JP2812616B2 - スポット抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウム材料 - Google Patents

スポット抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウム材料

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JP2812616B2 JP4202320A JP20232092A JP2812616B2 JP 2812616 B2 JP2812616 B2 JP 2812616B2 JP 4202320 A JP4202320 A JP 4202320A JP 20232092 A JP20232092 A JP 20232092A JP 2812616 B2 JP2812616 B2 JP 2812616B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、主として自動車用軽量化素材と
して使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金製
材料、特にスポット抵抗溶接性および加工性に優れた有
機被覆アルミニウム材料に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境問題、特にCO2 による
地球温暖化防止対策等の観点から、自動車の燃費を向上
するために自動車車体の軽量化が積極的に推進されてい
るが、その中でも材料の信頼性、加工性、リサイクル利
用等の面でアルミニウム合金が脚光を浴び、最近では自
動車車体の内外用板にもこれらが適用されつつある。
【0003】しかしながら、これらのアルミニウム合金
板を自動車車体として組み立てる際にはそのほんとんど
がスポット抵抗溶接されるが、アルミニウム合金板はス
ポット抵抗溶接性、とりわけ電極寿命が鋼板に比べて極
端に劣るため、車体の生産効率の著しい低下を招いてい
るのが現状である。
【0004】すなわち、アルミニウム合金板のスポット
抵抗溶接では溶着現象が起こり易いことおよび同一の電
極で適正なナゲットを得ることができる溶接打点数が著
しく短いため、溶着が起こる前や適正ナゲットができな
くなる前に電極形状をドレッシングによって整えたり、
または新品電極と交換する頻度も多くなり、このことが
溶接効率、ひいては自動車車体の生産効率に多大な影響
を及ぼしている。
【0005】アルミニウム合金が自動車のようなスポッ
ト抵抗溶接による大量生産品に実用化されだしたのはご
く最近であるため、上記のような問題を解決するための
適正な手段の提案は極めて少いが、例えば特開昭60−
187483号公報にはアルミニウム板接合面の酸化皮
膜厚さを陽極処理にて制御することによる改善法が提供
されている。また、自動車用アルミニウム合金板への適
用を目的としたものではないが、例えば特開昭53−6
252号、特開昭53−48954号、特開昭53−4
8955号の各公報にはアルミニウム接合面にZn,T
iおよびステンレス鋼薄膜を介在させることによる改善
法が、特開昭57−4389号公報にはCr,Ni,C
u,Agめっきを施すことによる改善法が開示されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、陽極酸化処理
皮膜のみの制御による改善法は均一処理が難しく、かつ
その効果が不安定であり実用的ではない。また、Zn,
Ti、ステンレス鋼薄膜の介在による改善法は自動車用
には適用が困難であり、Cr,Ni,Cu,Agめっき
を施すことによる改善法はこれらのめっきのアルミニウ
ム合金への密着性が極めて悪く実用的でないとう問題が
ある。
【0007】またアルミニウムは、鋼板に比較して伸び
が小さく、かつ軟らかいため型かじりを起し易く、プレ
ス成形性が劣るという重大な欠点がある。
【0008】本発明は上記アルミニウム材料の欠点を克
服し、スポット抵抗溶接時における電極寿命、すなわち
連続打点性およびプレス成形性を従来のアルミニウム材
料に比べ格段に向上し、しかも工業的に容易かつ経済的
に製造できる有機被覆アルミニウム材料を提供すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】まず、スポット溶接性の
改善については下記知見に基づいている。すなわち、ア
ルミニウム合金板を同一の銅系電極を用いて連続的にス
ポット抵抗溶接を繰り返し実施すると、電極先端の通電
径が打点とともに拡大し、これにともなう板中の電流密
度の低下によってナゲット径も減少し、ついには電極寿
命が尽きるが、アルミニウム合金板の場合には鋼板の場
合に比べてその電極先端径の拡大速度が著しく大きいこ
とに特徴がある。
【0010】従ってこのような現象に着目し、その原因
について鋭意検討した結果、アルミニウム合金板の連続
打点溶接の場合には電極先端の通電部に溶融アルミニウ
ムが付着し、その酸化物が打点とともに堆積し、これが
絶縁層を形成してついには電極とこの絶縁層の間でスパ
ークを起こし、この際に電極が虫食い状に欠損してゆく
ことおよび接合面でのアルミニウム合金板表面の絶縁性
酸化皮膜が迅速な溶着を阻害していることを見出した。
このようなアルミニウム合金板の特有現象が電極先端径
の拡大を促進し、電極寿命が極端に劣化するとの知見を
得た。
【0011】また、この様な電極面側のスパーク発生、
接合面側での溶着不良は、圧延のままのアルミニウム材
表面の酸化膜層の不均一性によって助長されるとの知見
を得た。このため、アルミニウム材料表面の酸化皮膜を
均一にする処理として、アルミニウム表面をアルカリエ
ッチングおよび/または酸洗処理することによってアル
ミニウム表面の酸化皮膜の一部または全部と除去する処
理を施すことにより溶接性が著しく改善されることを知
見した。
【0012】一方、プレス成形性について、本質的には
アルミニウムの伸びを向上させることが重要であるが、
同一材料であっても表面の潤滑性を向上させることによ
り成形性を向上させ得るとの知見を得、かつこの潤滑性
向上対策には粉末状潤滑剤を含有する防錆油を被覆する
ことが非常に有効でることがわかった。
【0013】すなわち、上記目的を達成するために本発
明によれば、活性化処理されたアルミニウム材料表面
に、無機潤滑粒子および/または有機潤滑粒子とそれぞ
れ0.05〜30重量%、0.05〜20重量%、合計
で0.05〜40重量%含有する防錆油層を形成してな
ることを特徴とするスポット抵抗溶接性および加工性に
優れたアルミニウム材料が提供される。
【0014】ここで活性化処理とは、アルカリエッチン
グ処理により表面のアルミナ層を除去する処理または、
鉱酸を含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去
する酸洗処理または、アルカリエッチング処理後酸洗処
理を行う処理により表面の酸化物層をほとんど除去する
処理のいずれかの処理である。
【0015】また前記無機潤滑粒子は、平均粒径50μ
m以下の二硫化モリブデンおよび/または窒化ホウ素粉
末であり、前記有機潤滑粒子は平均粒径50μm以下で
かつ融点60℃以上のワックスであり、これら潤滑性粉
末を防錆油中に均一に分散させて塗布するのが好まし
い。
【0016】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
におけるアルミニウム材料とは、アルミニウムやアルミ
ニウム合金などのアルミニウム材料と広く包含し、その
形態は、板材、棒材、管材など任意である。
【0017】本発明においては、上述したアルミニウム
材料に、表面の酸化物層を均一化しかつ表面抵抗を低下
させてスポット抵抗溶接性を向上させるために活性化処
理を行う。
【0018】活性化処理としては、アルカリエッチング
処理により表面のアルミナ層を除去する処理または鉱酸
を含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去する
酸洗処理またはアルカリエッチング処理後酸洗処理を行
う処理により表面の酸化物層をほとんど除去する処理の
いずれかが用いられる。
【0019】これらのアルカリエッチング処理、酸洗処
理としては、通常アルミニウム材の処理法として行われ
ている方法で良く、市販の処理液を使用することも可能
である。例えば、アルカリエッチング処理としては、苛
性ソーダ、苛性カリなどを、酸洗処理としては、硫酸、
硝酸、フッ酸、硝酸+フッ酸混合液などを用いることが
できる。
【0020】本発明において、活性化処理後の表面上に
形成される防錆油層は、基油に、無機潤滑粒子および/
または有機潤滑粒子を添加混合したものを塗布してなる
ものである。
【0021】無機潤滑粒子としては、例えば二硫化モリ
ブデン、窒化ホウ素粉末の1種または2種の混合物が用
いられる。これらの混合物はあまり過少では潤滑効果が
少なく、過剰では、油の粘度を上げ塗布作業に不都合を
生じるため、0.05〜30重量%に限定した。
【0022】また平均粒径が50μmを超える粒子では
分散性が悪く、塗油後の均一性が低下するため、平均粒
径50μm以下にするのが好ましい。
【0023】有機潤滑粒子は、合成ワックス、天然ワッ
クスいずれを用いても良い。しかし、融点60℃未満の
ワックスでは極圧状態での粘度が小さくなり過ぎて潤滑
効果が充分でないため、融点60℃以上にするのがよ
い。また、有機潤滑粒子の添加量および平均粒径は前記
無機潤滑粒子と同様な理由によりそれぞれ0.05〜2
0重量%とし、平均粒径50μm以下に限定した。
【0024】なお、無機潤滑粒子と有機潤滑粒子を併用
する場合は、添加量の限界は40重量%までに上昇する
が、それ以上では塗布作業に不都合を生じるため0.0
5〜40重量%までに限定した。
【0025】なお、防錆油は現在一般に用いられている
ものを用いればよい。
【0026】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。
【0027】(実施例)自動車車体材料として使用され
ている代表的なアルミニウム合金である、1mm厚の5
182合金板を用い、まず合金板表面をトリクロールエ
チレンで蒸気脱脂後表1に示す活性化処理を施した。
【0028】次に市販の防錆油である杉村化学製プレト
ンR303Pおよび昭和シェル石油製T7F16を基油
としてそれぞれ無機潤滑粉および/または有機潤滑粉を
添加混合し、表2の割合に調合した油を、合金板表面に
浸漬法により塗布した。塗布量は、塗布後の板の重量
と、その板を脱脂洗浄した後の重量の差から測定した。
また潤滑粉の分酸、攪拌、混合は、基油とともにボール
ミルで攪拌することによって行った。
【0029】粒度の測定は、混合後の油を直接光学顕微
鏡で観測する方法と光分散法によって測定した。
【0030】なお、表2に示すワックスは以下のものを
用いた。 ワックス1 サンノプコ社製 SNワックス22−S
F ワックス2 サンノプコ社製 SL506 ワックス3 安原油脂工学社製 アローワックス ワックス4 同上ワックスの攪拌・粉砕時間を短かく
したもの ワックス5 日本石油社製 パラノック203
【0031】また、前処理用薬剤アルソフト108、デ
スマットN−20は市販のAl板用前処理液で奥野製薬
工業社製のものである。
【0032】(加工性の試験と評価方法)表面処理後の
アルミニウム合金板の加工性は70mmφに打抜いた各
サンプルを径33mmφの高速円筒絞り加工(加工速度
500mm/sec)し、加工できずに割れたものを不良(×
印)、かじりを生じたが加工できたものを普通(△)、
ほとんどかじりを生じず加工できたものを良好(○印)
として目視判定した。
【0033】(溶接性の試験と評価方法)表面処理後の
アルミニウム合金板の電極寿命はインバーター直流溶接
機を用いて下記の電極および溶接条件にて評価した。評
価は溶着するまでの打点数またはナゲット径が4√t
(t:板厚)を下まわるまでの打点数のいずれかの少な
い打点数でその効果を判定した。評価基準はその打点数
が500点未満を不良(×印)、500〜1000点を
普通(△)、1000〜1500点超を良好(○印)、
1500点超を優良(◎)とした。
【0034】(電極) ・形 状 :円錘台頭(CF)型 ・先端径 :5.0mmφ ・材 質 :Cr−Cu (溶接条件) ・加圧 :150kgf ・初期加圧時間 :20/50秒 ・通電時間 : 6/50秒 ・保持時間 : 5/50秒 ・溶接電流 :15kA 本発明例および比較例を表2にまとめて示す。表1およ
び2から明らかなように、本発明はアルミニウム合金板
のスポット溶接性および加工性の改善に極めて効果があ
ることが分かる。
【0035】これに対して比較例1は活性化処理を施し
ていないため溶接性が悪く、比較例2〜4は、潤滑粉添
加量が少いため充分な加工性が得られない。比較例5〜
8は潤滑粉添加量が多過ぎて不均一となり加工性が劣る
と同時に溶接性も劣化している。
【0036】
【表1】
【表2】
【0037】
【表3】
【表4】
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム板またはアルミニウム合金板を活性化処理
して、その上に粉末状潤滑材を含む防錆油槽を形成する
ことによって、スポット抵抗溶接性およびプレス加工性
は著しく改善される。これによって、プレス成形とスポ
ット溶接によって加工される自動車部品の生産性は著し
く向上し、かつ品質の安定性も高まることが期待でき
る。
フロントページの続き (72)発明者 上 杉 康 治 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 馬 渕 昌 樹 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 難波江 元 広 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河アルミニウム工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−257183(JP,A) 特開 平3−6386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 11/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性化処理されたアルミニウム材料表面
    に、無機潤滑粒子および/または有機潤滑粒子をそれぞ
    れ0.05〜30重量%、0.05〜20重量%、合計
    で0.05〜40重量%含有する防錆油層を形成してな
    ることを特徴とするスポット抵抗溶接性および加工性に
    優れたアルミニウム材料。
  2. 【請求項2】上記活性化処理が、アルカリエッチング処
    理により表面のアルミナ層を除去する処理、または鉱酸
    を含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去する
    酸洗処理またはアルカリエッチング処理後酸洗処理を行
    う処理である請求項1に記載のスポット抵抗溶接性およ
    び加工性に優れたアルミニウム材料。
  3. 【請求項3】前記無機潤滑粒子が平均粒径50μm以下
    の二硫化モリブデンおよび/または窒化ホウ素粉末であ
    る請求項1または2に記載のスポット抵抗溶接性および
    加工性に優れたアルミニウム材料。
  4. 【請求項4】前記有機潤滑粒子が平均粒径50μm以下
    でかつ融点60℃以上のワックスである請求項1に記載
    のスポット抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウ
    ム材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH036386A (ja) * 1989-06-02 1991-01-11 Kobe Steel Ltd スポット溶接性に優れた複層めっき鋼板
JPH03257183A (ja) * 1990-03-08 1991-11-15 Kobe Steel Ltd 溶接性に優れたアルミニウム及びアルミニウム合金材

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