JP5629099B2

JP5629099B2 - 耐食性及び光輝性に優れた押出し用アルミニウム合金

Info

Publication number: JP5629099B2
Application number: JP2010026681A
Authority: JP
Inventors: 時彦小林; 謙介森
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: JP2011162840A

Description

本発明は、陽極酸化処理後の光輝性及び耐食性に優れたアルミニウム合金押出材に関するものである。

従来より、光輝性が求められるアルミニウム合金押出材には、化学研摩処理または電解研磨処理によって光輝性を付与するが、そのままでは表面層の酸化等の変質によって光輝性が低下してしまう。そのため、保護膜として光輝性付与後に数μｍ〜１０μｍ程度の薄い陽極酸化皮膜を形成することは広く知られている。例えば、特許文献１乃至特許文献４などがある。

特許文献１には陽極酸化処理後の光輝性を付与するための押出用アルミニウム合金の成分と製造方法が開示されているが、Ｃｕ含有量が多く、陽極酸化膜厚を２０μｍ以上とすると光輝性が低下する。
特許文献２には陽極酸化処理の光輝性と曲げ加工表面性状を付与するための押出し用アルミニウム合金の組成と製造方法が開示されているが、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒなどが含有されているため、陽極酸化膜厚を２０μｍ以上にすると光輝性が低下する。
特許文献３には陽極酸化処理後の表面光沢を付与する為の押出用アルミニウム合金の組成と製造方法などが開示されているが、Ｍｇ，Ｓｉ以外にＣｕ、Ｆｅなどが多く含有されているため、陽極酸化膜厚を２０μｍ以上にすると光輝性が低下する。
特許文献４には陽極酸化処理後の光輝性付与されたアルミニウム合金の組成と加工方法が開示されているが組成範囲が広く、陽極酸化膜厚を２０μｍ以上した場合のアルミニウム合金組成を示すものではない。
特開平６−１００９７０号公報特開平１０−２２６８５７号公報特開平１０−３０６３３６号公報特開平１−２７２８００号公報

それら光輝性を付与したアルミニウム合金押出材を屋外の建築用外装材などに用いる場合、耐食性を向上させるため陽極酸化皮膜を従来よりも厚く形成する必要がある。しかし、陽極酸化皮膜自体の発色によって光輝性が低下してしまうため、上記特許文献にも見られるように１０μｍ程度の皮膜厚さが限界であった。また、屋外の建築用外装材や構造部材には材料強度を満足させるために６０６３−Ｔ５材が一般的に用いられている。しかし、光輝性を付与した６０６３−Ｔ５材は、陽極酸化処理を施すと陽極酸化皮膜が白っぽくなり、光輝性が大きく低下するという問題があった。そこで、本発明の課題は、陽極酸化皮膜を厚くしても光輝性の低下が少ない、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を提供することにある。

本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意検討の結果、陽極酸化皮膜自体の発色はアルミニウム合金中のＳｉとＭｇに関係することを見出し、本発明をなすにいたった。

すなわち、本発明は、Ｍｇ _２Ｓｉの化学量論比組成が０．５〜１．０％のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材において、Ｍｇ２Ｓｉの化学量論比組成が０．５〜０．８２％の範囲では、Ｓｉが０.３〜０．４５％でかつＭｇが０．３１〜０．５２％、または、Ｓｉが０．１８〜０．３％でかつＭｇが０．５５〜１．０％であり、Ｍｇ２Ｓｉの化学量論比組成が０．８２〜１．０％の範囲ではＭｇ含有量に対する過剰Ｓｉが０．１５%未満、またはＳｉ含有量に対する過剰Ｍｇが０．５％未満であり、且つ、Ｆｅを０．１２％未満含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金押出材に、鏡面加工を施した後、陽極酸化皮膜を２０μｍ以上の厚さで生成したことを特徴する耐食性および光輝性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材である。

以上

本発明により、屋外で使用される構造部材や外装部材などの建築部材として耐食性及び光輝性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材が提供されるため、工業上顕著な効果を奏するものである。

図１は、ＭｇとＳｉの添加量とＭｇ_２Ｓｉの化学量論比組成の関係を示しており、該図の直線および破線がＭｇ_２Ｓｉの化学量論比組成に相当する。直線は本願請求範囲のＭｇ_２Ｓｉ量０．５％〜１．０％の組成比を表し、該直線より上側が過剰Ｓｉの領域で、直線よりも下側が過剰Ｍｇの領域となる。添加されたＭｇとＳｉが理想的にＭｇ_２Ｓｉを形成すると、Ｍｇ_２Ｓｉの化学量論組成比に従うため、Ｍｇ_２Ｓｉの化学量論組成比とならなかったＭｇまたはＳｉが、過剰Ｍｇまたは過剰Ｓｉとなる。図２は、化学量論比組成のＭｇ_２ＳｉになるＭｇ、Ｓｉ含有量を示す。直線が理論上必要なＭｇ含有量を、破線が理論上必要なＳｉ含有量である。図３は、本願合金のＭｇとＳｉ請求範囲を示す。

本発明によるアルミニウム合金元素の効果について説明する。

ＭｇとＳｉは同時に添加することでＭｇ_２Ｓｉを形成し、押出し性を損なわずに材料強度を向上させることができる。しかし、アルミニウムに添加されたＭｇやＳｉが全てＭｇ_２Ｓｉになるわけではなく、過剰なＳｉ或いはＭｇを添加することで材料強度を上げることが可能である。本願発明は、それら過剰Ｓｉあるいは過剰Ｍｇの量と光輝性、材料強度の関係を見出したものである。以下に、さらに詳細に説明する。

化学量論比組成のＭｇ_２Ｓｉとして０．５〜１．０％の範囲、すなわちＭｇが０．３１〜０．６３％、Ｓｉが０．１８〜０．３７％の範囲で、ＭｇまたはＳｉをそれぞれ化学量論比以上添加することで、６０６３−Ｔ５材相当の材料強度が得られるが、１０μｍ以上の陽極酸化処理後も光輝性を維持するには、ＭｇとＳｉ添加量を制御する必要がある。

化学量論比組成のＭｇ_２Ｓｉとして０．５％以下では材料強度が不足し、１．０％以上では化学研摩あるいは電解研摩による光輝処理を施しても１０μｍ以上の陽極酸化処理を施すと光輝性の低下が大きく十分な光輝性が得られない。

化学量論比組成にあるＭｇ_２Ｓｉが０．５〜０．８２％の範囲の場合、Ｍｇが０．３１〜０．５２％に対して、Ｓｉを０．３〜０．４５％と過剰に添加する。Ｓｉが０．３以下では材料強度が不足し、０．４５％以上では陽極酸化皮膜自体の発色によって光輝性が低下する。あるいは、該化学量論比組成にあるＳｉが０．１８〜０．３％に対して、Ｍｇを０．５５〜１．０％と過剰に添加する。Ｍｇが０．５５％以下では材料強度が不足し、１．０％以上では押出材表面に発生する凹凸により外見の意匠性が低下する。

化学量論比組成にあるＭｇ_２Ｓｉが０．８２〜１．０％の範囲の場合では、生成するＭｇ_２Ｓｉにより材料強度は満足しているため、過剰添加するＳｉまたはＭｇは、光輝性を低下させない範囲とする必要がある。該化学量論比組成の範囲において、過剰Ｓｉが０．１５％を越えると光輝性が低下するため、過剰Ｓｉを０．１５％以下に抑える必要がある。一方、過剰Ｍｇが０．５％を超えると押出性を低下させ外観を損なう為、過剰Ｍｇを０．５％以下に抑える必要がある。

本発明合金のＭｇ含有量とＳｉ含有量との関係を図４に示す。本発明におけるＭｇおよびＳｉの添加範囲は図の実線に囲まれた領域となる。

Ｆｅは不純物として含有されるもので、ＪＩＳ６０６３の規格あるいは特開平Ｈ１０−３０６３３６では０．３５％以下と開示されているが、２０μｍ以上の陽極酸化処理を施すと、Ｆｅが０．１２％を超えると陽極酸化皮膜自体の白く発色し光輝性が低下するため、Ｆｅは０．１２％以下とする必要がある。好ましくは、０．０４〜０．１％である。

不可避的不純物は、その他アルミニウムに不可避的に含有される元素である。それぞれの元素は０．０５％以下であり、総量として０．１５％以下であることが好ましい。

本発明の製造方法について説明する。
本発明によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材は、上記の合金組成のビレットを鋳造後、常法による押出工程で製造する。例えば、ビレットを５００〜６００℃に１〜２４ｈｒの均質化処理を施し、冷却する。その後、４００〜５５０℃に加熱して押出し、室温まで冷却した後、１５０〜２５０℃で１〜１０ｈｒの時効処理を施して製造する。

このようにして製造されたアルミニウム合金押出材に、光輝処理として化学研摩あるいは電解研摩を施し、更に、皮膜厚さが２０μｍ以上となるように陽極酸化処理を行ない耐食性、材料強度、光輝性ともに優れたアルミニウム押出材とする。

化学研摩処理方法としては、りん酸−硝酸法、りん酸−硝酸―銅塩法などがある。例えば、りん酸：４０〜８０ｖｏｌ％（密度１．６９ｇ／ｍｌ）＋硝酸：２〜１０ｖｏｌ％（密度１．３８ｇ／ｍｌ）の処理液に、浴温８０〜１００℃で３０〜２４０秒浸漬処理する。

電解研摩処理方法としては、りん酸法、りん酸−硫酸法などがある。例えば、８５〜１００ｖｏｌ％（密度１．６９ｇ／ｍｌ）のりん酸溶液中で、電流密度０．２〜０．８Ａ／ｃｍ^２、電圧２０〜３０Ｖ、浴温５０〜８０℃、４〜２０分電解処理を行う。

陽極酸化処理は、通常１５ｗｔ％の硫酸浴中で行われ、定電流法の場合は電流密度１００〜３００Ａ／ｍ^２、定電圧法の場合は１０〜２０Ｖで処理される。目標膜厚に合わせて処理時間を制御する。浴温は、通常１５〜２５℃であるが、０℃付近で硬質陽極酸化処理とし行うこともできる。

本発明による具体的な実施例を次に説明する。

表１に示す各種本発明合金および比較合金を連続鋳造に直径２１９ｍｍφ、長さ９００ｍｍのビレットに鋳造し、５８０℃で４ｈｒの均質化処理を行い、均質化処理後、室温までファン冷却した。このビレットを押出し前に４８０℃に再加熱し、コの字型のダイスを用いて２０ｍ／ｍｉｎの押出速度で押出し材を製造した。この押出し材を室温に冷却後、２００℃×１ｈｒの時効処理を行った。

得られた材料を脱脂、洗浄し、５０℃の５％ＮａＯＨ溶液中に２分間浸漬してエッチング後、化学研摩を行なった。化学研摩は、りん酸７５％、硫酸１５％、硝酸９％、ホウ酸０．５％、硝酸銅０．５％の水溶液を用いて、１００℃にて１２０秒浸漬した。化学研摩後、３０％硝酸で酸洗し、１８℃の１５％硫酸浴中で電流密度１５０Ａ／ｍ^２で６０分間の陽極酸化処理を行った。

評価は、押出材の表面肌荒れ発生の有無と引張強さを測定し、陽極酸化処理後の鏡面反射率と色調（Ｌ＊、ｂ＊）を評価した。結果を表２に示す。ここで、Ｌ＊値は明度を示し１００に近いほど明度が高く、０に近いほど明度が低くなる。また、ｂ＊は色相と彩度の表す指標の一つで、−ｂ＊は青方向、＋ｂ＊は黄色方向を示す。

実施例１〜実施例１１の本発明合金は、材料強度、反射率、押出し性の何れの性能も満足するものある。比較例１、２、３は、Ｍｇ_２Ｓｉ量が０．５％以下であり、引張強さが２００ＭＰａ以下である。比較例４、５、６は、Ｍｇ_２Ｓｉ量が１．０％を超えおり、反射率（Ｇ６０）が３０以下で光輝性が劣る。比較例７は、Ｓｉ量が少ないため、引張強さが２００ＭＰａ以下である。比較例８は、Ｓｉ量が多いため、反射率（Ｇ６０）が３０以下で光輝性が劣る。比較例９は、Ｍｇ量が少ないため、引張強さが２００ＭＰａ以下である。比較例１０は、Ｍｇ量が多いため、押出し性を低下させ、表面の肌荒れが発生している。比較例１１は、過剰Ｓｉが多いため、反射率（Ｇ６０）が３０以下で光輝性が劣る。比較例１２は、過剰Ｍｇが多いため、押出し性を低下させ、表面の肌荒れが発生している。比較例１３は、本発明のＭｇ、Ｓｉ量に含まれるが、Ｆｅ量が０．１２％を超えている為、陽極酸化皮膜が発色し、反射率が３０以下で光輝性が劣る。比較例１４は、本発明のＭｇ、Ｓｉ量に含まれるが、Ｃｕ量が０．１％を超えている為、陽極酸化皮膜が発色し、反射率が３０以下で光輝性が劣る。

本発明は、屋外の建築用外装材などに強度、耐食性、光輝性が求められる材料に好適に用いることができ、産業上顕著な効果を奏するものである。

Claims

Ｍｇ _２Ｓｉの化学量論比組成が０．５〜１．０ｍａｓｓ％（以下、％と記す。）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材において、Ｍｇ_２Ｓｉの化学量論比組成が０．５〜０．８２％の範囲では、Ｓｉが０.３〜０．４５％でかつＭｇが０．３１〜０．５２％、または、Ｓｉが０．１８〜０．３％でかつＭｇが０．５５〜１．０％であり、Ｍｇ_２Ｓｉの化学量論比組成が０．８２〜１．０％の範囲ではＭｇ含有量に対する過剰Ｓｉが０．１５%未満、またはＳｉ含有量に対する過剰Ｍｇが０．５％未満であり、且つ、Ｆｅを０．０５〜０．１２％含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金押出材に、鏡面加工を施した後、陽極酸化皮膜を２０μｍ以上の厚さで生成したことを特徴する耐食性および光輝性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。