JP3672111B2

JP3672111B2 - プレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ材

Info

Publication number: JP3672111B2
Application number: JP08571095A
Authority: JP
Inventors: 知之杉田; 邦昭松井
Original assignee: 神鋼アルコア輸送機材株式会社
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JPH08281209A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ又はＡｌ合金材に関し、更に詳述すれば、プレス加エにより製造されるＡｌ部品、例えば自動車部品をはじめとして、電機機器部品及び航空機部品等に好適であって、加工が厳しく、かつ組立工程時にスポット溶接を行うＡｌ材製品に対して有効な固形潤滑剤を塗布したＡｌ材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ又はＡｌ合金材（以下、両者を含めてＡｌ材という）は、その軽量性のほかに、耐食性及び成形性が優れているため、鉄鋼材料に次ぐ汎用金属材料として自動車を始め、種々の産業分野で多用されている。最近、自動車の軽量化を図るために、Ａｌ材の使用が次第に増えつつあるが、Ａｌ材は鋼板に比較して成形性が劣るため、成形時に割れが発生しやすいと共に、設計時に形状が制限されるなどの点で問題が大きい。
【０００３】
そのため、自動車製造分野においては、Ａｌ材をプレス加工する際に、通常の鉱油潤滑油ではなく、潤滑性が優れた固形潤滑剤の使用を検討している。固形潤滑剤は予め素材のＡｌ又はＡｌ合金板に対し、水又は有機溶剤にワックス又は樹脂等を溶融させた液体を板表面上に塗布し、乾燥させて潤滑性の皮膜を形成させておき、プレス時の成形性を高めようとするものであり、潤滑性が高いほどプレス成形時に割れが発生しにくい。
【０００４】
こうしてプレス成形された製品は、その後の組立工程において固形潤滑剤が除去されない状態で溶接加工が行われ、組み立て工程が終了した後に脱脂工程にて除去されている。ところが、固形潤滑剤を使用した場合はアルミニウム材の表面に固形の潤滑皮膜が形成されているため、これが原因となってスポット溶接時に残留潤滑剤が溶接電流を阻害して溶接不良の原因となり、生産性及び製品の品質を劣化させ、作業の安全性を著しく阻害する原因になっている。こうした状況から、本願発明者等は成形性・脱脂性・接着性及び溶接性に優れた固形潤滑剤と塗布されたアルミ板材（特開平５−３２０６８５号公報）と、Ａｌ又はＡｌ合金成形加工用潤滑剤及び成形加工用Ａｌ又はＡｌ合金板（特願平５−３４８２５４号）を提案した。
【０００５】
前者は水溶性のワックスと金属石鹸と導電性物質を適正な比率で混合した固形潤滑剤を使用することにより、アルミ材の成形性・脱脂性・接着性・溶接性を向上させようとするものであり、後者は潤滑剤の組成をポリアルキレンオキサイド又はその誘導体と高級脂肪酸塩とし、その成分の適正化により同様にアルミニウム材の成形性・脱脂性・接着性・溶接性を向上させようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合は、スポット溶接した際に、潤滑剤中に含有される導電性パウダーであるグラファイトと酸化チタンが、アルミニウムと溶融され、これが腐食を引き起こす原因となる。また、導電性パウダーと潤滑剤がうまく混じり合わず、塗布時にムラになり、成形性及び脱脂性を劣化させる原因にもなる。
【０００７】
また、後者の場合は、主成分にポリアルキレンオキサイド又はその誘導体しか使用できず、得られるスポット溶接性も連続打点数で３００〜５００点程度である。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、従来の固形潤滑剤と同等以上の成形性を有すると共に、プレス加工後の溶接エ程において、プレス成形品に潤滑剤が付着していない場合と同等以上の接合強度を有すると共に、５００点以上のスポット電極寿命と、スポット溶接部の耐食性を得、かつ組み立て後の脱脂工程において潤滑剤を簡単に除去できるプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ材は、Ａｌ又はＡｌ合金基材の表面に、水溶性ワックス、このワックスに対して重量比で５〜２５％の高級脂肪酸の金属塩、前記ワックスに対して重量比で２〜２０％の平均粒径５μｍ以下のアルミニウムパウダー、及び前記ワックスに対して重量比で０．０２〜０．２％のアルミニウムパウダーを分散させるための分散剤の混合物を、０．２〜２．０ｇ／ｍ^２塗布して形成した皮膜を有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本願発明者等は、本願発明の目的を達成できるＡｌ又はＡｌ合金材の成形方法について研究を重ね、Ａｌ又はＡｌ合金材のプレス時の成形性を向上させながら、組み立て工程におけるスポット溶接性及び脱脂工程の脱脂性を劣化させないＡｌ用固形潤滑皮膜の組成を種々実験研究した結果、特許請求の範囲に記載のＡｌ又はＡｌ合金材によりこれを解決できることを見い出した。
【００１１】
本発明に係る潤滑剤は水溶性の固形潤滑剤であって、優れた脱脂性・溶接性を得るため親水性で体積抵抗率の低い合成ワックスを主成分とし、これに成形性向上のために高級脂肪酸の金属塩を加え、さらに潤滑剤中に導電性のアルミバウダーを加え皮膜に電流が流れるようにし、高級脂肪酸の金属塩やアルミパウダーを潤滑剤中に均一に分散させるため、金属分散剤を加える。このような混合水溶性固形潤滑剤の皮膜を板状等のアルミニウム材の表面に設けることにより、成形性・脱脂性・溶接性を満足するアルミニウム材を得ることができる。そしてこれらの潤滑剤は通常は水溶液の状態でロールコーターを用いてＡｌ材表面に塗布され、その後、熱風等で水分を除去した状態でプレス加工に供される。
【００１２】
主成分である水溶性合成ワックスは優れた潤滑性と脱脂性を有しており、かつ体積抵抗率が１０¹⁰Ωｍ以下と小さく導電性もよい。これらの水溶性合成ワックスには、ポリエチレンオキサイド、カーボワックス、ヘキストワックス、及びこれらのワックスに酸価を付与した変成誘導体等が挙げられる。
【００１３】
高級脂肪酸の金属塩は潤滑性は優れているものの、それ単体ではＡｌと吸着して脱脂性を悪くし、その後の塗装工程での塗装不良の原因となる。しかし、高級脂肪酸の金属塩を水溶性合成ワックスに添加し潤滑剤中に均一に分散させることにより、主成分である水溶性合成ワックスの潤滑性を向上させることができ、プレス加工時の割れを防ぐことができる。これらの高級脂肪酸の金属塩には、ステアリン酸、パルミチン酸、ミステリン酸、ラウリン酸、アラキン酸、べへン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸なとのソーダ塩、カリ塩その他の塩類が挙げられる。
【００１４】
高級脂肪酸の金属塩の水溶性合成ワックスに対する比率を５〜２５％に規定する。５％以下ではプレス加工時の成形性が不足して割れの原因となり、２５％以上では脱脂性を劣化させ、その後の塗装工程での塗装不良の原因となる。
【００１５】
アルミニウムパウダーは成形性の向上には何ら効果がないが、合成ワックスに対して２〜２０％のアルミパウダーを添加することにより、潤滑皮膜に導電性を与え、スポット溶接時に電極の損耗をふせぐ効果がある。また、アルミニウム材に対し、アルミニウムパウダーを使用するため、溶接時にパウダーがアルミニウム材に溶着しても同一金属であるため、腐食の原因とはなりえない。アルミニウムパウダーは、２％以下では量が少なすぎて溶接性の向上効果が得られず、電極の損耗及び溶接不良の原因となり、２０％以上では成形性に悪影響を及ぼし、割れの原因となる。
【００１６】
アルミニウムパウダーの平均粒径を５μｍ未満に規定する。平均粒径が５μｍ以上の場合、塗布するために水に溶解する際に沈澱してしまい、塗布時にムラとなって表面に偏析し、成形性及び溶接性を劣化させる原因になる。
【００１７】
高級脂肪酸の金属塩及びアルミパウダーは通常水溶性の合成ワックスと混じりにくく、アルミニウム材の表面に潤滑剤を塗布する際に、これらが偏析し、皮膜の潤滑性・導電性を劣化させる。金属分散剤を徴量添加することにより、水溶液の状態での潤滑剤中の高級脂肪酸の金属塩及びアルミニウムパウダーと水溶性の合成ワックスが均一に混じることになり、塗布時にこれらが偏析することはなくなる。
【００１８】
金属分散剤としてはナフテン酸塩とカルシウムセチルフェネートが挙げられる。金属分散剤の添加量は、０．０２％未満では添加効果が得られず、０．２％を超えると、脱脂性が劣化するので好ましくない。従って、金属分散剤の添加量は、主成分である水溶性のワックスに対し０．０２〜０．２％の範囲とする。
【００１９】
上記Ａｌ材の表面上の潤滑皮膜の塗布量が２．０ｇ／ｍ²より多いと組み立て工程終了後の脱脂エ程で脱脂不良がおこり、その後の塗装エ程での塗装不良の原因となる。また、塗布量が０．２ｇ／ｍ²未満ではプレス加工時の成形性が不足し、割れの原因となる。従って乾燥後の固形潤滑皮膜の塗布量は０．２〜２．０ｇ／ｍ²に規定する。
【００２０】
成形材料であるＡｌ材の材質等については、特に制限はなく、最終製品の要求により適宜の成分及び組成のものを選択すれば良い。例えば、強度が高いものが必要な場合は、Ａｌ−高Ｍｇ（３〜６％）系が望ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その比較例と比較して説明する。
【００２２】
実施例１
表１は実施例及び比較例の潤滑皮膜の組成を示す。下記の試験に用いた試験片は、塗布・乾燥後の潤滑皮膜量が１．０ｇ／ｍ²となるように固形潤滑剤の水溶液をバーコーダ−で塗布し、恒温槽にて７０℃で５分間保持して乾燥させたものである。作成した試験片について板表面に皮膜のムラと、アルミニウム粉の偏析が現れているか否かを目視で調査し、良好なものについてはプレス加工時の成形性、脱脂エ程における脱脂性、組立工程における溶接性、及び溶接部の耐食性を評価した。このとき用いた供試材、供試潤滑剤及び評価方法を下記に示す。なお、試験はｎ＝３で行い、その平均値をとった。
Ａ．供試材
ＪＩＳ５１８２−Ｏ材、板厚ｌｍｍのものを使用した。
Ｂ．評価方法
【００２３】
（１）試験片の目視観察
潤滑剤を塗布した試験片を目視観察し、板表面に皮膜のムラと、アルミニウム粉の偏析が現れているか否かを調査した。これらが現れているものについては塗布性不良（×）と判断し、以下の試験は中止した。
【００２４】
（２）成形性
エリクセン試験機にて下記の角筒絞り成形試験を行い、割れが生じるまでの最大成形高さにより評価した。
【００２５】
ブランク径 □１００ｍｍ、加工速度−２０ｍｍ／分
シワ押さえ力３９．２ｋＮ
ポンチ怪口４０ｍｍ、角頭（ポンチＲ４．５ｍｍダイＲ３．０ｍｍ）

【００２６】
（３）脱脂性
ケイ酸ソーダ型アルカリ性脱脂液（ＰＨ＝１０．５４３℃±２℃）に２分間浸漬し、取り出して水洗した後の水濡れ面積率にて評価した。
【００２７】

【００２８】
（４）溶接性
スポット溶接時の連続打点性試験を行った。打点時の強度はＪＩＳＺ３１３６の試験法に基づき、強度が１５００Ｎ以下になったときまでの打点数で評価し、５００点以上で合格（○）とした。
【００２９】
（５）溶接部の耐食性試験
ＪＩＳＺ３１３６の試験法に基づきスポット溶接した試験片を、１００日間ＪＩＳＺ２３７１に基づいて塩水噴霧試験を行った後、溶接部の剪断強度を測定し、その時の強度が１５００Ｎ以上で合格（○）とした。
【００３０】
成形性、脱脂性、溶接性の評価結果を下記表２に示す。比較例である実験Ｎｏ．ｌ０は脂肪酸の金属塩の量が多すぎて脱脂性が劣り、比較例Ｎｏ．１１は少なすぎて成形性が悪くなる。比較例Ｎｏ．１２はアルミパウダーの粒径が大きすぎるため、塗布時にムラをおこし、比較例Ｎｏ．１３はアルミパウダ−の量が多すぎて成形性及び脱脂性が劣り、比較例Ｎｏ．１４は少なすぎて溶接性が悪くなる。比較例Ｎｏ．１５は金属分散剤が含まれてないため、試験片に塗装不良をおこした。比較例Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２０は成分に問題があり、成形性・脱脂性・接着性・溶接部の耐食性のいずれかが劣る。これらに対し、本発明の実施例Ｎｏ．ｌ〜９においては、潤滑剤の成分及び配合比が適正であるため、成形性・脱脂性・接着性・溶接部の耐食性が優れたものであった。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
実施例２
下記表３は、実施例及び比較例の塗布量であり、表３に示すＮｏ．１〜５に示すように塗布量を変化させたアルミニウム合金仮について成形性及び脱脂性を調査した。下記の試験に用いた潤滑剤は、表１のＮｏ．ｌと同じものを使用し、塗布量はバーコーダーにより調整した。試験方法は実施例１の成形性及び脱脂性の評価方法と同様である。
【００３４】
比較例であるＮｏ．ｌは塗布量が少なすぎて成形性が劣り、比較例Ｎｏ．５は塗布量が多すきて脱脂性が劣る。それに対し、本発明の実施例Ｎｏ．２〜４においては、潤滑剤の塗布量が適正であるため、成形性及び脱脂性が優れている。
【００３５】
【表３】

【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ合金材によれば、良好な成形性が得られ、従来プレス加工が困難であった形状でも成形が可能になると共に、プレス後の脱脂性及び溶接性を向上させることができ、かつ潤滑剤が塗布していない場合と同等の溶接部の耐食性を得ることができ、本発明はその適応範囲が拡大し、極めて有益である。

Claims

Ａｌ又はＡｌ合金基材の表面に、水溶性ワックス、このワックスに対して重量比で５〜２５％の高級脂肪酸の金属塩、前記ワックスに対して重量比で２〜２０％の平均粒径５μｍ以下のアルミニウムパウダー、及び前記ワックスに対して重量比で０．０２〜０．２％の前記高級脂肪酸の金属塩及び前記アルミニウムパウダーを分散させるための分散剤の混合物を、０．２〜２．０ｇ／ｍ^２塗布して形成した皮膜を有することを特徴とするプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ材。
前記分散剤はナフテン酸塩及び／又はカルシウムセチルフェネートであることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形性及びスポット溶接性が優れたＡｌ材。