JP2005248214A

JP2005248214A - アルミニウム合金の表面処理方法

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Publication number: JP2005248214A
Application number: JP2004056922A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Akechi; 孝将明地; Hitoshi Niimura; 仁新村; Toshihiro Toyomoto; 敏弘豊本
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP4093485B2

Abstract

【課題】アルミニウム合金の表面上に文字、絵柄等のパターンでマスキングして意匠を形成する表面処理方法において、該パターンの見切り部をなめらかに仕上げ、ブラスト処理等にてマスキングが剥れることなく処理するための簡単かつ再現性のある表面処理方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム合金の表面にマスキングインクを被着させて所定パターンを形成し、該パターンをマスキングとして後工程でありエッチング処理やブラスト処理を実施した後、マスキングインクを除去してアルミニウム合金の表面に模様を形成する表面処理方法において、マスキングインクを被着させる工程の前に、フッ素として０．０５〜１０ｇ／Ｌの量の錯フッ化物および硝酸０．００１〜５ｇ／Ｌを含む液にて洗浄することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金の表面にマスキングインクを被着させて所定パターンを形成し、該パターンをマスキングとして、アルミニウム合金の表面を凹凸形状に加工することで、文字、絵柄等のパターンを表現する表面処理方法に関する。

従来、アルミニウム合金上に凹凸形状を形成して、文字、絵柄等のパターンを表現する方法としては、プレス金型を用いる方法や、レーザマーキングによる方法が知られている。プレス金型を用いる方法によれば、金型さえ製作すればいろいろな意匠を短時間に大量生産することが可能であるが、金型費が必要となるため、少量多品種生産の場合には逆に生産コストが上昇してしまうものであった。また、レーザマーキングによる方法においては、レーザマーキング設備が備わっていれば、微細なデザイン要求にも対応することができ、かつ少量多品種生産には十分対応が可能であるが、例えばアルミニウム合金に文字、絵柄等のパターンを０．１ｍｍから０．５ｍｍ程の段差をつけた凹凸形状にするには、１回のレーザマーキングでは段差をつけることは非常に難しく、段差をつけるには時間をかけて同じ模様を何回も重ねてマーキング処理するなどの対応が必要であり、生産性が損なわれてしまうものであった。

さらに、アルミニウム合金に文字、絵柄等のパターンを０．１ｍｍから０．５ｍｍ程の段差をつけた凹凸形状にする方法としては、マスキングインク等で文字等をマスクし、水酸化ナトリウム溶液や塩化第２鉄などのエッチング液によりエッチング処理を行い、凹凸形状を形成する方法が知られている。このエッチング処理を行い凹凸形状を形成する方法において、マスキングインクにて該パターンを形成する方法としては、安価でかつ大量生産にも対応できるスクリーン印刷法やパッド印刷法がよく用いられる。また、エッチング処理する方法は、凹凸形状の段差量の調整も自在に調整が可能であり、さらに短時間で０．１ｍｍから０．５ｍｍ程の段差をつけた凹凸形状にするために、エッチング液の濃度を高くしたり、エッチング液の温度を高くしたりすることで、短時間で処理することも可能である。

また、上記した０．１ｍｍから０．５ｍｍ程の段差をつけた凹凸形状をさらに立体感のある意匠にしたい場合、該パターン部をブラスト処理することで微細な凹凸形状を形成して光沢感を調整して文字、絵柄等のパターンをより強調したり、フッ化アンモニウム混合液を用いたエッチング、素地調整処理（例えば、特許文献１参照）により該パターンの見切り部をなめらかに仕上げることでより立体感のある意匠にする方法などがある。一方、錯フッ化物を含んだ処理剤を用いるものとして、アルミニウム合金押出成形品表面のタテ筋は残し、タテ筋以外の深いキズだけを消す表面処理方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１７６５００号公報特開平１１−１０６９７０号公報

しかしながら、従来の技術においては、市販されているマスキング用のインクを使用する場合、密着力が不足しているためパターンの見切り部をなめらかに仕上げることが困難であった。さらに、エッチング処理を行った後にパターン部をブラスト処理する場合においては、ガラスビース等の投射材の衝撃によりマスキングが剥れてしまう恐れがあった。

ブラスト処理の衝撃によるマスキングが剥れについては、インクメーカーより耐衝撃性に優れるブラスト用マスキングインク等が市販されているが、金属との密着性が劣るために、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程の段差の凹凸形状を形成するためのエッチング処理が行うと、マスキング剥れが発生したり、文字、絵柄等のパターンを形成するときの見切り線がきれいに仕上がらないなどの不具合が多く、これら全ての条件を満足することができなかった。

それゆえ、本発明は、上記の事情を背景になされたものであり、アルミニウム合金の表面上に文字、絵柄等のパターンでマスキングして意匠を形成する表面処理方法において、該パターンの見切り部をなめらかに仕上げ、ブラスト処理等にてマスキングが剥れることなく処理するための簡単かつ再現性のある表面処理方法を提供することにある。

上記した技術的課題を解決するため、本発明は、アルミニウム合金の表面にマスキングインクを被着させて所定パターンを形成し、該パターンをマスキングとして後工程を実施した後、前記マスキングインクを除去してアルミニウム合金の表面に模様を形成する表面処理方法において、マスキングインクを被着させる工程の前に、フッ素として０．０５〜１０ｇ／Ｌの量の錯フッ化物および硝酸０．００１〜５ｇ／Ｌを含む液にて洗浄することを特徴とするマスキングインクとの密着特性に優れたアルミニウム合金の表面処理方法とした。

好ましくは、前記錯フッ化物がジルコンフッ化水素酸、チタンフッ化水素酸およびジルコンフッ化アンモニウムからなる群から選ばれる１種または２種以上であること望ましい。また、マスキングインクを被着させた後の後工程が、エッチング処理やブラスト処理の場合においても、アルミニウム合金とマスキングインクとの密着特性が優れた表面処理方法とすることができる。

本発明によれば、アルミニウム合金にマスキングインクを被着させる前に、フッ素として０．０５〜１０ｇ／Ｌの量の錯フッ化物および硝酸０．００１〜５ｇ／Ｌを含む液にて洗浄するだけで、従来の処理工程を変更することなく、エッチング処理によるパターンの見切り部をなめらかに仕上げ、ブラスト処理等にてマスキングが剥れることなく処理することができる。

本発明に係る実施形態において、錯フッ化物としてはジルコンフッ化水素酸Ｈ_２ＺｒＦ_６、チタンフッ化水素酸Ｈ_２ＴｉＦ_６、およびジルコンフッ化アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＺｒＦ_６が使用できる。これらは単独で使用してもよいし併用してもよい。錯フッ化物の使用量はフッ素として０．０５〜１０ｇ／Ｌ、好ましくは０．２〜８ｇ／Ｌとなるように用いられる。フッ素濃度が０．０５ｇ／Ｌより低いとマスキングインクの密着力が確保できず、１０ｇ／Ｌより高濃度で使用するとアルミニウム合金の表面が曇ってしまうため製品としての価値が損なわれてしまうので好ましくない。

また、本発明は、硝酸０．００１〜５ｇ／Ｌを含む液を用いることとなっているが、硝酸（ＨＮＯ_３）を添加することで脱脂させたアルミニウム合金の粉吹き現象を抑える効果も得られる。好ましくは、硝酸０．０１〜３．５ｇ／Ｌとなるように用いられる。なお、一般的には脱脂処理剤の酸成分として硫酸が用いられる場合が多いが、本実施形態では、硫酸は加えないこととする。即ち、不可避的な微量の不純物を除いては、錯フッ化物および硝酸のみを含有した処理液にて、マスキング前に洗浄する。

この処理液は、脱脂処理および第１水洗処理の後に行う第２または第３水洗工程で使用する。液温は４０〜８５℃、好ましくは４５℃〜５５℃である。処理時間は０．５〜３分、好ましくは１分〜１．５分である。通常の脱脂等の前処理では、マスキングインク塗布前に水切り乾燥を行う必要があるため、製品を６０〜９０℃の温水に浸漬させ、次に引き上げたときに水分を蒸発させる水切り乾燥工程（以下、湯洗乾燥工程という）がよく用いられるが、本発明の表面処理液によれば、第２または第３水洗工程と湯洗乾燥工程を共通化することも可能である。すなわち、６０〜９０℃の温水を本発明の表面処理液とすることで２工程を同時に行うことであり、処理工程数の削減も行うことができる。従って、液温、処理時間については、それぞれの作業環境にあった条件を選定することが可能である。

本発明により効果が得られるアルミニウム合金としては各種のアルミニウム合金が適用できるが、特にＪＩＳ５０５２合金で代表される５０００系のアルミニウム合金や、ＪＩＳ６０６３合金で代表される６０００系のアルミニウム合金に最適である。なお、本発明においては、アルミニウム合金にはアルミニウムを含むものとする。

本実施形態では、図１に示すように、（ａ）アルミニウム合金の材料加工、（ｂ）前処理（脱脂工程）、（ｃ）マスキングインク塗布・乾燥工程、（ｄ）エッチング工程、（ｅ）ブラスト工程、（ｆ）アルマイト工程（エッチング部のみ）、（ｇ）マスキング除去工程、および（ｈ）アルマイト工程（エッチング部以外）を順に行った。なお、上記した作業手順は、これに限定するものではなく、実際には、製品形状および要求されるデザイン等に合致する様に工程順序等を調整しなければならない。工程（ｃ）では市販のマスキングインクを使用した。また、工程（ｃ）で被着させたマスキングインクは、（ｄ）エッチング工程および（ｅ）ブラスト工程によって剥離しないことが必要であるが、その後の（ｇ）マスキング除去工程にて除去する必要があるため、適度な密着特性が要求される。

次に、本発明の実施例について、比較例と対比して具体的に説明する。本実施例では、いずれも工程（ａ）のアルミニウム合金の材料加工として、被処理物としてＡ６０６３（ＪＩＳ）アルミニウム合金の押出形材（厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）のＴ字断面の押出形材を使用した。その後の処理工程は、全ての実施例において、上記した工程（ｂ）〜（ｈ）の順に行うこととした。

工程（ｃ）のマスキングインク塗布・乾燥工程では、市販のマスキングインク（３４０Ｃ、ブラウン、吉川化工株式会社）を使用し、スクリーン印刷後に熱風乾燥を行い、文字形状のパターンを印刷した。マスキング印刷膜厚は１０μｍとした。また、（ｇ）マスキング除去工程では、エナメルシンナーにてマスキング膜の除去を行った。

（ｄ）エッチング工程における脱膜処理は、水酸化ナトリウム溶液（１００ｇ／Ｌ、５０℃）、エッチング処理は塩化第２鉄（４２°Ｂｅ、東亜合成株式会社）、アルカリエッチング処理は水酸化ナトリウム溶液（１００ｇ／Ｌ、５０℃）、スマット除去工程は硝酸（１５０g／Ｌ）にてそれぞれ処理することとした。

（ｅ）ブラスト工程は、上記したエッチング工程にて形成した凹部を微細な凹凸形状にするために行う工程であり、ビーズブラスト装置（株式会社不二製作所）を用いて処理を行った。ブラスト処理条件としては、表面を微細な凹凸形状に仕上げることが目的である為、約８０μｍ径のガラスビースをエアー圧０．０５Ｍｐａにて処理面に投射することとした。

工程（ｆ）および（ｈ）のアルマイト工程は共に、２００ｇ／Ｌの硫酸浴で、対極にカーボン極板を使用して硫酸浴温度２０℃、電圧１２Ｖにて、それぞれ陽極酸化皮膜が６μｍになるように陽極酸化処理を行った。また、工程（ｆ）のアルマイト工程では通常のシルバーアルマイトを、工程（ｈ）のアルマイト工程では２次電解着色法による濃色着色アルマイトを施すこととした。

工程（ｂ）の前処理（脱脂工程）において、実施例１では、フッ素として０．１ｇ／Ｌの量のジルコンフッ酸（ジルコンフッ化水素酸）を添加した処理液を使用した。実施例２ではフッ素として０．１ｇ／Ｌの量のチタンフッ酸（チタンフッ化水素酸）を、実施例３ではフッ素として０．１ｇ／Ｌの量のフッ化ジルコニウム酸アンモニウム（ジルコンフッ化アンモニウム）を添加した処理液を使用した。また、それぞれの処理液には硝酸０．１ｇ／Ｌを添加し、脱脂工程の第２水洗水として使用した。その処理方法は浸漬とし、液温４５℃、処理時間１．５分とした。実施例４は、実施例１と同じ処理液を使用して、脱脂工程の水切り乾燥のための湯洗乾燥工程の温水とし、その処理方法は浸漬とし、液温８０℃、処理時間１．０分とした。

実施例１〜４においては、工程（ｃ）で塗布したマスキングインクが、（ｄ）エッチング工程や（ｅ）ブラスト工程で剥れることなく（ｈ）アルマイト工程まで行うことができ、処理の結果、マスキング部の見切り線が崩れることなく、製品として十分な仕上がり外観を得ることができた。

一方、比較例１は、実施例１において錯フッ化物を加えなかった以外は実施例１と同様にしてアルミニウム合金を処理した。比較例２は、実施例１において硝酸を加えなかったこと以外は実施例１と同様にしてアルミニウム合金を処理した。比較例３は、実施例１において錯フッ化物の濃度を変更し、ジルコンフッ酸の濃度をフッ素として２０ｇ／Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にしていアルミニウム合金を処理した。

処理の結果、比較例１から３においては、工程（ｃ）で塗布したマスキングインクが、（ｄ）エッチング工程および（ｅ）ブラスト工程にて剥れが発生した。特に、比較例３においては、工程（ｇ）にてマスキングを除去した後に、マスキングしていた部位の色調を見てみると、ムラのある濁った色調になっており、製品の外観としての価値が薄れたものとなった。

本発明の一実施形態の処理工程を示す図である。

Claims

アルミニウム合金の表面にマスキングインクを被着させて所定パターンを形成し、該パターンをマスキングとして後工程を実施した後、前記マスキングインクを除去してアルミニウム合金の表面に模様を形成する表面処理方法において、
前記マスキングインクを被着させる工程の前に、フッ素として０．０５〜１０ｇ／Ｌの量の錯フッ化物および硝酸０．００１〜５ｇ／Ｌを含む液にて洗浄することを特徴とするマスキングインクとの密着特性に優れたアルミニウム合金の表面処理方法。
前記錯フッ化物は、ジルコンフッ化水素酸、チタンフッ化水素酸およびジルコンフッ化アンモニウムからなる群から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載のマスキングインクとの密着特性に優れたアルミニウム合金の表面処理方法。
前記後工程は、エッチング処理および／またはブラスト処理であることを特徴とする請求項１に記載のマスキングインクとの密着特性に優れたアルミニウム合金の表面処理方法。