JP7319356B2 - 薄い陽極酸化皮膜層を含む連続コイルならびにその製造のためのシステム及び方法 - Google Patents

薄い陽極酸化皮膜層を含む連続コイルならびにその製造のためのシステム及び方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年9月11日に出願された米国仮特許出願第62/729,741号、及びに2018年9月11日に出願された米国仮特許出願第62/729,702号の優先権及び出願利益を主張し、それらの全体が参照として本明細書に組み込まれている。
本開示は、一般的に金属加工に関し、より詳細には、連続コイルの陽極酸化及び前処理に関する。
アルミニウム合金などの特定の金属製品は、表面を陽極酸化することで恩恵を受けることができる。これらの利点には、耐久性、色の安定性、メンテナンスの容易さ、美観、健康と安全性、及び低コストが含まれる。しかしながら、アルミニウム合金コイル生産品から製造されたアルミニウム合金物品の接合を含む下流処理のための、柔軟性、耐久性、及び/または表面特性要件を満たす陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金コイルを連続的に陽極酸化することは困難である。
包含される本発明の実施形態は、この発明の概要ではなく、特許請求の範囲によって定義される。この発明の概要は、本発明の様々な態様の高次の概要であり、以下の発明を実施するための形態のセクションでさらに説明されるいくつかの概念を紹介している。この発明の概要は、特許請求された主題の重要な、または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、特許請求された主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図されていない。本発明の主題は、明細書全体、図面の一部またはすべて、及びそれぞれの特許請求の範囲の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。
本明細書で説明されているものは、陽極酸化連続コイル、ならびにその製造及び使用のための方法である。本明細書に記載の陽極酸化連続コイルはアルミニウム合金連続コイルを含み、アルミニウム合金連続コイルの表面は薄い陽極酸化皮膜層及び化学添加剤層を含んでいる。薄い陽極酸化皮膜層は、最大約25nmの厚さとなり得るバリア層を含む。薄い陽極酸化皮膜層はまた、厚さが約25nm~約75nmであり得るフィラメント層を含むことができる。任意選択でバリア層及びフィラメント層を含む薄い陽極酸化皮膜層は、約100nm未満の厚さとなり得る。化学添加剤層は、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤を含むことができるが、これらに限定されない。任意選択で化学添加剤層の厚さは最大約50nmである。アルミニウム合金連続コイルは、1xxxシリーズのアルミニウム合金、3xxxシリーズのアルミニウム合金、5xxxシリーズのアルミニウム合金、6xxxシリーズのアルミニウム合金、または7xxxシリーズのアルミニウム合金を含むことができる。
本明細書に記載されているような陽極酸化連続コイルを含むアルミニウム合金製品も本明細書に記載されている。アルミニウム合金製品は、とりわけ、自動車車体部品、航空宇宙構造部品、輸送車体部品、輸送構造部品、または電子デバイス用ハウジングであり得る。
陽極酸化連続コイルを製造する方法が本明細書でさらに説明されている。陽極酸化された連続コイルを製造する方法は、金属連続コイルを提供することであって、金属連続コイルは事前に選択されたライン速度を有する金属処理ラインで処理されている、提供することと、アルミニウム合金連続コイルの表面を酸性溶液でエッチングすること、薄い陽極酸化皮膜層を形成するために電解質中でアルミニウム合金連続コイルの表面を陽極酸化することであって、陽極酸化パラメータが金属処理ラインの事前に選択されたライン速度に調整されている、陽極酸化することと、化学添加剤層を形成するために化学添加剤を薄い陽極酸化皮膜層に塗布することと、を含む。薄い陽極酸化皮膜層は、酸化アルミニウム層であり得る。本方法に従って調製された薄い陽極酸化皮膜層は、約100nm未満の厚さであることができ、化学添加剤層は最大約50nmの厚さとなり得る。電解質はリン酸を含むことができる。
陽極酸化連続コイルを製造する方法は、エッチングの工程の前にアルミニウム合金連続コイルの表面にクリーナーを塗布する工程、及び/または陽極酸化の工程の後に陽極酸化皮膜層をリンスする工程をさらに含むことができる。
また、本明細書では陽極酸化連続コイルを製造するためのシステムが説明されており、本システムは、バイポーラ槽(例えば、第1のグラファイト対向電極及び第2のグラファイト対向電極)、少なくとも1つのスキージローラー、少なくとも1つの電解質分配ノズル、少なくとも1つのコーティングされたステンレス鋼ローラー、及び交流電流源を含んでいる。
また、本明細書では陽極酸化連続コイルを製造するためのシステムが説明されており、本システムは、接触ロール電極、少なくとも1つの対向電極、少なくとも1つのスキージローラー、少なくとも1つの電解質分配ノズル、少なくとも1つのコーティングされたステンレス鋼ローラー、及び接触ロール電極に交流または直流を供給するように構成された電流源を含んでいる。
また、本明細書では電子デバイス用基材が説明されており、この基材はアルミニウム合金連続コイル及び薄い陽極酸化皮膜層を含み、薄い陽極酸化皮膜層はアルミニウム合金連続コイルに半導体特性を提供するように構成され、薄い陽極酸化皮膜層はアルミニウム合金連続コイルの表面の領域に配置されている。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜層は、アルミニウム合金連続コイルの表面の領域にわたって均一な厚さを備え、任意選択的に均一な厚さは、アルミニウム合金連続コイルの表面モフォロジーに適合するように構成されている。特定の態様では、アルミニウム合金連続コイルの表面の領域にわたる均一な厚さには、ピンホールまたはピンスポットがない。場合によっては、薄い陽極酸化皮膜層は、アルミニウム合金連続コイルの表面の領域にわたって均一な誘電率を備え、薄い陽極酸化皮膜層は、アルミニウム合金の連続コイルの表面の領域にわたって破壊電圧(例えば、少なくとも約±10ボルト)を備える。他の態様では、薄い陽極酸化皮膜層は、アルミニウム合金連続コイルの表面の領域にわたってリーク電流(例えば、最大約±100ナノアンペア)を備える。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜層は、約100メガヘルツの周波数まで安定している。特定の態様では、アルミニウム合金連続コイルは導電層を含み、薄い陽極酸化皮膜層は誘電体層を含む。いくつかの非限定的な例では、電子デバイス用基材は、エネルギー貯蔵装置用の基材、エネルギーハーベスティング装置用の基材、エネルギー消費装置用の基材、または回路コンポーネント用の基材を含む。
非限定的な例の以下の詳細な説明を考慮すると、他の目的、態様、及び利点が明らかになる。
本明細書に記載の方法を実行するために使用されるバイポーラ槽の概略図である。 本明細書に記載の方法を実行するために使用される接触ロール電極の概略図である。 本明細書に記載されている例示的な合金で実施された抵抗スポット溶接試験の最小溶接電流のグラフである。 本明細書に記載の方法に従って製造、形成、及び溶接された例示的なアルミニウム合金のデジタル画像を示している。 本明細書に記載の方法に従って製造、形成、溶接、及び変形された例示的なアルミニウム合金のデジタル画像である。 本明細書に記載の方法に従って製造及び溶接された例示的なアルミニウム合金の顕微鏡写真である。 本明細書に記載の方法に従って製造及び溶接された例示的なアルミニウム合金の顕微鏡写真である。 本明細書に記載の方法に従って製造された例示的なアルミニウム合金の顕微鏡写真である。
薄い陽極酸化皮膜を含有する表面を有する連続コイル、ならびに連続コイルの製造方法及び使用方法が本明細書に記載されている。得られた連続コイルは、例えば、陽極酸化アルミニウム合金製品を製造するために使用することができ、これらは、本明細書に記載の薄い陽極酸化皮膜を含有する表面を有さないコイルから調製されたアルミニウム合金製品と比較して、優れた表面品質及び最小化された表面欠陥を有している。
本明細書に記載の連続コイルは、例えば、下流の変形手順(例えば、伸長、成形、曲げ、熱間成形など)にさらされたときに、特に頑丈で耐久性のある表面を有している。さらに、本明細書に記載の方法に従って調製された連続コイルは、格段の付着促進及び耐食性を示す。得られる表面は、塗装、リン酸亜鉛処理、電気コーティング、ラッカー塗装、またはラミネート加工によっても容易にコーティングされる。さらに、本明細書に記載の連続コイルは、得られる製品を抵抗スポット溶接に適したものにする表面特性を有する。
さらに、本明細書に記載の連続コイルは、導電層(例えば、金属合金、例えば、アルミニウム合金連続コイル)及び誘電体層(例えば、アルミニウム合金連続コイル上の薄い陽極酸化皮膜)から構成され、連続コイルを層ごとの電子デバイス用途に適したものにしている。例えば、本明細書に記載の連続コイルは、電子デバイス用基材として使用され得る。
定義及び説明
本明細書で使用される場合、「発明(invention)」、「発明(the invention)」、「本発明(this invention)」及び「本発明(the present invention)」という用語は、本特許出願のすべての主題及び以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含む言明は、本明細書で説明されている主題を制限するもの、または以下の特許請求の範囲の意味や範囲を制限するものではないと理解されるべきである。
本明細書では、「シリーズ」または「6xxx」などのアルミニウム業界の呼称で識別される合金について言及がなされている。アルミニウムとその合金の命名と識別に最も一般的に使用される番号指定システムの理解については、いずれもアルミニウム協会によって発行されている、「International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys」または「Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot」を参照されたい。
アルミニウム合金は、合金の総重量に基づいた重量パーセント(重量%)での元素組成の観点から本明細書に記載されている。各合金の特定の例では、残部はアルミニウムであり、不純物の合計の最大重量%が、0.15%である。
本明細書で使用される場合、「鋳造金属製品」、「鋳造製品」、「鋳造アルミニウム合金製品」などの用語は互換性があり、直接チル鋳造(直接チル共鋳造を含む)または半連続鋳造、連続鋳造(例えば、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、ツインブロック鋳造機、またはその他の連続鋳造機の使用によるものを含む)、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、もしくはその他の鋳造方法によって製造された製品を指す。
本明細書で使用される場合、「連続コイル」または「アルミニウム合金連続コイル」は、時間または順序が途切れることなく連続ライン上で連続処理方法にかけられる(すなわち、アルミニウム合金はバッチ処理にかけられない)アルミニウム合金を指す。
本出願では、合金の調質または質別に言及する。最も一般的に使用される合金調質の説明の理解については、「American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems」を参照されたい。F調質または質別は、製作されたままのアルミニウム合金を指す。O調質または質別は、焼きなまし後のアルミニウム合金を指す。T1調質または質別は、熱間加工から冷却され、(例えば、室温で)自然時効されたアルミニウム合金を指す。T2調質または質別は、熱間加工から冷却され、冷間加工され、自然時効されたアルミニウム合金を指す。T3調質または質別は、溶体化熱処理して冷間加工され、自然時効されたアルミニウム合金を指す。T4調質または質別は、溶体化熱処理されて自然時効されたアルミニウム合金を指す。T5調質または質別は、熱間加工から冷却され、(高温で)人工時効されたアルミニウム合金を指す。T6調質または質別は、溶体化熱処理して人工時効されたアルミニウム合金を指す。T7調質または質別は、溶体化熱処理して人工過剰時効されたアルミニウム合金を指す。T8x調質または質別は、溶体化熱処理して冷間加工され、人工時効させたアルミニウム合金を指す。T9調質または質別は、溶体化熱処理して人工時効させ、冷間加工されたアルミニウム合金を指す。
本明細書で使用される場合、「a」、「an」、または「the」の意味は、文脈が明確に別途指示しない限り、単数形及び複数形の言及を含む。
本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約15℃~約30℃の温度、例えば、約15℃、約16℃、約17℃、約18℃、約19℃、約20℃、約21℃、約22℃、約23℃、約24℃、約25℃、約26℃、約27℃、約28℃、約29℃、または約30℃を含み得る。
本明細書に開示されるすべての範囲は、そこに含まれるあらゆる副次的範囲を包含するものと理解されたい。例えば、記載された範囲「1~10」は、1の最小値~10の最大値の間の(且つ包含的な)ありとあらゆる部分範囲を含むと考えられるべきであり、すなわち、全ての部分範囲は、1以上の最小値、例えば、1~6.1から始まり、10以下の最大値、例えば、5.5~10で終わる。
陽極酸化連続コイル
薄い陽極酸化皮膜を含有する表面を有する連続コイルが本明細書で説明されており、これらは本明細書で陽極酸化連続コイルと称されている。連続コイルの表面は、薄い陽極酸化皮膜層を含み、これはバリア層、そして任意選択でフィラメント層を含み、また、任意選択の化学添加剤層を含む。薄い陽極酸化皮膜は、任意の好適なアルミニウム合金の連続コイルに適用され得る。好適なアルミニウム合金には、例えば、1xxxシリーズのアルミニウム合金、3xxxシリーズのアルミニウム合金、5xxxシリーズのアルミニウム合金、6xxxシリーズのアルミニウム合金、及び7xxxシリーズのアルミニウム合金が含まれる。
非限定的な例として、アルミニウム合金製品として使用するための例示的なAA1xxx合金には、AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198、またはAA1199が含まれ得る。場合によっては、アルミニウム合金は、少なくとも99.9%の純アルミニウム(例えば、少なくとも99.91%、少なくとも99.92%、少なくとも99.93%、少なくとも99.94%、少なくとも99.95%、少なくとも99.96%、少なくとも99.97%、少なくとも99.98%、または少なくとも99.99%の純アルミニウム)である。
アルミニウム合金製品として使用するための非限定的な例示的なAA3xxxシリーズ合金には、AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130、またはAA3065が含まれ得る。
アルミニウム合金製品として使用するための非限定的な例示的なAA5xxxシリーズ合金には、AA5182、AA5183、AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654 AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187、またはAA5088が含まれ得る。
アルミニウム合金製品として使用するための非限定的な例示的なAA6xxxシリーズ合金には、AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、A6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、A6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091、またはAA6092が含まれ得る。
アルミニウム合金製品として使用するための非限定的な例示的なAA7xxxシリーズ合金には、AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、A7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7204、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095、またはAA7099が含まれ得る。
特定の態様では、連続コイルは、銅(Cu)でドープされた高純度アルミニウム合金(例えば、上述のように少なくとも約99.9重量%のアルミニウム)から調製することができる。例えば、アルミニウム合金は、最大約0.01重量%の銅(例えば、約0.0001重量%~約0.009重量%、約0.0005重量%~約0.008重量%、約0.001重量%~約0.007重量%、約0.001重量%~約0.01重量%、または約0.005重量%~約0.01重量%)を含むことができる。
文書全体を通じてアルミニウム合金の物品が説明されているが、方法及び物品はあらゆる金属に適用される。いくつかの例では、金属物品は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム系材料、チタン、チタン系材料、銅、銅系材料、鋼、鋼系材料、青銅、青銅系材料、真鍮、真鍮系材料、複合材料、複合材料に使用されるシート、またはその他の好適な金属または材料の組み合わせである。物品は、モノリシック材料、ならびにロールボンド材料、クラッド材料、複合材料などの非モノリシック材料、または他の様々な材料を含み得る。いくつかの例では、金属物品は、金属コイル、金属ストリップ、金属プレート、金属シート、金属ビレット、金属インゴットなどである。
連続コイルは任意の好適な質別の合金から調製され得る。特定の例では、合金はF、O、T3、T4、T6、T8の質別で使用されることができる。合金は、直接チル鋳造(直接チル共鋳造を含む)または半連続鋳造、連続鋳造(例えば、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、ブロック鋳造機、またはその他任意の連続鋳造機の利用を含む)、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、もしくはその他の鋳造方法により製造されることができる。
上述のように、連続コイルの表面は、薄い陽極酸化皮膜層を含む。陽極酸化皮膜層は、バリア層を含み、任意選択でフィラメント層を含む。場合によっては、陽極酸化皮膜層はバリア層のみを含む。バリア層は酸化アルミニウム(例えば、無孔酸化アルミニウム)で構成されている。バリア層の厚さは最大約25nmであり得る。場合によっては、バリア層は、約1nm~約25nm、約5nm~約25nm、約10nm~約20nm、または約12nm~約17nmの厚さであり得る。例えば、バリア層は、厚さが約1nm、約2nm、約3nm、約4nm、約5nm、約6nm、約7nm、約8nm、約9nm、約10nm、約11nm、約12nm、約13nm、約14nm、約15nm、約16nm、約17nm、約18nm、約19nm、約20nm、約21nm、約22nm、約23nm、約24nm、または約25nmであり得る。
フィラメント層は、任意選択で薄い陽極酸化皮膜層に存在する。バリア層と同様に、フィラメント層は酸化アルミニウム(例えば、無孔酸化アルミニウム)で構成されている。フィラメント層は、厚さが最大約75nmであり得る。場合によっては、フィラメント層は、厚さが約5nm~約75nm、約10nm~約65nm、約25nm~約60nm、または約45nm~約55nmであり得る。例えば、フィラメント層は、厚さが約5nm、約10nm、約15nm、約20nm、約25nm、約30nm、約35nm、約40nm、約45nm、約50nm、約55nm、約60nm、約65nm、約70nm、または約75nmであり得る。
バリア層、またはバリア層及びフィラメント層を含む薄い陽極酸化皮膜層は、厚さが約1nm~約100nmの範囲となり得る。場合によっては、陽極酸化皮膜層は厚さが約100nm未満(例えば、約90nm未満、約80nm未満、約70nm未満、約60nm未満、約50nm未満、約40nm未満、約30nm未満、約20nm未満、または約10nm未満)である。例えば、薄い陽極酸化皮膜層は、厚さが約5nm~約100nm、約10nm~約90nm、約20nm~約80nm、または約30nm~約70nmであり得る。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜層は、厚さが約1nm、5nm、約10nm、約15nm、約20nm、約25nm、約30nm、約35nm、約40nm、約45nm、約50nm、約55nm、約60nm、約65nm、約70nm、約75nm、約80nm、約85nm、約90nm、または約95nmであり得る。
任意選択で、本明細書に記載の連続コイルの表面は、薄い陽極酸化皮膜層に付着する化学添加剤層も含む。化学添加剤層は、例えば、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤などの表面特性改質剤を含むことができる。好適な付着促進剤には、なかでも例えば、シラン及びポリアクリル酸が含まれる。好適な前処理剤には、なかでも例えば、シリコンベース化合物、ジルコニウム含有化合物(例えば、Ti/Zr化合物及びZr/Cr化合物)、チタン含有化合物、クロム含有化合物、セリウム含有化合物、バナジウム含有化合物、及びマンガン含有化合物が含まれる。化学添加剤層の厚さは、最大約50nmとなり得る。例えば、化学添加剤層の厚さは、約1nm~約50nm、約5nm~約45nm、約10nm~約40nm、約15nm~約35nm、または約20nm~約30nmであり得る。場合によっては、化学添加剤層は、約1nm、約5nm、約10nm、約15nm、約20nm、約25nm、約30nm、約35nm、約40nm、約45nm、または約50nmの厚さを有し得る。
陽極酸化連続コイルを調製するためのシステム
陽極酸化連続コイルを製造するシステムが本明細書に記載されている。いくつかの非限定的な例では、本システムは、連続コイルの少なくとも第1の表面上に薄い陽極酸化皮膜層を形成するように構成されている。連続コイルの第1の表面は、水平処理ラインで調製された連続コイルの上面、下面、または側面となり得る。場合によっては、第1の表面は、垂直処理ラインで調製された連続コイルの前面、後面、または側面となり得る。いくつかの態様では、本明細書に記載のシステムは、連続コイルの第1の側及び連続コイルの第2の側に薄い陽極酸化皮膜層を形成するように構成されている。例えば、薄い陽極酸化皮膜層は、(例えば、水平処理ラインにおいて)連続コイルの上面及び下面に、及び/または(例えば、垂直処理ラインにおいて)連続コイルの前面及び後面に形成されることができる。さらなる例では、薄い陽極酸化皮膜層は、連続コイル全体(例えば、連続コイルのあらゆる露出面)の上に形成されることができる。
本明細書に記載のシステムは、バイポーラ電解槽(すなわち、バイポーラ槽)を含む。場合によっては、バイポーラ槽を連続コイル処理ラインで採用して、その場で薄い陽極酸化皮膜層を形成することができる。いくつかの非限定的な例では、複数のバイポーラ槽が連続コイル処理ラインで採用され得る。連続コイル処理ラインにおいて複数のバイポーラ槽を採用することにより、カスタマイズ可能な薄い陽極酸化皮膜形成システムがもたらされる。いくつかの例では、連続コイルを電解洗浄するためにバイポーラ槽が使用され得る。場合によっては、連続コイルを洗浄し、連続コイル上に薄い陽極酸化皮膜を形成するために複数のバイポーラ槽が使用され得る。さらに、フィラメント層及び/またはバリア層をカスタマイズするためにバイポーラ槽が使用され得る。本明細書に記載のように、連続コイル処理ラインで採用される複数のバイポーラ槽は、連続コイルの表面を洗浄及び改質するために動的に構成され得る。
図1Aは、本明細書に記載の方法を実施するために使用されるバイポーラ槽100の概略である。アルミニウム合金連続コイル110は、バイポーラ槽100の入口に配置されたスキージローラー120によってバイポーラ槽100内へ供給される。スキージローラー120は、予備エッチング工程から残っている残留酸を除去することができる。陽極酸化処理用の電解質は、アルミニウム合金連続コイル110の第1の側の上、及びアルミニウム合金連続コイル110の第2の側の下に配置されたノズル125によってアルミニウム合金連続コイル110の表面に供給される。バイポーラ槽100の中点(または他の好適な位置)に配置されたコーティングされたステンレス鋼ローラー130は、アルミニウム合金連続コイル110を安定させ、バイポーラ槽100を通してアルミニウム合金連続コイル110を搬送し続ける。交流(AC)源150によって電力供給される第1のグラファイト対向電極140及び第2のグラファイト対向電極145を含むバイポーラ槽100は、電解質を通過する電流を供給し、アルミニウム合金連続コイル110の表面を陽極酸化する。バイポーラ槽100の出口に配置されたスキージローラー120は、残留電解質を除去し、アルミニウム合金連続コイル110をバイポーラ槽100の外へ搬送し続けることができる。
いくつかの非限定的な例では、図1Bに示すように、接触ロールが電極として使用されることができ、接触ロールシステム175において本明細書に記載の方法を実行するための回路を形成することができる。アルミニウム合金連続コイル110は、接触ロール電極180に搬送される。陽極酸化処理用の電解質は、アルミニウム合金連続コイル110の第1の側の上、及びアルミニウム合金連続コイル110の第2の側の下に配置されたノズル125によってアルミニウム合金連続コイル110の表面に供給される。第1の構成では、接触ロール電極180及び第1の対向電極190は、回路を形成するように構成され、電解質を通過してアルミニウム合金連続コイル110の表面を陽極酸化する交流(AC)を供給するように構成された電流源によって電力が供給されている。第2の構成では、接触ロール電極180は陽極であり、電流源は電解質を通過してアルミニウム合金連続コイル110の表面を陽極酸化する直流(DC)を供給するように構成されている。スキージローラー120は、予備エッチング工程からの残留洗浄剤及び/またはエッチング液を除去してアルミニウム合金連続コイル110の搬送を継続するために接触ロール電極180の下流に配置され、スキージローラー120は、残留電解質を除去してさらなる下流処理へのアルミニウム合金連続コイル110の搬送を継続するために第1の対向電極190の下流に配置される。
いくつかの態様では、複数のバイポーラ槽100が単一の処理ラインで使用され得る。例えば、以下に説明する電力ランプアッププロセスにおいて電解質に可変電力を印加するために、複数のバイポーラ槽100が使用され得る。場合によっては、所望により陽極酸化処理を調整するために複数のバイポーラ槽100が使用され得る。
陽極酸化連続コイルの調製方法
陽極酸化連続コイルの製造方法が本明細書において説明されている。本明細書に記載の連続コイルの陽極酸化は、連続コイルの形態での金属製品を提供するために使用される加工技術の後に金属製品を陽極酸化することを含み、それら加工技術は、例えば、(上述のような)鋳造、均質化、熱間圧延、温間圧延、冷間圧延、溶体化処理、焼鈍、時効(自然時効及び/または人工時効を含む)、任意の好適な加工技術、及び/またはそれらの任意の組み合わせを含む。従って、陽極酸化は、連続コイルを提供する上述の処理技術の後続の工程として実行されることができる。例えば、上述のシステムは、冷間圧延機、焼鈍炉、連続焼鈍及び溶体化熱処理(CASH)ライン、または任意の好適な最終処理設備の下流に配置されることができる(すなわち、上述のシステムは、金属コイラーを代用することができ、最後から2番目の金属処理設備と金属コイラーとの間に配置され得る)。このため、金属は、金属製品に加工されることができ、(例えば、連続コイルを提供するために)金属製品をコイリングすることなく、加工直後に陽極酸化することができる。従って、上述のシステムが金属処理ラインで使用されるとき、システムのパラメータは、金属処理ラインのライン速度、例えば、均質化、溶体化処理、及び/または焼鈍(すなわち、時間依存する熱処理)を含むプロセスによって選択及び/または要求されるライン速度に依存することができる。このため、なかでも印加電力、電解質濃度、電解質温度、及び/または滞留時間を含むシステムパラメータは、金属処理ラインの所定の/選択されたライン速度に従って調整されることができる。
場合によっては、本明細書に記載の連続コイルは、コイリング後に陽極酸化されることができる。連続コイルは、陽極酸化の前に保管されるか(例えば、連続コイルを自然時効するために)、または人工時効されることができる。従って、連続コイル(例えば、保管された連続コイルまたは人工的にエージングされた連続コイル)は、伸ばされて陽極酸化のために上述のシステムに搬送され得る。
本明細書に記載の連続コイル前処理プロセスは、連続コイルの表面を洗浄すること、連続コイルの表面に酸性溶液で予備エッチング工程を実行すること、連続コイルの表面を陽極酸化して連続コイルの表面上に薄い陽極酸化皮膜層を形成すること、薄い陽極酸化皮膜層を洗い流すこと、及び任意選択の化学添加剤を薄い陽極酸化皮膜層に塗布することを含む。本明細書に記載のプロセスは、連続コイルが接合または連結された連続コイルプロセスで使用されることができる。連続コイルプロセスのライン速度は可変であり、毎分約1メートル(mpm)から約350mpmの範囲内であり得る。例えば、ライン速度は、約1mpm、約2mpm、約3mpm、約4mpm、約5mpm、約6mpm、約7mpm、約8mpm、約9mpm、約10mpm、約15mpm、約20mpm、約25mpm、約30mpm、約35mpm、約40mpm、約45mpm、約50mpm、約55mpm、約60mpm、約65mpm、約70mpm、約75mpm、約80mpm、約85mpm、約90mpm、約95mpm、約100mpm、約105mpm、約110mpm、約115mpm、約120mpm、約125mpm、約130mpm、約135mpm、約140mpm、約145mpm、約150mpm、約155mpm、約160mpm、約165mpm、約170mpm、約175mpm、約180mpm、約185mpm、約190mpm、約195mpm、約200mpm、約205mpm、約210mpm、約215mpm、約220mpm、約225mpm、約230mpm、約235mpm、約240mpm、約245mpm、約250mpm、約255mpm、約260mpm、約265mpm、約270mpm、約275mpm、約280mpm、約285mpm、約290mpm、約295mpm、約300mpm、約305mpm、約310mpm、約315mpm、約320mpm、約325mpm、約330mpm、約335mpm、約340mpm、約345mpm、または約350mpmであり得る。
洗浄
本明細書に記載の前処理プロセスは、連続コイルの1つ以上の表面を洗浄する工程を含む。洗浄工程は、連続コイル表面から残留オイルまたは緩く付着した酸化物を除去する。任意選択で、予備洗浄は、溶媒(例えば、水溶性溶媒または有機溶媒)を使用して行われ得る。任意選択で、1つ以上の添加剤が溶媒に添加され得る。いくつかの態様では、予備洗浄は、酸(例えば、以下で詳細に説明される酸電解質)を使用して行われ得る。いくつかの非限定的な例では、予備洗浄液が連続コイルの1つ以上の表面に噴霧され得る。いくつかの態様では、洗浄工程は、約2バール~約4バールの圧力で連続コイルの1つ以上の表面に水及び/または洗浄溶液を噴霧することによって行われ得る。例えば、連続コイルの表面は、約2バール、2.1バール、2.2バール、2.3バール、2.4バール、2.5バール、2.6バール、2.7バール、2.8バール、2.9バール、3バール、3.1バール、3.2バール、3.3バール、3.4バール、3.5バール、3.6バール、3.7バール、3.8バール、3.9バール、4バールの圧力、またはそれらの間のいずれかの圧力で噴霧されることができる。さらに、予備洗浄液は、連続コイルの1つ以上の表面への塗布前に加熱され得る。いくつかの非限定的な例では、予備洗浄液は、約85℃~約100℃の温度に加熱され得る。例えば、予備洗浄液は、約85°C、86°C、87°C、88°C、89°C、90°C、91°C、92°C、93°C、94°C、95°C、96°C、97°C、98°C、99°C、100°C、またはこれらの間のいずれかの温度に加熱され得る。
予備エッチング及び/または陽極酸化
本明細書に記載の方法はまた、連続コイルの1つ以上の表面上で予備エッチング工程を実行することを含む。いくつかの非限定的な例では、予備エッチング工程は、あらゆる油、及び/または緩く付着している表面酸化物(例えば、酸化アルミニウム)を除去することを含む。連続コイルの表面は、酸エッチング(すなわち、酸性溶液を含むエッチング手順)を使用する予備エッチング工程に供され得る。場合によっては、酸エッチングは洗浄工程の継続である(例えば、洗浄工程で使用される酸は、連続コイルの1つ以上の表面をさらにエッチングすることができる)が、そうである必要はない。酸エッチングは、その後の陽極酸化のために連続コイルの表面を準備することができる。酸エッチングを実施するための例示的な電解質(酸及び/または酸電解質)には、五ホウ酸アンモニウム、ホウ酸、クエン酸、アジピン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム一塩基性、硫酸、フッ化水素酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、及びこれらの組み合わせが含まれる。場合によっては、洗浄及び予備エッチングを実施するための酸が、陽極酸化工程において電解質(すなわち、酸電解質)として使用され得る。例えば、連続コイルは、以下に詳述するように、酸性電解質に通電し、そして場合によっては、連続コイルの表面を陽極酸化するために使用される1つ以上のバイポーラ槽の活性化ゾーン(例えば、通電された電界を有する領域)を通過する。
場合によっては、予備エッチング工程は、軽度のエッチング、エッチングのみ(すなわち、陽極酸化を伴わない)、または陽極酸化がその後に続くエッチングとして実行することができる。軽度のエッチングは、連続コイルの表面に酸性電解質溶液を1回以上(例えば、1回または2回など、最大2回)噴霧することによって達成される。軽度のエッチングの間、1つ以上のバイポーラ槽は非活性化されたままであり、連続コイルの表面が軽度にエッチングされ、陽極酸化されないようになっている。さらに、脱イオン(DI)水が連続コイルの表面に噴霧され、1つ以上のバイポーラ槽の活性化ゾーンを通過する際に液滴や染みから連続コイルの表面を保護することができる。
場合によっては、エッチングには酸エッチングまたは電気化学エッチングのみが含まれる。本明細書で使用される場合、「エッチングのみ」とは、酸性電解質が連続コイルの表面に塗布され、バイポーラ槽が陽極酸化を伴わずに活性化されるエッチング工程を意味する。陽極酸化が行われないようにバイポーラ槽を活性化すると、迅速な洗浄及び/またはエッチングの工程がもたらされる。例えば、連続コイルの表面は、バイポーラ槽を使用しない標準的な湿式化学ベースの洗浄及びエッチングよりも少なくとも25%速い速度で洗浄及び/またはエッチングされ得る。例えば、このような洗浄及び/またはエッチング時間は、バイポーラ槽を使用せずに行う洗浄及び/またはエッチングよりも少なくとも30%速く、少なくとも40%速く、少なくとも50%速く、少なくとも60%速く、少なくとも70%速く、少なくとも80%速く、または少なくとも90%速くなり得る。いくつかの態様では、エッチングのみ行う工程は、後続の処理工程のために連続コイルの表面を準備することを含む。例えば、エッチングのみ行う工程の後、連続コイルの表面が前処理溶液(例えば、付着促進剤、腐食防止剤、カップリング剤、任意の好適な前処理溶液、またはそれらの任意の組み合わせ)でコーティングされることができる。
いくつかの非限定的な例では、エッチングに続いて陽極酸化工程が行われることができる。エッチングと陽極酸化の組み合わせは、薄い陽極酸化皮膜面をもたらすために実行される。場合によっては、薄い陽極酸化皮膜面は最終製品である。特定の例では、薄い陽極酸化皮膜面は、後続のコーティング用(例えば、付着促進剤、腐食防止剤、カップリング剤、任意の好適な前処理溶液、またはそれらの任意の組み合わせを含む1つ以上の前処理剤)の基材である。陽極酸化は、連続コイル表面を電解質と接触させること、連続コイルを(図1Aの例で以下に詳述するように)1つ以上のバイポーラ槽の活性化ゾーンを通過させること、及び電解質を通る電流を流し、それによって電気回路を作成することによって達成される。好適な電解質には、例えば、リン酸、硝酸、硫酸、ホスホン酸、またはこれらの組み合わせのような無機酸を含有する水溶液が含まれる。他の例示的な電解質には、なかでも、硝酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硝酸カリウム、塩化マグネシウム、酢酸ナトリウム、硫酸銅、塩化カリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カリウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸アンモニウム、硝酸銀、塩化第二鉄、五ホウ酸アンモニウム、ホウ酸、クエン酸、アジピン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム一塩基性、またはそれらの任意の組み合わせの水溶液が含まれる。いくつかの非限定的な例では、電解質水溶液は、約1重量%~約30重量%の電解質(例えば、約5重量%~約25重量%、または約10重量%~約20重量%)と残りの水を含むことができる。例えば、電解質水溶液は、約1%、約2%、約3%、約4%、約5%、約6%、約7%、約8%、約9%、約10%、約11%、約12%、約13%、約14%、約15%、約16%、約17%、約18%、約19%、約20%、約21%、約22%、約23%、約24%、約25%、約26%、約27%、約28%、約29%、約30%、またはこれらの間のいずれかを含むことができる。
いくつかの例では、図1Bに示されるように、アルミニウム合金連続コイル110と電気回路を形成するために、接触ロール電極180として接触ロールが採用され得る。第1の対向電極190は、アルミニウム合金連続コイル110の第1の表面に平行に配置され得、第2の対向電極195は、アルミニウム合金連続コイル110の第2の表面に平行に配置され得る。アルミニウム合金連続コイル110の第2の表面は、アルミニウム合金連続コイル110の第1の表面に対向するものであり得る。電力は、接触ロール電極180及び/または第1の対向電極190及び第2の対向電極195に印加され得、これにより直流(DC)回路または交流(AC)回路を形成する。第1の対向電極190及び第2の対向電極195に電力を印加することにより、電解質とアルミニウム合金連続コイル110の表面の間の界面での陽極酸化が確実に行われるようにすることができる。いくつかの例では、DC電力が第1の対向電極190及び第2の対向電極195に印加されるとき、第1の対向電極190及び第2の対向電極195は、任意の好適な電極材料になり得る。第1の対向電極190に印加されるDC電力は、約±5ボルトDC(VDC)~約±30VDC(例えば、約±6VDC~約±25VDC、約±7VDC~約20VDC、または約±8VDC~約±15VDC)の範囲であり得る。例えば、第1の対向電極190に印加されるDC電力は、約±5VDC、約±6VDC、約±7VDC、約±8VDC、約±9VDC、約±10VDC、約±11VDC、約±12VDC、約±13VDC、約±14VDC、約±15VDC、約±16VDC、約±17VDC、約±18VDC、約±19VDC、約±20VDC、約±21VDC、約±22VDC、約±23VDC、約±24VDC、約±25VDC、約±26VDC、約±27VDC、約±28VDC、約±29VDC、または約±30VDCであり得る。
場合によっては、DC電力は、1分につき1ボルト(V/分)から約15V/分の速度で、約±5VDCから約±30VDCまで(例えば、約2.5V/分から約12/5V/分まで、約5V/分から約10V/分まで、または約2.5V/分から約15V/分まで)ランピングすることができる。特定の態様では、ランピングは、アルミニウム合金連続コイル110を上述の複数のバイポーラ槽100に通すことによって実行され得る。例えば、アルミニウム合金連続コイル110は、第1のDC電力レベルを印加するように構成された第1のバイポーラ槽100を通過し、次に、任意選択的に第2のDC電力レベルを印加するように構成された第2のバイポーラ槽100を通過することができる。このようにしてアルミニウム合金連続コイル110は、増加するDC電力レベルに曝され、アルミニウム合金連続コイル110を電力ランプアッププロセスにかけることができる。例えば、ランプ速度は、約1V/分、約1.1V/分、約1.2V/分、約1.3V/分、約1.4V/分、約1.5V/分、約1.6V/分、約1.7V/分、約1.8V/分、約1.9V/分、約2V/分、約2.1V/分、約2.2V/分、約2.3V/分、約2.4V/分、約2.5V/分、約2.6V/分、約2.7V/分、約2.8V/分、約2.9V/分、約3V/分、約3.1V/分、約3.2V/分、約3.3V/分、約3.4V/分、約3.5V/分、約3.6V/分、約3.7V/分、約3.8V/分、約3.9V/分、約4V/分、約4.1V/分、約4.2V/分、約4.3V/分、約4.4V/分、約4.5V/分、約4.6V/分、約4.7V/分、約4.8V/分、約4.9V/分、約5V/分、約5.1V/分、約5.2V/分、約5.3V/分、約5.4V/分、約5.5V/分、約5.6V/分、約5.7V/分、約5.8V/分、約5.9V/分、約6V/分、約6.1V/分、約6.2V/分、約6.3V/分、約6.4V/分、約6.5V/分、約6.6V/分、約6.7V/分、約6.8V/分、約6.9V/分、約7V/分、約7.1V/分、約7.2V/分、約7.3V/分、約7.4V/分、約7.5V/分、約7.6V/分、約7.7V/分、約7.8V/分、約7.9V/分、約8V/分、約8.1V/分、約8.2V/分、約8.3V/分、約8.4V/分、約8.5V/分、約8.6V/分、約8.7V/分、約8.8V/分、約8.9V/分、約9V/分、約9.1V/分、約9.2V/分、約9.3V/分、約9.4V/分、約9.5V/分、約9.6V/分、約9.7V/分、約9.8V/分、約9.9V/分、約10V/分、約10.1V/分、約10.2V/分、約10.3V/分、約10.4V/分、約10.5V/分、約10.6V/分、約10.7V/分、約10.8V/分、約10.9V/分、約11V/分、約11.1V/分、約11.2V/分、約11.3V/分、約11.4V/分、約11.5V/分、約11.6V/分、約11.7V/分、約11.8V/分、約11.9V/分、約12V/分、約12.1V/分、約12.2V/分、約12.3V/分、約12.4V/分、約12.5V/分、約12.6V/分、約12.7V/分、約12.8V/分、約12.9V/分、約13V/分、約13.1V/分、約13.2V/分、約13.3V/分、約13.4V/分、約13.5V/分、約13.6V/分、約13.7V/分、約13.8V/分、約13.9V/分、約14V/分、約14.1V/分、約14.2V/分、約14.3V/分、約14.4V/分、約14.5V/分、約14.6V/分、約14.7V/分、約14.8V/分、約14.9V/分、または約15V/分であり得る。
さらにランピング後、通電された電解質浴に約1分~約30分の滞留時間(例えば、約2分~約28分、約3分~約26分、約4分~約25分、約5分~約22.5分、約6分~約20分、約7分~約17.5分、または約8分~約15分)にわたり連続コイルを滞留させることによって連続コイルは陽極酸化されることができる。例えば、連続コイルは、約1分、約1.5分、約2分、約2.5分、約3分、約3.5分、約4分、約4.5分、約5分、約5.5分、約6分、約6.5分、約7分、約7.5分、約8分、約8.5分、約9分、約9.5分、約10分、約10.5分、約11分、約11.5分、約12分、約12.5分、約13分、約13.5分、約14分、約14.5分、約15分、約15.5分、約16分、約16.5分、約17分、約17.5分、約18分、約18.5分、約19分、約19.5分、約20分、約20.5分、約21分、約21.5分、約22分、約22.5分、約23分、約23.5分、約24分、約24.5分、約25分、約25.5分、約26分、約26.5分、約27分、約27.5分、約28分、約28.5分、約29分、約29.5分、または約30分にわたる通電された電解質浴内での滞留時間を有することができる。いくつかの例では、AC電力が第1の対向電極190及び第2の対向電極195に印加されるとき、第1の対向電極190及び/または第2の対向電極195は、任意の好適な電極材料(例えば、グラファイト)であり得る。アルミニウム合金連続コイル110の例では、電解質中の電流の流れが酸素イオンを放出し、それがアルミニウム合金連続コイル110の表面に移動して、アルミニウム合金連続コイル110の表面上でアルミニウムと結合することができ、それによりアルミナ(Al)を形成する。
電解質溶液は、アルミニウム合金連続コイルまたはアルミニウム合金連続コイルの一部(例えば、アルミニウム合金連続コイルの表面)を電解質溶液浴に浸漬することによって適用されることができる。電解質溶液浴の温度は、約20℃~約80℃(例えば、約30℃~約40℃、約20℃~約50℃、約30℃~約60℃、約20℃~約70℃、約50℃~約80℃)であり得る。例えば、電解質溶液浴の温度は、約20°C、約21°C、約22°C、約23°C、約24°C、約25°C、約26°C、約27°C、約28°C、約29°C、約30°C、約31°C、約32°C、約33°C、約34°C、約35°C、約36°C、約37°C、約38°C、約39°C、約40°C、約41°C、約42°C、約43°C、約44°C、約45°C、約46°C、約47°C、約48°C、約49°C、約50°C、約51°C、約52°C、約53°C、約54°C、約55°C、約56°C、約57°C、約58°C、約59°C、約60°C、約61°C、約62°C、約63°C、約64°C、約65°C、約66°C、約67°C、約68°C、約69°C、約70°C、約71°C、約72°C、約73°C、約74°C、約75°C、約76°C、約77°C、約78°C、約79°C、または約80°Cであり得る。任意選択で、電解質溶液は循環されることができ、新しい溶液がアルミニウム合金連続コイルの表面に連続的に曝されることを確実にする。電解質溶液中の成分の濃度は、遊離酸及び全酸の滴定法または誘導結合プラズマ(ICP)のような当業者に既知の技術に従って測定されることができる。例えば、アルミニウム含有量はICPにより測定され、特定の範囲内になるように制御され得る。いくつかの例では、アルミニウム含有量は、約10.0g/L未満になるように制御される。例えば、アルミニウム含有量は、約9.5g/L未満、約9.0g/L未満、約8.5g/L未満、約8.0g/L未満、約7.5g/L未満、約7.0g/L未満、約6.5g/L未満、約6.0g/L未満、約5.5g/L未満、約5.0g/L未満、約4.5g/L未満、約4.0g/L未満、約3.5g/L未満、約3.0g/L未満、約2.5g/L未満、約2.0g/L未満、約1.5g/L未満、約1.0g/L未満、約0.5g/L未満、約0.4g/L未満、約0.3g/L未満、約0.2g/L未満、または約0.1g/L未満であり得る。いくつかの非限定的な例では、電解質溶液がアルミニウム合金連続コイルの表面に噴霧され得る。いくつかの態様では、電解質溶液は約2バールから約4バールの圧力でアルミニウム合金連続コイルの表面に噴霧され得る。例えば、電解質溶液は、2バール、2.1バール、2.2バール、2.3バール、2.4バール、2.5バール、2.6バール、2.7バール、2.8バール、2.9バール、3バール、3.1バール、3.2バール、3.3バール、3.4バール、3.5バール、3.6バール、3.7バール、3.8バール、3.9バール、4バール、またはこれらの間のいずれかの圧力でアルミニウム合金連続コイルの表面に噴霧され得る。さらに、電解質溶液はアルミニウム合金連続コイルの表面への塗布前に加熱され得る。いくつかの非限定的な例では、電解質溶液は、約55℃~約100℃(例えば、約55℃~約90℃、約55℃~約80℃、約55℃~約70℃、約60℃~約100℃、約60℃~約90℃、約60℃~約80℃、約60℃~約70℃、約70℃~約100℃、約70℃~約90℃、または約70℃~約80℃)の温度に加熱され得る。例えば、電解質溶液は、約55°C、56°C、57°C、58°C、59°C、60°C、61°C、62°C、63°C、64°C、65°C、66°C、67°C、68°C、69°C、70°C、71°C、72°C、73°C、74°C、75°C、76°C、77°C、78°C、79°C、80°C、81°C、82°C、83°C、84°C、85°C、86°C、87°C、88°C、89°C、90°C、91°C、92°C、93°C、94°C、95°C、96°C、97°C、98°C、99°C、100°C、またはこれらの間のいずれかの温度に加熱されることができる。
上述のように、対向電極は、システムが通電されたときに接触ロール電極と回路を形成することができる。対向電極は、所望の陽極酸化に応じて、アルミニウム合金連続コイル表面の上に、アルミニウム合金連続コイル表面の下に、またはアルミニウム合金連続コイル表面の上下に設置されることができる。陽極酸化は、バリア層、またはバリア層及びフィラメント層を形成するために、所望の薄い陽極酸化皮膜層の厚さに応じて、約0.4秒~約30分間行われることができる。
薄い陽極酸化皮膜層のリンスと乾燥
陽極酸化後にアルミニウム合金連続コイルの表面が溶媒でリンスされて、陽極酸化後に残っているあらゆる残留電解液を除去する。好適な溶媒には、例えば、水性溶媒(例えば、脱イオン水)、有機溶媒、無機溶媒、pH値特定溶媒(例えば、電解質と反応しない溶媒)、任意の好適な溶媒、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。このリンスは、噴霧または浸漬によって実行されることができる。アルミニウム合金連続コイルの表面から残留電解質を除去し、表面への再沈降を防ぐために溶媒は循環され得る。リンス溶媒の温度は、任意の好適な温度であり得る。
任意選択で、リンス工程の後にアルミニウム合金連続コイルの表面が乾燥され得る。乾燥工程では、コイルの表面からリンス用の水を取り除く。乾燥工程は、例えば、エアドライヤーまたは赤外線ドライヤーまたは任意の他の好適なドライヤーを使用して実施され得る。乾燥工程は、最大5分の期間にわたり実施され得る。例えば、乾燥工程は、5秒以上、10秒以上、15秒以上、20秒以上、25秒以上、30秒以上、35秒以上、40秒以上、45秒以上、50秒以上、55秒以上、60秒以上、65秒以上、または90秒以上、2分以上、3分以上、4分以上、または5分にわたり実施され得る。
化学添加剤層の塗布
本明細書に記載のプロセスは、任意選択の化学添加剤層を薄い陽極酸化皮膜層に塗布する工程をさらに含む。化学添加剤層が塗布され、薄い陽極酸化皮膜層と直接接触するようになっている。上述のように、化学添加剤は、例えば、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤などの表面特性改質剤であり得る。
化学添加剤を塗布すると、薄い陽極酸化皮膜層に添加剤の薄い層が生成される。化学添加剤層は、上述のように、最大約50nmの厚さとなり得る。化学添加剤は、化学添加剤を含む溶液で陽極酸化連続コイルをローリングすることによって、陽極酸化連続コイルに化学添加剤を含む溶液を噴霧することによって、化学添加剤を含む溶液に陽極酸化連続コイルを浸漬することによって、または電気泳動の適用によって適用され得る。硬化工程または化学反応が任意選択で実行され得る。
本明細書に記載の陽極酸化連続コイルを調製する方法は、所望の薄い陽極酸化皮膜層をもたらすために調整される必要がある様々なプロセスパラメータを含む。特定の態様では、例えば、本明細書に記載のシステムが連続コイル処理ラインに配置される場合、所望の薄い陽極酸化皮膜層をもたらすように調整される必要がある様々なプロセスパラメータは、上述の連続コイル処理ラインのライン速度に依存する。例えば、印加電力の変動は、絶縁破壊、厚さ、均一性のような薄い陽極酸化皮膜層の特性に影響を与えることがある(例えば、速いライン速度は高い電力印加量を要し得る)。他の例では、ライン速度は、薄い陽極酸化皮膜層の厚さ、均一性、及び欠陥発生に影響を与えることがある。従って、所望の特性を有する薄い陽極酸化皮膜層を形成することは、連続プロセスの所定のライン速度によって影響される広範なプロセスパラメータの選択を必要とし得る。
本明細書に記載にシステム及び方法は、金属製品バッチ処理する必要なく、表面特性の多様性を有する金属製品を提供する能力を提供している。例えば、本明細書に記載のシステム及び方法を金属製品生産ラインに採用することで、金属製品を洗浄する能力、金属製品を陽極酸化する能力、金属製品を前処理する能力、またはそれらの任意の組み合わせを提供することができる。さらに、本明細書に記載のシステム及び方法は、上述のような様々な金属の製造に採用することができる。さらなる例では、本明細書に記載のシステム及び方法は、任意の好適な厚さ(例えば、任意の好適なゲージ)を有する金属製品に適用されることができる。さらに、本明細書に記載のシステム及び方法は、金属製品のその場での洗浄、その場での陽極酸化、及び/またはその場での前処理のためにより速く、より効率的で、より費用効果が高く、そしてより柔軟性のあるプロセス(例えば、多様な表面特性を有する金属製品または連続コイルを提供することができるプロセス)を提供する。
使用方法
本明細書に記載の連続コイルは、なかでも、自動車、電子機器、及び、例えば、商用車、航空機、または鉄道用途のような輸送用途で使用するための製品を含む製品形成で使用されることができる。本明細書に記載の連続コイル及び方法は、様々な用途で望まれる表面特性を備えた製品を提供する。本明細書に記載の製品は、高強度、高変形能(伸長、スタンピング、シェーピング、成形性、曲げ性、または熱間成形性)、高強度及び高変形能、ならびに高い耐食性を有することができる。連続コイルの表面前処理として薄い陽極酸化皮膜を採用することで、この前処理を破壊することなく変形可能な製品を提供する。例えば、特定のポリマーベースの前処理皮膜は、アルミニウム合金製品を形成するために使用される曲げ工程の間に破壊することがある。
いくつかのさらなる態様では、前処理として薄い陽極酸化皮膜を使用することにより、前処理を損傷することなく熱処理可能な前処理されたアルミニウム合金製品が提供される。例えば、アルミニウム合金物品を成形するために熱間成形法が適用されることができる。いくつかの例では、熱間成形は、アルミニウム合金製品を約3℃/秒~約90℃/秒の加熱速度で約100℃~約500℃の温度に加熱すること、アルミニウム合金物品を形成するためにアルミニウム合金製品を変形させること、任意選択で変形工程を繰り返すこと、及び製品を冷却することを含むことができる。特定の前処理は、そのような温度に耐えることができず、前処理皮膜の特性を損なうが、そのような前処理では前処理としての薄い陽極酸化皮膜は薄い陽極酸化皮膜に損傷を与えることなく高温に耐えることができる。
特定の態様では、本明細書に記載の方法に従って調製された製品はコーティングされ得る。例えば、これらの製品には、リン酸亜鉛処理及び電着塗装(Eコート)を施すことができる。薄い陽極酸化皮膜層及び化学添加剤層を含有する本明細書に記載の連続コイルは、薄い陽極酸化皮膜及び化学添加剤層を含有しない連続コイルと比較して、改善されたコーティングの付着性を示す。さらに、コーティング加工の一部として、コーティングが施された試料は、Eコートを乾燥させるために、薄い陽極酸化皮膜及び化学添加剤層を維持しながら、約180℃で約20分間にわたりベーキングされ得る。
いくつかのさらなる態様では、本明細書に記載の連続コイルは、連続コイルの表面へのラミネートまたはラッカー皮膜の高レベルの付着性を示す。さらに、ラミネート及びラッカーは、塗布後に最大約230°Cの温度で硬化され得る。薄い陽極酸化皮膜層及び化学添加剤層を含有する本明細書に記載の連続コイルは、アルミニウム合金製品の特定の下流処理で使用される高温によって損傷を被らず、アルミニウム合金製品に耐熱性前処理を提供する。
いくつかの非限定的な例では、アルミニウム合金製品ならびに第2の金属及び/または合金が結合され、ラップ、エッジ、バット、Tバット、ヘム、Tエッジ、などを含む任意の好適な構成の接合部を形成することができる。接合は、例えば、抵抗スポット溶接(RSW)によって行うことができる。例えば、圧縮力(例えば、鍛造力)及び電流が溶接されるアルミニウム合金製品及び第2の金属に加えられることができる。1つの非限定的な例によれば、アルミニウム合金製品及び第2の金属は、2つ以上の電極(例えば、限定するものではないが、銅、鋼、またはタングステン電極、もしくは所望の導電率を供給するための任意の電極)の間に配置されることができる。アルミニウム合金製品及び第2の金属は、2つ以上の電極間の任意の配向、構成、または方向に配置されることができる。
いくつかの例では、本明細に記載の連続コイルは、高強度鋼の完全な、または部分的な代用としての役割を果たす強度を得るために、シャーシ、クロスメンバー、及びシャーシ内コンポーネント(商用車のシャーシの2つのCチャンネル間のすべてのコンポーネントを包含するが、これらに限定されない)に使用されることができる。特定の例では、合金は、O、F、T4、T6、またはT8の質別で使用されることができる。特定の態様では、合金及び方法は、自動車の車体部品製品を製造するために使用することができる。例えば、開示された合金及び方法は、自動車車体部品、例えば、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強材(例えば、Aピラー、Bピラー、及びCピラー)、インナーパネル、サイドパネル、フロアパネル、トンネル、構造パネル、補強パネル、インナーフード、またはトランクリッドパネルを調製するために使用することができる。開示されたアルミニウム合金及び方法は、例えば、外部及び内部パネルを調製するための、航空機または鉄道車両用途で使用することもできる。
記載の合金及び方法は、携帯電話及びタブレットコンピュータを含む電子デバイス用のハウジングを調製するために使用することもできる。例えば、合金は、陽極酸化の有無にかかわらず、携帯電話(例えば、スマートフォン)のアウターケーシング用のハウジング及びタブレットボトムシャーシを調製するために使用することができる。例示的な消費者向け電化製品としては、携帯電話、オーディオデバイス、ビデオデバイス、カメラ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、テレビ、ディスプレイ、家電機器、ビデオ再生録画デバイスなどが挙げられる。例示的な家庭用電化製品部品としては、消費者向け電化製品の外側のハウジング(例えば、ファサード)及び内側の部品が挙げられる。
特定の態様では、電子デバイス用基材を調製するために記載された合金及び方法がさらに使用され得る。例えば、電子デバイス用基材は、積層電子デバイス(例えば、サンドイッチスタイル)を調製するために、導電層(例えば、連続コイルなどのアルミニウム合金基材)及び誘電体層(例えば、薄い陽極酸化皮膜層)を含むことができる。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜層(本明細書では薄い陽極酸化皮膜とも称される)は、アルミニウム合金基材に半導体特性をもたらすように構成されている。半導体特性には、調節可能及び/または調整可能な材料の導電率が含まれる。場合によっては、アルミニウム合金基材上に薄い陽極酸化皮膜を堆積させることにより、アルミニウムの導電率を低下させることができる。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜は、アルミニウム合金を非導電性(例えば、絶縁体)にすることができる。例えば、アルミニウム合金は本質的に導電性であるが、Alを含むアルミニウム合金基材上に堆積された薄い陽極酸化皮膜は、非導電性及び/または高誘電率(すなわち、high-k)皮膜である。薄い陽極酸化皮膜は、アルミニウム合金基材の少なくとも1つの表面の少なくとも一部に堆積することができる。場合によっては、アルミニウム合金の表面全体に薄い陽極酸化皮膜が含まれることがある。例えば、薄い陽極酸化皮膜は、電子デバイス用領域を画定するために、アルミニウム合金基材の表面上に合理的にパターン化されることができる。場合によっては、アルミニウム合金基材を切断して、薄い陽極酸化皮膜を有するデバイス用基材を提供することができる。いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜は、電子デバイス用基材を提供するのに適した任意の形状を有することができ、またはアルミニウム合金基材を任意の好適な形状に切断して、電子デバイス用基材を提供することができる。
特定の態様において、薄い陽極酸化皮膜は、アルミニウム合金表面にわたって均一な厚さを有する。薄膜(例えば、薄い陽極酸化皮膜)の誘電特性は、薄膜のパラメータに依存することがある。例えば、誘電特性は、デバイス及び/またはデバイス用基材の表面積に比例することができ、薄膜の厚さに反比例することができる。このため、安定した均一な電子デバイス用基材を提供するには、本明細書に記載の均一な薄い陽極酸化皮膜を提供することが必要となる。さらに、薄い陽極酸化皮膜は、表面モフォロジー(例えば、表面粗さ)に適合し、電子デバイス及び/または電子デバイス用基材の領域にわたり均一な厚さをさらに提供する。いくつかの態様では、薄い陽極酸化皮膜には、約20nmを超える直径を有するピンホール(例えば、薄い陽極酸化皮膜は、最大約20nm、最大約15nm、最大約10nm、最大約5nm、最大約1nm、最大約0.5nm、最大約0.25nm、または最大約0.1nmの直径を有するピンホールを有することができる)、及び/または約1nm未満の厚さを有するピンスポットがない。ピンホールは、積層デバイス内で短絡を引き起こし得る薄い陽極酸化皮膜内のボイドである。例えば、積層デバイスが、アルミニウム合金基材(例えば、第1の導体)、薄い陽極酸化皮膜(例えば、誘電体)、及び薄い陽極酸化皮膜上に堆積された第2の導電層を含む場合、導電経路がピンホール内に設けられることがあり、これにより、アルミニウム合金導体と第2の導電層の間を電流が自由に流れ、短絡を生じさせる。さらに、本明細書で使用されるピンスポットは、薄い陽極酸化皮膜が薄い陽極酸化皮膜の残りの厚さよりも薄い、様々な厚さを有する領域である。上述のように、薄い陽極酸化皮膜の誘電特性は厚さに反比例している。このため、薄い陽極酸化皮膜のより薄い部分は、電界及び/または電流が印加されると、絶縁破壊及び/または皮膜損傷を経験することがある。
いくつかの例では、薄い陽極酸化皮膜層は、アルミニウム合金の領域にわたって均一な誘電率(k)を有する。特定の態様では、薄い陽極酸化皮膜は、少なくとも約±10ボルト(V)の破壊電圧(例えば、少なくとも約±11V、少なくとも約±12V、少なくとも約±13V、少なくとも約±14V、少なくとも約±15V、少なくとも約±16V、または少なくとも約±17V)を有する。本明細書に記載のように、破壊電圧は、本明細書に記載の薄い陽極酸化皮膜を有する電子デバイスに印加されたときに、薄い陽極酸化皮膜の誘電特性が印加電圧によって克服され、電流が誘電体層(例えば、薄い陽極酸化皮膜)にわたって流れることができる電圧である。例えば、コンデンサは電極間に配置された誘電体層を有する2つの導電性電極を含む。コンデンサに電圧が印加されると、電界が誘電体層にわたって電子を駆動するのに十分な強さになるまで、電子が1つの電極に蓄積され、コンデンサが放電される。このため、コンデンサが放電すると、誘電体層で絶縁破壊が発生する。
さらなる例では、薄い陽極酸化皮膜は、電子デバイスのリーク電流を最小限に抑えるように構成されている。例えば、薄い陽極酸化皮膜は、最大約±100ナノアンペア(nA)(例えば、最大90nA、最大80nA、最大70nA、最大60nA、最大50nA、最大40nA、最大30nA、最大20nA、最大10nA、最大1nA、最大90ピコアンペア(pA)、最大50pA、または最大1pA)のリーク電流を有することができる。本明細書で説明するように、リーク電流は、破壊電圧よりも低い印加電圧で誘電体層(例えば、薄い陽極酸化皮膜)にわたって伝播することができる電流の量である。場合によっては、デバイスの欠陥及び/または他のデバイスの不規則性は、リーク電流として示される電流が誘電体層を通って漏れることを可能にしている。本明細書に記載の薄い陽極酸化皮膜は、無視できる量の電流が誘電体層を通って漏れることを可能にする。
場合によっては、薄い陽極酸化皮膜は、最大100メガヘルツ(MHz)(例えば、最大90MHz、最大80MHz、最大70MHz、または最大60MHz)で安定している。従って、薄い陽極酸化皮膜に印加される高周波電気は、本明細書に記載の電子デバイス用基材を使用して提供するデバイスが使用されるとき(例えば、回路内のコンデンサとして使用されるとき)、薄い陽極酸化皮膜を損傷しない。
いくつかの非限定的な例では、電子デバイス用基材は、エネルギー貯蔵装置用の基材、エネルギーハーベスティング装置用の基材、エネルギー消費装置用の基材、または回路コンポーネント用の基材を含む。例えば、エネルギー貯蔵装置は、コンデンサ、超コンデンサ、バッテリー、及び/または充電式バッテリーであり得る。場合によっては、エネルギーハーベスティング装置は光起電装置であることがある。さらに、エネルギー消費装置は、発光ダイオード、有機発光ダイオード、メモリモジュール、エレクトロ音声デバイス、及び/またはエレクトロクロミックデバイスであり得る。さらなる例では、回路コンポーネントは、ダイオード、整流ダイオード、抵抗器、トランジスタ、メモリスタ、任意の好適な回路コンポーネント、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。
実例
実例1は、アルミニウム合金連続コイルを含む陽極酸化連続コイルであり、前記アルミニウム合金連続コイルの表面は、薄い陽極酸化皮膜層及び化学添加剤層を含む。
実例2は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化された連続コイルであり、前記薄い陽極酸化皮膜層はバリア層を含む。
実例3は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記バリア層は最大約25nmの厚さである。
実例4は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記薄い陽極酸化皮膜層はフィラメント層をさらに含む。
実例5は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記フィラメント層は、約25nm~約75nmの厚さである。
実例6は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記薄い陽極酸化皮膜層は、約100nm未満の厚さである。
実例7は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記化学添加剤層は、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤を含む。
実例8は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記化学添加剤層は、最大約50nmの厚さである。
実例9は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルであり、前記アルミニウム合金連続コイルが、1xxxシリーズのアルミニウム合金、3xxxシリーズのアルミニウム合金、5xxxシリーズのアルミニウム合金、6xxxシリーズのアルミニウム合金、または7xxxシリーズのアルミニウム合金を含む。
実例10は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法による陽極酸化連続コイルから調製されたアルミニウム合金製品である。
実例11は、いずれかの前述または後述の実例に記載のアルミニウム合金製品であり、前記アルミニウム合金製品は、電子デバイス用基材、自動車車体部品、航空宇宙用構造部品、輸送用車体部品、輸送用構造部品、または電子デバイス用ハウジングを含む。
実例12は、陽極酸化連続コイルを製造する方法であり、金属連続コイルを提供することであって、前記金属連続コイルが事前に選択されたライン速度を有する金属処理ラインで処理される、前記提供することと、アルミニウム合金連続コイルの表面を酸性溶液でエッチングすることと、薄い陽極酸化皮膜層を形成するために電解質中で前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面を陽極酸化することであって、陽極酸化パラメータが前記金属処理ラインの前記事前に選択されたライン速度に調整される、前記陽極酸化することと、化学添加剤層を形成するために、化学添加剤を前記薄い陽極酸化皮膜層に塗布することと、を含む。
実例13は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は酸化アルミニウム層を含む。
実例14は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は、約100nm未満の厚さである。
実例15は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記化学添加剤層は、最大約50nmの厚さである。
実例16は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記電解質がリン酸を含む。
実例17は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記エッチングの工程前に前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面にクリーナーを塗布することをさらに含む。
実例18は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記陽極酸化の工程後に前記薄い陽極酸化皮膜層をリンスすることをさらに含む。
実例19は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記アルミニウム合金連続コイルが、1xxxシリーズのアルミニウム合金、3xxxシリーズのアルミニウム合金、5xxxシリーズのアルミニウム合金、6xxxシリーズのアルミニウム合金、または7xxxシリーズのアルミニウム合金を含む。
実例20は、いずれかの前述または後述の実例に記載の方法であり、前記化学添加剤層が、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤を含む。
実例21は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルを製造するためのシステムであり、バイポーラ槽であって、第1のグラファイト対向電極及び第2のグラファイト対向電極を含む前記バイポーラ槽と、交流源であって、前記バイポーラ槽に交流電流を供給するように構成されている前記交流源と、少なくとも1つのスキージローラーであって、連続コイルの表面から残留上流処理液体を除去するように構成されている前記少なくとも1つのスキージローラーと、少なくとも1つの電解質分配ノズルと、少なくとも1つのコーティングされたステンレス鋼ローラーであって、前記システムを通り前記連続コイルをガイドするように構成されている前記少なくとも1つのコーティングされたステンレス鋼ローラーと、を含む。
実例22は、いずれかの前述または後述の実例に記載の陽極酸化連続コイルを製造するためのシステムであり、接触ロール電極と、少なくとも1つの対向電極と、前記接触ロール電極に電流を供給するように構成された電流源であって、前記電流が直流または交流である、前記電流源と、少なくとも1つのスキージローラーであって、前記システムを通して連続コイルをガイドし、前記連続コイルの表面から残留上流処理液体を除去するように構成されている前記少なくとも1つのスキージローラーと、少なくとも1つの電解質分配ノズルと、を含む。
実例23は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、アルミニウム合金連続コイル及び薄い陽極酸化皮膜層を含み、前記薄い陽極酸化皮膜層は前記アルミニウム合金連続コイルに半導体特性を提供するように構成され、前記薄い陽極酸化皮膜は前記アルミニウム合金連続コイルの表面の領域に配置されている。
実例24は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面の前記領域にわたって均一な厚さを含む。
実例25は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記均一な厚さは前記アルミニウム合金連続コイルの表面モフォロジーに適合するように構成されている。
実例26は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面の前記領域にわたる前記均一な厚さにはピンホール及びピンスポットがない。
実例27は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面の前記領域にわたり均一な誘電率を備える。
実例28は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面の前記領域にわたり破壊電圧を備える。
実例29は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記破壊電圧は少なくとも約10ボルトを含む。
実例30は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面の前記領域にわたりリーク電流を備える。
実例31は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記リーク電流は最大約100ナノアンペアを含む。
実例32は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記薄い陽極酸化皮膜層は約100メガヘルツの周波数まで安定している。
実例33は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記アルミニウム合金連続コイルは導電層を含み、前記薄い陽極酸化皮膜層は誘電体層を含む。
実例34は、いずれかの前述または後述の実例に記載の電子デバイス用基材であり、前記電子デバイス用基材は、エネルギー貯蔵装置用の基材、エネルギーハーベスティング装置用の基材、エネルギー消費装置用の基材、または回路コンポーネント用の基材である。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立つが、しかしながら、そのいかなる限定も構成しない。これに対して、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の趣旨から逸脱することなく当業者らにそれ自体を示唆し得る、種々の実施形態、それらの修正及び均等物が用いられ得ると明らかに理解されるべきである。
実施例1
図2は、本明細書に記載の方法によって製造された例示的な合金を選択した抵抗スポット溶接(RSW)に必要とされる最小電流を示すグラフである。合金AA611、AA5182、及びAA6014のすべてが、本明細書に記載の方法に従って形成され、陽極酸化された。理論に拘束されないが、抵抗スポット溶接中、最適なパラメータには、溶接される表面間の高い表面抵抗(例えば、溶接部位で互いに接触している)が含まれ、界面で抵抗加熱を生成して溶接を形成する。さらに、溶接チップと溶接チップと接触する表面との間の界面(例えば、溶接チップ界面)での低い表面抵抗は、RSWをさらに最適化することができる。このため、溶接チップ界面側を提供するために薄い陽極酸化皮膜層は、連続コイルの片側に設けられるか、または(例えば、すべての表面が陽極酸化された場合)連続コイルの側から除去されることができる。場合によっては、薄い陽極酸化皮膜層は、溶接チップが薄い陽極酸化皮膜層を貫通できるように、または電流が溶接チップから表面に自由に流れることを可能にする最小限の抵抗を提供するように構成されている。従って、RSWは、溶接チップ界面での低抵抗と溶接部位での高抵抗によって最適化されることができる。実験の目的で、図2の溶接トライアルの前に、選択したサンプルから薄い陽極酸化皮膜層は除去された(「TSR」(上面除去)と称される)。溶接中に薄い陽極酸化皮膜層が無傷のサンプルを「AR」(受け取った状態)と称する。薄い陽極酸化皮膜層(AR)を備えた合金サンプルは、薄い陽極酸化皮膜層を除去した同様の合金サンプルと比較して、より高い溶接電流を必要としたが、AA5182合金のサンプルではわずかに高いのみであった。薄い陽極酸化皮膜層を除去して溶接された合金サンプル(TSR)では、RSW中に前処理の薄い陽極酸化皮膜を貫通することがシミュレートされ、ここでは電極は、より抵抗性の高い前処理の薄い陽極酸化皮膜層をバイパスして、アルミニウム合金製品に直接接触され得る。前処理の薄い陽極酸化皮膜層を通して実行される抵抗スポット溶接は、溶接を成功させるためにより多くの電流を必要とした。
実施例2
図3は、本書に記載されている方法に従って製造、陽極酸化、そして溶接されたアルミニウム合金サンプルのデジタル画像を示している。図3において、パネルAは、25nm厚の薄い陽極酸化皮膜層を有する2mm厚のゲージのAA6111合金を示している。図3において、パネルBは、RSWの前に25nm厚の薄い陽極酸化皮膜層が除去されたため、薄い陽極酸化皮膜層を有さない2mm厚のゲージのAA6111合金を示している。溶接前に薄い陽極酸化皮膜層を除去し、電極が薄い陽極酸化皮膜層を貫通する溶接をシミュレートした。RSW溶接ボタン310は、溶接が発生したスポットを定めている。
図4は、本明細書に記載の方法に従って製造され、陽極酸化され、溶接され、そして変形されたアルミニウム合金サンプルのデジタル画像である。アルミニウム合金サンプルをボタンプル実験にかけた。このボタンプル実験は、成功した溶接を示した。
図5と図6は、抵抗スポット溶接されたアルミニウム合金サンプルの断面顕微鏡写真を示している。これらの図は、アルミニウム合金サンプルの抵抗スポット溶接(RSW)が成功したことを示しており、薄い陽極酸化皮膜層がRSWによる接合を妨げることなく接着を促進したことを示している。
実施例3
図7は、薄い陽極酸化皮膜層720を有するアルミニウム合金710の断面顕微鏡写真である。薄い陽極酸化皮膜層720が、99.99重量%のAl、及び約0.005重量%のCuを含有するアルミニウム合金上に形成された。陽極酸化に使用された電解質は五ホウ酸アンモニウムであり、陽極酸化は31°Cの電解質温度で実行された。図7に示されるように、薄い陽極酸化皮膜層720は、アルミニウム合金710の表面モフォロジーに適合している。さらに、薄い陽極酸化皮膜層720は、欠陥がなく、顕微鏡写真に示されるように、約24nmの均一な厚さを有している。
上記で引用したすべての特許、刊行物、及び抄録は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的の達成において記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることを認識されたい。以下の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することがなく、その多数の修正及び適応が、当業者に容易に明らかになる。

Claims (20)

  1. アルミニウム合金連続コイルを含み、前記アルミニウム合金連続コイルの表面が、最大20nmの直径を有するピンホールを許容する無孔酸化アルミニウムから構成される二層構造の薄い陽極酸化皮膜層及び化学添加剤層を含む、陽極酸化連続コイル。
  2. 前記薄い陽極酸化皮膜層がバリア層を含む、請求項1に記載の陽極酸化連続コイル。
  3. 前記バリア層が最大25nmの厚さである、請求項2に記載の陽極酸化連続コイル。
  4. 前記薄い陽極酸化皮膜層が100nm未満の厚さである、請求項1~3のいずれかに記載の陽極酸化連続コイル。
  5. 前記化学添加剤層が、付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤を含み、前記化学添加剤層が、最大50nmの厚さである、請求項1~4のいずれかに記載の陽極酸化連続コイル。
  6. アルミニウム合金製品が電子デバイス用基材、自動車車体部品、航空宇宙用構造部品、輸送用車体部品、輸送用構造部品、または電子デバイス用ハウジングを含む、請求項1~5のいずれかに記載の陽極酸化連続コイルから調製されたアルミニウム合金製品。
  7. 金属連続コイルを提供することであって、前記金属連続コイルが事前に選択されたライン速度を有する金属処理ラインで処理される、前記提供することと、
    アルミニウム合金連続コイルの表面を酸性溶液でエッチングすることと、
    最大20nmの直径を有するピンホールを許容する無孔酸化アルミニウムから構成される二層構造の薄い陽極酸化皮膜層を形成するために電解質中で前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面を陽極酸化することであって、少なくとも印加電力を含む陽極酸化パラメータが前記金属処理ラインの前記事前に選択されたライン速度に調整されていることと、
    化学添加剤層を形成するために化学添加剤を前記薄い陽極酸化皮膜層に塗布することと、を含む、陽極酸化連続コイルを製造する方法。
  8. 前記薄い陽極酸化皮膜層が酸化アルミニウム層を含み、前記薄い陽極酸化皮膜層が100nm未満の厚さである、請求項7に記載の方法。
  9. 前記化学添加剤層が最大50nmの厚さであり、前記化学添加剤層が付着促進剤、カップリング剤、腐食防止剤、または前処理剤を含む、請求項7または8に記載の方法。
  10. 前記エッチングの工程の前に前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面にクリーナーを塗布することをさらに含み、前記陽極酸化の工程の後に前記薄い陽極酸化皮膜層をリンスすることをさらに含む、請求項7~9のいずれかに記載の方法。
  11. 請求項1~5のいずれかに記載の陽極酸化連続コイルから調製された電子デバイス用基材。
  12. 前記薄い陽極酸化皮膜層が前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面領域にわたり均一な厚さを備える、請求項11に記載の電子デバイス用基材。
  13. 前記均一な厚さが前記アルミニウム合金連続コイルの表面モフォロジーに適合するように構成されている、請求項12に記載の電子デバイス用基材。
  14. 前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面領域にわたる前記均一な厚さが、ピンホール及びピンスポットを有していない、請求項12または13に記載の電子デバイス用基材。
  15. 前記薄い陽極酸化皮膜層が前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面領域にわたり均一な誘電率を備える、請求項11~14のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
  16. 前記薄い陽極酸化皮膜層が前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面領域にわたり破壊電圧を含み、前記破壊電圧が少なくとも10ボルトを含む、請求項11~15のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
  17. 前記薄い陽極酸化皮膜層が前記アルミニウム合金連続コイルの前記表面領域にわたりリーク電流を備え、前記リーク電流が最大100ナノアンペアを備える、請求項11~16のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
  18. 前記薄い陽極酸化皮膜層が100メガヘルツの周波数まで安定している、請求項11~17のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
  19. 前記アルミニウム合金連続コイルが導電層を含み、前記薄い陽極酸化皮膜層が誘電体層を含む、請求項11~18のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
  20. 前記電子デバイス用基材がエネルギー貯蔵装置用の基材、エネルギーハーベスティング装置用の基材、エネルギー消費装置用の基材、または回路コンポーネント用の基材である、請求項11~19のいずれか一項に記載の電子デバイス用基材。
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