JP4749816B2

JP4749816B2 - 高純度アルミニウムスラブの製造方法

Info

Publication number: JP4749816B2
Application number: JP2005281616A
Authority: JP
Inventors: 章吉井; 英雄渡辺; 歩村上
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007092110A

Description

本発明は、鋳造時に生じる気泡を抑制した、表面品質に優れた高純度アルミニウムの製造方法に関する。

一般に、高純度のアルミニウムは、溶解及び鋳造を行う際に、雰囲気中の水素ガスを取り込みやすい。アルミニウムスラブに取り込まれた水素ガスは、均質化処理の際に、気泡となってアルミニウムスラブの表面に現れる。このような気泡は、アルミニウムスラブを熱間圧延処理する際に剥離欠陥を生じる原因となり、アルミニウムスラブの表面品質を低下させてしまう。
このため、従来は、アルミニウムスラブ鋳造の際、アルミニウム溶湯に不活性ガスか塩素、又はこれらの混合ガスを吹き込んで脱ガス処理を行い、アルミニウムスラブに含まれる水素ガスの量を抑制していた。

アルミニウム溶湯に対して、不活性ガスとともに、フッ化物と残部の塩化物とからなるアルミニウム溶湯処理用フラックスを吹き込む方法によって得られるアルミニウムスラブとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特開２００５−２３３６７号公報

特許文献１に記載のアルミニウムスラブは、上述の方法によって製造することにより、水素ガスの含有量が抑制されている。

しかしながら、近年、電子産業に用いられるアルミニウム箔の高純度化が進み、アルミニウムスラブ鋳造後の均質化処理の際の温度が高温化したため、特許文献１に記載のアルミニウムスラブを得る方法の脱ガス処理では、スラブ表面に気泡が生じるのを抑制することが困難になってきている。
また、塩素ガスを用いて脱ガス処理を長時間にわたって行うことは、環境上好ましくないという問題点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、溶解及び鋳造時にアルミニウムスラブ中に取り込まれた水素ガスの移動を抑制することにより、アルミニウムスラブ表面に気泡が発生するのを防止し、表面品質の優れた高純度アルミニウムスラブ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、スラブ表面への気泡が生じるのを抑制した高純度アルミニウムスラブを得るとともに、良好な環境下で各工程処理が可能な高純度アルミニウムスラブの製造方法を得るべく検討を重ね、以下の構成の高純度アルミニウムスラブの製造方法を得るに至った。（１）請求項１に記載の発明
アルミ純度が９９．９％以上であり、質量ｐｐｍで、Ｓｉ：５〜３０ｐｐｍ、Ｆｅ：５〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：１〜８０ｐｐｍ、Ｎａ：０．５〜１０ｐｐｍを各々含有し、その他、微量成分の総和が１００ｐｐｍ以下であり、さらに水素ガスの含有量が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下であることを特徴とする高純度アルミニウムスラブを製造するに際し、少なくとも塩素を含むＡｒガスによって、高純度アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行った後、高純度アルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物滓を除去し、次いでＮａ塩を高純度アルミニウム溶湯の表面に均一となるように散布し、この後高純度アルミニウム溶湯を静置して高純度アルミニウム溶湯中にＮａを吸収させた後、鋳造することを特徴とする高純度アルミニウムスラブの製造方法。
（２）請求項２に記載の発明
Ｎａの添加量を、高純度アルミニウム溶湯に対して、質量ｐｐｍで０．５〜１０ｐｐｍの範囲とすることを特徴とする（１）に記載の高純度アルミニウムスラブの製造方法。

アルミニウムスラブの均質化処理の際、処理温度を５００℃以上の高温とした場合には、アルミニウムスラブ表面に気泡が発生する。この気泡は、アルミニウムスラブ中に含まれる水素ガス、又は均熱処理雰囲気中の水蒸気から吸収された水素ガスによって発生する。
水蒸気から吸収された水素ガスによる気泡発生を抑制する場合には、均熱処理の際にアルミニウムスラブ表面に燃焼ガスを直接当てて加熱するのを避け、間接加熱する方法とするのが一般的である。
一方、アルミニウムスラブ中の水素ガスは、その移動を制限すれば、アルミニウムスラブ表層に気泡が発生するのを抑制できる。本発明者が鋭意検討した結果、Ｎａに代表される特定の成分が、アルミニウムスラブ内における水素ガスの移動を抑制する効果が大きいことを見出した。
すなわち、アルミニウムスラブ鋳造中に、Ｎａを適量添加して混入させることにより、水素化合物を生成し、アルミニウムスラブ中における水素ガスの移動を抑制するものである。

本発明の高純度アルミニウムスラブの製造方法では、少なくとも塩素を含むＡｒガスによって、高純度アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行い、次いでＮａ塩によってＮａを添加した後、鋳造する方法としている。
高純度アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行った後にＮａを添加することにより、鋳造されたアルミニウムスラブ中に水素ガスが含まれていても、均質化処理の際に水素ガスがスラブ表面へ移動するのを抑制できるため、塩素等を含むガスを用いた脱ガス処理を長時間にわたって行う必要が無い。
従って、表面品質に優れた高純度アルミニウムスラブを、良好な環境下で効率良く製造することが可能となる。
本発明の高純度アルミニウムスラブの製造方法により製造されるアルミニウムスラブは、アルミ純度が９９．９％以上であり、質量ｐｐｍで、Ｓｉ：５〜３０ｐｐｍ、Ｆｅ：５〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：１〜８０ｐｐｍ、Ｎａ：０．５〜１０ｐｐｍを各々含有し、その他、微量成分の総和が１００ｐｐｍ以下であり、さらに水素ガスの含有量を０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下としている。
Ｎａを０．５〜１０ｐｐｍ含有することにより、アルミニウムスラブを均質化処理する際に、水素ガスがスラブ表面へ移動するのを抑制することができる。従って、スラブ表面に気泡が生じるのを防ぐことができ、表面品質に優れた高純度アルミニウムスラブが得られる。

以下、本発明に係る高純度アルミニウムスラブの実施の形態について説明する。
本発明の高純度アルミニウムスラブは、アルミ純度が９９．９％以上であり、Ｓｉ：５〜３０ｐｐｍ、Ｆｅ：５〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：１〜８０ｐｐｍ、Ｎａ：０．５〜１０ｐｐｍを各々含有し、その他、微量成分の総和が１００ｐｐｍ以下であり、さらに水素ガスの含有量が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下として構成されている。

［高純度アルミニウム］
本発明の高純度アルミニウムスラブは、９９．９％以上の高純度アルミニウムを主体としている。
ここで、本発明の高純度アルミニウムスラブに含まれるＡｌ以外の元素として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎａ、及びその他の微量成分を、上述した範囲内で含有しても良い。
以下、高純度アルミニウムスラブの成分組成の限定理由について説明する。

「Ｓｉ」
ケイ素（Ｓｉ）は、高純度アルミニウムスラブにおいてＡｌ及びＦｅとともに金属間化合物の晶出を促進し、強度を向上させる作用がある。またＳｉは、その一部が組織中に固溶して高純度アルミニウムスラブの強度を向上させる。
Ｓｉの組成比は質量ｐｐｍで５〜３０ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。
Ｓｉの組成比が５ｐｐｍ未満だと、高純度アルミニウムスラブの強度向上の効果が得られない。
また、Ｓｉの組成比が３０ｐｐｍを越えると、金属間化合物への相変化が飽和状態となり、また、純度低下による過溶解が生じ、好ましくない。

「Ｆｅ」
鉄（Ｆｅ）は、高純度アルミニウムスラブの強度向上及び低純度化に最も影響を与える元素である。
Ｆｅの含有量は、５〜２０ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。
Ｆｅの含有量が５ｐｐｍ未満だと、強度向上効果が得られにくく、また、コストメリットが低下する。
Ｆｅの含有量が２０ｐｐｍを超えると、純度低下による過溶解を生じる虞がある。

「Ｃｕ」
銅（Ｃｕ）は、マトリックス中に固溶し易く、マトリックスの電位を高め、マトリックスの溶解性を抑制する作用がある。
Ｃｕの組成比は、質量ｐｐｍで１〜８０ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。
Ｃｕの組成比が１ｐｐｍ未満だと、上述の効果が得られにくい。
Ｃｕの組成が８０ｐｐｍを超えると、溶解性が高くなりすぎて過溶解を引き起こす可能性がある。

「Ｎａ」
ナトリウム（Ｎａ）は、アルミニウムスラブ鋳造の際、アルミニウム溶湯中に適量を添加することによって水素化物を生成し、アルミニウムスラブの均質化処理時、スラブ中の水素ガスがスラブ表面に移動するのを抑制する。
高純度アルミニウムスラブ中におけるＮａの組成比は、質量ｐｐｍで０．５〜１０ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。
Ｎａの組成比が０．５ｐｐｍ未満だと、アルミニウムスラブ中における水素ガスの移動を抑制する十分な効果が得られにくい。
また、Ｎａを多量に添加すると、アルミニウムスラブの耐食性を低下させる虞があるため、Ｎａの組成比は１０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

本発明の高純度アルミニウムスラブにおけるＮａの添加は、Ｎａ塩を用いて添加するのが好ましく、また、Ｎａ系フラックスを用いて添加するのがより好ましい。
Ｎａを、金属Ｎａを用いて添加することも可能だが、金属Ｎａは還元性が極めて強く、アルミニウム溶湯への添加時、非常に大きな危険が伴うとともに、非常に高価な金属Ｎａを用いることは、生産コストの面で現実的でない。
これに対し、Ｎａ系フラックス等のＮａ塩は、吸湿し易い面があるものの、取り扱いが簡単で安全であり、且つ非常に安価であることから好ましい。

Ｎａ塩として用いるＮａ系フラックスは、ＮａＣｌとＮａＦとが配合されたフラックスを用いることが好ましい。
本発明の高純度アルミニウムスラブは、上述のフラックスを用いることにより、スラブ内における水素ガスの移動を抑制することにより、スラブ表面に、水素ガスによる気泡が発生するのを防止することができる。

［高純度アルミニウムスラブの製造方法］
本発明の高純度アルミニウムスラブの製造方法は、少なくとも塩素等を含むＡｒガスによって、アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行い、Ｎａ塩によってＮａを添加した後、鋳造する方法としている。

Ａｌ純度が低く、アルミニウムスラブ中のＡｌ以外の成分含有量が上述した各成分の範囲よりも大きい低純度アルミニウムスラブの場合には、上述したＡｒ等の不活性ガスか塩素ガス、又はこれらの混合ガスをアルミニウム溶湯中に吹き込む脱ガス処理のみで、アルミニウムスラブ表面への気泡の発生を十分に抑えることができる。

これに対し、本発明の高純度アルミニウムスラブに用いられるような、Ａｌ純度が９９．９％以上の高純度アルミニウムは、上述の低純度アルミニウムと異なり、溶解した溶湯を鋳造する際に、周囲雰囲気中の水素ガスを取り込みやすい。
本発明では、Ａｌ純度が９９．９％以上の高純度アルミニウムの溶湯に対し、塩素等を含むＡｒ（不活性ガス）ガスを吹き込んで脱ガス処理を行い、十分に水素ガスの脱ガス処理を行った後、アルミニウム溶湯にＮａ塩（Ｎａ系フラックス）を添加する方法としている。
これにより、高純度アルミニウムスラブ中に水素ガスが残留する場合であっても、均質化処理の際に、水素ガスがスラブ中を移動するのを抑制することができる。これにより、水素ガスがスラブ表層に現れ、気泡となるのを確実に防止することができる。

Ｎａの添加量は、アルミニウム溶湯に対して、質量ｐｐｍで０．５〜１０ｐｐｍの範囲とすることが好ましい。
Ｎａの添加量が０．５ｐｐｍ未満だと、アルミニウムスラブ中における水素ガスの移動を抑制する十分な効果が得られにくい。また、Ｎａを１０ｐｐｍ超添加しても、水素ガス移動の抑制効果が飽和するため、添加量は１０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

なお、Ｎａ塩の添加効率を高め、水素ガス移動の抑制効果を得るためには、上述の脱ガス処理後に除滓を行い、清浄にしたアルミニウム溶湯の溶湯面に、均一にまんべんなくＮａ塩（Ｎａ系フラックス）を散布して分散させることが好ましい。

本発明の高純度アルミニウムスラブの製造方法では、上述の方法により、身体に有毒な塩素ガス等による脱ガス処理を、アルミニウム溶湯中の水素ガスを完全に除去するような長時間処理とする必要が無く、良好な環境下で、表面品質に優れた高純度アルミニウムスラブを効率良く製造することが可能となる。

以上、説明したように、本発明の高純度アルミニウムスラブによれば、アルミ純度が９９．９％以上であり、質量ｐｐｍで、Ｓｉ：５〜３０ｐｐｍ、Ｆｅ：５〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：１〜８０ｐｐｍ、Ｎａ：０．５〜１０ｐｐｍを各々含有し、その他、微量成分の総和が１００ｐｐｍ以下であり、さらに水素ガスの含有量を０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下として構成している。Ｎａを０．５〜１０ｐｐｍ含有することにより、アルミニウムスラブを均質化処理する際に、水素ガスがスラブ表面へ移動するのを抑制することができる。
従って、スラブ表面に気泡が生じるのを防ぐことができ、表面品質に優れた高純度アルミニウムスラブが得られる。
また、本発明の高純度アルミニウムスラブの製造方法では、少なくとも塩素等を含むＡｒガスによって、アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行い、次いでＮａ塩によってＮａを添加した後、鋳造する方法としている。脱ガス処理を行った後にＮａを添加することにより、鋳造されたアルミニウムスラブ中に水素ガスが含まれていても、均質化処理の際に水素ガスがスラブ表面へ移動するのを抑制できるため、塩素等を含むガスを用いた脱ガス処理を長時間にわたって行う必要が無い。
従って、表面品質に優れた高純度アルミニウムスラブを、良好な環境下で効率良く製造することが可能となる。

本発明の高純度アルミニウムスラブを用いて製造したアルミニウム箔は、上述のような優れた特性を有することから、特に電子部品用として好適である。

以下に、実施例を示して本発明の高純度アルミニウムスラブを更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでは無い。
本実施例では、下記表１に示す各実施例及び比較例の製造条件で、以下の工程で本発明の高純度アルミニウムスラブ（実施例）、及び従来の高純度アルミニウムスラブ（比較例）を作製し、後述の各項目について評価を行った。

［スラブ作製工程］
質量％で、Ｆｅ：０．００１５％、Ｓｉ：０．００１３％、Ｃｕ：０．００４％を含有する高純度アルミニウム地金を７４０℃で溶解し、得られたアルミニウム溶湯中に、表１に示した条件で、５〜２０％の範囲内の所定量の塩素を含んだＡｒガスを、流量：５〜８Ｎｍ^３／ｈｒ、処理時間：１．５ｈｒで吹き込んで脱ガス処理を行った。
脱ガス処理の後、高純度アルミニウム溶湯の表面（湯面）に発生した酸化物滓を除去し、Ｎａ系フラックス０．３〜０．５ｋｇ／トンを、アルミニウム溶湯の表面に、均一となるように散布した。そして、表面にＮａ系フラックスを散布したアルミニウム溶湯を、１０分間静置して、アルミニウム溶湯中にＮａを吸収させた。
次いで、アルミニウム溶湯で鋳造を行い、厚さ：２５ｍｍ、幅：１２０ｍｍ、長さ：２４０ｍｍの寸法を有し、重さ：２Ｋｇの小型スラブを作製し、本発明の高純度アルミニウムスラブ（実施例１〜２）を得た。
また、上記実施例と同様にして高純度アルミニウム地金を溶解して溶湯とし、脱ガス処理を行い、溶湯表面に発生した酸化物滓を除去した後、Ｎａ系フラックスを添加せずに鋳造を行い、従来の高純度アルミニウムスラブ（比較例１）を得た。

［スラブ中に含まれる水素ガス量の測定］
高純度アルミニウムスラブ中に含まれる水素ガスの量は、測定器：ＥＭＧＡ６２１（堀場製作所製）を用い、熱伝導度測定法によって測定した。

［スラブ中に含まれるＮａ量の測定］
高純度アルミニウムスラブ中に含まれるＮａの量は、発光分光測定装置によって測定した。

［スラブ表面気泡の有無評価方法］
均質化処理を、温度：５９０℃、処理時間：６ｈｒで行った後の、各実施例及び比較例の高純度アルミニウムスラブの表面を目視確認し、以下の評価基準で判定した（○×で表記）。
（１）○：気泡が肉眼では確認されなかった。
（２）×：気泡が多数確認された。

各実施例及び比較例の組成成分、及び評価試験結果の一覧を表１に示す。

［評価結果］
表１に示す結果より、実施例１〜２に示す、本発明の高純度アルミニウムスラブは、スラブ中に含まれるＮａの量が、質量ｐｐｍで２〜７ｐｐｍの範囲内であった。
実施例１〜２の高純度アルミニウムスラブは、スラブ中に含まれる水素ガスの量が０．１２〜０．１３ｃｃ／１００ｇＡｌの範囲と非常に少なく、また、スラブ表面気泡の有無の評価が全て○の評価であり、気泡の発生が少ないことが明らかである。

これに対し、比較例１に示す従来の高純度アルミニウムスラブは、Ｎａ系フラックスを添加していないため、スラブ中のＮａの量が、質量ｐｐｍで０ｐｐｍとなっている。
比較例１の高純度アルミニウムスラブは、スラブ中に含まれる水素ガスの量が（☆０．２３ｃｃ／１００ｇＡｌ）となっており、スラブ表面気泡の有無の評価が×の評価であり、気泡が多く発生している。

以上の結果により、高純度アルミニウムの溶湯にＮａ塩を添加して鋳造を行った本発明の高純度アルミニウムスラブは、スラブ中のＮａ量が質量ｐｐｍで０．５〜１０ｐｐｍの範囲となるようにＮａ塩を添加することにより、スラブ中における水素ガスの移動が抑制され、優れた表面品質を有していることが明らかとなった。

Claims

アルミ純度が９９．９％以上であり、質量ｐｐｍで、Ｓｉ：５〜３０ｐｐｍ、Ｆｅ：５〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：１〜８０ｐｐｍ、Ｎａ：０．５〜１０ｐｐｍを各々含有し、その他、微量成分の総和が１００ｐｐｍ以下であり、さらに水素ガスの含有量が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下であることを特徴とする高純度アルミニウムスラブを製造するに際し、
少なくとも塩素を含むＡｒガスによって、高純度アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行った後、高純度アルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物滓を除去し、次いでＮａ塩を高純度アルミニウム溶湯の表面に均一となるように散布し、この後高純度アルミニウム溶湯を静置して高純度アルミニウム溶湯中にＮａを吸収させた後、鋳造することを特徴とする高純度アルミニウムスラブの製造方法。
Ｎａの添加量を、高純度アルミニウム溶湯に対して、質量ｐｐｍで０．５〜１０ｐｐｍの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の高純度アルミニウムスラブの製造方法。