JP2005042198A - 表面処理アルミニウム材 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面光沢や色調において角度依存性がなく均一性や再現性に富み、あたたかみのある触感と落ち着いた質感を有すると共に、高い耐擦傷性を有する表面処理アルミニウム材を提供すること。
【解決手段】 予め粗面化処理された表面上に陽極酸化皮膜と塗膜層とを有する、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材であって、表面の鉛筆引っかき抵抗性が６Ｈ〜９Ｈであり、変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比が０．２以上であることを特徴とする表面処理アルミニウム材。６０°鏡面光沢度５以下が好ましく、表面粗さ（Ｒｚ）は３〜３０μｍであることが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、陽極酸化皮膜と塗膜層とを有する表面処理アルミニウム材に関する。より詳しくは、予め粗面化処理された表面上に陽極酸化皮膜と塗膜層とを有する、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる表面処理アルミニウム材に関する。

特開平３−０４７９３７号公報 特開平３−２５７１７７号公報 特開平５−０７０９０６号公報 特開平６−３３６６８２号公報

アルミニウム材は、軽量で耐蝕性や耐久性、加工性、表面処理性等に優れており、また、適度な強度を有することから、外装材、内装材、表層材等の建築材料や電気機器等のケーシング材料を始めとして、極めて多くの分野で広範囲に使用されている。

そして、このようなアルミニウム材については、その使用目的に応じて周囲の環境との調和や意匠性等の向上を図る目的で、梨地処理、ブラスト処理等の方法で表面光沢を調整したり、あるいは、電解着色処理、塗装処理等の方法で着色する表面処理が行われたりしている。

この種の表面処理の具体例としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ等の合金成分の添加量を調整し、粗面化処理で表面色調を白色に調整した後に陽極酸化処理を施して色調が白色のアルミニウム材を得る方法（特許文献１）、熱処理とエッチング処理を施して結晶粒を粗大化させ、結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特許文献２）、完全軟化焼鈍処理を施した後に塑性変形を加え、次いで熱処理を施して結晶粒を粗大化させ、結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特許文献３）、Ｆｅ成分とＣｕ成分とを所定の割合で含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を押出加工し、次いでエッチング処理して結晶模様を有するアルミニウム材を得る方法（特許文献４）が提案されている。

しかしながら、このような従来の表面処理方法で得られるアルミニウム材は、表面に付与される表面光沢の選択の幅が狭く、観察角度によって色調が異なる角度依存性があり、また、処理後の外観を制御できないために表面光沢や色調において均一性や再現性に乏しく、更に、特に建築材料等の分野で嗜好の多様化に伴って要求される広範囲でバラエティに富む表面光沢や色調、特に手で触れても目で観てもやさしいあたたかみのある触感、落ち着いた住まいの雰囲気を演出する質感に対応できないという問題があった。また、仮にこれらの問題を解決するアルミニウム材が提案されても表面が容易に傷つき易いという問題があった。

そこで、本発明の目的は、表面光沢や色調において角度依存性がなく均一性や再現性に富み、あたたかみのある触感と落ち着いた質感を有すると共に、高い耐擦傷性を有する表面処理アルミニウム材を提供することにある。

本発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討した結果、予め粗面化処理された表面上に陽極酸化皮膜と塗膜層とを有するアルミニウム材のうち、変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比が特定の値以上であるアルミニウム材は、表面光沢や色調において角度依存性がなく均一性や再現性に富み、あたたかみのある触感と落ち着いた質感を有すると共に、陽極酸化皮膜と塗膜層の間の密着性が良好で、高い耐擦傷性を有することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、予め粗面化処理された表面上に陽極酸化皮膜と塗膜層とを有する、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材であって、表面の鉛筆引っかき抵抗性が６〜９Ｈであり、変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比（拡散反射の比）が０．２以上であることを特徴とする表面処理されたアルミニウム材である。高い耐擦傷性を有するためには表面の鉛筆引っかき抵抗性が６〜９Ｈであることが必要であり、７〜９Ｈであることがより好ましく、８〜９Ｈであることが特に好ましい。本発明の表面処理アルミニウム材は、高い耐擦傷性を有するので、キズがつき難く、目立たない。本発明の表面処理アルミニウム材は、拡散反射の比が０．２以上である。どの方向から見ても同じ色に見え、見る角度で光沢及び色が変わることがない。拡散反射の比は０．２５以上がより好ましい。

ここで、変角分光システムにて入射角−４５°で測定した受光角０°のＬ^*値は、拡散反射の明度であり、同じく変角分光システムにて入射角−４５°で測定した受光角４５°のＬ^*値は全反射の明度である。変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比（拡散反射の比）は、アルミニウム材表面の光沢や色調の角度依存性を光学的に数値化したものある。その値が１に近い程、艶消し外観となり、観察角度によって色調の相違がないことになる。本発明の表面処理アルミニウム材では、どの方向から見ても同じ色に見え、任意の方向で測定した拡散反射の比は、いずれも、０．２以上であり、０．２５以上であることが好ましい。

本発明の表面処理アルミニウム材は、粗面化処理した後、陽極酸化処理、電着塗装処理しても、素地面の形状が残るので、表面の光沢度を極めて小さくすることができ、その結果、あたたかみのある触感と落ち着いた質感を有する表面が得られる。本発明の表面処理アルミニウム材は、６０°鏡面光沢度５以下が好ましく、１〜５がより好ましく、２〜４が特に好ましい。また、本発明の表面処理アルミニウム材の表面にはなだらかな凹凸状面がある。表面粗さ（Ｒｚ）は３〜３０μｍであることが好ましく、５〜３０μｍであることがより好ましく、８〜２５μｍであることが特に好ましい。比較的深い凹部を有するので、凸部で他部材と接触があっても凹部の塗膜には影響しない。即ち、他部材との接触はいずれも点接触、あるいは点の連続となり、キズとして見えにくい。更に手触りは滑らかでありながら、金属のもつ冷たさが伝わりにくく、あたたかみがある。マット調の建材とすることができる。また、ゴミが付着しにくい。

本発明の表面処理アルミニウム材は、前記塗膜層が、つや消し電着塗装により形成された、つや消し電着塗装層であることが好ましい。

また、本発明の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を、予め脱脂・エッチングの通常の前処理をした後、粗面化処理し、更に陽極酸化処理して皮膜を形成し、電着塗装することにより製造することができる。

脱脂・エッチングの通常の前処理は、硫酸水溶液に浸漬し、次いで、水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬してアルミニウム合金押出形材の表面の自然酸化皮膜を除去することにより行うことができる。

粗面化処理としては、化学的処理方法による粗面化処理、又は、機械的処理による粗面化処理方法を採用することができる。化学的処理方法による粗面化処理としては、酸性水溶液中でアノード電解し同一水溶液中浸漬処理をして多数の微細なピットを形成（酸エッチング処理）せしめ、更に、アルカリ性水溶液中に浸漬して上記酸エッチング処理で形成されたピットを更に拡大（アルカリエッチング処理）する、「二段階処理」の方法が好ましい。また、アルミニウム材表面に陽極酸化皮膜等の酸化皮膜を形成した後、上記二段階処理を行っても良い。

この第一段階の酸エッチング処理としては、一塩基酸を含む水溶液中でアノード電解により行うことが好ましい。この際に用いられる一塩基酸及びその塩としては、塩酸、硝酸、酢酸、過塩素酸等の一塩基酸や、そのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられ、好ましくは塩酸、硝酸、塩化ナトリウム（NaCl）、塩化カリウム（KCl）、塩化アンモニウム（NH₄Cl）、硝酸ナトリウム（NaNO₃）、硝酸カリウム（KNO₃）、硝酸アンモニウム（NH₄NO₃）等である。これらの一塩基酸及びその塩は、その１種のみを単独で用いてもよいほか、２種以上を混合して得られた混酸及びその塩として用いてもよい。

このアノード電解処理における処理条件については、使用する一塩基酸の種類によっても異なるが、通常、１〜５００ｇ／ｌ、好ましくは１０〜２００ｇ／ｌの濃度の処理液を用い、液温度１０〜６０℃、好ましくは１５〜５０℃の範囲で、アルミニウム材を陽極として電流密度１０〜３００Ａ／ｍ²、好ましくは５０〜２５０Ａ／ｍ²の直流を２〜３００秒間、好ましくは３〜１８０秒間通電し、アノード電解を行う。

そして、上記第一段階の酸エッチング処理に引き続いて、第二段階のアルカリ性水溶液中に浸漬するアルカリエッチング処理を行う。第二段階の工程では、第一段階の工程で生成したピットを拡大することができる。この第二段階のアルカリエッチング処理における処理条件については、遊離アルカリ濃度が好ましくは２０〜１００ｇ／ｌ、より好ましくは４０〜７０ｇ／ｌであり、処理温度が好ましくは３０〜７０℃、より好ましくは４０〜６０℃であり、また、ｐＨ値が好ましくは１３以上であり、更に、処理時間が好ましくは３〜２０分、より好ましくは５〜１５分である。遊離アルカリ濃度２０ｇ／ｌ未満、処理温度３０℃未満、又はｐＨ値１３未満では、いずれの場合も、溶解速度が遅く、生産性が低下する。反対に、遊離アルカリ濃度１００ｇ／ｌ超、又は処理温度７０℃超では、溶解速度が速くなりすぎる。ピットの拡大も過多となり、表面がなだらかになってしまい、所望の表面状態を得るのが困難になる。

また、処理時間についても、遊離アルカリ濃度、処理温度、ｐＨ値等の条件によっても異なるが、３分に達しない短時間浸漬では均一溶解が進行せずに所望の凹凸を得ることが難しく、また、２０分を超える長時間浸漬では均一溶解が過度に進行してかえって凹凸が目立たなくなるほか、アルミの溶解減量も大きくなって好ましくない。

上記化学的処理方法により粗面化処理し、その後、陽極酸化処理及び電着塗装した本発明の表面処理アルミニウム材は、比較的均一な凹凸面となるので反射率を極めて低位に抑えることができ、均一なつや消し表面とすることができる。この結果、どの方向から見ても反射にムラがなく同じ色調に見える。また、凹凸面の凹部底部は化学エッチングにより拡大部が形成されるので、不均一形状である。陽極酸化処理後の電着塗装膜は、アンカー効果により密着性が良好で、剥離しにくい。特に部分的な付着力が得られる。この結果、塗膜を削り取るように引っかかれても凸部が点状に削られるだけで、凹部の塗膜は一緒に剥離することがない。化学エッチングすることによりダイマーク（押出時の筋模様）を見えにくくすることができる。特に上記の、酸エッチング処理及びアルカリエッチング処理による「二段階処理」の化学エッチング処理された本発明の表面処理アルミニウム材は、複雑な形状を含む全周面を均一にエッチングするので、素材形成時の圧延痕や押出痕等が消失し、ダイマークを特に見えにくくすることができる。

また、機械的処理による粗面化処理方法としては、ショットブラスト処理が好ましい。ショットブラスト処理としては、例えば、アルミニウム材の表面に対して、最大粒径が１ｍｍ以下であって、且つ、平均粒径が１００μｍ以上のアルミナ粒子を用いてショットブラストを施すことが望ましい。このショットブラスト処理において、アルミナ粒子を用いることが望ましいとしたのは、アルミニウム材の表面に硬質で微細な凹凸を容易に形成することができ、且つ、アルミナ粒子がアルミニウム材の表面に残留した場合においても、後工程の陽極酸化処理時に悪影響を及ぼさないためである。従って、ショットブラスト処理には、アルミナ粒子と同様の作用効果を発揮し得る他のセラミック、砂、又は金属等からなる粒子を用いることが可能である。

陽極酸化処理は、通常、一般に行われる方法により行うことができる。この陽極酸化処理には陽極酸化皮膜形成と金属酸化物の析出が含まれる。例えば、この陽極酸化皮膜形成は、硫酸浴、直流１００〜１５０Ａ／ｍ²の条件で行うことができる。金属酸化物の析出は、目的の着色ができる金属を、通常、一般に行われる方法により析出させることで足りる。また、電解着色処理により金属酸化物の析出を行うことができる。次に、電着塗装するによりこの陽極酸化皮膜の上に塗膜層を形成する。電着塗装としては、通常、一般に行われる方法によりつや消し電着塗装することが好ましい。電着塗装は封孔を兼ねることができる。電着塗装には、透明塗料を用いても良く、顔料入りの着色塗料を用いても良い。

なお、脱脂・エッチングの通常の前処理の後粗面化処理の前、及び、粗面化処理の後陽極酸化処理前には、それぞれ、通常の方法により中和処理することが好ましい。

また、電着塗装、特につや消し電着塗装の前には、公知の方法により上記電解着色処理することが好ましく、これにより多色化対応が可能である。例えば、目的の着色ができる金属塩を主体とする電解着色槽に浸漬して有色の金属酸化物をこの陽極酸化皮膜中に析出させることができる。陽極酸化皮膜を施したアルミニウム材に電解着色処理によって光の干渉作用に基づく着色が得られるように陽極酸化皮膜の細孔の改質処理を施し、しかる後電解着色処理をすることもできる。この際、まず改質処理後のアルミニウム材を陽極とし、暫時バリヤー層の調整のための予備電解処理を施し、次いでこれを陰極として金属塩を含む電解浴中で正のパルス電圧を印加した直流電流によって電解着色することが好ましい。

本発明の表面処理アルミニウム材によれば、表面光沢や色調において角度依存性がなくどの方向から見ても同じ色に見え、見る角度で色が変わることがない、均一性や再現性に富み、あたたかみのある触感と落ち着いた質感を有すると共に、高い耐擦傷性を有するので、キズがつき難く、目立たない、新規な表面処理アルミニウム材を提供することができる。

以下、実施例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。

Ａ６０６３アルミニウム合金押出形材を、前処理として、濃度１００ｇ／ｌの硫酸水溶液に２１０秒間浸漬し、次いで、濃度５０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃で3分間浸漬し、このアルミニウム合金押出形材の表面の自然酸化皮膜を除去した。次に、この前処理済みのアルミニウム合金押出形材を、濃度１５０ｇ／ｌの硫酸水溶液中、浴温２０℃及び電流密度１５０Ａ／ｍ²の条件で２分間陽極酸化処理した。

次いで、濃度１００ｇ／ｌの塩酸水溶液中、浴温３０℃、電流密度１００Ａ／ｍ²で1分間アノード電解し、更に同一水溶液中で5分間浸漬処理をして多数の微細なピットを形成せしめ、更に、濃度５０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃及び処理時間１０分の条件で浸漬して上記塩酸浸漬処理で形成されたピットを更に拡大させ、硫酸水溶液に浸漬して中和処理し、次いで、濃度１５０ｇ／ｌの硫酸水溶液中、電流密度１５０Ａ／ｍ²の条件で３０分間陽極酸化処理して陽極酸化皮膜を形成し、硫酸ニッケルを主体とする電解着色槽に浸漬して有色の金属酸化物をこの陽極酸化皮膜中に析出させた。更に、通常の方法によりつや消し電着塗装し、次いで、180℃で20分間の焼付け処理を行い、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。

得られた表面処理アルミニウム合金押出形材の鉛筆引っかき抵抗性、耐擦傷性、拡散反射の比（変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比）、６０°鏡面光沢度、及び表面粗さ（Ｒｚ）を測定した。この結果を実施例２と比較例１の結果と共に表１に示す。なお、鉛筆引っかき抵抗性はJIS H8602により測定し、拡散反射の比は株式会社村上色彩技術研究所製変角分光測色システムGCMS-4により、入射角−４５°を固定して測定した。

Ａ６０６３アルミニウム合金押出形材を、アルミナ系研磨材粒度＃６０を用いて、圧力４ｋｇ/ｃｍ²、速度０．５m/minの条件でショットブラスト処理した。

次いで、濃度１００ｇ／ｌの硫酸水溶液に２１０秒間浸漬し、次いで濃度５０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃で3分間浸漬し、更に硫酸水溶液に浸漬して中和処理した。

その後、濃度１５０ｇ／ｌの硫酸水溶液中、電流密度１５０Ａ／ｍ²の条件で３０分間陽極酸化処理して陽極酸化皮膜を形成し、硫酸ニッケルを主体とする電解着色槽に浸漬して有色の金属酸化物をこの陽極酸化皮膜中に析出させた。更に通常の方法により、艶消し電着塗装し、次いで、180℃で20分間の焼付け処理を行い、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。

（比較例１）
Ａ６０６３アルミニウム合金押出形材に、粗面化処理を行うことなく、前処理として、濃度１００ｇ／ｌの硫酸水溶液に２１０秒間浸漬し、次いで、濃度５０ｇ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液中、浴温５０℃で３分間浸漬し、このアルミニウム合金押出形材の表面の自然酸化皮膜を除去した。次いで、硫酸１６０ｇ／ｌで２３℃の電解液を用い、且つ、電流密度１５０Ａ／ｍ²の条件で陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、硫酸ニッケルを主体とする電解着色槽に浸漬して有色の金属酸化物をこの陽極酸化皮膜中に析出させた。次いで、実施例１と同様のつや消し電着塗装及び焼付け処理を行ない、表面処理されたアルミニウム合金押出形材を得た。

図１は、得られた実施例１の表面処理アルミニウム合金押出形材、及び比較例１の表面処理アルミニウム合金押出形材について、株式会社村上色彩技術研究所製変角分光測色システムを使用して入射角−４５°としたときの各受光角におけるＬ^*値をグラフに示したものである。

図１は入射角−４５°としたときの各受光角に対するＬ^*値をグラフに示したものである。

Claims (4)

1. 予め粗面化処理された表面上に陽極酸化皮膜と塗膜層とを有する、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材であって、表面の鉛筆引っかき抵抗性が６Ｈ〜９Ｈであり、変角分光システムにて入射角−４５°で測定した、受光角４５°のＬ^*値に対する受光角０°のＬ^*値の比が０．２以上であることを特徴とする表面処理アルミニウム材。
2. ６０°鏡面光沢度が５以下、表面粗さ（Ｒｚ）が３〜３０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
3. 前記塗膜層が、つや消し電着塗装により形成された、つや消し電着塗装層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面処理アルミニウム材。
4. 前記陽極酸化皮膜は電解着色処理された陽極酸化皮膜であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材。
   
   

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