JP2843210B2 - プレス成形性および耐食性に優れたアルミニウム合金板 - Google Patents

プレス成形性および耐食性に優れたアルミニウム合金板

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JP2843210B2 JP4202319A JP20231992A JP2843210B2 JP 2843210 B2 JP2843210 B2 JP 2843210B2 JP 4202319 A JP4202319 A JP 4202319A JP 20231992 A JP20231992 A JP 20231992A JP 2843210 B2 JP2843210 B2 JP 2843210B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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合金板、特にプレ
ス成形性と耐食性に優れたアルミニウム板またはアルミ
ニウム合金板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギー、CO2 による地球
環境問題等の観点から自動車の軽量化が積極的に推進さ
れている。この自動車の軽量化に適応する材料として、
信頼性、加工性、リサイクル利用の容易さ等の種々の利
点を有するため、アルミニウムまたはアルミニウム合金
板が脚光を浴び、近年になって多用されつつある。
【0003】しかし、アルミニウム合金板は、従来多用
されている鋼板と比べて種々の特性が異なるため、その
自動車車体への適用に際して多くの問題を抱えている。
その代表がプレス成形性といえる。鋼板の代表としてS
PCCを例にとると、この鋼板は、伸び45%、ランク
フォード値1.4で、限界絞り値LDRは2.15に達
する。一方、代表的なアルミニウム合金板であるJIS
A5182においては、伸び30%、ランクフォード
値0.7で、限界絞り値LDRは1.8にしか達しな
い。このように、アルミニウム合金板は、プレス成形性
が著しく劣るため、自動車車体への適用には大きな制約
があった。すなわち、アルミニウム合金板の車体パネル
への適用例としては、フードのような軽加工の部材に限
定され、より複雑でかつ強加工を伴う部材への適用は不
可能であった。
【0004】そこで、これらのアルミニウム合金板のプ
レス加工性を調査したところ、アルミニウム合金板は、
冷延鋼板に比べてプレス加工時の金型とアルミニウム合
金板の表面との摺動抵抗が大きいため、従来使用されて
きた冷延鋼板に比べてプレス成形性が劣るということが
明らかになった。
【0005】この摺動抵抗が大であると、プレス加工時
にアルミニウム合金板を固定するためのプレス金型のビ
ード部などの摺動を激しく受ける箇所では、アルミニウ
ム合金板のスムーズな流入が妨げられ、極端な場合、ア
ルミニウム合金板が破断することがある。プレス加工に
おける適正クッション圧(アルミニウム合金板にシワが
発生せずかつ破断が生じないクッション圧の範囲)をア
ルミニウム合金板と冷延鋼板とで比較すると、アルミニ
ウム合金板の適正クッション圧は冷延鋼板に比べて著し
く範囲が狭いために、生産性が悪化する原因となるの
で、アルミニウム合金板の摺動性の改善が強く望まれて
いる。
【0006】アルミニウム合金板の摺動性が悪い原因
は、アルミニウムおよびアルミニウム合金が低融点で、
しかも、他の金属、特にプレス金型に多用されている鋳
鉄などとの親和力が強く、金型に凝着しやすい性質を有
することに起因すると考えられる。
【0007】ところで、プレス成形時の摺動性は、金型
と直接接触するアルミニウム合金板表面の物性に大きい
影響を受ける。そこで、アルミニウム合金板表層を、例
えば各種金属めっきや有機高分子皮膜などで被覆し、ア
ルミニウム合金板表層と金型との直接接触を避け、潤滑
性を与えることにより摺動性を改善する試みがなされて
いる。
【0008】さらに、潤滑処理アルミニウム合金板とし
て、例えば、金属石鹸、高級脂肪酸ワックスなどを主成
分とした有機皮膜で表面を被覆したものなどが提案され
ている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のめっき
や有機系皮膜を有するアルミニウム合金板には以下のよ
うな問題点がある。
【0010】アルミニウム合金板に金属めっきを施した
場合、アルミニウムは電気化学的に極めて卑な金属であ
るため、銅やニッケルなとのアルミニウムに比べて貴な
金属を主たる合金元素として含む金属めっきを施すと、
アルミニウム合金板の耐食性、特に裸耐食性が著しく劣
化する問題がある。また、アルミニウムより卑な亜鉛系
めっきはプレス加工性を著しく劣化させる問題がある。
【0011】他方、アルミニウム合金板を自動車用の素
材として使用する場合は、プレス成形後に塗装前処理と
して行うリン酸塩処理において、前記有機系皮膜が、リ
ン酸塩処理の前処理のアルカリ脱脂で完全には溶解除去
されないまま、アルミニウム合金板上に一部残存する。
このためリン酸塩処理時にアルミニウム合金板表面への
正常なリン酸塩結晶の生成が阻害され、塗膜の密着性が
低下し、これが、塗装後の耐食性を劣化させる問題があ
る。
【0012】したがって、本発明は、アルミニウム合金
板の摺動性を向上させ、かつ、アルミニウム合金板の耐
食性を損うことなく、またリン酸塩処理性を損うことな
くプレス加工性と耐食性を兼備したアルミニウム合金板
を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、まずアルミニウム合金板の摩擦係数と
プレス加工性との関係について検討した。その結果、プ
レス加工性に優れる通常の冷延鋼板では、摩擦係数は
0.10程度であるのに対し、アルミニウム合金板で
は、0. 15以上の値を示すことを知見した。なお、本
発明における摩擦係数は、実施例で説明するドロービー
ド引き抜き試験において、塗油状態で測定した値であ
る。
【0014】このように、アルミニウム合金板が高い摩
擦係数を有するのは、アルミニウム合金が低融点で、し
かも、他金属、特にプレス金型に多用されている鋳鉄な
どとの親和力が強く、金型に凝着しやすい性質を有する
ことに起因すると考えられた。そして、プレス成形時の
摺動性に影響を与えるのは、金型と直接接触するアルミ
ニウム合金板表面の物性であるため、アルミニウム合金
板表面と金型との直接接触を避ける、種々の金属めっき
について調査した。
【0015】その結果、アルミニウム合金板表面の最外
めっき層として目付量1〜50g/m2 、Mn含有率1
〜70重量%のAl−Mn合金めっきを施すことによ
り、アルミニウム合金板の耐食性を損なうことなく、プ
レス成形性を著しく改善できることを見いだした。
【0016】すなわち、本発明は、前記知見に基づき、
表面に単層または2層以上からなるめっき層を有し、そ
の最外層めっき層が、目付量1〜50g/m2 、かつM
n含有率1〜70重量%のAl−Mn合金めっき層であ
る、プレス成形性および耐食性に優れたアルミニウム合
金板を提供するものである。
【0017】以下、本発明のアルミニウム合金板(以
下、「本発明のAl合金板」という)について詳細に説
明する。
【0018】本発明のAl合金板は、その表面に単層ま
たは2層以上のめっき層を有し、その最外めっき層とし
てAl−Mn合金めっき層を有するものである。
【0019】このAl−Mn合金めっき層の目付量は、
1〜50g/m2 であり、好ましくは5〜40g/m2
である。Al−Mn合金めっき層の目付量が1g/m2
未満では、プレス成形性改善の効果が少なく、50g/
2 を超えても効果が飽和するため上限とした。
【0020】また、このAl−Mn合金めっき層中のM
nの含有率は1〜70重量%であり、好ましくは10〜
50重量%である。Mnの含有率が1重量%未満である
と、プレス成形性が改善されず、70重量%を超えると
プレス成形性は改善されるが、耐食性が劣化する。これ
は、Mn含有率が70重量%を越えるAl−Mn合金め
っきは、マンガン単相めっきに近い物性を示し、めっき
にクラックが発生し易くなり、塗装後に傷を入れて、複
合腐食試験を行うと塗膜下で腐食が糸状に進行する。他
方、Mn含有率が1重量%未満のAl−Mn合金めっき
はAl合金と同程度の加工性を示すのみであり、改善の
効果が少ないためである。
【0021】さらに、このAl−Mn合金めっき層の内
層には、いかなるめっき層があってもよい。例えば、Z
n−Fe−Cuめっき、Niめっき等のめっき層があっ
てもよく、また、この内層は1層でも2層以上の層から
なるものでもよい。
【0022】また、本発明のAl合金板は、前記Al−
Mn合金めっき層を両面に有していてもよいし、片面の
みに有していてもよく、特に制限されず、用途、例え
ば、溶接による構造部材に使用されるか、接着による構
造部材に使用されるか等、各種用途等に応じて適宜選択
される。
【0023】本発明のAl合金板の製造において、Al
合金板の表面に前記Al−Mn合金めっき層を形成する
方法としては、溶融塩あるいは非水溶媒における電気め
っき法、無電解めっき法、蒸着めっき法、イオンプレー
ティング法等のいずれの手段による方法でもよく、その
手段を特に限定するものではないが、この中でも溶融塩
電気めっき法は効率よくめっきができ、連続めっき装置
でのインライン化も容易であることから、本発明のAl
合金板の製造に適している。
【0024】なお、本発明において、アルミニウム合金
板はアルミニウム板をも含むものとする。
【0025】本発明のAl合金板の基材であるAl合金
は、いずれのAl合金でもよく、特に制限されない。た
とえば、JIS H4000に規定される各種のAl合
金板であってもよい。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例に基いて、本発明をさ
らに具体的に説明する。
【0027】(実施例) (1)試料の作製 JIS A5182アルミニウム合金板を、通常の方法
で脱脂、酸洗した後、非酸化性雰囲気中で乾燥した。次
に、めっき温度まで予熱した後、下記の条件で溶融塩A
l−Mn合金めっきを施した。 浴組成:AlCl3 60mol% NaCl 26mol% KCl 14mol% この組成に、さらに MnCl2 100〜100,000ppm
添加 浴温度:150〜250℃ 電流密度:1〜100A/dm2 このとき、MnCl2 の添加量およひ電流密度を調整す
ることにより、得られるAl−Mn合金めっき層におけ
るMn含有率を調整した。得られたAl−Mn合金めっ
き層のめっき目付量、およびMn含有率を表1に示す。
【0028】(2)試験評価方法 下記の方法で試験評価を行なった。結果を表1に示す。
【0029】 a)摺動性(プレス成形性) 摺動性の評価は、図1の(a)および図1の(b)に示
すドロービード引き抜き試験により行なった。
【0030】すなわち、図1において、ロールを固定し
た場合のサンプルの引き抜きに要する力DF とロールを
回転可能な状態にした場合の引き抜きに要する力DR を
求め、この両者から、次式によってサンプルの摩擦係数
μを算出し、摺動性を評価した。
【0031】
【数1】
【0032】したがって μ=(DF −DR )/(πPF ) ここで、μ:ロールとサンプル間の摩擦係数 p:ロールの径方向に負荷される力 R:ロール半径 θ:中心角 PF :中央ポンチの押え荷重
【0033】なお、試験条件は以下の通りである。 サンプルサイズ 20×400mm 摺動速度 500mm/sec. 摺動距離 100mm 中央ポンチの押え荷重 100kgf 洗浄油塗油量 0.5g/m2 ここで、各実施例での評価は、摩擦係数μを指標として
下記の基準で行った。 ○:μが0. 13以下 ×:μが0. 13を超える
【0034】 b)塗装後耐食性 最外めっき層としてAl−Mn合金めっきを施したアル
ミニウム合金板に、リン酸塩化成処理、電着塗装、およ
び3コート塗装の順で塗装を施した後、塗膜に傷を付
け、海岸近傍に暴露し、1日に2回塩水を噴霧する試験
を1年間行った。その後、塗膜の膨れを測定して、以下
の基準で塗装後耐食性を評価した。 ○:片側最大膨れ幅が1mm以下 ×:片側最大膨れ幅が1mm以上
【0035】
【0036】
【発明の効果】本発明のAl合金板は、その耐食性を損
なわずにプレス加工性が著しく改善されたアルミニウム
合金板である。また、本発明のアルミニウム合金板を用
いることにより、プレス成形時における生産性が飛躍的
に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 摺動性の評価を説明する図であり、(a)
は、ドロービード引き抜き型摺動性試験機の線図、
(b)はこの試験機での解析方法を示す図である。
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 戸 塚 信 夫 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 中小路 尚 匡 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 橋 口 耕 一 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 (56)参考文献 特開 平5−186893(JP,A) 特開 平4−289187(JP,A) 特開 平4−26778(JP,A) 特開 昭63−100192(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C25D 5/00 - 7/12 B21D 22/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に単層または2層以上からなるめっき
    層を有し、その最外層めっき層が、目付量1〜50g/
    2 、かつMn含有率1〜70重量%のAl−Mn合金
    めっき層である、プレス成形性および耐食性に優れたア
    ルミニウム合金板。
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