JP6352087B2 - 表面処理アルミニウム材及びその製造方法 - Google Patents
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本発明は、表面処理を施した純アルミニウム材又はアルミニウム合金材（以下、「アルミニウム材」と記す）及びその製造方法に関し、詳細には樹脂密着性と耐食性、耐疵付き性を併せもつ酸化皮膜層が形成されている表面処理アルミニウム材及びその製造方法に関する。
アルミニウム材は軽量でかつ適度な機械的特性を有し、更に、美感、導電性、放熱性、耐食性及びリサイクル性に優れた特徴を有するため、様々な構造部材、熱交換部材、容器類、包装類、電子機器類、機械類等に使用されている。また、これらのアルミニウム材の一部又は全体に表面処理を施すことで、耐食性、絶縁性、密着性、抗菌性、耐摩耗性等の性質を付与させたり向上させたりした上で使用されることも多い。
例えば、アルミニウム材に耐食性を付与させる場合には、陽極酸化処理（いわゆるアルマイト処理）が広く用いられている。具体的には、非特許文献１、２に記載されている通り、アルミニウム材を酸性の電解浴に浸漬して直流電流により電解処理を行うことによって、陽極酸化皮膜を形成させるもので、用途に応じて種々の処理方法が提案されている。
また、近年自動車産業を中心に省資源化や省エネルギー化が進んでおり、アルミニウム材を構造部材に適用する際には、更なる軽量化を図るためアルミニウム材の一部又は全体を樹脂と接合した構造部材が提案されている。例えば、熱交換器のように放熱性が求められる場合などは、アルミニウム材表面の全体ではなく、一部のみを樹脂と接合した構造部材が採用されることが多い。また、自動車用ボディシート等では、樹脂と接合するだけではなく表面を塗装する場合もある。更に、これらの構造部材は、曲げ加工等が行なわれることもあり、曲げ加工を施してから樹脂と接合したり、塗装したりすることもある。
このようなアルミニウム材を樹脂と接合した部材や塗装部材などを製造する場合にも、アルミニウム材の樹脂密着性を向上させるために表面処理が必要となる。例えば、特許文献１のようなアルカリ交流電解法が提案されている。すなわち、浴温３５〜８５℃でアクリル化合物濃度０．１〜１０重量％のアルカリ性溶液を用いて、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２にて交流電解処理を行なうものである。これにより、膜厚５０〜５００ｎｍの酸化皮膜が形成されたアルミニウム材が得られるとしている。
アルミニウムハンドブック第７版、第１７９〜１９０頁、２００７年、一般社団法人日本アルミニウム協会
日本工業規格ＪＩＳ Ｈ８６０１、「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜」（１９９９）
上記の従来技術において、特許文献１の樹脂密着性を向上させる表面処理では、酸化皮膜の厚さが５０〜５００ｎｍと薄く、特にバリア層の厚さが３〜３０ｎｍと極端に薄いことから、表面処理アルミニウム材表面が樹脂と密着していない箇所では、非特許文献１、２に記載されているような耐食性は望めない。表面に塗装を施した場合においても同様に、バリア層の厚さが薄いことから、耐疵付き性が劣ってしまう問題があった。
また、非特許文献１、２に記載される耐食性を向上させる表面処理では、通常、封孔処理が施されており、特許文献１のような高密着性が望めないだけではなく、前処理工程、電解処理工程、封孔工程と工程数が多く、コスト高を招く虞があった。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、樹脂との密着性と耐食性、耐疵付き性を併せもつ酸化皮膜が形成されているアルミニウム材、ならびに、この酸化皮膜を短時間のプロセスで形成できる製造方法を見出した。
すなわち、本発明は請求項１において、アルミニウム材と、その少なくとも一方の表面に形成された２層構造の酸化皮膜とを含み、前記酸化皮膜は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層と、当該バリア型酸化皮膜層上の樹枝状酸化皮膜層とからなり、前記バリア型酸化皮膜層が３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下の厚さを有し、前記樹枝状酸化皮膜層が２０〜５００ｎｍの厚さを有し、かつ、その表面に直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材とした。
また、本発明は請求項２において、アルミニウム材と、その少なくとも一方の表面に形成された３層構造の酸化皮膜とを含み、前記酸化皮膜は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層と、当該バリア型酸化皮膜層上の多孔性酸化皮膜層と、当該多孔性酸化皮膜層上の樹枝状酸化皮膜層とからなり、前記バリア型酸化皮膜層が、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下の厚さを有し、前記樹枝状酸化皮膜層が２０〜５００ｎｍの厚さを有し、かつ、その表面に直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されており、前記多孔性酸化皮膜層が１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする表面処理アルミニウム材とした。
本発明は請求項３では請求項１に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその定電圧での保持時間を５秒未満とする条件で直流電解処理することにより、前記２層構造の酸化皮膜を形成することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法とした。
本発明は請求項４では請求項２に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５〜３００秒とする条件で直流電解処理することにより、前記３層構造の酸化皮膜を形成することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法とした。
本発明は請求項５では請求項３又は４において、前記アルミニウム材が、交流電解処理終了後から直流電解処理開始前までの間に、交流電解処理で用いた電解溶液中又は直流電解で用いる電解溶液中に浸漬されている時間が６０秒以内であるものとした。
本発明は請求項６では請求項３〜５のいずれか一項において、前記直流電解処理に用いる電解溶液が、交流電解処理で用いる電解溶液と同じであるものとした。
本発明によって、樹脂密着性と耐食性、耐疵付き性を併せもつ酸化皮膜が形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材、ならびに、この酸化皮膜を短時間のプロセスで形成できる製造方法を提供できる。
本発明に係る表面処理アルミニウム材は、第１実施態様として、酸化皮膜が２層構造のもの、第２実施態様として、酸化皮膜が３層構造のものである。以下に、それぞれについて詳細に説明する。
Ａ．第１実施態様の表面処理アルミニウム材
図１に示すように、第１実施態様の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム材１の表面に酸化皮膜１が形成されている。酸化皮膜１は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層４とその上の樹枝状酸化皮膜層５とから構成される。樹枝状酸化皮膜層５の表面には、深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。
図１に示すように、第１実施態様の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム材１の表面に酸化皮膜１が形成されている。酸化皮膜１は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層４とその上の樹枝状酸化皮膜層５とから構成される。樹枝状酸化皮膜層５の表面には、深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。
Ａ−１．アルミニウム材
本発明に用いるアルミニウム材としては、純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金の成分には特に制限無く、ＪＩＳに規定される合金をはじめとする各種合金を使用することができる。
本発明に用いるアルミニウム材としては、純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金の成分には特に制限無く、ＪＩＳに規定される合金をはじめとする各種合金を使用することができる。
Ａ−２．酸化皮膜１におけるバリア型酸化皮膜層
２層構造の酸化皮膜１におけるバリア型酸化皮膜層４の厚さは、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５００ｎｍである。３０ｎｍ以下では、厚さが十分ではないため、十分な耐食性や耐疵付き性が得られない。一方、２０００ｎｍを超えると、バリア型酸化皮膜層４にクラックが入り、反って局部的に耐食性が低下する。また、２０００ｎｍを超えると、直流電解処理において１０００Ｖ以上の高電圧をかける必要があり、生産性が悪化する虞がある。
２層構造の酸化皮膜１におけるバリア型酸化皮膜層４の厚さは、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５００ｎｍである。３０ｎｍ以下では、厚さが十分ではないため、十分な耐食性や耐疵付き性が得られない。一方、２０００ｎｍを超えると、バリア型酸化皮膜層４にクラックが入り、反って局部的に耐食性が低下する。また、２０００ｎｍを超えると、直流電解処理において１０００Ｖ以上の高電圧をかける必要があり、生産性が悪化する虞がある。
Ａ−３．酸化皮膜１における樹枝状酸化皮膜層
樹枝状酸化皮膜層５の厚さは、２０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜４００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが不十分となり、後述する小孔構造が形成され難くなり、樹脂との密着性が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり、樹脂との密着性が低下する。
樹枝状酸化皮膜層５の厚さは、２０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜４００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが不十分となり、後述する小孔構造が形成され難くなり、樹脂との密着性が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり、樹脂との密着性が低下する。
また、樹枝状酸化皮膜層５の表面には深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。この小孔５１の直径は５〜３０ｎｍであり、好ましくは７〜２５ｎｍである。この小孔５１は、樹脂などの被接合物（以下、単に「樹脂など」と記す）と酸化皮膜１との接触面積を増大させ、その密着性を増大させる。小孔５１の直径が５ｎｍ未満であると、接触面積が不足するため十分な密着性が得られない。一方、小孔５１の直径が３０ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が脆くなって凝集破壊を生じる。なお、図１では、小孔５１は樹枝状酸化皮膜層５を深さ方向に貫通していないが、貫通していても良い。
Ｂ．第２実施態様の表面処理アルミニウム材
図２に示すように、第２実施態様の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム材１の表面に酸化皮膜２が形成されている。酸化皮膜２は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層４と、その上の多孔性酸化皮膜層６と、更にその上の樹枝状酸化皮膜層５とから構成される。樹枝状酸化皮膜層５の表面には、深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。すなわち、第２実施態様の表面処理アルミニウム材は、バリア型酸化皮膜層４と樹枝状酸化皮膜層５との間に、多孔性酸化皮膜層６が介在する点で、第１実施態様の表面処理アルミニウム材と構造上相違する。
図２に示すように、第２実施態様の表面処理アルミニウム材は、アルミニウム材１の表面に酸化皮膜２が形成されている。酸化皮膜２は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層４と、その上の多孔性酸化皮膜層６と、更にその上の樹枝状酸化皮膜層５とから構成される。樹枝状酸化皮膜層５の表面には、深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。すなわち、第２実施態様の表面処理アルミニウム材は、バリア型酸化皮膜層４と樹枝状酸化皮膜層５との間に、多孔性酸化皮膜層６が介在する点で、第１実施態様の表面処理アルミニウム材と構造上相違する。
Ｂ−１．アルミニウム材
アルミニウム材としては、第１実施態様と同様に、純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金の成分には特に制限無く、ＪＩＳに規定される合金をはじめとする各種合金を使用することができる。
アルミニウム材としては、第１実施態様と同様に、純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金の成分には特に制限無く、ＪＩＳに規定される合金をはじめとする各種合金を使用することができる。
Ｂ−２．酸化皮膜２におけるバリア型酸化皮膜層
３層構造の酸化皮膜２におけるバリア型酸化皮膜層４の厚さは、２層構造の酸化皮膜１におけるバリア型酸化皮膜層４と同じく、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５００ｎｍである。３０ｎｍ以下では、厚さが十分ではないため、十分な耐食性や耐疵付き性が得られない。一方、２０００ｎｍを超えると、バリア型酸化皮層４にクラックが入り、反って局部的に耐食性が低下する。また、２０００ｎｍを超えると、直流電解処理において１０００Ｖ以上の高電圧をかける必要があり、生産性が悪化する虞がある。
３層構造の酸化皮膜２におけるバリア型酸化皮膜層４の厚さは、２層構造の酸化皮膜１におけるバリア型酸化皮膜層４と同じく、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下であり、好ましくは５０〜１５００ｎｍである。３０ｎｍ以下では、厚さが十分ではないため、十分な耐食性や耐疵付き性が得られない。一方、２０００ｎｍを超えると、バリア型酸化皮層４にクラックが入り、反って局部的に耐食性が低下する。また、２０００ｎｍを超えると、直流電解処理において１０００Ｖ以上の高電圧をかける必要があり、生産性が悪化する虞がある。
Ｂ−２．酸化皮膜２における樹枝状酸化皮膜層
樹枝状酸化皮膜層５の厚さは、２層構造の酸化皮膜１における樹枝状酸化皮膜層５と同じく、２０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜４００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが不十分となり、後述する小孔構造が形成され難くなり、樹脂との密着性が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり、樹脂との密着性が低下する。
樹枝状酸化皮膜層５の厚さは、２層構造の酸化皮膜１における樹枝状酸化皮膜層５と同じく、２０〜５００ｎｍであり、好ましくは３０〜４００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが不十分となり、後述する小孔構造が形成され難くなり、樹脂との密着性が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり、樹脂との密着性が低下する。
また、樹枝状酸化皮膜層５の表面には、２層構造の酸化皮膜１と同じく、深さ方向に向かう小孔５１が形成されている。この小孔の直径は５〜３０ｎｍであり、好ましくは７〜２５ｎｍである。この小孔５１は、樹脂などと酸化皮膜２との接触面積を増大させ、その密着性を増大させる。小孔５１の直径が５ｎｍ未満であると、接触面積が不足するため十分な密着性が得られない。一方、小孔５１の直径が３０ｎｍを超えると、樹枝状酸化皮膜層自体が脆くなって凝集破壊を生じてしまうことがある。なお、図２に示す樹枝状酸化皮膜層５では、２層構造の樹枝状酸化皮膜層５と同様に小孔５１は樹枝状酸化皮膜層５を深さ方向に貫通していないが、貫通していても良い。
Ｂ−３．酸化皮膜２における多孔性酸化皮膜層
３層構造の酸化皮膜２における多孔性酸化皮膜層６の厚さは１００ｎｍ以下であり、好ましくは８５ｎｍ以下である。この多孔性酸化皮膜層６は、樹枝状酸化皮膜層５とは構造が異なり、小孔がアルミニウム材表面に対して垂直方向に成長していることが特徴である。この多孔性酸化皮膜層６が、バリア型酸化皮膜層４と樹枝状酸化皮膜層５の間に介在することにより、表面処理したアルミニウム材を曲げ加工した際に酸化皮膜２全体にクラック等が入り難くなり、また、表面処理アルミニウム材に対する耐疵付き性が更に向上して、いわば緩衝材の作用効果を奏する。この多孔性酸化皮膜層６の厚さが１００ｎｍを超えると、曲げ加工の際に多孔性酸化皮膜層内部にクラックが生じる虞がある。なお、図２に示す多孔性酸化皮膜層６の小孔は、多孔性酸化皮膜層６を深さ方向に貫通しているが、貫通していなくても良い。
３層構造の酸化皮膜２における多孔性酸化皮膜層６の厚さは１００ｎｍ以下であり、好ましくは８５ｎｍ以下である。この多孔性酸化皮膜層６は、樹枝状酸化皮膜層５とは構造が異なり、小孔がアルミニウム材表面に対して垂直方向に成長していることが特徴である。この多孔性酸化皮膜層６が、バリア型酸化皮膜層４と樹枝状酸化皮膜層５の間に介在することにより、表面処理したアルミニウム材を曲げ加工した際に酸化皮膜２全体にクラック等が入り難くなり、また、表面処理アルミニウム材に対する耐疵付き性が更に向上して、いわば緩衝材の作用効果を奏する。この多孔性酸化皮膜層６の厚さが１００ｎｍを超えると、曲げ加工の際に多孔性酸化皮膜層内部にクラックが生じる虞がある。なお、図２に示す多孔性酸化皮膜層６の小孔は、多孔性酸化皮膜層６を深さ方向に貫通しているが、貫通していなくても良い。
Ｃ．表面処理アルミニウム材の製造方法
以下に、本発明に係る表面処理アルミニウム材の製造方法について説明する。
以下に、本発明に係る表面処理アルミニウム材の製造方法について説明する。
Ｃ−１．第１実施態様の表面処理アルミニウム材の製造方法
以上のような条件を満たした２層構造の酸化皮膜を表面に備えた第１実施態様の表面処理アルミニウム材を製造するための一つの方法として、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５秒未満とする条件で直流電解処理することにより、２層構造の酸化皮膜を形成する方法を挙げることができる。
以上のような条件を満たした２層構造の酸化皮膜を表面に備えた第１実施態様の表面処理アルミニウム材を製造するための一つの方法として、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５秒未満とする条件で直流電解処理することにより、２層構造の酸化皮膜を形成する方法を挙げることができる。
本発明において、交流電解処理及び直流電解処理されるアルミニウム材と対電極の形状は特に限定されるものではないが、アルミニウム材と対電極との距離を均一にし、安定して電解処理皮膜を形成するには、アルミニウム材と対電極は板形状のものが好適に用いられる。図３に示すように、結線された対電極板７、８を用意し、これら２枚の対電極板７、８の間に表面処理されるアルミニウム板９の両方の表面をそれぞれ、対電極板７、８の表面と平行になるように設置することが好ましい。対向するアルミニウム材９と対電極７、８の面同士の寸法はほぼ同一として、両電極を静止状態で電解操作を行なうのが好ましい。また、表面処理されるアルミニウム板９の一方の表面のみを処理する場合には、対電極板接続スイッチ１２２を切ることによってアルミニウム材９の一方の表面のみ（アルミニウム材９の図中における右側の表面）を処理することもできる。
本発明における、表面処理工程は、交流電解処理後に直流電解処理を行なうことを特徴とする。直流電解の後に交流電解を行なうと、樹枝状酸化皮膜層が最表層に形成されず、樹脂などの被接合物との密着性が低下してしまう。なお、交流電解処理後であって直流電解処理前に、アルミニウム材を水洗や乾燥等してもよい。
交流電解処理と直流電解処理において同じ電解溶液１３（電解浴）を使用する場合は、図３に示すように、交流電源１０と直流電源１１を電源切り替えスイッチ１２１で切り替えられるよう並列に接続する。また、交流電解処理用の電解槽と直流電解処理用の電解槽を別個に用意して、それぞれ電解処理を行なってもよい。この場合には、それぞれの電解槽の電解溶液は異なるものが用いられる。
本発明では、交流電解処理と直流電解処理において、表面処理されるアルミニウム材と対電極とを用いる。対電極の材質は特に限定されるものではないが、電解溶液の成分や温度に対して劣化せず、導電性に優れ、更に、それ自身が電気化学的反応を起こさない材質のものを使用する必要がある。このような点から、対電極としては黒鉛電極が好適に用いられる。これは、黒鉛電極が化学的に安定であり、かつ、安価で入手が容易であることに加え、黒鉛電極に存在する多くの気孔の作用により交流電解工程において電気力線が適度に拡散するため、樹枝状酸化皮膜層が均一になり易いためである。また、交流電解処理と直流電解処理において、対電極の材質が異なっていてもよい。
交流電解処理において、電解溶液として用いるアルカリ水溶液は、りん酸ナトリウム、りん酸水素ナトリウム、ピロりん酸ナトリウム、ピロりん酸カリウム及びメタりん酸ナトリウム等のりん酸塩；水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩；水酸化アンモニウム；或いは、これらの混合物の水溶液を用いることができる。後述するように電解溶液のｐＨを特定の範囲に保つ必要があることから、バッファー効果の期待できるりん酸塩系物質を含有するアルカリ水溶液を用いるのが好ましい。このようなアルカリ水溶液に含まれるアルカリ成分の濃度は、電解溶液のｐＨが所望の値になるように適宜調整されるが、通常、１×１０−４〜１モル／リットルで、好ましくは１×１０−３〜０．８モル／リットルである。なお、これらのアルカリ性水溶液には、アルミニウム材表面の清浄度を上げるために界面活性剤やキレート剤等を添加してもよい。
交流電解処理で使用する電解溶液のｐＨは９〜１３であり、好ましくは９．５〜１２．５である。ｐＨが９未満では電解溶液のアルカリエッチング力が不足するため、樹枝状酸化皮膜層が不定形となり、密着性が発現されない場合がある。一方、ｐＨが１３を超えると、アルカリエッチング力が過剰になるため酸化皮膜が成長し難くなり、所望の樹枝状酸化皮膜層及びバリア型酸化皮膜層形成が阻害される。
交流電解処理で使用する電解溶液の温度は３５〜８５℃であり、好ましくは４０〜８０℃である。電解溶液温度が３５℃未満の場合、アルカリエッチング力が不足するため樹枝状酸化皮膜層の形成が不定形となり、密着性が発現されない場合がある。８５℃を超えるとアルカリエッチング力が過剰になるため、所望の樹枝状酸化皮膜層形成が阻害される。
交流電解処理で使用する電解溶液中に含有される溶存アルミニウム濃度は、５〜１０００ｐｐｍとする必要があり、１０〜５００ｐｐｍとするのが好ましい。溶存アルミニウム濃度が５ｐｐｍ未満の場合は、交流電解反応初期における酸化皮膜の形成反応が急激に生起するため、局部的に厚い樹枝状酸化皮膜層が形成されてしまう。一方、溶存アルミニウム濃度が１０００ｐｐｍを超える場合は、電解溶液の粘度が増大して電解処理においてアルミニウム材表面付近の均一な対流が妨げられるのと同時に、溶存アルミニウムが樹枝状酸化皮膜層形成を抑制する方向に作用する。
交流電解処理における周波数は１０〜１００Ｈｚで、好ましくは２０〜８０Ｈｚである。１０Ｈｚ未満では、電気分解としては直流的要素が高まる結果、樹枝状酸化皮膜層の形成が進行せず、樹脂などの被接合物との密着性が発現されない。一方、１００Ｈｚを超えると、陽極と陰極の反転が速すぎるため、酸化皮膜全体の形成が極端に遅くなり、樹枝状酸化皮膜層の所定の厚さを得るには極めて長時間を要することになる。なお、交流電解における電解波形は特に限定されず、正弦波、矩形波、台形波、三角波等の波形を用いることが出来る。
交流電解処理における電流密度は４〜５０Ａ／ｄｍ２で、好ましくは５〜３０Ａ／ｄｍ２である。電流密度が４Ａ／ｄｍ２未満では、所定の厚さの樹枝状酸化皮膜層を得るには極めて長時間を要する。一方、５０Ａ／ｄｍ２を超えると、電流が過大になるため樹枝状酸化皮膜層の厚さ制御が困難となり処理ムラが起こり易い。
交流電解工程における電解時間は５〜６０秒で、好ましくは１０〜５０秒である。５秒未満の処理時間では、所定の厚さの樹枝状酸化皮膜層が形成されず、樹脂などの被接合物との密着性が発現しない。一方、６０秒を超えると、樹枝状酸化皮膜層が厚くなり過ぎたり、樹枝状酸化皮膜層が再溶解したりする虞がある。また、生産性も低下するため好ましくない。
交流電解処理終了後から直流電解処理開始前までの間に、交流電解処理で用いた電解溶液中又は直流電解で用いる電解溶液中にアルミニウム材が浸漬されている時間は６０秒以内が好ましく、４０秒以内がより好ましい。電解をしない状態でアルミニウム材が電解溶液中に浸漬されている時間が６０秒を超えると、樹枝状酸化皮膜が一部溶解し密着性が低下する場合がある。
バリア型酸化皮膜層は交流電解処理によっても形成されるが、直流電解によりバリア型酸化皮膜層を更に成長することができる。交流電解処理の後に行なわれる直流電解処理は、対電極を陰極として、直流の定電圧を印加することで行なわれる。直流電解処理は、所定の定電圧を瞬間的に印加することもできるが、ムラの発生を抑制するためには、印加電圧を徐々に増加して目標とする所定の定電圧に達する方法、すなわちソフトスタート方式が好ましい。この直流電解処理の定電圧は３０〜１０００Ｖ、好ましくは５０〜８５０Ｖである。３０Ｖ未満の定電圧では、所定の厚さのバリア型酸化皮膜が形成されず、耐食性や耐疵付き性が低下してしまう。一方、１０００Ｖを超えると、樹枝状酸化皮膜の小孔が塞がってしまうことがあり、樹脂などとの密着性が低下する場合がある。
直流電解処理では、２層構造の酸化皮膜を形成させる場合は、定電圧である３０〜１０００Ｖに達してから、その定電圧での保持時間を５秒未満とする。この保持時間は、好ましくは、１秒以上５秒未満である。なお、この保持時間を０秒としてもよい。この場合は、ソフトスタート方式を用いて定電圧に電圧が達したら、その定電圧に保持をせずに直ちに直流電解処理を終了するものである。定電圧での保持時間が５秒以上になると、後述するように皮膜構造は３層構造となる。
直流電解工程で使用する電解溶液は、特に限定されるものではないが、通常、１×１０−５〜１０モル／リットルの支持電解質を含む水溶液を用いる。また、工程の簡素化のため、交流電解工程で使用する電解溶液と同じものを用いるのが好ましい。
Ｃ−２．第２実施態様の表面処理アルミニウム材の製造方法
上述の３層構造の酸化皮膜を表面に備えた第２実施態様の表面処理アルミニウム材を製造するための一つの方法として、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５〜３００秒とする条件で直流電解処理することにより、３層構造の酸化皮膜を形成する方法を挙げることができる。
上述の３層構造の酸化皮膜を表面に備えた第２実施態様の表面処理アルミニウム材を製造するための一つの方法として、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５〜３００秒とする条件で直流電解処理することにより、３層構造の酸化皮膜を形成する方法を挙げることができる。
本発明において、３層構造の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法は、前述の２層構造の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法と、同様の材料及び用具を用い、交流電解処理までは同様の方法で行なう。
交流電解処理終了後から直流電解処理開始前までの間に、交流電解処理で用いた電解溶液中又は直流電解で用いる電解溶液中に浸漬されている時間は、２層構造の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法と同様に６０秒以内が好ましく、４０秒以内がより好ましい。電解をしない状態でアルミニウム材が電解溶液中に浸漬されている時間が６０秒を超えると、樹枝状酸化皮膜が一部溶解し、密着性が低下する場合がある。
交流電解処理の後に行なわれる直流電解処理は、２層構造の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材の製造方法と同様に、対電極を陰極として、直流の定電圧を印加することで行なわれる。直流電解処理は、所定の定電圧を瞬間的に印加することもできるが、ムラの発生を抑制するためには、印加電圧を徐々に増加して目標とする所定の定電圧に達する方法、すなわちソフトスタート方式が好ましい。この直流電解処理の定電圧は３０〜１０００Ｖ、好ましくは５０〜８５０Ｖである。３０Ｖ未満の定電圧では、所定の厚さのバリア型酸化皮膜が形成されず、耐食性や耐疵付き性が低下してしまう。一方、１０００Ｖを超えると、樹枝状酸化皮膜の小孔が塞がってしまうことがあり、樹脂などとの密着性が低下する場合がある。
直流電解処理では、３層構造の酸化皮膜を形成させる場合は、定電圧である３０〜１０００Ｖに達してから、その定電圧での保持時間を５〜３００秒とする。この保持時間は、好ましくは１０〜１２０秒である。保持時間を５秒以上とすることで、バリア型酸化皮膜層と樹枝状酸化皮膜層の間に多孔性酸化皮膜層が形成されて３層構造の酸化皮膜となる。一方、保持時間が３００秒を超えると樹枝状酸化皮膜層の小孔が塞がってしまうことがあり、樹脂などの被接合物との密着性が低下する場合がある。また、生産性の低下も招く。
本発明における樹枝状酸化皮膜層、多孔性酸化皮膜層及びバリア型酸化皮膜層の構造観察と厚さ、ならびに、小孔の直径の測定には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察が好適に用いられる。具体的には、樹枝状酸化皮膜層、多孔性酸化皮膜層及びバリア型酸化皮膜層の厚さ、ならびに、樹枝状酸化皮膜層表面の小孔の直径は、ウルトラミクロトーム等により薄片に加工し、ＴＥＭ観察することによって測定される。
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明における好適な実施の形態を詳細に説明する。
実施例１〜７４及び比較例１〜３１
電解処理されるアルミニウム材として、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×板厚１．０ｍｍを有するＪＩＳ５０５２の平板を使用した。互いに結線されて対向する２枚の黒鉛の対電極板間において、アルミニウム合金板の両面がそれぞれ、対抗する黒鉛の対電極板面と平行になるように配設して電解処理を行った。両対電極板の寸法は、縦５００ｍｍ×横５５０ｍｍ×板厚２．０ｍｍとした。実施例７３〜７４では、図３における接続スイッチ１２２を切ることで、図中右側面のみに電解処理を行なった。
電解処理されるアルミニウム材として、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×板厚１．０ｍｍを有するＪＩＳ５０５２の平板を使用した。互いに結線されて対向する２枚の黒鉛の対電極板間において、アルミニウム合金板の両面がそれぞれ、対抗する黒鉛の対電極板面と平行になるように配設して電解処理を行った。両対電極板の寸法は、縦５００ｍｍ×横５５０ｍｍ×板厚２．０ｍｍとした。実施例７３〜７４では、図３における接続スイッチ１２２を切ることで、図中右側面のみに電解処理を行なった。
交流電解処理に用いる電解溶液には、表１〜６に示すｐＨ、温度及び溶存アルミニウム濃度を有するピロりん酸ナトリウムを主成分とするアルカリ性水溶液を使用した（０．１モル／リットルのＮａＯＨ水溶液でｐＨを調整）。このアルカリ性水溶液の電解質濃度は、０．１モル／リットルとした。電解溶液と電解槽は、実施例７１及び７２を除き交流電解処理と直流電解処理で同一のものを使用した。電解溶液を収容する電解槽中に、アルミニウム合金板と両対電極を配置し、表１〜６に示す電解条件で交流電解処理を実施した。次いで、交流電解処理終了後の状態のままで、すなわち、電解処理を行っていない同じ電解槽中において、交流電解処理終了後から直流電解処理開始前までの間、アルミニウム材を表１〜７に示す時間浸漬した。更に、その状態のまま、表１〜６に示す電解条件で、両対電極をそれぞれ陰極として直流電解処理を実施した。なお、直流電解処理ではソフトスタート方式を採用し、印加電圧を０Ｖから徐々に増加して目標とする所定の定電圧まで１〜１８０秒で到達後に、その定電圧で電解処理を行った。
実施例７１及び７２では、電解溶液と電解槽は、交流電解処理と直流電解処理で別のものを使用した。交流電解処理で用いた電解溶液と電解槽は、他の実施例及び比較例のものと同じである。一方、直流電解処理に用いた電解溶液には、２５℃のほう酸を主成分とする中性の水溶液を使用した。（０．１モル／リットルのＮａＯＨ水溶液でｐＨを調整）。交流電解処理終了後、アルミニウム材を表４に示す時間、交流電解処理浴に浸漬した。次に、アルミニウム材を直流電解処理用の電解槽に入れ替え、表４に示す電解条件で、両対電極をそれぞれ陰極として直流電解処理を実施した。なお、直流電解処理ではソフトスタート方式を採用し、印加電圧を０Ｖから徐々に増加して目標とする所定の定電圧まで１〜１８０秒で到達後に、その定電圧で電解処理を行った。
以上のようにして、実施例１〜７２及び比較例１〜３１では、アルミニウム材の両面に、実施例７３〜７４では、片面に酸化皮膜を形成した。直流電解処理電解後に、アルミニウム材を電解槽から速やかに取り出し、純水で水洗して室温の大気中で自然乾燥した。
比較例３２〜３８
実施例１で用いたのと同じアルミニウム材、２つの対電極、ならびに、電解溶液と電解槽を用いて、これまた実施例１と同じ電極の配置で電解処理を行った。
実施例１で用いたのと同じアルミニウム材、２つの対電極、ならびに、電解溶液と電解槽を用いて、これまた実施例１と同じ電極の配置で電解処理を行った。
比較例３２では、直流電解処理は行わず、実施例１と同じ正弦波を用いて表７に示す条件で交流電解処理のみを行なった。
比較例３３及び３４では、交流電解処理は行わず、表７に示す条件で直流電解処理のみを行った。
比較例３５及び３６では、交流電解処理は行わず直流電解処理を２回行った。具体的には、まず、表７に示す条件で１度目の直流電解処理を行い、次いで、この直流電解処理終了後から２回目の直流電解処理開始前までの間、アルミニウム材を表７に示す時間そのままの状態で浸漬した。更に、第１回目と同じ電解槽中で表７に示す条件で２回目の直流電解処理を行った。
比較例３７では、実施例１において、交流電解処理と直流電解処理を入れ替えて行った。交流電解処理、浸漬処理及び直流電解処理の条件は、実施例１と同じである。
比較例３８では、直流電解処理は行わず交流電解処理を２回行った。具体的には、まず、表７に示す条件で１度目の交流電解処理を行い、次いで、この交流電解処理終了後から２回目の交流電解処理開始前までの間、アルミニウム材を表７に示す時間そのままの状態で浸漬した。更に、第１回目と同じ電解槽中で表７に示す条件で２回目の交流電解処理を行った。
比較例３３及び３４では、交流電解処理は行わず、表７に示す条件で直流電解処理のみを行った。
比較例３５及び３６では、交流電解処理は行わず直流電解処理を２回行った。具体的には、まず、表７に示す条件で１度目の直流電解処理を行い、次いで、この直流電解処理終了後から２回目の直流電解処理開始前までの間、アルミニウム材を表７に示す時間そのままの状態で浸漬した。更に、第１回目と同じ電解槽中で表７に示す条件で２回目の直流電解処理を行った。
比較例３７では、実施例１において、交流電解処理と直流電解処理を入れ替えて行った。交流電解処理、浸漬処理及び直流電解処理の条件は、実施例１と同じである。
比較例３８では、直流電解処理は行わず交流電解処理を２回行った。具体的には、まず、表７に示す条件で１度目の交流電解処理を行い、次いで、この交流電解処理終了後から２回目の交流電解処理開始前までの間、アルミニウム材を表７に示す時間そのままの状態で浸漬した。更に、第１回目と同じ電解槽中で表７に示す条件で２回目の交流電解処理を行った。
以上のようにして、アルミニウム材の両面に酸化皮膜を形成した。酸化皮膜形成後の水洗、乾燥は実施例１と同じである。
［酸化皮膜の厚さ及び構造の測定］
以上のようにして作製したアルミニウム材の試料に対し、ＴＥＭにより酸化皮膜層の断面観察を実施した。具体的には、酸化皮膜層の厚さ、酸化皮膜層の構造（酸化皮膜層の層数及び形状）、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を測定した。酸化皮膜層の厚さ、酸化皮膜層の構造、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を観察するために、ウルトラミクロトームを用いて供試材から断面観察用薄片試料を作製した。次に、この薄片試料において観察視野（１μｍ×１μｍ）中の任意の１００点を選択してＴＥＭ断面観察により、酸化皮膜層の厚さの測定、酸化皮膜層の構造観察、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を各点で測定した。結果を、表８〜１４に示す。なお、これらの表に示す酸化皮膜層の厚さと樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径については、１００点の測定結果の算術平均値とした。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
以上のようにして作製したアルミニウム材の試料に対し、ＴＥＭにより酸化皮膜層の断面観察を実施した。具体的には、酸化皮膜層の厚さ、酸化皮膜層の構造（酸化皮膜層の層数及び形状）、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を測定した。酸化皮膜層の厚さ、酸化皮膜層の構造、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を観察するために、ウルトラミクロトームを用いて供試材から断面観察用薄片試料を作製した。次に、この薄片試料において観察視野（１μｍ×１μｍ）中の任意の１００点を選択してＴＥＭ断面観察により、酸化皮膜層の厚さの測定、酸化皮膜層の構造観察、ならびに、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径を各点で測定した。結果を、表８〜１４に示す。なお、これらの表に示す酸化皮膜層の厚さと樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径については、１００点の測定結果の算術平均値とした。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
［１．酸化皮膜の耐食性評価］
上記のように作製したアルミニウム材の試料から長さ５０ｍｍ、５０ｍｍに切断した供試材を１０枚用意した。耐食性試験は、塩水噴霧試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）に記載の中性塩水噴霧試験によって行った。供試材を中性塩水噴霧試験にかけて４８時間後に取出し、腐食減量を測定して下記の基準で評価した。
◎：腐食減量が１．０ｇ／ｍ２未満のもの
○：腐食減量が１．０ｇ／ｍ２以上１．５ｇ／ｍ２未満のもの
△：腐食減量が１．５ｇ／ｍ２以上２．０ｇ／ｍ２未満のもの
×：腐食減量が２．０ｇ／ｍ２以上のもの
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の供試材のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
上記のように作製したアルミニウム材の試料から長さ５０ｍｍ、５０ｍｍに切断した供試材を１０枚用意した。耐食性試験は、塩水噴霧試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）に記載の中性塩水噴霧試験によって行った。供試材を中性塩水噴霧試験にかけて４８時間後に取出し、腐食減量を測定して下記の基準で評価した。
◎：腐食減量が１．０ｇ／ｍ２未満のもの
○：腐食減量が１．０ｇ／ｍ２以上１．５ｇ／ｍ２未満のもの
△：腐食減量が１．５ｇ／ｍ２以上２．０ｇ／ｍ２未満のもの
×：腐食減量が２．０ｇ／ｍ２以上のもの
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の供試材のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
［２．耐疵付き性評価］
上記のアルミニウム材の試料から長さ５０ｍｍ、５０ｍｍに切断した供試材を１０枚用意した。供試材表面に大日本塗料（株）製「Ｖフロン＃２０００」を塗布しこれを乾燥して（１６０℃，２０分）、３０μｍの厚さの樹脂塗膜を形成した試験片を作製した。この樹脂被覆アルミニウム板についてグラベロメーターを用いてチッピング試験を実施し、剥離及び傷の度合いを評価した。チッピング試験には７号砕石（２００ｇ）を使用し、エア圧０．５ＭＰａの条件で実施した。評価基準は、以下の通りである。
◎：樹脂被覆アルミニウム板全体の１％未満の面積に、傷が認められる。
○：樹脂被覆アルミニウム板全体の１％以上１０％未満の面積に傷が認められる。
△：樹脂被覆アルミニウム板全体の１０％以上３０％未満の面積に傷が認められる。
×：樹脂被覆アルミニウム板全体の３０％以上の面積に傷が認められる。
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の試験片のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
上記のアルミニウム材の試料から長さ５０ｍｍ、５０ｍｍに切断した供試材を１０枚用意した。供試材表面に大日本塗料（株）製「Ｖフロン＃２０００」を塗布しこれを乾燥して（１６０℃，２０分）、３０μｍの厚さの樹脂塗膜を形成した試験片を作製した。この樹脂被覆アルミニウム板についてグラベロメーターを用いてチッピング試験を実施し、剥離及び傷の度合いを評価した。チッピング試験には７号砕石（２００ｇ）を使用し、エア圧０．５ＭＰａの条件で実施した。評価基準は、以下の通りである。
◎：樹脂被覆アルミニウム板全体の１％未満の面積に、傷が認められる。
○：樹脂被覆アルミニウム板全体の１％以上１０％未満の面積に傷が認められる。
△：樹脂被覆アルミニウム板全体の１０％以上３０％未満の面積に傷が認められる。
×：樹脂被覆アルミニウム板全体の３０％以上の面積に傷が認められる。
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の試験片のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。なお、実施例７３〜７４では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。
［３．樹脂密着性評価］
上記耐疵付き性試験で用いたのと同じ樹脂被覆アルミニウム板の試験片を作製した。試験片を中性塩水噴霧試験にかけて４８時間後に取出した。この試験片に対して、透明感圧付着テープによる剥離試験を実施した。塗膜残存率によって密着性を下記の基準で評価した。なお、密着性試験片は同じ供試材から１０個の試験片を作製して、それぞれについて評価した。
◎：塗膜残存率が９５％以上のもの
○：塗膜残存率が８０％以上９５％未満のもの
△：塗膜残存率が６５％以上８０％未満のもの
×：塗膜残存率が６５％未満のもの
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の試験片のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
上記耐疵付き性試験で用いたのと同じ樹脂被覆アルミニウム板の試験片を作製した。試験片を中性塩水噴霧試験にかけて４８時間後に取出した。この試験片に対して、透明感圧付着テープによる剥離試験を実施した。塗膜残存率によって密着性を下記の基準で評価した。なお、密着性試験片は同じ供試材から１０個の試験片を作製して、それぞれについて評価した。
◎：塗膜残存率が９５％以上のもの
○：塗膜残存率が８０％以上９５％未満のもの
△：塗膜残存率が６５％以上８０％未満のもの
×：塗膜残存率が６５％未満のもの
結果を表１５〜２１に示す。同表には、１０個の試験片のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎又は○からなる場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
［４．総合評価］
上記酸化皮膜の耐食性評価、耐疵付き性評価及び樹脂密着性評価の全てが合格であったものを総合評価が合格とし、これら各評価の少なくともいずれか一つが不合格のものを総合評価が不合格とした。
上記酸化皮膜の耐食性評価、耐疵付き性評価及び樹脂密着性評価の全てが合格であったものを総合評価が合格とし、これら各評価の少なくともいずれか一つが不合格のものを総合評価が不合格とした。
表８、１０、１１、１５、１７、１８に示すように、実施例１〜１８、３８〜５２、６８、６９、７１及び７３では、製造方法が本発明要件を満たすため、本発明に係る２層の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウムが得られた。その結果、酸化皮膜の耐食性が良好で、酸化皮膜に樹脂塗装した場合の耐疵付き性及び樹脂塗膜密着性が良好であり、総合評価が合格であった。
また、表９、１１、１６、１８に示すように、実施例１９〜３７、５３〜６７、７０、７２及び７４では、製造方法が本発明要件を満たすため、本発明に係る３層の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウムが得られた。その結果、酸化皮膜の耐食性が良好で、かつ、酸化皮膜に樹脂塗装した場合の耐疵付き性が非常に良好で、樹脂塗膜密着性が良好であり、総合評価が合格であった。
表１２〜１４、１９〜２１に示すように、これに対して比較例１〜３８では、製造方法が本発明要件を満たしていないため、本発明に係る２層又は３層の酸化皮膜を有する表面処理アルミニウムが得られなかった。すなわち、形成した酸化皮膜が本発明要件を満たす２層又は３層の構造とならず、その結果、酸化皮膜の耐食性、酸化皮膜に樹脂塗装した場合の耐疵付き性と樹脂塗膜密着性の各評価の少なくとも一つが不合格であり、総合評価が不合格となった。
具体的には、比較例１では、交流電解処理における電解溶液のｐＨが低すぎたため、アルカリエッチング力が弱くなり、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２では、交流電解処理における電解溶液のｐＨが高すぎたため、アルカリエッチングが過剰となり、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３では、交流電解処理における電解溶液の温度が低すぎたため、アルカリエッチング力が弱くなり、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例４では、交流電解処理における電解溶液の温度が高すぎたため、アルカリエッチングが過剰となり、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例５では、交流電解処理における電解溶液中に溶存アルミニウムが存在しなかったため、交流電解処理において酸化皮膜が急激に形成し、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例６では、交流電解処理における電解溶液中に溶存アルミニウムが少なすぎたため、交流電解処理において酸化皮膜が急激に形成し、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例７では、交流電解処理における電解溶液中に多量の溶存アルミニウムが存在したため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成が抑制されその厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例８では、交流電解処理における周波数が低すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成が抑制されその厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例９では、交流電解処理における周波数が高すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に遅くなり、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１０では、交流電解処理における電流密度が低すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に遅くなり、樹枝状酸化皮膜層の厚さと、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１１では、交流電解処理における電流密度が高すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に速くなり、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が粗大化した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１２では、交流電解処理における電解時間が短すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１３では、交流電解処理における電解時間が長すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が粗大化した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１４では、直流電解処理における電解電圧が低すぎたため、２層構造皮膜のうち、バリア型酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性と耐疵付き性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１５では、直流電解処理における電解電圧が高すぎたため、２層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径が不足し、バリア型酸化皮膜層が厚くなりすぎクラックが生じた。その結果、耐食性と樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１６では、交流電解処理における電解溶液のｐＨが低すぎたため、アルカリエッチング力が弱くなり、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１７では、交流電解処理における電解溶液のｐＨが高すぎたため、アルカリエッチングが過剰となり、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１８では、交流電解処理における電解溶液の温度が低すぎたため、アルカリエッチング力が弱くなり、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例１９では、交流電解処理における電解溶液の温度が高すぎたため、アルカリエッチングが過剰となり、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２０では、交流電解処理における電解溶液中に溶存アルミニウムが存在しなかったため、交流電解処理において酸化皮膜が急激に形成し、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２１では、交流電解処理における電解溶液中に溶存アルミニウムが少なすぎたため、交流電解処理において酸化皮膜が急激に形成し、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２２では、交流電解処理における電解溶液中に多量の溶存アルミニウムが存在したため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成が抑制されその厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２３では、交流電解処理における周波数が低すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成が抑制されその厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２４では、交流電解処理における周波数が高すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に遅くなり、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２５では、交流電解処理における電流密度が低すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に遅くなり、樹枝状酸化皮膜層の厚さと、また、小孔の直径が不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２６では、交流電解処理における電流密度が高すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の形成速度が極端に速くなり、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が粗大化した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２７では、交流電解処理における電解時間が短すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２８では、交流電解処理における電解時間が長すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層が厚くなりすぎ、また、小孔の直径が粗大化した。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２９では、直流電解処理における電解電圧が低すぎたため、３層構造皮膜のうち、バリア型酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性と耐疵付き性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３０では、直流電解処理における電解電圧が高すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径が不足した。また、バリア型酸化皮膜層が厚くなりすぎたため、バリア型酸化皮膜層と多孔性酸化皮膜層にクラックが生じた。その結果、耐食性と樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３１では、直流電解処理における電解時間が長すぎたため、３層構造皮膜のうち、樹枝状酸化皮膜層の小孔の直径が不足した。また、多孔性酸化皮膜層の厚さが厚くなりすぎてクラックが発生した。その結果、耐疵付き性と樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３２では、直流電解処理を行わず交流電解処理のみを行ったため、２層の酸化皮膜が形成したが、バリア型酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性と耐疵付き性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３３では、交流電解処理を行わず直流電解処理のみを２秒間行なったため、バリア型酸化皮膜層のみが形成され、樹枝状酸化皮膜層と多孔性酸化皮膜層は形成されなかった。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３４では、交流電解処理を行わず直流電解処理のみを３０秒間行なったため、バリア型酸化皮膜層のみが形成され、樹枝状酸化皮膜層と多孔質酸化皮膜層は形成されなかった。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３５では、交流電解処理を行わず２秒間の直流電解処理を２回行なったが、バリア型酸化皮膜層のみが形成され、樹枝状酸化皮膜層と多孔質酸化皮膜層は形成されなかった。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３６では、交流電解処理を行わず３０秒間の直流電解処理を２回行なったが、バリア型酸化皮膜層のみが形成され、樹枝状酸化皮膜層と多孔質酸化皮膜層は形成されなかった。その結果、樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３７では、先に２秒間の直流電解処理を行ない、アルカリ浸漬を５秒間行った後に交流電解処理を行なった。３層の酸化皮膜が形成したが、表層から順に、バリア型酸化皮膜層、樹枝状酸化皮膜層、バリア型酸化皮膜層が形成され、適切な順序とならなかった。また、表層から３層目のバリア型酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性、耐疵付き性及び樹脂密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３８では、直流電解処理を行なわず。交流電解処理を２度行ったため、４層の酸化皮膜が形成した。その結果、耐食性と耐疵付き性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
本発明によれば、表面が耐食性と樹脂密着性に優れ、かつ耐疵付き性に優れた表面処理アルミニウム材を得ることができる。これにより、本発明に係る表面処理アルミニウム材は、アルミニウム材に耐食性と樹脂密着性、耐疵付き性が求められるアルミニウム−樹脂接合部材や樹脂塗装アルミニウム材に好適に用いられる。
１‥‥‥２層構造の酸化皮膜
２‥‥‥３層構造の酸化皮膜
３‥‥‥アルミニウム材
４‥‥‥バリア型酸化皮膜層
５‥‥‥樹枝状酸化皮膜層
５１‥‥‥小孔
６‥‥‥多孔性酸化皮膜層
７‥‥‥対電極板
８‥‥‥対電極板
９‥‥‥アルミニウム板電極
１０‥‥‥交流電源
１１‥‥‥直流電源
１２１‥‥‥電源切り替えスイッチ
１２２‥‥‥対電極接続スイッチ
１３‥‥‥電解溶液
２‥‥‥３層構造の酸化皮膜
３‥‥‥アルミニウム材
４‥‥‥バリア型酸化皮膜層
５‥‥‥樹枝状酸化皮膜層
５１‥‥‥小孔
６‥‥‥多孔性酸化皮膜層
７‥‥‥対電極板
８‥‥‥対電極板
９‥‥‥アルミニウム板電極
１０‥‥‥交流電源
１１‥‥‥直流電源
１２１‥‥‥電源切り替えスイッチ
１２２‥‥‥対電極接続スイッチ
１３‥‥‥電解溶液
Claims (6)
- アルミニウム材と、その少なくとも一方の表面に形成された２層構造の酸化皮膜とを含み、前記酸化皮膜は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層と、当該バリア型酸化皮膜層上の樹枝状酸化皮膜層とからなり、前記バリア型酸化皮膜層が３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下の厚さを有し、前記樹枝状酸化皮膜層が２０〜５００ｎｍの厚さを有し、かつ、その表面に直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材。
- アルミニウム材と、その少なくとも一方の表面に形成された３層構造の酸化皮膜とを含み、前記酸化皮膜は、アルミニウム材側のバリア型酸化皮膜層と、当該バリア型酸化皮膜層上の多孔性酸化皮膜層と、当該多孔性酸化皮膜層上の樹枝状酸化皮膜層とからなり、前記バリア型酸化皮膜層が、３０ｎｍを超え２０００ｎｍ以下の厚さを有し、前記樹枝状酸化皮膜層が２０〜５００ｎｍの厚さを有し、かつ、その表面に直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されており、前記多孔性酸化皮膜層が１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする表面処理アルミニウム材。
- 請求項１に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその電圧での保持時間を５秒未満とする条件で直流電解処理することにより、前記２層構造の酸化皮膜を形成することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法。
- 請求項２に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法において、表面処理されるアルミニウム材の電極と対電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５〜１０００ｐｐｍのアルカリ性水溶液を電解溶液とし、周波数１０〜１００Ｈｚ、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２及び電解時間５〜６０秒間の条件で交流電解処理した後に、交流電解処理で用いた電解溶液又はこれと異なる電解溶液を用いて、定電圧３０〜１０００Ｖに達してからその定電圧での保持時間を５〜３００秒とする条件で直流電解処理することにより、前記３層構造の酸化皮膜を形成することを特徴とする表面処理アルミニウム材の製造方法。
- 前記アルミニウム材が、交流電解処理終了後から直流電解処理開始前までの間に、交流電解処理で用いた電解溶液中又は直流電解で用いる電解溶液中に浸漬されている時間が６０秒以内である、請求項３又は４に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
- 前記直流電解処理に用いる電解溶液が、交流電解処理で用いる電解溶液と同じである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
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