JP4620625B2 - アルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法に関し、より詳しくは、陽極酸化処理によりアルミニウム又はアルミニウム合金表面に形成された多孔性陽極酸化皮膜を封孔する処理方法に関するものである。

アルミニウムやアルミニウム合金は、その特性を活かされた装飾品、厨房用品、光学機器部品、電子部品、建築部材など、日用品から工業用品までの幅広い分野に使用されている。これらの用途に供するのに耐食性や耐摩耗性及び製品外観などを向上するために各種の表面処理がアルミニウムやアルミニウム合金表面に施されている。

従来から、アルミニウムやアルミニウム合金の表面処理としては、陽極酸化処理が一般的に行われている。陽極酸化処理がなされたアルミニウムやアルミニウム合金の表面には陽極酸化皮膜が形成され、この皮膜はアルミニウム基材上にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のバリア層と、微細な孔が多数存在する多孔性層との二層からなる多孔質皮膜である。

使用用途上、さらなる耐食性の向上を目的として、陽極酸化処理後のかかる陽極酸化皮膜の孔を封じ込む封孔処理が行われている。この封孔処理を行わずに使用した場合、比較的早期に孔からの腐食発生や変色などの不具合が生じることがある。

この封孔処理には、加圧水蒸気や沸騰水（熱水）による水和反応を利用する方法、酢酸ニッケルなどの金属塩水溶液を用いて加水分解により金属水酸化物を生成し孔に沈着させ閉塞すると共に皮膜を化学的に不活性にし封孔する方法などがある。

しかし、水蒸気などを利用する方法は、付帯設備が煩雑で大がかりであり、封孔処理に長時間を要しエネルギーコストも高価であるという欠点を持っている。そこで量産化時には金属塩水溶液に上記陽極酸化処理をほどこしたアルミニウムなどを浸漬し金属水酸化物を生成する方法が採られているが、重クロム酸塩またはクロム酸塩溶液処理などクロムを含むものは人体への影響、環境上好ましくないとの観点から採用し難い状況にあり、一般に酢酸ニッケル、酢酸コバルトなどの金属塩水溶液を使用する方法が汎用されるようになっており、この改良技術が多数提案されている（例えば、特許文献１、２など）。

しかしながら、酢酸ニッケルなど金属塩水溶液による方法は、（１）陽極酸化皮膜より溶出する酸により処理液のｐＨが変動し封孔処理の閉塞性や処理効率が低下する、（２）処理時の加温により金属塩が加水分解を起こし、不溶解性沈殿物が生成し処理品に付着して耐食性が低下するなどの弊害がある、（３）加水分解により封孔処理成分であるニッケルなどの金属塩が減少する、などの問題を抱えている。
特開２００４−２７７８６６号公報 特開２００５−２７２９０４号公報

本発明の目的は、上記問題に鑑み、封孔処理に伴う酢酸ニッケルなどの金属塩を含む処理液のｐＨ変動を抑え、かつ不溶解沈殿物の生成や金属塩を減少させる原因となる加温処理液中の金属塩の加水分解を抑制することができるアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法を提供することにある。

本発明者は、上記の諸問題を解決するため鋭意研究を進めた結果、封孔処理中の陽極酸化皮膜から溶出する酸によるｐＨ変動を小さくし、かつ処理液の加温による金属塩の加水分解を抑制することができる化合物を見出し本発明に至った。

すなわち、本発明は、多孔性の陽極酸化皮膜が表面に形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法であって、α−アミノ酸を含む金属塩水溶液で前記アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極酸化皮膜を封孔することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法である。

本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法においては、前記α−アミノ酸がグリシンであることが好ましい。

本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法によれば、α−アミノ酸が処理液中で処理に伴う金属塩水溶液のｐＨ変動を小さくし、かつ金属塩の加水分解を抑制し不溶解沈殿物の生成を抑えて沈殿物付着による処理性能や処理効率の低下を防ぎ、さらにニッケルなどの金属塩の消費量を大幅に低減し処理液の長寿命化を図ると共に処理剤費用を削減することができ、しかも処理作業が簡便であり付帯設備を設けずに、また封孔処理液を長時間使用することができ処理コストの低減が図られる。

本発明において、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、「アルミニウム材」ということがある）の表面に形成される陽極酸化皮膜は、例えば陽極酸化処理液中でアルミニウム材を陽極として、処理液中で電気分解することによって得られる。陽極酸化処理液としては、硫酸、シュウ酸、リン酸、クロム酸等の酸性浴、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム等の塩基性浴の何れを用いてもよく、陽極酸化皮膜の膜厚も限定されない。この陽極酸化処理は、従来から公知の方法で行うことができる。

本発明において、封孔処理の前処理として、陽極酸化皮膜を生成させたアルミニウム材を封孔処理浴に浸漬する前に、水洗浄などの洗浄処理を行うことが好ましい。これにより、被処理物に付着した陽極酸化処理液が封孔処理浴に混入することを防止し、また孔内に残留する陽極酸化処理液を除去することができ、封孔処理性能を高めることができる。

本発明にかかるアルミニウム材に形成された陽極酸化皮膜に対する封孔処理方法は、金属塩水溶液にα−アミノ酸を添加した処理液を用いることにある。

金属塩水溶液としては、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウムなどの酢酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、フッ化物、アミド硫酸塩などの水溶液が挙げられる。これらの金属塩は、単独でも、２種類以上を混合し水溶液としてもよい。

中でも、酢酸ニッケル、酢酸コバルトが好ましく、耐食性の高い水酸化ニッケルや水酸化コバルトが生成するからである。

金属塩水溶液の濃度は、特に限定されず、金属塩の種類により異なるが、水溶液中の金属塩が１〜１０重量％程度であり、さらに３〜８重量％であるものが好ましい。濃度が低いと耐食性に優れる封孔効果が得られ難い場合があり、濃度が高すぎてもそれ以上の封孔効果は得られず、また被処理物に処理液が付着し、次の工程へ持ち出されることによる損失を防止するという経済的な理由がある。

また、α−アミノ酸としては、グリシン、アラニン、（イソ）ロイシン、セリン、トレオニン、システイン、シスチン、アスパラギン酸、グルタミン酸などが挙げられる。

本発明に用いられる封孔処理液は、上記金属塩水溶液に上記α−アミノ酸を添加溶解した水溶液であり、α−アミノ酸は単独でも２種類以上を混合し用いてもよく、混合する場合の比率もアミノ酸の種類、処理条件等によることができる。

α−アミノ酸の添加量は、アミノ酸の種類によって異なり、また処理条件等により厳密に規定されるものではないが、コスト等を考慮すると金属塩水溶液に対して１〜５ｇ／リットルが適当である。添加量が１ｇ／リットル未満では本発明の目的が十分達成できず、５ｇ／リットルを超えて添加してもそれ以上の効果が得られず、不経済となる。本発明におけるα−アミノ酸は、グリシンが溶解性に富みかつ経済性を考慮した場合最も好ましい。

また、封孔処理液のｐＨは、ニッケルなどの金属塩にα−アミノ酸を添加することにより、ｐＨ５．７±０．３の範囲に調整される。

封孔処理の処理温度は、５０〜９８℃である。また、処理時間は、生成された陽極酸化皮膜の処理条件或いは封孔処理後の後処理などにより異なるが、陽極酸化皮膜の厚みに対して通常１〜５分／μｍであり、標準的には２〜3分／μｍ程度の短時間で実施できる。

上記処理液による陽極酸化皮膜の封孔処理は、アルミニウム材を所定条件に調製された処理液に所定時間浸漬することで行われる。陽極酸化皮膜は浸漬中に加水分解により生成した水酸化ニッケルや水酸化コバルトなどの水酸化物で完全に封孔され、不完全封孔部分や孔内の浴成分の残留が見られず、従って酢酸ニッケルなどの金属塩の消費量は少量で実施できる。また、それらの水酸化物はほとんど無色であるので染色された皮膜に好適である。

また、封孔処理中は、処理液を撹拌することが好ましく、撹拌することによって、封孔処理の均一化、高速化を図ることができる。撹拌は、プロペラやポンプを用いた液循環、空気による撹拌がある。

本発明にかかる封孔処理は、金属塩水溶液中の金属塩が加水分解し生成する金属の水酸化物を孔中に沈殿させ微細孔を閉塞すると共に、α−アミノ酸が余剰の加水分解を抑えて不溶解性沈殿物の生成や金属塩の消費量を抑えることができる。

従って、本発明によれば、煩雑な作業を伴う日常の処理液ｐＨの調製や、酢酸ニッケルなどの金属塩を長期間定量的に補充する必要のないアルミニウム材の陽極酸化皮膜の封孔処理を実現することができ、耐酸性、耐アルカリ性などの耐食性に優れていて、封孔処理液中に濁りや沈殿もほとんど生成することがない。また、本発明の封孔処理液は、長寿命で安価かつ容易に封孔処理に使用できるので工業的価値も非常に高いものとなる。

以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

［実施例１］
アルミニウム板Ａ（Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３２）に常法により前処理を行った後、１５％硫酸水溶液中にて電流密度１．０Ａ／ｄｍ^２で３０分間陽極酸化処理し、厚み１０μｍの陽極酸化皮膜をアルミニウム板Ａに生成させた。酢酸コバルト（ナカライテスク（株）製）の５％水溶液（イオン交換水使用）にグリシン（関東化学社製）３ｇ／リットルを添加した封孔処理液を調製し、９０℃に調整した該処理液中に陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム板Ａを３０分間浸漬し封孔処理した。この処理済み陽極酸化皮膜を、ＪＩＳ Ｈ８６８３−１に規定の「アルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の封孔度試験方法−第１部：染料吸着試験」を行ったところ、汚染度の評価は「０」であった。

同様に、ＪＩＳ Ｈ８６８３−２に規定の「アルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の封孔度試験方法−第２部：りん酸−クロム酸水溶液浸漬試験」においても、「０．０１ｇ／ｄｍ^２以下」の良好な結果が得られた。

［実施例２］
アルミニウム板Ｂ（Ａ１２００Ｐ−Ｈ２４）を実施例１と同様に１５分間陽極酸化処理し、厚み５μｍの陽極酸化皮膜をアルミニウム板Ｂに生成させた。５％酢酸ニッケル（ナカライテスク（株）製）水溶液にグリシン（同上）１０ｇ／リットルを添加した封孔処理液を調製し、９０℃に調整した該処理液中に陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム板Ｂを１５分間浸漬し封孔処理した。１ｍ^２／リットル処理した時点での酢酸ニッケルの減少率は約１０％であった。また、１ｍ^２／リットル処理時点での封孔性能は、上記実施例１と同じ「封孔度試験方法−第１部：染料吸着試験」を行ったところ、汚染度の評価は「０」であった。処理後の処理液状態は、淡緑色透明を呈し処理前と変化が認められなかった。

［比較例］
市販の酢酸ニッケル系封孔処理剤の７ｇ／リットル水溶液を用いた以外は実施例２と同様に封孔処理を行い、１ｍ^２／リットル処理した時点での酢酸ニッケルの減少率は約４０％であった。また、処理後の処理液状態は、処理前の淡緑色透明から乳緑色を呈し、容器の底に沈殿が認められた。

なお、酢酸ニッケル減少率の測定は、ＥＤＴＡ滴定法により行った。

本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法により得られた封孔処理品は、装飾品、厨房用品、光学機器部品、電子部品、建築部材などの日用品から工業用品までのアルミニウム又はアルミニウム合金製品の全般に使用することができる。

Claims (3)

1. 多孔性の陽極酸化皮膜が表面に形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法であって、
   金属塩１〜１０重量％及びα−アミノ酸１〜５ｇ／リットルを含む水溶液で前記アルミニウム又はアルミニウム合金の陽極酸化皮膜を封孔するものであり、
   前記金属塩として、酢酸ニッケル及び酢酸コバルトのいずれかを単独で含むかまたはこれら２種を含む
   ことを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法。
2. 前記α−アミノ酸がグリシンである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法。
3. 処理温度が５０〜９８℃であり、処理時間は、陽極酸化皮膜の厚みに対して１〜５分／μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の封孔処理方法。