JP2020084307A - アルミニウム部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも簡便な一次処理で得られ、白色度が高く、白色ムラが抑制されたアルミニウム部材及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を準備する工程と、前記母材に対して、（ａ）無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩と、（ｂ）無水酸である第２の酸とを含む電解液中で陽極酸化処理を行う工程と、を有し、前記第１の酸又はその塩の濃度が０．０１〜２．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であり、前記第２の酸の濃度が０．０１〜５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３である、アルミニウム部材の製造方法である。【選択図】なし
Description
本発明は、アルミニウム部材及びその製造方法に関し、特に、二次処理以上の複雑な工程を要せず、簡便な一次処理で得られ、白色度が高く、白色ムラが抑制されたアルミニウム部材及びその製造方法に関する。
建材、電子機器の筐体等の軽量化、意匠性が要求される用途において、不透明白色を有するアルミニウム部材が望まれている。しかしながら、不透明白色は、アルミニウム部材の陽極酸化処理において適用される一般的な染色及び着色方法によっては達成することが困難な色調である。そこで、従来から不透明白色を有するアルミニウム系材料の製造について検討されている。
特許文献１には、バリア型陽極酸化処理後に電流回復を伴うポーラス型陽極酸化処理を行い、被膜構造を変化させることにより、白色表面を有するアルミニウム部材を製造する方法が開示されている。特許文献２には、陽極酸化処理により形成された細孔に顔料を充填することによりアルミニウム部材を着色する方法が開示されている。
しかしながら、従来の白色表面を有するアルミニウム部材の製造方法は、二次処理以上のさらなる工程など複雑な電解工程が必要である。また、交流電解に必要な高額の設備投資を行わなければならないという設備上の問題もある。さらに、従来のアルミニウム部材の製造方法では、未だ十分な白色度のアルミニウム部材が得られていなかった。また、意匠性の観点から、白色ムラをできる限り抑制し、外観特性にも優れたアルミニウム部材の開発が望まれている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便な一次処理で得られ、白色度が高く、白色ムラが抑制されたアルミニウム部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、陽極酸化被膜の表面粗さとして、高さ方向の粗さパラメータである算術平均粗さＲａと、横方向の粗さパラメータである粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとを適切に制御することで、アルミニウム部材の白色度が高まり、さらには白色ムラを抑制できることを見出した。
また、本発明者らは、特定の組成を有する電解液を用いてアルミニウム部材の陽極酸化処理を行うことにより、二次処理以上の複雑な工程を経ず、簡便な一次処理で、白色度が高く、白色ムラが抑制されたアルミニウム部材が得られることを見出した。
本発明の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材と、該母材の表面上に陽極酸化被膜とを有し、前記陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材の、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であり、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが１０μｍ以下であり、かつハンター白色度が６０〜９０である、アルミニウム部材である。
本発明の態様は、前記算術平均粗さＲａと前記粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの関係式が、０．１≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．２を満たし、前記陽極酸化被膜の表面側から測定した前記アルミニウム部材のハンター白色度が７０〜９０である、アルミニウム部材である。
本発明の態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を準備する工程と、前記母材に対して、（ａ）無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩と、（ｂ）無水酸である第２の酸とを含む電解液中で陽極酸化処理を行う工程と、を有し、前記第１の酸又はその塩の濃度が０．０１〜２．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であり、前記第２の酸の濃度が０．０１〜５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３である、アルミニウム部材の製造方法である。
本発明の態様は、前記陽極酸化処理を行う工程において、電流密度が５〜３０ｍＡ・ｃｍ−２である、アルミニウム部材の製造方法である。
本発明の態様は、前記陽極酸化処理を行う工程において、電解液の温度が０〜８０℃である、アルミニウム部材の製造方法である。
本発明の態様は、前記陽極酸化処理を行う工程において、電解時間が１０〜６００分である、アルミニウム部材の製造方法である。
本発明により、従来よりも簡便な一次処理で得られ、白色度が高く、白色ムラが抑制されたアルミニウム部材、及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
＜アルミニウム部材＞
本発明に係るアルミニウム部材は、母材と、母材の表面上に陽極酸化被膜とを有する。以下では、一実施形態に係るアルミニウム部材の構成要素について説明する。
本発明に係るアルミニウム部材は、母材と、母材の表面上に陽極酸化被膜とを有する。以下では、一実施形態に係るアルミニウム部材の構成要素について説明する。
（母材）
母材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、いずれであってもよい。母材の材質は、アルミニウム部材の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、アルミニウム部材の強度を高くする観点から、母材は５０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金であることが好ましい。また、陽極酸化処理後のアルミニウム部材の白色度を高くする観点から、母材は、陽極酸化処理による着色が起こりにくい１０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金であることが好ましい。
母材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、いずれであってもよい。母材の材質は、アルミニウム部材の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、アルミニウム部材の強度を高くする観点から、母材は５０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金であることが好ましい。また、陽極酸化処理後のアルミニウム部材の白色度を高くする観点から、母材は、陽極酸化処理による着色が起こりにくい１０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金であることが好ましい。
（陽極酸化被膜）
陽極酸化被膜は、母材の表面上に形成されたバリア層と、該バリア層上に形成されたポーラス層とを有する。陽極酸化被膜の厚さは、特に限定されるものではないが、全体として、６〜１００μｍであることが好ましく、６〜８０μｍであることがより好ましい。陽極酸化被膜の厚さが１００μｍを超えると、電解時間が長くなり、生産性の低下を招く上、不均一成長に伴うムラが発生して外観不良となる傾向にある。
陽極酸化被膜は、母材の表面上に形成されたバリア層と、該バリア層上に形成されたポーラス層とを有する。陽極酸化被膜の厚さは、特に限定されるものではないが、全体として、６〜１００μｍであることが好ましく、６〜８０μｍであることがより好ましい。陽極酸化被膜の厚さが１００μｍを超えると、電解時間が長くなり、生産性の低下を招く上、不均一成長に伴うムラが発生して外観不良となる傾向にある。
バリア層の厚さは、特に限定されるものではないが、干渉による着色を抑制し、白色度をより高くする観点から、１０〜１５０ｎｍであることが好ましい。
ポーラス層の孔は、ポーラス層とバリア層の境界からポーラス層の厚さ方向に伸びる。この時、ポーラス層の表面に向かってポーラス層の厚さ方向を放射状に分岐して伸びていてもよい。すなわち、ポーラス層の表面に近づくにつれて、一つの孔から所定の角度で分岐して一つ以上の孔が伸び、さらにこの孔から所定の角度で分岐して一つ以上の孔が伸びる、というように一つの孔から分岐した一つ以上の孔が所定の角度範囲に広がって存在してもよい。
ポーラス層の厚さは、特に限定されるものではないが、干渉による着色を抑制し、白色度をより高くする観点から、６μｍ以上１００μｍ未満であることが好ましく、８〜７５μｍであることがより好ましく、１０〜５０μｍであることがさらに好ましい。ポーラス層の厚さが６μｍ未満では、乱反射による光の拡散が不十分となるため、陽極酸化被膜が透明になりやすい。陽極酸化被膜が透明になると、アルミニウム部材全体での色調が母材の色調に近くなるため、所望とする白色度を得ることが困難となる。尚、ポーラス層の厚さの上限値である１００μｍ未満は、陽極酸化被膜の厚さの上限値である１００μｍに基づく。
図１は、本発明に係るアルミニウム部材の一実施形態を模式的に表す概略図である。図１に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材１の表面上に、陽極酸化被膜２が形成されている。陽極酸化被膜２は、母材１の表面上に形成されたバリア層３と、バリア層３上に形成されたポーラス層４とを有する。
（算術平均粗さＲａ）
アルミニウム部材は、０．１μｍ以上の算術平均粗さＲａを有する。具体的には、陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材の算術平均粗さＲａが、０．１μｍ以上であり、０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。粗さ曲線の算術平均粗さＲａは、陽極酸化被膜の表面の凹凸構造における粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を単位長さで割った値であり、比表面積の程度を表しているともいえる。アルミニウム部材の粗さ曲線の算術平均粗さＲａが大きくなるほど、光を散乱する面積が増え、観察者はアルミニウム部材を白く視認できる傾向にある。このような算術平均粗さＲａは、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準じて測定することができる。一方、算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満では、光を散乱する面積が少ないため、アルミニウム部材固有の色調を低減できない。その結果、陽極酸化被膜に照射した光を十分に散乱させることができず、高い白色度を有するアルミニウム部材を得ることが困難となる。
アルミニウム部材は、０．１μｍ以上の算術平均粗さＲａを有する。具体的には、陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材の算術平均粗さＲａが、０．１μｍ以上であり、０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。粗さ曲線の算術平均粗さＲａは、陽極酸化被膜の表面の凹凸構造における粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を単位長さで割った値であり、比表面積の程度を表しているともいえる。アルミニウム部材の粗さ曲線の算術平均粗さＲａが大きくなるほど、光を散乱する面積が増え、観察者はアルミニウム部材を白く視認できる傾向にある。このような算術平均粗さＲａは、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準じて測定することができる。一方、算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満では、光を散乱する面積が少ないため、アルミニウム部材固有の色調を低減できない。その結果、陽極酸化被膜に照射した光を十分に散乱させることができず、高い白色度を有するアルミニウム部材を得ることが困難となる。
アルミニウム部材は、１０μｍ以下の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを有する。具体的には、陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが１０μｍ以下であり、８．０μｍ以下であることが好ましく、６．０μｍ以下であることがより好ましい。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、一定以上の高低差を持つ凹凸構造の周期（凹凸の平均間隔）を表している。アルミニウム部材の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが小さくなるほど、光を散乱する面積が増え、観察者はアルミニウム部材を白く視認できる傾向にある。このような粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準じて測定することができる。アルミニウム部材の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが１０μｍを越えると、光を散乱する面積が少ないため、アルミニウム部材固有の色調が表れやすくなる。その結果、陽極酸化被膜に照射した光を均一に散乱させることができず、アルミニウム部材に白色ムラが発生しやくなる。
アルミニウム部材は、６０〜９０のハンター白色度を有する。具体的には、陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材のハンター白色度が、６０〜９０であり、７０〜９０であることが好ましく、８０〜９０であることがより好ましい。尚、ハンター白色度とは、ＪＩＳ Ｐ８１２３の規格に準拠して得られるハンター白色度試験方法により測定された数値を意味する。ハンター白色度が大きいほど、アルミニウム部材は高い白色度（不透明白色度）を有する。アルミニウム部材が６０〜９０の高いハンター白色度を有することにより、アルミニウム部材は好適な不透明白色を有すると共に、アルミニウム部材に優れた意匠性を付与することができる。
粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍに対する算術平均粗さＲａの比として、算術平均粗さＲａと粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの関係式が、０．１≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．２を満たすことが好ましく、０．２≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．１を満たすことがより好ましく、０．３≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．０を満たすことがさらに好ましい。高さ方向の粗さを表す算術平均粗さＲａと、横方向の粗さを示す粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの比であるＲａ/ＲＳｍは、粗さ曲線の鋭さを表す。算術平均粗さＲａと粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの関係式が、０．１≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．２を満たすことにより、陽極酸化被膜に照射した光を効率的に散乱させることができ、ハンター白色度が向上するため、観察者はアルミニウム部材をより白く視認できる傾向にある。
＜アルミニウム部材の製造方法＞
本発明に係るアルミニウム部材の製造方法は、母材を準備する工程と、母材に対して特定の電解液中で陽極酸化処理を行う工程とを有する。すなわち、一次処理として所定の陽極酸化処理が行われれば、該一次処理とは異なるさらなる電解液の使用、陽極酸化処理後に続く他の複雑な処理等、さらなる二次処理、三次処理を行わなくても所望とする高い白色度を有するアルミニウム部材を作製することができる。このように、本発明に係るアルミニウム部材の製造方法では、簡便な一次処理で白色度の高いアルミニウム部材を提供することができるため、より効率的に白色度の高いアルミニウム部材を製造することができる。以下、一実施形態に係るアルミニウム部材の製造方法における各工程について、詳細に説明する。
本発明に係るアルミニウム部材の製造方法は、母材を準備する工程と、母材に対して特定の電解液中で陽極酸化処理を行う工程とを有する。すなわち、一次処理として所定の陽極酸化処理が行われれば、該一次処理とは異なるさらなる電解液の使用、陽極酸化処理後に続く他の複雑な処理等、さらなる二次処理、三次処理を行わなくても所望とする高い白色度を有するアルミニウム部材を作製することができる。このように、本発明に係るアルミニウム部材の製造方法では、簡便な一次処理で白色度の高いアルミニウム部材を提供することができるため、より効率的に白色度の高いアルミニウム部材を製造することができる。以下、一実施形態に係るアルミニウム部材の製造方法における各工程について、詳細に説明する。
（母材を準備する工程）
最初に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を準備する。アルミニウム合金としては特に限定されないが、上述のように、１０００系アルミニウム合金、５０００系アルミニウム合金及び６０００系アルミニウム合金を挙げることができる。
最初に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を準備する。アルミニウム合金としては特に限定されないが、上述のように、１０００系アルミニウム合金、５０００系アルミニウム合金及び６０００系アルミニウム合金を挙げることができる。
（母材に対して陽極酸化処理を行う工程）
陽極酸化処理は、母材に対して、（ａ）無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩と、（ｂ）無水酸である第２の酸とを含む電解液中で行う。陽極酸化処理により、母材の表面上に、所定の厚さのバリア層と、バリア層上に所定の厚さのポーラス層とを有する陽極酸化被膜が形成される。陽極酸化処理の条件は、母材の表面上に陽極酸化被膜全体として、６〜１００μｍの厚さに形成される条件に設定することが好ましい。
陽極酸化処理は、母材に対して、（ａ）無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩と、（ｂ）無水酸である第２の酸とを含む電解液中で行う。陽極酸化処理により、母材の表面上に、所定の厚さのバリア層と、バリア層上に所定の厚さのポーラス層とを有する陽極酸化被膜が形成される。陽極酸化処理の条件は、母材の表面上に陽極酸化被膜全体として、６〜１００μｍの厚さに形成される条件に設定することが好ましい。
無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩は、主に母材の表面上で被膜の形成と溶解のために使用され、無水酸である第２の酸は、主に陽極酸化被膜の表面上で溶解と再形成を行うために使用される。このように、陽極酸化処理において、特定の第１の酸又はその塩と、特定の第２の酸の両方を含む電解液を使用することにより、これらの物質が相乗的に作用し、意匠性に優れ、ハンター白色度が６０〜９０のアルミニウム部材を陽極酸化処理による一次処理で作製することができる。
第１の酸としての無機酸又はその塩は、特に限定されるものではないが、例えば、硫酸、リン酸、クロム酸及びこれらの塩からなる群より選択された少なくとも一種の無機酸又はその塩を挙げることができる。
第１の酸である有機カルボン酸又はその塩としては、シュウ酸、環状オキソカルボン酸、酒石酸、マレイン酸及びこれらの塩などを挙げることができる。環状オキソカルボン酸は、例えば、クロコン酸、ロジゾン酸又はスクアリン酸であることが好ましい。
第２の酸である水和物を含まない無水の酸としての無水酸は、特に限定されるものではないが、無水トリメリット酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸、二リン酸、三リン酸及びポリリン酸からなる群から選択される少なくとも一種の無水酸を挙げることができる。これらの無水酸の中でも、バッファー効果により安定的に処理しやすい点から、二リン酸、三リン酸及びポリリン酸からなる群から選択される少なくとも一種の無水酸であることが好ましい。
電解液中の第１の酸又はその塩の濃度は、０．０１〜２．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であり、０．０５〜１．５ｍｏｌ・ｄｍ−３であることが好ましい。第１の酸又はその塩の濃度が０．０１ｍｏｌ・ｄｍ−３未満では、母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができず、陽極酸化被膜に照射した光を均一に散乱させることができないため、外観不良（白色ムラ）を生じやすい。一方、第１の酸又はその塩の濃度が２．０ｍｏｌ・ｄｍ−３を超えると、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことが困難である。また、電解液の溶解力が高くなり、陽極酸化被膜を成長させるために電流密度が過剰となるため、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍが大きくなる。そのため、光を均一に散乱させることができず、外観不良（白色ムラ）が生じやすい。
電解液中の第２の酸の濃度は、主に算術平均粗さＲａに寄与し、０．０１〜５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であり、０．１〜２．５ｍｏｌ・ｄｍ−３であることが好ましい。第２の酸の濃度が、０．０１ｍｏｌ・ｄｍ−３未満では、陽極酸化被膜の表面上で溶解と再形成を有効に行うことができず、陽極酸化被膜の表面に所望の算術平均粗さＲａを有する凹凸構造（表面の粗さ曲線）が得られない。そのため、光を十分に散乱させることができず、高い白色度が得られにくい。一方、第２の酸の濃度が５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３を超えると、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことが困難であり、外観不良（白色ムラ）が生じやすくなる。そのため、第２の酸の濃度を０．０１〜５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３の範囲に制御することにより、高い白色度を有し、さらには表面の粗さ曲線が均一である意匠性に優れたアルミニウム部材を得ることができる。
陽極酸化処理時の電解時間は、主に算術平均粗さＲａに寄与し、１０〜６００分であることが好ましく、３０〜３００分であることがより好ましい。電解時間が１０分未満では、陽極酸化被膜の膜厚が薄く、所望の厚さの陽極酸化被膜が得られない傾向にある。一方、電解時間が６００分を超えても算術平均粗さＲａはほとんど変化せず、生産効率が悪いため好ましくない。
陽極酸化処理時の電流密度は、主に粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍに寄与し、５〜３０ｍＡ・ｃｍ−２であることが好ましく、１０〜３０ｍＡ・ｃｍ−２であることがより好ましい。電流密度が５ｍＡ・ｃｍ−２以上であることにより、陽極酸化被膜の成膜速度を早めつつ、十分な厚さの陽極酸化被膜を得ることができる。また、電流密度が３０ｍＡ・ｃｍ−２以下であることにより、母材の表面上での陽極酸化被膜の形成と溶解をより緻密に行うことができ、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍが大きくなり過ぎることを抑制できる。
陽極酸化処理時の電解液の温度（液温）は、主に粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍに寄与し、０〜８０℃であることが好ましく、２０〜８０℃であることがより好ましい。電解液の温度が０℃以上であることにより、陽極酸化被膜の成膜速度を早めつつ、十分な厚さの陽極酸化被膜を得ることができる。また、電解液の温度が８０℃以下であることにより、母材の表面上での陽極酸化被膜の形成と溶解を緻密に行うことができ、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍが大きくなり過ぎることを抑制できる。
このように、陽極酸化処理の条件、特に、電解液中の第１の酸又はその塩の濃度、第２の酸の濃度、さらには陽極酸化処理時の電解時間、電流密度及び電解液の温度を調整することにより、粗さ曲線の鋭さを表すＲａ/ＲＳｍの比を所望の範囲に制御することができる。
陽極酸化処理を行う前に、必要に応じて、母材に対して脱脂処理、研磨処理等の下地処理を行ってもよい。例えば、下地処理としてアルカリ脱脂処理を行うことにより、陽極酸化被膜のグロス値を低くし、艶のない白色を呈するアルミニウム部材を得ることができる。一方、下地処理として化学研磨、機械研磨、電解研磨等の研磨処理を行うことにより、陽極酸化処理のグロス値を高くし、艶のある白色を呈するアルミニウム部材を得ることができる。アルミニウム部材の白色度及びグロス値をより高くする観点からは、陽極酸化処理を行う前に、母材に電解研磨処理を行うことが好ましい。尚、母材に対して陽極酸化処理を行った後、必要に応じて封孔処理等の後処理を行ってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下に示す例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜その構成を変更することができる。
下記表１及び２に示すアルミニウム合金からなる母材を準備し、表１及び２に示す条件で母材に対して陽極酸化処理を行い、実施例１〜３４及び比較例２〜８のアルミニウム部材を作製した。一方、比較例１では、母材に対して陽極酸化処理を行わなかった。尚、表１中に母材合金種として記載されている「１１００」は１０００系アルミニウム合金であり、「５０５２」は５０００系アルミニウム合金であり、「６０６３」は６０００系アルミニウム合金である。また、下地処理として、アルカリ脱脂は５質量％のＮａＯＨを用いて行い、化学研磨はリン酸と硫酸を７：３の体積割合で混合した溶液を用いて行い、機械研磨はバフ研磨機を用いて行い、電解研磨は氷酢酸と過塩素酸を４：１の体積割合で混合した溶液を用いて行った。
上記表１及び２で作成した実施例１〜３４及び比較例１〜８のアルミニウム部材について、下記に示す測定及び評価を行った。これらの測定及び評価結果を表３及び４に示す。ハンター白色度、白色ムラ及び陽極酸化被膜の粗さは、以下のように測定した。表３及び４中の「判定」については、白色ムラがなくハンター白色度が７０以上である場合を「◎」、白色ムラがなくハンター白色度が６０以上７０未満である場合を「○」、ハンター白色度が６０未満である場合及び／又は白色ムラがある場合を「×」とした。
＜ハンター白色度＞
得られたアルミニウム部材について、ＪＩＳ Ｚ８７８１−４：２０１３に規定の国際照明委員会（ＣＩＥ）で規格化されたＬ＊ａ＊ｂ＊を測色計で測定し、下記式によりハンター白色度に換算して評価した。
得られたアルミニウム部材について、ＪＩＳ Ｚ８７８１−４：２０１３に規定の国際照明委員会（ＣＩＥ）で規格化されたＬ＊ａ＊ｂ＊を測色計で測定し、下記式によりハンター白色度に換算して評価した。
ハンター白色度＝１００−｛（１００−Ｌ＊）２＋a＊２＋ｂ＊２｝１／２
＜白色ムラ＞
陽極酸化処理後の各実施例、比較例のサンプルを目視で外観観察した。１０ｃｍ２のサンプルにおける外観観察により、陽極酸化が均一にされている場合を「○」、白色ムラが発生した場合又は陽極酸化がされていない場合を「×」と評価した。
陽極酸化処理後の各実施例、比較例のサンプルを目視で外観観察した。１０ｃｍ２のサンプルにおける外観観察により、陽極酸化が均一にされている場合を「○」、白色ムラが発生した場合又は陽極酸化がされていない場合を「×」と評価した。
＜陽極酸化被膜の粗さ＞
陽極酸化処理後の各実施例、各比較例のサンプルについて、レーザー顕微鏡（「ＬＥＸＴ-ＯＬＳ３０００」、オリンパス株式会社製）を用いて陽極酸化被膜の表面粗さを測定した。その際、陽極酸化被膜の表面の任意の箇所における１２８μｍ×９６μｍの視野について、圧延目方向に対し水平及び平行に線分析をそれぞれ３本行い、合計６本の平均値を算出した。これを５視野にて測定し、その平均値を算術平均粗さＲａ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとして算出した。また、算出した算術平均粗さＲａを粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍで除した値を、粗さ曲線の鋭さＲａ/ＲＳｍとして算出した。
陽極酸化処理後の各実施例、各比較例のサンプルについて、レーザー顕微鏡（「ＬＥＸＴ-ＯＬＳ３０００」、オリンパス株式会社製）を用いて陽極酸化被膜の表面粗さを測定した。その際、陽極酸化被膜の表面の任意の箇所における１２８μｍ×９６μｍの視野について、圧延目方向に対し水平及び平行に線分析をそれぞれ３本行い、合計６本の平均値を算出した。これを５視野にて測定し、その平均値を算術平均粗さＲａ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとして算出した。また、算出した算術平均粗さＲａを粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍで除した値を、粗さ曲線の鋭さＲａ/ＲＳｍとして算出した。
図２は、実施例３で作製したアルミニウム部材断面が有する陽極酸化被膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像を示す。図２に示すように、実施例３のアルミニウム部材は、母材１上に、陽極酸化被膜２が形成されていることが分かる。
表１及び３に示されるように、アルミニウム合金からなる母材に対して、所定の第１の酸又はその塩と、所定の第２の酸の両方を含む電解液中で陽極酸化処理を行うことにより得られた実施例１〜３４のアルミニウム部材では、陽極酸化被膜が、母材の表面上に形成されていることが確認された。また、実施例１〜３４のアルミニウム部材では、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であり、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが１０μｍ以下であり、ハンター白色度が６０〜９０であり、かつ白色ムラの評価も全て「○」であった。このため、実施例１〜３４では、高い白色度を示し、かつ白ムラの発生も抑制されていることから外観特性に優れたアルミニウム部材を得ることができた。特に、実施例３〜３４では、７０以上の高いハンター白色度を示していることから、より白色度が高いアルミニウム部材を得ることができた。
一方、比較例１では、母材に対して、下地処理として５質量％のＮａＯＨを用いてアルカリ脱脂を行ったのみであり陽極酸化処理を行わなかった。そのため、母材は陽極酸化されていないことから、陽極酸化被膜が形成されておらず、得られたアルミニウム部材のハンター白色度も低かった。
比較例２では、電解液中に第１の酸又はその塩に相当する材料の濃度が低すぎるため、母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができなかった。また、電解液中に第２の酸に相当する材料が含まれていないため、算術平均粗さＲａが小さくなり、光を十分に散乱させることができなかった。そのため、得られたアルミニウム部材において白色ムラが発生し、ハンター白色度も低かった。
比較例３では、電解液中に第２の酸に相当する材料の濃度が低すぎるため、算術平均粗さＲａが小さく、光を十分に散乱させることができなかった。そのため、得られたアルミニウム部材において陽極酸化は均一にされていたものの、ハンター白色度は低かった。
比較例４では、電解液中に第１の酸又はその塩に相当する材料が過剰に含まれているため、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができなかった。また、電解液の溶解力が高くなり、陽極酸化被膜を成長させるために電流密度が過剰となるため、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍが大きくなり、光を十分に散乱させることができなかった。そのため、得られたアルミニウム部材において白色ムラが発生し、ハンター白色度も低かった。
比較例５では、電解液中に第１の酸又はその塩に相当する材料が過剰に含まれているため、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができなかった。また、電解液の溶解力が高くなり、陽極酸化被膜を成長させるために電流密度が過剰となるため、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍが大きくなった。加えて、電解液中に第２の酸に相当する材料が含まれていないため、算術平均粗さＲａが小さくなり、比較例４よりも光を十分に散乱させることができなかった。そのため、得られたアルミニウム部材において白色ムラが発生し、ハンター白色度もより低かった。
比較例６では、Ｒａ/ＲＳｍは所定の範囲を満たしたものの、電解液中に第２の酸に相当する材料が含まれていないため、算術平均粗さＲａが小さくなり、光を十分に散乱させることができなかった。そのため、得られたアルミニウム部材において陽極酸化は均一にされていたものの、高いハンター白色度を得ることができなかった。
比較例７では、電解液中に第１の酸又はその塩に相当する材料が過剰に含まれているため、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができなかった。また、電解液の溶解力が高くなり、陽極酸化被膜を成長させるために電流密度が過剰となるため、粗さ曲線要素の平均粗さＲＳｍは大きくなったものの、Ｒａ/ＲＳｍは所定の範囲内であった。そのため、陽極酸化被膜に照射した光を効率的に散乱させることができ、ハンター白色度は向上した。その結果、得られたアルミニウム部材において高いハンター白色度を得ることはできたものの、白色ムラが発生していた。
比較例８では、Ｒａ及びＲＳｍは所定の値を満たしたものの、電解液中に第２の酸に相当する材料が過剰に含まれていたため、溶液粘度が増大し母材の陽極酸化処理を処理面積全体に渡って均一に行うことができなかった。一方で、Ｒａ/ＲＳｍは所定の範囲内であったため、陽極酸化被膜に照射した光を効率的に散乱させることができ、ハンター白色度は向上した。そのため、得られたアルミニウム部材において高いハンター白色度を得ることができたものの、白色ムラが発生していた。
１ 母材
２ 陽極酸化被膜
３ バリア層
４ ポーラス層
２ 陽極酸化被膜
３ バリア層
４ ポーラス層
Claims (6)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材と、該母材の表面上に陽極酸化被膜とを有し、
前記陽極酸化被膜の表面側から測定したアルミニウム部材の、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であり、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが１０μｍ以下であり、かつハンター白色度が６０〜９０であることを特徴とする、アルミニウム部材。 - 前記算術平均粗さＲａと前記粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの関係式が、０．１≦Ｒａ/ＲＳｍ≦１．２を満たし、前記陽極酸化被膜の表面側から測定した前記アルミニウム部材のハンター白色度が７０〜９０である、請求項１に記載のアルミニウム部材。
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材を準備する工程と、
前記母材に対して、（ａ）無機酸及び有機カルボン酸からなる群から選択される第１の酸又はその塩と、（ｂ）無水酸である第２の酸とを含む電解液中で陽極酸化処理を行う工程と、を有し、
前記第１の酸又はその塩の濃度が０．０１〜２．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であり、
前記第２の酸の濃度が０．０１〜５．０ｍｏｌ・ｄｍ−３であることを特徴とする、アルミニウム部材の製造方法。 - 前記陽極酸化処理を行う工程において、
電流密度が５〜３０ｍＡ・ｃｍ−２である、請求項３に記載のアルミニウム部材の製造方法。 - 前記陽極酸化処理を行う工程において、
電解液の温度が０〜８０℃である、請求項３又は４に記載のアルミニウム部材の製造方法。 - 前記陽極酸化処理を行う工程において、
電解時間が１０〜６００分である、請求項３〜５までのいずれか１項に記載のアルミニウム部材の製造方法。
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