JPH06116737A

JPH06116737A - スポット抵抗溶接性、耐食性および加工性に優れたアルミニウム材料

Info

Publication number: JPH06116737A
Application number: JP26611292A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mabuchi; 渕昌樹馬; Nobuo Totsuka; 塚信夫戸; Koji Uesugi; 杉康治上; Naoki Nishiyama; 山直樹西; Toshio Tani; 俊夫谷; Motohiro Nanbae; 元広難波江
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】スポット抵抗溶接性、耐食性および加工性に優
れたアルミニウム材料の提供。【構成】第１層としてアルミニウム材料表面を温水、温
水溶液または飽和水蒸気中で加熱することにより形成さ
れる厚さ０．０１μｍ〜５μｍのアルミニウム酸化物お
よび／またはアルミニウム水酸化物の層を有し、その上
に第２層として無機潤滑粒子０．０５〜３０重量％およ
び／または有機潤滑粒子０．０５〜２０重量％を合計で
０．０５〜４０重量％含有する防錆油層を有することを
特徴とするスポット抵抗溶接性、耐食性および加工性に
優れたアルミニウム材料。前記第２層中の無機潤滑粒子
が平均粒子径５０μｍ以下の二硫化モリブデンおよび／
または窒化ホウ素粉末であるのが好ましく、前記第２層
中の有機潤滑粒子が平均粒径５０μｍ以下でかつ融点６
０℃以上のワックスであるのが好ましい。さらに、前記
第１層は電極接触面側の膜厚がスポット溶接接合面側の
膜厚の２／３以下であるのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自転車用軽量
化素材として使用されるアルミニウム材料、特にスポッ
ト溶接性、耐食性および加工性にすぐれたアルミニウム
（アルミニウム合金も広く含む）材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題、特にＣＯ₂による
地球温暖化防止対策等の観点から、自動車の燃費を向上
するために自動車車体の軽量化が積極的に推進されてい
るが、その中でも材料の信頼性、加工性、リサイクル利
用等の面でアルミニウム合金が脚光を浴び、最近では自
動車車体の内外板にもこれらが適用されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
りこのような自動車車体用として供されるアルミニウム
材料は以下に示すような問題を抱えている。溶接性不良アルミニウム合金板を自動車車体として組み立てる際に
はそのほとんどがスポット溶接されるがアルミニウム合
金板はスポット溶接性、とりわけ電極寿命が鋼板に比べ
て極端に劣るため、車体の生産効率の著しい低下を招い
ているのが現状である。

【０００４】すなわち、アルミニウム合金板のスポット
抵抗溶接では溶着現象が起こりやすいことおよび同一の
電極で適正なナゲットを得ることができる溶接打点数が
著しく短いため、溶着が起こる前や適正ナゲットができ
なくなる前に電極形状をドレッシングによって整えた
り、または新品電極と交換する頻度も多くなり、このこ
とが溶接効率、ひいては自動車車体の生産効率に多大な
影響を及ぼしている。

【０００５】アルミニウム合金が自動車のようなスポッ
ト抵抗溶接性による大量生産品に実用化されだしたのは
ごく最近であるため、上記のような問題を解決するため
の適正な手段の提案は極めて少ないが、例えば特開昭６
０−１８７４８３号公報にはアルミニウム板接合面の酸
化皮膜厚さを陽極処理にて制御することによる改善法が
提供されている。また、自動車用アルミニウム合金板へ
の適用を目的としたものではないが、例えば、特開昭５
３−６２５２号、特開昭５３−４８９５４号、特開昭５
３−４８９５５号の各公報にはアルミニウム接合面にＺ
ｎ，Ｔｉおよびステンレス綱薄膜を介在させることによ
る改善法が、特開昭５７−４３８９号公報にはＣｒ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ａｇめっきを施すことによる改善法が開示さ
れている。

【０００６】しかし、陽極酸化処理皮膜のみの制御によ
る改善法は均一処理が難しく、かつその効果が不安定で
あり実用的ではない。また、Ｚｎ，Ｔｉ、ステンレス鋼
薄膜の介在による改善法は自動車用には適用が困難であ
り、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇめっきを施すことによる改
善法はこれらのめっきのアルミニウム合金への密着性が
極めて悪く実用的でないという問題がある。

【０００７】加工性不良またアルミニウムは、鋼板に比較して伸びが小さく、か
つ軟らかいため型がじりを起し易く、プレス加工性が劣
るという重大な欠点がある。鋼板の代表としてＳＰＣＣ
を例にとると伸び４５％、ｒ値１．４で限界絞りＬＤＲ
は２．１５に達するが、一方アルミニウム合金板はＪＩ
ＳＡ５１８２を例にとると伸び３０％、ｒ値０．７でＬ
ＤＲは１．８にしか達しない。このようにアルミニウム
合金板の成形性が著しく劣るため、自動車車体への適用
には大きな制約があった。すなわち、アルミニウム合金
板の車体パネルへの適用例としてはフードのような軽加
工の部材に限定され、より複雑でかつ強加工を伴う部材
への適用は不可能であった。

【０００８】耐食性不良塗装後過酷環境により促進耐久試験を行なうと糸状の腐
食（糸錆び腐食：Filiform corrosion) が生じやすく、
外観上美観を損なうばかりでなく、さらに進行した場合
には機能上問題を生じてくる。

【０００９】本発明は上記アルミニウム材料の欠点を克
服し、スポット抵抗溶接時における電極寿命、すなわち
連続打点性、耐食性及びプレス成形性を従来のアルミニ
ウム材料に比べ格段に向上し、しかも工業的に容易かつ
経済的に製造できるアルミニウム材料を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】まず、スポット溶接性の
改善については下記の知見に基づいている。すなわち、
アルミニウム合金板を同一の銅系電極を用いて連続的に
スポット抵抗溶接を繰り返し実施すると、電極先端の通
電径が打点と共に拡大し、これにともなう板中の電流密
度の低下によってナゲット径も減少し、ついには電極寿
命がつきるが、アルミニウム合金板の場合には鋼板の場
合に比べてその電極先端径の拡大速度が著しく大きいこ
とに特徴がある。したがってこのような現象に着目し、
その原因について鋭意検討した結果、アルミニウム合金
板の連続打点溶接の場合には電極先端の通電部に溶融ア
ルミニウムが付着し、その酸化物が打点と共に堆積し、
これが絶縁層を形成してついには電極とこの絶縁層の間
でスパークを起し、この際に電極が虫食い状に欠損して
いくことおよび接合面でのアルミニウム合金板表面の絶
縁性酸化皮膜が迅速な溶着を阻害していることを見いだ
した。このようなアルミニウム合金板の特有の現象が電
極先端径の拡大を促進し、電極寿命が極端に劣化すると
の知見を得た。

【００１１】またこのような電極面側のスパーク発生、
接合面側での溶着不良は、圧延ままのアルミニウム材表
面の酸化膜層の不均一性によって助長されるとの知見を
得た。

【００１２】このため、アルミニウム材表面のアルミニ
ウム酸化物および／または水酸化物層の膜厚コントロー
ルが重要となり、本発明においては０．０１〜５μｍと
規定する。なお、電極接触面側がスポット溶接接合面側
の２／３以下の厚さになるように調整することでいっそ
う良好な溶接性を確保することが可能である。

【００１３】また塗装後の耐食性については、通常アル
ミニウム性ボディーの塗装材に発生する糸錆は、表面の
傷等塗膜の欠陥部を起点としたものであり、塩素等が存
在する腐食環境下にて腐食性物質がアルミ素地に達し、
アルミ素地を腐食することが主な原因である。よってア
ルミニウム素地に対して強力な防食効果が得られるよう
な皮膜を形成させることが重要であり、この点からも本
発明ではアルミニウム酸化物および／または水酸化物の
膜厚を０．０１〜５μｍにコントロールすることで充分
な耐食性を得ることができた。

【００１４】一方、プレス成形性について、本質的には
アルミニウムの伸びを向上させることが重要であるが、
同一材料であっても表面の潤滑性を向上させることによ
り成形性を向上させうるとの知見を得、かつこの潤滑性
向上対策には粉末状潤滑剤を含有する防錆油を被覆する
ことが非常に有効であることがわかった。

【００１５】すなわち、上記目的を達成するために本発
明によれば、第１層としてアルミニウム材料表面を温
水、温水溶液または飽和水蒸気中で加熱することにより
形成される厚さ０．０１μｍ〜５μｍのアルミニウム酸
化物および／またはアルミニウム水酸化物の層を有し、
その上に第２層として無機潤滑粒子０．０５〜３０重量
％および／または有機潤滑粒子０．０５〜２０重量％を
合計で０．０５〜４０重量％含有する防錆油層を有する
ことを特徴とするスポット抵抗溶接性、耐食性および加
工性に優れたアルミニウム材料が提供される。

【００１６】また前記無機潤滑粒子は、平均粒径５０μ
ｍ以下の二硫化モリブデンおよび／または窒化ホウ素粉
末であるのが好ましく、前記有機潤滑粒子は平均粒径５
０μｍ以下でかつ融点６０℃以上のワックスであるのが
好ましい。これら潤滑性粉末を防錆油中に均一に分散さ
せて塗布するのが好ましい。さらに、前記第１層は電極
接触面側の膜厚がスポット溶接接合面側の膜厚の２／３
以下であるのが好ましい。

【００１７】

【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
におけるアルミニウム材料とは、アルミニウムやアルミ
ニウム合金などのアルミニウム材料を広く包含し、その
形態は、板材、棒材、缶材など任意である。

【００１８】本発明においては上述したアルミニウム材
料を温水、温水溶液または飽和水蒸気中で加熱する事で
形成される酸化皮膜の幾何学的構造は処理条件によって
決まるものであり特に限定はしない。

【００１９】またアルミニウム酸化物および／またはア
ルミニウム水酸化物は、通常Al₂O₃，AlOOH ，Al(OH)₃
等に結晶水がついた状態で皮膜が生成するが、本皮膜で
は結晶水の有無は特に問題とはならない。また、皮膜形
成処理の前処理は特に実施する必要がなく、圧延後直接
皮膜形成処理を行ってもよいが、通常はアルミニウム製
造工程中に生成した不均一皮膜を除去する目的で、酸、
アルカリ中でのエッチング、酸溶液中でのスマット（不
溶解性残渣）除去を適宜選択して行なうことが望まし
い。これらのアルカリエッチング処理、酸洗処理として
は通常アルミニウム材の処理法として行われている方法
でよく、市販の処理液を使用することも可能である。

【００２０】本発明において、第１層の膜厚を０．０１
〜５μｍとしたのは、０．０１μｍ未満では所望の電気
抵抗が得られず溶接性を低下させるとともに、アルミ素
地にたいする防食効果が不十分となり耐食性に乏しくな
ってしまう。５μｍを超えると電気抵抗が大きくなりす
ぎ溶接が不可能になってしまう。また、電極接触面側の
膜厚がスポット溶接接合面側の２／３以下の厚さになる
ように調整することで、電極面側でのスパーク発生防止
およびアルミの電極面上への溶着防止に大きな効果があ
る。

【００２１】一方、第２層として形成される防錆油層
は、基油に無機潤滑粒子および／または有機潤滑粒子を
含有せしめたものである。無機潤滑粒子としては、例え
ば二硫化モリブデン、窒化ホウ素粉末の１種または２種
の混合物が用いられる。これらの混合物はあまり過小で
は潤滑効果が少なく過剰では油の粘度を上げ塗布作業に
不都合を生じるため０．０５〜３０重量％に限定した。
また、平均粒径が５０μｍを超える粒子では分散性が悪
く、塗油後の均一性が低下するため、平均粒径５０μｍ
以下にするのがよい。

【００２２】有機潤滑粒子は合成ワックス、天然ワック
スいずれを用いてもよいが、融点６０℃未満のワックス
では、極圧状態での粘性が小さくなりすぎて潤滑効果が
十分でないため融点は６０℃以上のものを用いるのがよ
い。また、添加量および平均粒径は前記無機潤滑粒子と
同様な理由によりそれぞれ０．０５〜２０重量％、平均
粒径５０μｍ以下にするのがよい。

【００２３】なお無機潤滑粒子と有機潤滑粒子を併用す
る場合は添加量の限界は４０重量％までに上昇するが、
それ以上では塗布作業に不都合を生じるために０．０５
〜４０重量％までに限定した。

【００２４】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。

【００２５】（実施例）自動車用材料として使用されて
いる代表的なアルミニウム合金である厚さ１ｍｍのＪＩ
ＳＡ５１８２（Ａｌ−０．３％Ｍｎ−４．５％Ｍｇ）
合金板を用い、まずアルミニウム合金板表面を１，１，
１トリクロルエタンで蒸気脱脂後、市販のアルカリ系洗
浄剤によるエッチング、水洗、硝酸酸洗によるスマット
除去、水洗を行ない表１に示すような方法で酸化処理を
施した。

【００２６】次に市販の防錆油である杉村化学工業製プ
レトンＲ３０３Ｐおよび昭和シェル石油製Ｔ７Ｆ１６を
基油としてそれぞれ無機潤滑粉および／または有機潤滑
粉を添加混合し、表２の割合に調合した油を合金板表面
に浸漬法により塗布した。塗布量は塗布後の板の重量と
その板を脱脂・洗浄後の重量との差から測定した。また
潤滑粉の粉砕・攪拌・混合は基油と共にボールミルで攪
拌することによって行なった。粒度の測定は混合後の油
を直接光学顕微鏡で観察する方法と光分散法によって測
定した。

【００２７】なお表２のワックスは以下のものを用い
た。ワックス１サンノプコ社製ＳＮワックス２２−ＳＦワックス２サンノプコ社製ＳＬ５０６ワックス３安原油脂工業社製アローワックスワックス４同上ワックスの攪拌・粉砕時間を短くしたものワックス５日本石油社製パラノック２０３なお前処理用薬剤アルソフト１０８、デスマットＮ−２
０は市販のアルイミニウム板用前処理液で奥野製薬工業
社製のものである。

【００２８】（加工性の試験と評価方法）表面処理後の
アルミニウム合金板の加工性は７０ｍｍφに打ち抜いた
各サンプルを径３０ｍｍφの高速円筒絞り加工（加工速
度５００mm/sec）し、加工できずに割れたものを不良
（×印）、かじりは生じたが加工できたものを普通
（△）、ほとんどかじりを生じずに加工できたものを良
好（○）として判定した。

【００２９】（溶接性試験と評価方法）被覆処理後のア
ルミニウム合金板の電極寿命はインバーター直流溶接機
を用いて下記の電極および溶接条件にて評価した。評価
は溶着するまでの打点数又はナゲット径が４√ｔ（ｔ：
板厚）を下回るまでの打点数のいずれかの少ない打点数
でその効果を判定した。評価基準はその打点数が５００
点未満を不良（×）、５００〜１０００点を普通
（△）、１０００〜１５００点を良好（○）、１５００
点超えを優良（◎）とした。

【００３０】（電極）・形状：円錐台頭（ＣＦ）型・先端径：５．０ｍｍφ ・材質：Ｃｒ−Ｃｕ（溶接条件）・加圧：１５０kgf ・初期加圧時間：２０／５０秒・通電時間：６／５０秒・保持時間：５／５０秒・溶接電流：１５ｋＡ

【００３１】（塗装後耐食性）処理後のコイルから７０
×１５０ｍｍのテストピースを切り出し、弱アルカリ系
脱脂剤を用いて４３℃×２分の脱脂を行ない、水洗を行
なった後、コロイダルチタン系の液にて室温×３０秒の
表面調整を行ない、そのままの状態で市販のリン酸亜鉛
処理液にて４３℃×２分の化成処理を行なった。その
後、水洗、乾燥を行なった後、カチオン電着塗装による
下塗り、さらに吹き付けによる中塗り、上塗り塗装を行
なってサンプルを作製した。このときの総合塗装膜厚は
１００μｍであった。

【００３２】このサンプル表面にアルミ素地まで達する
クロスカットを入れ、ＪＩＳＺ２３７１による塩水噴
霧を２４時間行い、その後５０℃×９５％ＲＨの湿潤雰
囲気にて２０００時間放置した後に、クロスカット部か
ら発生した糸錆びの最大長さを測定した。判定は、糸錆
び長さ４ｍｍ以上を不良（×）、２〜４ｍｍを普通
（○）、２ｍｍ以下を良好（◎）とした。

【００３３】本発明例および比較例の評価結果を表３に
まとめて示す。表３からあきらかなように、本発明はア
ルミニウム合金板のスポット溶接性、耐食性および加工
性の改善に極めて効果があることがわかる。

【００３４】これに対して比較例１はアルミニウムの酸
化物および／または水酸化物層が薄すぎて溶接性、耐食
性が悪く、比較例２〜４は潤滑粉添加量が少ないために
十分な加工性が得られない。比較例５〜８は潤滑粉添加
量が多すぎて不均一となり加工性が劣ると同時に溶接性
も劣化している。比較例９は酸化物または／および水酸
化物層が厚すぎて溶接性が悪い。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム板またはアルミニウム合金板の表面にアル
ミニウムの酸化物および／または水酸化物層を形成して
耐食性を向上させ、その表面に粉末状潤滑粒子を含む防
錆油層を形成することによって、スポット抵抗溶接性お
よびプレス加工性は著しく改善される。これによって、
プレス成形とスポット溶接性によって加工される自動車
部品用など溶接構造体の生産性が著しく向上し、かつ品
質の安定性も高まることが期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸塚信夫千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者上杉康治千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者西山直樹千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者谷俊夫東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者難波江元広東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１層としてアルミニウム材料表面を温
水、温水溶液または飽和水蒸気中で加熱することにより
形成される厚さ０．０１μｍ〜５μｍのアルミニウム酸
化物および／またはアルミニウム水酸化物の層を有し、
その上に第２層として無機潤滑粒子０．０５〜３０重量
％および／または有機潤滑粒子０．０５〜２０重量％を
合計で０．０５〜４０重量％含有する防錆油層を有する
ことを特徴とするスポット抵抗溶接性、耐食性および加
工性に優れたアルミニウム材料。
【請求項２】前記第２層中の無機潤滑粒子が平均粒子径
５０μｍ以下の二硫化モリブデンおよび／または窒化ホ
ウ素粉末である請求項１に記載のスポット抵抗溶接性、
耐食性および加工性に優れたアルミニウム材料。
【請求項３】前記第２層中の有機潤滑粒子が平均粒径５
０μｍ以下でかつ融点６０℃以上のワックスである請求
項１に記載のスポット抵抗溶接性、耐食性および加工性
に優れたアルミニウム材料。
【請求項４】前記第１層は電極接触面側の膜厚がスポッ
ト溶接接合面側の膜厚の２／３以下である請求項１〜３
のいずれかに記載のスポット抵抗溶接性、耐食性および
加工性に優れたアルミニウム材料。