JP2013181197A - 樹脂接合用Al−Mg−Si系アルミ合金部材の製造方法及びこの方法で得られた樹脂接合用Al−Mg−Si系アルミ合金部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Mn含有量0.05質量%未満のAl-Mg-Si系アルミ合金基材を500〜600℃及び1〜20時間の条件で溶体化処理し、次いで150〜300℃及び1〜20時間の条件で時効処理を行った後、硫酸及び/又は硝酸の水溶液によるエッチング処理を施し、アルミ合金基材の表面に表面処理層を付与する樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法である。
【選択図】なし
Description
すなわち、MgとSiとを含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金では、溶体化処理及び時効処理の際の温度条件により、図1に示すように、生成したMg2Si金属間化合物の結晶構造が針状(a)→棒状(b)→板状(c)→ランダムな立方体形状(d)の如く変態する。このランダムな立方体形状(d)の結晶構造はMg2Si金属間化合物の板状(c)結晶が重なり合って形成されるが、クロスヘッド型の極微細な凹凸構造は、このようなランダムな立方体形状(d)の結晶構造を有するMg2Si金属間化合物を析出させ、このMg2Si金属間化合物を硫酸及び/又は硝酸の水溶液で溶解させた場合に発現する。ここで、ランダムな立方体形状(d)の結晶構造を有するMg2Si金属間化合物を析出させるためには、焼き入れを十分に行ない、かつ、時効処理の際の温度を高くするのがよく、反対に、析出させないためには、焼き入れを不十分にし、あるいは時効処理の際の温度を低くするのがよい。また、Al-Mg-Si系アルミニウム合金において、Mnの含有量が多い場合には、MnがAl-Mn-Si系アルミニウム合金を作ってMg2Si金属間化合物の形成が阻害されるので、焼き入れが不十分になる可能性が高くなる。この場合には、時効処理の際の温度を上げても針状(a)→棒状(b)→板状(c)への変態が起こらず、結果としてアルミ-樹脂間の接合性にプラスに寄与するクロスヘッド型の極微細な凹凸構造を発現させることができない。また、エキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層は、上記の板状(c)のMg2Si金属間化合物の結晶が重なり合わずに分散した状態のままエッチング処理により溶解した場合に形成されるものと考えられ、また、時効処理の際の温度が高いほどMg2Si金属間化合物の析出量が多くなるので、時効処理の際の温度が高いほどエッチング処理後にエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造が発現し易くなると考えられる。
1.アルミ合金基材の調製
Si:0.21質量%、Mg:0.42質量%、及びMn:0.01質量%を含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金を鋳造炉で鋳造した後、押出加工を行い、2050mm×800mm×3mmの大きさのフラットバー(アルミ合金基材)を成形した。
上で得られたフラットバーについて、520℃及び1時間の条件で溶体化処理を施した後、大気雰囲気下で室温まで自然放冷し、次いで190℃及び3時間の条件で時効処理を実施した。また、得られた溶体化処理及び時効処理後(熱処理後)のフラットバーから、大きさ40mm×40mm×3mmの熱処理後アルミ合金基材を切り出した。
以上のようにして得られた実施例1のアルミ合金部材を射出成形機(NISSEI社製ST10R2V)の金型内にセットし、熱可塑性樹脂として、充填剤を含むポリフェニレンスルフィド樹脂(ポリプラスチックス社製PPS、グレード名1140A6)を用い、射出時間(保圧時間を含む)5秒、射出速度60mm/秒、保圧力90MPa、成形温度310℃、及び金型温度180℃の成形条件で射出成形し、図30に示すように、40mm×40mm×3mmの大きさのアルミ合金部材1の表面に、長辺長さ40mm×短辺長さ10mm×高さ5mmの大きさの樹脂成形体2が40mm×10mm×5mmの面積で一体的に接合された実施例1のアルミ−樹脂複合体を調製した。この実施例1のアルミ−樹脂複合体については、樹脂側表面観察用とせん断破壊荷重測定試験用のために2つ作製した。
実施例1で得られたアルミ−樹脂複合体を10wt%-水酸化ナトリウム水溶液に80℃で10時間浸漬し、アルミ−樹脂複合体のアルミ側を完全に除去し、樹脂側表面観察用の試験体を作製し、得られた試験体の表面を走査型電子顕微鏡(日立製FE-SEM、S-4500形)で観察し、アルミ−樹脂複合体におけるアルミ−樹脂接合界面における樹脂成形体側表面の形状を調べ、クロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の凹凸構造の存在比率を調べた。この時に得られた樹脂成形体表面のSEM画像を図4に示すと共に、結果を表1に示す。
次に、剪断強度測定試験機(島津製作所製:100kNオートグラフ)を用い、図31に示すように、その試験片固定用治具3に上記のせん断破壊加重測定試験用のアルミ樹脂試験片を図示外のボルトで固定し、接合部から0.1mm離れた位置で樹脂成形体2上に押しジグ4を当て、この押しジグ4により樹脂成形体2に剪断荷重を加え、アルミ部材試験片1と樹脂成形体2との間の接合部の剥離状態(剪断強度)を調べた。この時の剥離形態について、樹脂成形体2の樹脂がアルミ部材試験片1側に接合面積の70%以上の割合で残る「凝集破壊」である場合を最良好(◎)とし、また、樹脂がアルミ部材試験片1側に一部でも残る「凝集破壊」である場合を良好(○)とし、更に、樹脂がアルミ部材試験片1側に残らずに剥離が接合界面で発生した場合を不良(×)として評価した。結果は最良好(◎)であった。
結果を表1に示す。
Mg、Si、及びMnについて表1に示す組成を有するAl-Mg-Si系アルミニウム合金を鋳造炉で鋳造した後、実施例1と同様にしてフラットバー(アルミ合金基材)を成形し、次いで表1に示す条件で溶体化処理、時効処理、及び硫酸水溶液でのエッチング処理を施した以外は、実施例1と同様にして実施例2〜6及び比較例1、2の各アルミ合金部材を調製した。
実施例1と同様にして得られた熱処理後アルミ合金基材について、実施例1と同様の前処理を行った後、10wt%-硝酸水溶液中に30℃で10分間浸漬した後に水洗するエッチング処理を施し、次いで水洗した後に、80℃の熱風で5分間乾燥させ、アルミ合金部材を作製した。
結果を表1に示す。
実施例3で得られたアルミ合金部材表面のSEM画像を図10に、その画像処理後の処理画像を図11に、また、樹脂成形体表面のSEM画像を図12にそれぞれ示す。
実施例5で得られたアルミ合金部材表面のSEM画像を図18に、その画像処理後の処理画像を図19に、また、樹脂成形体表面のSEM画像を図20にそれぞれ示す。
また、比較例2で得られたアルミ合金部材表面のSEM画像を図27に、その画像処理後の処理画像を図28に、また、樹脂成形体表面のSEM画像を図29にそれぞれ示す。
Claims (6)
- Mnの含有量が0.05質量%未満であるAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金基材を500〜600℃及び1〜20時間の条件で溶体化処理し、次いで冷却した後に150〜300℃及び1〜20時間の条件で時効処理を行った後、硫酸及び/又は硝酸の水溶液からなる酸性エッチング液によるエッチング処理を施し、前記アルミ合金基材の表面に表面処理層を付与することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
- 前記時効処理の処理温度が200〜300℃である請求項1に記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
- Al-Mg-Si系アルミニウム合金が、Mgを0.2〜4.0質量%の範囲で含有すると共に、Siを0.1〜2.5質量%の範囲で含有する請求項1又は2に記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
- 時効処理終了後エッチング処理に先駆けて、酸水溶液に浸漬した後にアルカリ水溶液に浸漬する前処理を施す請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
- エッチング処理の処理条件が、20〜90℃及び処理時間1〜20分である請求項1〜4の何れかに記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
- 請求項1〜5に記載のいずれかの方法によって得られ、表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を有することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材。
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