JP3297559B2 - 装飾品用アルミニウム合金材及びその製造方法 - Google Patents

装飾品用アルミニウム合金材及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、装飾品に用いるアルミ
ニウム合金材及びその製造方法に関し、更に詳述すれ
ば、15μm以上の膜厚の陽極酸化被膜を形成し、良好
な光沢及び高耐力を有し高硬度である装飾品用アルミニ
ウム合金材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、装飾品に使用される素材には、
良好な外観特性を有し、使用環境に耐えうる強度及び耐
食性等が必要とされている。このため、通常、素材は陽
極酸化を施して使用されることが多い。また、従来は、
ステンレス、プラスチック又は鉄にメッキを施した製品
が主に使用されていた。しかし、これらの素材は加工し
にくく、重く、高価である等の欠点があり、近年、これ
らの材料に代わる素材が要望されている。
【0003】このような問題点を解決するために、加工
性が良好であると共に、軽量であるアルミニウム合金
が、既に装飾品用材料として使用されたことがあるが、
価格及び耐久性の観点から問題があるため、継続的に使
用されておらず、一般に普及するには至っていない。
【0004】即ち、装飾性が優れたアルミニウム合金と
して、特開昭62−146251号公報及び特開昭62
−270757号公報に記載されたものが提案されてい
る。特開昭62−146251号に記載されたアルミニ
ウム合金は、Mgを1.5〜3.0重量%含有している
が、Fe含有量を0.005重量%以下に抑制すること
が必要であり、極めて高価となっている。特開昭62−
270757号に記載されたアルミニウム合金は、Mg
を1.5〜3.0重量%に添加し、Feを0.01重量
%以下に抑制することを提案しているが、熱間圧延の途
中で500℃から400℃まで強制的に急速冷却を行う
必要があるため、その製造が困難であると共に、仕上げ
焼鈍を施す必要があるため、十分な強度が得られない。
【0005】また、特開昭61−201798号には、
純度99.99重量%以上のアルミニウム地金を使用
し、Fe及びSiが共に0.01重量%以下とし、Mg
を0.5〜2.5重量%添加したアルミニウム材が提案
されている。しかしながら、このような高純度のアルミ
ニウム材は極めて高価であり、また、強度も不足するた
め、継続的に使用されるまでには至っていない。
【0006】このため、これらの従来のアルミニウム合
金材もメッキ材に代わって継続的に使用されるまでには
至っていない。
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、加工性が良好で軽量なアルミニウム合金を
使用し、低コストであると共に、製造が容易であり、十
分な強度及び優れた表面光沢を有する装飾品用アルミニ
ウム合金材及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る装飾品用ア
ルミニウム合金材は、Mg:3.0重量%を超え5.0
重量%以下、Fe:0.03〜0.15重量%、Cu:
0.05〜0.15重量%、Ti:0.005〜0.0
4重量%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物から
り、表面に陽極酸化処理皮膜が形成され、耐力が15
0〜300MPaであり、表面硬度Hvが150以上で
ることを特徴とする。
【0009】本発明のアルミニウム合金材は、前記陽極
酸化処理皮膜の厚さが15μm以上であることが好まし
い。また、反射率が70%以上であることが好ましい。
【0010】更に、本発明に係る装飾品用アルミニウム
合金材の製造方法は、前記組成のアルミニウム合金の鋳
塊を、450〜550℃で均質化処理し、圧延開始温度
が400〜500℃の温度で熱間圧延し、その後、陽極
酸化処理することを特徴とする。そして、必要に応じ
て、前記熱間圧延後で陽極酸化処理する前に、冷間圧延
を施す。
【0011】
【作用】本願発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研
究した結果、低コスト化のため、Fe等の不純物成分量
が多いアルミニウム地金を使用しても、添加元素及び製
造工程を適切に規定することにより、本発明の目的を達
成できることを見いだした。
【0012】装飾品、例えば、眼鏡、指輪、ブレスレッ
ト、ベルトのバックル、ネクタイピン、化粧品用キャッ
プ、化粧品用ケース及び時計等は、日常の生活におい
て、ある程度の硬さのものと接触することは回避できな
い。このため、アルミニウム合金材と陽極酸化被膜の全
体的な硬度を高める必要がある。即ち、陽極酸化被膜の
厚さを増大してその硬度のみを高めても、異物との接触
による装飾品の疵の付着を防止することができない。
【0013】このような条件として、本願発明者等は、
装飾品用アルミニウム合金材には、耐力が150MPa
以上であり、また硬度がヴィッカース硬度(Hv)で1
50以上であることが必要であることを知見した。
【0014】このような条件を満足させるために、本願
発明においては、Mg含有量を適切に規定した。また、
陽極酸化被膜の厚さを適切に規定した。
【0015】更に、不純物が多い状態で、陽極酸化処理
後に、高い反射率を得るためには、Fe含有量を厳密に
規定すると共に、Tiの添加による結晶粒の微細化が必
要である。更にまた、Cuの添加量は、電解研磨又は化
学研磨工程における表面の光沢を高めるために、適切な
範囲に厳密に規定する必要がある。
【0016】本願発明は上述のような観点に立って完成
されたものである。次に、本発明に係る装飾品用アルミ
ニウム合金材の成分添加理由及び組成限定理由について
説明する。
【0017】Mg(マグネシウム):3.0重量%を超
え5.0重量%以下 Mgは強度向上のためにアルミニウム合金に添加され
る。この場合に、膜厚が15μm以上の陽極酸化皮膜が
アルミニウム合金材の表面に形成されていると、この陽
極酸化被膜とあいまって、装飾品における日常の耐衝撃
性を確保する。Mg含有量が3.0重量%以下ではこの
効果が得られず、5.0重量%を超えると陽極酸化皮膜
の色調が白濁し、良好な表面光沢が得られなくると共
に、鋳造時に介在物欠陥が発生し、最終製品での表面欠
陥が発生しやすくなる。
【0018】Fe(鉄):0.03〜0.15重量% Feはアルミニウム合金の再結晶粒の微細化に効果があ
る。Fe含有量が0.03重量%未満では再結晶粒が微
細化されず、装飾品に加工した場合に表面に肌荒れが生
じ、多量の表面研磨が必要となり、また表面研磨を施し
ても結晶段差が残り易く、表面光沢が損なわれる。ま
た、Fe含有量が0.15重量%を超えると、陽極酸化
皮膜の色調が灰黒色〜乳白色になり表面光沢が損なわれ
ると共に、Al−Fe−Si系の金属間化合物を形成
し、粗大結晶粒が形成される。
【0019】Cu(銅):0.05〜0.15重量% Cuはアルミニウム合金材の強度を上げる作用を有す
る。また、アルミニウム合金材の表面に陽極酸化処理を
施す場合には、その前処理として、化学研磨又は電解研
磨を行うが、Cuの添加はこの化学研磨又は電解研磨の
表面仕上がりを良好にする効果を有する。Cu含有量が
0.05重量%未満では、装飾品に必要な強度及び光沢
が得られない。また、Cu含有量が0.15重量%を超
えると、Al2Cuが形成され、この形成されたAl2
uが陽極酸化皮膜中に取り込まれることにより、皮膜の
色調が黄色味を帯びて光沢が低下してしまう。
【0020】Ti(チタン):0.005〜0.04重
量% Tiは結晶粒微細化剤として添加される。即ち、Tiの
添加により鋳塊組織を微細化し、熱間圧延時に粗大化し
易い筋模様の形成を軽減すると共に、仕上げ焼鈍時の再
結晶粒径を小さくして反射板等への加工時における肌荒
れを防止する効果が得られる。しかし、Tiが0.04
重量%を超えると粗大化合物を形成し、表面状態が悪く
なる。逆に、Tiが0.005重量%未満では結晶粒微
細化の効果がない。
【0021】不純物 上記以外の成分として、不可避的不純物は、純度が9
9.7重量%程度の地金に含有される程度のものであれ
ば、実質的に本発明の作用効果に影響しない。
【0022】次に、本発明の製造方法における処理条件
の限定理由について説明する。均質化温度:450〜550℃ 先ず、上記組成のアルミニウム合金鋳塊は、450〜5
50℃の温度で均質化処理される。鋳塊の均質化加熱は
鋳塊組織を均一にし、反射板加工時に均一な表面状態を
得る働きがある。均質化温度が450℃未満では鋳塊組
織が十分に均質化されず、装飾品に加工したときに組織
ムラが発生し、光沢が不良となる。また、温度が550
℃を超えると、結晶粒が粗大化し、熱間圧延時にファイ
バーが形成される原因となる。
【0023】また、巨大結晶粒は反射板への加工時に生
じる結晶段差が大きくなり、表面に肌荒れが生じる。
【0024】なお、均質化加熱処理における処理時間に
ついては特には規定しないが、鋳塊の実体温度が上記範
囲内に入り、全体が均一となるためには1時間以上が望
ましく、また過剰に長時間加熱を行うと鋳塊表面が劣化
する虞があるため、48時間以内とする。
【0025】熱間圧延開始温度:400〜500℃ 均質化処理の後に、熱間圧延を行う。本発明において
は、この熱間圧延工程において、その開始温度を規定す
ることにより、再結晶粒の大きさを制御する。熱間圧延
開始温度が500℃を超えると、熱間圧延途中で動的再
結晶が起きやすく、熱間ファイバーが粗大化しやすい。
また、熱間圧延開始温度が400℃以下では、全く動的
再結晶が起こらず、かえって熱間ファイバーが粗大化す
る。
【0026】冷間圧延 なお、熱間圧延後のアルミニウム合金板は、装飾品の厚
さに応じて、必要に応じて、冷間圧延を施すが、熱間圧
延材をそのまま製品に使用する場合には、熱間圧延終了
温度を250〜400℃とすることが望ましい。
【0027】以上のように、アルミニウム合金の組織を
規制することにより、高強度で且つ表面光沢が良好な装
飾品用アルミニウム合金を得ることができる。
【0028】陽極酸化処理皮膜厚さ:15μm以上 陽極酸化処理工程においては、濃度が10〜20%程度
の硫酸を使用し、温度は10〜30℃程度(好ましく
は、10〜20℃程度)にて電流密度0.5〜2.0A
/dm2にて15μm以上の膜厚になるまで、陽極酸化
処理を行う。
【0029】皮膜の厚さを15μm以上に規定するの
は、人間の汗等に対する耐食性を高めると共に、日常生
活での耐衝撃性を維持するために表面のビッカース硬度
(Hv)を150以上にするためである。
【0030】反射率:70%以上 得られた皮膜の反射率は70%以上であることが好まし
い。これは外観特性(ファッション性)を持たせるため
に、表面の光沢が必要であり、このため、表面反射率で
ほぼ70%以上の光沢があることが好ましい。
【0031】
【実施例】下記表1に示すアルミニウム合金に関し、鋳
塊を500℃にて均質化処理した後、8mmまで熱間圧
延した後に、6mmまで冷間圧延を行った。この試料に
つき、打ち抜き・造加工後にバフ研磨及び電解研磨を
施し、15体積%のHSO溶液中で電流密度を1A
/dm、温度20℃で、20μmの膜厚まで陽極酸化
処理した後に、蒸気封孔を行い、反射率計による表面光
沢の測定、硬度計によるHv硬度の測定及び目視による
評価を行った。この評価結果を下記表2に示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】但し、表面反射率:70%以上で装飾品に
使用可能である。また、表面硬度:Hv150以上で装
飾品に使用可能である。表2において、表面状態:○は
肌荒れがない場合、×は肌荒れが発生した場合を示す。
【0035】次に、実施例1の組成について、表3に示
す製造方法にて8mm厚さまで熱間圧延し、その後に必
要に応じて6mmまで冷間圧延を施し、上述と同様に打
ち抜きから封孔処理まで行った試料につき評価を行っ
た。この結果を下記表4に示す。
【0036】更に、実施例1の合金No.1の組成につ
いて鋳塊を均質化処理後に8mm厚さまで熱間圧延し、
その後に必要に応じて6mmまで冷間圧延した。下記表
5に示す耐力を有する試料についても、同様に試験した
結果を下記表6に示す。
【0037】
【表3】
【0038】
【表4】
【0039】但し、表面反射率:70%以上、表面硬
度:Hv150以上で装飾品に使用が可能である。この
反射率は、入射角度60°、即ち表面に垂直の方向に対
して60°傾斜した方向から光を入射させて測定した。
また、表4において、表面模様:○は筋模様がない場
合、×は筋模様が発生した場合を示す。
【0040】
【表5】
【0041】
【表6】 但し、加工性:○は鍛造が容易である場合、×は鍛造が
困難である場合を示す。また、耐衝撃性:○は通常の使
用環境にて疵が付き難い場合、×は通常の使用環境にて
疵が付き易い場合である。
【0042】上記表4及び表6から明らかなように、本
発明の実施例の場合には、いずれも、表面反射率、表面
硬度、表面模様が優れていると共に、加工性、耐衝撃性
が優れている。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム合金の組成を適切に規制することにより、
十分な強度を有すると共に、表面光沢が良好な装飾品用
アルミニウム合金を低コストで得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−68453(JP,A) 特開 平2−8342(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18 C22F 1/04 - 1/057

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg:3.0重量%を超え5.0重量%
    以下、Fe:0.03〜0.15重量%、Cu:0.0
    5〜0.15重量%、Ti:0.005〜0.04重量
    %を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなり、
    表面に陽極酸化処理皮膜が形成され、耐力が150〜3
    00MPaであり、表面硬度Hvが150以上であるこ
    とを特徴とする装飾品用アルミニウム合金材。
  2. 【請求項2】 前記陽極酸化処理皮膜の厚さが15μm
    以上であることを特徴とする請求項1に記載の装飾品用
    アルミニウム合金材。
  3. 【請求項3】 Mg:3.0重量%を超え5.0重量%
    以下、Fe:0.03〜0.15重量%、Cu:0.0
    5〜0.15重量%、Ti:0.005〜0.04重量
    %を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるア
    ルミニウム合金の鋳塊を450〜550℃で均質化処理
    し、圧延開始温度が400〜500℃の温度で熱間圧延
    し、その後、陽極酸化処理することを特徴とする装飾品
    用アルミニウム合金材の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記熱間圧延後で陽極酸化処理する前
    、冷間圧延を施すことを特徴とする請求項3に記載の
    装飾品用アルミニウム合金材の製造方法。
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