JP2009535509A - アルミニウム複合シート材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、コア材料の少なくとも片側にクラッドシートが取り付けてあり、該コア材料がAA6xxx-シリーズ合金からなり、該クラッドシートが、Ｍｇ3.6重量％未満を含むAA5xxx-シリーズ合金を含んでなる、アルミニウム複合シート材料の形態にある自動車用車体シートに関する。

Description

発明の分野

本発明は、コア材料の少なくとも片側にクラッドシートが取り付けられているアルミニウム複合シート材料の形態にある、自動車用車体シートに関する。

発明の背景

広い意味における複合材料は、現状技術水準から、例えば国際特許出願第WO-01/02165号から公知である。そのような複合材料では、コア材料(複合材料の最も大きな部分を構成する)が、複合材料のバルク機械的特性、例えばその複合材料の強度、を主として決定する。しかし、クラッドシート(複合材料の小さな部分しか構成せず、従って、複合材料の機械的特性にとってはあまり重要ではない)は、複合材料を取り巻く環境と接触し、従って、化学的活性、例えば複合材料の腐食性能、を大きく左右する。

現状技術水準によるアルミニウム複合材料の例としては、第一に、典型的にはAA3xxx-シリーズから選択されるアルミニウム合金(例えばAA3003)をコア材料として、およびその片側または両側に、AA4xxx-シリーズから選択されるアルミニウム合金(例えばAA4045またはAA4343)をクラッドシートとして有するろう付けシート、ならびに航空用途向けのシート(AA2xxx-シリーズから選択されるアルミニウム合金を含んでなるコア材料および典型的にはAA1000-シリーズから選択されるアルミニウム合金を含んでなるクラッドシート)、例えばAlclad 2024-1230、を挙げることができる。そのような公知の複合材料は、特殊な用途および特殊な必要条件を満たすために開発されるのが一般的である。

米国特許第6,329,075-B1号は、強度が高いコア材料、および一個以上の、コア材料よりも導電率が高いクラッド層を有する、熱交換用途における性能を改良するための、アルミニウム合金複合材料シートを開示している。このコア材料は、AA3000、AA6000、およびAA8000-シリーズアルミニウム合金から選択された合金から製造され、該コア合金は、50％ IACS未満の導電率を有し、クラッドは、AA1000およびAA7000-シリーズアルミニウム合金の群から選択され、50％ IACSを超える導電率を有する。この複合材料は、ろう付け用途向けであり、あらゆる形態、波形フィン材料、チューブ、ヘッダー、または他の、ろう付けに使用できる形状で製造することができる。

国際特許出願第WO-98/24571号は、コンパウンドストランド鋳造により得られる多層金属複合材料製品を開示している。この製品は、コア、好ましくはアルミニウム合金、そのコアの少なくとも片側で、コアに結合した中間層、およびその中間層に結合したクラッド材を含んでなる。製品の用途に応じて、複合材料製品の外側表面を形成するクラッド材は、ろう付けシートに使用するアルミニウムろう付け合金、鏡のような表面仕上げを得るためのAA1xxx-シリーズ合金、あるいは耐食性を改良するための亜鉛含有アルミニウム合金または亜鉛もしくは亜鉛合金でよい。

下記の内容から明らかなように、他に指示が無い限り、合金の名称はすべて、2006年にアルミニウム協会から出版されたAluminum Standards and Data and Registration Recordsにおけるアルミニウム協会名称による。

本発明に関して、「シート製品」は、せん断された、細長く切った、または鋸引きした縁部を有する厚さ0.15 mm〜2.5 mmの圧延された製品を意味する。

本発明に関して、用語「自動車車体シート」または「ABS」は、自動車車体用途、特に外装パネル、内装パネルおよび構造部品、向けのアルミニウム合金シートを意味する。

合金組成または好ましい合金組成の全ての説明に関して、他に指示が無い限り、百分率は重量で表示する。

発明の概要

本発明の目的は、上記の種類の、自動車用車体シートとして使用するように設計された、改良されたアルミニウム複合材料を提供することである。

この、および他の目的およびさらなる利点は、コア材料の少なくとも片側にクラッドシートが取り付けてあり、該コア材料がAA6xxx-シリーズ合金からなり、該クラッドシートが、Ｍｇ3.6重量％未満を含むAA5xxx-シリーズ合金を含んでなる、アルミニウム複合シート材料の形態にある自動車用車体シートに関する本発明により、十二分に達成される。

好ましい実施態様の詳細な説明

本発明は、コア材料の少なくとも片側にクラッドシートが取り付けてあり、該コア材料がAA6xxx-シリーズ合金からなり、該クラッドシートが、Ｍｇ3.6重量％未満を含むAA5xxx-シリーズ合金を含んでなる、アルミニウム複合シート材料の形態にある自動車用車体シートを提供する。

現在、車両に使用するパネル(自動車用車体シートまたはABSとも呼ばれる)は、単一のアルミニウム合金だけを使用している(従って、非クラッドまたは非複合材料系と呼ばれる)。一般的に、AA5xxx-シリーズのアルミニウム合金は内側パネル用途に使用されるのに対し、AA6xxx-シリーズのアルミニウム合金は外側パネルおよび構造用途に使用される。合金の化学組成を変えることにより、広範囲な機械的特性を達成することはできるが、あらゆる可能性が実際にある訳ではない。車両用途では、特に腐食性能により課せられる制限のために、これらの可能性は限られている。例えば、AA5xxx-シリーズアルミニウム合金でＭｇレベルを増加することにより、事実、成形性ならびに強度は強化されるが、同時に、腐食性能(特にいわゆる粒界腐食)は悪くなる。同様に、AA6xxx-シリーズアルミニウム合金では、Ｃｕレベルを増加することにより、塗装した表面に対する腐食(特にいわゆる糸状腐食)を起こし易くなり、このためにこれらの組成物の自動車用車体シート用途(内側パネル、外側パネルおよび構造陽と)における使用が制限されている。

従って、当業者は、アルミニウムシートにおけるＭｇ、Ｃｕおよび／またはＺｎレベルを増加して機械的特性を強化したいであろうが、それに続く化学的特性、特に耐食性の低下が、これを許さない。

本発明により、コアシート材料の特性は、複合材料の表面に課せられる要求から分離されている。従って、コア材料は、できるだけ良好な機械的要求に適合するように選択することができるのに対し、クラッドシートは、環境との相互作用に対する要求に適合するように選択することができる。AA6xxx-シリーズから選択されたアルミニウム合金のコア材料を、Ｍｇ3.6重量％未満を含むAA5xxx-シリーズから選択されたアルミニウム合金のクラッドシートと組み合わせ、アルミニウム複合シート材料を形成することにより、そのような要求に応えることができる。

さらに、車両では、特殊な必要条件(航空機分野における程厳格ではないが)に応じて、自動車用車体シートの接着剤結合を行う。非複合材料系は、その表面の十分な前処理を必要としているが、本発明の複合シート材料は、クラッド層の選択により十分な耐久性がすでに得られているので、そのような前処理は必要ないと考えられる。

AA6xxx-シリーズから選択されるアルミニウムコア合金の例としては、特にアルミニウム合金AA6016を挙げることができる。他の好適なAA6xxx-シリーズコア合金は、Ｃｕ含有量が1.1重量％まで、好ましくは0.9重量％までの合金、特にAA6111、AA6013、AA6022およびAA6056-シリーズ合金である。

これらの合金は、それ自体、当業者には良く知られている特性のために、自動車分野に意図する用途に極めて好適である。

コアは、AA5xxx-シリーズから選択された、Ｍｇ含有量が3.6重量％未満のアルミニウム合金でクラッド加工することにより、特に、良好な粒界腐食耐性が得られ、特に好適な合金は、AA5754、AA5051AまたはAA5018-シリーズ合金から選択される。

本発明の複合シート製品は、コア材料の片側にのみ取り付けた、ただ1個のクラッドシートを含んでなることができる。別の実施態様では、クラッドシートをコア材料の両側に取り付ける。その結果、この複合材料は、優れた、釣り合いのとれた特性、即ち強度および成形性と腐食性能、押込耐性および縁形成性能、を示す。

アルミニウム複合材料の寸法は、(大部分、特殊な用途および競合する要求に応じて)様々に変えることができるが、自動車用車体シートとして使用するには、コア材料の厚さは約0.5〜2 mm、好ましくは約0.7〜1.3 mm、最も好ましくは約1 mmである。クラッドシートは、通常、コアシートよりも遙かに薄く、各クラッドシートは、複合材料シートの総厚の約1〜25％を構成する。クラッド層は、典型的には複合材料シートの総厚の約1〜12％を構成する。

本発明の別の態様では、本発明は、本発明の複合シート材料の形態にある自動車用車体シートから製造された自動車用車体パネルおよび自動車用構造部品に関する。

別の態様で、本発明は、コア材料の少なくとも片側にクラッドシートを取り付ける、アルミニウム複合材料の製造方法に関する。本発明により、コア材料は、AA6xxx-シリーズから選択されたアルミニウム合金を含んでなり、該コア材料に規定されたクラッドシートを、ロールボンディングにより取り付け、コアシートとクラッドとの間の必要な冶金学的結合を達成する。

そのようなロールボンディング製法は、非常に経済的であり、所望の特性を発揮する非常に効果的な複合材料シートを製造する。

無論、ロールボンディング製法は、幾つかの追加処理工程、例えば複合シート材料の形態にある自動車用車体シートの最終的な特性を決定するための焼きなまし、を伴うことができる。

そのようなロールボンディング製法を行って本発明のシート材料を製造する場合、ロールボンディングの際に、コア材料およびクラッドシートの両方の厚さが低下するのが好ましい。

例えば、コア材料は、両側に初期厚さ約24 mmのクラッドシートを備えた、初期厚さ約400 mmのブロックでよい。ロールボンディングの後、コア材料の最終的な幅は約1 mmであり、クラッド層の最終的な厚さは、例えば約60μmまたは40μmである。

複合材料シート製品の初期寸法および最終寸法は、ロールボンディング製法の特性、ならびに最終的なシート製品に必要な特性の両方によって決定されることに注意する。

ロールボンディング製法は、様々な様式で実行することができる。例えば、ロールボンディング製法は、熱間圧延および冷間圧延の両方を含むことが可能である。

さらに、ロールボンディング製法は、一工程製法でも、連続する圧延工程の際に材料のゲージが下がる多工程製法でもよい。その場合、個々の圧延工程は、他の処理工程、例えば焼きなまし工程、加熱工程、冷却工程、等により分離されていてもよい。

本発明の別の実施態様では、規定されたクラッドシートをコア材料に、例えばここに参考として含めるヨーロッパ特許第1638715号に開示されている鋳造技術により、取り付ける。

上記の、および請求項に記載するように、本発明のアルミニウム複合材料は、自動車用車体シートとして使用する。機械的特性はコアシートにより決定されるので、コア材料をAA6xxx-シリーズから選択することにより、この用途に使用される標準的な工業用シート合金に匹敵する優れた機械的特性が得られる。本発明のアルミニウム複合シート材料の試料に対して行った試験は、クラッドシート厚さと機械的特性との間には重大な相関関係が無いことを示しており、従って、クラッドシートに対して課せられる要求からコア材料のバルク特性を分離することに関して、上記のことが確認された。

本発明を、本発明の非限定的な実施態様を参照しながら説明する。

例1
工業的規模で、2種類のシート製品を製造し、T4P焼戻しで1 mmのシート製品に加工した。これらの2種類の合金は、裸のAA6016合金および両側にAA5051合金でクラッド加工したAA合金であった。AA6016は、自動車用車体シート用途に使用される。クラッドシート製品のコアは、裸シート製品と同じ熱履歴を有し、例えば両者とも、560℃で10時間の均質化にかけている。クラッドシート製品は、クラッド製品を中間ゲージ7.5 mmに、ホット-ミル出口温度約300℃で熱間圧延し、次いで、最終ゲージ1 mmに冷間圧延する一般的なロールボンディングを使用して製造した。クラッドシートは、総厚が1 mmであり、各クラッド層の厚さが40μmであった。

AA6016およびAA5051Aの正確な合金組成を表1に示す。製品は全て、560℃で溶体化熱処理し、次いで急冷し、1時間以内に約80℃に再加熱し、続いて室温にコイル冷却し、次いで室温で2週間後、いわゆるT4P-焼戻しで、その強度、総伸長および縁形成性能に関して試験した。強度、粒界腐食耐性および耐押込性を、模擬成形および塗料焼付サイクルで測定したが、その際、T4P-焼戻しにおける製品をさらに2％冷間伸長し、続いて185℃で20分間熱処理した。

裸シート製品およびクラッドシート製品の両方を、T4P-条件で、それらの縁形成性能に関して、平縁形成試験(ASTM規格E290-97Aに含まれるように、試料を曲げ半径0.0 mmで180°折り曲げ)により試験し、続いて目視で評価した。採点は、下記の等級付け、即ち等級「5」は目に見える欠点無し、「4」は中程度の表面粗さ、「3」は深刻な表面粗さ、「2」は小さな表面亀裂、「1」は連続的な表面亀裂、で行い、その際、さらに例えば3 1/4、3 1/2、および3 3/4の等級付けをさらに行った。

裸AA6016シート製品およびAA5051Aでクラッド加工したAA6016の両方を、引張試験に関するASTM規格EN10002により、それらの機械的特性に関して評価した。引張特性は、基準T4P-焼戻しおよび模擬成形および塗料焼付サイクルの後にも測定した。模擬成形および塗料焼付サイクル後の粒界耐食性(「IGC」)は、ヨーロッパ規格ASTM G110-92により測定し、結果を透過深度μmで表示する。さらに、模擬成形および塗料焼付サイクル後の静止押込耐性を測定したが、その際、製品を固定し、続いて半径63.5 mmの鋼製押込装置で、速度2 mm/分で負荷をかけ、力-変位曲線から静止押込耐性Ｆ_0.1ｍｍを、深さ0.1 mmの凹みを付けるのに必要な力(N)として測定した。試験結果を表2に示す。

表1 AA6016およびAA5051Aの合金組成重量％、残部アルミニウムおよび不可避な不純物

合金 Ｓｉ Ｆｅ Ｃｕ Ｍｎ Ｍｇ Ｃｒ Ｔｉ
AA6016 1.0 0.23 0.15 0.07 0.60 0.03 0.02
AA5051A 0.1 0.2 0.02 0.05 1.85 0.15 0.02

表2 裸AA6016合金シートおよび5051Aでクラッド加工した合金シートの試験結果

特性および条件 裸AA6016 AA6016、
AA5051Aで
クラッド加工
T4Pにおける １４１ １３６
降伏強度(MPa)
T4Pにおける ２３．８ ２４．３
総伸長(%)
T4Pにおける縁形成 １ 1/2 ３ 1/4
2%+185℃/20分後の ２５８ ２４２
降伏強度
2%+185℃/20分後の １１８ ２３
IGC(mg/cm ^２ )
2%+185℃/20分後の ２６０ ２４６
耐押込性Ｆ _{０．１ｍｍ} (N)

さらに、非常に有利なことに、規定される5xxx-シリーズクラッドを使用することにより、ローピングに対する感度が完全に抑制されたのに対し、自動車用車体シート用途に使用される裸の6xxx-シリーズ合金は、この好ましくない現象に敏感であることが分かった。これは、本発明のシート製品にとって、自動車用外側車体パネルに使用する場合に、特に有利である。

表2の結果から、本発明のシート製品では、押込耐性が僅かに低下しているが、成形性は変化してないのに対し、耐食性が大きく改良され、縁形成性能も改良されている。

この例では、コア合金を、その製造上の実際的な理由から両側でクラッド加工しているが、当業者には直ちに明らかなように、単一のクラッド層のみを使用しても、同じ有益性を得ることができる。

この例は、自動車用車体シートに好適なAA6000-シリーズ合金の縁形成性能が、それに好適なクラッド層を備えることにより、改良され、それによって、耐食性も大きく改良され、コアシートの好ましい特性、例えばその強度、成形性、塗料焼付応答および耐押込性、も得られるという、本発明の原理を例示している。AA6000コア合金が、ローピングに対して最早敏感ではないことは、非常に重要である。

本発明は、上記の実施態様に限定されるものではなく、請求項により規定される本発明の範囲内で広範囲に変形することができる。

Claims (12)

1. コア材料の少なくとも片側にクラッドシートが取り付けてあり、前記コア材料がAA6xxx-シリーズ合金からなり、前記クラッドシートが、Ｍｇ3.6重量％未満を含むAA5xxx-シリーズ合金からなる、アルミニウム複合シート材料の形態にある自動車用車体シート。
   れる。
2. 前記コア材料が、1.1％以下、好ましくは0.9％以下のＣｕをさらに含んでなるAA6xxx-シリーズである、請求項１に記載のシート材料。
3. 前記コア材料が、AA6016、AA6022、AA6056、AA6013、およびAA6111-シリーズ合金からなる群から選択されたアルミニウム合金からなる、請求項１または２に記載のシート材料。
4. 前記クラッドシートが、AA5754、AA5051AまたはAA5018からなる群から選択されたアルミニウム合金を含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシート材料。
5. 前記コア材料の厚さが0.5〜2 mmである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシート材料。
6. 前記コア材料の厚さが0.7〜1.3 mmである、請求項５に記載のシート材料。
7. 前記複合シート材料が、片側にのみクラッドシートを有するコア材料からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシート材料。
8. 前記複合シート材料が、両方のシート表面上にクラッドシートを有するコアシートからなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシート材料。
9. 前記複合シート材料が、両方のシート表面上にクラッドシートを有するコアシートからなり、前記両方の表面上にあるクラッドシートが同じAA5000-シリーズ合金から製造されたものである、請求項８に記載のシート材料。
10. 前記一方または両方のクラッドシートが、前記複合シート材料の総厚の1〜25％の厚さを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシート材料。
11. 前記一方または両方のクラッドシートが、前記複合シート材料の総厚の2〜12％の厚さを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシート材料。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自動車用車体シートから製造された自動車用車体パネル。