JP5671091B2 - 陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、陽極酸化処理後に帯状の筋模様が発生しない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法に関する。
近年、自動車用内装部品、家電用外板へのアルミニウム合金板の適用が増加しているが、いずれも製品になった際に優れた表面品質が求められる。これらの製品は陽極酸化処理を施して使用されることが少なくなく、例えば、家電用外板の場合、陽極酸化処理後に帯状の筋模様が発生することがあり、筋模様欠陥を生じないアルミニウム合金板が要望されている。
これまでも、前記の筋模様を防止するための検討は種々行われており、化学成分、最終板の結晶粒径、析出物の寸法および分布密度などを制御する方法が提案されているが、これらの方法では改善できない帯状筋模様が発生することもあり、この問題を十分に解決したとはいえないのが現状である。
特開２０００−２７３５６３号公報 特開２００６−５２４３６号公報
本発明は、陽極酸化処理後における帯状の筋模様の発生には、固溶状態で存在するアルミニウムに対して包晶反応を示す元素の存在状態が影響することを見出し、この知見に基づいて試験、検討を行なった結果としてなされたものであり、その目的は、陽極酸化処理後に帯状の筋模様が生じない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板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による陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板は、アルミニウムに対して包晶反応を示す包晶元素としてＴｉ：０．００１％〜０．１％、Ｃｒ：０．０００１％〜０．４％のうちの１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる、陽極酸化処理皮膜を形成すべきアルミニウム合金板であって、該アルミニウム合金板の最表層部における固溶状態の包晶元素の濃度が、アルミニウム合金板の幅方向において０．０５ｍｍ以上の幅の帯として変化し、隣り合う帯における濃度の差が０．００８％以下であることを特徴とする。以下の説明において、合金元素の含有量および包晶元素の濃度の差は、いずれも質量％として示す。
請求項２による陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板は、請求項１において、前記アルミニウム合金板が、Ｔｉ：０．００１％〜０．１％、Ｃｒ：０．０００１％〜０．４％のうち１種または２種を包晶元素として含有し、さらに、Ｍｇ：０．３％〜６．０％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｆｅ：０．４％以下、Ｓｉ：０．３％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
請求項３による陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板の製造方法は、請求項１または２に記載のアルミニウム合金板を製造する方法であって、鋳塊の圧延面に存在する結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部と該結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の包晶元素の濃度の差が０．０４０％以下の鋳塊を用い、熱間圧延、冷間圧延を経て製造することを特徴とする。
本発明によれば、陽極酸化処理後に帯状の筋模様が生じることがない陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法が提供される。
アルミニウムに対して包晶反応を示す包晶元素としてＴｉ、Ｃｒのうちの1種または２種を含有するアルミニウム合金板を、常法に従って熱間圧延、冷間圧延を経て製造した場合、製造されたアルミニウム合金板の表層部においては、固溶状態の包晶元素が板の長さ方向（圧延方向）に延びる帯として存在し、その帯における固溶状態の包晶元素の濃度は板幅方向において帯毎に変化する。
本発明は、アルミニウム合金板の最表層部における固溶状態の包晶元素の濃度が、アルミニウム合金板の幅方向において０．０５ｍｍ以上の幅、最大５ｍｍ程度の帯として変化し、隣り合う帯における濃度の差が０．００８％以下であることを特徴とし、この特徴をそなえたアルミニウム合金板を陽極酸化処理すると、帯状の筋模様が発生しない表面品質の優れた陽極酸化処理アルミニウム合金板を得ることができる。隣り合う帯における濃度の差が０．００８％を超える場合には、陽極酸化処理後、目視で筋模様を判別できるようになり、優れた表面品質が得られなくなる。
陽極酸化処理後、包晶元素は固溶状態で陽極酸化皮膜に取り込まれ、上記の特徴を有するアルミニウム合金板を陽極酸化処理した場合には、陽極酸化処理されたアルミニウム合金板においても、陽極酸化皮膜に取り込まれた固溶状態の包晶元素の濃度は、板幅方向において０．０５ｍｍ以上の幅、最大５ｍｍ程度の帯として変化し、隣り合う帯における濃度の差が０．００５％以下となる。
固溶状態の包晶元素の濃度は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて、１０μｍピッチで電子線を照射して発生する蛍光Ｘ線から濃度を測定する線分析を行い、隣り合う帯における濃度の差を求める。
包晶元素として含有させるＴｉおよびＣｒについて説明する。
Ｔｉは、鋳造組織の粗大化を抑制するよう機能する元素として用いられ、好ましい含有量は０．００１％〜０．１％であり、下限値未満では鋳造組織の粗大化を抑制できなくなり、上限値を超えると、粗大な金属間化合物が生成して、陽極酸化処理後に金属間化合物を原因とした筋模様が発生し易くなる。
Ｃｒは、強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する元素として用いられる。好ましい含有量は０．０００１％〜０．４％の範囲であり、０．０００１％未満では、高純度地金を使用しなければならないため、製造コストが高くなり、工業用材料として現実的でなくなる。Ｃｒのさらに好ましい含有範囲は０．００３〜０．４％である。０．４％を超えて含有すると、粗大な金属間化合物が生成して、陽極酸化処理後に金属間化合物を原因とした筋模様が発生し易くなる。
本発明においては、上記の包晶元素以外の添加元素として以下の合金元素の1種または２種以上を含有させることができる。
Ｍｇ：
Ｍｇは強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は０．３％〜６．０％であり、下限値未満では強度を高める効果が得られず、上限値を超えると、熱間圧延時に割れが発生し易くなり、圧延が困難になる。
Ｃｕ：
Ｃｕは強度を高め、陽極酸化処理後の皮膜全体の色調を均質にするよう機能する。好ましい含有量は０．５％以下であり、０．５％を超えるとＡｌ−Ｃｕ系の析出物を形成し、この金属間化合物に起因して筋模様や皮膜の混濁が発生する。
Ｍｎ：
Ｍｎは強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する。好ましい含有量は０．５％以下であり、０．５％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の晶出物や析出物を形成し、この金属間化合物に起因して筋模様や皮膜の混濁が発生する。
Ｆｅ：
Ｆｅは強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する。好ましい含有量は０．４％以下であり、０．４％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ系の晶出物や析出物を形成し、これらの金属間化合物に起因して筋模様や皮膜の混濁が発生する。
Ｓｉ：
Ｓｉは強度を高め、結晶粒を微細化するよう機能する。好ましい含有量は０．３％以下であり、０．３％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物やＳｉの析出物を形成し、これらの金属間化合物に起因して筋模様や皮膜の混濁が発生する。
本発明のアルミニウム合金板には、不可避的不純物として、Ｚｎなどの元素が必然的に含有されるが、これらの不可避的不純物がそれぞれ０．２５％以下であれば本発明の効果に影響を与えることはない。
すなわち、本発明は、Ｔｉ、Ｃｒのような包晶元素を含有した純アルミニウム系（１０００系）、Ａｌ−Ｍｎ系（３０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）のアルミニウム合金に適用される。
以下、本発明のアルミニウム合金板の製造方法について説明する。鋳塊として、鋳塊の圧延面における結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の包晶元素の濃度の差が０．０４０％以下の鋳塊を用い、熱間圧延、冷間圧延を経てアルミニウム合金板を製造する。上記の鋳塊を用いて製造されたアルミニウム合金板は陽極酸化処理後に筋模様が無く、表面品質に優れたものとなる。
通常の半連続鋳造により鋳造され、均質化処理された鋳塊について、鋳塊の圧延面において鋳造時に形成される結晶粒を見ると、平均粒径５０〜５００μｍの結晶粒からなる鋳塊組織が観察される。例えば、鋳塊の上下圧延面の数か所の結晶粒について、結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部について、ＥＰＭＡを用いて電子線を照射して発生する蛍光Ｘ線から濃度を測定する点分析を行い、包晶元素の濃度差を求め、濃度差が０．０４０％以下であることを確認し、この鋳塊を用いて陽極酸化すべきアルミニウム合金板を製造する。
包晶元素を含むアルミニウム合金溶湯を造塊し、均質化処理された鋳塊の圧延面に存在する結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の包晶元素の濃度の差が０．０４０％以下の鋳塊を得るには、造塊された鋳塊について、各アルミニウム合金の固相線温度未満、望ましくは（固相線温度−５０℃）以上の温度域で３ｈを超える時間均質化処理を行うのが好ましい。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
実施例１、比較例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊した。得られた鋳塊（横方向断面寸法：厚さ５００ｍｍ、幅１０００ｍｍ）を表２に示す条件で均質化処理した後、室温まで冷却し、鋳塊の上下圧延面および左右側面を各２０ｍｍ面削した。この鋳塊の圧延面に存在する５か所の結晶粒についてＥＰＭＡを用いて点分析を行い、固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの分布状態を調査し、結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差を求めた。
上記均質化処理後の鋳塊を４８０℃まで再加熱して熱間圧延を開始し、厚さ５．０ｍｍまで圧延した。熱間圧延の終了温度は２５０℃とした。続いて、１．０ｍｍまで冷間圧延した後、４００℃で１ｈの軟化処理を行った。
得られた板材の幅方向の任意の５か所について、ＥＰＭＡを用いて、各々１０ｍｍ長さの線分析を行い、固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの分布状態を調査し、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差を求めた。１０ｍｍ長さの線分析を行うと、複数の帯を測定することになり、濃度差の値も複数得られるが、各か所で隣り合う帯の濃度差の最も大きい値を代表値とした。５か所の代表値を用いて平均値を算出した。
上記の板材をショットブラストにより粗面化仕上げした後、燐酸および硫酸による化学研磨を行い、その後、硫酸による陽極酸化処理により、１０μｍ厚さの陽極酸化皮膜を形成した。得られた陽極酸化処理材について、目視にて帯状筋模様の発生有無を確認し、また、陽極酸化処理材の幅方向の５か所について、筋模様の発生しているものは筋模様の部分を、筋模様の発生していないものは任意の部分について、ＥＰＭＡを用いて、各々１０ｍｍ長さの線分析を行い、固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの分布状態を調査し、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差を求めた。１０ｍｍ長さの線分析を行うと、複数の帯を測定することになり、濃度差の値も複数得られるが、各か所で隣り合う帯の濃度差の最も大きい値を代表値とした。５か所の代表値を用いて平均値を算出した。
得られた結果を表２、表３に示す。表２に示すように、本発明に従う試験材１〜１０は、均質化処理後の鋳塊において、結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差は０．０４０％以下であり、陽極酸化処理前の板材において、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差は０．００８％以下であった。
また、表３に示すように、試験材１〜１０においては、陽極酸化処理後に帯状筋模様が発生せず、優れた表面品質を有していた。また、陽極酸化処理材において、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差は０．００５％以下であることが確認された。
これに対して、試験材１１〜１５は、低温で均質化処理を行なったことに起因して、表２に示すように、均質化処理後の鋳塊において、結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部とこの結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差は０．０４０％を超え、また、陽極酸化処理前の板材において、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差も０．００８％を超えており、表３に示すように、いずれも陽極酸化処理後に帯状筋模様が発生し、陽極酸化処理材において、隣り合う帯における固溶Ｔｉと固溶Ｃｒの濃度の総和の平均値の差は０．００５％を超えていることが確認された。
Figure 0005671091
Figure 0005671091
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Claims (3)

  1. アルミニウムに対して包晶反応を示す包晶元素としてＴｉ：０．００１％（質量％、以下同じ）〜０．１％、Ｃｒ：０．０００１％〜０．４％のうちの１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる、陽極酸化処理皮膜を形成すべきアルミニウム合金板であって、該アルミニウム合金板の最表層部における固溶状態の包晶元素の濃度が、アルミニウム合金板の幅方向において０．０５ｍｍ以上の幅の帯として変化し、隣り合う帯における濃度の差が０．００８％（質量％、以下同じ）以下であることを特徴とする陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板。
  2. 前記アルミニウム合金板が、Ｔｉ：０．００１％〜０．１％、Ｃｒ：０．０００１％〜０．４％のうち１種または２種を包晶元素として含有し、さらに、Ｍｇ：０．３％〜６．０％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｆｅ：０．４％以下、Ｓｉ：０．３％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１記載の陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板。
  3. 請求項１または２に記載のアルミニウム合金板を製造する方法であって、鋳塊の圧延面に存在する結晶粒の中心部の直径５μｍ領域部と該結晶粒の粒界から２．５μｍ離れた粒界近傍部の直径５μｍ領域部の包晶元素の濃度の差が０．０４０％以下の鋳塊を用い、熱間圧延、冷間圧延を経て製造することを特徴とする陽極酸化処理後の表面品質に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
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