JP2015203122A - 表面品質に優れたアルミニウム合金板 - Google Patents

Abstract

【目的】陽極酸化処理後の板表面に樅の木組織が発生することがない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板を提供する。【構成】Ｆｅ：０．２〜０．７％（質量％、以下同じ）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、陽極酸化処理皮膜を形成したアルミニウム合金板であって、該皮膜に固溶状態でＦｅ元素が取り込まれており、板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２重量％以下であることを特徴とする。さらにＭｇ：１．２％以下、Ｓｉ：０．３％以下の１種または２種を含有することもできる。【選択図】なし

Description

本発明は、表面品質に優れたアルミニウム合金板、詳しくは、陽極酸化処理後の板表面に色調の異なる模様、特に、樅の木のシルエットに類似した模様（以下、樅の木組織）が発生しない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板に関する。

近年、輸送機用内装部品、家電用外板、建材パネルに対するアルミニウム合金板の使用が増加しており、製品になった際の優れた表面品質が求められている。例えば、建材パネルの場合、陽極酸化処理後に樅の木組織が発生することがなく均一な色調が得られることが重要である。

樅の木組織は陽極酸化処理後のアルミニウム合金に発生する表面欠陥として知られているが、従来、樅の木組織はＦｅ系の晶出物の状態が原因であるとされ、これまで、Ｆｅ系の晶出物を制御して樅の木組織が発生するのを防止するために種々の検討がなされてきた。ＦｅとＳｉの添加比率の調整や、鋳造時における結晶粒微細化剤であるＡｌ−Ｔｉ−Ｂ、その他の成分の添加条件の見直しが行われ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｂの添加と添加時の溶湯温度の制御なども提案されているが、これらの手法によってもなお樅の木組織が発生することがあり、製造コストが高くなるなどの問題もあって、樅の木組織の問題を十分に解決したとはいえないのが現状である。

特開昭６１−１０４０４４号公報 特開２００３−２９０８７５号公報 特開２０１１−１７４１８２号公報

アルミニウム材料の基礎と工業技術、社団法人軽金属協会、平成１０年６月２５日発行、第４７−５０頁

発明者らは、陽極酸化処理後に樅の木組織が発生しないアルミニウム合金板を得るために、アルミニウム合金の成分元素、合金の組織性状と樅の木組織の発生との関係についてあらためて検討を行った結果、陽極酸化処理後における樅の木組織の発生には、固溶状態で存在するＦｅ元素の存在形態が影響することを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいてさらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、陽極酸化処理後の板表面に樅の木組織が発生することがない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による表面品質に優れたアルミニウム合金板は、Ｆｅ：０．２〜０．７％（質量％、以下同じ）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、陽極酸化処理皮膜を形成したアルミニウム合金板であって、該皮膜に固溶状態でＦｅ元素が取り込まれており、板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２％（重量％、以下同じ）以下であることを特徴とする。

請求項２による表面品質に優れたアルミニウム合金板は、請求項１において、前記アルミニウム合金板が、さらにＭｇ：１．２％以下、Ｓｉ：０．３％以下の１種または２種を含有することを特徴とする。

本発明によれば、陽極酸化処理した際、樅の木組織が発生することがなく、均一な色調をそなえた陽極酸化処理板を得ることを可能とする陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板が提供される。

実施例において、陽極酸化処理板からのＥＰＭＡ面分析用サンプルの採取位置、サイズを示す図である。

本発明による表面品質に優れたアルミニウム合金板における合金成分の意義および限定理由について説明する。
Ｆｅ：
Ｆｅは強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する。好ましい含有量は０．２〜０．７％であり、０．７％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ系の晶出物や析出物を形成し、陽極酸化処理後にこれら金属間化合物に起因する筋模様や皮膜の混濁が発生する。０．２％未満では、熱間圧延中や焼鈍処理中に結晶粒が粗大化することがあり、この場合には、粗大な結晶粒の存在に起因して陽極酸化処理後に模様が発生し易くなる。

Ｍｇ：
Ｍｇは強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は１．２％以下であり、１．２％を超えると固溶状態のＭｇ量が多くなり、陽極酸化処理後に黄色味の強い色調になるため、実使用上問題になることがある。また、固溶Ｍｇの濃度偏析に起因して筋模様が発生する。Ｍｇのさらに好ましい含有範囲は０．４０〜１．２％である。

Ｓｉ：
Ｓｉは強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する。好ましい含有量は０．３％以下であり、０．３％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物やＳｉの析出物を形成し、陽極酸化処理後にこれら金属間化合物の存在に起因して筋模様や皮膜の混濁が発生する。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は０．０５〜０．３％である。

不可避的不純物として、例えばＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎなどがそれぞれ０．０５％以下程度含有していても、本発明の効果に影響を与えることはない。また、鋳造組織微細化剤の添加に起因するＴｉおよびＢについては、それぞれ０．１０％以下程度および０．０５％以下程度含有し得る。本発明において選択成分として添加されるＭｇ、Ｓｉについても、例えば０．０４％以下程度の含有は不可避的不純物とみなされる。

固溶Ｆｅ元素の存在状態：
アルミニウムに対して、Ｆｅ：０．２〜０．７％含有するアルミニウム合金板を、常法に従って、ＤＣ鋳造、均質化処理、熱間圧延を経て製造した場合、もしくは、ＤＣ鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を経て製造した場合、製造されたアルミニウム合金板の表面においては、固溶状態のＦｅ元素が板幅方向で濃度差をもって存在する。板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差を無くすためには、ＤＣ鋳造時に鋳型内の溶湯中のＦｅ濃度を均一化することが効果的であり、具体的な手法としては、例えば、撹拌翼を用いた溶湯撹拌、電磁誘導を利用した磁力撹拌などが挙げられる。固溶状態のＦｅ元素の板幅方向での濃度差を低減するための攪拌条件は、合金組成、鋳造設備の規模や仕様などに応じて適切に調整され、設定される。

本発明は、陽極酸化処理されたアルミニウム合金板の板幅方向において、陽極酸化皮膜中の固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２％以下であることを特徴とし、この特徴をそなえた陽極酸化処理アルミニウム合金板においては板表面に樅の木組織が発生しない。固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２％を超えると、陽極酸化処理後、目視で樅の木組織を判別できるようになり、優れた表面品質が得られなくなる。

固溶状態のＦｅ元素の濃度は電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて、１〜５μｍ径の電子線を照射して発生する蛍光Ｘ線から濃度を測定する分析を行い、板幅方向における各濃度を求める。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。

実施例１、比較例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造により厚さ４００ｍｍ×幅３８５ｍｍの寸法で造塊した。鋳型として、上方６０ｍｍが耐火物による断熱部、下方４０ｍｍが銅による冷却部とした高さ１００ｍｍの鋳型を使用し、その鋳型に対して、溶湯が鋳型上方から２０ｍｍの位置に保たれるように注湯した。

鋳塊は、鋳造速度を５５ｍｍ／分とし、鋳型から２０〜４０ｍｍの部位が４〜５℃／秒で冷却されるような条件で鋳造した。その際、回転方向に対して４５度（°）の傾きを持った高さ２０ｍｍ の４枚の羽根を有する直径１００ｍｍの撹拌翼を、鋳型の中央に撹拌翼下端が鋳型上方から８０ｍｍとなるよう設置して、鋳型内の溶湯を１００ｒｐｍにて撹拌して鋳造する場合（溶湯攪拌：有）と、比較として、溶湯撹拌することなく鋳造する場合（溶湯攪拌：無）の２条件で鋳造を行った。鋳型内上部の溶湯温度は、溶湯撹拌した場合は約６６０℃、溶湯撹拌しなかった場合は６６０〜６８０℃に制御した。

なお、表１ではＦｅ、Ｓｉ、Ｍｇの含有量のみを示した。残りはＡｌおよび不可避的不純物である。表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

得られた１４種類の鋳塊を５８０℃で１２ｈ加熱する条件で均質化処理した後、室温まで冷却し、圧延の上下面および側面に相当する部分を各１０ｍｍ面削した。その後、５００℃まで再加熱して熱間圧延を開始し、厚さ６．０ｍｍまで圧延した。熱間圧延の終了温度は３５０℃とした。続いて、２．０ｍｍまで冷間圧延を行い、４００℃で１ｈ加熱する軟化処理を行った。

得られた板材に対して、燐酸および硫酸による化学研磨を行い、その後、硫酸による陽極酸化処理を行って、１０μｍ厚さの陽極酸化皮膜を形成した。得られた陽極酸化処理材を試験材とし、目視にて樅の木組織など表面欠陥の発生の有無を確認した。また、試験材について、図１に示すように、板幅方向１６か所から１０ｍｍ幅×１０ｍｍ長さのサンプルを２５ｍｍピッチで切出し、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて、下記（１）〜（４）の手順で固溶Ｆｅの濃度を求めた。表２に各試験材における樅の木組織などの表面欠陥の発生の有無を示し、表３に各試験材の板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差（固溶Ｆｅ元素の最大値と最小値との差）を示す。表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

（１）研磨後の板面について、倍率４００〜５００倍のＥＰＭＡ面分析を行う。
（２）分析領域全体のＦｅ量をＦｅ添加量とし、１カウント当たりのＦｅ量を算出する。
（３）晶出物および析出物が生成していない領域において、少なくとも１００ヶ所以上のＦｅのカウントをリストアップする。
（４）（２）および（３）から、晶出物および析出物が形成されていない領域のＦｅ量の平均値を算出し、この値を固溶Ｆｅ濃度とする。

表２、表３に示すように、本発明に従う試験材１〜４はいずれも、陽極酸化処理後のＥＰＭＡ面分析における固溶Ｆｅ元素濃度の差が０．０２％以下で、樅の木組織の発生が無く、粗大結晶粒模様、筋模様、混濁、黄色味も発生しておらず、優れた表面品質を有している。

これに対して、試験材５はＦｅ量が少ないため粗大結晶粒が生じ、これに起因して粗大結晶粒模様が生じた。試験材６はＦｅ量が多いため、また試験材７はＳｉ量が多いため、いずれも金属間化合物が生成し、これに起因して陽極酸化皮膜に混濁が生じた。試験材８はＭｇ量が多いため固溶状態のＭｇ量が多くなり、陽極酸化皮膜が黄色味の強い色調となった。

試験材９〜１２は、鋳型内溶湯を攪拌しなかったため、板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２％を超えたものとなり、いずれも樅の木組織が発生した。試験材１３はＦｅ量が少なく、鋳型内溶湯を攪拌しなかったもので、樅の木組織の発生は無かったが、粗大結晶粒に起因して粗大結晶粒模様が生じた。

試験材１４はＦｅ量が多く、試験材１５はＳｉ量が多く、いずれも鋳型内溶湯を攪拌しなかったもので、金属間化合物の生成に起因して陽極酸化皮膜に混濁、筋模様が生じ、また、板幅方向における固溶Ｍｇ元素の濃度差が０．０２％を超えたものとなり、樅の木組織が発生した。試験材１６はＭｇ量が多く、鋳型内溶湯を攪拌しなかったもので、固溶状態のＭｇ量が多くなり、陽極酸化皮膜が黄色味の強い色調となり筋模様も生じた。また、板幅方向における固溶Ｍｇ元素の濃度差が０．０２％を超えたものとなり、樅の木組織が発生した。

Claims (2)

1. Ｆｅ：０．２〜０．７％（質量％、以下同じ）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、陽極酸化処理皮膜を形成したアルミニウム合金板であって、該皮膜に固溶状態でＦｅ元素が取り込まれており、板幅方向における固溶Ｆｅ元素の濃度差が０．０２％（重量％）以下であることを特徴とする表面品質に優れたアルミニウム合金板。
2. 前記アルミニウム合金板が、さらにＭｇ：１．２％以下、Ｓｉ：０．３％以下の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１記載の表面品質に優れたアルミニウム合金板。

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