CN106133205A - 表面处理铝材和锌添加铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有对由铝或铝合金形成的铝材实施阳极氧化处理后不能识别到晶粒图案的均匀的多孔型的多孔性阳极氧化皮膜的表面处理铝材以及适合于制造该表面处理铝材的新型的锌添加铝合金。表面处理铝材，它是具有铝合金基材和形成于其表面的阳极氧化皮膜的表面处理铝材，其特征在于，所述铝合金基材由具有Zn成分为0.05～1质量％、不可避免的杂质在0.02质量％以下、以及余分为铝材的合金组成的锌添加铝合金形成。

Description

表面处理铝材和锌添加铝合金
技术领域
本发明涉及表面具有阳极氧化皮膜的表面处理铝材和用于制造该表面处理铝材的锌添加铝合金，特别涉及由阳极氧化处理导致的晶粒图案的显著化得到抑制的表面处理铝材。
背景技术
关于由铝或铝合金形成的铝材，由于铝自身易被酸和碱等侵蚀，为赋予其耐腐蚀性、耐磨耗性、美观性和功能性等，通常广泛进行下述阳极氧化处理：在电解质溶液中将铝材作为阳极并通电，在其表面形成氧化铝(Al2O3)皮膜(阳极氧化皮膜)。然后，在例如使用草酸、硫酸、磷酸等酸的水溶液作为电解质的阳极氧化处理过程中，虽经该阳极氧化处理而形成称作多孔型皮膜的阳极氧化皮膜，但是该多孔型皮膜由称作阻隔层的内侧(铝一侧)的致密的皮膜和在其外侧形成的具有大量的孔的称作多孔层的多孔性皮膜构成，在阳极氧化处理的初期首先形成与处理电压相应的阻隔层，之后在阻隔层上产生大量的孔，所述大量的孔成长而形成多孔层。
另外，作为铝材，除了纯铝类(1000系)之外，还可例举例如Al-Cu类(2000系)、Al-Mn类(3000系)、Al-Si类(4000系)、Al-Mg类(5000系)等铝合金，然而工业上广泛使用的是在铝中添加其他金属而提高了强度和加工性的铝合金。但是，与通用的铝合金相比，铝纯度(Al纯度)高的高纯度铝具有能够大幅降低在挤压加工、切削加工等加工后实施的表面溶解处理、电解抛光处理、阳极氧化处理等各种处理中的形成表面缺陷的第2相化合物和夹杂物等的影响的优点，最近针对例如门把手和栅栏等住宅用部件、把手和曲轴等自行车用部件、乘用车门框和内板等车辆用部件、首饰和钟表等装饰部件、反光镜和照相机等光学制品用部件、印刷用辊等用途，正在积极地开发加工这种高纯度铝材而得的制品。
另外，铝材中通常存在由晶粒导致的图案(晶粒图案)，或者，该晶粒图案在阳极氧化处理前无法由肉眼识别，但是如果实施阳极氧化处理，则主要由晶粒取向的不同而导致晶粒图案的显著化。因此，铝材具有Al纯度越高则晶粒尺寸越大的倾向，由阳极氧化处理而更为显著化。特别地，在高纯度铝材中，有时晶粒的尺寸会在数百μm以上，通过热处理也会变为数mm。
另外，即使在铝材的表面通过磨轮抛光、电解抛光、化学抛光以及切削加工等实施了平坦化处理的情况下也会发生这种晶粒图案显著化的问题，阳极氧化处理前无法由目视识别的晶粒图案会由于阳极氧化处理而显著化，无法得到均匀的外观，在根据用途而重视外观的均匀性的情况下有时会被判别为外观不良。
因此，作为解决阳极氧化处理后晶粒图案显著化的问题的方法，考虑下述方法：在铸造阳极氧化处理前的铝材时，通过调节其冷却速度、或者是实施冷锻等加工，使铝材中存在的晶粒的大小比目视能够确认的尺寸(约为100μm)更小，藉此使外观上的晶粒图案变得不显著。但是，即便铝材中的晶粒尺寸低于100μm，如果晶粒凝聚为100μm以上，则也会产生阳极氧化处理时晶粒显著化的问题。
另外，铝的加工方法根据制品而存在限制，因而减小晶粒的尺寸时存在界限，另外特别是在铝材为Al纯度高的材料的情况下和制造时需要热处理的情况下，将晶粒尺寸减小至100μm以下存在技术上的困难，或者即便假设能够减小晶粒的尺寸，在铝材中晶粒凝集的情况下，也存在外观呈现为一个大尺寸晶粒的情况，难以获得均一的外观。
此外，虽然至今也提出了将通过阳极氧化处理而显著化的结晶粒图案作为设计优良的外观、进而使阳极氧化处理后的铝材的结晶图案显著化的技术(例如参照专利文献1)，但是还未发现阳极氧化处理后晶粒图案难以显著化的材料的开发示例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平6-287773号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
于是，本发明者首先对因阳极氧化处理而晶粒图案显著化的原因进行了详细调查和研究，发现阳极氧化处理后的铝材中铝金属(Al)/阻隔层(Al2O3)的界面处的形状因每个晶粒的取向不同而不同。即，在阳极氧化处理过程中，皮膜形成的初期首先形成阻隔层，之后在形成的皮膜上开始产生孔，但是如果存在晶粒取向的差异，则因该晶粒取向的差异而产生孔的差异，由此铝金属(Al)/阻隔层(Al2O3)的界面处生成的大量的孔在形状和凹凸等上产生细微的差异，这些形成的大量的孔之间的细微的差异在之后由大量的孔成长而形成的多孔层中也得到反映。然后，由此形成的阳极氧化皮膜的大量的孔之间的细微的差异尽管极小，但是在表面被光照射时得到加强，晶粒图案显著化，导致阳极氧化处理后的铝材无法形成均一的外观。
于是，本发明者在该研究结果的基础上，针对与晶粒的取向无关且使铝金属(Al)/阻隔层(Al2O3)的界面处产生的大量的孔尽可能均匀的方法进行了进一步的研究，结果发现，通过使用具有Zn成分为0.05～1质量％、不可避免的杂质在0.02质量％以下、以及余分为铝材的合金组成的特定的锌添加铝合金作为铝材，在皮膜形成的初期容易开孔，而且与结晶的取向无关而形成均匀的孔，之后的阳极氧化处理中能够形成具有形状均匀的孔的多孔层，能够尽可能地防止阳极氧化处理后的铝材中晶粒图案的显著化，与此同时，能够形成缺陷少的均匀的阳极氧化皮膜，从而完成了本发明。
于是，本发明的目的在于提供阳极氧化处理后的晶粒图案无法被识别、具有均匀的多孔型的多孔性阳极氧化皮膜的表面处理铝材。
另外，本发明的目的在于提供适合于阳极氧化处理后的晶粒图案无法被识别、具有均匀的多孔型的多孔性阳极氧化皮膜的表面处理铝材的制造的新型的锌添加铝合金。
解决技术问题所采用的技术方案
即，本发明涉及表面处理铝材，它是具有铝合金基材和形成于其表面的阳极氧化皮膜的表面处理铝材，其中，所述铝合金基材由具有Zn成分为0.05～1质量％、不可避免的杂质在0.02质量％以下、以及余分为铝材的合金组成的锌添加铝合金形成。
此外，本发明还涉及锌添加铝合金，它是在高纯度铝中添加Zn而形成的铝合金，其中，Zn成分为0.05～1质量％，不可避免的杂质在0.02质量％以下，余分为铝。
本发明的表面处理铝材通过由锌添加铝合金形成的铝合金基材的阳极氧化处理而得，该锌添加铝合金中的Zn成分在0.05质量％以上1质量％以下，优选在0.25质量％以上0.8质量％以下，Zn成分以外的例如Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Mg、Ni等不可避免的杂质在0.02质量％以下，优选在0.01质量％以下，余分为铝。
此处，关于锌添加铝合金，在Zn成分低于0.05质量％时，孔生成时由于晶粒的取向而产生差异，难以实现抑制晶粒图案的显著化的效果，相反，如果Zn成分超过1质量％，则阳极氧化皮膜局部熔解，存在表面产生缺陷的可能性。另外，该Zn成分以外的不可避免的杂质如果超过0.02质量％，则与Al纯度高的材料相比，发生由第2相粒子引起的皮膜的局部熔解和产生未形成皮膜的部位，无法在广范围内形成均匀的阳极氧化皮膜。特别地，关于电位比Al高的不可避免的杂质(例如Fe、Si、Cu、Ni、Ti)，可能由阳极氧化处理而引起皮膜的局部熔解，因此理想的是在0.01质量％以下。
本发明中，所述铝合金基材的表面可通过切削加工、磨轮抛光、电解抛光以及化学抛光等实施平坦化处理，而且，其形状无特别限制，例如可例举铸造材和挤出材、板材、辊材等可延伸材料等。特别地，平坦化处理后的铝合金基材在阳极氧化处理后晶粒图案容易显著化，因此本发明是有效的。
关于本发明使用的锌添加铝合金的制造方法，只要能够实现上述的锌添加铝合金的合金组成，则无特别限制，能够使用至今为止常用的铝合金的制造方法，可例举例如使用书型模具·船型模具等铸造模具来制造铸造材的重力铸造法，例如制造圆柱状坯、长方体形状的平板等的DC铸造法，例如制造板状铸块等的连续铸造法等，另外如后述，在铝合金基材的制造工序中包含铝合金的熔融工序的情况下，也可在该熔融工序中向高纯度铝中添加必要的Zn，调制具有规定的合金组成的锌添加铝合金。
另外，关于本发明使用的铝合金基材的制造方法，可例举上述制造铸造材的重力铸造法、使用由上述DC铸造法而得的圆柱状坯来得到棒和辊等形状的铝合金延伸材的挤出法、使用由上述DC铸造法而得的长方体形状的平板来得到板材的热轧法或冷轧法、使用由上述连续铸造法而得的板状铸块来得到板或箔的冷轧法等。
本发明中，在由上述锌添加铝合金形成的铝合金基材的表面通过阳极氧化处理形成阳极氧化皮膜。然后，此时的阳极氧化处理虽无特别限制，但是从本发明对晶粒图案容易显著化的多孔型的阳极氧化皮膜特别有效的角度考虑，优选是将生成该多孔型的阳极氧化皮膜的多元酸水溶液作为处理浴的阳极氧化处理。
形成上述多孔型阳极氧化皮膜的阳极氧化处理中作为处理浴使用的多元酸水溶液无特别限制，作为构成处理浴的多元酸，例如可例举硫酸、磷酸、铬酸等无机酸和草酸、酒石酸、丙二酸等有机酸，使用了这些多元酸的处理浴(多元酸水溶液)的多元酸浓度，与用于通常的阳极氧化处理中的情况同样即可，例如在硫酸的情况下为10重量％以上20重量％以下，优选14重量％以上18重量％以下。
另外，使用多元酸水溶液作为处理浴的阳极氧化处理的处理条件也无特别限制，与通常的阳极氧化处理、特别是使用多元酸水溶液作为处理浴的形成多孔型阳极氧化皮膜的阳极氧化处理中采用的条件同样即可，例如在使用硫酸作为处理浴的情况下，处理温度为18℃、处理电压为10～15V、皮膜厚度为1～20μm左右。
发明效果
本发明的表面处理铝材中，在由具有特定的合金组成的锌添加铝合金形成的铝合金基材的表面形成有阳极氧化皮膜，晶粒图案不显著化而外观均匀性优良，而且在工业上容易制造，适合用于特别重视外观均匀性的住宅用部件、自行车用部件、车辆用部件、装饰部件、光学制品用部件、建筑制品用部件、板和辊等阳极氧化用制品部件、印刷辊等用途。
具体实施方式
以下，基于实施例和比较例对本发明的优选实施方式进行更具体说明。
[实施例1]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加3.25g的纯度99.9999％的Zn，在720℃的实验用坩埚中熔解后，使用重量铸造法铸入预热至150℃的尺寸为30t(厚)×150w(宽)×190l(长)的书型模具中，得到了实施例1的由锌添加铝合金形成的铝合金基材。使用辉光放电质量分析法(GD-MS法；装置：VG ELEMENTAL公司制的VG9000型)对所得的铝合金基材的合金组成进行分析，结果为Zn：0.05％、Si：0.003％、Fe：0.001％、Cu：＜0.001％、Mn：0.001％、Mg：0.003％、其他：0.002％、Al：余分。结果示于表1。
[实施例2]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加16.25g的纯度99.9999％的Zn，通过与实施例1相同的方法得到了实施例2的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[实施例3]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加32.50g的纯度99.9999％的Zn，通过与实施例1相同的方法得到了实施例3的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[实施例4]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加65.00g的纯度99.9999％的Zn，通过与实施例1相同的方法得到了实施例4的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[实施例5]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加65.00g的纯度99.5％的Zn，通过与实施例1相同的方法得到了实施例5的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[比较例1]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加0.65g的纯度99.9999％的Zn，在720℃的实验用坩埚中熔解后，使用重量铸造法铸入预热至150℃的尺寸为30t(厚)×150w(宽)×190l(长)的书型模具中，得到了比较例1的由锌添加铝合金形成的铝合金基材。使用辉光放电质量分析法(GD-MS法；装置：VG ELEMENTAL公司制的VG9000型)对所得的铝合金基材的合金组成进行分析，结果为Zn：0.01％、Si：0.003％、Fe：0.001％、Cu：＜0.001％、Mn：0.001％、Mg：0.003％、其他：0.002％、Al：余分。结果示于表1。
[比较例2]
在纯度99.99％的6.5kg高纯度铝中添加130g的纯度99.9999％的Zn，通过与比较例1相同的方法得到了比较例2的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[比较例3]
在纯度99.95％的6.5kg高纯度铝中添加32.5g的纯度99.9999％的Zn，通过与比较例1相同的方法得到了比较例3的由锌添加铝合金形成的铝合金基材，之后对其合金组成进行了分析。结果示于表1。
[比较例4～7]
关于形成铝合金基材的铝合金，比较例4中使用JIS A2024合金(Zn：0.25、Si：0.5、Fe：0.5、Cu：4、Mn：0.35、Mg：1.5、其他：0.1、余分：Al)，比较例5中使用JIS A3003合金(Zn：0.1、Si：0.6、Fe：0.7、Cu：0.1、Mn：1.2、Mg：＜0.001、其他：0.1、余分：Al)，比较例6中使用JISA5052合金(Zn：0.1、Si：0.25、Fe：0.4、Cu：0.1、Mn：0.1、Mg：2.5、其他：0.006、余分：Al)，另外，比较例7中使用JIS A6061合金(Zn：0.25、Si：0.5、Fe：0.7、Cu：0.2、Mn：0.15、Mg：0.2、其他：0.45、余分：Al)。
[实施例6～26]
从表2所示的各实施例1～5的铝合金基材切出尺寸为50mm×50mm×10mm的铝片，通过磨轮抛光处理实施平坦化处理直至表面粗糙度Rt＜200nm，得到了具有镜面光泽的铝片(铝合金基材)。
对所述得到的具有镜面光泽的铝片以表2所示的多元酸水溶液和处理条件实施阳极氧化处理，进一步水洗并干燥，得到了各实施例6～26的阳极氧化处理后的铝片(试验片：表面处理铝材)。
[通过表面观察进行晶粒图案评价]
针对各实施例6～26中所得试验片，在照度1500勒克斯以上2500勒克斯以下的荧光灯下进行目视观察时，将能够观察到晶粒图案的试验片记为×，另外，在照度1500勒克斯以上2500勒克斯以下的荧光灯下进行目视观察时，将未观察到晶粒图案的试验片记为○，进一步，在照度15000勒克斯以上20000勒克斯以下的摄影灯下进行目视观察时，将未观察到晶粒图案的试验片记为◎，藉此对各试验片进行了晶粒图案评价。
结果示于表2。
[通过SEM观察进行阳极氧化皮膜评价]
针对各实施例6～26中所得的试验片，使用扫描电子显微镜(SEM)在约25μm×25μm的范围(相当于5000倍左右的视野)进行观察，按以下所示的评价基准进行了阳极氧化皮膜的评价。◎：阳极氧化皮膜均匀且无缺陷、○：视野中观察到1～10个尺寸在5μm以下的阳极氧化皮膜的缺陷且未观察到5μm以上的缺陷，×：视野中观察到10个以上的尺寸在5μm以下的阳极氧化皮膜的缺陷、或观察到1个以上的尺寸在5μm以上的缺陷、或者未形成均匀的阳极氧化皮膜。
结果示于表2。
[综合评价]
针对各实施例6～26中所得的试验片按照以下所示的评价基准实施了综合评价。○：“表面观察评价”和“SEM观察评价”两者均为◎或○，×：“表面观察评价”和“SEM观察评价”中有一方为△或×。
[比较例8～14]
使用表3所示的各比较例1～7的铝合金基材，与上述实施例6～26同样地调制了各比较例8～14的比较铝片(铝合金基材)，然后针对所得的各比较例8～14的比较铝片在2重量％-草酸(20℃)的处理浴中以电压40V以及电量20C/cm2的处理条件实施阳极氧化处理，水洗并干燥而得到了比较例8～14的阳极氧化处理后的比较铝片(比较试验片：表面处理铝材)。
针对所得的各比较例8～14的比较试验片，与上述各实施例同样地实施了利用表面观察的晶粒图案的评价、利用SEM观察的阳极氧化皮膜的评价、以及综合评价。
结果示于表3。
[表1]
(注)*1)：基于JIS标准的铝合金编号
[表2]
[表3]

Claims (4)

1.表面处理铝材，它是具有铝合金基材和形成于其表面的阳极氧化皮膜的表面处理铝材，其特征在于，
所述铝合金基材由具有Zn成分为0.05～1质量％、不可避免的杂质在0.02质量％以下、以及余分为铝材的合金组成的锌添加铝合金形成。
2.如权利要求1所述的表面处理铝材，其特征在于，所述阳极氧化皮膜通过以多元酸水溶液为处理浴的阳极氧化处理而形成。
3.如权利要求1或2所述的表面处理铝材，其特征在于，对所述铝合金基材实施所述阳极氧化处理之前，以选自切削加工、磨轮抛光、电解抛光和化学抛光中的任一种方法实施平坦化处理。
4.锌添加铝合金，它是在高纯度铝中添加Zn而形成的铝合金，其特征在于，Zn成分为0.05～1质量％，不可避免的杂质在0.02质量％以下，余分为铝。
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