JP2004285373A

JP2004285373A - アルミニウム又はアルミニウム合金に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する方法及び高耐食性アルミニウム又はアルミニウム合金

Info

Publication number: JP2004285373A
Application number: JP2003075936A
Authority: JP
Inventors: Akira Hashimoto; 章橋本
Original assignee: Dipsol Chemicals Co Ltd
Current assignee: Dipsol Chemicals Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に、有害な６価クロム及びフッ素化合物を使用することなく、耐食性や塗料との密着性に優れた化成皮膜を形成する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金表面に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金表面を、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液と接触させて、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛皮膜を形成する工程と、
次いで亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面を、６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液に接触させて、亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面上に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する工程とを含む前記方法。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金表面に優れた耐食性の化成皮膜を形成する技術に関するものである。より詳細には、アルミニウム又はアルミニウム合金表面に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する方法及び高耐食性アルミニウム又はアルミニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム及びアルミニウム合金は、軽量かつ加工・鋳造のし易さ、光や熱、電気又は真空特性等、鉄鋼では不向きな分野で多く利用されている。また、技術の進歩により、接合性等も容易になり、建築や輸送はもとより、自動車、電車、航空機、家電製品など様々な分野で利用されている。近年、環境問題やアルミニウムの再製が容易である等の理由からリサイクルされる量も多く、需要も伸びる傾向にある。
このような中、アルミニウム及びアルミニウム合金には、耐食性や塗料との密着性向上を目的として６価クロメート処理等の表面処理が施されるようになった。しかしながら、上記６価クロメート処理は、主成分として６価クロムを使用しているため、処理液は勿論のこと、６価クロメート皮膜にも６価クロムが含まれている。この６価クロムは人体や環境に悪い影響を与えることが指摘されており、最近では、６価クロムの使用を規制する動きが活発になってきている。
また、アルミニウム及びアルミニウム合金の６価クロメート処理溶液には、アルミニウム及びアルミニウム合金を溶解させるために、通常フッ素化合物が含まれている。フッ化水素酸などの上記フッ素化合物も毒物又は劇物に該当し、６価クロムと同様に、人体に悪影響を及ぼすことが指摘されている。
一方、上記の６価クロムやフッ素化合物を含まない３価クロメート化成皮膜や完全なクロムフリーの化成皮膜の形成方法が開発されてきている（例えば、特許文献１〜３を参照のこと。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開第３３３２３７３号公報
【特許文献２】
特開第３３３２３７４号公報
【特許文献３】
特開平９−５３１９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の３価クロメート化成皮膜や完全なクロムフリーの化成皮膜は、耐食性や塗料との密着性において、従来の６価クロメート皮膜に匹敵する性能を有するようになってきている。しかしながら、より優れた耐食性や塗料との密着性を有する化成皮膜が求められている。
従って、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に、有害な６価クロム及びフッ素化合物を使用することなく、耐食性や塗料との密着性に優れた化成皮膜を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金表面を、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液と接触させて、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛皮膜を形成し、次いで６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液に接触させて、高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成することにより、上記課題を効率的に解決できるとの知見に基づいてなされたのである。
従って、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金表面に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金表面を、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液と接触させて、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛皮膜を形成する工程と、
次いで亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面を、６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液に接触させて、亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面上に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する工程とを含む前記方法である。
また、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に０．１ｍｇ／ｄｍ^２以上の亜鉛皮膜を有し、さらに亜鉛皮膜上に６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を有する高耐食性アルミニウム又はアルミニウム合金である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で対象とするアルミニウム及びアルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格における、Ａ１１００工業用純アルミニウム、Ａ５０５２、Ａ６０６３高耐食性合金だけでなく、Ａ２０１７合金やＡＤＣ１２アルミダイキャスト、ＡＣ２Ａアルミキャスト等の腐食性の高い合金にも適用することができる。また、アルミニウム及びアルミニウム合金の形状は特に限定されず、板状物、直方体、円柱、円筒、球状物など種々の形状のものを使用することができる。
本発明の方法においては、以下に述べる亜鉛皮膜処理を行う前に、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面の酸化皮膜を除去することが好ましい。
本発明の方法においては、上記アルミニウム又はアルミニウム合金表面を、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液と接触させて、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛皮膜を形成する。ここで、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液は、その他の成分としてコバルト、鉄、ニッケル等の金属イオンやアミン、カルボン酸等のキレート剤を含んでいてもよい。本発明においては、アルミニウム上に無電解めっき又は電気めっきを施す際の前処理として通常使用されている亜鉛皮膜（ジンケート）処理液であれば、特定の浴組成を限定することなく、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液として使用することができる。好ましくは、亜鉛イオンの濃度は５〜１５０ｇ／ｌであり、より好ましくは１０〜８０ｇ／ｌである。また、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液としては、ＮａＯＨを含むものが好ましい。２０〜４００ｇ／ｌのＮａＯＨを含むものが好ましく、より好ましくは４０〜３００ｇ／ｌである。具体的には、特開平３−１３０３７５号公報、特開平３−２８５０９５号公報、特開平５−１４８６６０号公報、特開平８−１５８０６０号公報特表２００２−５１４６８３号公報等に開示されているジンケート処理液が使用できる。
上記ジンケート処理の浸漬条件についても特に限定されないが、一般的にはアルミニウム又はアルミニウム合金を上記処理液に、５〜５０℃、好ましくは１５〜３０℃の温度で、５秒〜１０分間、好ましくは１０秒〜３分間浸漬する。
なお、ジンケート処理後の亜鉛皮膜の亜鉛量は０．１ｍｇ／ｄｍ^２以上である。こ程度の厚みの亜鉛皮膜であれば、後に形成される化成皮膜が十分に形成される前に亜鉛が溶解消失することはない。好ましくは０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ^２であり、より好ましくは１〜５０ｍｇ／ｄｍ^２である。
上記ジンケート処理を施した後、以下に述べる６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜処理を行う前に、必要に応じてアルミニウム又はアルミニウム合金を水洗してもよい。
【０００７】
６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液は、６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜処理を行うための処理溶液であれば、特に制限されない。具体的には、特許第３３３２３７３号公報及び特許第３３３２３７４号公報に記載される３価クロメート化成処理水溶液、及び特開平９−５３１９２号公報に記載されるクロムフリー化成処理水溶液が挙げられる。３価クロメート化成処理水溶液としては、特許第３３３２３７３号公報の実施例１〜１０に記載される処理液及び特許第３３３２３７４号公報の実施例１〜５に記載される処理液が好ましい。また、クロムフリー化成処理水溶液としては、特開平９−５３１９２号公報の実施例１（Ｎｏ．１〜３、６及び８〜１１）に記載される処理液が好ましい。
本明細書において、化成処理には無電解めっき等のめっき処理は含まず、無電解めっき等とは機構が異なるものである。無電解めっき、例えば無電解ニッケルめっきの場合、ジンケート処理したアルミニウム又はアルミニウム合金上の亜鉛がめっき浴に溶け出し、アルミニウム又はアルミニウム合金上に直接ニッケルが析出する。一方、本発明の化成処理では、化成皮膜はアルミニウム又はアルミニウム合金上の亜鉛置換皮膜上に形成され、アルミニウム又はアルミニウム合金上に直接形成されることはない。
【０００８】
６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液のｐＨは１〜６であることが好ましい。より好ましくは、ｐＨは２〜５である。このような範囲内のｐＨであれば、化成処理水溶液への亜鉛の溶解を適度なものとし、耐食性を高め、かつ、皮膜の形成速度を高めることができ、効率的に化成皮膜を形成することができる。
さらに、化成皮膜形成後、耐食性向上、外観向上、着色などを目的として、塗装を含むオーバーコート等を施してもよい。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液を用いて亜鉛皮膜を形成し、次いで６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液を用いて高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成することによって、耐食性の良好なアルミニウム又はアルミニウム合金を得ることができる。これにより、従来使用してきた、クロメート処理剤及び皮膜中に含まれていた有害な６価クロム及びフッ素化合物を使用することなく、様々な分野で幅広く安全に利用されることが期待できる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明に関する実施例を示すが、本発明は以下実施例に限定されるものではない。
作業工程として、脱脂、エッチング、脱スマット、亜鉛皮膜処理、化成皮膜処理、乾燥の順に処理を行った。尚、各工程間で水洗を行った。脱脂はディップソール社製ＡＬ−４７（３０ｍＬ／Ｌ：５０℃で５分間浸漬）を用いて、エッチングはディップソール社製＃９１（２５ｇ／Ｌ：５０℃で３０秒間浸漬）を用いて、脱スマットは６２％硝酸（５００ｍＬ／Ｌ：室温で１０秒間浸漬）を用いて、亜鉛皮膜処理はディップソール社製ＮＺ−７７７（５３０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム、１６０ｇ／ｌの亜鉛）（２５０ｍＬ／Ｌ：２５℃で３０秒間浸漬）又はディップソール社製ＩＣ−０３１３（２７０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム、４０ｇ／ｌの亜鉛）（５００ｍＬ／Ｌ：２５℃で３０秒間浸漬）を用いて、化成皮膜処理はクロムフリー化成処理水溶液Ａ（特開平９−５３１９２号公報明細書実施例１Ｎｏ．１：２５℃で６０秒間浸漬）、３価クロメート処理水溶液Ｂ（特許第３３３２３７３号公報明細書実施例７：３０℃で４０秒間浸漬）又は３価クロメート処理水溶液Ｃ（Ｃｒ^３＋０．１ｇ／ｌ、シュウ酸０．２ｇ／ｌ、Ｃｏ^２＋４ｇ／ｌ、ｐＨ４．３（ＮａＯＨで調整）：４０℃で６０秒間浸漬）を用いて行った。
テストピースとしてＡ２０１７のアルミニウム合金平板又はＡ１１００のアルミニウム平板（５０×７０×０．８ｍｍ）を使用した。
耐食性評価方法は、ＪＩＳＺ２３７１に準じ、３５℃−５％塩水噴霧試験を行い、２４時間後、試験有効面に対しての錆発生率及び５％発錆時の時間数で評価した。
ここで錆とは、亜鉛又はアルミニウムの酸化物、水酸化物、塩化物等の白色生成物を意味する。
【００１１】
【表１】

【００１２】
（結果）
表１に示すように、ジンケート処理を施し、化成処理をすることにより、耐食性が飛躍的に向上した。
【００１３】
【表２】
表１

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金表面に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金表面を、亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液と接触させて、アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛皮膜を形成する工程と、
次いで亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面を、６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液に接触させて、亜鉛皮膜を形成したアルミニウム又はアルミニウム合金表面上に高耐食性の６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を形成する工程とを含む前記方法。
亜鉛イオンを主成分とするアルカリ溶液が、５〜１５０ｇ／ｌの亜鉛イオン及び２０〜４００ｇ／ｌのＮａＯＨを含む、請求項１に記載の方法。
アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に形成される亜鉛皮膜の亜鉛量が０．１ｍｇ／ｄｍ^２以上である、請求項１又は２に記載の方法。
６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液が３価クロメート化成処理水溶液である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
６価クロム及びフッ素を含まない化成処理水溶液がクロムフリー化成処理水溶液である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
アルミニウム又はアルミニウム合金表面上に亜鉛量が０．１ｍｇ／ｄｍ^２以上の亜鉛皮膜を有し、さらに亜鉛皮膜上に６価クロム及びフッ素を含まない化成皮膜を有する高耐食性アルミニウム又はアルミニウム合金。