JP2886615B2 - リン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアルミニウム合金材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はリン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアル
ミニウム合金材料に係り、リン酸亜鉛処理による下地処
理後塗装されるような用途、特に自動車パネル材に適す
る表面処理アルミニウム合金材料に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題） 近年、アルミニウム合金は、軽量化を目的として自動
車の部品に採用されつつあるが、パネル材のように耐糸
錆性が要求される用途に対しては、クロム酸クロメート
等の塗装下地処理が必要とされていた。通常の自動車塗
装ラインの下地処理にはリン酸亜鉛処理が採用されてい
るが、アルミニウム合金の下地処理としては耐糸錆性の
点で充分な効果が現状では得られていない。

自動車パネル用のアルミニウム合金材料としては、Al
−Mg−Cu系合金が主に使用されているが、これは、本系
のアルミニウム合金は、Al−Si−Mg系合金に比べ、リン
酸亜鉛の析出が起こり易く、耐糸錆性に優れるからであ
る。

しかし、Al−Si−Mg系合金は、塗装焼付け後の強度が
高く、自動車パネル材として優れた特性を有しているも
のの、前述の通り、リン酸亜鉛の析出が起こり難く、十
分な耐糸錆性が得られないため、リン酸亜鉛処理を下地
処理とする自動車パネルの用途においては殆ど使用され
ていないのが実情である。

一方。アルミニウム合金板の表面にZnメッキを施し、
リン酸亜鉛処理性を改善する試みは、既に特開昭61−15
7693号等で行われてきているが、これらの技術は、Znメ
ッキ層により、リン酸亜鉛の処理性を改善すると共に、
リン酸亜鉛浴中へのアルミニウムイオンの溶出防止を目
的としたものである。したがって、メッキの目付け量と
し1g/m²必要となり、塗装面仕上がり性や耐糸錆性が要
求されないインナーパネルまでZnメッキを施す必要があ
る。しかしながら、現実的には処理面積や目付け量が多
くなれば、処理コストが増加し、工業的に好ましくな
い。更にリン酸亜鉛処理後においてZnの層が残留する
と、塗膜に膨れを生じ易くなるため、好ましくない。

また、従来技術においては、例えばクロム酸クロメー
ト処理の場合には、耐糸錆性は向上できるが、以下に示
す工程が必要であり、また専用の処理設備が必要で、且
つ排水処理等を含めた処理コストが高くなるという問題
がある。

〔クロム酸クロメート処理工程〕

洗浄→水洗→水洗→クロム酸クロメート→水洗（注）→
水洗→乾燥 （注）クローズドシステムによる排水処理が必要。

更に、自動車パネルの用途では、リン酸亜鉛処理浴の
通過が鋼板との同時処理を行うことになる場合、リン酸
亜鉛処理が不可避であるが、アルミニウムパネル材をリ
ン酸亜鉛処理する場合にはリン酸亜鉛処理浴中へのアル
ミニウムイオンの溶出が防止できないため、浴からアル
ミニウムイオンを沈殿除去するためにＦイオンの添加が
不可欠となる。しかし、Ｆイオン添加浴中では、表面皮
膜が破壊され易くなり、クロム酸クロメート処理でも充
分な耐糸錆性が得られなくなる。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、リン酸亜
鉛処理でも耐糸錆性が優れる等、優れたリン酸亜鉛処理
性が得られる表面処理アルミニウム合金材料を低コスト
で提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、これらの問題点を解決すべく低コスト
で耐糸錆性に優れる塗装下地処理方法の開発について鋭
意研究を重ねた結果、アルミニウム合金の表面にリン酸
亜鉛を均一微細に析出させることにより、塗装後の耐糸
錆性向上に著しい改善効果が得られることを見い出し
た。

そのためには、アルミニウム合金材料の表面に金属Z
n、金属Ni及びSi酸化物より構成される金属酸化物複合
皮膜の層を形成させ、リン酸亜鉛浴中でアノードとして
作用させると、アルミニウム合金素材表面のカソード部
でのリン酸亜鉛析出を促進できることを見い出した。こ
れによれば、金属Ni、金属Zn及びSi酸化物の層は、アル
ミニウム合金の全面に均一に形成する必要はなく、極端
な場合、裏面のみに析出させても、反対面側に析出する
リン酸亜鉛は微細に多く析出される。

以上の知見に基づいて本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、アルミニウム合金の表面に0.2g
/m²以上、2g/m²以下の金属Zn、金属Ni及びSi酸化物より
なる金属及び酸化物複合皮膜を有することを特徴とする
リン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアルミニウム合
金材料を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 本発明において、アルミニウム合金表面に析出したZn
はリン酸亜鉛処理浴中でアルミニウム表面上に電池を形
成し、アノードとして作用する。リン酸亜鉛の析出は、
被処理材表面のpH上昇により生じるが、pHの上昇はカソ
ード領域で生じる。またアノード部においても溶出した
金属のpH緩衝作用でpHが上昇する。金属Ni、金属ZnとSi
酸化物よりなる複合皮膜はリン酸亜鉛処理時に溶解し、
pHの緩衝作用を助長する。したがって、局部電池を積極
的に構成させることにより、析出量を増大させることが
可能となる。

一方、アルミニウム合金のリン酸亜鉛処理において
は、リン酸亜鉛浴浸漬初期は、アルミニウムの溶解のみ
が進行し、リン酸亜鉛の析出が生じない誘導期間がある
が、誘導期間を短くすることにより、析出核を増加さ
せ、均一微細なリン酸亜鉛の結晶が得られることが判明
した。この点、アルミニウム表面の複合皮膜は、誘導時
間の短縮に有効であるため、均一微細で、塗装仕上がり
性、耐糸錆性向上に必要充分なリン酸亜鉛の析出量が確
保できる。したがって、リン酸亜鉛処理→カチオン電着
→中塗り上塗りされた、例えば自動車パネル材の表面性
状や耐糸錆性を著しく向上できる。

金属Zn、金属NiとSi酸化物よりなる複合皮膜は、リン
酸亜鉛浴中でのアノード反応を維持するために必要な量
があればよく、それ以上の量を析出させると、塗装下地
に活性なZnを含む層が残留するため好ましくない。

具体的には、金属Zn、金属NiとSi酸化物よりなる複合
皮膜の析出量が0.2g/m²未満では、リン酸亜鉛処理前の
脱脂洗浄工程での溶解等でリン酸亜鉛浴中の必要量が残
存しない場合が考えられるため、0.2g/m²を下限値とす
る。なお、析出状況やリン酸亜鉛処理工程によっては更
に少量でもよい。

一方、金属Zn、金属NiとSi酸化物よりなる複合皮膜の
析出量の上限値としては、リン酸亜鉛処理後においてZn
が層として存在しない範囲であればよく、通常2g/m²が
上限となる。もっとも、Znの析出形態によっては更に析
出量を増加させても問題はないが、製造コスト等も考慮
し、2g/m²を上限値とする。

また、金属Ni、金属ZnとSi酸化物よりなる複合皮膜に
含まれるZnの含有量は、リン酸亜鉛処理時のアノード点
として作用させるため、少なくとも皮膜総重量の30重量
％以上が好ましい。30重量％未満ではリン酸亜鉛の析出
速度が不充分となる。一方、80重量％を超えて含有する
と、Znの溶出速度が増大し、アルミニウム合金表面にリ
ン酸亜鉛を析出させるために必要な共析皮膜量が増大す
るため好ましくない。したがって、金属Ni、金属ZnとSi
酸化物よりなる複合皮膜に含まれるZnの含有量は30〜80
重量％の範囲が好ましい。

アルミニウム合金表面に形成される皮膜を金属Zn、金
属NiとSi酸化物よりなる構成とした理由は以下のとおり
である。

すなわち、アルミニウムと金属Zn、金属NiとSi酸化物
よりなる複合皮膜の界面近傍には、密着性に優れ、リン
酸亜鉛浴中で溶出し、耐アルカリ性に優れるNi含有のリ
ン酸亜鉛が析出される。その結果、カチオン電着後の耐
糸錆性が向上する。表面近傍に生成させるSi酸化物は、
Zn、Niよりなる金属層の防食に不可欠である。

アルミニウム合金材料表面に金属Zn、金属NiとSi酸化
物よりなる複合皮膜を形成させる方法としては、電気メ
ッキ、置換メッキ、溶射等の方法があるが、Znの析出形
態、析出処理性、コスト及び塗装後の表面特性、仕上が
り性等を考慮すると、化学処理による置換処理が好まし
い。

前述の特開昭61−157693号のように、電気メッキの場
合、脱脂工程と化学メッキの下地処理の組み合わせが不
可欠であた、また溶融Znメッキでは素材の材料特性上の
面から、いずれも好ましくない。

本発明においては、リン酸亜鉛の析出部位は、Znメッ
キ層の表面ではなく、析出Zn近傍のアルミニウム合金表
面であり、この点が前述の特開昭61−157693号との大き
な相違点である。このため、本発明においては、均一な
Znメッキ層を必要としないので、析出の前処理として
は、処理材の表面が水はじきをしない程度に脱脂されて
おけばよく、焼鈍後析出処理を行う場合には特別な前処
理を必要としない（焼鈍ままの素材でも可）。析出量が
少なく、特別な前処理が不要となるため、生産性が向上
し、生産コストの低減効果は著しく大きい。

本発明で得られるアルミニウム合金材料を自動車パネ
ル用として使用した場合、鉄との同時処理を行う必要
上、リン酸亜鉛処理が施され、次いでカチオン電着、中
塗り、上塗りが施されるが、その場合、リン酸亜鉛の析
出量が多く、且つ均一微細に析出するため、塗装仕上が
り性が向上し、またアルミニウムパネル使用において最
も大きな問題であった塗装材の耐糸錆性も著しく向上す
る。

また、本発明を適用できるアルミニウム合金の成分系
及び組成は特に限定しないが、従来自動車パネル用とし
て、加工性、強度、耐食性が優れるものの、リン酸亜鉛
析出量が少なく、耐糸錆性が不充分であったAl−Si−Mg
系（6000番系）に適用した場合、その効果は特に顕著で
ある。

以下に本発明の実施例を示す。

（実施例） まず、素材としてA6009合金（Al−Si−Mg系）及びA51
82合金（Al−Mg系）の各圧延板（1mm×75mm×150mm）を
準備した。

実施例１ 上記A6009合金圧延板に第１表に示す種々の表面処理
を施した後、濃硝酸で皮膜を溶解し、皮膜重量を測定し
た。ここで、濃硝酸を用いたのは、濃硝酸では金属のア
ルミニウムは溶解せず、金属Zn、金属NiとSi酸化物より
なる複合皮膜の析出量を測定できるからである。また、
溶解した皮膜について化学分析を実施して複合皮膜の組
成を算出した。それらの結果を第１表に示す。

第１表より明らかなように、本発明例は、いずれも金
属Znと金属NiとSi酸化物（SiO₂）からなる複合皮膜を有
し、皮膜重量が本発明範囲内である。

実施例２ 実施例１と同じ表面処理を施したA5182合金及びA6009
合金の圧延板について、自動車用パネル材と同様の脱脂
及び下地処理を行った後、カチオン電着塗装（膜厚20μ
ｍ）を施し、耐糸錆性の評価を行った。下地処理は、け
い酸塩系脱脂洗浄→表面活性化処理→リン酸亜鉛処理で
ある。耐糸錆性は、塩水噴霧（５％、35℃、１日）→湿
潤試験（50℃×85％RH、６日）を１サイクルとし、５サ
イクル後の耐糸錆性で評価した。また及びリン酸亜鉛処
理性も評価した。それらの結果を第２表に示す。

第２表より、本発明例は、いずれもリン酸亜鉛処理
性、耐糸錆性に優れていることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、リン酸亜鉛の
析出量、形態が著しく向上するため、優れたリン酸亜鉛
処理性が得られ、塗装仕上がり性、耐糸錆性を大幅に改
善できる。特に、従来リン酸亜鉛の析出が起こり難く耐
糸錆性の点で不充分とされてきたAl−Si−Mg系合金材料
に対して本発明を適用して自動車のパネル材として使用
する場合には、現在使用されている表面処理ライン（鉄
用）で直接処理が可能で低コストであり、且つリン酸亜
鉛処理で従来から最大の問題点であった耐糸錆性の問題
を解決できるため、その効果は著しい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久本 淳 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町２―３ ―１ (72)発明者 山村 なぎさ 兵庫県神戸市西区狩場台４―19―７ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 22/00 - 22/86 B05D 3/10,7/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム合金の表面に0.2g/m²以上、2
   g/m²以下の金属Zn、金属Ni及びSi酸化物よりなる金属及
   び酸化物複合皮膜を有することを特徴とするリン酸亜鉛
   処理性に優れる表面を有するアルミニウム合金材料。
2. 【請求項２】複合皮膜に占めるZnの含有量が80〜30重量
   ％の範囲である請求項１に記載のアルミニウム合金材
   料。
3. 【請求項３】自動車のパネル材として使用されるもので
   ある請求項１又は２に記載のアルミニウム合金材料。
4. 【請求項４】アルミニウム合金がAl−Si−Mg系である請
   求項１、２又は３に記載のアルミニウム合金材料。