JP6570168B2 - 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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A.アルミニウム材
本発明に係る表面処理アルミニウム材のアルミニウム材(図1における2)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く、平板状、任意の断面形状の棒、円筒状などとすることができるが、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。
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において、アルミニウム材2の表面の少なくともいずれか一方には、酸化皮膜1が形成されている。この酸化皮膜1は、表面側に形成されたポーラス型アルミニウム酸化皮膜層4と素地側に形成されたバリア型アルミニウム酸化皮膜層3とから成る。
図1に示すように、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層4には、表面から内部に延びる小孔41が形成されている。ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層4の表面において、凹凸を考慮しない(縦×横で算出される)表面積に対して、存在する全ての小孔41の開口面積の総和が占める割合を小孔の面積占有率として規定する。本発明では、この小孔の面積占有率を5〜50%とし、好ましくは10〜45%とする。この面積占有率が5%未満では、被接合体である樹脂等との接合におけるアンカー効果が不足し密着耐久性が低下する。従って、接合に接着剤を用いた場合には、アルミニウム酸化皮膜の最表面部と接着剤との界面部分で破壊が発生する。一方、この面積占有率が50%を超えると、初期のアンカー効果は大きいものの、面積占有率が大きすぎるためにアンカー効果の経時的な低下が大きくなって、密着耐久性が却って低下する。また、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層における小孔を除く部分が少なくなり、曲げ加工を施した際にポーラス型アルミニウム酸化皮膜層自体に曲げ応力が集中するため、その部分で凝集破壊が発生するので加工追従性が劣る。
ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層4とアルミニウム材素地2との間のバリア型アルミニウム酸化皮膜層3の厚さは、好ましくは30nmを超え500nm以下、より好ましくは40nm以上400nm以下である。バリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが30nm以下では、介在するバリア型アルミニウム酸化皮膜層が薄いためポーラス型アルミニウム酸化皮膜層とアルミニウム材下地とを結合するための結合力が弱く、曲げ加工時においてポーラス型アルミニウム酸化皮膜層自体が凝集破壊する虞がある。一方、バリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが500nmを超えると、バリア型アルミニウム酸化皮層自体にクラックなどが発生し、その発生部分において局部的に耐食性が低下する場合がある。
ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さは、好ましくは20〜500nm、より好ましくは30〜400nmである。ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが20nm未満では、厚さが不十分となるため小孔構造が形成され難い。その結果、樹脂等との接合における小孔によりアンカー効果が不足して、密着耐久性が低下する場合がある。一方、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが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、樹脂等との密着耐久性及び加工追従性が低下する場合がある。
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。
以上のような条件を満たした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を一方の電極とし、他方の対電極を用いて所定の条件化で交流電解処理することにより、酸化皮膜を形成する方法を挙げることができる。
交流電解処理条件は、上記アルミニウム材の電極と対電極とを用い、pH9〜13で液温30〜90℃のアルカリ性水溶液を電解溶液とし、電解終了時のアノードピーク電圧が25〜200Vとなる波形を用いるものである。
電解処理されるアルミニウム材として、縦500mm×横500mm×厚さ1.0mmを有するJIS5052のアルミニウム合金平板を使用した。このアルミニウム合金板を一方の電極に用い、対電極として縦500mm×横550mm×厚さ2.0mmの平板の黒鉛電極を用いた。図2に示すように、この互いに結線されて対向する2枚の黒鉛板の対電極板5、6間において、アルミニウム合金板の電極7の両面がそれぞれ、対抗する黒鉛板の対電極板5、6面と平行になるように配設して交流電解処理を行った。この交流電解処理により、2枚の黒鉛の対電極板5、6にそれぞれ対向するアルミニウム合金板電極5の両面に、表面側のポーラス型アルミニウム酸化皮膜層と素地側のバリア型アルミニウム酸化皮膜層とから成る酸化皮膜を形成した。
以上のようにして作製したアルミニウム合金板の試料に対し、FE−SEMによる表面観察及び画像解析ソフトA像くん(旭化成エンジニアリング社製ver. 2.50)による粒子解析を用い、ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の小孔の平均最大径及び面積占有率を測定した。まず、FE−SEMによる表面二次電子像(加速電圧2kV)を1μm×0.7μm観察視野で10箇所撮影し、これを用いて画像解析ソフトA像くんによる粒子解析を実施した。結果を、表2に示す。なお、表に示す小孔の平均最大径及び面積占有率については、10箇所の測定結果の算術平均値とした。なお、実施例32では、酸化皮膜を形成した面での測定を実施した。表面観察及び画像解析の詳細は、上述の通りである。結果を表2に示す。
上記のようにして作製したアルミニウム板の試料に対し、TEMにより酸化皮膜層の縦方向に沿った断面観察を実施した。具体的には、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それぞれの厚さを測定した。これらの酸化皮膜層の厚さを測定するために、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箇所を選択してTEM断面観察により、それぞれの酸化皮膜層の厚さを測定した。結果を、表2に示す。なお、これらの酸化皮膜層の厚さについては、100箇所の測定結果の算術平均値とした。また、実施例32では、酸化皮膜を形成した面で評価を実施した。結果を表2に示す。
上記のように作製したアルミニウム合金板の試料から縦100mm×横25mmに切り取った供試材を20枚用意した。なお、試料と供試材の縦横は同じである。密着耐久性試験は、まず、2枚の供試材11、12を図3に示すように、縦方向の重なり長さが10mmとなるように重ね合わせて(接着面積10mm×25mm=250mm2)、直径200μmのガラスビーズを添加した1液型エポキシ樹脂系接着剤12を用いて接着し、このような接合体を10組作製した。次いで、接着したアルミニウム合金板を、加熱炉中において170℃で20分間加熱処理して接着剤を硬化させて密着耐久試験用の試験片とした。
◎:凝集破壊率が95%以上のもの
○:凝集破壊率が85%以上95%未満のもの
△:凝集破壊率が75%以上85%未満のもの
×:凝集破壊率が75%未満のもの
結果を表3に示す。同表には、10組の供試材のうちの上記◎、○、△、×の個数をそれぞれ示すが、全てが◎と○から構成される場合を合格、それ以外の場合を不合格と判定した。
上記のように作製したアルミニウム合金板の試料から縦50mm×横50mmに切断した供試材を10枚用意した。なお、試料と供試材の縦横は同じである。次いで、供試材表面に大日本塗料(株)製「Vフロン#2000」を塗布しこれを加熱炉中で乾燥して(160℃、20分)、30μmの厚さの樹脂塗膜を形成した。この樹脂塗膜を形成した供試材に縦方向に沿って湾曲するように曲げ半径5mmで90°曲げ試験を施した後、中性塩水噴霧試験にかけて72時間後に取出し、加工追従性の試験片とした。
◎: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◎と○から構成される場合を合格、それ以外の場合を不合格と判定した。
上記酸化皮膜の密着耐久性評価及び加工追従性評価の両方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。
2‥‥‥アルミニウム素地
3‥‥‥バリア型アルミニウム酸化皮膜層
4‥‥‥ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層
41‥‥‥小孔
5‥‥‥対電極板
6‥‥‥対電極板
7‥‥‥アルミニウム板(アルミニウム合金板)
8‥‥‥交流電源
9‥‥‥電解溶液
10‥‥‥対電極板接続スイッチ
11‥‥‥密着耐久性試験供試材
12‥‥‥密着耐久性試験供試材
13‥‥‥1液型エポキシ樹脂系接着剤
Claims (6)
- アルミニウム材と、その表面の少なくともいずれか一方に形成された酸化皮膜とを含み、前記酸化皮膜は表面側に形成された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小孔が形成されており、前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の表面における小孔の面積占有率が34〜50%であり、前記バリア型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが55〜500nmであり、上記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さが230〜450nmであり、前記小孔が、表面から前記ポーラス型アルミニウム酸化皮膜層の厚さの20〜100%の深さまで延びていることを特徴とする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に形成された小孔の平均最大径が70nm以上250nm以下である、請求項1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を用い、pH9〜13で液温30〜90℃のアルカリ性水溶液を電解溶液とし、電解初期のアノードピーク電圧が0.5〜30Vとなる波形を用いて、電解終了時のアノードピーク電圧が50〜200Vとなる波形を用いて交流電解処理し、電解開始から0.1秒後から電解終了時の0.1秒前までのアノードピーク電圧が、経過時間に対して単調増加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。
- 交流電解処理の電解時間が5〜60秒間である、請求項3に記載の表面処理アルミニウム材の製造方法。
- 交流電解処理の周波数が10〜100Hz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。
- 電解開始から0.1秒後から電解終了時の0.1秒前までのアノードピーク電圧が、経過時間に対して一定の割合で増加する、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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