JP6563336B2 - 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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Description
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、表面の一部において耐食性に優れた耐食性酸化皮膜層が形成され、この耐食性酸化皮膜層が形成されていない表面の部位において、接着性及び密着性に優れた多孔性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、軽量で適度な機械的特性を有し、かつ、美感、成形加工性、耐食性等に優れた特徴を有しているため、各種容器類、構造材、機械部品、電子部品等に広く使われている。これらのアルミニウム材の一部分に表面処理を施すことで、耐食性、耐摩耗性、樹脂密着性、接着性、親水性、撥水性、抗菌性、意匠性、赤外放射性、高反射性等の機能を付加及び向上させて使用されることも多い。
例えば、耐食性及び耐摩耗性を向上させる表面処理法として、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に記載されるように、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、特に樹脂密着性を向上させる表面処理法として、特許文献１には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℃のアルカリ性溶液を用いて、電流密度４〜５０Ａ／ｄｍ２にて電気量が８０Ｃ／ｄｍ２を超える時間、交流電解処理を行なうものである。これにより、膜厚５００〜５０００Åの酸化皮膜が形成されたプリント配線用基板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、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）
上記のような従来技術では、アルミニウム材に直接結線して電解処理を行うことから、アルミニウム材自体が電極となる。よって、表面処理は、アルミニウム材が電解溶液に触れている領域全体に施される。
アルミニウム材の一部分に樹脂密着性を付与する表面処理を施す際には、処理を施さない表面部分をマスキングテープ等で被覆する。被覆がされていない部分には表面処理が施されるので、樹脂密着性が向上する。しかしながら、表面処理後に被覆を取り外した部分は表面処理が施されていないため、樹脂密着性が付与されないことは所望の通りであるが、耐食性が得られないという不都合がある。
この場合には、アルミニウム材の表面の一部分に、樹脂密着性を向上させる表面処理が施された後、表面処理が施されていない部分に、耐食性を付与させる表面処理を行う必要がある。そこで、樹脂密着性を向上させる表面処理が施された部分を再度被覆し、２回目の表面処理を行うことになる。そのため、２回の被覆をすることによるコスト高を招くだけでなく、２回目の表面処理を行う工程が別に必要となるために生産性が低下するという問題があった。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、耐食性酸化皮膜を特定の部分にのみに形成し、かつ、耐食性酸化皮膜を形成させていない部分には、密着性を有する多孔性酸化皮膜が形成されている表面処理アルミニウム材、ならびに、これら耐食性酸化皮膜と多孔性酸化皮膜とを同時に形成する表面処理アルミニウム材の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は請求項１において、アルミニウム材と、その表面の一部に形成された不定形で単層構造を有する耐食性酸化皮膜と、前記アルミニウム材表面の耐食性酸化皮膜が形成されていない部位に形成された多孔性酸化皮膜とを含み、前記耐食性酸化皮膜は、１０〜１００ｎｍの厚さを有し、ＦＴ−ＩＲ分析によるピーク吸収波数をｂ（ｃｍ−１）とし、ピーク吸収波数ｂにおけるピーク吸収率をａ（％）とした際に、１≦ａ≦９５、かつ、ｂ≧３ａ＋７１０の関係を満たし、前記多孔性酸化皮膜は表面側に形成された厚さ２０〜５００ｎｍのポーラス型アルミニウム酸化皮膜層と素地側に形成された厚さ３〜３０ｎｍのバリア型アルミニウム酸化皮膜層とから成り、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層には直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されており、アルミニウム材表面に形成された多孔性酸化皮膜全体において、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とバリア型アルミニウム酸化皮膜層との合計厚さの変動幅が、当該合計厚さの算術平均値の±５０％以内であ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２では請求項１において、前記ピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）が、Ａｌ−Ｏの最も強い伸縮振動に起因するピークの波数であり、７２０≦ｂ≦９９５の範囲に現れるものとした。
本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の見かけ上の表面積に対する小孔の全孔面積の比が２５〜７５％であるものとした。
本発明は請求項４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、前記アルミニウム材電極に結線された導電材とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下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することにより、対電極に対向する前記アルミニウム材表面に多孔性酸化皮膜を形成するとともに、アルミニウム材電極と結線された導電材に対向する前記アルミニウム材表面に不定形で単層構造を有する耐食性酸化皮膜を同時に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４において、前記表面処理されるアルミニウム材の電極と、対電極が共に平板状であり、電解溶液中の前記アルミニウム材電極に結線された導電材の面積は、耐食性酸化皮膜を形成させたい面積の８０〜１５０％であり、前記導電材とアルミニウム材との距離が１〜５０ｍｍであるものとした。
本発明は請求項６では請求項４又は５において、前記アルミニウム材電極に結線された導電材がステンレス鋼材又は銅材からなるものとした。
本発明は請求項７では請求項４〜６のいずれか一項において、前記アルミニウム材電極の一方の面側にこの面と対向するように導電材を配置し、アルミニウム材電極の他方の面側にこの面と対向するように対電極を配置することにより、アルミニウム材電極の前記一方の面に耐食性酸化皮膜が形成され、前記他方の面に多孔性酸化皮膜が形成されるものとした。
本発明は請求項８では請求項４〜６のいずれか一項において、前記アルミニウム材電極の他方の面側にこの面と対向するように対電極を配置し、当該他方の面と対電極との間において、アルミニウム材電極の他方の面の一部と対向するように導電材を配置し、アルミニウム材電極の他方の面の前記一部と相補的な他の部位と対向するように前記対電極を配置することにより、アルミニウム材電極の他方の面の前記一部に耐食性酸化皮膜が形成され、アルミニウム材電極の前記他の部位に多孔性酸化皮膜が形成されるものとした。
本発明によって、表面の一部に耐食性酸化皮膜が形成されており、耐食性酸化皮膜が形成されていない部位には、密着性を有する多孔性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及びその製造方法が提供される。
以下、本発明の詳細を順に説明する。
図１に示すように、本発明に係る表面処理アルミニウム材１の表面の一部には、耐食性酸化皮膜３が形成されている。また、図２に示すように、耐食性酸化皮膜３が形成されていないアルミニウム材２の表面の部位には、多孔性酸化皮膜４が形成されている。
図１に示すように、本発明に係る表面処理アルミニウム材１の表面の一部には、耐食性酸化皮膜３が形成されている。また、図２に示すように、耐食性酸化皮膜３が形成されていないアルミニウム材２の表面の部位には、多孔性酸化皮膜４が形成されている。
Ａ．アルミニウム材について
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。形状としては特に制限されるものではないが、安定して処理皮膜を形成できることから平板状のものが好適に用いられる。
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。形状としては特に制限されるものではないが、安定して処理皮膜を形成できることから平板状のものが好適に用いられる。
Ｂ．アルミニウム材表面の耐食性酸化皮膜構造について
図１に示すように、本発明に用いるアルミニウム材２の表面の一部には、厚さが１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜８０ｎｍの不定形の耐食性酸化皮膜３が形成される。この耐食性酸化皮膜３は単層構造の皮膜である。単層構造ではない複層構造の場合には、表層と中間層の間ですき間腐食が発生するため、十分な耐食性を示さない。また、アルミニウム材２の全面に耐食性酸化皮膜３を形成させることもできる。耐食性酸化皮膜３の厚さが１０ｎｍ未満の場合には、十分な耐食性が得られない。一方、１００ｎｍを超える場合には、耐食性酸化皮膜厚さの制御が困難となり処理ムラが発生する。
図１に示すように、本発明に用いるアルミニウム材２の表面の一部には、厚さが１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜８０ｎｍの不定形の耐食性酸化皮膜３が形成される。この耐食性酸化皮膜３は単層構造の皮膜である。単層構造ではない複層構造の場合には、表層と中間層の間ですき間腐食が発生するため、十分な耐食性を示さない。また、アルミニウム材２の全面に耐食性酸化皮膜３を形成させることもできる。耐食性酸化皮膜３の厚さが１０ｎｍ未満の場合には、十分な耐食性が得られない。一方、１００ｎｍを超える場合には、耐食性酸化皮膜厚さの制御が困難となり処理ムラが発生する。
この耐食性酸化皮膜３の膜質はＦＴ‐ＩＲ（フーリエ変換式赤外分光光度計）により分析した際の、赤外吸収スペクトルのピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）ならびに、当該ピーク吸収波数におけるベースラインからのピーク吸収率（ａ％）によって特徴付けられる。ここで、ピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）とは、Ａｌ−Ｏの最も強い伸縮振動に起因するピークの吸収波数をいう。なお、ピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）は、通常、７２０≦ｂ≦９９５の範囲に現れる。
本発明で用いる耐食性酸化皮膜においては、ＦＴ‐ＩＲによって分析した際の上記ピーク吸収率ａ（％）を１≦ａ≦９５、好ましくは２≦ａ≦７５と規定する。このピーク吸収率が１％未満では、耐食性酸化皮膜の厚さが１０ｎｍ未満となり耐食性が不足する。このピーク吸収率が９５％を超えると、耐食性酸化皮膜の厚さが１００ｎｍを超え、耐食性酸化皮膜厚さの制御が困難となり処理ムラが起こり易い。更に本発明では、ピーク吸収率ａ（％）とピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）は、ｂ≧３ａ＋７１０、好ましくはｂ≧３ａ＋７２０の関係を満たす。この関係を満たさない場合には、耐食性酸化皮膜の皮膜形状が多孔質形状になるため、耐食性が低下してしまう。
Ｃ．アルミニウム材表面の多孔性酸化皮膜構造について
耐食性酸化皮膜が形成されていない部位のアルミニウム材表面には、図２に示すように、多孔性酸化皮膜４が形成されている。多孔性酸化皮膜４は、アルミニウム材２の素地側のバリア型アルミニウム酸化皮膜層４１と、表層側のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２とから構成される。
耐食性酸化皮膜が形成されていない部位のアルミニウム材表面には、図２に示すように、多孔性酸化皮膜４が形成されている。多孔性酸化皮膜４は、アルミニウム材２の素地側のバリア型アルミニウム酸化皮膜層４１と、表層側のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２とから構成される。
Ｃ−１．ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層
ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２の厚さは、２０〜５００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが十分でないため、後述する小孔構造の形成が不十分になり易く接着力や密着力が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり接着力や密着力が低下する。ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２の厚さは、好ましくは３０〜４００ｎｍである。
ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２の厚さは、２０〜５００ｎｍである。２０ｎｍ未満では厚さが十分でないため、後述する小孔構造の形成が不十分になり易く接着力や密着力が低下する。一方、５００ｎｍを超えると、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層自体が凝集破壊し易くなり接着力や密着力が低下する。ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２の厚さは、好ましくは３０〜４００ｎｍである。
また、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２は、その表面から深さ方向に向かう小孔４２０を備える。小孔４２０の直径は５〜３０ｎｍであり、好ましくは１０〜２０ｎｍである。この小孔は、樹脂層や接着剤などとアルミニウム酸化皮膜との接触面積を増大させ、その接着力や密着力を増大させる効果を発揮するものである。小孔の直径が５ｎｍ未満であると、接触面積が不足するため十分な接着力や密着力が得られない。一方、小孔の直径が３０ｎｍを超えると、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層全体が脆くなって凝集破壊を生じ接着力や密着力が低下する。
ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の表面積に対する小孔の全孔面積の比については、特に制限されるものではない。ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の見かけ上の表面積（表面の微小な凹凸等を考慮せず、長さと幅の乗算で表される面積）に対する小孔の全孔面積の比として、２５〜７５％が好ましい。２５％未満では、接触面積が不足して十分な接着力や密着力が得られない場合がある。一方、７５％を超えると、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層全体が脆くなって凝集破壊を生じ接着力や密着力が低下する場合がある。
Ｃ−２．バリア型アルミニウム酸化皮膜層
バリア型アルミニウム酸化皮膜層４１とは、厚さ３〜３０ｎｍの緻密な酸化皮膜である。厚さが３ｎｍ未満では、介在層としてポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４とアルミニウム素地２との結合に十分な結合力を付与することができず、特に、高温・多湿等の過酷環境における結合力が不十分となる。一方、３０ｎｍを超えると、その緻密性ゆえにバリア型アルミニウム酸化皮膜層３が凝集破壊し易くなり、かえって接着力や密着力が低下する。なお、バリア型アルミニウム酸化皮膜層４１の厚さは、好ましくは５〜２５ｎｍである。
バリア型アルミニウム酸化皮膜層４１とは、厚さ３〜３０ｎｍの緻密な酸化皮膜である。厚さが３ｎｍ未満では、介在層としてポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４とアルミニウム素地２との結合に十分な結合力を付与することができず、特に、高温・多湿等の過酷環境における結合力が不十分となる。一方、３０ｎｍを超えると、その緻密性ゆえにバリア型アルミニウム酸化皮膜層３が凝集破壊し易くなり、かえって接着力や密着力が低下する。なお、バリア型アルミニウム酸化皮膜層４１の厚さは、好ましくは５〜２５ｎｍである。
Ｃ−３．多孔性酸化皮膜の全体厚さの変動幅
多孔性酸化皮膜４全体の厚さ、すなわち、Ｃ−１に記載のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２とＣ−２に記載のバリア型アルミニウム酸化皮膜層４１との厚さの合計は、多孔性酸化皮膜４が形成されたいかなる場所で測定しても、その変動幅が±５０％以内でなければならず、好ましくは±２０％以内である。すなわち、アルミニウム材表面における任意の複数箇所（１０箇所以上が望ましく、これら各箇所においても１０点以上の測定点とするのが望ましい）で測定した多孔性酸化皮膜全体厚さの算術平均値をＴ（ｎｍ）とした場合、これら複数測定箇所の全てにおける多孔性酸化皮膜全体厚さが（０．５×Ｔ）〜（１．５×Ｔ）の範囲にある必要がある。（０．５×Ｔ）未満の箇所が存在すると、その箇所の多孔性酸化皮膜がその周囲より薄くなる。そうすると、この薄い箇所では、接着すべき接着剤や密着すべき樹脂層などと多孔性酸化皮膜との間に隙間が生じ易くなり、十分な接触面積を確保できずに接着力や密着力が低下する。
多孔性酸化皮膜４全体の厚さ、すなわち、Ｃ−１に記載のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層４２とＣ−２に記載のバリア型アルミニウム酸化皮膜層４１との厚さの合計は、多孔性酸化皮膜４が形成されたいかなる場所で測定しても、その変動幅が±５０％以内でなければならず、好ましくは±２０％以内である。すなわち、アルミニウム材表面における任意の複数箇所（１０箇所以上が望ましく、これら各箇所においても１０点以上の測定点とするのが望ましい）で測定した多孔性酸化皮膜全体厚さの算術平均値をＴ（ｎｍ）とした場合、これら複数測定箇所の全てにおける多孔性酸化皮膜全体厚さが（０．５×Ｔ）〜（１．５×Ｔ）の範囲にある必要がある。（０．５×Ｔ）未満の箇所が存在すると、その箇所の多孔性酸化皮膜がその周囲より薄くなる。そうすると、この薄い箇所では、接着すべき接着剤や密着すべき樹脂層などと多孔性酸化皮膜との間に隙間が生じ易くなり、十分な接触面積を確保できずに接着力や密着力が低下する。
一方、（１．５×Ｔ）を超える箇所が存在すると、その箇所の多孔性酸化皮膜が周囲の周囲より厚くなる。そうすると、この厚い箇所では、密着すべき樹脂層などからの応力が集中し、多孔性酸化皮膜での凝集破壊を誘発して接着力や密着力が低下する。
なお、上記のような多孔性酸化皮膜の全体厚さが薄い箇所や厚い箇所では、周囲と比較して光学的特性が異なるため、茶褐色や白濁色といった色調の変化として目視可能な場合がある。
Ｄ．アルミニウム材の製造方法について
以上のような条件を満たした耐食性酸化皮膜と多孔性酸化皮膜を表面に備えた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、アルミニウム材に結線されてアルミニウム材表面近傍に設置される導電材と、対電極として後述の材質の電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下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することにより、導電材に対向するアルミニウム材表面の部位には耐食性酸化皮膜が形成され、対電極に対向するアルミニウム材表面の部位には多孔性酸化皮膜が形成される方法を挙げることができる。なお、アルミニウム材の全表面を導電材に対向させることで、その表面に耐食性酸化皮膜のみを形成させることもできる。
以上のような条件を満たした耐食性酸化皮膜と多孔性酸化皮膜を表面に備えた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、アルミニウム材に結線されてアルミニウム材表面近傍に設置される導電材と、対電極として後述の材質の電極とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下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することにより、導電材に対向するアルミニウム材表面の部位には耐食性酸化皮膜が形成され、対電極に対向するアルミニウム材表面の部位には多孔性酸化皮膜が形成される方法を挙げることができる。なお、アルミニウム材の全表面を導電材に対向させることで、その表面に耐食性酸化皮膜のみを形成させることもできる。
本発明に係る表面処理アルミニウム材は、表面処理されるアルミニウム材の電極と、アルミニウム材の電極に結線された導電材と、対電極とを用いて、交流電解処理を行う。表面処理されるアルミニウム材の電極に結線された導電材は、電解溶液中において、耐食性酸化皮膜を形成させたいアルミニウム材の表面部分の近傍に、当該表面部分に対向するように配置される。導電材が対向していないアルミニウム材の表面部分には、多孔性酸化皮膜が形成される。また、電解溶液中において、アルミニウム材と対向する導電材の面積は、耐食性酸化皮膜を形成させたいアルミニウム材の面積の８０〜１５０％であり、好ましくは９０〜１３０％である。また、アルミニウム材と対向する導電材の距離は１〜５０ｍｍである。導電材の面積が耐食性酸化皮膜を形成させたいアルミニウム材の面積の８０％未満では、耐食性酸化皮膜を形成させたい部分に多孔性酸化皮膜が形成されてしまう場合があり、１５０％を超えると、多孔性酸化皮膜を形成させたい部分にも耐食性酸化皮膜が形成してしまう場合がある。アルミニウム材と対向する導電材の距離が１ｍｍ未満では、導電材と、対向するアルミニウム材との間で電解溶液の対流が起こり難く、耐食性酸化皮膜の処理ムラが発生し易い。一方、この距離が５０ｍｍを超えると、導電材と対向するアルミニウム材との間隔が広過ぎるために、アルミニウム材の全面に多孔性酸化皮膜が形成されてしまう。
交流電解処理工程において、電解溶液として用いるアルカリ性水溶液は、りん酸ナトリウム、りん酸水素カリウム、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性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、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、汚れ除去能力の向上のために界面活性剤を添加してもよい。
電解溶液のｐＨは９〜１３とする必要があり、９．５〜１２とするのが好ましい。ｐＨが９未満の場合には、電解溶液のアルカリエッチング力が不足するため多孔性酸化皮膜が不定形皮膜となり所定のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の形成が不完全になる。また、ｐＨが９未満では、耐食性酸化皮膜の厚さ制御が困難となり、処理ムラが発生し易くなる。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層が成長し難くなり、所望の多孔性酸化皮膜形成が阻害される。
電解溶液温度は３５〜８５℃とする必要があり、４０〜７０℃とするのが好ましい。電解浴温度が３５℃未満の場合には、アルカリエッチング力が不足するため多孔性酸化皮膜の形成が不完全となる。一方、８５℃を超えるとアルカリエッチング力が過剰になるため、多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜の形成が阻害される。
電解溶液に含有される溶存アルミニウム濃度は、５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下とする必要があり、１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下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、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、局部的に厚い多孔性酸化皮膜が形成されてしまう上、耐食性酸化皮膜にムラが生じてしまう。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工程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多孔性酸化皮膜形成を抑制する方向に作用する。その結果、局部的に薄い多孔性酸化皮膜が形成されることになる。溶存アルミニウムの濃度が上記範囲から外れると、アルミニウム材表面に形成された多孔性酸化皮膜全体において、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とバリア型アルミニウム酸化皮膜層との合計厚さの変動幅を、この合計厚さの算術平均値の±５０％以内にすることが困難となる。その結果、得られる多孔性酸化皮膜の接着力・密着力の低下を招く。
用いる周波数は１０〜１００Ｈｚ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、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の形成が進行せず、緻密構造となってしまう。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、多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜ともに、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、用いる周波数は２０〜８０Ｈｚとするのが好ましい。
電流密度は４〜５０Ａ／ｄｍ２とする必要がある。電流密度が４Ａ／ｄｍ２未満では、多孔性酸化皮膜のうち、バリア型アルミニウム酸化皮膜層のみが優先的に形成されるためにポーラス型アルミニウム酸化皮膜層が得られない。一方、５０Ａ／ｄｍ２を超えると、電流が過大になるため多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜の厚さ制御が困難となり処理ムラが起こり易い。なお、電流密度は５〜３０Ａ／ｄｍ２とするのが好ましい。
電解時間は５〜６０秒とする必要がある。５秒未満の処理時間では、多孔性酸化皮膜の形成が急激過ぎるため、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層が十分に形成されず、不定形のアルミニウム酸化物から構成される酸化皮膜となってしまう。一方、６０秒を超えると、酸化皮膜が再溶解するために耐食性酸化皮膜層が十分に形成されず、生産性も低下するため好ましくない。なお、電解時間は１０〜５０秒とするのが好ましい。
交流電解処理に使用する一対の電極のうち一方の電極は、電解処理によって表面処理されるべきアルミニウム材である。他方の対電極としては、例えば、黒鉛、アルミニウム、チタン電極等の公知の電極を用いることができるが、電解溶液のアルカリ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、多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜が共により均一になり易いためである。
電解処理によって、アルミニウム材に耐食性酸化皮膜を形成させる部分に結線される導電材は、アルミニウム材より電極電位が貴である必要がある。アルミニウム材より電極電位が貴な導電材をアルミニウム材と結線し、アルミニウム材の近傍に設置して電解することで、交流電解におけるカソード反応を導電材表面で起こさせ、アノード反応をアルミニウム材および導電材表面で起こすことができる。よって、アルミニウム材表面にはアノード反応による耐食性酸化皮膜が形成する。アルミニウム材より電極電位が貴な導電材は、例えば、金、白金、銅、鉄、ステンレス鋼、ニッケル等であるが、本発明においては、ステンレス鋼または銅が好適に用いられる。これは、アルカリ溶液中での耐食性に優れ、安価でかつ加工がしやすいためである。
本発明においては、電解処理されるべきアルミニウム材及び対電極には共に平板状のものを用い、対向するアルミニウム材と対電極の対向面同士の寸法をほぼ同一として、両電極を静止状態で電解操作を行なうのが好ましい。図３に示すように、対電極５を用意し、対電極板５と対向するように表面処理されるアルミニウム材２の表面を、対電極５の表面と平行になるように設置することが好ましい。なお、図中７は交流電源、図中８は電解溶液である。
平板状の電解処理されるアルミニウム材２と結線された導電材６の形状は、平板状である必要はなく、網状や多穴状であってもよい。図３に示すように、例えば、表面処理されるアルミニウム材２の一方の面（図中左側の面）側に、この面と対向するように導電材６を配置し、アルミニウム材２の他方の面（図中右側の面）側に、この面と対向するように対電極５を配置して交流電解を行うことにより、アルミニウム材２の上記一方の面に耐食性酸化皮膜が形成され、上記他方の面に多孔性酸化皮膜を形成させることができる。
図３の場合に替わって図４に示すように、表面処理されるアルミニウム材２の他方の面（図中右側の面）と、この面に対応する対電極５との間に導電材６を配置することもできる。この場合には、アルミニウム材２の他方の面の一部（図中の上側半分）を導電材６と対向させ、アルミニウム材２の他方の面の他の部位（図中の下側半分）は導電材６ではなく対電極５と対向させる。このような配置で交流電解を行うことにより、導電材６と対向するアルミニウム材の他方の面の一部に耐食性酸化皮膜が形成され、導電材６ではなく対電極５と対するアルミニウム材における他方の面の他の部位に多孔性酸化皮膜が形成され、アルミニウム材２の同一面に耐食性酸化皮膜と多孔性酸化皮膜を形成することができる。また、図４において、アルミニウム材２の他方の面の一部（図中の下側半分）を導電材６と対向させ、アルミニウム材２の他方の面の他の部位（図中の上側半分）は導電材６ではなく対電極５と対向させるように配置することにより、前記他方の面の一部に耐食性酸化皮膜を形成し、前記他方の面の他の部位に多孔性酸化皮膜を形成してもよい。
更に、アルミニウム材２の他方の面の一部として導電材６と対向させる部分は、任意の形状、大きさ及び位置とすることができる。そして、アルミニウム材２の他方の面の他の部位として対電極５と対向させる部位は、他方の面において前記一部と相補的な部分とすることができる。
本発明における多孔性酸化皮膜と耐食性酸化皮膜の構造観察と厚さの測定には、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、多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜の厚さ、ならびに、多孔性酸化皮膜層の小孔の直径は、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できる。
以下、実施例およ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説明する。
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のＪＩＳ５０５２の平板を使用した。このアルミニウム板を一方の電極に用い、対電極には、縦５００ｍｍ×横５５０ｍｍ×板厚２．０ｍｍの黒鉛板又はチタン板を用いた。実施例１〜２３及び比較例１〜１３では、図３に示すように、対電極５とアルミニウム材２を互いに平行になるように配設した。アルミニウム合金板２の対電極５とは反対側の面の近傍には、導電材６を配置し、アルミニウム合金板２の導電材６側の全面に耐食性酸化皮膜を、対電極側全面に多孔性酸化皮膜を形成させた。なお、実施例２４では、図４に示すように、アルミニウム材２の表面他方の面（図中右側の面）の一部（図中の上側半分）を導電材と対向させ、アルミニウム材２の表面他方の面の他の部位（図中の下側半分）は導電材６ではなく対電極５と対向させるように配設し、アルミニウム材２の同一面に耐食性酸化皮膜と多孔性酸化皮膜を形成させた。
導電材には、実施例１〜１４、１８〜２１及び比較例１〜１３では、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を使用した。実施例１５では、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×板厚０．５ｍｍの銅板を使用した。実施例１６では、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ、線経０．５ｍｍ、空間率６４．５％、１０メッシュのＳＵＳ３０４ステンレス鋼金網を使用した。実施例１７では、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ、孔径６ｍｍ、孔間距離（ピッチ）８ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼パンチングメタルを使用した。実施例２２では、縦４８０ｍｍ×横４８０ｍｍ×板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を使用した。実施例２３では、縦５７０ｍｍ×横５７０ｍｍ×板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を使用した。実施例２４では、縦２５０ｍｍ×横５００ｍｍ×板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を使用した。なお、導電材とアルミニウム合金板との距離は、実施例１〜１７、２２〜２４及び比較例１〜１３では５ｍｍとした。実施例１８では２ｍｍとし、実施例１９では４５ｍｍとし、実施例２０では０．５ｍｍとし、実施例２１では５５ｍｍとした。なお、表１に示した、アルミニウム材の面積に対する導電材の面積比において、導電材の面積は空間部を無視した縦横の長さから求めた。
電解溶液には、表１に示すｐＨと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。なお、０．１モル／リットルのＮａＯＨ水溶液で電解溶液のｐＨを調整した。アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度は０．１モル／リットルとした。更に、表１に示す交流電解処理条件で電解処理を実施し、アルミニウム板の一方の表面に耐食性酸化皮膜を形成し、他方の表面に多孔性酸化皮膜を形成した表面処理アルミニウム材の供試材を作製した。
［耐食性酸化皮膜の厚さ測定］
以上のようにして作製した供試材に対し、ＴＥＭにより耐食性酸化皮膜の断面観察を実施した。具体的には、耐食性酸化皮膜の厚さを測定し、更に、耐食性酸化皮膜の構造（皮膜層が単層構造であるか否か）を観察した。耐食性酸化皮膜の厚さの測定、ならびに、耐食性酸化皮膜の構造の観察のために、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、耐食性酸化皮膜の厚さの測定、ならびに、耐食性酸化皮膜が単層構造でるか否かを観察した（単層構造の場合を○、単層構造でない場合を×とした）。耐食性酸化皮膜の厚さが１０〜１００ｎｍであり、かつ、耐食性酸化皮膜が単層構造である場合の評価が合格（○）とし、耐食性酸化皮膜の厚さが１０〜１００ｎｍの範囲にない場合及び耐食性酸化皮膜が単層構造でない場合の少なくともいずれかの場合の評価を不合格（×）とした。以上の結果を、表２に示す。
以上のようにして作製した供試材に対し、ＴＥＭにより耐食性酸化皮膜の断面観察を実施した。具体的には、耐食性酸化皮膜の厚さを測定し、更に、耐食性酸化皮膜の構造（皮膜層が単層構造であるか否か）を観察した。耐食性酸化皮膜の厚さの測定、ならびに、耐食性酸化皮膜の構造の観察のために、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、耐食性酸化皮膜の厚さの測定、ならびに、耐食性酸化皮膜が単層構造でるか否かを観察した（単層構造の場合を○、単層構造でない場合を×とした）。耐食性酸化皮膜の厚さが１０〜１００ｎｍであり、かつ、耐食性酸化皮膜が単層構造である場合の評価が合格（○）とし、耐食性酸化皮膜の厚さが１０〜１００ｎｍの範囲にない場合及び耐食性酸化皮膜が単層構造でない場合の少なくともいずれかの場合の評価を不合格（×）とした。以上の結果を、表２に示す。
［多孔性酸化皮膜の膜厚測定］
多孔性酸化皮膜層においても、ＴＥＭにより断面観察を実施した。具体的には、多孔性酸化皮膜層におけるポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さ、ならびに、多孔性酸化皮膜層の小孔の直径を測定した。これらを測定するために、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、多孔性酸化皮膜層におけるポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さ、多孔性酸化皮膜層の小孔の直径を各点で測定した。このようにして測定した１００点のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の合計厚さの最大値、最小値及び算術平均値を求めた。また、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とバリア型アルミニウム酸化皮膜層との合計厚さの変動幅が算術平均値の±５０％以内にあるか否かについても調べた。具体的には、算術平均値をＴ（ｎｍ）とした場合に、最大値及び最小値を含めた全ての合計厚さが（０．５×Ｔ）〜（１．５×Ｔ）の範囲にある場合を合格（○）とし、範囲にない場合を不合格（×）とした。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。以上の結果を、表２に示す。
多孔性酸化皮膜層においても、ＴＥＭにより断面観察を実施した。具体的には、多孔性酸化皮膜層におけるポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さ、ならびに、多孔性酸化皮膜層の小孔の直径を測定した。これらを測定するために、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、多孔性酸化皮膜層におけるポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さ、多孔性酸化皮膜層の小孔の直径を各点で測定した。このようにして測定した１００点のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の合計厚さの最大値、最小値及び算術平均値を求めた。また、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とバリア型アルミニウム酸化皮膜層との合計厚さの変動幅が算術平均値の±５０％以内にあるか否かについても調べた。具体的には、算術平均値をＴ（ｎｍ）とした場合に、最大値及び最小値を含めた全ての合計厚さが（０．５×Ｔ）〜（１．５×Ｔ）の範囲にある場合を合格（○）とし、範囲にない場合を不合格（×）とした。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。以上の結果を、表２に示す。
［耐食性酸化皮膜の耐食性評価］
各供試材から、長さ５０ｍｍで幅５０ｍｍに切断したものを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ＣＡＳＳ試験によって行った。得られた陽極酸化処理品をＣＡＳＳ試験にかけて３時間後に取出し、耐食性酸化皮膜における腐食面積を測定して腐食面積率の評価を行った。ここで、腐食面積率（％）とは、［（腐食面積）／（耐食性酸化皮膜の全面積）］×１００とした。
○：腐食面積率が１０％未満のもの
△：腐食面積率が１０％以上５０％未満のもの
×：腐食面積率が５０％以上のもの
結果を表３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○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
各供試材から、長さ５０ｍｍで幅５０ｍｍに切断したものを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ＣＡＳＳ試験によって行った。得られた陽極酸化処理品をＣＡＳＳ試験にかけて３時間後に取出し、耐食性酸化皮膜における腐食面積を測定して腐食面積率の評価を行った。ここで、腐食面積率（％）とは、［（腐食面積）／（耐食性酸化皮膜の全面積）］×１００とした。
○：腐食面積率が１０％未満のもの
△：腐食面積率が１０％以上５０％未満のもの
×：腐食面積率が５０％以上のもの
結果を表３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○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
［耐食性酸化皮膜の膜質評価］
ＦＴ−ＩＲにより、耐食性酸化皮膜のピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）と、ピーク吸収波数ｂにおけるピーク吸収率ａ（％）を測定した。ＦＴ−ＩＲのディテクター（検出器）は、測定可能な波数が広範囲（４００〜４０００ｃｍ−１）のものを使用した、試料面積は、３０ｍｍ×５０ｍｍとした。結果を表３に示す。同表には、ピーク吸収率ａ（％）とピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）が、１≦ａ≦９５、かつ、ピーク吸収率ａ（％）及びピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）の関係がｂ≧３ａ＋７１０を満たす場合を合格（○）とし、範囲にない場合を不合格（×）とした。
ＦＴ−ＩＲにより、耐食性酸化皮膜のピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）と、ピーク吸収波数ｂにおけるピーク吸収率ａ（％）を測定した。ＦＴ−ＩＲのディテクター（検出器）は、測定可能な波数が広範囲（４００〜４０００ｃｍ−１）のものを使用した、試料面積は、３０ｍｍ×５０ｍｍとした。結果を表３に示す。同表には、ピーク吸収率ａ（％）とピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）が、１≦ａ≦９５、かつ、ピーク吸収率ａ（％）及びピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）の関係がｂ≧３ａ＋７１０を満たす場合を合格（○）とし、範囲にない場合を不合格（×）とした。
［多孔性酸化皮膜の接着剤接着性評価］
供試材から、長さ５０ｍｍで幅２５ｍｍに切断したものを２枚用意した。これら２枚の供試材同士を全幅方向に沿って接着幅１０ｍｍをもって、多孔性酸化皮膜の形成面同士を重ね合わせ、市販の２液型エポキシ接着剤（主剤＝変性エポキシ樹脂、硬化剤＝変性ポリイミド、重量混合比＝主剤１００／硬化剤１００）によって重ね合わせ部分を接着して、せん断試験片を作製した。２枚の供試材の長さ方向の端部を引張試験機により１０ｍｍ／分の速度にて長さ方向に沿って反対向きに引張り、その荷重（せん断応力に換算）と剥離状態によって接着剤接着性を下記の基準で評価した。なお、せん断試験片は１０組の試験片を作製して、それぞれについて評価した。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。
○：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２以上で、かつ、接着剤層自身が凝集破壊した状態
△：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２以上であるものの、接着剤層と供試材が界面剥離した状態
×：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２未満で、かつ、接着剤層と供試材が界面剥離した状態
結果を表３に示す。同表には、１０組の試験片のうちの上記○、△、×の組数をそれぞれ示すが、全てが○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
供試材から、長さ５０ｍｍで幅２５ｍｍに切断したものを２枚用意した。これら２枚の供試材同士を全幅方向に沿って接着幅１０ｍｍをもって、多孔性酸化皮膜の形成面同士を重ね合わせ、市販の２液型エポキシ接着剤（主剤＝変性エポキシ樹脂、硬化剤＝変性ポリイミド、重量混合比＝主剤１００／硬化剤１００）によって重ね合わせ部分を接着して、せん断試験片を作製した。２枚の供試材の長さ方向の端部を引張試験機により１０ｍｍ／分の速度にて長さ方向に沿って反対向きに引張り、その荷重（せん断応力に換算）と剥離状態によって接着剤接着性を下記の基準で評価した。なお、せん断試験片は１０組の試験片を作製して、それぞれについて評価した。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。
○：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２以上で、かつ、接着剤層自身が凝集破壊した状態
△：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２以上であるものの、接着剤層と供試材が界面剥離した状態
×：せん断応力が２０Ｎ／ｍｍ２未満で、かつ、接着剤層と供試材が界面剥離した状態
結果を表３に示す。同表には、１０組の試験片のうちの上記○、△、×の組数をそれぞれ示すが、全てが○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
［多孔性酸化皮膜の塗膜密着性評価］
上記供試材の多孔性酸化皮膜側の表面に大日本塗料（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密着性試験片を作製した。ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６に準拠した方法で、この密着性試験片の樹脂塗膜にカッターナイフを用いて１ｍｍ角の碁盤目カットを入れた。次いで、試験片に１２５℃で３０分のレトルト浸漬処理を施した後に、直ちに処理液から取り出して水分をふき取った。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。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。
○：塗膜残存率が１００％のもの
△：塗膜残存率が７５％以上１００％未満のもの
×：塗膜残存率が７５％未満のもの
結果を表３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○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
上記供試材の多孔性酸化皮膜側の表面に大日本塗料（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密着性試験片を作製した。ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６に準拠した方法で、この密着性試験片の樹脂塗膜にカッターナイフを用いて１ｍｍ角の碁盤目カットを入れた。次いで、試験片に１２５℃で３０分のレトルト浸漬処理を施した後に、直ちに処理液から取り出して水分をふき取った。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。なお、実施例２４では、対電極と対向する側の面を用いた。
○：塗膜残存率が１００％のもの
△：塗膜残存率が７５％以上１００％未満のもの
×：塗膜残存率が７５％未満のもの
結果を表３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○の場合を合格、それ以外を不合格と判定した。
［総合評価］
耐食性酸化皮膜の耐食性評価と膜質評価、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性評価と塗膜密着性評価の全てが合格であったものの総合評価を合格とし、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の総合評価を不合格とした。
耐食性酸化皮膜の耐食性評価と膜質評価、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性評価と塗膜密着性評価の全てが合格であったものの総合評価を合格とし、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の総合評価を不合格とした。
表２、３に示すように、実施例１〜２４では、本発明要件を満たすため、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が良好であり、かつ、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜密着性が良好であり、総合評価が合格であった。一方、比較例１〜１３では本発明要件を満たしていないため、上記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、交流電解における電解溶液のｐＨが低過ぎたため、アルカリエッチング力が不足した。そのため、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層における小孔の直径が不足し、バリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが厚くなり、多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。その結果、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電解溶液のｐＨが高過ぎたため、アルカリエッチングが過剰に起こった。そのため、耐食性酸化皮膜の厚さが不足し、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが不足し小孔の直径が大きくなり、またバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電解溶液の温度が低過ぎたため、アルカリエッチング力が不足した。そのため、バリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが厚くなった。また、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の小孔の直径が小さくなった。その結果、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電解溶液の温度が高過ぎたため、アルカリエッチングが過剰に起こった。そのため、耐食性酸化皮膜の厚さ、ならびに、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解の電解溶液中に溶存アルミニウムが存在していなかった。そのため、電解反応初期における多孔性酸化皮膜の形成反応が急激に生起し、多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。また、耐食性酸化皮膜の形成も不均一となり、厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解の電解溶液中に多量の溶存アルミニウムが存在した。そのため、バリア型アルミニウム酸化皮膜層の形成が不均一となり局所的に厚い部分が形成し、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の小孔の直径が小さくなった。更に多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。その結果、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における周波数が低過ぎたため、電流の直流成分が強くなった。そのため、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の形成が抑制されて厚さが不足した。その結果、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における周波数が高過ぎたため、耐食性酸化皮膜及びポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の形成が抑制されて、それぞれの厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電流密度が低過ぎたため、耐食性酸化皮膜及びポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の形成が抑制されて、それぞれの厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電流密度が高過ぎたため、多孔性酸化皮膜及び耐食性酸化皮膜の形成が不均一になった。そのため、耐食性酸化皮膜の厚さ、ならびに、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが厚くなった。また、多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電解時間が短過ぎたため、耐食性酸化皮膜の厚さ、ならびに、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが不足した。また、多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性及び膜質が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解における電解時間が長過ぎたため、多孔性酸化皮膜の形成が進み過ぎた。そのため、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層及びバリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが厚くなった。その結果、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜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、交流電解の電解溶液中に溶存アルミニウムが５ｐｐｍ未満であった。そのため、電解反応初期における多孔性酸化皮膜の形成反応が急激に生起し、多孔性酸化皮膜厚さの変動幅が大きくなった。また、耐食性酸化皮膜の形成も不均一となり、厚さが不足した。その結果、耐食性酸化皮膜の耐食性が不合格となり、ならびに、多孔性酸化皮膜の接着剤接着性及び塗膜密着性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
本発明によれば、アルミニウム材表面の一部が耐食性に優れ、アルミニウム材表面の他の部位が接着性及び密着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、アルミニウム材の一部分にのみ接着性及び密着性が求められるアルミニウム−樹脂接合部材やプリント配線基板等に好適に用いられる。
１・・・表面処理アルミニウム材
２・・・アルミニウム材
３・・・耐食性酸化皮膜
４・・・多孔性酸化皮膜
４１・・・バリア型アルミニウム酸化皮膜層
４２・・・ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層
４２０・・・小孔
５・・・対電極
６・・・導電材
７・・・交流電源
８・・・電解溶液
２・・・アルミニウム材
３・・・耐食性酸化皮膜
４・・・多孔性酸化皮膜
４１・・・バリア型アルミニウム酸化皮膜層
４２・・・ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層
４２０・・・小孔
５・・・対電極
６・・・導電材
７・・・交流電源
８・・・電解溶液
Claims (8)
- アルミニウム材と、その表面の一部に形成された不定形で単層構造を有する耐食性酸化皮膜と、前記アルミニウム材表面の耐食性酸化皮膜が形成されていない部位に形成された多孔性酸化皮膜とを含み、
前記耐食性酸化皮膜は、１０〜１００ｎｍの厚さを有し、ＦＴ−ＩＲ分析によるピーク吸収波数をｂ（ｃｍ−１）とし、ピーク吸収波数ｂにおけるピーク吸収率をａ（％）とした際に、１≦ａ≦９５、かつ、ｂ≧３ａ＋７１０の関係を満たし、
前記多孔性酸化皮膜は表面側に形成された厚さ２０〜５００ｎｍのポーラス型アルミニウム酸化皮膜層と素地側に形成された厚さ３〜３０ｎｍのバリア型アルミニウム酸化皮膜層とから成り、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層には直径５〜３０ｎｍの小孔が形成されており、アルミニウム材表面に形成された多孔性酸化皮膜全体において、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とバリア型アルミニウム酸化皮膜層との合計厚さの変動幅が、当該合計厚さの算術平均値の±５０％以内であることを特徴とする表面処理アルミニウム材。 - 前記ピーク吸収波数ｂ（ｃｍ−１）が、Ａｌ−Ｏの最も強い伸縮振動に起因するピークの波数であり、７２０≦ｂ≦９９５の範囲に現れる、請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
- 前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の見かけ上の表面積に対する小孔の全孔面積の比が２５〜７５％である、請求項１又は２に記載の表面処理アルミニウム材。
- 表面処理されるアルミニウム材の電極と、対電極と、前記アルミニウム材電極に結線された導電材とを用い、ｐＨ９〜１３で液温３５〜８５℃であり、かつ、溶存アルミニウム濃度が５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下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することにより、対電極に対向する前記アルミニウム材表面に多孔性酸化皮膜を形成するとともに、アルミニウム材電極と結線された導電材に対向する前記アルミニウム材表面に不定形で単層構造を有する耐食性酸化皮膜を同時に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。
- 前記表面処理されるアルミニウム材の電極と、対電極が共に平板状であり、電解溶液中の前記アルミニウム材電極に結線された導電材の面積は、耐食性酸化皮膜を形成させたい面積の８０〜１５０％であり、前記導電材とアルミニウム材との距離が１〜５０ｍｍである、請求項４に記載の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電極に結線された導電材がステンレス鋼材又は銅材からなる、請求項４又は５に記載の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電極の一方の面側にこの面と対向するように導電材を配置し、アルミニウム材電極の他方の面側にこの面と対向するように対電極を配置することにより、アルミニウム材電極の前記一方の面に耐食性酸化皮膜が形成され、前記他方の面に多孔性酸化皮膜が形成される、請求項４〜６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。
- 前記アルミニウム材電極の他方の面側にこの面と対向するように対電極を配置し、当該他方の面と対電極との間において、アルミニウム材電極の他方の面の一部と対向するように導電材を配置し、アルミニウム材電極の他方の面の前記一部と相補的な他の部位と対向するように前記対電極を配置することにより、アルミニウム材電極の他方の面の前記一部に耐食性酸化皮膜が形成され、アルミニウム材電極の前記他の部位に多孔性酸化皮膜が形成される、請求項４〜６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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