JP2019039060A - アルミニウム部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、本実施形態のアルミニウム部材10は、基材12と、陽極酸化皮膜14と、を備える。以下において、これらの構成要素を説明する。
基材12は、0質量%〜10質量%のマグネシウムと、0.1質量%以下の鉄と、0.1質量%以下のケイ素と、を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム又はアルミニウム合金により形成される。本実施形態では、アルミニウム又はアルミニウム合金中のマグネシウムの含有量を0質量%〜10質量%としている。本実施形態では、マグネシウムは必ずしも基材12に含有されている必要はないが、基材12にマグネシウムを含有させることにより、アルミニウムとマグネシウムとが固溶して、基材12の強度を向上させることができる。また、マグネシウムの含有量を10質量%以下とすることにより、基材12の耐食性の低下を抑制しつつ、基材12の強度を向上させることができる。なお、マグネシウムの含有量は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。また、マグネシウムの含有量は、8質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
陽極酸化皮膜14は、基材12の表面12aに形成される。このような陽極酸化皮膜14により、耐食性や耐摩耗性などを向上させることができる。陽極酸化皮膜14は、一般的には、基材12側に配置されたバリヤ層と、バリヤ層に対して基材12と反対側に配置され、中心部に微細孔を有する複数の皮膜セルを含む多孔質層と、を含む。微細孔の孔径は特に限定されないが、一般的には10nm〜100nm程度である。
本実施形態のアルミニウム部材の製造方法は、特に限定されないが、図2に示すように、例えば基材調整工程S1と、ブラスト処理工程S2と、エッチング工程S3と、陽極酸化処理工程S4と、研磨工程S5と、を備えていてもよい。以下、各工程について詳細に説明する。
基材調整工程S1では、基材12を調整することができる。基材12を調整する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、所定の元素を有する溶湯の調整、鋳造、圧延、熱処理などにより、基材12を作製することができる。また、基材12は、鋳造後、圧延後又は熱処理後、特段の表面処理をせずに、そのまま用いてもよい。また、基材12は、フライス盤による研削、並びに、エメリー紙、バフ研磨及び電解研磨等により表面12aを研磨して用いてもよい。なお、基材12の表面12aは、研磨により、算術平均粗さRaを100nm未満程度に調整して用いてもよい。基材12の表面の算術平均粗さRaを100nm未満とすることにより基材12の明度が高くなる。そのため、ブラスト処理工程S2、エッチング工程S3及び陽極酸化処理工程S4を経ても、より紙に近い白色外観を有するアルミニウム部材10を得ることができる。
ブラスト処理工程S2では、ブラスト処理により、基材12の表面12aに粒子を衝突させて凹凸を形成することができる。ブラスト処理の条件は特に限定されず、上記のように、陽極酸化皮膜14除去後の陽極酸化皮膜14側における基材12の表面12aの算術平均粗さSa、最大高さ粗さSz及び粗さ曲線要素の平均長さRsmをそれぞれ所定の範囲にすることができればよい。なお、ブラスト処理の方法は特に限定されず、例えばウェットブラスト及びドライブラストの少なくともいずれか一方を用いることができる。
エッチング工程S3では、ブラスト処理工程S2で形成された基材12の表面12aの凹凸の角を取り除き、凹凸を滑らかにすることができる。エッチングの条件は特に限定されず、上記のように、陽極酸化皮膜14除去後の陽極酸化皮膜14側における基材12の表面12aの算術平均粗さSa、最大高さ粗さSz及び粗さ曲線要素の平均長さRsmをそれぞれ所定の範囲にすることができればよい。
本実施形態のアルミニウム部材の製造方法は、基材12の表面12aを陽極酸化処理して陽極酸化皮膜14を形成する工程を備えていてもよい。陽極酸化処理の方法は特に限定されず、例えば基材12を陽極に設置し、電解質水溶液を電気分解することによって基材12の表面12aを酸化させることができる。なお、上記のように、基材12がエッチングされた場合、本実施形態のアルミニウム部材の製造方法は、エッチングした基材12の表面12aを陽極酸化処理して陽極酸化皮膜14を形成する工程を備えることが好ましい。
研磨工程S5では、陽極酸化皮膜14の表面14aを研磨して平滑にすることができる。陽極酸化皮膜14の表面14aを平滑にすることで、陽極酸化皮膜14の表面14aでの光の拡散反射を抑制することができ、陽極酸化皮膜14の表面14aの光の反射率を向上させることができる。したがって、研磨工程S5により、アルミニウム部材10のL*値をより向上させることができる。
圧延処理した3mm厚のアルミニウム合金板から50mm×50mmの試験片を切り取り、基材を準備した。なお、基材は、4質量%のマグネシウム(Mg)と、0.02質量%の鉄(Fe)と、0.02質量%のケイ素と、を含有し、残部がアルミニウム(Al)及び不可避不純物である。
粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号1000(最大粒子径32.0μm 平均粒子径11.5±1.0μm)を用い、エッチング時間を30秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号2000(最大粒子径19.0μm 平均粒子径6.7±0.6μm)を用い、エッチング時間を30秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号4000(最大粒子径11.0μm 平均粒子径3.0±0.4μm)を用い、エッチング時間を5秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
ドライブラストに代えてウェットブラストにより基材の表面に凹凸を形成した。また、粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号1200(最大粒子径27.0μm 平均粒子径9.5±0.8μm)を用いた。また、エッチング時間を30秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
ウェットブラストにより陽極酸化皮膜の表面を研磨した。それ以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
シリウス処理により陽極酸化皮膜の表面を研磨した。それ以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
バフ研磨により陽極酸化皮膜の表面を研磨した。それ以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号400(最大粒子径75.0μm 平均粒子径30.0±2.0μm)を用い、エッチング時間を30秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
ドライブラストに代えてウェットブラストにより基材の表面に凹凸を形成した。また、粒番号800の粒子に代えて、株式会社不二製作所製のフジランダムWA 粒番号8000(最大粒子径6.0μm 平均粒子径1.2±0.3μm)を用いた。また、エッチング時間を60秒とした。上記以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
4質量%のマグネシウム(Mg)と、0.1質量%の鉄(Fe)と、0.3質量%のケイ素と、を含有し、残部がアルミニウム(Al)及び不可避不純物である基材を用いた。上記以外は、実施例5と同様にしてアルミニウム部材を作製した。
各例で得られたアルミニウム部材において、算術平均粗さSa、最大高さ粗さSz、粗さ曲線要素の平均長さRsm、色調、外観をそれぞれ以下の通り評価した。各例の詳細と評価結果をそれぞれ表1及び表2に示す。
まず、JIS H8688:2013に準じ、上記のようにして得られたアルミニウム部材をリン酸クロム酸(VI)溶液に浸し、陽極酸化皮膜を溶解させて除去した。そして、基材の陽極酸化皮膜側の表面の算術平均粗さSa及び最大高さ粗さSzをISO25178に準じて測定した。なお、算術平均粗さSa及び最大高さ粗さSzの測定条件は以下の通りである。
装置:ブルカー・エイエックスエス株式会社 3次元白色干渉型顕微鏡 ContourGT−I
測定範囲:60μm×79μm
対物レンズ:115倍
内部レンズ:1倍
まず、JIS H8688:2013に準じ、上記のようにして得られたアルミニウム部材の陽極酸化皮膜をリン酸クロム酸(VI)溶液に溶解させて除去した。そして、基材の陽極酸化皮膜側の表面における粗さ曲線要素の平均長さRsmをJIS B0601:2013に準じて測定した。なお、粗さ曲線要素の平均長さRsmの測定条件は以下の通りである。
装置:ブルカー・エイエックスエス株式会社 3次元白色干渉型顕微鏡 ContourGT−I
カットオフλc:80μm
対物レンズ:115倍
内部レンズ:1倍
測定距離:79μm
JIS Z8722に準拠し、色彩色差計により、陽極酸化皮膜の表面からアルミニウム部材の色調を測色し、L*値、a*値及びb*値をそれぞれ求めた。なお、測色条件は以下の通りである。
色彩色差計:コニカミノルタジャパン株式会社製 CR400
照明・受光光学系:拡散照明垂直受光方式(D/0)
観察条件:CIE2°視野等色関数近似
光源:C光源
表色系:L*a*b*
陽極酸化皮膜の表面に対して垂直方向にした時及び垂直方向から傾斜させた時のアルミニウム部材の色調を、目視にて評価した。
12 基材
12a 表面
14 陽極酸化皮膜
14a 表面
基材調整工程S1では、基材12を調整することができる。基材12を調整する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、所定の元素を有する溶湯の調整、鋳造、圧延、熱処理などにより、基材12を作製することができる。また、基材12は、鋳造後、圧延後又は熱処理後、特段の表面処理をせずに、そのまま用いてもよい。また、基材12は、フライス盤による研削、並びに、エメリー紙、バフ研磨及び電解研磨等により表面12aを研磨して用いてもよい。なお、基材12の表面12aは、研磨により、算術平均粗さSaを100nm未満程度に調整して用いてもよい。基材12の表面の算術平均粗さSaを100nm未満とすることにより基材12の明度が高くなる。そのため、ブラスト処理工程S2、エッチング工程S3及び陽極酸化処理工程S4を経ても、より紙に近い白色外観を有するアルミニウム部材10を得ることができる。
Claims (6)
- 0質量%〜10質量%のマグネシウムと、0.1質量%以下の鉄と、0.1質量%以下のケイ素と、を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム又はアルミニウム合金により形成された基材と、
前記基材の表面に形成された陽極酸化皮膜と、
を備え、
前記陽極酸化皮膜除去後の前記陽極酸化皮膜側における前記基材の表面の算術平均粗さSaが0.1μm〜0.5μmであり、最大高さ粗さSzが0.2μm〜5μmであり、粗さ曲線要素の平均長さRsmが0.5μm〜10μmであるアルミニウム部材。 - 前記陽極酸化皮膜側から測定した前記アルミニウム部材のL*a*b*表色系におけるL*値が85〜100であり、a*値が−1〜+1であり、b*値が−1.5〜+1.5である請求項1に記載のアルミニウム部材。
- 前記陽極酸化皮膜の表面の算術平均粗さSaが0μm〜0.45μmであり、前記L*値が85.5〜100である請求項2に記載のアルミニウム部材。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム部材の製造方法であって、
前記陽極酸化皮膜の表面を、ブラスト研磨及びバフ研磨の少なくともいずれか一方により研磨する工程を備えるアルミニウム部材の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム部材の製造方法であって、
硫酸、リン酸及びシュウ酸からなる群より選択される少なくとも1種の水溶液で前記基材の表面を陽極酸化処理し、前記陽極酸化皮膜を形成する工程を備えるアルミニウム部材の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム部材の製造方法であって、
20μm以下の平均粒子径を有する粒子を、前記基材の表面に衝突させる工程と、
前記粒子を衝突させた基材を、酸性溶液及びアルカリ性溶液の少なくともいずれか一方によりエッチングする工程と、
前記エッチングした基材の表面を陽極酸化処理して前記陽極酸化皮膜を形成する工程と、
を備えるアルミニウム部材の製造方法。
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