JP2001064784A - 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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JP2001064784A
JP2001064784A JP24089599A JP24089599A JP2001064784A JP 2001064784 A JP2001064784 A JP 2001064784A JP 24089599 A JP24089599 A JP 24089599A JP 24089599 A JP24089599 A JP 24089599A JP 2001064784 A JP2001064784 A JP 2001064784A
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Takemasa Yamamoto
武正 山本
Takeshi Ebihara
健 海老原
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Nippon Light Metal Co Ltd
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Nippon Light Metal Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルカリ性エッチング液を使用しながらも材
料表面の溶解挙動を結晶方位に応じて異ならせ、結晶粒
模様を発現させた表面に調整する。 【構成】 濃度15〜2500ppmの亜鉛イオンを含
み液温40〜60℃,pH12以上のアルカリ性水溶液
に、平均結晶粒径が1mm以上のアルミニウム又はアル
ミニウム合金を5〜60分浸漬処理する。 【効果】 材料表面の特有結晶面に付着した亜鉛系の薄
膜がインヒビター作用を呈し、結晶粒が強調された表面
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム及びアル
ミニウム合金の押出材や板材の表面に結晶粒模様を発現
させる表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】建材用途等に使用されているアルミニウ
ム又はアルミニウム合金(以下、アルミニウム材料とい
う)は、ユーザニーズに応じた種々の色調に着色処理さ
れている。着色処理は、通常、脱脂→エッチング→中和
→陽極酸化→電解着色→電着塗装の工程を経る。エッチ
ング工程では、アルカリ性の水酸化ナトリウム水溶液が
常用されており、アルミニウム材料表面にある異物,酸
化物等が除去され、後続する陽極酸化処理に適した表面
に調整される。
【0003】陽極酸化処理に先立って、アルミニウムの
結晶粒を顕在化させるとき、着色処理されたアルミニウ
ム材料も結晶粒が顕在化した表面状態を維持し、意匠性
の高い製品になる。結晶粒の顕在化には、硝酸と塩酸と
の混液(王水)を用いたエッチングが知られている。ま
た、結晶粒を大きく成長させたアルミニウム材料をエッ
チング処理することにより、結晶粒模様が発現すること
も知られている(特開平3−257177号公報,特開
平5−70906号公報,特開平6−336682号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】王水を用いて結晶粒模
様を発現させる方法では、アルミニウム材料に王水が激
しく反応するため外観の制御が困難である。しかも、反
応ガスによる周辺設備の腐食等、環境にも悪影響を及ぼ
す。他方、アルカリを用いたエッチングでは、処理後の
外観を制御することは容易であるものの、アルミニウム
材料が均一溶解するため、結晶粒模様を発現できなかっ
た。このようなことから、結晶粒を顕在化させる方法と
して、環境への影響が少なく且つ外観制御の容易な方法
が望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような要
求に応えるべく案出されたものであり、亜鉛イオンを含
むアルカリ性水溶液を用いてアルミニウム材料をエッチ
ングすることにより、外観を良好に維持しながら結晶粒
を顕在化させることを目的とする。本発明の表面処理方
法は、その目的を達成するため、濃度15〜2500p
pmの亜鉛イオンを含み液温40〜60℃,pH12以
上のアルカリ性水溶液に、平均結晶粒径が1mm以上の
アルミニウム又はアルミニウム合金を5〜60分浸漬処
理することを特徴とする。
【0006】エッチング処理されたアルミニウム材料
は、陽極酸化処理,電解着色,電着塗装等を施して陽極
処理材,電解着色材,電着塗装材等として使用される。
亜鉛イオンを含むアルカリ性水溶液中でエッチングする
とき、アルミニウム材料表面に形成された陽極酸化皮膜
は耐食性に優れ、また着色塗膜は結晶粒模様を反映した
色調を呈する。
【0007】
【作用】アルミニウム材料表面の外観は、正反射光と拡
散反射光との比率で光沢感が変化し、正反射光が多いも
のほど光沢感が強く、拡散反射光が多いものほど白味が
がかった色調になる。また、アルミニウム材料をエッチ
ングすると、材料表面に形成される凹凸により拡散反射
光が多くなり、エッチングの進行度に応じて材料表面が
梨地調に変化する。
【0008】王水を用いたエッチングでは、結晶方位に
よって溶解挙動が異なるため結晶間の光沢感に差が生
じ、結晶粒模様が明瞭に浮かび上がる。他方、アルカリ
を用いたエッチングでは、溶解挙動に結晶方位による差
がなくアルミニウム材料が均一溶解するので、結晶粒模
様を浮かび上がらせることができない。しかし、アルカ
リエッチングは、環境に及ぼす影響が少なく、処理後の
外観を制御することも容易である。そこで、本発明者等
は、このアルカリエッチングの長所を維持しながら、エ
ッチング液に種々の添加剤を添加し、結晶方位による差
がある溶解挙動を示すアルカリ性水溶液を調査した。そ
の結果、亜鉛イオンを添加するとき、溶解速度が結晶方
位に応じて変わることを見出した。
【0009】亜鉛イオンを含むアルカリ性水溶液でアル
ミニウム材料をエッチングすると黒みがかった亜鉛系の
薄膜が材料表面に形成される。亜鉛系の薄膜は金属亜鉛
が凝集したものであり、亜鉛系の薄膜を詳細に観察する
と、結晶方位に応じて付着状況に異同が生じていること
が判った。薄膜が多く付着している個所ではエッチング
前の金属光沢が残っており、ほとんど付着していない個
所では材料表面が梨地調に変化していた。この結果は、
アルカリ水溶液に接触するアルミニウム材料の特有な結
晶面に亜鉛が析出し、当該結晶面の溶解を抑制している
ことを意味する。このような特有結晶面に対する亜鉛系
薄膜のインヒビター作用を利用するとき、アルカリ水溶
液を用いたエッチングで材料表面の溶解挙動を結晶方位
に応じて異ならせ、結晶粒模様が発現した表面に調整で
きる。
【0010】処理されるアルミニウム材料は、鮮明な結
晶粒模様を得る上から平均結晶粒径が1mm以上の組織
をもつことが必要である。このようなアルミニウム材料
は、たとえば純度99.5%以上のアルミニウム材料を
450〜550℃で3時間以上加熱する完全軟化焼鈍を
施した後、1〜10%程度の塑性変形を加え、更に55
0〜650℃で2時間以上加熱することによって得られ
る。
【0011】このアルミニウム材料を、濃度15〜25
00ppmの亜鉛イオンを含むアルカリ性水溶液に5〜
60分浸漬する。結晶方位に応じた溶解挙動の相違は、
亜鉛イオン濃度15ppm以上のアルカリ水溶液から亜
鉛系薄膜を析出させることにより顕著になり、結晶模様
を鮮明に浮かび上がらせることが可能になる。逆に亜鉛
イオンが2500ppmを超える高濃度のアルカリ性水
溶液では、アルミニウム材料の全面に亜鉛系薄膜が付着
し、結晶粒模様が却って不鮮明になる。また、適正な溶
解速度を維持するため、アルカリ性水溶液を液温40℃
以上,pH12以上にする。しかし、60℃を超える液
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。このように調製されたアルカリ性水溶液にアル
ミニウム材料を5分以上浸漬すると、アルミニウム材料
の結晶方位に応じた表面部分に適正量の亜鉛系薄膜が付
着し、結晶粒模様の発現に適した表面に調整される。亜
鉛系薄膜による効果は浸漬時間60分で飽和し、60分
を超える長時間浸漬は生産性の低下を招く。
【0012】
【実施例】純度99.98%及び純度99.85%のア
ルミニウム材を3mmまで圧延した後、550℃で3時
間の完全軟化焼鈍を施し、それぞれ2%と10%の塑性
加工を加え、更に550℃で3時間加熱処理した。製造
された圧延板の金属組織を観察したところ、塑性変形が
2%の圧延板では平均結晶粒径が15mm,塑性変形が
10%の圧延板では平均結晶粒径が3mmであった。各
冷延板を表1の条件下でエッチングした後、浴温25
℃,濃度100g/lの硫酸浴に3分浸漬する中和処理
を施した。
【0013】次いで、中和処理後の冷延板を濃度150
g/lの硫酸液に浸漬し、電流密度150A/m2で陽
極酸化処理することにより膜厚10μmの陽極酸化皮膜
を形成させた。更に、ニッケル塩水溶液中で電解着色し
た後、膜厚12μmのクリアー電着塗膜を設け、180
℃で30分焼き付けた。着色処理されたアルミニウム材
料の表面を光沢度計で測定し、最大光沢度と最小光沢度
との差を算出した。また、アルミニウム材料の表面を目
視観察して結晶粒模様の発現状況を判定し、鮮明な結晶
粒模様が発現しているものを○,一部不鮮明な結晶粒模
様が発現しているものを△,結晶粒模様が不鮮明なもの
を×と評価した。調査結果を表1に併せ示す。
【0014】
【0015】表1から明らかなように、20〜2000
ppmの範囲に亜鉛イオン濃度を維持したアルカリ水溶
液を用いてエッチングした本発明例1〜3のアルミニウ
ム材料では、着色塗膜の光沢度差が25以上となり、大
きく鮮明な結晶粒模様が観察された。結晶粒模様は、比
較的結晶粒径の小さなアルミニウム材料を用いた本発明
例4,5でも明瞭に観察された。結晶粒模様の発現は、
水酸化ナトリウム水溶液に替えて水酸化カリウム溶液を
使用した本発明例6でも同様であった。
【0016】これに対し、亜鉛イオンを含まないアルカ
リ性水溶液でエッチングした比較例1や結晶粒径が非常
に小さなアルミニウム材料を用いた比較例4では、着色
塗膜に結晶粒模様が発現しなかった。しかし、アルカリ
性水溶液に添加する亜鉛イオンを3000ppmと高濃
度にした比較例2では、エッチング処理された材料表面
に亜鉛系の薄膜が多量に生成し、結晶粒模様が却って不
鮮明化した。更に、エッチング処理時間が短すぎる比較
例3では、亜鉛系薄膜の生成が十分でないため結晶粒模
様が不鮮明化した。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、環境に与える影響が少なく外観の制御が容易なアル
カリエッチングの長所を維持しながらも、アルカリ性水
溶液に亜鉛イオンを含ませることにより、結晶方位に応
じて材料表面の溶解挙動を異ならせ、エッチングされた
材料表面の結晶粒を強調している。このようにしてエッ
チングされたアルミニウム材料は、結晶粒模様を活用し
た意匠性の高い製品として広範な分野で使用される。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年9月6日(1999.9.6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【実施例】純度99.98%のアルミニウム材を3mm
まで圧延した後、550℃で3時間の完全軟化焼鈍を施
し、それぞれ2%と10%の塑性加工を加え、更に55
0℃で3時間加熱処理した。製造された圧延板の金属組
織を観察したところ、塑性変形が2%の圧延板では平均
結晶粒径が15mm,塑性変形が10%の圧延板では平
均結晶粒径が3mmであった。各冷延板を表1の条件下
でエッチングした後、浴温25℃,濃度100g/lの
硫酸浴に3分浸漬する中和処理を施した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K057 WA12 WA13 WA20 WB05 WB12 WE21 WE22 WF06 WG01 WG02 WG04 WG06 WN05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 濃度15〜2500ppmの亜鉛イオン
    を含み液温40〜60℃,pH12以上のアルカリ性水
    溶液に、平均結晶粒径が1mm以上のアルミニウム又は
    アルミニウム合金を5〜60分浸漬処理することを特徴
    とするアルミニウム材料の表面処理方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011032518A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Toyo Aluminium Kk 粗大結晶粒組織を有するアルミニウム素材及びその製造方法
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