JP4799903B2 - 耐食性と強度に優れたアルミニウム合金箔およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐食性に優れたＡｌ−Ｆｅ系のアルミニウム合金箔、とくに耐食性に優れるとともに、高強度を有するアルミニウム合金箔およびその製造方法に関する。

従来、食塩や酢酸などとの接触が避けられない食品包装用アルミニウム箔としては、一般に、耐食性の良好なＪＩＳ１Ｎ３０合金等の純アルミニウム系箔材が使用されてきたが、純アルミニウム系箔材は、強度が低いため破断が生じ易く、また比較的粗大な金属間化合物が存在するため、金属間化合物に起因するピンホールが多くなって包装材として光、湿気の遮断性において劣るため、近年の包装用箔の薄肉化の要求に十分に対応することができないのが現状である。

一方、ピンホールや破断が生じることなく薄肉化することを可能とする８０７９合金や８０２１合金等のＡｌ−Ｆｅ系合金箔は、金属間化合物が純アルミニウム系箔材よりも多いため、金属間化合物がカソードサイトとして作用する環境下では耐食性が純アルミニウム系箔に比べて劣るため、食塩、酢酸などの腐食性内容物の包装には使用し得ない。

薄肉化によるピンホールの生成や破断などの欠陥発生防止と耐食性向上を目的として、不純物としてのＳｉ、Ｍｇ、Ｃｕの含有量を規制したＡｌ−Ｆｅ合金箔が提案されているが、耐食性やＯ材とした場合の強度が必ずしも十分ではない（特許文献１参照）。

また、裏面筋の発生防止を目的として、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｆｅ：０．１５〜２．０％、Ｃｕ：０．１％以下（０％は含まず）を含有し、残部アルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に、５２０〜５８０℃の温度で均質化処理を施し、次いで開始温度を３５０〜４５０℃とする熱間圧延と冷間圧延を行い、冷間圧延の途中で、３００〜４５０℃の温度で中間焼鈍を施し、さらに最終冷間圧延を行って製造されるアルミニウム合金箔が提案されているが、このものにおいても、耐食性やＯ材とした場合の強度に問題がある（特許文献２参照）。
特開平４−６２３８号公報 特開２０００−２８２１９６号公報

包装用アルミニウム箔における上記従来の問題点を解決するためには、高強度と高耐食性を両立させる材料の開発が不可欠と考えられ、発明者らは、Ａｌ−Ｆｅ系合金箔をベースとして、薄肉化した場合でも腐食性内容物に対する十分な耐食性をそなえた箔材を得るために、種々の角度から検討を行った結果、耐食性と強度を両立させるためには、金属間化合物と固溶Ｃｕ量を制御することが有効であることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてさらに試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、腐食性内容物の包装材として適した優れた耐食性をそなえ、高強度でピンホールを生じることなく、薄肉化の要求に対応可能なＡｌ-Ｆｅ系のアルミニウム合金箔およびその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による耐食性と強度に優れたアルミニウム合金箔は、Ｆｅ：０．８〜２．０％、Ｃｕ：０．０２〜０．０５％、Ｓｉ：０．０３〜０．１％を含有し、Ｆｅ含有量とＳｉ含有量との比（Ｆｅ含有％／Ｓｉ含有％）が１６〜４０であり、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、最終焼鈍を行うアルミニウム合金箔であって、最終焼鈍前の状態において、粒径０．２μｍ以上の金属間化合物数が１×１０^６〜４×１０^６個／ｃｍ^２であり、かつＣｕの含有量に対するＣｕ固溶量の比率が８０％以上であることを特徴とする。なお、以下の説明において、合金成分は質量％で示す。

請求項２による耐食性と強度に優れたアルミニウム合金箔の製造方法は、請求項１記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を５８０℃を超える温度で均質化処理する工程、圧延開始温度を４００〜４５０℃として熱間圧延する工程、３００〜４５０℃の温度域で中間焼鈍する工程、冷間圧延する工程からなることを特徴とする。

本発明によれば、腐食性内容物の包装材として適した優れた耐食性をそなえ、高強度でピンホールを生じることなく、薄肉化の要求に対応可能なＡｌ-Ｆｅ系のアルミニウム合金箔およびその製造方法が提供される。

まず、本発明のアルミニウム合金箔の合金成分の意義および限定理由について説明すると、Ｆｅの好ましい含有量は０．８〜２．０％の範囲であり、０．８％未満では十分な強度が得られず、２．０％を超えて含有すると、Ａｌ−Ｆｅ系もしくはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物に粗大なものが形成され、箔圧延時にピンホールが形成し易くなる。また、Ｆｅ添加量の増加に伴い金属間化合物の数が増加し、カソードサイトを提供するため耐食性が低下する。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は１．０〜１．６％である。

Ｃｕの好ましい含有量は０．０２〜０．２％であり、０．０２％未満では固溶強化による強度増加が十分でなく、また孔食電位も十分に上昇しないため耐食性向上効果も僅かとなる。０．２％を超えて含有すると、箔圧延中の変形抵抗が増大するため圧延性が極端に低下する。Ｃｕのより好ましい範囲は０．０２〜０．１％である。Ｃｕのさらに好ましい範囲は０．０２〜０．０５％である。

Ｓｉは、マトリックスに固溶した場合、孔食電位を上げて耐食性を改善するよう機能するが、０．１％を超えて含有すると、鋳造時にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、この金属間化合物は箔厚と同程度もしくはそれ以上の直径を有する球体であるため、ピンホールを発生させ易くする。従って、Ｓｉの含有量は０．１％以下に限定するのが好ましい。Ｓｉのさらに好ましい範囲は０．０３〜０．０９％である。Ｆｅ含有量とＳｉ含有量との比（Ｆｅ含有％／Ｓｉ含有％）は、１６〜４０の範囲とするのが好ましく、この範囲において、強度が良好で、ピンホールの少ない箔材を得ることができる。（Ｆｅ含有％／Ｓｉ含有％）のさらに好ましい範囲は２０〜３０である。

また、Ｍｎを０．１％以下の範囲で含有させることによりＯ材強度が向上する。Ｍｎ含有量が０．１％を超えると、不均一な再結晶組織を形成するため好ましくない。Ｍｎのさらに好ましい含有範囲は０．０３〜０．０５％である。その他、鋳塊組織微細化のために、０．０３％以下のＴｉ、Ｂを添加しても本発明の効果に影響を与えることはない。

本発明においては、粒径０．２μm以上の金属間化合物数が１×１０^６〜４×１０^６個/ｃｍ² に制限することが重要であり、金属間化合物数が１×１０^６個/cm²未満では、箔圧延時に十分な加工硬化を得ることができず、最終焼鈍前の強度が低くなるために最終焼鈍後にも高い強度を得ることができない。また、４×１０^６個/cm²を超えると耐食性が低下し、化合物周囲の回復現象が過多となるため、安定した箔圧延性が得られない。

前記金属間化合物の測定は、電解研磨後の表面を光学顕微鏡で４００倍に拡大した写真を撮影し、金属間化合物の粒径分布を画像解析装置（例えば、（株）ニレコ製ルーゼクス500）を用いて測定する。この場合、金属間化合物の直径は、円相当直径、すなわち写真における金属間化合物の面積と同じ面積を有する円の直径として換算し、この結果から金属間化合物の粒径測定および数を測定する。

Ｃｕ含有量に対するＣｕ固溶量の比率は８０％以上とすることが必要である。８０％未満では、固溶強化による強度増加が十分でなく、また孔食電位も十分に上昇しないため耐食性向上効果も僅かである。Ｃｕのさらに好ましい固溶量は９０％以上である。

Ｃｕ固溶量の測定は、一定量のサンフ゜ルを熱フェノール法で溶解し、溶液を０．２μｍＰＴＦＥメンブランフィルターでろ過した残渣中に含まれるＣｕ量を化学分析することにより析出Ｃｕ量を求め、含有量から差分することにより固溶量を求めた。またCu固溶率は（固溶量/含有量）で定義した。

次に、本発明によるアルミニウム合金箔の製造について説明すると、アルミニウム合金箔は、上記の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳造法などで造塊し、得られた鋳塊を均質化処理する工程、熱間圧延する工程、冷間圧延する工程を経て製造される。工程中、中間焼鈍を行う。

均質化処理は、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物が固溶する高温の温度域で行い、含有するＦｅをマトリックスへ固溶させるとともに微細な金属間化合物を固溶させ、また金属間化合物の粒径を均一にする。次いでＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が最も析出する温度域以下で熱間圧延を開始する。均質化処理温度を高温で行うことにより、微細な金属間化合物が固溶により消失し、マトリックス中に分散する粒径０．２μｍ以上の金属間化合物の数が制限される結果、腐食開始点が少なくなり、かつＣｕがマトリックス中に固溶して、材料の孔食電位を貴に移行させるため孔食の発生が抑制され、耐食性が向上する。

そのために、均質化処理温度および熱間圧延開始温度は、それぞれ５８０℃を超える温度および４００〜４５０℃とするのが好ましい。このような工程を経て製造されたアルミニウム合金箔材料においては、マトリックス中に分散する粒径０．２μm以上の金属間化合物数が１×１０^６〜４×１０^６個/ｃｍ² に制御される。

中間焼鈍は、均質化処理と併せて使用することにより、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の数を上記の範囲にさらに制御し易くする。通常は、３００〜４５０℃の温度域で行われ、温度は含有するＦｅ量に応じて決定される。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明するとともに、それに基づいて本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様を説明するものであって、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例、比較例
DC鋳造法(鋳造速度３０〜４０mm/分)により、表１に示す組成を有するＡｌ−Ｆｅ系のアルミニウム合金を造塊し、得られた鋳塊を、表２示す条件により均質化処理し、次いで開始温度を４２０℃として熱間圧延を行って厚さ２mmの熱延板とし、表２に示す条件で中間焼鈍を行った後、冷間圧延する工程を経て、厚さ６μmのアルミニウム合金箔を製造した。

得られたアルミニウム合金箔について、前記の方法に従って、粒径０．２μｍ以上の金属間化合物数、およびＣｕ含有量に対するＣｕ固溶量の比率を測定した。測定結果を表３に示す。

また、得られたアルミニウム合金箔を３００℃で最終焼鈍した後、Ｏ材強度（引張り強さ）を測定し、耐食性試験として、1％酢酸に食塩を5％添加した腐食液について、液中にアルゴンガスをガラスフィルターを通して脱気を行い、５５℃の温度に保持した液中に10時間浸漬して溶解減量を測定した。これらの測定結果を表４に示す。

表４にみられるように、本発明に従う試験材１〜５はいずれも、９０ＭＰａを超える優れたＯ材強度をそなえ、ピンホールの数も少なく、耐食性も良好であることが確認された。

これに対して、試験材６は、Ｃｕ量が少ないため強度が低い。試験材７および８は、均質化処理温度が低いことに起因して粒径０．２μｍ以上の金属間化合物数が多くなり、耐食性が低下している。試験材９は、Ｆｅ量が多いため粗大な金属間化合物が形成され、箔圧延時にピンホールが生成された。試験材１０は、Ｃｕ量が多いため、箔圧延性が低下してピンホールが多くなった。試験材１１は、Ｆｅ量が少ないため強度が低くなっている。試験材１２は、均質化処理温度が低いため粒径０．２μｍ以上の金属間化合物数が多くなり、耐食性が低下している。

Claims (2)

1. Ｆｅ：０．８〜２．０％（質量％、以下同じ）、Ｃｕ：０．０２〜０．０５％、Ｓｉ：０．０３〜０．１％を含有し、Ｆｅ含有量とＳｉ含有量との比（Ｆｅ含有％／Ｓｉ含有％）が１６〜４０であり、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、最終焼鈍を行うアルミニウム合金箔であって、最終焼鈍前の状態において、粒径０．２μｍ以上の金属間化合物数が１×１０^６〜４×１０^６個／ｃｍ^２であり、かつＣｕの含有量に対するＣｕ固溶量の比率が８０％以上であることを特徴とする耐食性と強度に優れたアルミニウム合金箔。
2. 請求項１記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を５８０℃を超える温度で均質化処理する工程、圧延開始温度を４００〜４５０℃として熱間圧延する工程、３００〜４５０℃の温度域で中間焼鈍する工程、冷間圧延する工程からなることを特徴とする耐食性と強度に優れたアルミニウム合金箔の製造方法。