表面処理アルミニウム材および熱交換器
【課題】 親水性、耐汚染性および耐食性ならびに成形性に優れ、かつ密着性にも優れた防食層を備えた表面処理アルミニウム材およびこのアルミニウム材を備えた熱交換器を提供する。
【解決手段】 アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材１と、金属基材１の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層２と、下地層２上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層３と、中間層３上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層４とを具備してなることを特徴とする表面処理アルミニウム材Ａを採用する。
【解決手段】 アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材１と、金属基材１の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層２と、下地層２上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層３と、中間層３上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層４とを具備してなることを特徴とする表面処理アルミニウム材Ａを採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親水性、耐汚染性、耐食性、成形性に優れる熱交換器のフィン材用の表面処理アルミニウム材およびこの表面処理アルミニウム材を備えた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、ルームエアコン、パッケージエアコン、冷凍ショーケース、冷蔵庫、オイルクーラー及びラジエータ等を代表として種々の分野に利用されている。これらの熱交換器において、ルームエアコン及びパッケージエアコン等の熱交換器用フィンには熱伝導性及び加工性が優れることからアルミニウムが使用されている。
【０００３】
この熱交換器用のフィン材の表面には、冷房運転時に発生する結露水を水膜状水滴として流出させるために、親水性処理が施されている。すなわち、親水性を高める表面処理をアルミニウム材表面に施すと、このアルミニウム材からなるフィンに付着した水滴の接触角が小さくなる。この接触角が小さいほど水膜（水滴）が薄くなり、フィン表面で結露した水滴の落下性が良好となる。その結果、フィンに付着した水滴や水膜によって送風時の抵抗が高くなることを防止でき、優れた熱交換器特性を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、近年汚染物が付着した場合の親水性の持続性が重要になってきた。エアコン等が使用される環境には様々な室内浮遊物質があり、これがフィン表面に付着して親水性を大きく劣化させる場合が頻発している。ここでいう汚染物とは、例えばフタル酸ジイソオクチル（ＤＯＰ）などの可塑剤、パルミチン酸、ステアリン酸、パラフィン類などのプラスチック用滑剤などが挙げられる。これらの汚染物が付着した場合は、表面処理が施されたフィンにおいても親水性が大きく劣化し、フィンの表面が撥水性に変質しやすくなる。フィン表面は撥水性に変質すると、フィン表面に結露した水滴が流れ落ちることなくフィン表面に滞留し、この滞留した水滴が室内に飛散する現象（以下、水飛び現象という）を引き起こすことがある。
【０００５】
また、可塑剤、プラスチック用滑剤などの汚染物は、アルミニウムからなるフィン材に対して腐食性を有しているため、長期間の使用によりフィン材が腐食してしまう問題もある。
【０００６】
そこで、親水性と耐腐食性の両立を図ることを目的として、フィン材の表面に陽極酸化膜を形成するとともにこの陽極酸化膜上にシランカップリング剤からなる塗布層を形成した表面処理アルミニウム材が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３７１３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の表面処理アルミニウム材においては、シランカップリング剤からなる塗布層の厚みが極めて薄いために、アルミニウム材をフィンの形状に成形加工しようとした場合に塗布層が剥離してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、親水性、耐汚染性および耐食性ならびに成形性に優れ、かつ密着性にも優れた防食層を備えた表面処理アルミニウム材およびこのアルミニウム材を備えた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材と、該金属基材の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層と、前記下地層上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層と、前記中間層上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層とを具備してなることを特徴とする。
【００１０】
上記の水溶性防食層は、結露水によって僅かに溶解するので、汚染物質を洗い流すセルフクリーン機能を有する。このため、結露水とともに汚染物質を流出させることができる。
また、水溶性防食層が上述のように結露水によって僅かに溶解したとしても、上記のように十分な厚みを有しているため、汚染物質による腐食が下地の金属基材まで達するおそれもない。
更に、下地層と親水性防食層との間に、シラノール基を含む樹脂からなる中間層が設けられているので、上記のように比較的厚みが大きな水溶性防食層であっても、密着性を高めることができる。
更にまた、金属基材の表面には陽極酸化皮膜からなる下地層が形成されており、この下地層は空孔率が５％と低く、緻密で硬い膜なので、下地層の凝集破壊による中間層および水溶性防食層の剥離を抑制され、成形加工による剥離を防止することができる。
【００１１】
また、前記中間層には、前記シラノール基を含む樹脂として、シラノール基を有する親水性樹脂が含有されていることが好ましい。
また前記中間層には、前記シラノール基を有する樹脂として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂が含有されていることが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、中間層にベースとなる親水性樹脂が含まれているために、従来のシランカップリング剤のみからなる塗布層に対して、中間層の厚みを大きくすることができる。このため、下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、中間層に含まれる親水性樹脂は、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との親和性が高いので、水溶性防食層の密着性をより高めることができる。
【００１３】
次に本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材をフィンとして備えたことを特徴とする。この構成によれば、結露水の流出性に優れ、耐汚染性が良好であり、さらに対腐食性に優れた熱交換器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、親水性、耐汚染性および耐食性ならびに成形性に優れ、かつ密着性にも優れた防食層を備えた表面処理アルミニウム材およびこのアルミニウム材を備えた熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理アルミニウム材Ａを示すもので、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材１と、この金属基材１の表面に形成された陽極酸化皮膜からなる下地層２と、この下地層２上に積層された中間層３と、中間層３の上に積層された水溶性防食層４とを具備して板状に形成されている。
【００１６】
前記金属基材１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、純アルミニウムの他に、純アルミニウム系のＪＩＳ１０００系合金、Ａｌ―Ｃｕ系のＪＩＳ２０００系合金、Ａｌ−Ｍｎ系のＪＩＳ３０００系合金、Ａｌ−Ｓｉ系のＪＩＳ４０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ５０００系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ６０００系合金、あるいは、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のＪＩＳ７０００系合金等から、用途に対応して適宜選択して使用できる。特に、フィン材等にはＪＩＳ１０００系合金やＪＩＳ３０００系合金が好適に採用できる。また、金属基材１としては、これらの合金等に溶体化処理、時効処理等の種々の調質処理を施したものも使用される。また、これらの素材の各種圧延板が好んで使用されるが、これらのアルミニウム合金のクラッド材も使用可能である。
【００１７】
前記下地層２は、前記金属基材１を陽極酸化することで形成される。この陽極酸化処理（いわゆるアルマイト処理）は、基材を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金を電解液に浸漬して陽極処理を行う陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成するものである。下地層２は、ホウ酸、ホウ酸塩、アジピン酸塩、ケイ酸塩、マロン酸塩等の水溶液中で電解処理を施すことにより得られる空孔率５％以下の無孔質の陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）から形成されている。なお、空孔率とは、陽極酸化皮膜表面の測定領域において孔の形成されている部分の面積を全測定面積で除算した値、すなわち、空孔率＝（孔のあいている面積）／（全測定面積）の関係式で示されるものである。空孔率が５％を越えると、汚染物質に対するバリアー性が低下し、耐食性が低下するので好ましくない。また、下地層２の膜厚は、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが３０ｎｍ未満では十分な耐食性が得られず、一方、３００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、耐食性および密着性が低下するためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である。
【００１８】
前記中間層３は、シラノール基を含む樹脂をディップ法、ロールコート法等により塗布することで形成される。
前記シラノール基を含む樹脂の一例として、分子内にシラノール基を有する親水性樹脂を例示できる。親水性樹脂は、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との親和性が高いので、水溶性防食層の密着性をより高めることができる。また、親水性樹脂が含まれることで、中間層の厚みを大きくすることができ、下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、シラノール基は、−Ｓｉ−ＯＨから構成される官能基であり、下地層２を構成する陽極酸化皮膜の水酸基（−ＯＨ）と脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成する。これにより、陽極酸化皮膜の水和の進行を抑制でき、極めて良好な耐食性を示すとともに、中間層３と下地層２との密着性を高めることができる。また、シラノール基は、後述する水溶性防食層を構成する水溶性樹脂の水酸基（−ＯＨ）とも脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成し、これにより、中間層３と水溶性防食層２との密着性を高めることができる。例えば、アクリル酸（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯＨ）とビニル系シラン（ＣＨ２＝ＣＨＳｉ（ＯＨ）３）を混合して重合する。
【００１９】
親水性樹脂としては、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレンオキサイド樹脂、カルボキシメチルセルロース等を例示することができ、特にポリアクリル酸樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
また親水性樹脂に対するシラノール基の割合は、ポリアクリル酸樹脂中のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に対する割合として、０．１％以上３０％以下の範囲とすることが好ましい。シラノール基の割合が０．１％未満だと、耐食性及び密着性の向上効果が得られないので好ましくない。またシラノール基の割合が３０％を越えると、シラノール基同士の反応が増して密着性向上の効果が得られないので好ましくない。シラノール基のより好ましい範囲は、０．８％以上１５％以下の範囲である。
【００２１】
次に、前記シラノール基を有する樹脂の他の例として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂を例示できる。親水性樹脂を用いることで、水溶性防食層の密着性をより高めることができるとともに、中間層の厚みを大きくして下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、シランカップリング剤に含まれるシラノール基は、下地層２を構成する陽極酸化皮膜の水酸基（−ＯＨ）と脱水反応してシロキサン結合を形成し、陽極酸化皮膜の水和の進行を抑制でき、極めて良好な耐食性を示すとともに中間層３と下地層２との密着性を高めることができる。また、シラノール基は、後述する水溶性防食層を構成する水溶性樹脂の水酸基（−ＯＨ）とも脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成し、中間層３と水溶性防食層２との密着性を高めることができる。
【００２２】
親水性樹脂としては、先に説明した樹脂を用いることが好ましい。
またシランカップリング剤としては、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、アクリル系シランカップリング剤等を例示することができる。
【００２３】
また親水性樹脂に対するシランカップリング剤の混合割合は、０．１質量％以上３０質量％以下の範囲とすることが好ましい。シランカップリング剤の割合が０．１質量％未満だと、耐食性及び密着性が得られないので好ましくなく、シランカップリング剤の割合が３０質量％を越えると、カップリング剤同士が反応して耐食性及び密着性の効果が向上しないので好ましくない。シランカップリング剤のより好ましい範囲は、１質量％以上２０質量％以下の範囲である。
【００２４】
中間層３の厚みは１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが１０ｎｍ未満では水溶性防食層を構成する水溶性樹脂と十分な結合ができないために、水溶性防食層との間で十分な密着性が得られず、一方、５０００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、剥離されやすくなるためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲である。
【００２５】
前記水溶性防食層４は、表面処理アルミニウム材の最表面に位置する層であり、結露水に対して水溶性を示すとともに汚染物質に対して防食性を示す。この水溶性防食層４は、水溶性樹脂をディップ法、ロールコート法等で塗布することにより形成される。水溶性防食層４を構成する水溶性樹脂は、分子内に水酸基（−ＯＨ）を有するものが好ましく、具体的には、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、カルボキシメチルセルロース系樹脂等を例示できる。
水溶性樹脂層４の厚みは１００ｎｍ以上７０００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが１００ｎｍ未満では、結露水とともに流出してしまい、親水性の持続性が低下するので好ましくなく、一方、７０００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、剥離されやすくなって好ましくないためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲である。
【００２６】
この表面処理アルミニウム材Ａは、プレス加工、絞り加工、しごき加工等の塑性加工により必要な形状に加工して種々の目的に使用されるアルミニウム成形体とすることができ、特に、熱交換器用のフィン材として用いられる。図２は、熱交換器の一実施形態として、エアコン用の熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器Ｂは、フィン部材が多数積層された構成のフィン材１４に蛇行状態のチューブ１３を配して構成されている。この構造の熱交換器Ｂはフィン材１４が先に説明した表面処理アルミニウム材Ａにより構成されている。本実施形態によれば、本実施形態の表面処理アルミニウム材を用いているので、耐食性・耐汚染性に優れた熱交換器とすることができる。
【００２７】
次に、本実施形態の表面処理アルミニウム材の製造方法について説明する。本実施形態の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面を電解処理することにより陽極酸化皮膜からなる下地層を形成し、この下地層の表面に中間層と水溶性防食層を順次積層することにより、製造することができる。
【００２８】
下地層２として空孔率５％以下の陽極酸化皮膜を形成するには、陽極酸化皮膜が多孔質化する前の段階で電解を停止し、多孔質皮膜が成長する前の段階で電解を停止することで多孔質皮膜が成長する前の段階の皮膜を得ることにより行う方法が好ましい。
【００２９】
ここで用いる電解液としては、ホウ酸、ホウ酸塩、アジピン酸塩、ケイ酸塩、マロン酸塩等の水溶液が用いられる。これらの水溶液を用いることにより、空孔率の調整が比較的容易に行われる。これらの電解液を用いてアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材を陽極酸化すると、電解の初期段階において無孔質のバリア層と称される陽極酸化皮膜が成長し、この無孔質の陽極酸化皮膜の成長が所定の段階まで進むと、この無孔質の皮膜上に多孔質層が急激に成長して多孔質の陽極酸化皮膜が生成される。ここで多孔質の陽極酸化皮膜とは、無孔質の薄いバリア層の上に多孔質層が成長したものを意味する。
従って、下地層２として用いる空孔率５％以下の陽極酸化皮膜を得るためには多孔質層が成長する前に電解処理を停止すれば良い。
【００３０】
次に、陽極酸化皮膜上に中間層３を形成する。この中間層３は、上述のシラノール基を有する樹脂をアルコールなどの揮発性溶媒によって希釈して塗布することにより形成される。塗布の方法に特に限定はなく、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、ディッピング法などの従来から知られている方法を採用することができる。塗布した後には、１００℃〜３００℃の熱処理を行う。熱処理の時間は、熱処理温度等に応じて、適宜調整することができる。すなわち、熱処理温度が高いほど処理時間は短く、熱処理温度が低いほど処理時間は長くすることが望ましい。例えば、１８０℃以上では３０秒以上、２５０℃では１０秒以上などとすることができる。この熱処理により、無機材料である金属基材と中間層に含まれるシラノール基との結合を強くすることができる。また、シラノール基同士の結合も強くすることができる。そのため、耐食性、耐汚れ性を向上させることが可能となると共に、良好な接着適性も得ることができる。
【００３１】
次に、中間層３上に水溶性防食層４を形成する。この水溶性防食層４は、上述の水溶性樹脂をアルコールなどの揮発性溶媒によって希釈して塗布することにより形成される。塗布の方法は、中間層の場合と同様に、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、ディッピング法などを採用できる。塗布した後には、８０℃〜３００℃の熱処理を行う。熱処理時間は、例えば、１２０℃以上では３０秒以上、１７０℃では１０秒以上などとすることができる。この熱処理により、中間層に含まれるシラノール基と、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との結合を強くすることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
（実験例１）
まず、金属基材として、０．１ｍｍまで圧延したＪＩＳＡ１１００−Ｈ２４のアルミニウム合金の板材を準備した。この板材を１０％ＮａＯＨ水溶液で５０℃で３０秒間エッチングした後、３０秒間水洗した。引き続き、１０％ＨＮＯ３溶液で３０秒間洗浄した後、３０秒間水洗した。次いで、１０％ホウ酸水溶液中で、上記アルミニウム合金を陽極とし、カーボンを陰極として、１．５Ａ／ｄｍ２で電解処理を行い、陽極酸化皮膜からなる下地層を形成した。下地層の膜厚は電圧で調整し、電解時間は３０秒とした。
【００３３】
次に、中間層材料Ａとして、ポリアクリル酸樹脂の分子中にシラノール基を２％の割合で導入させたものを用意し、これを水に分散させて塗料Ａとした。また、中間層材料Ｂとして、９０重量部のポリアクリル酸樹脂と１０重量部のアミノシラン（シランカップリング剤）からなる混合樹脂を、水に分散させて塗料Ｂとした。また、中間層材料Ｃとして、ポリアクリル酸からなる樹脂を、水に分散させて塗料Ｃとした。更に中間層材料Ｄとして、ポリビニルアルコールからなる樹脂を、水に分散させて塗料Ｄとした。
【００３４】
そして、先に形成した下地層の上に、塗料Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄをそれぞれバーコーターで塗布し、１８０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、中間層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成した。
【００３５】
次に、水溶性防食層材料ａとして、平均重合度８００のポリビニルアルコール樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ａとした。また、水溶性防食層材料ｂとして、平均分子量１２万のポリエチレンオキサイド樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ｂとした。更に、水溶性防食層材料ｃとして、ポリアクリル酸樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ｃとした。
【００３６】
そして、先に形成した中間層の上に、塗料ａ，ｂ，ｃをそれぞれバーコーターで塗布し、２４０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、水溶性防食層ａ，ｂ，ｃを形成した。
【００３７】
以上のようにして、実施例１ないし実施例１５および比較例１ないし比較例１５の表面処理アルミニウム材を製造した。表１に、製造した表面処理アルミニウム材の詳細を示す。
【００３８】
得られた各実施例、比較例の表面処理アルミニウム材について、耐汚染性、耐食性、密着性を評価した。耐汚染性の評価は、内容積１０リットルの容器に５０ｇのステアリン酸を入れ、更に１００ｍｍ角に切断した表面処理アルミニウム材を投入した。そして、容器を密閉して７０℃のオーブンに５０時間放置した。放置後、表面処理アルミニウム材を取り出してから水滴を付着させ、この水滴の接触角を測定した。接触角が１５°以下のものを○、接触角が１５°を越えて３０°以下のものを△、接触角が３０°を越えるものを×とした。評価結果を表２に示す。
【００３９】
また、耐食性の評価は、５％の塩化ナトリウム水溶液を５０℃において１０日間に渡って噴霧した後の表面状態を観察することにより行った。そして、外観に変化がないものを○、軽微な変色が見られるものを△、腐食されたものを×とした。結果を表２に示す。
【００４０】
また、密着性の評価は、表面処理アルミニウム材の上に１０ｍｍ角のフェルト布を載せ、このフェルト布に対して５００ｇの荷重を印加させながら、フェルト布を５０ｍｍの距離を２０往復させた。往復後の表面の状態を観察した。剥離が観察されなかったものを○、剥離面積がフェルト布を擦った面積に対して剥離面積が１５％以下のものを△、剥離面積が１５％を越えるものを×とした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示すように、実施例１については、下地層の厚みが３０ｎｍと本発明の下限値であったため、下地層のバリアー性が低下し、このため耐食性が△になった。
また、実施例５では、中間層の厚みが１０ｎｍと本発明の下限値であったため、親水性防食層の密着性が低下し、密着性が△になった。
更に実施例９については、中間層の厚みが上限値であったため、剥離が生じやすくなり、密着性が△になった。
更に実施例１０については、水溶性防食層の厚みが下限値であったため、結露水で溶解されやすくなり、耐汚染性が△になった。
また、実施例１３については、空孔率が上限値であったため、耐食性が△になった。
その他の実施例については、いずれも良好な特性を示した。
【００４４】
次に、比較例１については、下地層の膜厚が薄いため、耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
比較例２については下地層の膜厚が大きいため、クラックが発生して耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
比較例３および比較例４については、中間層にシラノール基が含有されていないため、水溶性防食層の密着性が低下し、これに伴い耐食性も低下し、さらに腐食発生で耐汚染性も低下した。
比較例５および比較例１２については、下地層の空孔率が上限を超えているため、耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
【００４５】
比較例６および比較例１４については、中間層の膜厚が小さいため水溶性防食層の密着性が低下し、腐食が生じて耐汚染性も低下した。
比較例７および比較例１３については、中間層の膜厚が大きいため水溶性防食層の密着性が低下し、腐食が生じて耐汚染性も低下した。
比較例８については、水溶性防食層として撥水性の樹脂を使用したため、耐汚染性が低下した。
比較例９については、水溶性防食層の膜厚が小さく、耐汚染性が低下した。
比較例１０については、水溶性防食層の膜厚が大きく、部分的に密着性が低下し、耐汚染性および耐食性が低下した。
比較例１１については、親水性防食層がないため、低汚染性および耐食性が低下した。
【００４６】
比較例１５については、下地層としてクロメート処理膜を使用したため、全ての指標が低下した。
なお、比較例１５のクロメート処理は、リン酸クロメート処理によって、クロムの付着量を２０ｍｇ／ｍ２としたものである。
【００４７】
（実験例２）
まず、金属基材として、実験例１と同様に、０．１ｍｍまで圧延したアルミニウム合金の板材を準備し、これにエッチング、水洗などの処理を行なった。次に、実験例１と同様にして、陽極酸化皮膜からなる下地層を形成した。下地層の膜厚は１５０ｎｍとし、空孔率は３％とした。
【００４８】
次に、実施例１４〜２０については、中間層材料として、ポリアクリル酸樹脂とアミノシラン（シランカップリング剤）からなる混合樹脂を、水に分散させた塗料を用意した。ポリアクリル樹脂に対するシランカップリング剤の混合率は、０．１％ないし３０％の範囲とした。そして、先に形成した下地層の上に、用意した塗料をバーコーターで塗布し、１８０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、厚さ１０００ｎｍの中間層を形成した。ただし、シランカップリング剤が１００％のものについては、前記の膜厚を得ることができなかった。塗布量としては８０ｍｇ／ｍ２となった。
【００４９】
実施例２１〜２９については、シラノール基を０．１〜３０％導入したポリアクリル酸を塗布した。
次に、水溶性防食層として、実験例１で用いた塗料ａを用い、先に形成した中間層の上に塗料ａバーコーターで塗布し、２４０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、厚さ
２０００ｎｍの水溶性防食層を形成した。
【００５０】
以上のようにして、実施例１４ないし実施例２９および比較例１６の表面処理アルミニウム材を製造した。表３に、製造した表面処理アルミニウム材の詳細を示す。
得られた各実施例、比較例の表面処理アルミニウム材について、実験例１と同様にして耐汚染性、耐食性、密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５１】
なお、表３における空孔率は、下地層表面の任意の２０カ所について、１０万倍の拡大写真を電子顕微鏡で撮影し、撮影面積に対する孔の開口面積率を測定してこの開口面積率を空孔率とした。尚、孔は、開口面積が５ｎｍ２以上で深さが５ｎｍ以上のものを計測対象とした。また、金属間化合物等が存在して皮膜が不連続になったような部位は測定対象から除外した。
また表３における各層の膜厚は、各層をミクロトームで切断し、その断面を観察して膜厚を求めた。
【００５２】
【表３】
【００５３】
表３に示すように、シランカップリング剤の含有量が ０．１％ないし３０％の範囲では、各指標が良好な特性を示した。シランカップリング剤が少なすぎると、水溶性防食層の密着性が低下し、これに伴って対汚染性および耐食性も低下した。また、比較例１６のシランカップリング剤が１００％のものは、中間層の膜厚が測定不能な程度に低下し、これにより水溶性防食層の密着性が低下し、対汚染性および耐食性も低下した。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のフィン材用表面処理アルミニウム材は、ルームエアコン、パッケージエアコン、冷蔵庫、冷凍ショーケース、オイルクーラー、ラジエーター等の熱交換器のフィン材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態である表面処理アルミニウム材の断面模式図。
【図２】本発明の実施形態であるエアコン用の熱交換器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ…表面処理アルミニウム材、１…金属基材、２…下地層、３…中間層、４…水溶性防食層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親水性、耐汚染性、耐食性、成形性に優れる熱交換器のフィン材用の表面処理アルミニウム材およびこの表面処理アルミニウム材を備えた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、ルームエアコン、パッケージエアコン、冷凍ショーケース、冷蔵庫、オイルクーラー及びラジエータ等を代表として種々の分野に利用されている。これらの熱交換器において、ルームエアコン及びパッケージエアコン等の熱交換器用フィンには熱伝導性及び加工性が優れることからアルミニウムが使用されている。
【０００３】
この熱交換器用のフィン材の表面には、冷房運転時に発生する結露水を水膜状水滴として流出させるために、親水性処理が施されている。すなわち、親水性を高める表面処理をアルミニウム材表面に施すと、このアルミニウム材からなるフィンに付着した水滴の接触角が小さくなる。この接触角が小さいほど水膜（水滴）が薄くなり、フィン表面で結露した水滴の落下性が良好となる。その結果、フィンに付着した水滴や水膜によって送風時の抵抗が高くなることを防止でき、優れた熱交換器特性を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、近年汚染物が付着した場合の親水性の持続性が重要になってきた。エアコン等が使用される環境には様々な室内浮遊物質があり、これがフィン表面に付着して親水性を大きく劣化させる場合が頻発している。ここでいう汚染物とは、例えばフタル酸ジイソオクチル（ＤＯＰ）などの可塑剤、パルミチン酸、ステアリン酸、パラフィン類などのプラスチック用滑剤などが挙げられる。これらの汚染物が付着した場合は、表面処理が施されたフィンにおいても親水性が大きく劣化し、フィンの表面が撥水性に変質しやすくなる。フィン表面は撥水性に変質すると、フィン表面に結露した水滴が流れ落ちることなくフィン表面に滞留し、この滞留した水滴が室内に飛散する現象（以下、水飛び現象という）を引き起こすことがある。
【０００５】
また、可塑剤、プラスチック用滑剤などの汚染物は、アルミニウムからなるフィン材に対して腐食性を有しているため、長期間の使用によりフィン材が腐食してしまう問題もある。
【０００６】
そこで、親水性と耐腐食性の両立を図ることを目的として、フィン材の表面に陽極酸化膜を形成するとともにこの陽極酸化膜上にシランカップリング剤からなる塗布層を形成した表面処理アルミニウム材が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３７１３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の表面処理アルミニウム材においては、シランカップリング剤からなる塗布層の厚みが極めて薄いために、アルミニウム材をフィンの形状に成形加工しようとした場合に塗布層が剥離してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、親水性、耐汚染性および耐食性ならびに成形性に優れ、かつ密着性にも優れた防食層を備えた表面処理アルミニウム材およびこのアルミニウム材を備えた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材と、該金属基材の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層と、前記下地層上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層と、前記中間層上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層とを具備してなることを特徴とする。
【００１０】
上記の水溶性防食層は、結露水によって僅かに溶解するので、汚染物質を洗い流すセルフクリーン機能を有する。このため、結露水とともに汚染物質を流出させることができる。
また、水溶性防食層が上述のように結露水によって僅かに溶解したとしても、上記のように十分な厚みを有しているため、汚染物質による腐食が下地の金属基材まで達するおそれもない。
更に、下地層と親水性防食層との間に、シラノール基を含む樹脂からなる中間層が設けられているので、上記のように比較的厚みが大きな水溶性防食層であっても、密着性を高めることができる。
更にまた、金属基材の表面には陽極酸化皮膜からなる下地層が形成されており、この下地層は空孔率が５％と低く、緻密で硬い膜なので、下地層の凝集破壊による中間層および水溶性防食層の剥離を抑制され、成形加工による剥離を防止することができる。
【００１１】
また、前記中間層には、前記シラノール基を含む樹脂として、シラノール基を有する親水性樹脂が含有されていることが好ましい。
また前記中間層には、前記シラノール基を有する樹脂として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂が含有されていることが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、中間層にベースとなる親水性樹脂が含まれているために、従来のシランカップリング剤のみからなる塗布層に対して、中間層の厚みを大きくすることができる。このため、下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、中間層に含まれる親水性樹脂は、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との親和性が高いので、水溶性防食層の密着性をより高めることができる。
【００１３】
次に本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材をフィンとして備えたことを特徴とする。この構成によれば、結露水の流出性に優れ、耐汚染性が良好であり、さらに対腐食性に優れた熱交換器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、親水性、耐汚染性および耐食性ならびに成形性に優れ、かつ密着性にも優れた防食層を備えた表面処理アルミニウム材およびこのアルミニウム材を備えた熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理アルミニウム材Ａを示すもので、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材１と、この金属基材１の表面に形成された陽極酸化皮膜からなる下地層２と、この下地層２上に積層された中間層３と、中間層３の上に積層された水溶性防食層４とを具備して板状に形成されている。
【００１６】
前記金属基材１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、純アルミニウムの他に、純アルミニウム系のＪＩＳ１０００系合金、Ａｌ―Ｃｕ系のＪＩＳ２０００系合金、Ａｌ−Ｍｎ系のＪＩＳ３０００系合金、Ａｌ−Ｓｉ系のＪＩＳ４０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ５０００系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＪＩＳ６０００系合金、あるいは、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のＪＩＳ７０００系合金等から、用途に対応して適宜選択して使用できる。特に、フィン材等にはＪＩＳ１０００系合金やＪＩＳ３０００系合金が好適に採用できる。また、金属基材１としては、これらの合金等に溶体化処理、時効処理等の種々の調質処理を施したものも使用される。また、これらの素材の各種圧延板が好んで使用されるが、これらのアルミニウム合金のクラッド材も使用可能である。
【００１７】
前記下地層２は、前記金属基材１を陽極酸化することで形成される。この陽極酸化処理（いわゆるアルマイト処理）は、基材を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金を電解液に浸漬して陽極処理を行う陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成するものである。下地層２は、ホウ酸、ホウ酸塩、アジピン酸塩、ケイ酸塩、マロン酸塩等の水溶液中で電解処理を施すことにより得られる空孔率５％以下の無孔質の陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）から形成されている。なお、空孔率とは、陽極酸化皮膜表面の測定領域において孔の形成されている部分の面積を全測定面積で除算した値、すなわち、空孔率＝（孔のあいている面積）／（全測定面積）の関係式で示されるものである。空孔率が５％を越えると、汚染物質に対するバリアー性が低下し、耐食性が低下するので好ましくない。また、下地層２の膜厚は、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが３０ｎｍ未満では十分な耐食性が得られず、一方、３００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、耐食性および密着性が低下するためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である。
【００１８】
前記中間層３は、シラノール基を含む樹脂をディップ法、ロールコート法等により塗布することで形成される。
前記シラノール基を含む樹脂の一例として、分子内にシラノール基を有する親水性樹脂を例示できる。親水性樹脂は、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との親和性が高いので、水溶性防食層の密着性をより高めることができる。また、親水性樹脂が含まれることで、中間層の厚みを大きくすることができ、下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、シラノール基は、−Ｓｉ−ＯＨから構成される官能基であり、下地層２を構成する陽極酸化皮膜の水酸基（−ＯＨ）と脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成する。これにより、陽極酸化皮膜の水和の進行を抑制でき、極めて良好な耐食性を示すとともに、中間層３と下地層２との密着性を高めることができる。また、シラノール基は、後述する水溶性防食層を構成する水溶性樹脂の水酸基（−ＯＨ）とも脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成し、これにより、中間層３と水溶性防食層２との密着性を高めることができる。例えば、アクリル酸（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯＨ）とビニル系シラン（ＣＨ２＝ＣＨＳｉ（ＯＨ）３）を混合して重合する。
【００１９】
親水性樹脂としては、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレンオキサイド樹脂、カルボキシメチルセルロース等を例示することができ、特にポリアクリル酸樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
また親水性樹脂に対するシラノール基の割合は、ポリアクリル酸樹脂中のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に対する割合として、０．１％以上３０％以下の範囲とすることが好ましい。シラノール基の割合が０．１％未満だと、耐食性及び密着性の向上効果が得られないので好ましくない。またシラノール基の割合が３０％を越えると、シラノール基同士の反応が増して密着性向上の効果が得られないので好ましくない。シラノール基のより好ましい範囲は、０．８％以上１５％以下の範囲である。
【００２１】
次に、前記シラノール基を有する樹脂の他の例として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂を例示できる。親水性樹脂を用いることで、水溶性防食層の密着性をより高めることができるとともに、中間層の厚みを大きくして下地層と水溶性防食層の密着性をより向上させることができる。また、シランカップリング剤に含まれるシラノール基は、下地層２を構成する陽極酸化皮膜の水酸基（−ＯＨ）と脱水反応してシロキサン結合を形成し、陽極酸化皮膜の水和の進行を抑制でき、極めて良好な耐食性を示すとともに中間層３と下地層２との密着性を高めることができる。また、シラノール基は、後述する水溶性防食層を構成する水溶性樹脂の水酸基（−ＯＨ）とも脱水反応してシロキサン結合（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）を形成し、中間層３と水溶性防食層２との密着性を高めることができる。
【００２２】
親水性樹脂としては、先に説明した樹脂を用いることが好ましい。
またシランカップリング剤としては、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、アクリル系シランカップリング剤等を例示することができる。
【００２３】
また親水性樹脂に対するシランカップリング剤の混合割合は、０．１質量％以上３０質量％以下の範囲とすることが好ましい。シランカップリング剤の割合が０．１質量％未満だと、耐食性及び密着性が得られないので好ましくなく、シランカップリング剤の割合が３０質量％を越えると、カップリング剤同士が反応して耐食性及び密着性の効果が向上しないので好ましくない。シランカップリング剤のより好ましい範囲は、１質量％以上２０質量％以下の範囲である。
【００２４】
中間層３の厚みは１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが１０ｎｍ未満では水溶性防食層を構成する水溶性樹脂と十分な結合ができないために、水溶性防食層との間で十分な密着性が得られず、一方、５０００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、剥離されやすくなるためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲である。
【００２５】
前記水溶性防食層４は、表面処理アルミニウム材の最表面に位置する層であり、結露水に対して水溶性を示すとともに汚染物質に対して防食性を示す。この水溶性防食層４は、水溶性樹脂をディップ法、ロールコート法等で塗布することにより形成される。水溶性防食層４を構成する水溶性樹脂は、分子内に水酸基（−ＯＨ）を有するものが好ましく、具体的には、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、カルボキシメチルセルロース系樹脂等を例示できる。
水溶性樹脂層４の厚みは１００ｎｍ以上７０００ｎｍ以下の範囲とされている。これは、厚みが１００ｎｍ未満では、結露水とともに流出してしまい、親水性の持続性が低下するので好ましくなく、一方、７０００ｎｍを越えると、加工によりクラックが生じやすくなり、剥離されやすくなって好ましくないためである。なお、より望ましい膜厚の範囲は２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲である。
【００２６】
この表面処理アルミニウム材Ａは、プレス加工、絞り加工、しごき加工等の塑性加工により必要な形状に加工して種々の目的に使用されるアルミニウム成形体とすることができ、特に、熱交換器用のフィン材として用いられる。図２は、熱交換器の一実施形態として、エアコン用の熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器Ｂは、フィン部材が多数積層された構成のフィン材１４に蛇行状態のチューブ１３を配して構成されている。この構造の熱交換器Ｂはフィン材１４が先に説明した表面処理アルミニウム材Ａにより構成されている。本実施形態によれば、本実施形態の表面処理アルミニウム材を用いているので、耐食性・耐汚染性に優れた熱交換器とすることができる。
【００２７】
次に、本実施形態の表面処理アルミニウム材の製造方法について説明する。本実施形態の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面を電解処理することにより陽極酸化皮膜からなる下地層を形成し、この下地層の表面に中間層と水溶性防食層を順次積層することにより、製造することができる。
【００２８】
下地層２として空孔率５％以下の陽極酸化皮膜を形成するには、陽極酸化皮膜が多孔質化する前の段階で電解を停止し、多孔質皮膜が成長する前の段階で電解を停止することで多孔質皮膜が成長する前の段階の皮膜を得ることにより行う方法が好ましい。
【００２９】
ここで用いる電解液としては、ホウ酸、ホウ酸塩、アジピン酸塩、ケイ酸塩、マロン酸塩等の水溶液が用いられる。これらの水溶液を用いることにより、空孔率の調整が比較的容易に行われる。これらの電解液を用いてアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材を陽極酸化すると、電解の初期段階において無孔質のバリア層と称される陽極酸化皮膜が成長し、この無孔質の陽極酸化皮膜の成長が所定の段階まで進むと、この無孔質の皮膜上に多孔質層が急激に成長して多孔質の陽極酸化皮膜が生成される。ここで多孔質の陽極酸化皮膜とは、無孔質の薄いバリア層の上に多孔質層が成長したものを意味する。
従って、下地層２として用いる空孔率５％以下の陽極酸化皮膜を得るためには多孔質層が成長する前に電解処理を停止すれば良い。
【００３０】
次に、陽極酸化皮膜上に中間層３を形成する。この中間層３は、上述のシラノール基を有する樹脂をアルコールなどの揮発性溶媒によって希釈して塗布することにより形成される。塗布の方法に特に限定はなく、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、ディッピング法などの従来から知られている方法を採用することができる。塗布した後には、１００℃〜３００℃の熱処理を行う。熱処理の時間は、熱処理温度等に応じて、適宜調整することができる。すなわち、熱処理温度が高いほど処理時間は短く、熱処理温度が低いほど処理時間は長くすることが望ましい。例えば、１８０℃以上では３０秒以上、２５０℃では１０秒以上などとすることができる。この熱処理により、無機材料である金属基材と中間層に含まれるシラノール基との結合を強くすることができる。また、シラノール基同士の結合も強くすることができる。そのため、耐食性、耐汚れ性を向上させることが可能となると共に、良好な接着適性も得ることができる。
【００３１】
次に、中間層３上に水溶性防食層４を形成する。この水溶性防食層４は、上述の水溶性樹脂をアルコールなどの揮発性溶媒によって希釈して塗布することにより形成される。塗布の方法は、中間層の場合と同様に、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、ディッピング法などを採用できる。塗布した後には、８０℃〜３００℃の熱処理を行う。熱処理時間は、例えば、１２０℃以上では３０秒以上、１７０℃では１０秒以上などとすることができる。この熱処理により、中間層に含まれるシラノール基と、水溶性防食層に含まれる水溶性樹脂との結合を強くすることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
（実験例１）
まず、金属基材として、０．１ｍｍまで圧延したＪＩＳＡ１１００−Ｈ２４のアルミニウム合金の板材を準備した。この板材を１０％ＮａＯＨ水溶液で５０℃で３０秒間エッチングした後、３０秒間水洗した。引き続き、１０％ＨＮＯ３溶液で３０秒間洗浄した後、３０秒間水洗した。次いで、１０％ホウ酸水溶液中で、上記アルミニウム合金を陽極とし、カーボンを陰極として、１．５Ａ／ｄｍ２で電解処理を行い、陽極酸化皮膜からなる下地層を形成した。下地層の膜厚は電圧で調整し、電解時間は３０秒とした。
【００３３】
次に、中間層材料Ａとして、ポリアクリル酸樹脂の分子中にシラノール基を２％の割合で導入させたものを用意し、これを水に分散させて塗料Ａとした。また、中間層材料Ｂとして、９０重量部のポリアクリル酸樹脂と１０重量部のアミノシラン（シランカップリング剤）からなる混合樹脂を、水に分散させて塗料Ｂとした。また、中間層材料Ｃとして、ポリアクリル酸からなる樹脂を、水に分散させて塗料Ｃとした。更に中間層材料Ｄとして、ポリビニルアルコールからなる樹脂を、水に分散させて塗料Ｄとした。
【００３４】
そして、先に形成した下地層の上に、塗料Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄをそれぞれバーコーターで塗布し、１８０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、中間層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成した。
【００３５】
次に、水溶性防食層材料ａとして、平均重合度８００のポリビニルアルコール樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ａとした。また、水溶性防食層材料ｂとして、平均分子量１２万のポリエチレンオキサイド樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ｂとした。更に、水溶性防食層材料ｃとして、ポリアクリル酸樹脂を用意し、これを水に分散させて塗料ｃとした。
【００３６】
そして、先に形成した中間層の上に、塗料ａ，ｂ，ｃをそれぞれバーコーターで塗布し、２４０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、水溶性防食層ａ，ｂ，ｃを形成した。
【００３７】
以上のようにして、実施例１ないし実施例１５および比較例１ないし比較例１５の表面処理アルミニウム材を製造した。表１に、製造した表面処理アルミニウム材の詳細を示す。
【００３８】
得られた各実施例、比較例の表面処理アルミニウム材について、耐汚染性、耐食性、密着性を評価した。耐汚染性の評価は、内容積１０リットルの容器に５０ｇのステアリン酸を入れ、更に１００ｍｍ角に切断した表面処理アルミニウム材を投入した。そして、容器を密閉して７０℃のオーブンに５０時間放置した。放置後、表面処理アルミニウム材を取り出してから水滴を付着させ、この水滴の接触角を測定した。接触角が１５°以下のものを○、接触角が１５°を越えて３０°以下のものを△、接触角が３０°を越えるものを×とした。評価結果を表２に示す。
【００３９】
また、耐食性の評価は、５％の塩化ナトリウム水溶液を５０℃において１０日間に渡って噴霧した後の表面状態を観察することにより行った。そして、外観に変化がないものを○、軽微な変色が見られるものを△、腐食されたものを×とした。結果を表２に示す。
【００４０】
また、密着性の評価は、表面処理アルミニウム材の上に１０ｍｍ角のフェルト布を載せ、このフェルト布に対して５００ｇの荷重を印加させながら、フェルト布を５０ｍｍの距離を２０往復させた。往復後の表面の状態を観察した。剥離が観察されなかったものを○、剥離面積がフェルト布を擦った面積に対して剥離面積が１５％以下のものを△、剥離面積が１５％を越えるものを×とした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示すように、実施例１については、下地層の厚みが３０ｎｍと本発明の下限値であったため、下地層のバリアー性が低下し、このため耐食性が△になった。
また、実施例５では、中間層の厚みが１０ｎｍと本発明の下限値であったため、親水性防食層の密着性が低下し、密着性が△になった。
更に実施例９については、中間層の厚みが上限値であったため、剥離が生じやすくなり、密着性が△になった。
更に実施例１０については、水溶性防食層の厚みが下限値であったため、結露水で溶解されやすくなり、耐汚染性が△になった。
また、実施例１３については、空孔率が上限値であったため、耐食性が△になった。
その他の実施例については、いずれも良好な特性を示した。
【００４４】
次に、比較例１については、下地層の膜厚が薄いため、耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
比較例２については下地層の膜厚が大きいため、クラックが発生して耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
比較例３および比較例４については、中間層にシラノール基が含有されていないため、水溶性防食層の密着性が低下し、これに伴い耐食性も低下し、さらに腐食発生で耐汚染性も低下した。
比較例５および比較例１２については、下地層の空孔率が上限を超えているため、耐食性が低下した。更に、腐食の発生で最表面の水溶性防食層が剥離して密着性が低下した。
【００４５】
比較例６および比較例１４については、中間層の膜厚が小さいため水溶性防食層の密着性が低下し、腐食が生じて耐汚染性も低下した。
比較例７および比較例１３については、中間層の膜厚が大きいため水溶性防食層の密着性が低下し、腐食が生じて耐汚染性も低下した。
比較例８については、水溶性防食層として撥水性の樹脂を使用したため、耐汚染性が低下した。
比較例９については、水溶性防食層の膜厚が小さく、耐汚染性が低下した。
比較例１０については、水溶性防食層の膜厚が大きく、部分的に密着性が低下し、耐汚染性および耐食性が低下した。
比較例１１については、親水性防食層がないため、低汚染性および耐食性が低下した。
【００４６】
比較例１５については、下地層としてクロメート処理膜を使用したため、全ての指標が低下した。
なお、比較例１５のクロメート処理は、リン酸クロメート処理によって、クロムの付着量を２０ｍｇ／ｍ２としたものである。
【００４７】
（実験例２）
まず、金属基材として、実験例１と同様に、０．１ｍｍまで圧延したアルミニウム合金の板材を準備し、これにエッチング、水洗などの処理を行なった。次に、実験例１と同様にして、陽極酸化皮膜からなる下地層を形成した。下地層の膜厚は１５０ｎｍとし、空孔率は３％とした。
【００４８】
次に、実施例１４〜２０については、中間層材料として、ポリアクリル酸樹脂とアミノシラン（シランカップリング剤）からなる混合樹脂を、水に分散させた塗料を用意した。ポリアクリル樹脂に対するシランカップリング剤の混合率は、０．１％ないし３０％の範囲とした。そして、先に形成した下地層の上に、用意した塗料をバーコーターで塗布し、１８０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、厚さ１０００ｎｍの中間層を形成した。ただし、シランカップリング剤が１００％のものについては、前記の膜厚を得ることができなかった。塗布量としては８０ｍｇ／ｍ２となった。
【００４９】
実施例２１〜２９については、シラノール基を０．１〜３０％導入したポリアクリル酸を塗布した。
次に、水溶性防食層として、実験例１で用いた塗料ａを用い、先に形成した中間層の上に塗料ａバーコーターで塗布し、２４０℃で３分間の熱処理を行なうことにより、厚さ
２０００ｎｍの水溶性防食層を形成した。
【００５０】
以上のようにして、実施例１４ないし実施例２９および比較例１６の表面処理アルミニウム材を製造した。表３に、製造した表面処理アルミニウム材の詳細を示す。
得られた各実施例、比較例の表面処理アルミニウム材について、実験例１と同様にして耐汚染性、耐食性、密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５１】
なお、表３における空孔率は、下地層表面の任意の２０カ所について、１０万倍の拡大写真を電子顕微鏡で撮影し、撮影面積に対する孔の開口面積率を測定してこの開口面積率を空孔率とした。尚、孔は、開口面積が５ｎｍ２以上で深さが５ｎｍ以上のものを計測対象とした。また、金属間化合物等が存在して皮膜が不連続になったような部位は測定対象から除外した。
また表３における各層の膜厚は、各層をミクロトームで切断し、その断面を観察して膜厚を求めた。
【００５２】
【表３】
【００５３】
表３に示すように、シランカップリング剤の含有量が ０．１％ないし３０％の範囲では、各指標が良好な特性を示した。シランカップリング剤が少なすぎると、水溶性防食層の密着性が低下し、これに伴って対汚染性および耐食性も低下した。また、比較例１６のシランカップリング剤が１００％のものは、中間層の膜厚が測定不能な程度に低下し、これにより水溶性防食層の密着性が低下し、対汚染性および耐食性も低下した。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のフィン材用表面処理アルミニウム材は、ルームエアコン、パッケージエアコン、冷蔵庫、冷凍ショーケース、オイルクーラー、ラジエーター等の熱交換器のフィン材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態である表面処理アルミニウム材の断面模式図。
【図２】本発明の実施形態であるエアコン用の熱交換器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ…表面処理アルミニウム材、１…金属基材、２…下地層、３…中間層、４…水溶性防食層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材と、
該金属基材の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層と、
前記下地層上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層と、
前記中間層上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層とを具備してなることを特徴とする表面処理アルミニウム材。
【請求項２】
前記中間層には、前記シラノール基を含む樹脂として、シラノール基を有する親水性樹脂が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項３】
前記中間層には、前記シラノール基を有する樹脂として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材をフィンとして備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材と、
該金属基材の表面に形成され、空孔率が５％以下であって厚みが３０ｎｍないし３００ｎｍの範囲である陽極酸化皮膜からなる下地層と、
前記下地層上に積層され、厚みが１０ｎｍないし５０００ｎｍの範囲であって少なくともシラノール基を含む樹脂が含有されてなる中間層と、
前記中間層上に積層され、厚みが１００ｎｍないし７０００ｎｍの範囲であって水溶性樹脂が含有されてなる水溶性防食層とを具備してなることを特徴とする表面処理アルミニウム材。
【請求項２】
前記中間層には、前記シラノール基を含む樹脂として、シラノール基を有する親水性樹脂が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項３】
前記中間層には、前記シラノール基を有する樹脂として、親水性樹脂とシラノール基を有するシランカップリング剤とからなる複合樹脂が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材をフィンとして備えたことを特徴とする熱交換器。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２８５３５（Ｐ２００６−２８５３５Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０４５２４（Ｐ２００４−２０４５２４）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
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