JP4790563B2 - アルミニウム材またはアルミニウム合金材、及びそれを使用した建材製品 - Google Patents

Description

本発明は、皮膜・塗膜の付きまわりがよく、優れた耐食性を発揮することができる梨地面を有するアルミニウム材またはアルミニウム合金材、及びそれを使用した建材製品に関する。

アルミニウム材やアルミニウム合金材は、軽量で耐食性や加工性に優れていることから、窓、ドア、網戸、襖、サッシ、カーテンウォール、パネル、門扉、シャッター、カーポート、フェンス等の建材製品、電気製品のフレームやケーシング、看板等の景観材など、各種分野で利用されている。

近年においては、使用目的に応じて周囲との調和や意匠性等の向上を図る目的で、アルミニウム材やアルミニウム合金材の表面を機械的あるいは化学的に梨地処理する技術が開発されている（例えば、特許文献１〜９参照）。
特許第３５５８９４０号公報 特許第３３４４９７３号公報 特開２００５−２００７４０号公報 特開２００１−５９２００号公報 特許第３２８８９９７号公報 特開２００３−２７２８２号公報 特開２００５−２９８６８号公報 特開２００５−１７１３５６号公報 特開２００５−４２１９６号公報

しかしながら、梨地処理を施したアルミニウム材やアルミニウム合金材の表面が非常に粗い（凹凸が大きい）と、皮膜・塗膜の付きまわり性が悪く、耐食性能が劣るという問題がある。
そこで、本発明は、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮することができる梨地面を有するアルミニウム材またはアルミニウム合金材、及びそれを使用した建材製品を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意努力した結果、表面に局所的に深い孔食を設けて、表面の断面ゆがみ（表面の粗さ曲線のスキューネス：Ｒｓｋ）を−２＜Ｒｓｋ＜−０．３としたアルミニウム材やアルミニウム合金材は、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るアルミニウム材またはアルミニウム合金材は、表面の粗さ曲線のスキューネス（Ｒｓｋ）が−２＜Ｒｓｋ＜−０．３であることを特徴とする。なお、本発明に係るアルミニウム材またはアルミニウム合金材は、Ｒｓｋが−１．５＜Ｒｓｋ≦−０．５３であることが好ましい。

また、本発明に係るアルミニウム材またはアルミニウム合金材は、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ≦Ｒａ＜７μｍであることが好ましく、Ｒａが２．４μｍ≦Ｒａ≦５μｍであることが特に好ましい。

本発明に係る建材製品は、上述のアルミニウム材またはアルミニウム合金材を使用したことを特徴とする。

本発明によれば、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮することができる梨地面を有するアルミニウム材またはアルミニウム合金材、及びそれを使用した建材製品を提供することができる。

上記知見に基づき完成した本発明を実施するための形態を、実施例を挙げながら詳細に説明する。

＝＝本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材＝＝
実施例に示すように、表面の粗さ曲線のスキューネス（Ｒｓｋ）が所定の範囲内にあるアルミニウム材やアルミニウム合金材に皮膜・塗膜を設けることにより、優れた耐食性能を得ることができることがわかった。このことから、Ｒｓｋが所定の範囲内にあるアルミニウム材やアルミニウム合金材は、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮できることが示された。

従って、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材は、Ｒｓｋの範囲が−２＜Ｒｓｋ＜−０．３であることを特徴とする。このようにＲｓｋの範囲を限定した理由は、実施例に示すように、Ｒｓｋが−０．３以上では皮膜・塗膜の付きまわり性が悪く、優れた耐食性能（ＪＩＳ Ｈ ８６０２の規格に準じたキャス耐食性試験により２４０時間でＲＮ（レイティングナンバー）９．０より大きい値）を発揮することができないからである。また、Ｒｓｋが−２以下の表面を作製するのは困難だからである。

なお、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材は、Ｒｓｋの範囲が−１．５＜Ｒｓｋ≦−０．５３であることが好ましい。これは、実施例に示すように、Ｒｓｋが−０．５３以下である場合には、皮膜・塗膜の付きまわり性が特に優れ、より優れた耐食性能（ＪＩＳ Ｈ ８６０２の規格に準じたキャス耐食性試験により２４０時間でＲＮ９．３以上の値）を発揮することができるからである。また、実施例に示すように、Ｒｓｋが−１．５以下では、素地（アルミニウムまたはアルミニウム合金）の表面の平滑部と孔食部との境界において、平滑部に対してほぼ垂直に溝が形成されるため、当該素地の表面に皮膜を形成させた際にクラックが発生すると考えられるからである。

また、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材は、Ｒａの範囲が２μｍ≦Ｒａ＜７μｍであることが好ましい。このように下限値を２μｍとしたのは、実施例に示すように、２μｍ未満では素材の表面のキズが目でも確認でき、明度の角度依存性や光沢比が大きく、耐キズ性を得ることができないからである。また、上限値を７μｍ未満としたのは、Ｒａが７μｍ以上の表面を作製するのが困難だからである。

なお、上述のＲａの範囲は、２．４μｍ≦Ｒａ≦５μｍであることが特に好ましい。これは、実施例に示すように、Ｒａが２．４μｍ以上であると優れた耐キズ性を得ることができるからである。また、Ｒａが５μｍより大きいと表面が非常に粗く、皮膜・塗膜の付きまわり性が悪くなると考えられるからである。

ここで、上述のＲａは、表面の算術平均粗さを表す。Ｒａは、下式（Ｉ）に示すように、測定長さｌにおけるＺ（ｘ）の絶対値の平均である。なお、式（Ｉ）中の「Ｚ(ｘ)」は表面の粗さ曲線を意味する。

また、上述のＲｓｋは、表面の粗さ（断面）曲線のスキューネス、すなわち、表面の粗さ曲線の高さ方向におけるかたよりの程度を表すもので、＋値は山側に、−値は谷側にかたよった表面を有することを意味する。Ｒｓｋは、平均値のまわりの３次モーメントを二乗平均平方根の三乗で正規化すること（下式（II））で、あるいは、測定長さｌにおけるＺ（ｘ）の三乗平均を二乗平均平方根の三乗で割ること（下式（III））で、算出することができる。なお、式（II）あるいは式（III）中の「Ｒｑ」は二乗平均平方根粗さ（測定長さｌにおけるＺ（ｘ）の二乗平均平方根）、すなわち、標準偏差を意味し、「Ｚ(ｘ)」は表面の粗さ曲線を意味する。

以上のように、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材は、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮することができるので、窓、ドア、網戸、襖、サッシ、カーテンウォール、パネル、門扉、シャッター、カーポート、フェンス等の建材製品、電気製品のフレームやケーシング、看板等の景観材などに有用である。なお、これらの建材、電気製品のフレームやケーシング、景観材などは常法によって製造することができる。

＝＝本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材の製造方法＝＝
次に、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材の製造方法について説明する。
本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム合金材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面を予め脱脂した後、酸エッチング処理やアルカリエッチング処理などの化学的梨地処理、あるいは、ブラスト処理などの機械的梨地処理などの公知の梨地処理を行い、上述の式を用いてＲａとＲｓｋとを確認することにより得ることができる。
なお、化学的梨地処理を行う場合には、酸エッチング処理を行った後、アルカリエッチング処理を行うことが好ましい。また、梨地処理を行う前に予めアルカリエッチング処理を行って自然酸化皮膜を除去してもよいが、アルカリエッチング処理を行わずに梨地処理を行い、自然酸化皮膜を残すことが望ましい。
上述のアルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ Ａ ６０６３、ＪＩＳ Ａ １１００等の既存のものを用いることができる。

以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

［実施例１］
脱脂したＪＩＳ Ａ ６０６３のアルミニウム合金を酸性電解液中で電解することにより酸エッチング処理を行い、続いて苛性ソーダ溶液に浸漬してアルカリエッチング処理を行った後中和処理し、表面形状が表１に示すような梨地面を有する各アルミニウム合金材（サンプルNo.1〜No.8）を作製した。なお、素地光沢は、ＪＩＳ Ｚ８７４１の鏡面光沢度測定方法に準じて60度鏡面光沢度を測定し、光沢計としてはハンディ光沢計＜グロスチェッカ＞IG-320（株式会社堀場製作所製）を用いた。

次に、各アルミニウム合金材を硫酸浴中で電圧13.0Ｖ，30分間陽極酸化処理して酸化皮膜を形成し、ニッケル溶中で電圧10.0Ｖ，60秒間交流着色を行った後に、アルミ電着塗料を用い、電圧240Ｖ，120秒間電着を行って塗膜を形成し、皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材を製造した。その後、これらの皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材に対して、ＪＩＳ Ｈ ８６８１−２の方法に準じたキャス耐食性試験、及び耐キズ性能試験を行った。なお、耐キズ性能試験は、皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材の表面に対して、垂直方向に150gの荷重を0.5mmダイヤモンドヘッドにかけてキズをつけ、その後、肉眼にてキズの目立ちにくさを判断することにより評価した。なお、評価は、滑らかな表面（Ra=0.42, Rsk=0）に陽極酸化塗装複合皮膜を形成させたアルミニウム合金材に対して、上述と同様にキズをつけて比較した結果差異がみられない場合を「×」とし、全体的にはまだまだキズが目立つが見る角度によっては目立たないことがある場合を「△」とし、全体的にはキズが目立たないが見る角度によってははっきりとキズが確認できる場合を「○」と、キズがほとんど目立たない場合を「◎」とした。

また、これらの皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材に対して、変角式色差計（光源はＤ６５を用い、表色系はＬａｂ系のＬ^＊値を採用）を用いて、図１に示すように、材料の表面に対して光を45°の角度で入射させた際に正反射する光の角度を0°として、入射光側に15, 25, 45, 75及び110°の受光角でのＬ^＊値（明度）をそれぞれ測定して角度依存性を調べ、光沢比（測定した受光角において、最も高いＬ^＊値と最も低いＬ^＊値との比）を算出した。その結果を表２、表３及び図２に示す。

No.1〜No.6のサンプルにおいては、表３に示すように、２４０時間でのＲＮが９．０より大きく、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮できることが明らかになった。このことから、Ｒｓｋが−０．３未満であるアルミニウム材またはアルミニウム合金材は、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮できることがわかった。

また、No.3〜No.8のサンプルにおいては、表２及び図２に示すように、明度の角度依存性や光沢比が小さく、どの角度から観察しても表面光沢や色調、素材感がほぼ同じように見えることが明らかになった。さらに、表３に示すように、No.3〜No.8のサンプルにおいては耐キズ性に優れ、特に、No.3〜No.6のサンプルは、Ｒａが低くても（すなわち、表面の凹凸が小さくても）耐キズ性を発揮できることが明らかになった。また、No.1のサンプルにおいては、明度の角度依存性や光沢比が大きく、素材の表面のキズが目でも確認でき、耐キズ性を得ることができないことが明らかになった。これらのことから、耐キズ性の面からＲａは２μｍ以上が好ましく、２．４μｍ以上が特に好ましいことがわかった。

［実施例２］
次に、脱脂したＪＩＳ Ａ ６０６３のアルミニウム合金を苛性ソーダ溶液に浸漬して自然酸化皮膜を除去し、酸溶液、苛性ソーダ溶液の順で各溶液に浸漬してエッチング処理した後中和処理し、表面形状が表４に示すような梨地面の各アルミニウム合金材（サンプルNo.9〜No.17）を作製した。

次に、各アルミニウム合金材を硫酸浴中で電圧13.0Ｖ，30分間陽極酸化処理して酸化皮膜を形成し、ニッケル溶中で電圧10.0Ｖ，60秒間交流着色を行った後に、アルミ電着塗料を用い、電圧240Ｖ，120秒間電着を行って塗膜を形成し、皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材を製造した。その後、これらの皮膜及び塗膜を有するアルミニウム合金材に対して、実施例１に記載の方法と同様にキャス耐食性試験を行った。また、皮膜及び塗膜を有する各アルミニウム合金材の表面にクラックが発生していないかどうかを確認した。その結果を表５に示す。

表５に示すように、No.9〜No.17のサンプルにおいては、２４０時間でのＲＮが９．３以上であり、皮膜・塗膜の付きまわり性がよく、優れた耐食性能を発揮できることが明らかになった。このことから、Ｒｓｋが−０．５３以下であるアルミニウム材またはアルミニウム合金材は、皮膜・塗膜の付きまわり性が特に優れ、より優れた耐食性能を発揮できることがわかった。

本発明の一実施例において、変角式色差計を用いて、材料表面に対して光を45°の角度で入射させた際にＬ^＊値を測定した受光角を説明するための図である。 本発明の一実施例において、変角式色差計を用いてＬ^＊値の角度依存性を調べた結果を示す図である。

Claims (4)

1. 表面の粗さ曲線のスキューネス（Ｒｓｋ）が−２＜Ｒｓｋ＜−０．３であり、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ≦Ｒａ＜７μｍであることを特徴とするアルミニウム材またはアルミニウム合金材。
2. Ｒｓｋが−１．５＜Ｒｓｋ≦−０．５３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材またはアルミニウム合金材。
3. Ｒａが２．４μｍ≦Ｒａ≦５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム材またはアルミニウム合金材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム材またはアルミニウム合金材を使用した建材製品。

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