JP2006183065A

JP2006183065A - 軽金属等の表面処理方法

Info

Publication number: JP2006183065A
Application number: JP2004374909A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Akechi; 孝将明地
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】アルミニウム、マグネシウム等の軽金属、またはそれらの合金素材に施される陽極酸化皮膜の耐食性向上、及び、素材とは異なる質感あるいは意匠模様を付与できる新規表面処理方法の提供を目的とする。
【解決手段】軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程と、その後に、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程の後に、さらに、意匠模様を印刷又は転写する工程を含むことを特徴とする
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム、マグネシウム等の軽金属、またはそれらの合金素材に施される陽極酸化皮膜の耐食性向上、及び、素材とは異なる質感あるいは意匠模様を付与する表面処理方法に関する。

アルミニウム、マグネシウム等の軽金属またはそれらの合金材料は軽量、加工性が良いなどの優れた特徴があり、アルミサッシ等の建築材料、車両、機械部品、調理器具、各種電機製品の筐体等に幅広く使用されている。
これらの製品においては、外観意匠も重要な要素であることから、アルミニウム等の素材色を生かしたものや、着色や模様付けしたものなどがある。

従来の模様付け方法として、陽極酸化処理を施した後に木目模様等を印刷又は転写する方法は公知である。
しかし、従来のスクリーン印刷等による模様付け方法は、模式図を図３に示すように、アルミニウム１０１に形成した陽極酸化皮膜１０２の微細孔（ポアー）１０５の上部にインク１０６が印刷されているだけなので、磨耗等によりインクが剥ぎ取られやすく、意匠性を損なわれてしまうばかりでなく、陽極酸化皮膜の耐食性も大きく損なってしまう技術的課題があった。
即ち、多孔性皮膜の耐食性は、水和封孔処理等による封孔部１０８と孔底のバリアー層１０３の厚みにほぼ依存するが、インク１０６を印刷するとポアーの上部を染料と水和物が混合した状態で塞いでいるが、その厚みは薄く、表面が傷付いたり、こすれて染料が取れると、バリアー層も薄いので、耐食性が不充分となりやすかった。

特開平８−１２０４９０号公報には、耐食性向上等を目的に、陽極酸化皮膜にある微細な電解孔中にシロキサン化合物を吸着・含浸させる方法を開示する。

しかし、シロキサン化合物を窒素雰囲気下で保存・使用する必要がある点や、シロキサン化合物を吸着させるために何度も浸漬処理を繰り返し行う必要があり、量産に適していない。

特開平８−１２０４９０号公報

本発明は上記従来技術に有する技術課題に鑑みて、アルミニウム、マグネシウム等の軽金属、またはそれらの合金素材に施される陽極酸化皮膜の耐食性向上、及び、素材とは異なる質感あるいは意匠模様を付与できる新規表面処理方法の提供を目的とする。

本発明は、まず、従来に比較して陽極酸化皮膜の耐食性向上を図る方法として、軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程と、その後に、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程を含むことを特徴とする。

アルミニウム等に、陽極酸化処理すると、先にも述べたように、多孔性の酸化皮膜を形成する。
本発明においては、水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物のいずれか１つ以上を含有する水溶液に浸漬すると、模式図を図２に示すように、アルミニウム１に形成した陽極酸化皮膜２のバリアー層３を含めて、ポアー内部５に化成皮膜層４を形成することが断面解析等により明らかになった。
これにより、陽極酸化皮膜そのものの耐食性が向上した。

従って、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程の後に、さらに、木目模様等の意匠模様を印刷又は転写すると、模式図、図２に示すように、薄いインク６、あるいは濃いインク７が、化成皮膜に沿って、ポアーの内部にまで侵入していることが推察される。
これにより、意匠模様がとれにくく、耐食性も向上する。

ここで、ジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物は、水溶性のフッ化物又はリン酸化合物であるのが良く、ジルコニウムとして、又はバナジウムとして、あるいはチタンとしての付着量が１〜３００ｍｇ／ｍ²の範囲であるのが好ましい。

本発明においては、陽極酸化皮膜を形成する工程と、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程との間に、陽極酸化被膜を染色処理又は電解着色処理する工程を含めて着色しても良く、意匠模様を印刷又は転写する工程の後に、封孔処理又は／及びトップコート処理をするとさらに耐食性が向上する。
なお、意匠模様の印刷や転写を省いて封孔処理又は／及びトップコート処理をしても良い。

また、金属表面の凹凸模様や、質感を調整するために、軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程の前に、表面に、機械的な研磨又は凹凸処理、あるいは化学的な研磨又は艶消し処理をしても良い。

本発明においては、軽金属等の表面に、多孔性の陽極酸化皮膜を形成し、水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物のいずれか１つ以上を含有する水溶液に浸漬したことにより、耐食性が向上し、木目模様等の意匠模様を印刷あるいは転写すると、模様の付着性が優れ、模様剥がれを抑えることができる。

本発明は、金属素材の表面仕上げ後、脱脂洗浄、エッチング、化学研磨、電解研磨およびスマット除去等の前処理に続いて、陽極酸化処理を行い、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬した後、印刷又は転写して模様付けして模様付け部材に仕上げ、封孔処理などを行う構成となっている。

金属素材の表面仕上げは、木目調、石目調、サテン調など、その仕上り（光沢感、触感など）に応じた方法をとることができる。
つまり、バフ研磨やショットブラスト、プレスやレーザ装置による凹凸形成方法など取ることができる。

陽極酸化の前処理についても同様で、水酸化ナトリウム水溶液によるエッチング処理や、リン酸による化学研磨処理など、仕上り（光沢感、触感など）に応じた方法を取ることができる。
陽極酸化処理は、アルミニウムを例にすると、硫酸、シュウ酸などの電解液でアルミニウムを陽極として電圧を加えて酸化皮膜得る方法であり、金属表面の耐食性を付与するとともに、木目模様等をインキ印刷又は転写して模様付けするときに、そのインキが、陽極酸化皮膜に多数存在する電解孔内に含浸されて封入する役割も持つ。

陽極酸化処理後に行うジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する処理は、陽極酸化皮膜の耐食性を向上させることが目的であり、陽極酸化皮膜に無数に存在する電解孔内（ポアー）、バリヤー層にジルコニウムやバナジウム、等を主成分とする化成皮膜を形成する。

陽極酸化皮膜に生成する皮膜量としてジルコニウム、バナジウムの付着量が１〜３００ｍｇ／ｍ²となるように、好ましくは１０〜２００ｍｇ／ｍ²となるように水溶液の濃度や処理条件（処理温度、浸漬時間）を調整して処理を行う。
皮膜量が１ｍｇ／ｍ²未満の場合、陽極酸化皮膜に無数に存在する電解孔内、バリヤー層の保護効果が無く、耐食性の向上が見られない。
また、皮膜量が３００ｍｇ／ｍ²以上になると、表面に過剰のジルコニウムなどが析出し、不均一な外観となり、経済的にも不利である。

ここで用いる水溶液中の主成分としては、ジルコンフッ化水素酸、ジルコンフッ化アンモニウムなどのジルコニウムのフッ化物、バナジン酸、五フッ化バナジウム等の水溶性バナジウム化合物、リン酸ジルコニウム化合物、リン酸チタン等のリン化合物であり、水溶液の濃度としては、ジルコニウム、バナジウム、リン濃度として、１０〜５００ｍｇ／Ｌ、好ましくは３０〜３００ｍｇ／Ｌである。
処理温度は２０〜８０℃で好ましくは３０〜６０℃である。浸漬時間としては０．５〜１５分で好ましくは２〜１０分である。
いずれも条件範囲外の条件で処理を行うと得られる皮膜量が少なくなったり、過多になり均一な皮膜が得られないなどの不具合が生じる。フッ化物等を主成分とする水溶液での浸漬・洗浄処理後は、水洗にて表面を洗浄すればよいが、その後温風や８０℃程度の湯洗処理を行って、表面を乾かしてもよい。

模様付け方法としては、スクリーン印刷やパット印刷、水圧転写など、インキで模様を付加する方法をとることができる。ここで用いるインキとしては、陽極酸化皮膜に多数存在する電解孔内に含浸・封入できるものが好ましく、昇華型着色材を用いた模様転写方法が好ましい。

上記の昇華型着色材は、通常、色素、結着剤、インク調整媒体からなり、色素としては、自然染料および合成染料などがあり、透光性発色材との組合せで発色性の良い物を選択すればよい。また、結着剤としては水溶性のもの（セルロース系など）、有機溶剤に可溶性のある樹脂（アクリル系、メタクリル系など）などがある。さらにインク調整媒体としては、アルコール類（ＩＰＡなど）、ケトン類（ＭＥＫなど）、エステル類（酢ブチなど）がある。

しかし、模様付けで用いるインキ、顔料は、有機系の染料に限定するものではない。これは意匠性とともに耐光性など使用環境も考慮しながら選定する為であり、無機顔料を用いても良い。

上記の模様付け後に行う封孔処理は、酢酸ニッケル等を含有した封孔処理剤を用いた封孔処理でもよい。
また、トップコートは、一般的にはアクリル樹脂塗料やウレタン樹脂塗料などのクリヤー塗装のことであるが、Ｓｉ−ＮやＳｉ−Ｏ結合を有した溶液を用いた無機系コーティングとしても良い。

アルミニウム合金Ａ６０６３−Ｔ５（ＪＩＳ）の押出形材（５５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍ）を、弱アルカリ性脱脂剤（ＦＣ−３１５：日本パーカライジング製）の５０ｇ／Ｌ溶液により６０℃×５分間の脱脂処理を行い、水洗した。アルカリエッチングは１００ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液に５０℃×３分浸漬し、水洗後、１５％硝酸溶液にてスマット除去を施した。
その後、１５０〜２００ｇ／Ｌの硫酸水溶液を用い、電流密度１００Ａ／ｍ^２で陽極酸化処理を行うことにより皮膜厚さ１０μｍの陽極酸化皮膜を形成させた。

更に、硫酸第一スズ１０ｇ／ｌ、酒石酸２０ｇ／ｌ、硫酸１５ｇ／ｌを含む水溶液を用い、浴温２５℃、交流電圧１０Ｖで３分間の電解着色を行うと、淡いブラウン色の着色皮膜が得られた。

次に、陽極酸化皮膜の耐食性を向上させることを目的として、ジルコニウム、バナジウムをそれぞれ主成分とした水溶液中で浸漬処理を行った。
ジルコニウムを主成分とする溶液は、ＣＴ−３７５６：日本パーカライジング製を２０ｇ／Ｌの濃度のものとした。
バナジウムを主成分とする溶液は、ＣＴ−Ｅ４０００：日本パーカライジング製を２０ｇ／Ｌの濃度のものとした。
浸漬処理条件としては、処理温度４５℃、浸漬時間は５分とした。浸漬処理後に、水洗、湯洗処理による水切り乾燥を行った。

次に陽極酸化皮膜に木目模様を付与する為に、デコラル社製の木目模様転写シート（柄Ｎｏ．ＤＳ０２０２−１３Ｂ５−０１３）を陽極酸化皮膜上に密着させて、２００℃の炉内に保持、加熱を行った。

最後に模様付けした陽極酸化皮膜をニッケル系封孔処理剤（ＤＸ−２００：奥野製薬製）の７ｇ／Ｌ溶液にて封孔処理を行った。
封孔処理条件としては、９０℃×２０分浸漬とした。この様に行ったものを実施例１，２とした。

さらに、上記封孔処理後にやウレタン樹脂塗料などのクリヤー塗装、Ｓｉ−Ｎ結合を有した溶液を用いて無機系コーティングを行い、それぞれ実施例３，４とした。
クリヤー塗装はレタンＰＧ８０（関西ペイント）を使用し、スプレー塗装を行った。
このときの焼付け条件は８０℃×３０分保持とした。また、無機系コーティングはポリシラザン溶液を主成分としたＮＰ１４０（クラリアントジャパン製）をフローコート法にて塗布した。
このときの乾燥条件は８０℃×２ｈｒとした。

比較例としては、陽極酸化後に行う、ジルコニウム等を主成分とする水溶液中で浸漬処理及びクリヤー塗装を行わないものとし、比較例１とした。

このようにして、得られた表面処理サンプルの品質評価した結果を試験条件とともに、図１の表に示す。
本発明に係る表面処理をしたものは、耐湿性、耐食性に優れている。

試験サンプルの品質評価結果を示す。本発明における処理方法の模式図を示す。従来の模様付け皮膜の模式図を示す。

符号の説明

１アルミニウム
２陽極酸化皮膜
３バリアー層
４化成処理皮膜
５ポアー（微細孔）
６、７インク
８封孔部

Claims

軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程と、その後に、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程を含むことを特徴とする表面処理方法。
軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程と、その後に、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程の後に、さらに、意匠模様を印刷又は転写する工程を含むことを特徴とする表面処理方法。
それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程の後に、封孔処理又は／及びトップコート処理することを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
意匠模様を印刷又は転写する工程の後に、封孔処理又は／及びトップコート処理することを特徴とする請求項２記載の表面処理方法。
陽極酸化皮膜を形成する工程と、それぞれ水溶性のジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物の郡から選ばれた少なくとも１つ以上の水溶性化合物を含有する水溶液に浸漬する工程との間に、陽極酸化被膜を染色処理又は電解着色処理する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面処理方法。
ジルコニウム化合物、バナジウム化合物、チタン化合物は、水溶性のフッ化物又はリン酸化合物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面処理方法。
ジルコニウムとして、又はバナジウムとして、あるいはチタンとしての付着量が１〜３００ｍｇ／ｍ²の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面処理方法。
軽金属又はそれらの合金に対して陽極酸化皮膜を形成する工程の前に、表面に、機械的な研磨又は凹凸処理、あるいは化学的な研磨又は艶消し処理をすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面処理方法。