JP2001059200A - アルミニウム材料の表面処理方法 - Google Patents
アルミニウム材料の表面処理方法Info
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Abstract
角度依存性が抑制され白みがかった表面状態のアルミニ
ウム材料を提供する。 【構成】 アルカリでアルミニウム材料の表面を清浄化
した後、塩酸及び硫酸を含む混合酸液を用いた酸エッチ
ングでアルミニウム材料の表面に多数のピットを生成
し、次いでアルカリエッチング処理によりピットを拡大
してアルミニウム材料表面の凹凸を大きくする。清浄化
処理及びアルカリエッチング処理では、浴温40〜70
℃,濃度40g/l以上の水酸化ナトリウム溶液にアル
ミニウム材料を2〜10分間浸漬する。酸エッチング処
理では、浴温20〜50℃で20〜150g/l塩酸,
40〜150g/l硫酸,0〜100g/l硝酸の組成
をもつ酸液にアルミニウム材料を2〜15分間浸漬す
る。
Description
ルミニウム材料に制御した表面光沢で特異な外観を付与
する表面処理方法に関する。
ルミニウム材料は、軽量で耐食性,耐久性に優れている
ことを活用し、外装材,内装材,表層材等の建築材料や
ケーシング材を始めとして各種分野で使用されている。
建築用途等では、都市空間との調和,建築物の意匠性等
を改善するため、梨地処理,ブラスト処理等で表面光沢
を調整し、電解着色,塗装等で種々の色調を付与してい
る。たとえば、着色処理されるアルミニウム材料は、陽
極酸化に先立ってアルカリエッチング処理され、材料表
面に微細な凹凸(ピッチ)を生成させることにより光沢
度を調整している。また、特開平3−47937号公報
では、Si,Fe,Mn,Cr,Zr等の合金成分の添
加量を調整することにより、粗面化処理で白色に調整さ
れた表面色調が陽極酸化処理後にも維持されるアルミニ
ウム合金が紹介されている。
理方法や成分調整では、光沢の制御範囲が狭く、材料表
面も観察角度によっては色調が異なる角度依存性があ
る。他方、嗜好の多様化に伴い建築材料に対しても、表
面光沢が広範囲で制御され、バラエティに富む色調が要
求される傾向が強くなってきた。本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、酸エッチング
処理をアルカリエッチング処理に組み合わせることによ
り、角度依存性がなく広範囲にわたって表面光沢が制御
されたアルミニウム材料を提供することを目的とする。
は、その目的を達成するため、アルカリでアルミニウム
材料の表面を清浄化した後、塩酸及び硫酸を含む混合酸
液を用いた酸エッチングでアルミニウム材料の表面に多
数のピットを生成し、次いでアルカリエッチング処理に
よりピットを拡大してアルミニウム材料表面の凹凸を大
きくすることを特徴とする。
〜70℃,濃度40〜60g/lの水酸化ナトリウム溶
液にアルミニウム材料を2〜10分間浸漬し、酸エッチ
ング処理では浴温20〜50℃で20〜150g/l塩
酸,40〜150g/l硫酸,0〜100g/l硝酸を
含む混合酸液にアルミニウム材料を2〜15分間浸漬
し、アルカリエッチング処理では浴温40〜70℃,濃
度40g/l以上の水酸化ナトリウム溶液にアルミニウ
ム材料を2〜15分間浸漬することが好ましい。エッチ
ング処理されたアルミニウム材料は、白さが増し、角度
依存性が抑制された色調の表面を呈する。更に陽極酸化
処理,電解着色処理及び電着塗装処理を施して着色アル
ミニウム材料としても、抑制された角度依存性が維持さ
れる。
拡散光との比率で光沢感が変化し、正反射光の比率が高
いほど金属光沢となり、拡散光の比率が高いほど白色感
が強くなる。建築材料等に要求されている外観としては
金属光沢から白色感まで広範囲にわたっており、ニーズ
に応じた光沢度に調整する方法が望まれている。通常の
アルカリエッチング処理では、素材に含まれている晶出
物の選択的な溶解や脱落が起点となってピットが生成す
る。しかし、処理された表面は、素材自体の光沢による
影響を大きく受け、梨地感に乏しく色調の角度依存性も
極めて大きくなる。すなわち、アルカリエッチング処理
だけでは、材料依存性が強く、表面形態を大きく変える
ことができない。
処理に先立って混合酸液を用いた酸エッチング処理を導
入することにより、材料の全面に凹凸を形成すると共
に、凹凸のサイズ及び深さを高い自由度で制御すること
を可能にした。アルカリを用いた清浄化処理では、たと
えば浴温40〜70℃,濃度40〜60g/lの水酸化
ナトリウム溶液にアルミニウム材料が2〜10分間浸漬
される。清浄化処理されたアルミニウム材料は、材料表
面から酸化皮膜等の異物が除去され、次工程の酸エッチ
ング処理で多数のピットを均一な分布で発生させるのに
適した表面状態に調整される。
いで、たとえば浴温20〜50℃で20〜150g/l
塩酸,40〜150g/l硫酸,0〜100g/l硝酸
を含む混合酸液に2〜15分間浸漬する酸エッチング処
理が施される。使用する混合酸液の浴温や酸濃度が高い
ほど酸エッチング処理の効果が顕著になり、短時間処理
が可能になる。塩酸濃度が20g/l未満では溶解速度
が遅く、150g/lを超える塩酸濃度では溶解反応が
過激に進行するため時間制御が困難になる。塩酸に硫酸
を加えるとき、濃塩酸単独使用に比較してピット数の増
加が抑制されるため、ピットの表面密度が過剰にならな
い。したがって、次工程のアルカリエッチングでピット
孔を拡大しても、材料表面部の欠落が発生せず適当なピ
ット孔が維持される。硫酸濃度が40g/l未満では塩
酸単独浴と大差なく、逆に150g/lを超える硫酸濃
度では光沢部が増加して白さが低下する。硝酸を添加す
る場合も、100g/lを超える濃度では同様に白さが
低下する。
ットの個数,サイズ等は、アルミニウム材料が浸漬され
る酸液の浴温に影響される。浴温が20℃に達しないと
溶解速度が遅く、十分なピットの生成に長時間を要す
る。逆に50℃を超える浴温では、溶解反応が過激に進
行するため時間制御が困難になる。酸液への浸漬時間
は、2〜15分の間で設定することが好ましい。2分に
達しない浸漬時間では時間制御が困難になり、逆に15
分を超える浸漬時間では生産性低下の原因となる。酸エ
ッチング処理では、高純度アルミニウム製コンデンサ箔
の製造にみられるように、溶液条件の調整により素材表
面に無数のピットを形成することができる。
トは、ファセット溶解を生じているため、複雑な形状で
先端部が素材奥部まで深く進行している。その結果、酸
エッチング処理後の素材表面は、ピット部分での光吸収
に起因して黒みがかった色調を呈する。黒みがかった色
調は、次のアルカリエッチング処理でピット形状を変え
ることによって解消できる。アルカリエッチング処理に
は、清浄化処理と同じ処理槽を使用できるが、専用の処
理槽を用意しても良いことは勿論である。アルカリエッ
チング処理では、多数の深いピットが均一分布で生成し
た材料表面を効率よく得るため、たとえば浴温40〜7
0℃,濃度40g/l以上の水酸化ナトリウム溶液にア
ルミニウム材料を2〜15分間浸漬する。40℃未満の
浴温や40g/l未満の濃度では、溶解速度が遅く、生
産性を低下させる。逆に70℃を超える浴温では、過激
な溶解反応のために時間制御が困難になる。また、浸漬
時間が2分に達しない浸漬時間では時間制御が困難にな
り、15分を超える浸漬時間では溶解反応が過剰に進行
し材料表面が欠落する虞れが生じる。アルカリエッチン
グ処理により、ピットの先端部分が太く球状に成長し、
素材表面に大きな凹凸が形成される。その結果、アルカ
リエッチング処理された素材表面は、表面全体で拡散を
促進させ、白みがかった梨地調になる。また、大きく深
い凹凸のため、色調の角度依存性も大幅に少なくなる。
3押出形材を使用した。浴温25℃の100g/l硫酸
溶液中で被処理材を脱脂処理した後、浴温50℃の50
g/l遊離水酸化ナトリウム溶液でアルカリエッチング
処理し、次いで酸エッチング処理した。更に、浴温50
℃の50g/l遊離水酸化ナトリウム溶液を用いて酸エ
ッチング処理後の被処理材をアルカリエッチング処理し
た。各処理条件を表1に示す。
を切り出し、明度測定試験及び角度依存性試験に供し
た。明度測定試験では、変角分光計(GSP−2 村上
色彩株式会社製)を用いて入射角を一定値−45度に設
定し、拡散反射を考慮して−35度のL*値(明度)を
測定した。L*値が高いほど、被処理材の白みが強いこ
とを示す。角度依存性試験では、鏡面反射光(入射角−
45度)と拡散反射光(反射角−35度)のL*値の明
度比率(45度/−35度)を算出し、算出値で色調の
角度依存性を表わした。明度比率が小さな値ほど、各度
依存性が少ないことを示す。また、白みと角度依存性と
を比較し、白さ50以上で角度依存性5以下を○,白さ
30〜50で角度依存性5〜10を△,白さ30以下で
角度依存性10以上を×として表面形態を3段階で総合
評価した。
に従って清浄化処理→酸エッチング処理→アルカリエッ
チング処理を経た実施例1〜10では、比較例1〜5に
比較して白さ及び角度依存性が大幅に改善されていた。
また、酸エッチング処理及び第3段階のアルカリエッチ
ング処理の処理時間が長くなるほど、大きな改善効果が
得られた。更に、エッチング処理された被処理材を15
0g/l硫酸溶液(25℃)に浸漬し電流密度150A
/m2で膜厚10μmの陽極酸化皮膜を生成させた後、
ニッケル塩浴を用いて電解着色し、封孔処理を施した実
施例11では、角度依存性のない色調の着色皮膜が形成
された。これに対し、アルカリエッチング処理しただけ
の比較例1,2では、白さ,角度依存性の双方に劣って
いた。また、酸エッチング処理後のアルカリエッチング
処理を省略した比較例3や、硫酸又は塩酸単独の酸液を
用いて酸エッチング処理した比較例4,5では、白さや
角度依存性に大幅な改善がみられなかった。更に、エッ
チング処理された被処理材を実施例11と同じ条件下で
電解着色した比較例6では、観察角度によって着色皮膜
の色調が大きく変動した。
は、アルカリを用いてアルミニウム材料の表面を清浄化
した後、酸エッチング処理及びアルカリエッチング処理
を施すことにより、材料表面にある凹凸を大きくして白
さを増すと共に、色調の角度依存性が抑制された表面形
態に調整している。白さ、換言すれば光沢度の低下度
は、各工程で使用する浴組成や処理条件によって広範囲
にわたって自在に調整される。また、エッチング処理さ
れたアルミニウム材料に陽極酸化処理,着色処理等を施
すと、角度依存性がなく均一な色調をもつ着色アルミニ
ウム材料が得られる。
Claims (5)
- 【請求項1】 アルカリでアルミニウム材料の表面を清
浄化した後、塩酸及び硫酸を含む混合酸液を用いた酸エ
ッチングでアルミニウム材料の表面に多数のピットを生
成し、次いでアルカリエッチング処理によりピットを拡
大してアルミニウム材料表面の凹凸を大きくすることを
特徴とするアルミニウム材料の表面処理方法。 - 【請求項2】 表面清浄化処理では浴温40〜70℃,
濃度40〜60g/lの水酸化ナトリウム溶液にアルミ
ニウム材料を2〜10分間浸漬し、酸エッチング処理で
は浴温20〜50℃で20〜150g/l塩酸,40〜
150g/l硫酸,0〜100g/l硝酸を含む混合酸
液にアルミニウム材料を2〜15分間浸漬し、アルカリ
エッチング処理では浴温40〜70℃,濃度40g/l
以上の水酸化ナトリウム溶液にアルミニウム材料を2〜
15分間浸漬する請求項1記載のアルミニウム材料の表
面処理方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2に従ったエッチング処理
で表面光沢が制御されたアルミニウム材料。 - 【請求項4】 請求項1又は2に従ってエッチング処理
されたアルミニウム材料に陽極酸化処理,電解着色処理
及び電着塗装処理を施すアルミニウム材料の表面処理方
法。 - 【請求項5】 請求項4に従って陽極酸化皮膜,着色層
及び電着塗膜が形成された着色アルミニウム材料。
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