JP2008144195A

JP2008144195A - アルミニウム材の表面処理方法

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Publication number: JP2008144195A
Application number: JP2006330119A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ohashi; 伸一大橋
Original assignee: Sankyo Tateyama Aluminium Inc
Current assignee: Sankyo Tateyama Aluminium Inc
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: JP4866220B2

Abstract

【課題】見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸形成ができ且つ低コストで重量の減少の少ないアルミニウム材の表面処理方法を提供する。
【解決手段】本発明のアルミニウム材の表面処理方法は、１０ｇ／ｌ以上の硫酸及び１０ｇ／ｌ以上のフッ化アンモニウムを含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が０．６〜１．２で浴温２０〜７０℃の硫酸フッ化アンモニウム浴にアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材の表面にフッ化アルミニウムを析出させた後、４０ｇ／ｌ以上の硫酸を含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２よりも高く浴温が６０℃以上である硫酸フッ化アンモニウム浴にフッ化アルミニウムを析出させたアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材表面のフッ化アルミニウムを除去することにより、アルミニウム材表面に凹凸を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面に凹凸感のあるアルミニウム材を得る為のアルミニウム材の表面処理方法に関する。

特許文献１には、アルミニウム材をフッ素化合物の水溶液に浸漬して、アルミニウム材の表面にフッ化アルミニウムを析出することによりアルミニウム材表面に凹凸を形成することが開示されている（従来技術１）。
アルミニウム材の表面に凹凸を形成する技術として、ブラスト処理（従来技術２）したり、酸やアルカリによりエッチング処理（従来技術３）する技術が公知である。

特開２００５−１５８７５号公報

従来技術１では、析出したフッ化アルミニウムは残したままにするものであり、析出したフッ化アルミニウムを除去する技術思想は無い。
従来技術２では、アルミニウム材に物理的処理を施すものであるから、脱脂や陽極酸化処理等の一連の表面処理工程とは別に処理する必要があり、コストがかかるという問題がある。更に、ブラスト処理では、アルミニウム材の形状や部位によっては凹凸を形成できないという問題がある。
従来技術３では、見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸形成に時間がかかると共に、粗い凹凸を形成するとアルミニウム材の重量が大きく減少する為、肉厚が減少して加工性や強度等に影響を及ぼすという問題がある。

そこで、本発明は、見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸形成ができ且つ低コストで重量の減少の少ないアルミニウム材の表面処理方法の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、１０ｇ／ｌ以上の硫酸及び１０ｇ／ｌ以上のフッ化アンモニウムを含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が０．５〜１．２で浴温２０〜７０℃の硫酸フッ化アンモニウム浴にアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材の表面にフッ化アルミニウムを析出させた後、４０ｇ／ｌ以上の硫酸を含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２よりも高く浴温が６０℃以上である硫酸フッ化アンモニウム浴にフッ化アルミニウムを析出させたアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材表面のフッ化アルミニウムを除去することにより、アルミニウム材表面に凹凸を形成することを特徴とする。
本明細書において、アルミニウム材には純正アルミニウム及びアルミニウム合金のいずれも含む。

請求項１に記載の発明によれば、アルミニウム材表面でアルミニウムが溶出すると共に部分的にフッ化アルミニウムが析出してアルミニウムの溶出を抑え、その後に析出したフッ化アルミニウムを除去するものであるから、アルミニウム材の重量を大きく減少させること無く、アルミニウム材表面に見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸を形成できる。しかも、見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸を、エッチング処理に比較して短時間で形成できる。
アルミニウム材は浴槽に順次浸漬するだけであるから、脱脂や陽極酸化処理等の一連の表面処理のライン内に組み込んで処理でき、製造コストが安価である。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態にかかるアルミニウム材の表面処理を示すフローチャートであり、図２はフッ化アルミニウムの析出と除去における化学反応を説明する図である。
図１に示すように、本実施の形態にかかるアルミニウム材の表面処理方法は、脱脂工程１でアルミニウム材を脱脂処理した後、フッ化アルミ析出工程２でアルミニウム材表面にフッ化アルミニウムを析出させ、次にフッ化アルミニウム除去工程３で析出したフッ化アルミニウムを除去し、陽極酸化工程４、着色工程５、塗装工程６を経て行われる。これらの各工程は、表面処理の一連のラインとして行われる。

フッ化アルミ析出工程２では、アルミニウム材を硫酸フッ化アンモニウム浴に浸漬してアルミニウム材表面にフッ化アルミニウムを析出させる。フッ化アルミ析出用の硫酸フッ化アンモニウム浴は、１０ｇ／ｌ以上の硫酸及び１０ｇ／ｌ以上のフッ化アンモニウムを含み、フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が０．５〜１．２で、浴温２０〜７０℃である。
硫酸濃度が１０ｇ／ｌ以上としているのは、１０ｇ／ｌより少ないとフッ化アルミニウムの析出反応が起きないからである。フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比や浴温等の条件を加味すると、硫酸濃度は好ましくは４０〜８０ｇ／ｌである。濃度が高すぎると反応性が高くなり、フッ化アルミニウムの析出を制御しにくくなるとともに、コストがかかる。また、フッ化アンモニウムの濃度を１０ｇ／ｌ以上としているのは、１０ｇ／ｌより濃度が低いとフッ化アルミニウムの析出反応が起きないからである。フッ化アンモニウムの濃度は、フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比や浴温等の条件を加味すると、好ましくは５０〜８５ｇ／ｌである。フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比を０．５〜１．２としているのは、０．５より小さくても、１．２より高くてもいずれの場合も、フッ化アルミニウムの析出反応が起きないからである。硫酸濃度、フッ化アンモニウムの濃度、浴温等の条件を加味すると、好ましくは０．９〜１．１である。
浴温２０〜７０℃としているのは、２０℃よりも低くても７０℃よりも高くてもいずれの場合も析出反応が起きないからである。浴温はフッ化アルミニウム析出の反応速度と加熱コストを加味すれば、好ましくは４５〜５５℃である。

フッ化アルミ除去工程では、表面にフッ化アルミニウムが析出したアルミニウム材を硫酸フッ化アンモニウム浴に浸漬する。フッ化アルミ除去用の硫酸フッ化アンモニウム浴は、硫酸濃度が４０ｇ／ｌ以上であり、フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２よりも高く、浴温が６０℃以上である。
硫酸濃度が４０ｇ／ｌ以上としているのは、４０ｇ／ｌより低いとフッ化アルミニウムの除去反応が起きないからである。しかし、硫酸濃度が高すぎるとアルミニウムの溶解速度が早くなりアルミニウムの重量減少が大きくなることから、好ましくは４０〜８０ｇ／ｌである。
フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２よりも高くしているのは、１．２以下であるとフッ化アルミニウムの析出反応により、フッ化アルミニウムがうまく除去されないからである。一方、硫酸濃度比が高すぎると、アルミニウムの溶解速度が早くなり、アルミニウムの重量減少が大きくなることから、フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比は、好ましくは１．２５〜１．３である。
浴温を６０℃以上としているのは、６０℃より低いと反応速度が遅い為、除去反応が進みにくく、フッ化アルミニウムが除去し難いからである。しかし、温度が高すぎるとアルミニウムの溶解速度が早くなりアルミニウム重量の減少を生じることから、好ましくは６０〜６５℃である。

ここで、図２を参照してフッ化アルミ析出工程とフッ化アルミ除去工程とにより、アルミニウム材表面で起こる反応について説明する。
（Ｉ）フッ化アルミ析出工程
硫酸フッ化アンモニウム浴にアルミニウム材を浸漬すると、図２中（ａ）に示すように、酸によるアルミニウムの溶解反応（図２中の反応式Ａ）により、アルミニウムイオンが溶出する。
次に図２（ｂ）で示すように、浴中に含まれるフッ素イオン（Ｆ^-）と溶出したアルミニウムイオン（Ａｌ³⁺）とによりフッ化アルミニウムになる反応（図２中反応式Ｂ）と、フッ化物イオン（ＡｌＦ²⁺）がフッ化アルミニウムになる反応（図２中の反応式Ｃ）が起きて、フッ化アルミニウムが析出する。
即ち、アルミニウム材から溶解したアルミニウムイオンが浴中のフッ化物イオンと即座に反応し、アルミニウム材表面に析出する。請求項１に記載してある条件下において、アルミニウム材の表面近傍で析出反応が起きるような反応速度に制御されているものと考えられる。（ｂ）に示すように析出したフッ化アルミニウムはアルミニウム材表面を覆ってブロックする為、必要以上にＡｌが溶解するのを阻害する。このため、時間経過とともに（Ａ）の反応は弱くなるが、（Ｂ）（Ｃ）の析出反応は継続して起き、これにより（Ａ）の反応が起きやすい部位と、起きにくい部位との差ができ、（ｃ）に示すように、アルミニウム材表面に凹凸が形成される。
（ＩＩ）フッ化アルミ除去工程
フッ化アルミ除去工程では、（Ｉ）でフッ化アルミニウムが析出したアルミニウム材をフッ化アルミ除去用の硫酸フッ化アンモニウム浴に浸漬すると、（Ｉ）で示す反応式
（Ｂ）及び（ｃ）は可逆反応である為、請求項1に記載の条件下において、これらの反応式の平衡は左に移動し、（Ｄ）及び（Ｅ）の反応式により析出したフッ化アルミニウムが溶解して除去される。これにより、(ｄ)で示すように、アルミニウム材表面にフッ化アルミニウムの無い凹凸をもったアルミニウム材ができる。
本実施の形態により表面処理したアルミニウム材は、見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸表面を得ることができる。
アルミニウム材表面にフッ化アルミニウムを析出し後に析出したフッ化アルミニウムを除去するものであるから、アルミニウム材の重量を大きく減少させることが無い。
見た目や触感で凹凸感を得るような粗さの凹凸を、エッチング処理に比較して短時間で形成できる。
アルミニウム材は浴槽に順次浸漬するだけであるから、図１に示す脱脂１や陽極酸化処理４、着色５、塗装６の一連の表面処理のライン内で処理でき、製造コストが安価である。
尚、脱脂工程１、陽極酸化工程４、着色工程５、塗装工程６は、表面に凹凸を形成しないアルミニウム材を処理する場合と同じ設備を用いている。

次に、本発明の実施例と比較例とについて試験を行ったので、その結果を説明する。
（実施例１）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、７０ｇ／ｌの硫酸及び６５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．０７）に５５℃×１０分間浸漬しアルミニウム材表面に均一にフッ化アルミニウムを析出させた後、続いて、フッ化アルミニウムが析出したアルミニウム材を、７０ｇ／ｌの硫酸及び５５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．２７）に６０℃×３分間浸漬し、析出したフッ化アルミニウムを除去した。これらの処理により見た目及び触感でアルミニウム材表面に凹凸のある特徴的な外観に仕上がった。表面粗さはＲａ（算術平均粗さ）が４．１２５、Ｓｍ（凹凸の平均間隔）が０．４４２１であった。処理前に対する処理後のアルミニウム材の減少量は３０ｇ／ｍ²であった。
この実施例１で作製した表面に凹凸のあるアルミニウム材を陽極酸化工程４（以下、図１の処理フロー参照）で９μｍの陽極酸化皮膜をつけ、着色工程５でブロンズ色をつけ、塗装工程６で電着塗装を行ったが全く問題は無く、ブロンズ色で見た目や触感で凹凸のあるものができた。

（実施例２）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、７０ｇ／ｌの硫酸及び６５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．０７）に５５℃×１０分間浸漬しアルミニウム材表面に均一にフッ化アルミニウムを析出させた後、続いて、フッ化アルミニウムを析出したアルミニウム材を、８５ｇ／ｌの硫酸及び６５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．３１）に６０℃×３分間浸漬し、析出したフッ化アルミニウムを除去した。これらの処理により見た目及び触感でアルミニウム材表面に凹凸のある特徴的な外観に仕上がった。表面粗さはＲａ（算術平均粗さ）が３．９６４Ｓｍ（凹凸の平均間隔）が０．４２０３であった。処理前に対する処理後のアルミニウム材の減少量は３４ｇ／ｍ²であった。
この実施例２で作製した表面に、実施例１と同様に、凹凸のあるアルミニウム材を陽極酸化工程４で９μｍの陽極酸化皮膜をつけ、着色工程５でブロンズ色をつけ、塗装工程６で電着塗装を行ったが全く問題は無く、ブロンズ色で見た目や触感で凹凸のあるものができた。

（実施例３）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、９３ｇ／ｌ硫酸及び１００ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比比０．９３）に５５℃×１０分間浸漬しアルミニウム材表面に均一にフッ化物を析出させた後、続いて、フッ化アルミニウムを析出したアルミニウム材を、８５ｇ／ｌの硫酸及び６５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．３１）に６０℃×３分間浸漬し、析出したフッ化物を除去した。これらの処理により見た目及び触感でアルミニウム材表面に凹凸のある特徴的な外観を得ることができた。処理前に対する処理後のアルミニウム材の減少量は５８ｇ／ｍ²であった。

（比較例１）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、５５ｇ／ｌの水酸化ナトリウム溶液に５５℃×１５分間浸漬してエッチング処理した後、１５％の硝酸溶液で２０℃×２分間デスマットした。得られたアルミニウム材は見た目及び触感で凹凸感の無いものであった。表面粗さは、Ｒａ０．７０５、Ｓｍ０．１０１５であった。処理前に対する処理後のアルミニウム材の減少量は４６ｇ／ｍ²であった。

（比較例２）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、５５ｇ／ｌの水酸化ナトリウム溶液に５５℃×１２０分間浸漬し、エッチング処理した後、１５％の硝酸で２０℃×２分間デスマットした。得られたアルミニウム材は見た目や触感でやや凹凸感が感じられるものであった。表面粗さはＲａ２．８２７Ｓｍ０．２２５０であった。処理前に対する処理後のアルミニウム材の減少量は３８８ｇ／ｍ²であった。

（比較例３）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、１００ｇ／ｌの硫酸及び６５ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比１．５４）に５５℃×１０分間浸漬した。得られたアルミニウム材の表面にフッ化物は析出しなかった。

（比較例４）
Ａ６０６３Ｓ（ＪＩＳ）のアルミニウム材を脱脂した後、５０ｇ／ｌの硫酸及び1１０ｇ／ｌのフッ化アンモニウム（中性）溶液（フッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比比０．４５）に５５℃×１０分間浸漬した。得られたアルミニウム材の表面にフッ化物は析出しなかった。

比較例１は、従来技術３のエッチングにより凹凸を施すものであるが、１５分間エッチング処理をしても十分な凹凸を得ることができなかったことから、エッチングでは凹凸形成に時間がかかることがわかる。
一方、比較例２に示すように、１２０分という時間をかけてエッチング処理すれば所定の凹凸は得られるものの、アルミニウム材の減少量が３８８ｇ／ｍ²もあったのに対して、実施例１は３０ｇ／ｍ²、実施例２は３４ｇ／ｍ²、実施例３は５８ｇ／ｍ²であることから、本実施例によれば、エッチング処理よりも、アルミニウム材の減少量を桁違いに少なくできたことが明らかである。
フッ化アルミ析出工程における硫酸フッ化アンモニウム溶液について、比較例３では硫酸濃度が１００ｇ／ｌであり、比較例４では５０ｇ／ｌであり、いずれの比較例も１０ｇ／ｌ以上であったが、比較例３ではフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．５４であり、１．２よりも高い為にフッ化アルミニウムが析出せず、比較例４は濃度比が０．４５であり、０．５より低い為にフッ化アルミニウムが析出しなかった。これに対して、実施例１及び実施例２では濃度比が１．０７、実施例３では０．９３であり、濃度比が０．５〜１．２の範囲内ではフッ化アルミニウムが析出した。
フッ化アルミ除去工程における硫酸フッ化アンモニウム溶液について、実施例１ではフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２７、実施例２及び実施例３では１．３１でいずれも濃度比が１．２より高い為フッ化アルミニウムは問題なく除去できた。

本発明の実施の形態にかかるアルミニウム材の表面処理を示すフローチャートである。フッ化アルミニウムの析出工程と除去工程における化学反応を説明する図である。

符号の説明

２フッ化アルミ析出工程
３フッ化アルミ除去工程

Claims

１０ｇ／ｌ以上の硫酸及び１０ｇ／ｌ以上のフッ化アンモニウムを含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が０．５〜１．２で浴温２０〜７０℃の硫酸フッ化アンモニウム浴にアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材の表面にフッ化アルミニウムを析出させた後、４０ｇ／ｌ以上の硫酸を含み且つフッ化アンモニウムに対する硫酸の濃度比が１．２よりも高く浴温が６０℃以上である硫酸フッ化アンモニウム浴にフッ化アルミニウムを析出させたアルミニウム材を浸漬して、アルミニウム材表面のフッ化アルミニウムを除去することにより、アルミニウム材表面に凹凸を形成することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法。