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

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲にわたって光沢度を調節でき、色調の
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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、押出材,圧延材等のア
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。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム,アルミニウム合金等のア
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の表面処
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。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の表面処理方法
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。
【0005】アルカリを用いた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。
【0006】
【作用及び実施の形態】金属表面の外観は、正反射光と
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。
【0007】そこで、本発明では、アルカリエッチング
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。
【0008】清浄化処理されたアルミニウム材料は、次
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。
【0009】酸エッチング処理で材料表面に生成するピ
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。
【0010】しかし、酸エッチング処理で生成したピッ
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。
【0011】
【実施例】被処理材として、アルミニウム合金A606
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。
【0012】
【0013】エッチング処理された被処理材から試験片
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。
【0014】
【0015】表2の調査結果にみられるように、本発明
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。
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
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。
フロントページの続き Fターム(参考) 4K053 PA10 QA01 RA15 RA16 RA19 RA22 SA06 TA08 TA10 XA11 ZA10 4K057 WA05 WB05 WE02 WE03 WE08 WE22 WG02 WG03 WK10 WM03 WN09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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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