JPH03257135A - 陽極酸化処理後の色調が黒色のアルミニウム合金およびその製造方法 - 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 この発明は陽極酸化処理を施して使用される用途のアル
ミニウム合金材料、例えばビルのカーテンウオールや内
装材などの建材、あるいは器物、容器、電気計測機器筐
体、銘板、さらには遠赤外線放射用部材や太陽熱吸収用
部材等に使用されるアルミニウム合金およびその製造方
法に関するものである。

従来の技術 一般にカーテンウオールや内装材などの建材、あるいは
器物、容器、電気計測機器筐体などに使用されるアルミ
ニウム合金は、耐食性の観点から陽極酸化処理を施して
用いられることが多い。これらの用途の陽極酸化処理用
アルミニウム合金としては、淡灰色系からシルバー系の
ものが多く、このような合金としては一般にＩｔｓ　１
０５００５０合金００合金、５００５００５合金用され
ることが多く、また灰色系のものとしてはＡＩ−１〜　
４％Ｓｉ合金が一般的である。また陽極酸化処理には、
経済性および耐食性の点から硫酸電解浴が従来がら多用
されている。

ところで前述のような用途では、美観のために陽極酸化
処理後の表面に対して種々の色調を有することが要求さ
れる場合がある。陽極酸化処理板に所要の色調を与える
ための方法としては、塗装、染色、二次電解着色、合金
発色、陽極酸化処理液による発色等があるが、経済的観
点および耐食性の観点からは、陽極酸化処理のまま、特
に硫酸浴による陽極酸化処理のままでの発色が望まれて
いる。

発明が解決しようとする課題 ビルの外装材や内装材などの建材の用途においては、色
調の多様化が進んであり、デザイン上の要請などから黒
色の色調を有するアルミニウム合金材料が求められるこ
とがある。一方器物、容器、電気計測器筐体や銘板など
の用途でもデザイン上の観点から黒色の色調を有するこ
とが求められる場合があり、またこれらのうちでも調理
用容器、器物などでは熱効率上の要請から黒色の色調が
望まれることがある。さらに、黒色の色調は、遠赤外放
射に有効であるとともに、太陽熱吸収にも有効であるこ
とから、これらの部材には黒色の色調が求められる。

従来このような黒色の色調を有するアルミニウム合金陽
極酸化処理材を得る方法としては、二次電解法や染色法
あるいは塗装などに依らざるを得ず、陽極酸化処理のま
まで、特に経済性の優れた通常の硫酸電解浴による陽極
酸化処理のままで黒色の色調を得ることは困難とされて
いたのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、経
済性に優れた通常の電解浴を用いた陽極酸化処理のまま
で黒色の色調を得ることができるアルミニウム合金およ
びその製造方法を提供することを目的とするものである
。

課題を解決するための手段 前述のような課題を解決するへく本発明者等が鋭意実験
・検討を重ねた結果、アルミニウム会合における合金元
素の成分量、特にＭｎ量とＭｇ量を適切な量に調整して
、Ａ’　／　−Ｍ　ｎ系の金属間化合物のサイズと析出
密度を適切に調整することによって、硫酸電解浴による
陽極酸化処理後の色調として黒色の色調を達成し得るこ
とを見出し、この発明をなすに至った。

具体的には、請求項１の発明のアルミニウム合金は、Ｍ
　ｇ　　０．１１１％以上４５ｗｔ％以下、ＭｎＱ、３
Ｗ１％を越え　Ｄ、　＆ｖ＋％以下、Ｆｅ（１，５ｖｔ
％以下、Ｓｉ２．９ｗｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微
細化剤としてＴ　ｉ　　０．００３ｖ＋％以上０川５ｗ
ｔ％以下を単独でもしくはＢ　　１ｐｐｍ辺上１１］０
便以下と組合せて含有し、残部がＡＩおよび不可避的不
純物よりなることを特徴とするものである。

また請求項２の発明のアルミニウム合金は、Ｍｇ０．１
ｗｔ％以上４，５ｖｔ％以下、Ｍ　ｎ　　０．３ｗｔ９
６を越え　０．８１１％以下、Ｃｒ００３ｗｔ％以上０
．３ｗｔ％以下、Ｆｅ０．５ｗｔ％以下、Ｓｉ２．Ｏｖ
ｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴ　ｉ　
　０．００３ｗｔ％以上０１５１％以下を単独でもしく
はＢ　　［ｐｐ以上１００四以下と組合せて含有し、残
部がＡＩおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
るものである。

一方請求項３の発明の製造方法は、請求項１もしくは請
求項２に記載の成分組成の合金の溶湯を、５℃／ｓｅｃ
以上の冷却速度で鋳造した後、３００”Ｃ〜６００℃で
０．５時間以上加熱することを特徴とすることを特徴と
するものである。

なおこの発明において陽極酸化処理後の色調の黒色につ
いては、ハンターの色差式（ＪＩ５１８７３０参照）に
よる明度指数りとクロマティクネス指数ａ、ｂの値によ
って定義することができる。すなわち、明度指数のＬ値
は高いほど白く、一方りロマティクネス指数は着色度に
ついてのものであってそのａ値は高いほど赤味が強く、
ｂ値は高いはど黄味が強いことをあられす。そしてこの
発明で目的とする黒色の色調とは、陽極酸化皮膜の厚み
が２０μｍの状態で測定したＬ値、ａ値、ｂ値が、Ｌ＜
４５、−３＜ａ＜３、−３＜ｂ＜３を満たす色調と定義
することができる。

作　　　用 先ずこの発明におけるアルミニウム合金の成分組成の限
定理由を説明する。

Ｍｎ ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物を生成し、陽極酸化
処理後の色調を決定する重要な元素であり、本発明者等
はＡＡ’−Ｍｎ系金属間化合物析出物のサイズと分布密
度が本質的に陽極酸化皮膜の黒色化に寄与することを見
出した。すなわちＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物析出物とし
ては、Ａ１６　Ｍｎ、Ａｌ６　　（ＭｎＦｅ）、ａＡ７
Ｍｎ　（Ｆ　ｅ）Ｓ　ｉ、およびそれらにＣｒＴｉ等が
少量固溶したもの等があり、これらの析出物としてその
サイズが０．０１μｍ以上１μｍ以下のものが密度ｌＸ
１０７個／−以上存在することが陽極酸化皮膜の黒色化
のために適切である。このような析出状態を達成するた
めの代表的な要件としては、金属間化合物生成元素か所
定壷金まれること、その成分元素が充分に固溶するため
に鋳造速度か臨界速度以上であること、さらに析出のた
めの加熱温度が適切であることかある。そしてＭｎはＡ
ｌ−Ｍｎ系金属間化合物生成のための主要元素であって
、Ｍｇと共存することにより析出が促進されて、陽極酸
化皮膜の黒色化に寄与するのである。ここで、Ｍｎ量が
０３ｗｔ％以下では充分な陽極酸化皮膜の黒色化が困難
となり、一方０８Ｗ１％を越えた場合には陽極酸化皮膜
の黒色化自体は可能であるが薄板連続鋳造が困難となり
、実用的でない。したがってＭｎ量は　ｆＪ、　３ｗｔ
％を越え　０８ｗ％以下とした。

Ｍｇ： ＭｇはＡ、　ｌ　−Ｍ　ｎ系金属間化合物の析出を促進
し、前述のような析出状態を達成するに寄与する。

特にＭｎ量が比較的少ない範囲においては、Ｍｇの添加
量を多くすることがＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出を
促進して陽極酸化皮膜の黒色化をより確実にするために
有効であるが、Ｍｇ量が過剰となれば鋳造の困難さが増
大する。Ｍｇ量が４５ｗｔ％を越えれば、陽極酸化皮膜
の黒色化は可能であるが薄板連続鋳造が困難となり、実
用的でなくなる。したがってＭｇ量は　０．１〜４５ｗ
（％の範囲内とした。

Ｃｒ： 請求項２のアルミニウム合金の場合はＣｒが添加される
。Ｃｒは陽極酸化皮膜の黒色化を一層促進させるに有効
であり、またＣｒの添加は黒色の色調を若干変化させる
効果がある。すなわち、Ｃｒ添加なしの場合はやや青み
かがった黒色となっているが、Ｃｒを添加することによ
って青みが消えてやや黄みかがる。Ｃｒ量が◎０３ｗｔ
％０３ｗｔ上記の効果が得られず、一方０．３ｗｔ％を
越える場合には粗大な化合物が生成されてしまうがら、
Ｃｒを添加する場合のＣｒ添加量は０．０３〜０．３ｗ
ｔ％の範囲内とした。

Ｆ　ｅ　： ＦｅはＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出に影響を与える
が、陽極酸化皮膜の黒色の色調には本質的な影響はない
。鋳造性の点からはＦｅ量は少ない方が好ましく、０．
５１％を越えれば薄板連続鋳造が困難となるから、Ｆｅ
量は０．５ｗｔ％以下に限定した。

Ｓｉ ＳｉもＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出に影響を与える
が、陽極酸化処理後の黒色の色調には本質的な影響は与
えない。鋳造性の点からはＳｉ量は少ないことが好まし
く、　２０１％を越えれば薄板連続鋳造が困難となるか
ら、Ｓｉ量は２．０ｗｔ％以下に限定した。

Ｔｉ、Ｂ Ｔｉは鋳塊の結晶粒を微細化して、圧延板のストリーク
ス、キメを防止する効果があるが、Ｔｉ０．００３ｖ＋
％未満ではその効果が得られず、一方Ｔｉが０．１５＋
ｔ％を越えればＴｉＡｌ３系粗大金属間化合物が生成さ
れてしまうらか、Ｔｉは　０．００３〜０．１５ｗｔ％
の範囲内とした。またＢはＴｉと共存して結晶粒微細化
を促進する元素であり、Ｔｉと組合されて添加されるこ
とがある。但しＢ量が騨未満ではその効果が得られず、
一方　ＩＮｐｍを越えればその効果が飽和し、また粗大
ＴｉＢ２粒子が生成されて線状欠陥が発生するから、Ｔ
ｉと組合されて添加するＢは　１〜１００（２）の範囲
内とした。

このほか、Ａ／−Ｍｇ系合金においては、溶湯の酸化を
防止するために微量のＢｅを添加することが従来から行
なわれているが、この発明のアルミニウム合金の場合に
も　５００四程度以下のＢｅを添加することは特に支障
ない。

さらにこの発明のアルミニウム合金においては、Ｎｉ、
Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ等が含まれることがある。これら
のうちＮｉ、Ｚｒ、Ｖは陽極酸化皮膜の色調に本質的に
影響しないが、Ｎｉ　　ｌ、Ｏｆ＋％以上、Ｚｒ０．１
ｗｔ％以上、Ｖ　Ｑ、３ｗｔ％以上では薄板連続鋳造が
困難となるから、Ｎｉはｌ、　（１ｗｔ％未満、Ｚｒは
０．３ｗｔ％未満、■は［１，３ｗｔ％未満に抑制する
ことが望ましい。またＣｕ、Ｚｎは陽極酸化皮膜の色調
に若干の変化を与えるものの、黒色化に本質的な影響は
与えないが、Ｃｕ　　１．０ｗｔ％以上、Ｚｎ　　ｌ。

９ｗｔ％以上では薄板連続鋳造力・困難となるから、Ｃ
ｕは　ｌ、　Ｑｗｔ％未満、Ｚｎは　ｌ、　Ｑｗｔ％未
満に抑えることが望ましい。

次にこの発明の合金を製造するプロセス条件について説
明する。

前述のように、Ａ／−Ｍｎ系金属間化合物の適切な析出
状態を得て陽極酸化処理後の黒色の色調を達成するため
には、鋳造速度と、析出のための加熱温度が重要である
。

鋳造については、鋳造速度を高めてＭｎを充分に固溶さ
せることにより、その後の析出処理でＡｌ−Ｍｎ系金属
間化合物を適切な析出状態で析出させることが可能であ
り、そのためには　５℃／式以上の鋳造速度が必要であ
る。特に大きな板を製造する場合には、５℃／ｓｅｃ以
上の冷却速度を得るためには、直接５〜ｌＯｍ厚程度の
薄板を得る薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）を適用す
ることが必要である。

一方、析出のための加熱は、３００℃以上、６００℃以
下の温度で０５時間以上行なう必要がある。

温度が３００℃未満では析出物が小さ過ぎて陽極酸化処
理後の色調として黒色が得られず、一方６００℃を越え
れば陽極酸化処理後の色調が薄（なり、また結晶粒の粗
大化が生じる。また時間は、昇温過程から保持、冷却過
程を通じて３００℃以上となっている時間が０．５時間
以上であれば良く、　３００℃以上の温度となっている
時間が０．５時間未満では陽極酸化処理後に黒色が得ら
れない。

なおこの析出のための加熱は、鋳塊のままで行なりでも
、また圧延の途中て、さらには圧延の後に行なっても良
い。したがってこの析出処理は、鋳塊に対する均質化処
理、あるいは熱間圧延のための加熱、さらには熱間圧延
直後もしくは冷間圧延の中途で必要に応じて行なわれる
中間焼鈍、さらには冷間圧延後に必要に応じて施される
最終焼鈍などと兼ねて行なうことができる。

このほか、圧延材とする場合の熱間圧延や冷間圧延、さ
らには必要に応じて行なわれる中間焼鈍や最終焼鈍は常
法にしたがって行なえば良い。またこの発明の場合、圧
延材に限らず、鋳造材あるいは押出材などとして使用に
供することもできる。

実　　施　　例 ［実施例１］ 第１表の合金番号Ｎａ　１〜Ｎα４に示す各合金を２０
−ル式の薄板連続鋳造機により鋳造して厚さ　７正の板
とした。この場合の冷却速度はいずれも２００〜３００
℃／　ｓｅｃであった。これらの板にさら１こ冷間圧延
を施して厚さ　ＬＳｍｍとし、その冷延板（こ対し第２
表中に示す各条件で析出のための加熱処理を行なった。

一方、第１表の合金番号Ｎａ　５、Ｎα６の各合金を厚
さ５０ａｍのブックモールドにて金型鋳造した。この場
合の冷却速度は　０．５〜１０℃／式であった。

得られた鋳造板を　７Ｍにスライスした後、前記同様に
冷間圧延して厚さ　ｔ、　５ｍｍとし、第２表中に示す
各条件で析出のための加熱処理を施した。

析出処理後の各板について、表面を １０％ＮａＯＨ水溶液にて工・ソチングした後、水洗し
、硝酸でデスマツトシた。さらに硫酸電解浴を用いて次
の条件で陽極酸化処理を施して、膜厚２０μｓの陽極酸
化皮膜を生成させた。

硫酸濃度：１５％ 電解温度：２０℃ 電流密度＋　　１．５Ａ　／ｄｎｌ 陽極酸化処理後の各板の色調について、スガ試験機製カ
ラーメータ（ＳＭ−３−ＭＣＨ）を用いてハンターカラ
ーシステムによるＬ値、ａ値、ｂ値を測定した。その結
果を第２表中に示す。なおここでＬ値＜４５、−３くａ
値く３、−３くｂ値く３をすべて満たせば、この発明で
目的とする黒色の色調と判定することができる。

第２表に示すように、本発明成分範囲内の合金について
、この発明のプロセス条件を適用した場合には、黒色の
色調を得ることができた。なお黒色が得られた試料につ
いて、その析出物の分布状態を電子顕微鏡を用いて調べ
たところ、析出物サイズは０．０２〜０．８ｕｍで密度
は　１×巨９〜＋　ｘ　＋　Ｑ　１１個／−となってい
ることが判明した。

［実施例２］ 実施例１のＮａ　１〜Ｎａ　６の各合金の鋳造材（Ｎα
１〜Ｎα４は薄板連続鋳造材、Ｎα５、Ｎα６はブック
モールドによる金型鋳造材）について、そのまま４５０
℃で５時間加熱する析出処理を施した。

各村について、１０％ＮａＯＨ水溶液でエツチングした
後、水洗し、硝酸でデスマットした。次いで実施例１と
同じ条件で硫酸電解浴による陽極酸化処理を施して膜厚
２０μｍの陽極酸化皮膜を生成させた。

陽極酸化処理後の色調について、実施例１と同様にハン
ターカラーシステムによりＬ値、ａ値、ｂ値を調べたと
ころ、第３表に示す結果が得られ解発色や染色、塗装な
どに依らずに、通常の低コストの硫酸電解浴を用いた陽
極酸化処理のままで黒色の色調を得ることが可能である
。また請求項３の方法によれば、上述のように陽極酸化
処理後に黒色の色調を呈することができるアルミニウム
合金材料を量産的規模で確実に製造することか可能とな
った。したかってこの発明は、黒色の色調が要求される
用途のアルミニウム合金材料に適用して多大な効果を得
ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．１ｗｔ％以上４．５ｗｔ％以下、Ｍｎ０
   ．３ｗｔ％を越え０．８ｗｔ％以下、Ｆｅ０．５ｗ％以
   下、Ｓｉ２．０ｗｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微細化
   剤としてＴｉ０．００３ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下
   を単独でもしくはＢ１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下と組
   合せて含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりな
   ることを特徴とする、硫酸電解浴による陽極酸化処理後
   の色調が黒色のアルミニウム合金。
2. （２）Ｍｇ０．１ｗｔ％以上４．５ｗｔ％以下、Ｍｎ０
   ．３ｗｔ％を越え０．８ｗｔ％以下、Ｃｒ０．０３ｗｔ
   ％以上０．３ｗｔ％以下、Ｆｅ０．５ｗｔ％以下、Ｓｉ
   ２．０ｗｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微細化剤として
   Ｔｉ０．００３ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下を単独で
   もしくはＢ１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下と組合せて含
   有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを
   特徴とする、硫酸電解浴による陽極酸化処理後の色調が
   黒色のアルミニウム合金。
3. （３）請求項１もしくは請求項２に記載の成分組成の合
   金の溶湯を、５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳造した後
   、３００℃〜６００℃で０．５時間以上加熱することを
   特徴とする硫酸電解浴による陽極酸化処理後の色調が黒
   色のアルミニウム合金の製造方法。