JP3207588B2 - 接着性に優れるアルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents

接着性に優れるアルミニウム合金板及びその製造方法

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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、自動車用や家電用とし
て使用される接着性に優れるアルミニウム合金板および
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】近年、自動車車体の軽量化
のためにアルミニウム合金板の使用量が増加してきてい
る。アルミニウム合金板は鋼板と比較して溶接性に劣る
材料であるため、アルミニウム合金板を使用して構造物
を製造する際には接着接合が必要となる場合が多い。ま
た、鋼板との共存使用においては、スポット溶接などの
溶接の手法で接合を行うと電食が起こり溶接部の強度が
著しく低下する。このようなアルミニウム合金板と鋼板
の様な電食を引き起こす可能性のある物質間の接合に
は、絶縁性物質である有機高分子化合物からなる接着剤
が耐食性の観点から優れている。しかしながら、従来か
ら接着接合は強度や耐久性、さらには信頼性の点で溶接
に劣ると考えられていたため、接着剤そのもの改良と同
時に、各種表面処理によって非着体表面を接着に適した
状態に改良する方法が検討されてきた。以下にその例と
問題点を述べる。
【0003】現在、アルミニウム合金板の接着性を改善
する前処理法としては、学術雑誌「軽金属」41巻第1
0号650項〜659項に記載されているように、主に
次の2種類の方法が航空機用アルミニウム合金板の前処
理法として用いられている。 (イ)硫酸−クロム酸エッチング法 濃硫酸を10重量部、重クロム酸ソーダを1重量部、脱
イオン水を30重量部含む約65℃の溶液に5〜10分
間浸漬するものである。本法によれば、アルミニウム合
金板の表面にはアルミニウムと酸素の濃度が著しく増加
して厚いアルミニウム酸化物層が形成される。アルミニ
ウム酸化物層には5角形の細い穴を持つ酸化アルミニウ
ム層上に直径約50Åの酸化アルミウィスカーが成長し
ている。このアルミニウム酸化物層によるアンカー効果
で接着強度が高くなると言われている。
【0004】(ロ)陽極酸化法 硫酸−クロム酸エッチングは耐水性に劣るため、耐水性
の要求が高い部分では陽極酸化が行われている。クロム
酸陽極酸化法とリン酸陽極酸化法が主に用いられてい
る。これらの方法によるとポーラスなアルミニウム酸化
層が上記(イ)の硫酸−クロム酸エッチングより厚く成
長し、接着強度が向上すると同時に耐久性も向上する。
【0005】上記(イ)と(ロ)の前処理法は、確かに
接着性(接着強度と耐久性)を向上させることはできる
が、次の欠点を持っている。まず、前処理の工程が複雑
であるという欠点がある。工程の数は、硫酸−クロム酸
エッチングでは6工程、クロム酸陽極酸化では10工
程、リン酸陽極酸化では8工程必要であり、複雑な工程
を踏まなければならない。そのためコストが高く、処理
時間が長いという問題がある。
【0006】次に、クロム酸を使用する前処理法では有
害物質であるクロムを使用するために使用環境や廃液処
理に十分な注意を払わなければならないという欠点があ
る。一方、特開平4−160181号公報に見られるよ
うにアルミニウム合金板の表面にめっきを施して化成処
理性を改善する事によって、接着性を改善させる方法も
提案されている。しかし、この方法も上記(イ)や
(ロ)と同じく、工程が複雑であるという欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、複雑な工程
を踏まず、なおかつ安全な前処理により製造される接着
性に優れるアルミニウム合金板およびその製造方法を提
供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、Mg:
0.1〜10重量%とCu:0.01〜10重量%を必
須成分として含有し、残部がAl及び不可避的不純物か
らなるアルミニウム合金板あるいは、さらに単独添加量
が5重量%以下のSi,Fe,Mn,Cr,Zn,T
i,Zr,Agの内から1種以上を含有するアルミニウ
ム合金板において、酸洗によって表面にMgの濃化層を
除去し、同時にCuを0.1〜15重量%まで濃化させ
ることにより接着性能(接着強度と接着耐久性)を高め
たアルミニウム合金板及びその製造方法にある。
【0009】アルミニウム合金板の接着性を向上させる
方法としては、以下の方法が考えられる。 (A)接着界面近傍に力学的に弱い層が存在し、その層
を起点にして接着破壊が起こるアルミニウム合金板にお
いて、その力学的に弱い層を接着剤を塗布する前に除去
する。 (B)アルミニウム合金表面に接着に適した表面形態を
付与する。具体的には接着剤の濡れ性の改善、接着剤と
アルミニウム合金板の親和性の改善、アンカー効果の付
与等である。
【0010】本発明者等はMgとCuを含有するアルミ
ニウム合金の表面状態を詳細に解析した。その結果、ア
ルミニウム合金板の表面にはMgがMgOとなって濃化
しており、最表面のMg濃度はバルクの濃度より高い傾
向にあった。これは焼鈍の段階で酸化され易いMgが内
部から表面へ拡散してきた結果であり、濃化の度合いは
焼鈍温度や焼鈍雰囲気等の焼鈍条件に左右されるもので
ある。これに対して、Cuは表面に濃化せず表面から内
部までほぼ同じ濃度で存在していた。
【0011】このような表面状態を有するアルミニウム
合金板の接着性を評価した。表面にMgOが濃化してい
ると油や汚れを吸着し易く、この油や汚れが上記(A)
の接着界面近傍の力学的に弱い層となり、接着性を低下
させる原因となっていた。また、Mgが濃化したAl2
3 層自身も上記(A)の力学的に弱い層となり、接着
性能を低下させる原因となっていた。一方、Cuは一般
的に有機物との親和性が高く、キレート能力に優れた物
質であるので、表面のCu濃度が増加すると上記(B)
の接着剤との親和性が高まり、接着剤とアルミニウム合
金板の間に強固な結合が形成され、高い接着性が付与さ
れるようになった。
【0012】すなわち、アルミニウム合金板の酸洗法と
して、 (1)表面のMgの濃化層を除去する。 (2)Cuを表面に濃化させる。 という方法を選ぶことによって、接着性に優れるアルミ
ニウム合金板を製造することが可能となることを見い出
し、本発明に到った。本発明を満足する酸としては例え
ば硫酸を挙げる事ができる。他の酸でも上記(1)と
(2)を満足すれば使用できる。本発明を完全に満足す
ることはできないが、酸洗による接着性の向上が観察さ
れる酸としては、例えば硝酸を挙げる事ができる。硝酸
はMgのみならずCuをも溶解してしまう酸であるの
で、Mgの濃化層を除去する事による接着性向上効果は
得られるものの、Cuの濃化による接着性の向上効果は
得られない。
【0013】一方、アルミニウム合金板のエッチング法
としてアルカリエッチングも酸洗と同様に広く使用され
ている。しかし、アルカリエッチングではCuの表面へ
の濃化現象は起きるもののMgの濃化層が除去されない
ので、Cuによる接着性の向上効果は得られるが、残存
するMgの濃化層による接着性の低下が有るため、本発
明には適さない。
【0014】次に、アルミニウム合金板の成分限定理由
を説明する。まず、酸洗前のアルミニウム合金板におい
てMg含有量は0.1〜10重量%、Cu含有量は0.
01〜10重量%とする。Mg含有量が0.1重量%未
満または10重量%超では十分な加工性が得られない。
またCu含有率量0.01重量%未満では酸洗による表
面へのCu濃化量が少なく接着性の向上効果が得られ
ず、10重量%超では十分な加工性が得られない。次
に、酸洗後のアルミニウム合金板表面における成分濃度
については、Mg量は、酸洗前より減少すれば接着性は
向上するが、最高の接着性を得るためには表面のMg量
をバルクのMg量とほぼ同じ水準まで低下させる必要が
ある。また、Cu量は酸洗により表面濃度が0.1重量
%以上になると接着性は向上する。しかし、15重量%
超になると耐食性の点で問題がある。
【0015】本発明のアルミニウム合金板においては、
必要に応じてSi,Fe,Mn,Cr,Zn,Ti,Z
r,Agのうち1種以上を各々5重量%以下で含有させ
る。これらの元素は強度確保のために添加されるが、あ
まり多すぎると加工性が劣化するので上限を5%とす
る。
【0016】
【実施例】次に、この発明を実施例によってさらに詳述
する。実験に使用したアルミニウム合金板は表1に示す
ような自動車用として広く使用されている5000番系
のアルミニウム合金板を選んだ。アルミニウム合金板の
板厚は1mmとした。接着剤は自動車の構造接着に一般
的に使用されている一液硬化型エポキシ系の接着剤を使
用した。酸洗は、酸として硫酸を選び10重量%、80
℃の条件で処理した。グロー放電発光分光法で酸洗前後
のアルミニウム合金板の表面を分析したところ、酸洗前
の段階ではいずれのアルミニウム合金板も焼鈍で生成し
たMgの濃化層が表面に存在していたが、酸洗によりM
gの濃化層は除去され、表面のMg量はバルクのMg量
とほぼ同じになっていた。Cuは酸洗により表面に濃化
していた。表面に濃化したCuの量はサンプルBでは約
0.5重量%、サンプルCでは約6重量%、サンプルD
では約14%であった。
【0017】
【表1】
【0018】接着性試験としてはJISK6854に従
った剥離試験とJISK6850に従った引っ張りせん
断試験を行い、各アルミニウム合金板の接着強度を酸洗
前後で測定して、Mg濃化層の除去による効果とCuの
表面への濃化による効果を考察した。接着性の評価は接
着強度と剥離形態の観察から良◎,可○,不可△の3段
階とした。
【0019】試験結果を表2に示す。いずれの合金も酸
洗前、即ち原板の段階では接着性が悪いが、酸洗により
Mgの濃化層を除去することで接着性は向上している。
Cuを添加していないAよりもBとCの方が酸洗による
接着性向上の程度は大きい。接着試験片の破壊形態を観
察したところ、酸洗前では接着剤とアルミニウム合金板
の界面での接着剤の剥離であったが、酸洗によってMg
の濃化層を除去しCuを濃化せしめたアルミニウム合金
板ではこのような界面剥離はほとんど見られず、ほぼ1
00%接着剤の凝集破壊であった。以上より、接着性の
劣るアルミニウム合金板に対して酸洗を施し、表面のM
gの濃化層を除去し、表面にCuを濃化させる事で接着
性が向上する事が明らかにされた。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明は、従来法である硫酸−クロム酸
エッチング法、陽極酸化法、さらにはアルミニウム合金
板の表面にめっきを処理する方法と比較して、工程が少
ないために処理時間が短かくコストも安く製造できる。
また、クロム酸を使用しないことから環境上も安全であ
る、といった利点がある。さらには、本発明によりアル
ミニウム合金板の接着性が向上することから、家電材料
や自動車材料等の分野においてアルミニウム合金板の利
用が拡大される工業的意義も大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/06 - 21/18 C23F 1/20 C23G 1/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg:0.1〜10重量%とCu:0.
    01〜10重量%を必須成分として含有し、残部がAl
    及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板におい
    て、合金板表面にMgの濃化層がなく、表面にCuが
    0.1〜15重量%濃化した接着性に優れるアルミニウ
    ム合金板。
  2. 【請求項2】 単独添加量が5重量%以下のSi,F
    e,Mn,Cr,Zn,Ti,Zr,Agのうち1種以
    上を含有する請求項1記載の接着性に優れるアルミニウ
    ム合金板。
  3. 【請求項3】 酸洗処理によってアルミニウム合金板表
    面のMg濃化層を除去し、同時にアルミニウム合金板表
    面にCuを0.1〜15重量%濃化させることを特徴と
    する請求項1または2記載の接着性に優れるアルミニウ
    ム合金板の製造方法。
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