JP4665101B2

JP4665101B2 - 深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体およびその製造方法

Info

Publication number: JP4665101B2
Application number: JP2006028521A
Authority: JP
Inventors: 恵太郎山口; 孝雄金澤
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007204842A

Description

この発明は、家電筺体、化粧品ケース、キャップなどのアルミニウム合金成形体の製造方法に関するものである。

家電筐体、化粧品ケース、キャップ、その他の深絞りと外観が必要とされる成形体では、軽量なＪＩＳ１０００系のアルミニウム材料が広く用いられている。また、最近では、特にデジタルカメラや携帯電話のケースのように、上記成形体のさらなる軽量化が求められており、成形体板厚は益々薄くなってきている。そして軽量化の結果、従来の１０００系アルミ合金では、落下等による凹みが生じ易い問題が生じてきている。
凹みが生じにくい材料として比較的強度の高い材料として５０００系の合金の５０５２合金の使用が試みられている。しかし、上記成形体では、小型化により深絞り成形が求められているところ、耐凹み性に優れる上記材料は高強度であるため深絞りで割れが発生し易いという問題がある。
また、強度、成形性を改善する材料として特許文献１では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金と該合金に対する熱処理方法が提案されており、特許文献２では、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金と該合金に対する熱処理方法が提案されている。
特開２０００−２０４４５７号公報特開２００１−３０３１６５号公報

しかし、Ｍｇを含む材料は、アルマイト処理によってアルマイト外観は白色化し易く、黒色系の金属光沢の外観が得られないという問題がある。すなわち、従来、家電筺体などに用いられる成形体として、耐凹み性、深絞り性、外観性の全てにおいて良好な特性を有するアルミニウム合金成形体は提案されておらず、これらの全てにおいて満足する特性を有する材料の開発が望まれている。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、耐凹み性、深絞り性、外観性の全てにおいて良好な特性を有するアルミニウム合金体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、Ｍｇを適量添加して強度を持たせ、Ｆｅ、Ｓｉを減量して深絞りでの割れの起点を減少させ、さらに、ＣｕとＣｒを適量に調整するとともに、析出を抑制する熱処理により黒色系の光沢を有する外観を得るものとしている。

すなわち、請求項１記載の深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体の製造方法の発明は、質量％で、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｍｇ：２．５〜３．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金材を、冷間圧延し、かつ冷間圧延の途中で、３８０℃以上に加熱して２００℃以下に５℃／秒以上の冷却速度で急速冷却する一回以上の熱処理を行い、その後、深絞り成形を行い、さらにその後、厚み４〜１５μｍの陽極酸化皮膜の形成を行うことを特徴とする。

請求項２記載の深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体の製造方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記陽極酸化皮膜が施された表面の反射率が７０％以上であることを特徴とする。

以下に、本発明で規定する成分等の規定理由及びその作用について説明する。なお、各成分の含有量（％）はいずれも質量％を示している。

Ｆｅ：０．００５〜０．０５％
Ｆｅは、ＡｌＦｅ系の金属間化合物を形成し結晶粒の粗大化を抑制する。この作用を得るために、下限値以上の含有が必要である。一方、過度に含有すると、脱脂やエッチング時に金属間化合物が溶解し難くて微細な凹凸を形成し易く、外観が白色化傾向となる。また、アルマイト膜中に混入した金属間化合物でも、アルマイト膜に濁りを与える。よって、上限以下にする必要がある。以上の理由により、Ｆｅ含有量を０．００５〜０．０５％の範囲に規定する。なお、同様の理由で下限を０．０１％、上限を０．０２％とするのが望ましい。

Ｓｉ：０．００５〜０．０５％
Ｓｉは、ＡｌＦｅＳｉ系の金属間化合物を形成し結晶粒の粗大化を抑制する。この作用を得るために、下限値以上の含有が必要である。一方、過度に含有すると、脱脂やエッチング時に金属間化合物が溶解し難くて微細な凹凸を形成し易く、外観が白色化傾向となる。また、アルマイト膜中に混入した金属間化合物でも、アルマイト膜に濁りを与える。よって、上限以下にする必要がある。以上の理由により、Ｓｉ含有量を０．００５〜０．０５％の範囲に規定する。なお、同様の理由で下限を０．０１％、上限を０．０３％とするのが望ましい。

Ｃｕ：０．０１〜０．１％
Ｃｕは、アルミ材と金属間化合物の電位を近似させ、エッチング性を均一化させる。この作用を得るために、下限値以上の含有が必要である。一方、過度に含有すると、ＡｌＣｕ系の粗大な金属間化合物が析出し易くなり、深絞り加工で割れの起点となり易い。また、析出物がアルマイト膜を着色させ易い。以上の理由により、Ｃｕ含有量を０．０１〜０．１％の範囲に規定する。なお、同様の理由で下限を０．０３％、上限を０．０７％とするのが望ましい。

Ｃｒ：０．０５〜０．３０％
Ｃｒは、金属間化合物として析出して結晶粒の粗大化を防止する。また、アルミニウム材と金属間化合物の電位を近似させ、エッチング性を均一化させる。さらに、アルマイト膜に取り込まれ、黒色系の光沢を与える。これらの作用を得るために、下限値以上の含有が必要である。一方、過度に含有すると、粗大な金属間化合物が形成しアルマイト膜を白色化させる。以上の理由によりＣｒの含有量を０．０５〜０．３０％の範囲に規定する。なお、同様の理由で下限を０．１２％、上限を０．２０％とするのが望ましい。

Ｍｇ：２．５〜３．５％
Ｍｇは、アルミニウム中に固溶して材料強度を増加する。この作用を得るために、下限値以上の含有が必要である。一方、過度に含有すると、深絞りで割れを生じ、またアルマイト膜中に混入して白色化させる傾向がある。以上の理由によりＭｇの含有量を２．５〜３．５％の範囲に規定する。なお、同様の理由で下限を２．７％、上限を３．１％とするのが望ましい。

熱処理条件（冷間圧延中途）
冷間圧延中途で行う熱処理では、３８０℃以上の加熱により、Ｃｕ、Ｃｒを含む金属間化合物を再溶解させ、加工時の割れの起点を減少させることができる。さらに、２００℃以下への５℃／ｓ以上の急速冷却により析出を防止し、Ｃｕ、Ｃｒの作用を有効に活用できる。上記加熱温度が低いと、再溶解が不足するので３８０℃以上であることが必要である。また、上記冷却速度が遅いと再析出するので、上記冷却速度が必要である。なお、上記同様の理由で加熱温度を４００℃以上とするのが望ましい。

陽極酸化皮膜厚：４〜１５μｍ
陽極酸化皮膜厚が４μｍ未満では、干渉色が出て外観が不良となる。一方、１５μｍを超えると、アルマイト膜の白色化が強くなり、黒色系の光沢が得られ難くなる。したがって、陽極酸化皮膜厚は４〜１５μｍの範囲内を望ましいものとする。

反射率：７０％以上
陽極酸化皮膜が施された成形体表面は、反射率が７０％以上となることにより、黒色系となる。

以上説明したように、本発明の深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体の製造方法は、質量％で、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｍｇ：２．５〜３．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金材を、冷間圧延し、かつ冷間圧延の途中で、３８０℃以上に加熱して２００℃以下に５℃／秒以上の冷却速度で急速冷却する一回以上の熱処理を行うので、耐凹み性に優れる強度が得られるとともに、加工時の割れの起点が減少し、優れた深絞り性が得られる。さらには、アルマイト処理後に黒色系の光沢が得られる効果がある。陽極酸化皮膜を４〜１５μｍ厚みで形成することにより、黒色系の光沢が確実に得られる。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の組成に調整したアルミニウム合金を基にして本発明のアルミニウム合金成形体が得られる。
該アルミニウム合金の溶製方法は、特に限定されるものではなく、既知の鋳造方法などを採用することができ、また、連続鋳造法を採用することもできる。得られた鋳塊は、所望により均質化処理を施すことも可能である。鋳込み鋳造や半連続鋳造によって得られる鋳塊は、通常は熱間圧延によって板材とされ、その後、冷間圧延に供される。連続鋳造材は、そのまま冷間圧延に供することができる。

冷間圧延における圧下率等は、本発明としては特に限定されないが、本発明の方法では、冷間圧延の中途において加熱処理を行うことを必須とする。
該加熱処理は、前記したように３８０℃以上に加熱して、その後、２００℃以下まで５℃／秒以上の急速冷却を行う。なお、加熱手段は特に限定されるものではなく、バッチ式加熱炉、連続加熱炉のいずれであってもよい。また、冷却に際しての冷却方法も特に限定されるものではない。なお、急速冷却は、少なくとも２００℃に至るまで行うことが必要であるが、それ以下の温度では、冷却速度が特に制約されるものではない。
なお、上記加熱処理は冷間圧延の中途で１回行うものでもよく、また、２回以上を行うものであってもよい。複数回の加熱処理では、処理間に冷間圧延を行うことができる。

上記加熱処理後には、引き続き最終冷間圧延が行われる。この最終冷間圧延における圧延率も特に限定されるものではない。薄板状とされたアルミニウム合金板は、さらに、所望の成形加工を行う。該加工では、深絞り加工が可能であり、割れの発生を招くことなく種々の形状に成形をして成形体を得ることができる。その後、陽極酸化処理が施される。該陽極酸化処理では、膜厚を４〜１５μｍに推奨するものの、その他の処理条件が特に制限されるものではなく、既知の種々の方法により行うことができる。

以上、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

（材料の製作）
表１、２に示す組成（残部Ａｌと不可避不純物）の鋳造スラブを６ｍｍ厚さに熱間圧延し、次いで、冷間圧延し、０．７ｍｍ厚さで、表に示す条件で加熱処理し、０．６ｍｍ厚の板材をブランク加工し深絞り加工して、縦２５ｍｍ×横９０ｍｍ×高さ４０ｍｍ、肩Ｒ２．０ｍｍ、四隅Ｒ２．０ｍｍの容器を製造し、ブラスト処理した。次いで、弱アルカリ性の脱脂液で５０℃で６０秒間の脱脂をし、水洗後、５０℃の１０％苛性ソーダで６０秒間エッチング処理し、水洗、３％硝酸で６０秒の中和処理し、水洗、２５℃の１５％硫酸中で１６Ｖで陽極酸化処理（アルマイト処理）し、水洗、９０℃の温水で１５分間封孔処理し、水洗、１００℃で１０分間の乾燥を行った。

（評価方法）
得られた各供試材について、深絞り性、耐凹み性、外観性について特性評価試験を行った。なお、各評価試験での内容は以下の通りである。

評価方法深絞り性
測定方法上記する加工後に肩及び隅を観察し割れの発生を確認した。１０００個加工して、割れ発生が認められた容器が０個を◎、１〜３個を○、４個以上を×とした。その結果を表１、２に示した。

評価方法耐凹み性
測定方法加工品の側面に高さ５ｃｍから５０ｇの鋼球を落下させて凹みの状態を観察した。凹み有りを×、無しを○とした。その結果を表１、２に示した。

評価方法外観性
測定方法アルマイト処理が完了した加工品の反射率を測定。反射率の測定は外面の平坦部で３回測定し平均した。反射率が高い方が黒色系の光沢となる。

評価試験の結果、表１、２に示すように、本発明の供試材では、深絞り性、耐凹み性、外観性のいずれにおいても良好な結果が得られた。一方、比較材では、合金組成、陽極酸化皮膜厚、加熱処理条件のいずれかが本発明の範囲外となることによって、深絞り性、耐凹み性、外観性のいずれかにおいて良好な結果が得られなかった。

Claims

質量％で、Ｆｅ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｍｇ：２．５〜３．５％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金材を、冷間圧延し、かつ冷間圧延の途中で、３８０℃以上に加熱して２００℃以下に５℃／秒以上の冷却速度で急速冷却する一回以上の熱処理を行い、その後、深絞り成形を行い、さらにその後、厚み４〜１５μｍの陽極酸化皮膜の形成を行うことを特徴とする深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体の製造方法。
前記陽極酸化皮膜が施された表面の反射率が７０％以上であることを特徴とする請求項１記載の深絞り性、耐凹み性および外観性に優れるアルミニウム合金成形体の製造方法。