JP3930706B2

JP3930706B2 - アルミニウム材の表面処理方法及び表面処理アルミニウム材

Info

Publication number: JP3930706B2
Application number: JP2001208171A
Authority: JP
Inventors: 具裕柏原; 由美子塚本; 健海老原; 美樹夫朝倉; 隆入谷
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-07-09
Also published as: JP2003027286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる押出材や圧延材等のアルミニウム材の表面の金属光沢を均一に制御し、仕上り外観に斑のない均一な落ち着いた表面状態を有する表面処理アルミニウム材を製造するためのアルミニウム材の表面処理方法、及びこの方法によって作製された表面処理アルミニウム材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム材は、軽量で耐蝕性や耐久性、加工性、表面処理性等に優れており、また、適度な強度を有することから、外装材、内装材、表層材等の建築材料や電気機器等のケーシング材料を始めとして、極めて多くの分野で広範に使用されている。
【０００３】
そして、このようなアルミニウム材については、その使用目的に応じて周囲の環境との調和や意匠性等の向上を図る目的で、梨地処理、ブラスト処理等の方法で表面光沢を調整したり、あるいは、電解着色処理、塗装処理等の方法で着色する表面処理が行われている。
【０００４】
この種の表面処理の具体例としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ等の合金成分の添加量を調整し、粗面化処理で表面色調を白色に調整した後に陽極酸化処理を施して色調が白色のアルミニウム材を得る方法（特開平3-47,937号公報）、熱処理とエッチング処理を施して結晶粒を粗大化させ、結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特開平3-257,177号公報）、完全軟化焼鈍処理を施した後に塑性変形を加え、次いで熱処理を施して結晶粒を粗大化させ、結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特開平5-70,906号公報）、Ｆｅ成分とＣｕ成分とを所定の割合で含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を押出加工し、次いでエッチング処理して結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特開平6-336,682号公報）等が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような従来の表面処理では、アルミニウム材の表面に付与される表面光沢の選択の幅が狭く、観察角度によって色調が異なる角度依存性があり、また、処理後の外観を制御できないために表面光沢や色調において均一性や再現性に乏しく、更に、特に建築材料等の分野で嗜好の多様化に伴って要求される広範でバラエティに富む表面光沢や色調、特に手で触れてもザラザラした感じはないが金属光沢感が少なくて目にやさしいザラザラ感を有する表面光沢や色調に対応できないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、このような問題を解決すべく鋭意検討した結果、アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる処理に続いて、一塩基酸及び／又はその塩を含む水溶液中でのアノード電解処理を行い、更に引き続いて塩酸水溶液中での塩酸浸漬処理を行うことにより、表面光沢や色調において均一性や再現性に富み、広範囲に亘って制御された表面光沢や色調（目にやさしいザラザラ感）を付与することができ、同時に圧延痕や押出痕等も消失することを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
従って、本発明の目的は、素材形成時の圧延痕や押出痕等が消失すると共に、表面光沢や色調において均一性や再現性に富み、広範囲に亘って制御された表面光沢や色調を付与することができるアルミニウム材の表面処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる建築材又はケーシング材用のアルミニウム材の表面処理方法であり、アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程と、一塩基酸及び／又はその塩を含む水溶液中でアノード電解を行う第二工程と、塩酸水溶液中に浸漬する塩酸浸漬処理を行う第三工程とを含み、アルミニウム材の表面光沢及び／又は色調を制御することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法である。
【０００９】
また、本発明は、第三工程の塩酸浸漬処理の後に、第四工程としてアルカリ性水溶液中に浸漬するアルカリ処理を行うアルミニウム材の表面処理方法である。
【００１０】
本発明において、アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程は、アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を生成させる処理であればよく、アルミニウム材を熱水中に浸漬する熱水処理であっても、アルミニウム材を水蒸気雰囲気中に放置する水蒸気処理であってもよい。この熱水処理、又は水蒸気処理は、理論的にはアルミニウム材の表面に擬似ベーマイト皮膜を形成せしめるためのものであり、表面に水和酸化皮膜を形成したアルミニウム材に対し、次工程であるアノード電解を施すと、水和酸化皮膜の一部が破壊され、アルミニウム材の表面にピットを形成させることができる。
【００１１】
本発明の上記第一工程における熱水処理の処理条件は、熱水が温度６０℃以上、好ましくは８０℃以上、ｐＨ５〜１０の水溶液であって、アルミニウム材を浸漬する浸漬時間が１〜３０分である。水溶液の温度が６０℃未満、又はｐＨが５より小さい、又はｐＨが１０を超える、又は浸漬時間が１分未満の熱水処理では、アルミニウム材の表面に十分な厚さの水和酸化皮膜が生成されず、均一な外観を得ることができない。反対に、浸漬時間が３０分を超える浸漬を行っても、効果の向上は認められず、時間及び熱量の点で経済的ではない。
【００１２】
また、水和酸化皮膜の生成を促進するために、上記水溶液にアルカリ性添加剤を加えてもよく、具体的には、アンモニア及び／又はアミノアルコールを使用してもよい。アミノアルコールとしては、トリエタノールアミンが望ましい。また、上記アルカリ性添加剤の濃度は０.１〜１質量％、好ましくは０.３〜０.５質量％である。
【００１３】
本発明の上記第一工程における水蒸気処理の処理条件は、温度７５〜２００℃、好ましくは７５〜１２０℃の飽和水蒸気雰囲気中に、アルミニウム材を放置する放置時間が１〜３０分、好ましくは３〜２０分である。
【００１４】
また、本発明において、上記のアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程に続いて行われる第二工程の電解処理は、一塩基酸及びその塩を含む水溶液中でアノード電解により行われ、この際に用いられる一塩基酸及びその塩としては、塩酸、硝酸、酢酸、過塩素酸等の一塩基酸や、そのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられ、好ましくは塩酸、硝酸、塩化ナトリウム（NaCl）、塩化カリウム（KCl）、塩化アンモニウム（NH₄Cl）、硝酸ナトリウム（NaNO₃）、硝酸カリウム（KNO₃）、硝酸アンモニウム（NH₄NO₃）等である。これらの一塩基酸及びその塩は、その１種のみを単独で用いてもよいほか、２種以上を混合して得られた混酸及びその塩として用いてもよい。この電解処理により、先に記したアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程によりアルミニウム材の表面に形成された水和酸化皮膜を破壊し、このアルミニウム材の表面に極めて微細な凹凸が形成される。
【００１５】
この第二工程の電解処理における処理条件については、使用する一塩基酸及びその塩の種類によっても異なるが、通常、１〜５００ｇ／リットル、好ましくは１０〜２００ｇ／リットルの濃度の処理液を用い、液温度１０〜６０℃、好ましくは２０〜５０℃の範囲で、アルミニウム材を陽極として電流密度０．１〜３Ａ／ｄｍ²、好ましくは０．５〜２．５Ａ／ｄｍ²の直流、商用交流、矩形波交流、パルス波形等の電流を２〜３００秒間、好ましくは３〜１８０秒間通電し、アノード電解を行う。
【００１６】
更に、本発明方法においては、上記第二工程の電解処理に引き続いて、第三工程として塩酸水溶液中に浸漬する塩酸浸漬処理を行う。
この塩酸浸漬処理は、アルミニウム材を塩酸水溶液中に浸漬することにより行われる。この塩酸浸漬処理の処理条件については、塩酸濃度が１０〜２００ｇ／リットル、好ましくは３０〜１５０ｇ／リットルであり、また、処理温度が２０〜５０℃、好ましくは２５〜４０℃であり、更に、処理時間が２０分以下、好ましくは３〜１５分である。この塩酸水溶液による塩酸浸漬処理は、塩酸濃度１０ｇ／リットル以上、処理温度２０℃以上で進行し、反対に、塩酸濃度が２００ｇ／リットルより高くなったり、あるいは、処理温度が５０℃より高くなると、化学溶解反応が激しくなって微細な凹凸の制御が難しくなり、また、処理時間が２０分を超えると均一溶解が過度に進行してかえって凹凸が目立たなくなるほか、アルミの溶解減量も大きくなって好ましくない。
【００１７】
また、この塩酸浸漬処理においては、微細な凹凸の制御を容易にするために、使用する塩酸水溶液中に、Ｆｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｕイオン、ＳＯ₄イオン、ＮＯ₃イオン、ＰＯ₄イオン等から選ばれた1種又は２種以上のイオンを添加してもよく、具体的には、例えば硫酸塩、硝酸塩、塩化物、リン酸塩等の形で添加され、また、シュウ酸等の有機酸を添加してもよく、その添加量は、通常０〜５ｇ／リットル、好ましくは０〜１ｇ／リットルの範囲である。
【００１８】
そして、本発明においては、上記第三工程の塩酸浸漬処理に引き続いて、第四工程としてアルカリ性水溶液中に浸漬するアルカリ処理を行ってもよい。
この第四工程のアルカリ処理における処理条件については、遊離アルカリ濃度が２０〜１００ｇ／リットル、好ましくは４０〜７０ｇ／リットルであり、処理温度が３０〜７０℃、好ましくは４０〜６０℃であり、また、ｐＨ値が１３以上であり、更に、処理時間が３〜２０分、好ましくは５〜１５分である。遊離アルカリ濃度２０ｇ／リットル未満、処理温度３０℃未満、又はｐＨ値１３未満では、いずれの場合も、溶解速度が遅く、生産性が低下する。反対に、遊離アルカリ濃度１００ｇ／リットル超、又は処理温度７０℃超では、溶解速度が速くなりすぎて制御困難になり、表面がなだらかになってしまい、所望の表面状態を得るのが困難になる。また、処理時間についても、遊離アルカリ濃度、処理温度、ｐＨ値等の条件によっても異なるが、３分に達しない短時間浸漬では均一溶解が進行せずに所望の凹凸を得ることが難しく、また、２０分を超える長時間浸漬では均一溶解が過度に進行してかえって凹凸が目立たなくなるほか、アルミの溶解減量も大きくなって好ましくない。
【００１９】
更に必要により、上記第四工程のアルカリ処理の後に、スマット除去処理、陽極酸化処理、染色又は金属の電解析出による着色処理、あるいは封孔処理を行ってもよく、また、これらの処理に代えて、クロメート処理を行ってもよい。これらの陽極酸化処理、着色処理、封孔処理、及びクロメート処理については、従来公知の方法で実施することができる。
【００２０】
また、本発明においては、アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程に先駆けて、アルミニウム材の前処理として、脱脂処理及び／又はアルカリエッチング処理を行ってもよい。また、アルカリエッチング処理の後に必要に応じてスマット除去処理を行ってもよい。これらの脱脂処理、アルカリエッチング処理及びスマット除去処理についても、従来公知の方法で実施することができる。
【００２１】
本発明によれば、上記熱水処理、又は水蒸気処理によりアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめ、次いで電解処理を行うことによりこの水和酸化皮膜を破壊し、アルミニウム材の素地の金属組織に影響されること無く、このアルミニウム材の表面に均一かつ微細で大きさの揃った孔を形成せしめることができる。
【００２２】
また、上記処理によりアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめた後の電解処理に続いて塩酸浸漬処理を行うと、電解処理の皮膜破壊によって形成された孔の部分でのみアルミニウム材の素地と塩酸とを反応させてエッチピットを形成することができ、その後にアルカリ処理を行った場合には、アルミニウム材の素地の金属組織に影響されること無く、均一に凹凸を存在させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
〔実施例１〕
JIS A6063アルミニウム合金押出形材を、前処理として、濃度５０ｇ／リットル、浴温５０℃の水酸化ナトリウム水溶液に５分間浸漬し、このアルミニウム合金押出形材の表面の自然酸化皮膜を除去した。
【００２４】
次に、前処理済みのアルミニウム合金押出形材を、浴温８５℃の純水中に５分間浸漬して、表面に水和酸化皮膜を生成させ（第一工程）、次いで濃度１００ｇ／リットルの塩酸水溶液中、浴温２０℃、電流密度１００Ａ／ｍ²、及び処理時間６０秒の条件でアノード電解して多数の微細なピットを形成せしめ（第二工程）、更に、濃度１００ｇ／リットルの塩酸水溶液中、浴温３０℃及び処理時間１２０秒の条件で浸漬して第二工程で形成されたピットを拡大させ（第三工程）、また、濃度５０ｇ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃及び処理時間１０分の条件で浸漬して上記塩酸浸漬処理で形成されたピットを更に拡大させ（第四工程）、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。
【００２５】
得られた表面処理アルミニウム合金押出形材の光沢度及び表面粗さ（Ra）を、試料内の測定位置を変えて１０点測定し、その平均値、及び最大値と最小値との差を求めた。この実施例１の表面処理アルミニウム合金押出形材は、その光沢度及び表面粗さにおいてばらつきがなく、手で触れてもザラザラした感触はないが、金属光沢感が無くて目にやさしいザラザラ感のある均一な外観であった。また、押出痕が消失し、表面欠陥（ストレインマークやストリーク等）が無く、表面品質が安定していた。
結果を表１に示す。
【００２６】
〔実施例２〕
実施例１と同様にして自然酸化皮膜を除去した前処理済みのアルミニウム合金押出形材を、浴温８５℃で、０.５質量％トリエタノールアミン水溶液中に５分間浸漬させて、表面に水和酸化皮膜を生成させ（第一工程）、次いで濃度１００ｇ／リットルの塩酸水溶液中、浴温２０℃、電流密度１００Ａ／ｍ²、及び処理時間６０秒の条件でアノード電解して多数の微細なピットを形成せしめ（第二工程）、更に、濃度５５ｇ／リットルの塩酸水溶液中、浴温３５℃及び処理時間１２０秒の条件で浸漬して第二工程で形成されたピットを拡大させ（第三工程）、また、濃度５０ｇ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃及び処理時間１０分の条件で浸漬して上記塩酸浸漬処理で形成されたピットを更に拡大させ（第四工程）、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。
【００２７】
得られた表面処理アルミニウム合金押出形材の光沢度及び表面粗さ（Ra）を実施例１と同様にして測定し、その平均値、及び最大値と最小値との差を求めた。この実施例２の表面処理アルミニウム合金押出形材は、実施例１と同様に、その光沢度及び表面粗さにおいてばらつきがなく、押出痕や表面欠陥が無くて均一な外観であった。
結果を表１に示す。
【００２８】
〔実施例３〕
アルミニウム材の表面に水和酸化物を生成させる第一工程を温度１２０℃の飽和水蒸気雰囲気中に３分間静置させるとした以外は、上記実施例２と同様にして表面処理を行い、得られた表面処理アルミニウム合金押出形材の光沢度及び表面粗さ（Ra）を上記実施例１と同様にして測定し、その平均値、及び最大値と最小値との差を求めた。この実施例３の表面処理アルミニウム合金押出形材は、実施例２と同様に、その光沢度及び表面粗さにおいてばらつきがなく、押出痕や表面欠陥が無くて均一な外観であった。
結果を表１に示す。
【００２９】
〔比較例１〕
前処理として、濃度５０ｇ／リットル、浴温５０℃の水酸化ナトリウム水溶液に５分間浸漬し、このアルミニウム合金押出形材の表面の自然酸化皮膜を除去した後、濃度５５ｇ／リットルの塩酸水溶液中、浴温３５℃及び処理時間５分間の条件で浸漬し、次いで濃度５０ｇ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃及び処理時間１０分の条件で浸漬し、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。
【００３０】
得られた表面処理アルミニウム合金押出形材の光沢度及び表面粗さ（Ra）を上記実施例１と同様にして測定し、その平均値、及び最大値と最小値との差を求めた。この比較例１の表面処理アルミニウム合金押出形材は、凹凸の分布に偏りがあり、ムラのある表面状態であることが確認された。
結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム材の表面処理方法によれば、素材形成時の圧延痕や押出痕等が消失すると共に、表面光沢や色調において均一性や再現性に富み、広範囲に亘って制御された表面光沢や色調を付与することができる。

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる建築材又はケーシング材用のアルミニウム材の表面処理方法であり、温度６０℃以上及びｐＨ５〜１０の熱水中にアルミニウム材を１〜３０分間浸漬する熱水処理によってアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程と、一塩基酸及び／又はその塩を含む水溶液中でアノード電解を行う第二工程と、塩酸水溶液中に浸漬する塩酸浸漬処理を行う第三工程とを含み、アルミニウム材の表面光沢及び／又は色調を制御することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法。
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる建築材又はケーシング材用のアルミニウム材の表面処理方法であり、温度７５〜２００℃の飽和水蒸気雰囲気中にアルミニウム材を１〜３０分間放置する水蒸気処理によってアルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程と、一塩基酸及び／又はその塩を含む水溶液中でアノード電解を行う第二工程と、塩酸水溶液中に浸漬する塩酸浸漬処理を行う第三工程とを含み、アルミニウム材の表面光沢及び／又は色調を制御することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法。
第三工程の塩酸浸漬処理の後に、第四工程としてアルカリ性水溶液中に浸漬するアルカリ処理を行う請求項１又は２に記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第一工程の熱水処理に用いる水溶液が、アルカリ性添加剤を含む請求項１に記載のアルミニウム材の表面処理方法。
アルカリ性添加剤がアンモニア及び／又はアミノアルコールである請求項４に記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第二工程の電解処理で用いる一塩基酸が、塩酸、硝酸、酢酸、及び過塩素酸から選ばれた１種又は２種以上の混酸である請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第二工程の電解処理における処理条件が、電流密度０．１〜３Ａ／ｄｍ ² 及び処理時間２〜３００秒である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第三工程の塩酸浸漬処理における処理条件が、塩酸濃度１０〜２００ｇ／リットル及び処理温度２０〜５０℃である請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第三工程の塩酸浸漬処理で用いる塩酸水溶液が、Ｆｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｕイオン、ＳＯ ₄ イオン、ＮＯ ₃ イオン、ＰＯ ₄ イオン、酢酸イオン及びシュウ酸イオンから選ばれた 1 種又は２種以上のイオンを含む請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
第四工程のアルカリ処理における処理条件が、遊離アルカリ濃度２０〜１００ｇ／リットル及び処理温度３０〜７０℃である請求項３〜９のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
アルミニウム材の表面に水和酸化皮膜を形成せしめる第一工程に先駆けて、前処理として脱脂処理及び／又はアルカリエッチング処理を行う請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
請求項１〜１１に記載のいずれかの方法により作製された表面処理アルミニウム材。