JP5334126B2 - 接着性に優れた表面処理アルミニウム材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気、自動車、構造部材および包装部材等で使用されるアルミニウム材（純アルミニウムおよびアルミニウム合金）であって、接着性が求められる用途に好適な接着性に優れたアルミニウム材の製造方法に関する。

アルミニウム材は、質量が軽く、熱伝導性、耐食性、加工性および強度等で優れた特性を示すことから、電気、自動車、構造部材および包装部材等といった多岐に渡る分野で利用されている。例えばＬＥＤ搭載用基板やパワーモジュール用基板など、放熱性が求められる電子基板においては、アルミニウム材をベースとしたものが好んで用いられている。また、自動車分野では、省燃費を目的とした車体軽量化のためにアルミニウム材を使用する傾向が高まっている。

しかしながら、アルミニウム材そのものは表面性状のため元来接着性に乏しい材料であることが広く知られており、表面に特別な処理を施さない状態では、他部材との接合、樹脂フィルムの貼付もしくは塗装等の加工において十分な接着性もしくは密着性を得ることができない。そのため、従来は予めブラスト処理等で機械的に表面を粗面化してアンカー効果により接着性向上を図ったり、あるいは、予めアルミニウム材表面に化学的な処理を施したりすることで接着物との親和性を高め、接着性向上を図るといったことが行われている。

化学的処理の具体例の一つとしては、リン酸クロメート処理が挙げられる（例えば特許文献１参照）。これは、リン酸塩を含むクロム酸又は重クロム酸水溶液にアルミニウム材を浸漬し、表面に接着性に優れた皮膜を形成させる方法であり、塗装の下地処理として広く用いられている。

特開平８−２４６１９３号

近年、アルミニウム材の使用用途は拡大しており、それに伴い要求される接着強度も高くなってきている。しかし、上記した従来の表面処理方法では、要求される接着強度を十分に満たせない場合もあり、さらなる接着性向上のための処理方法が求められている。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、接着性が従来法より格段に優れた表面処理アルミニウム材の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の接着性に優れた表面処理アルミニウム材の製造方法は、直流電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム材を、リン酸塩を含有する水溶液中で交流電解処理することを特徴とする。

本発明によれば、直流電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成させたアルミニウム材を対象にして、リン酸塩を含有する電解液中で交流電解処理することで、酸化皮膜表面にリン酸イオンが結合した層が形成される。これによりアルミニウム材表面における接着性および密着性が向上する。

また、前記交流電解における電圧Ｖ（Ｖ）は、下記式を満たすことが望ましい。
Ｖ＝（Ｔ／１．４）×ｋ・・・（式）
ただし、Ｔは無孔質陽極酸化皮膜の厚み（ｎｍ）であり、ｋは０．３≦ｋ≦０．６である。

上記の式は、無孔質陽極酸化皮膜の厚さに応じて、交流電解処理時に印加する電圧の好適な範囲が変わることを示している。該印加電圧値が（Ｔ／１．４）×０．３未満の場合、リン酸イオンの結合量が少なくなり、接着性向上の効果が少なくなる。一方、電圧値が（Ｔ／１．４）×０．６を超える場合では、無孔質陽極酸化皮膜の多孔質化が進み、接着性および密着性の低下を招いてしまう。なお、同様の理由でｋの値の下限は０．４、上限は０．５とするのが一層望ましい。

以上説明したように、本発明の接着性に優れた表面処理アルミニウム材の製造方法によれば、直流電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム材を、リン酸塩を含有する水溶液中で交流電解処理することで、酸化皮膜表面にリン酸イオンが結合した層が形成され、接着性および密着性が向上する。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
基材となるアルミニウム材には、ＪＩＳ５０００系、６０００系のアルミニウム合金を用いることができる。ただし、本発明としては基材となるアルミニウム材が特定の成分系に限定されるものではない。
該材料には必要に応じて均質化処理を施し、さらに熱間圧延、冷間圧延等の加工を施す。また、材料を連続鋳造圧延することも可能である。本発明としてはこれら一連の工程が特に限定されるものではない。該アルミニウム材には、洗浄、切削処理などを施した後、無孔質陽極酸化皮膜を形成する。

無孔質陽極酸化皮膜の形成には、ホウ酸又はホウ酸アンモニウムを電解質として含む水溶液を用いるのが好ましい。これらの電解質を用いた皮膜形成では、孔が極めて形成されにくいためである。電解に際しては、溶液濃度は１〜３０質量％が望ましい。また、電解温度は５０℃以上が耐クラック性から好ましい。
なお、本発明においては、無孔質陽極酸化皮膜の形成に用いられる電解液の種別などが上記記載のものに限定されるものではない。
電解条件については以下のとおりである。電解は直流電流で行い、電流密度が０．５〜５．０Ａ／ｄｍ^２であることが望ましい。電解時間は、無孔質陽極酸化皮膜が所望の厚さとなるように調整する。印加電圧は目標とする膜厚により調整するが、１〜７００Ｖが望ましい。

ここで、無孔質陽極酸化皮膜とは、皮膜が均一に形成された部位の断面観察において、皮膜表面からアルミニウム素地に向けて、規則的に形成される孔（通常開口部は５〜３０ｎｍで皮膜厚さに対して６０％以上の深さを有する）が存在しないか、５％（表面から見た孔の総面積の比率）以下の無孔質な皮膜をいう。

次いで、上記無孔質陽極酸化皮膜が形成されたアルミニウム材を対象にして、リン酸塩を含有する電解液中で交流電解処理を行う。交流電解処理においては、使用される電解液はリン酸塩を含むものであればよく、リン酸塩の種類は限定されるものではない。
また、交流電解処理時の電圧Ｖ（Ｖ）は、好適には下記式を満たすことがより望ましい。
Ｖ＝（Ｔ／１．４）×ｋ・・・（式）
ただし、Ｔは無孔質陽極酸化皮膜の厚み（ｎｍ）であり、ｋは０．３≦ｋ≦０．６である。
なお、交流電解時の電圧周波数としては、無孔質膜の多孔質化を抑制するために５０〜１５００Ｈｚであることが望ましい。

無孔質陽極酸化皮膜の形成とその後に行う交流電解処理は、一連の工程として行っても良いが、すでに前記無孔質陽極酸化皮膜が形成されたアルミニウム材に対し、交流電解処理を行うようにしても良い。

以下に、本発明の実施例を説明する。
基材として、ＪＩＳ Ａ ５０５２アルミニウム合金からなる１００ｍｍ長×１００ｍｍ幅×０．３ｍｍ厚みの板材を用意し、中性から弱アルカリ性の脱脂剤による脱脂、又は、有機溶剤による油分除去を行った。次いで、５％苛性ソーダ、５０℃で３０秒間のエッチング処理をし、１０％硝酸を用いて、室温で１分間の中和処理を行った。

上記前処理を行った試料を、表１に示す無孔質陽極酸化処理の電解液中に浸漬し、対極をカーボンとして直流電解を行った。液温、電流密度、時間および電圧の各条件は表１に示すとおりである。電解を終了した試料は、１０分間水洗し１２０℃で乾燥した。得られた無孔質陽極酸化皮膜の厚さを、断面の電子顕微鏡観察により測定し、該測定値を表１に示した。

次いで、表１に示す交流電解用電解液中に、前記無孔質陽極酸化処理を施した試料を２枚浸漬し、両試料に電極を接続して交流電解処理を３０秒間行った。電圧、周波数、時間および温度の各条件は表１に示すとおりである。また、前記式におけるｋ値を表１に示した。電解を終了した試料は、１０秒間水洗し、１２０℃で５分間乾燥した。得られた試料について、以下の条件で接着性の評価を行った。

接着性評価
上記の処理を施した２枚１組のアルミニウム材の一方の片面にエポキシ系接着剤を２ｇ／ｍ^２塗布し、１５分間放置した。その後、前記接着剤塗布面上にもう一方のアルミニウム材を重ね、ホットプレス装置を用いて０．５ｋｇ／ｃｍ^２の加圧下で、２００℃で３分間の加熱を行った。次いで、該試料を１０ｍｍ幅に切断してＴ型ピール試験を行い、剥離荷重（接着強度）を測定した。

表１に示したように、本発明の電解処理を行った試料（発明例１〜７）では高い接着強度が得られており、優れた接着性を有することを示している。一方、本願発明の条件を満たしていない比較例１、２は、接着強度が低く、接着性が発明例に対し劣っていることを示している。
また、本発明例中でも、交流電解処理時の電圧が前記式を満たすものの方が、優れた接着性を示した。

Claims (1)

1. 直流電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム材を、
   リン酸塩を含有する水溶液中で交流電解処理し、
   前記交流電解における電圧Ｖ（Ｖ）が、下記式を満たすことを特徴とする接着性に優れた表面処理アルミニウム材の製造方法。
   Ｖ＝（Ｔ／１．４）×ｋ・・・（式）
   ただし、Ｔは無孔質陽極酸化皮膜の厚み（ｎｍ）であり、ｋは０．３≦ｋ≦０．６である。