の最大値）
また、アルミニウム合金材は、その表層部のＭｇ濃度を所定濃度に制限することが好ましい。例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウム合金材においては２．０原子％以下、Ａｌ−Ｍｇ系合金からなるアルミニウム合金材においては６．５原子％以下が好ましい。そして、このような表層部のＭｇ濃度は、アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチングすることによって達成される。なお、Ｍｇ濃度の測定は、ＧＤ−ＯＥＳを使用するのが好ましい。
【００２１】
例えば、自動車メーカー等においては、アルミニウム合金材を化成処理する前に脱脂処理が施されることが多い。この脱脂処理は、プレス等による部品成形および保管の際に部品表面（アルミニウム合金材表面）に付着した油分、粉塵、金属粉等を除去して表面を清浄にした後、表面調整により処理表面を活性化し、次工程の化成処理に適した表面状態に整えるために行なわれる。脱脂処理方法としては、部品（アルミニウム合金材）を炭酸ソーダ系脱脂浴またはリン酸ソーダ系脱脂浴等に浸漬する方法、部品表面に炭酸ソーダ系脱脂溶液またはリン酸ソーダ系脱脂溶液をスプレーする方法等が挙げられる。
【００２２】
そして、表層部のＭｇ濃度が所定濃度を満足しないと、前記脱脂処理において脱脂性の低下、すなわち、油分等の除去不足が発生し易くなる。したがって、脱脂性の低下により、化成処理が阻害される領域が形成され、化成処理ムラが発生し易くなる。そして、この化成処理ムラは塗装仕上がり性を低下させる原因となる。また、表層部のＭｇ濃度が高いと、ＭｇＯを含有する酸化皮膜が形成され易くなり、このＭｇＯを含有する酸化皮膜も脱脂処理を阻害する原因となり、化成処理ムラがより一層発生し易くなる。
【００２３】
＜アルミニウム合金材の洗浄方法＞
次に、本発明のアルミニウム合金材の洗浄方法について説明する。
アルミニウム合金材の洗浄方法は、アルミニウム合金材の表面にエッチング面を形成する第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含む。さらに、第２工程終了後に、常法の乾燥処理をアルミニウム合金材に施す。
【００２４】
ここで、アルミニウム合金材は常法により製造されたものである。例えば、所定の成分組成に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。次いで、このアルミニウム合金鋳塊に、均質化熱処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延（必要により中間焼鈍）、押出または鍛造などの塑性加工方法により、板材、型材、線棒材、鍛造材など、所望の形状に塑性加工して、アルミニウム合金材を製造する。そして、必要により、アルミニウム合金材に、溶体化処理（Ｔ４）、時効処理（Ｔ６）、過時効処理（Ｔ７）などの調質処理を施す。
【００２５】
（第１工程）
前記のようにして製造されたアルミニウム合金材の表面に、酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する、所謂、エッチングを行なう。エッチング方法は、酸またはアルカリ等をアルミニウム合金材表面にスプレーする方法、または、酸浴またはアルカリ浴に浸漬する方法等が挙げられる。酸としては、１〜２０質量％無機酸水溶液、例えば、硝酸水溶液、硫酸水溶液等が好ましく、硝酸と硫酸との混酸水溶液でもよい。また、無機酸水溶液に微量の界面活性剤等を添加したものであってもよい。アルカリは、０．５〜５質量％炭酸ソーダ系、０．５〜５質量％珪酸ソーダ系、０．５〜５質量％リン酸ソーダ系、０．１〜１質量％苛性ソーダ系脱脂溶液等が好ましい。なお、エッチング温度は６０〜９０℃、エッチング時間は１〜１５秒が好ましいが、アルミニウム合金材の表面状態に合わせて適宜変更してもよい。
【００２６】
（第２工程）
前記第１工程の終了後、エッチング面に水を接触させて、エッチング面を洗浄する。洗浄方法は、前記エッチングと同様に、スプレーまたは浸漬する方法等が挙げられ、洗浄温度は４０〜９０℃、洗浄時間は１〜５秒、洗浄回数２〜４回が好ましい。しかしながら、エッチング後のアルミニウム合金材の表面状態に合わせて、前記の洗浄条件（洗浄温度、洗浄時間、洗浄回数）を適宜変更してもよいが、洗浄（最終洗浄）後のアルミニウム合金材の表層部のＣａ濃度の最大値が０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度の最大値が２．５原子％以下となるように、洗浄条件を設定する。そして、洗浄に使用される水は、前記したように、アルミニウム合金材の表層部のＣａおよびＳｉ濃度を決定するため、Ｃａ濃度において５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度において５ｍｇ／Ｌ以下の水を使用する。また、好ましくは、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度が共に２．５ｍｇ／Ｌ以下の水を使用する。
【００２７】
洗浄に使用される水のＣａ濃度およびＳｉ濃度が共に、５ｍｇ／Ｌを超えると、洗浄後のアルミニウム合金材の表面にＣａ化合物およびＳｉ化合物が濃縮、固着して、アルミニウム合金材の表層部のＣａ濃度（最大値）が０．０４原子％を越えると共に、Ｓｉ濃度（最大値）も２．５原子％を超えるものとなる。そして、固着したＣａ化合物およびＳｉ化合物は、アルミニウム合金材を化成処理した際、化成皮膜の生成を阻害し、アルミニウム合金材の表面に化成処理ムラを発生させる。
【００２８】
なお、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、以下、ＩＣＰと称す）によって測定されたＣａ濃度およびＳｉ濃度を採用するのが好ましい。しかしながら、測定法は、ＩＣＰと同精度をもつ測定法であれば、ＩＣＰに限定されない。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜８）
表１に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳造法により溶製後、５００℃×４時間の範囲で均質化熱処理を施し、厚さ３ｍｍまで熱間圧延した。次に厚さ１ｍｍまで冷間圧延し、連続熱処理炉において、５００℃で数秒間溶体化処理した後、水冷による急冷を行ってアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を作製した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
次に、前記アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面に、１０質量％硝酸水溶液を６０℃×５秒間スプレーして、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面をエッチングした。その後、表２に示すように、Ｃａ濃度およびＳｉ濃度を変化させた洗浄水を用いて、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を６０℃×５秒間、２回スプレー洗浄した。ここで、洗浄水のＣａ濃度およびＳｉ濃度は、ＩＣＰ（サーモ社製、型式ＩＲＩＳ Ｉｎｔｒｅｐｉｄ ２）を用いて測定した。
【００３２】
その後、洗浄後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を、乾燥炉で８０〜１１０℃×５〜３０秒間乾燥処理した。そして、乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面（表層部）におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を、ＧＤ−ＯＥＳ（ホリバ・ジョバンイボン社製、型式ＪＹ−５０００ＲＦ）を用いて測定した。その結果（最大値）を表２に示す。
【００３３】
（比較例１〜４）
表２に示すように、洗浄水のＣａおよびＳｉ濃度を請求項２で規定する濃度範囲を満足しないものを使用した以外は、実施例１〜８と同様にして、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）にエッチング、スプレー洗浄、乾燥処理を施した。そして、乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面（表層部）におけるＣａ濃度およびＳｉ濃度の最大値を、実施例１〜８と同様にして測定した。その結果（最大値）を表２に示す。
【００３４】
次に、実施例１〜８、比較例１〜４で作製した乾燥処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）を、４０℃炭酸ソーダ系脱脂浴に２分間浸漬（攪拌浸漬）して、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を脱脂処理した。その後、３５℃リン酸亜鉛浴に２分間浸漬（攪拌浸漬）して、アルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面を化成処理した。そして、化成処理後のアルミニウム合金板（Ｎｏ．１、２）の表面に発生する化成処理ムラを、目視にて評価した。その結果（化成処理性）を表２に示す。
【００３５】
なお、表２の化成処理性の評価において、「◎」は、化成処理ムラの発生がなく、優れたもの、「○」は、軽度の化成処理ムラが発生し、良好のもの、「△」は、中度の化成処理ムラが発生し、やや不良のもの、「×」は、重度の化成処理ムラが発生し、不良のものを示す。ここで、「軽度の化成処理ムラ」とは、アルミニウム合金板に電着塗装（下塗り塗装）、中塗り塗装、上塗り塗装の三段階の塗装を施して自動車パネルを作製する際に、いずれの段階の塗膜にも外観不良を発生させないもの、「中度の化成処理ムラ」とは、電着塗装の塗膜には外観不良を発生させるが、その外観不良が上塗り塗装の塗膜にまで影響しないもの、「重度の化成処理ムラ」とは、上塗り塗装の塗膜に外観不良を発生させるものを意味する。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２の結果から、請求項を満足する実施例１〜８のアルミニウム合金板には、化成処理後の塗膜に影響を与える化成処理ムラが発生せず、請求項を満足しない比較例１〜４には塗膜に影響を与える化成処理ムラが発生した。したがって、実施例１〜８は、比較例１〜４に比べて、化成処理性に優れていることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、
前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下であることを特徴とするアルミニウム合金材。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材の洗浄方法であって、
前記アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する第１工程と、
前記第１工程の終了後に、前記エッチング面にＣａ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の水を接触させて、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含むことを特徴とするアルミニウム合金材の洗浄方法。
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材であって、
前記アルミニウム合金材の表面から深さ方向に１μｍまでの表層部の元素濃度の最大値が、Ｃａ濃度において０．０４原子％以下であると共に、Ｓｉ濃度において２．５原子％以下であることを特徴とするアルミニウム合金材。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる化成処理後塗装されて用いられるアルミニウム合金材の洗浄方法であって、
前記アルミニウム合金材の表面に酸またはアルカリを接触させて、または、アルカリと酸を順次接触させて、エッチング面を形成する第１工程と、
前記第１工程の終了後に、前記エッチング面にＣａ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、Ｓｉ濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の水を接触させて、前記エッチング面を洗浄する第２工程とを含むことを特徴とするアルミニウム合金材の洗浄方法。
【公開番号】特開２００７−７０６５３（Ｐ２００７−７０６５３Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５５６５４（Ｐ２００５−２５５６５４）
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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