JP2008231505A

JP2008231505A - 光輝性アルミニウム合金材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2008231505A
Application number: JP2007072557A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Yamaguchi; 恵太郎山口
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP5099677B2

Abstract

【課題】自動車ホイールに好適な光輝性アルミニウム合金材およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、冷間加工途中または冷間加工後のアルミニウム合金材に、３００〜５００℃、保持時間１分以上の熱処理を、１５０℃以下への冷却を挟んで２回以上繰り返し施すことで、析出物に伴う光輝性の低下を防止し、よって自動車用ホイールなどに好適な光輝性に優れたアルミニウム合金材を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車用ホイールに好適な光輝性アルミニウム合金材およびその製造方法に関するものである。

近年、自動車やバイクなどの内燃機関を有する車両に対して、燃費の向上や高級化・個性化の要求が高まり、その対応策の一つとして、アルミニウム製ホイールの採用が広がっている。アルミニウム製ホイールは、軽さ、耐食性の高さ、デザインの多様さやアルミニウム自身が持つ素材の美しさなどがあり、そのなかでもデザインや美しさに関係するファッション性に関心が高まっている。
このファッション性の向上には、デザイン、色彩、光沢や質感などの要素があるが、その中で光沢などの、いわゆる光輝性の付加に関して、様々な手段が取られている。例えば、ダイヤモンドバイトで表面を精密切削仕上し、無色クロメートで下地処理した後、クリヤー塗料を塗布する方法やクロムメッキなどのメッキ処理を行う方法や、バフ研磨を行った後に化学研磨を施し、さらにアルマイト処理を行う方法などがある。しかし、切削や下地処理を行うと細かな表面の粗さにより光輝性の低下を招いてしまう問題点を有する。また、メッキ処理に関しては、アルミニウムが非常に活性の強い金属のため、空気中ではすぐに酸化膜を形成して、直接メッキすることが出来ない。そのため、メッキの密着性を高めるために、メッキ前処理や多層メッキが必要となり、複雑な研磨工程や設備の大型化などコストの上昇が避けられない。一方、化学研磨とアルマイト仕上げによる方法では、アルミニウムの質感を活かしながら光輝性を向上させ、かつコスト的にも適当なものが提案されている（特許文献１、２参照）。
特開平１１−０２１６４８号公報特開平０８−０２０８５１号公報

しかしながら、従来提案されている光輝性アルミニウム合金材においても、光輝性の面では十分でなく、さらなる向上が求められている。

本発明は、上記事情を背景にして行われたものであり、従来より高い光輝性を有し自動車用ホイールに好適な光輝性アルミニウム合金材およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光輝性アルミニウム合金材は、質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする。

また、本発明の光輝性アルミニウム合金材の製造方法は、質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、冷間加工途中または冷間加工後のアルミニウム合金材に、３００〜５００℃、保持時間１分以上の熱処理を、１５０℃以下への冷却を挟んで２回以上繰り返し施すことを特徴とする。

請求項３に記載の光輝性アルミニウム合金材の製造方法は、請求項２の発明において、前記アルミニウム合金材が、均質化処理なし、または温度５００〜５５０℃、保持時間０．５〜５時間の均質化処理を施したものであることを特徴とする。

すなわち、本発明の光輝性アルミニウム合金材によれば、組成の適正化により、冷間加工途中または冷間加工後の熱処理によって優れた光輝性をもたらすことができる。
さらに本発明の光輝性アルミニウム合金材の製造方法によれば、上記組成の適正化に加えて熱処理の最適化がなされることにより、光輝性を一層顕著に向上させることができる。以下に、本発明で規定する光輝性アルミニウム合金材およびその製造方法における条件限定理由について説明する。

Ｂｅ：０．００１〜０．０２％
Ｂｅは、析出核となることでＣｕ、Ｆｅ、Ｓｉ系の析出物を適度に粗大化させ、さらには化学研磨処理時に、表面の平滑化に寄与して光輝性を向上させるので含有させる。ただし、Ｂｅ含有量が０．００１％未満では、光輝性向上の効果が十分に得られず、０．０２％を超えると、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉ系の析出核となる効果を超えて、Ｂｅそのものの析出が大きくなり、化学研磨の表面を粗面化したり、アルマイト膜を白濁させる。以上の理由から、Ｂｅ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｂｅ含有量は、下限を０．００２％、上限を０．０１％とするのが望ましい。

Ｃｕ：０．０１〜０．１％
Ｃｕは化学研磨処理において、アルミニウムの溶解性を促進して光輝性を高める効果を有するため含有させる。ただし、Ｃｕ含有量が０．０１％未満では、上記効果は薄く、光輝性向上の効果が得られない。また、０．１％を超えると、化学研磨処理において、溶解性が高くなり粗面化する傾向が強くなる。以上の理由から、Ｃｕ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｃｕの含有量は、下限を０．０３％、上限を０．０７％とするのが望ましい。

Ｃｒ：０．１０〜０．３０％
ＣｒはＣｕ同様に化学研磨面の平滑化を促進する作用があり、マトリクスの電位を調整して析出物の溶解性を促進するために含有させる。ただし、Ｃｒ含有量が０．１０％未満では、上記効果が十分に得られない。また、０．３０％を超えると、電位調整作用が不適切となり、化学研磨面を粗面化する傾向となる。以上の理由から、Ｃｒ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｃｒ含有量は、下限を０．１３％、上限を０．１８％とするのが望ましい。

Ｆｅ：０．００５〜０．０５％
Ｆｅは化学研磨面を粗面化する作用があり、０．０５％を超えると、化学研磨面が粗面化し、かつ、アルマイト膜が白濁して光輝性が低下するので、できるだけ低減するのが良い。ただし、Ｆｅ含有量が０．００５％未満では、アルミニウム合金材の結晶粒が粗大化し強度が低下するなどの不具合を生じ、さらには高純度のアルミニウム材とする必要があるためにコスト高となる。よって、Ｆｅ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｆｅ含有量は、下限を０．０１％、上限を０．０３％がとするのが望ましい。

Ｓｉ：０．００５〜０．０３％
Ｓｉは化学研磨面を粗面化する作用があり、０．０３％を超えると、化学研磨面が粗面化し、かつ、アルマイト膜が白濁して光輝性が低下するため、できるだけ低減するのが良い。ただし、Ｓｉ含有量が０．００５％未満では、アルミニウム合金材の結晶粒が粗大化し強度が低下するなどの不具合を生じ、さらには高純度のアルミニウム材とする必要があるためにコスト高となる。よって、Ｓｉ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｓｉ含有量は、下限を０．０１％、上限を０．０２％がとするのが一層望ましい。

Ｍｇ：２．５〜５．０％
Ｍｇは、自動車ホイールなどに必要な機械強度を得るために含有させる。ただし、Ｍｇ含有量が２．５％未満では、十分な機械強度が得られず、５．０％を超えると、粒界腐食性が低下する。そのため、Ｍｇ含有量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｍｇ含有量は、下限を２．７％、上限を３．７％とするのが望ましい。

Ｔｉ：０．０２％以下
Ｔｉは、結晶粒を微細化するために含有させる。ただし、通常はＴｉ含有量０．０００５％未満では効果が得られない。また、０．０２％を超えると、光輝性を低下させる。そのため、Ｔｉ添加量を上記の範囲に定める。なお同様の理由で、前記Ｔｉ含有量は、下限を０．００１％、上限を０．０１％がとするのが一層望ましい。

冷間途中または冷間加工後の熱処理
保持温度：３００〜５００℃
保持時間：１分以上
冷却温度：１５０℃以下
昇温・保持工程を、冷却工程を挟んで２回以上繰り返す。
合金組成比と本熱処理とが光輝性の向上にどのように関係しているか、そのメカニズムは完全に明確となっていないが、以下のように考えられる。本熱処理により、Ｂｅは析出核となり、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉ系の析出物を適度に粗大化する。この結果、化学研磨処理において、析出物により形成される表面の微細な粗れを防止できる。前記Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉ系の析出物が微細な場合は、化学研磨を施すことで微細な粗れを形成し、光輝性を大きく低下させてしまう。適度に粗大な前記析出物は、局部的な凹凸を形成するが、光輝性への影響は僅かに留まる。また、Ｂｅの作用として、化学研磨処理で反応表面に皮膜を形成し、均一な溶解を促進させることで、表面の平滑化に寄与している可能性もある。さらに、表面の傷防止と耐食性付与のためにアルマイト処理を施した場合、微細な析出物はアルマイト膜内に分散して、皮膜の光透過を妨害し、白色化させる。一方、適度に粗大な析出物は、皮膜の光透過への影響は少なく、良好な光輝性が維持される。

本熱処理は、冷間加工（冷間圧延を含む）途中で行っても良いが、好ましくは、冷間加工終了後に行うのが良い。また、ホイール成形した後に行っても良い。ただし、熱処理温度に関して、３００℃未満では、上述した効果が十分に得られず、５００℃を超えると、析出状態が不均一化してムラが大きくなる。したがって、保持温度を上記範囲とする。なお、同様の理由で下限を３５０℃、上限を４２０℃とするのが望ましい。
また、冷却工程において冷却温度を１５０℃以下にしないと析出物が再溶解して次の加熱時に微細析出するため、光輝性向上への寄与が低下する。
また、上記昇温・保持工程を繰り返すことなく１回で終了すると、上記作用が十分に得られず光輝性の向上効果が十分に得られないので２回以上繰り返すものとする。
保持時間は、１分未満では、上記効果が得られないため１分以上とする。ただし、保持時間は、工程を繰り返す回数の増加により短時間にできる。例えば、１回目の保持時間は、３０分〜８時間、２回目は２０分〜５時間、３回目を行う場合は、１〜６０分とするのが望ましい。

以上説明したように、本発明の光輝性アルミニウム合金材によれば、質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるので、マトリクスと析出物の溶解電位の調整がされ、研磨表面の溶解が均一になり平滑化されることから、研磨などによる鏡面化処理後に優れた光輝性を有するアルミニウム合金材となる。

また、本発明の光輝性アルミニウム合金材の製造方法によれば、質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、冷間加工途中または冷間加工後のアルミニウム合金材に、３００〜５００℃、保持時間１分以上の熱処理を、１５０℃以下への冷却を挟んで２回以上繰り返し施すので、析出物による光輝性の低下が防止され、優れた光輝性を有するアルミニウム合金材を得ることができる。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の材料組成に調整し溶製されたアルミニウム合金材は、均質化処理を行うことなく、または温度５００〜５５０℃、保持時間０．５〜３時間で均質化処理を行うことができる。ただし、本発明の熱処理の効果を損なわないために均質化処理は省略するのが望ましい。
次に、必要に応じて上記アルミニウム合金材を熱間圧延する際には、仕上がり温度２５０〜３５０℃、好適には２７０〜３１０℃で熱間圧延を行うのが望ましい。仕上がり温度を適正に調整することで、冷間加工後の熱処理効果が一層高まる。
本発明では、冷間圧延（工程によっては省略可）やプレスなどの冷間での加工が施される。本発明では、これらの加工を総称して冷間加工という。

本発明では、冷間加工途中または冷間加工後に熱処理を施す。この熱処理は、保持温度３００〜５００℃（好適には３５０〜４２０℃）、保持時間１分以上の工程を１５０℃への冷却工程を挟んで２回以上繰り返して行う。なお、冷却工程における冷却速度は特に限定されるものではない。また、繰り返し行う保持温度、保持時間は、上記条件を満たす限りは、繰り返し毎に同条件とする必要はない。
上記繰り返しにおける保持時間の好適例としては、１回目３０分〜８時間、２回目２０分〜５時間、３回目１〜６０分を挙げることができる。

上記熱処理後に、鍛造、プレス成形などの二次成形加工（ホイール成形）を行ってもよく、ホイール成形後に上記熱処理を行ってもよい。
その後は、ホイール表面の鏡面化する。なお、本発明では、鏡面化処理に際して、仕上げ研磨として化学研磨を行うことが望ましい。本発明では、化学研磨に適するようにアルミニウム合金材の組成を調整しており、化学研磨を行うことで一様に表面が溶解され、平滑な研磨面を得ることができる。なお、化学研磨自体は常法により行うことができ、また、化学研磨を電解研磨に変えても同様な効果を得ることが可能である。

上記研磨処理後、必要に応じてアルミニウム合金材表面の脱脂処理、水洗を行い、常法によりアルマイト処理を行うことができる。これらの工程を経て、光輝性に優れた製品を得ることができる。
なお、本発明材は、光輝性を持つ自動車用アルミニウムホイールに好適であるが、この用途に限定されるものではなく、光輝性が必要とされる他の用途への適用は当然に可能である。

以下に、本発明の一実施例を説明する。
表１、２に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）を有するアルミニウム合金材を常法により溶製し、面削後、均質化処理を行わず、仕上がり温度２５０〜３５０℃で熱間圧延を行った。その後、冷間圧延を行って、最終板厚５．５ｍｍの板材を得た。次に、表１、２に示す熱処理条件で熱処理を施した。この熱処理後に、上記工程で得たアルミニウム合金材を５０ｍｍ×５０ｍｍに切断し、６００番と１２００番のエメリー紙で研磨後、３μｍのアルミナ粒子を含む研磨液で仕上げ研磨を行った。次に、リン酸ベースで、硝酸５％、水２％を含有する化学研磨液を１０５℃に加熱して、１２０秒間浸漬して供試材を得た。
上記各供試材に対し、色差計によりＬ値を測定し、銀鏡を１００％として標準調整を行った光沢度計により光沢度を測定した。Ｌ値は小さいほど光輝性に優れていることを示す。

表１に示した発明例は、本発明の組成を有し、かつ本発明の熱処理条件により製造されており、その結果、優れた光輝性を示した。
一方、表２に示した比較例では、成分範囲が本発明の範囲を逸脱しており、光輝性に劣ったものであった。また、参考例として、本発明の組成を有し、本発明の熱処理条件を逸脱した例を示した。本発明の組成を有し、適宜の熱処理を施すことで光輝性の向上効果は得られた。但し、本発明の熱処理条件で行う方が光輝性の向上効果は高くなっており、熱処理の温度が高い供試材Ｎｏ．１２では、光沢度は高いもののムラが生じていた。

Claims

質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする光輝性アルミニウム合金材。
質量％で、Ｓｉ：０．００５〜０．０３％、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｍｇ：２．５〜５．０％、Ｃｒ：０．１０〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｂｅ：０．００１〜０．０２を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有し、冷間加工途中または冷間加工後のアルミニウム合金材に、３００〜５００℃、保持時間１分以上の熱処理を、１５０℃以下への冷却を挟んで２回以上繰り返し施すことを特徴とする光輝性アルミニウム合金材の製造方法。
前記アルミニウム合金材が、均質化処理なし、または温度５００〜５５０℃、保持時間０．５〜５時間の均質化処理を施したものであることを特徴とする請求項２記載の光輝性アルミニウム合金材の製造方法。