JPH02310347A - 安定した青みグレー色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウム合金材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、硫酸浴による陽極酸化処理を施して利用され
るアルミニウム合金鋳塊およびその加工材の製造法に関
するものであって、建材、器物、装飾品等の外観を美し
くし、同時に耐食性を向上させるものである。

［従来の技術］ 現在、硫酸浴による通常の陽極酸化処理でグレー色皮膜
を得る合金としてはＡｌ−Ｆｅ系およびＡｌ−５ｉ系が
知られている。Ａｔ−Ｆｅ系では青みグレーで、Ａｌ−
５ｔ系では赤みグレーを呈する。Ａｔ−Ｆｅ系ではＡｌ
６Ｆｅ化合物が、Ａｌ−３ｉ系ではＳｉ粒子が陽極酸化
処理後、皮膜中に残存して白色光の反射を妨げる（波長
の一部を吸収する）ためグレー色を呈すると考えられて
いる。

青みグレー色の得られるＡｌ−Ｆｅ系合金の場合、鋳造
時の冷却速度により晶出相（Ａ　１３Ｆｅ、Ａｌ　＆　
Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅ）が変化する。

また、Ｓｔが添加されている場合、上記のＡｌ−Ｆｅ化
合物以外にＡｌ−Ｆｅ−３ｉ化合物が析出し、５ｉｊｌ
が増加するとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｔ化合物が多くなる。陽極
酸化処理後の皮膜色は、晶出相の種類およびその粒径と
その分布状態で大きく変化するために、鋳塊の段階で皮
膜色の安定化がある程度状ってしまう。

皮膜色のばらつきとしては、局部的なもの（加工材の陽
極酸化皮膜に生じる線状または帯状ストリーク）と全体
的なもの（加工の長手方向や幅方向の色差）があり、工
業的レベルで量産する際に大きな問題となっている。

従来、これらの皮膜色のばらつきの軽減策として、 ■　Ｆ　ｅ　／　Ｓ　ｉ比を規制する方法（特開昭６１
＝１０４０４４号、開開８１−１１０７４１号）■　鋳
造方法を改良する方法（特開昭５７−１９４２９４号） ■　鋳塊冷却速度と熱処理方法を改良する方法（特公昭
６０−５６７７２号） ■　添加元素による方法（特公昭５６−１２３０１号、
同５７−１５１８６号、同５ｇ−６７７４号、同５８−
１０４５５号、特開昭６２−２０２０４２号）等が提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記■の方法によると、もみの木組織による局部的な皮
膜色のばらつきは軽減できるが、全体的な皮膜色のばら
つきを軽減することは難しかった。

■の方法によると、溶湯の乱流による凝固組織の不均一
性を軽減し、局部的な皮膜色のばらつきを軽減できるが
、■と同様に全体的な皮膜色ばらつきには効果が小さか
った。

■の方法では全体的な皮膜色のばらつきには効果がある
が、鋳塊組織から起因する局部的な皮膜色のばらつきに
は効果が小さかった。

■の方法ではＡｌ６Ｆｅ化合物の分散状態を安定化でき
、局部的、全体的なものの両方の皮膜色のばらつきを軽
減できる。

しかし、従来の方法のうちＮｉまたはＭｎの添加、Ｃａ
またはＢの添加の場合（特公昭５６−１２３０１号、同
５８−６７７４号、同５Ｂ−１０４５５号、特開昭８２
−２０２０４２号）、最近の厳しい皮膜色安定の要求に
は充分な効果は得られていなかった。

また、本発明と同じ成分を請求している特公昭５７−１
５１８８号の場合は安定した陽極酸化皮膜は得られるが
、Ｆｅ１ｌｔが０．１〜１．０％であるためグレー色を
得にくい。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者らは、よりグレー色の色調のばらつき
を軽減し、最近の厳しい皮膜色の安定化の要求に答える
べく鋭意研究したところ、造塊時の共晶化合物の種類、
量、大きさ、分散を添加元素と冷却速度の組合せで制御
し、表面処理の面でも苛性エツチングによる粗面化を均
一にさせることで皮膜色のばらつきが大幅に軽減するこ
とを見出した。

つまり本発明は、１．０％＜ＦｅＳ２．２％、０．０３
％≦Ｓｉ≦１．０％、０．００５％≦Ｃｕ≦０．５％と
０．０５％≦Ｎｉ≦１．２％あるいはさらに０．１％≦
Ｍｇ≦０．５％を含み、残部Ａ１と不可避的不純物から
成るアルミニウム合金を溶解し、これを１〜ｂ としたことを特徴とする安定した青みグレー色の陽極酸
化皮膜を生成するアルミニウム合金鋳塊の製造方法およ
び、上記における合金鋳塊を５５０℃より低い温度で圧
延、押出し、熱処理の組合せからなる加工熱処理法で加
工してなる安定した青みグレー色の陽極酸化皮膜を生成
するアルミニウム合金材の製造方法である。

アルミニウム合金の陽極酸化皮膜色を安定化するには、
Ａ１５Ｆｅ、Ａｌ６Ｆｅ。

Ａ　ｌ　ａａ　Ｆ　ｅ　ｚ　Ａ　Ｉ　　Ｆ　ｅ　　Ｓ　
を等の化合物（以下共晶化合物という）粒子の種類、量
、大きさ、分散を制御する必要がある。これらの化合物
は凝固時に生成する共晶化合物で、その生成には成分お
よび鋳造条件、特に冷却速度（凝固速度）の影響が大き
い。したがって、皮膜色を安定化するには鋳造条件によ
って共晶化合物の生成が変動しにくいような成分を調合
すると都合がよい。

そこで、各種元素をＡｌ−Ｆｅ合金に添加し冷却速度と
陽極酸化皮膜色との関係を調べた結果、Ｎｉを添加する
と特にＡ１ｂＦｅ化合物の生成が安定し、かつ、共晶化
合物の分散が微細均一になるために皮膜の色調が安定化
することが明らかになった。そこで本発明は上記の如き
構成をとったのである。

本発明における請求範囲の限定理由は下記のとおりであ
る。

Ｆｅ　：　Ｆｅはその含有量に応じて淡い青みグレー色
から濃い青みグレー色に渡り広い範囲の陽極酸化皮膜色
を与える。しかし、その含有量が１．０％以下ではグレ
ー色を発せず、２．２％より多くなると粗大なＡｌ３Ｆ
ｅの初晶化合物を生じるため、圧延、押出し加工の時表
面欠陥を発生させる原因となり好ましくない。また、Ｆ
ｅの含有量が増加すると陽極酸化皮膜の欠陥が増し皮膜
の耐候性も低下するため２．２％以下が好ましい。

Ｎｉ：Ｎｉの添加は、Ａ１５Ｆｅ化合物の生成が安定し
、かつ共晶化合物の分散が微細均一になるため陽極酸化
皮膜色が安定する。

しかし、Ｎｉを０．０５％未満にした場合では、冷却速
度による共晶化合物の生成が変動しやすく、皮膜色の変
動を抑える効果が期待できない。また、Ｎｉを１．２０
％より多く添加した場合では冷却速度による共晶組織の
生成が不安定になり、皮膜色のばらつきが生じる原因に
なる。

Ｓｉ　：Ｓｉはその含有量が少ない方が好ま−しく、１
．０％より多くなるとＡ１ｂＦｅ化合物よりＡｌ−Ｆｅ
−８ｔ化合物が生成しやすくなり、青みグレー色が得ら
れなくなる。しかも、固溶５ｉｆｆｉの増加により加熱
時に単体Ｓｔが析出しやすく、加熱時の皮膜色のばらつ
きを生じやすくなる。また、Ｓｉを０．０３％より少な
くすることは、地金純度を高くしなければならなくなり
、経済的な利点が失われる。

Ｃｕ　：　Ｃｕはその添加によりエツチング性がよくな
り、その結果陽極酸化皮膜色が均一になるが、０．５％
よりも多く添加されると陽極酸化皮膜色が不均一なもの
となるので好ましくない。また、Ｃｕを０．００５％よ
り少なくすることは、上記効果が得られない。

Ｍｇ　：　Ｍｇはグレー発色性を損わずに強度を向上す
るのに効果のある元素である。その添加量が０．５％よ
り多いと加工性を著しく劣化させるため好ましくない。

また、０．１％より少ないと高強度化の効果が得られな
い。

その他成分二合金溶製に際し結晶組織改善のためしばし
ば添加される　０．１％までのＴｉおよび０．０５％ま
でのＢの添加は、本発明合金材料の陽極酸化皮膜色の安
定化に特に影響がないので差支えない。

冷却速度：冷却速度が１℃／ｓｅｃ以下ではより小さい
範囲では、凝固で生成する共晶組織が粗になりストリー
クの原因となる。また、冷却速度が５０℃／ｓｅｃを超
えると発色に寄与する共晶化合物の生成が少なくなり、
グレー色が得られにくくなる。

加工熱処理温度二元色に寄与する化合物は５５０℃以上
の熱処理によって溶入化するため、グレー色が得られに
くくなる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１（鋳塊における冷却速度と皮膜色の関係） 表１に示すアルミニウム合金について冷却速度と陽極酸
化皮膜色の関係を調べた。

冷却速度は熱電対を鋳型内に固定し溶湯が凝固するとき
の温度変化を測定し、得られた温度一時間線図の傾きか
ら求めた。

冷却速度を測定して製造した鋳塊に厚さ１５μＩＩＩの
陽極酸化皮膜を表２に示す陽極酸化処理条件でつけ、そ
の陽極酸化皮膜色を測定した。

皮膜の測色は、β。／４２．タイプの７１！ＩＩ色計（
日本重色工業■製ＮＤＩＯＩＤ）を用いた。測定場所は
、鋳塊の冷却速度を測定したところとした。また、各々
鋳込み方向（０″、１８０’　）　、鋳込み方向と直角
の方向（９０”、２７０°）の４方向から測色し、その
平均値を求め測色値とした。表色系はＬａｂ　　表色系
とした。

Ｌ　値は明度を表す（＋側：赤、−側：緑）。

ａ′１′値は赤み緑みを表す（＋側２赤、−側；緑）。

ｂ＊値は黄み青みを表す（＋側：黄、−側：青）。

鋳塊の冷却速度と皮膜色の関係を第１図に示す。

Ｎｉを添加しないＮｏ、１の試料の場合、冷却速度の変
化により著しくＬ　値が変化する。これに対し、Ｎｉを
０．１０％添加したＮｏ、２の材料では、Ｌ　値の変化
は少なくなる。また、０，５６％および１．１６％Ｎｉ
を添加したＮｏ、３．４の試料ではさらにＬ＊値の変動
は小さくなる。しかし、１．８５％添加したＮｏ、５で
はＬ　値は冷却速度に対し安定しているが鋳塊内に多く
の筋状または点状のむらが見られ均一な組織とならない
。

また、ｂ　値はＮｉの添加量の増加と共に上昇しｌ、６
５％Ｎｉ添加の合金では青みのグレーは得られなくなる
。

実施例２ 表３に示すＮｏ、６〜Ｎｏ、１９の主成分を有するアル
ミニウム合金鋳塊（５００’　Ｘ　１０１００Ｏを半連
続鋳造により表３記載の冷却速度で作成し、［５Ｉｌ１
ｍ面削後、４４０℃に加熱し熱間圧延し、ＢｆｆｌＩＩ
ｌ板とした。その後冷間圧延により　３＋ｎｍ板とした
後、４００℃（ただしＮｏ、１９は６００℃）で中間焼
鈍し、冷間圧延により　２ＩＩＩｌｌ板とした。

この板を、表２に示す条件で陽極酸化処理しその皮膜色
を測定した。その結果を表４に示す。皮膜色の平均値と
皮膜色の変動幅（ΔＬ８値；Δａ＊値；Δｂ＊値：ΔＬ
＊−Ｌ＊１１、＊　　　　　　　　　　　　　　　　　
＊Ｌ　　　Ｍ　ｌ　６　ｓ　　Δ　ａ　　　−ａ　　　
ｍａｔ　　　ａ　　　ｍｌ＋＋　　　ｓ＊＊＊ Δｂ　　−ｂ　　、、、−ｂ　　ｍｌ。）は、板幅方向
３カ所と圧延方向５カ所の計１５点からもとめた。

また、皮膜色の平均値とその変動幅に加えて、ストリー
ク発生状況の目視観察を行ない皮膜色のばらつきとして
評価した。

本発明による′材料Ｎｏ、６〜Ｎｏ、１３はいずれも皮
膜色の変動幅の少ない安定した青みグレー色の陽極酸化
皮膜を生成する。

一方、比較する材料Ｎ　ｏ、１４〜Ｎ　ｏ、１９はＳｉ
、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉｆｆ１、中間焼鈍温度のいずれかが
請求範囲外となっているため、青みグレー色でも皮膜色
のばららつきが大きく帯状ストリーりの有するもの（Ｎ
　ｏ、１４、Ｎ　ｏ、１５）　、青みグレー色を得られ
ず、かつ、皮膜面のばらつきが大きいもの（Ｎ　ｏ、１
８、Ｎｏ、１７、Ｎｏ、１８）　、皮膜色のばらつきや
帯状ストリークは生じなくても青みグレー色を得られな
いもの（Ｎ　ｏ、１９）となっている。

注２）造塊時冷却速変は鋳肌から５１■〜６０■■の範
囲で油淀表４　陽極酸（ｂ皮膜色とその振れ幅 ＊ Δｂ　値≦０．５） Ｘ：皮膜色のばらつきあり ＊＊＊ 注２）青みグレー色（Ｌ　値＜７８．０、ａ　値＜０．
００、ｂ　値＜０．００）得られず注３）ｏ：帯状スト
リークの発生なし ×：帯状ストリーク発生 実施例３ 実施例２と同様の方法により、表５に示すＮｏ、２Ｑ〜
２１の主成分を有するアルミニウム合金板を作成し、陽
極酸化処理を行った。これらの試料の皮膜色と耐力を表
６に示す。

本発明による材料（Ｎ　ｏ、２０）はＭｇを添加しない
材料（Ｎ　ｏ、２１）に対して皮膜色の変化はほとんど
なく、しかもその耐力において注１）鋳肌から５−一〜
６０ｓ■の範囲における。

注２）成分残はＡｌと不純物 ［発明の効果］ 本発明で得られる合金鋳塊およびその加工材は、安定し
た青みグレー色の陽極酸化皮膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳塊の冷却速度と陽極酸化皮膜色との関係を示
すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１．０％＜Ｆｅ≦２．２％（重量％、以下同じ）
   、０．０３％≦Ｓｉ≦１．０％、０．００５％≦Ｃｕ≦
   ０．５％と０．０５％≦Ｎｉ≦１．２％を含み、残部Ａ
   ｌと不可避的不純物から成るアルミニウム合金を溶解し
   、これを１〜５０℃／ｓｅｃの冷却速度で凝固させて鋳
   塊とすることを特徴とする安定した青みグレー色の陽極
   酸化皮膜を生成するアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
2. （２）請求項（１）における合金鋳塊を５５０℃より低
   い温度で圧延、押出し、熱処理の組合せからなる加工熱
   処理法で加工することを特徴とする安定した青みグレー
   色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウム合金材の製造
   方法。
3. （３）１．０％＜Ｆｅ≦２．２％（重量％、以下同じ）
   、０．０３％≦Ｓｉ≦１．０％、０．００５％≦Ｃｕ≦
   ０．５％、０．１％≦Ｍｇ≦０．５％と０．０５％≦Ｎ
   ｉ≦１．２％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物から成
   るアルミニウム合金を溶解し、これを　１〜５０℃／ｓ
   ｅｃの冷却速度で凝固させて鋳塊とすることを特徴とす
   る安定した青みグレー色の陽極酸化皮膜を生成するアル
   ミニウム合金鋳塊の製造方法。
4. （４）請求項（３）における合金鋳塊を５５０℃より低
   い温度で圧延、押出し、熱処理の組合せからなる加工熱
   処理法で加工することを特徴とする安定した青みグレー
   色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウム合金材の製造
   方法。