JPH0441643A - 陽極酸化処理後の色調が青灰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、特に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、装飾品等に使用されるアルミニウム合金材料の
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、陽極酸化処理後の色調が淡
灰色系からシルバー系のものが多く、このような合金と
しては一般に月Ｓ　１０５００５０合金００合金、５０
０５００５合金用されることが多く、また灰色系のもの
としてはＡｌ−１〜４％Ｓｉ合金が一般的である。この
ほか、陽極酸化処理後の色調が灰色のアルミニウム合金
としては、Ａｌ−Ｆｅ系合金や、Ａｌ−ＦｅＭ　ｇ　−
Ｍ　ｎ系の合金が提案されている。なお陽極酸化処理法
としては、経済性および耐食性の点から従来一般に硫酸
電解浴を用いた陽極酸化処理が多用されている。

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 各種の色調のうちでも、灰色系の色調は落ち着いた質感
を与えるところから、建材等の用途においても灰色系の
色調が要求されることが多い。

しかしながら、Ａｌ−８ｉ系のアルミニウム合金は、デ
スマット性が悪く、陽極酸化処理後の表面が粉吹きぎみ
となる問題があり、また陽極酸化処理後の色調も、灰色
系とは言えども黄色味もしくは赤味が強く、もう少しあ
っさりした青味がかった灰色、すなわち青灰色の色調が
望まれることが多い。

一方ＡＡ’−Ｆｅ系の合金やＡｌ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｍｎ系
の合金の場合は、前述のようなＡｌ−Ｓｉ系合金の欠点
を補うことができるが、発色の原理を凝固時のＦｅ系の
金属間化合物であるＡ／６Ｆｅ（Ｍｎ）相によっている
ため、鋳造時もしくは鋳塊加熱時に生成される ＡＡ’３Ｆｅ（Ｍｎ）相の影響で色調が安定しにくく、
またそのためストリークス等の外観不良も発生しやすい
という問題があった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、陽
極酸化処理後の色調として、青味を帯びた灰色、すなわ
ち青灰色系の色調を安定して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。

ｉ８を解決するための手段 本発明者等は前述の課題を解決する手段について種々実
験・検討を重ねた結果、合金中におけるＭｎ系析出物の
サイズと種類が本質的に陽極酸化皮膜の青灰色の発色に
寄与することを見出し、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
　ｎ　　Ｄ、　５〜１．５ｔ１％、Ｍ　ｇ　　０．５〜
２．　ＤＩ％を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ
　　０．００３〜０１５６％を単独でもしくはＢ１〜ｌ
ｏｏｐｐｍと組合わされて含有し、さらに不純物として
Ｆｅが０３ｖｔ％以下に規制されるとともにＳｉが０．
２ｗ１％以下に規制され、残部がＡｌおよびその他の不
可避的不純物よりなり、Ｍｎ系の析出物のサイズがＱ、
Ｏ１ｕｍ以上てありかつ総析出物中の８１の量が合金全
重量の　０１ｗｔ％以下であ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製造方法は、Ｍ
　ｎ　　０．５−１，５Ｗ１％、Ｍｇ０．５−　２．０
ｗ１％を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０．０
０３〜ＤＪ５１％を単独でもしくはＢ　１〜＋００１１
ｆｆｌと組合わされて含有し、さらに不純物としてＦｅ
が０３Ｗ（％以下に規制されるとともに＄１がｒＪ、　
’１ｗ１％以下に規制され、残部がＡｌおよびその他の
不可避的不純物よりなる合金をＤＣ鋳造法により鋳造し
た後、鋳塊に対して４５０〜６２０℃の範囲内の温度で
０５〜２４時間加熱する処理を施し、その後熱間加工も
しくは熱間加工および冷間加工を施し、これによってＭ
ｎ系の析出物のサイズが０．０Ｉμｍ以上でありかｐ総
析出物中のＳｉの量が全合金重量の０．　ｌｗｔ％以下
であるアルミニウム合金を得ることを特徴とするもので
ある。

作　　　用 本発明者等は、前述のように合金中におけるＭｎ系析出
物のサイズと種類が陽極酸化処理によって青灰色の色調
を発色させるに寄与することを見出した。

すなわち、Ｍｎ系析出物としては、Ａｌ６Ｍｎ。

Ａｌ６　　（ＭｎＦｅ）、αＡｌＭｎ　（Ｆｅ）Ｓｉ。

およびそれらにＣｒ、Ｔｒ等が微量固溶されたものなど
があるが、これらのうち、ＡＡ’６Ｍｎ析出物およびＡ
１６　　（ＭｎＦｅ）析出物、特に００１μｍ以上のサ
イズのこれらの析出物が青味を帯びた灰色の発色に寄与
し、これに対し αＡｌＭｎ　（Ｆ　ｅ）Ｓ　ｉ析出物は黄色味を強くす
ることから青灰色の発色には好ましくないことを見出し
た。そこでこの発明では、Ｍｎ系析出物のうちでも特に
０．０１μｍ以上の析出物サイズのＡｌ６Ｍｎ、Ａ１６
　　（ＭｎＦｅ）を析出させることによって、陽極酸化
処理後に青灰色系の色調を得ようとしているのである。

次にこの発明の合金における成分組成限定理由を説明す
る。

Ｍｎ： ＭｎはＡ　Ｉ　−Ｍ　ｎ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に重要な元素であり、Ｍ
ｇと共存することによって所定のサイズのＭｎ系析出物
の析出が達成されて陽極酸化皮膜が灰色系の色調となる
。Ｍｎ量が０．５ｗｔ％未満では充分な灰色化が達成さ
れず、一方Ｍｎ量が１５ｖ＋％を越えれば灰色化は可能
であるが、ＤＣ鋳造時に初晶の金属間化合物が生成され
てしまう。そこでＭｎ量は０，５〜　Ｉ、　５ｗｔ％の
範囲内に限定した。

Ｍｇ： ＭｇはＭｎの析出を促進し、所定のサイズのＭｎ系析出
物を生成させるに必要な元素である。

特にＤＣ鋳造のように薄板連続鋳造と比較して鋳造時の
冷却速度が遅く、Ｍｎの強制固溶量が少ない場合には、
ある程度のＭｇを含有させなければＭｎ系析出物のサイ
ズが陽極酸化処理後に青灰色の色調を得るに適した状態
とはならない。またＭｇの添加はＭｎの析出を促進する
が、析出物の形態は変えないため、陽極酸化処理後の色
調が黄色味を帯びることを回避し、青灰色の色調を得る
に最適である。さらにＭｇは熱間圧延中における再結晶
を促進する。すなわち、この発明の合金のようにＦｅ量
が少量に規制された合金では、熱間圧延中の再結晶が抑
制されて巨大な結晶粒となってしまい、その結果最終板
に筋目状の模様が生じてしまうおそれがあるが、Ｍｇを
添加することにより前述のように再結晶が促進されて熱
間圧延中に微細な再結晶粒が生成され、最終板において
も表面のキメが緻密となるのである。ここで、Ｍｇ量が
０５Ｗ１％未満ではＭｎの析出を促進して陽極酸化処理
後に青灰色の色調を得る効果が充分に得られず、かつ熱
間圧延中の再結晶を促進させて筋目状の模様の生成を防
止する効果が得られない。

一方Ｍｇ量が１５Ｗ１％を越えれば、陽極酸化処理後の
色調が濃色化しすぎて、むしろ黒色となってしまう。そ
こでＭｇ量は０５〜　Ｉ、　５ｗｔ％の範囲内とした。

Ｔｉ、Ｂ： これらは結晶粒を微細化して、圧延板のキメ、ストリー
クスを防止する効果があり、Ｔｉを単独で、あるいはＴ
ｉとＢを組合せて添加する。Ｔｉが０．００３ｗ１％未
満ては上記の効果が得られず、方Ｔｉが０．１５ｗｔ％
を越えればＴ　ｉ　Ａ　ｌ　３の粗ンく金属間化合物が
生成されるおそれがあるから、Ｔ１は０００３〜Ｇ、　
１５ｗｔ％の範囲内とする。ＢはＴｉと共存して微細化
効果を発揮する。Ｔ１と組合されて添加する場合のＢの
添加量がｌｐｐｍ未満ては上記の効果が得られず、一方
１１００ｐｐを越えれば粗大ＴｉＢ２粒子による線状欠
陥が発生するから、Ｂ量は　１〜１００ｐｐの範囲内と
する。

Ｆ　ｅ　： Ｆｅは不純物としてその量が少ないことが好ましい。Ｆ
ｅが存在すればＡｌ６　Ｆｅ系の晶出物とＡｌ３Ｆｅ系
の晶出物とが共存し、このうちＡｌ６Ｆｅ系の晶出物は
青味を帯びた灰色（青灰色）の発色に効果を有するが、
Ａｌ３Ｆｅ系の晶出物は黄色味の強い薄い色調をもたら
してしまう。

したがってＡｌ１　Ｆｅ系の晶出物の集団とＡｌｚ　Ｆ
ｅ系の晶出物の集団とが共存すれば、ストリークス等の
模様が生じてしまう。また鋳塊加熱時にＡ／６Ｆｅ系の
晶出物からＡｒ１　Ｆｅ系の晶出物への変態が生じ、そ
の結果陽極酸化処理後の色調そのものも黄色味が強くな
ってしまうおそれがある。そこでＦｅはＱ、　３ｗ１％
以下に制限することとした。

Ｓｉ Ｓｉも不純物としてその量が少ないことが好ましい。Ｓ
ｌはＭｎの析出を助長するが、Ｓｔの含有により析出物
の種類がαＡ／Ｍｎ　（Ｆｅ）Ｓ　ｉとなりやすく、そ
のため灰色の色調が薄くなり、黄色味が強くなる。特に
総析出物中のＳｉが、合金全重量のＱ、ｌｗｔ％を越え
れば αＡ／Ｍｎ　（Ｆｅ）Ｓ　ｉが多くなって陽極酸化処理
後の色調に黄色味が強くなり、この発明で目的とする青
灰色から外れてしまう。そしてＳｉ量が０２Ｗ！％を越
えれば総析出物中のＳｌがθＮ％を越えてしまうから、
Ｓｉ量はＱ、　２１１％以下に制限した。

このほか不可避的不純物としては、Ｃｒ、Ｃｕ。

Ｚｎ、Ｚｒなどがあるが、このうちＣｒ、Ｃｕは陽極酸
化処理後の色調にある程度の影響を与えるから、少量に
規制することが好ましい。すなわちＣｒが０．０５ｖｆ
％を越えれば陽極酸化処理後の色調に青味が消えてやや
黄色味がかるから、不純物としてのＣｒ量は０．０５ｖ
ｔ％以下に規制することが好ましい。またＣｕも陽極酸
化処理後の色調に変化を与え、Ｃｕ量が０．１ｗ１％を
越えれば黄色味が強くなるから、不純物としてのＣｕ量
はＱ、　１ｗ１％以下に規制することが好ましい。一方
Ｚｎ、Ｚｒはいずれも陽極酸化処理後の色調に本質的な
影響を与えないが、Ｚｎ量が１．０ｗｔ％を越えれば耐
食性が低下し、またＺｒ量が０．３量１％を越えれば粗
大化合物が生成されるおそれがあるから、不純物として
Ｚｎは１０Ｗ【％以下、Ｚｒは０３Ｗ（％以下とするこ
とが好ましい。

また一般にＭｇを含有する系のアルミニウム合金におい
ては、溶湯の酸化防止のために１量のＢｅを添加するこ
とが多いが、この発明の合金の場合もＢｅを添加するこ
とは特に支障はない。この場合のＢｅ添加量は５００１
１１１０１以下が一般的である。

以上のような成分組成とすることによって、最終板にお
ける析出物中のＳｉ量は合金全重量の０．ｌｗｔ％以下
となり、そしてＭｎ系析出物はその大部分がＡ　１６　
Ｍ　ｎもしくはＡ　／　ｅ　　（Ｍｎ　Ｆ　ｅ）となる
が、さらに陽極酸化処理後の色調として青灰色の色調を
確保するためには、最終板におけるＭｎ系析出物のサイ
ズを０．０１μｍ以上とする必要がある。すなわち、析
出物が０．０１ｕｍ未満の微細なものである場合には、
陽極酸化処理後の色調が赤味を帯びてしまって、青灰色
の色調が得られなくなってしまう。したがってＭｎ系析
出物のサイズとしては００１μｍ以上であることが必要
である。なおここで、Ｍｎ系析出物のサイズが［１，０
１μｍ以上であるとは、要は全Ｍｎ系析出物のうちの大
半を０．Ｏ１μｍ以上のものが占めていれば良く、具体
的には、Ｍｎ系析出物の全個数のうち９０％以上が０．
０ｂｕｎ以上のものであれば良い。

次に請求項２に記載の発明の方法、丁なわち製造方法に
ついて述べる。

先ず前述のような成分組成の合金の溶湯を常法に従って
溶製し、ＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）によって鋳塊とす
る。次いてその鋳塊に対ｔ、４５０〜６２０℃の範囲内
の温度で　０５〜２４時間の加熱を施す。この鋳塊加熱
は、−船釣な鋳塊組織均質化のために必要であるばかり
でなく、陽極酸化処理後の色調として青灰色の色調を与
えるために必要な工程である。すなわちこの鋳塊加熱に
よって、Ｍｎ系析出物であるＡＡ！６Ｍｎ Ａｈ６　（ＭｎＦｅ）の析出を促進させて、これらの析
出物による陽極酸化処理後の青味を帯びた灰色の発色に
寄与する。鋳塊加熱温度が４５０℃未満ではＭｎ系析出
物の析出が少なく、陽極酸化処理後の色調として赤味を
帯びた色調となってしまい、一方６２０℃を越えれば共
晶融解のおそれがある。

また鋳塊加熱時間が０５時間未満では前述の効果が充分
に得られず、一方２４時間を越える長時間の加熱は経済
性の低下を招くだけである。したがって鋳塊加熱の条件
は、４５０〜６２０℃の範囲内の温度で　０．５〜２４
時間とした。

上述のような鋳塊加熱の後熱間加工として例えば熱間圧
延を行なって最終板厚とするか、あるいは熱間加工とし
ての熱間圧延および冷間加工としての冷間圧延を行なっ
て最終板厚とする。ここで、熱間圧延は常法にしたがっ
て行なえば良いが、鋳塊の加熱温度以下で行なうのが一
般的である。熱間圧延の直後、あるいは冷間圧延の間に
は、中間焼鈍を行なっても良い。中間焼鈍は、３００〜
５００℃の範囲内の温度で０５〜２４時間行なうのが好
ましい。中間焼鈍温度が３００℃未満では再結晶せず、
一方５００℃を越えれば表面に酸化が生じて変色してし
まうおそれがある。また中間焼鈍時間が０，５時間未満
では再結晶が充分に達成されず、一方２４時間を越えて
も経済性が低下するだけである。

以上のようにして得られた最終板厚の圧延板においては
、既に述べたように全析出物中のＳｉ量が合金全重量に
対し　０１Ｗ１％以下となり、かつＭｎ系析出物が主と
して０．０１μｍ以上のサイズのＡｒ１　Ｍｎ、ＡＪｅ
　　（ＭｎＦ　ｅ）となり、このような圧延板に対して
陽極酸化処理を施すことによって、青味を帯びた灰色、
すなわち青灰色の色調を安定して得ることができる。

次に以上のような圧延板に対して、陽極酸化処理を施し
て実際に青灰色の色調を得るためのプロセスを説明する
。

陽極酸化処理にあたっては、予め表面の汚れおよび表面
の欠陥を除去しておくため、脱脂およびエツチングを行
なうのが一般的である。エツチングは、苛性ソーダ系の
アルカリエツチングを行なうのが通常である。そして陽
極酸化処理自体は、Ｈ２ＳＯ４濃度がｌθ〜２５　ｖｏ
１％の硫酸浴を用い、浴温度１０〜３０℃、電流密度１
．５Ａ／ｄｆｆ１以上２．５Ａ／−未滴で行ない、膜厚
１０〜３０μｍの陽極酸化皮膜を生成させる。

ここで、硫酸浴のＨ２ＳＯ４濃度がｌ　Ｏｖｏ１％未満
では生成される陽極酸化皮膜の多孔度が減少して浴電圧
が高くなる。一方Ｈ２ＳＯ４濃度が２５　ｖｏ１％を越
えれば、表面が荒れて陽極酸化皮膜が柔かくなる。また
浴温度が１０℃未満では所要の膜厚を得るために長時間
の処理を要して不経済となり、方３０℃を越えれば陽極
酸化処理後の耐食性が低下してしまう。さらに電流密度
は、２．５Ａ／ｄｍ以上では処理に多大な電力を要し、
実用的でなく、方１．５Ａ／ｄＩＴ！未満では、陽極酸
化処理後の色調が薄くなって青灰色が得られなくなる。

また生成される陽極酸化皮膜の膜厚が１０μｍ未満ては
充分な耐食性が得られず、一方３０μｍを越えるまで厚
くすることは経済的でない。

以」二のような硫酸浴による陽極酸化処理によって、青
灰色の色調を得ることができる。なおここで陽極酸化処
理後の色調については、ハンターの色差式（Ｉｔｓ　Ｘ
８７３０参照）による明度指数りとクロマティクネス指
数ａ、ｂの値によって評価することができる。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値は高いほ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青灰色の色調とは、Ｌ値、
ａ値、ｂ値が、 ４５＜Ｌ＜６５、−２＜ａ＜＋ｌ、５、−２＜ｂ＜＋１
．５を満たす色調と定義することができる。

また、全析出物中の８１が合金全重量に占める割合の測
定は、種々の方法で可能であるが、例えば第１図にフロ
ーチャートを示す方法で測定することが好ましい。

また前述の説明では熱間加工を熱間圧延によって行なう
こととしたが、場合によっては熱間押出を適用すること
もてきる。この場合は押出前のビレットの加熱条件を前
述の　４５０〜６２０℃×０５〜２４時間とすれば良い
。

実　　施　　例 第１表に示す合金Ｎα１〜５の溶湯を常法にしたがって
溶製し、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）によって４５０閣
Ｘ　１２００ｍ　Ｘ　４００θ■のスラブを鋳造した。

得られた各スラブについて面側後、第２表の条件尚１〜
６に示すような種々の条件で鋳塊加熱を行ない、４００
℃で熱間圧延を施して板厚４１１１１の熱延板とした。

次いで板厚２ｍｍまで冷間圧延した後、４００℃Ｘ　　
”ｌｈｔの中間焼鈍を行ない、さらに板厚１５ｍまで冷
間圧延した。

その後、各板について１０％ＮａＯＨ水溶液でエツチン
グし、水洗機硝酸でデスマット処理を行なった。次いで
Ｈ２ＳＯ４濃度１５ｍ％の硫酸浴を用いて、浴温２０℃
、電流密度１．５Ａ／ｄｎｌで陽極酸化処理を行ない、
それぞれ膜厚２０μｍの陽極酸化皮膜を生成させた。

各板の陽極酸化皮膜の表面色調について、スガ試験機製
カラーメーター　ＳＭ−３−ＭＣＩ（を用いて調べた。

色調は、ハンターの色差式による明度指数りおよびクロ
マティクネス指数ａ、ｂを用いて評価した。その結果を
第３表に示す。

第 表 第　　３　　表 第　　４ 表 さらに、条件ＦＪｕ１．２．４により得られた各圧延板
について、析出物中のＳｉ量を分析したところ、圧延板
全重量に対する重量％は、第４表に示す通り、Ｎ１１ｌ
、Ｎ１１２ではこの発明で規定する　０１ｗｔ％以下の
条件を満たしていることが判明した。

なおこのＳｉ量の分析は、第１図に示す方法に従って行
なった。

また条件恥１，２により得られた各圧延板について析出
物のサイズを透過型電子顕微鏡により調べたところ、Ｎ
ｏ　１は０．Ｏ８ｌ１ｍ以上、Ｎａ　２は０．１２ｕｍ
以上であり、いずれもこの発明で規定する０．０１ｕｍ
以上の条件を満たしていることが判明した。

以上のように、析出物条件および合金成分組成がこの発
明で規定する条件、組成を満たしている条件ＮＱＩ、Ｎ
α２の圧延板は、第３表に示したように陽極酸化処理後
の色調として青灰色の色調を安定して得ることができた
。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、請求項１の発明の
アルミニウム合金は、陽極酸化処理によって青味を帯び
た灰色、すなわち青灰色の色調を安定して得ることがで
きる。また請求項２の方法によれば、前述のように陽極
酸化処理後に青灰色の色調を呈するアルミニウム合金材
料を実際に量産的規模で容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は全析出物中のＳｉ量が占める割合を測定するた
めの代表的な方法を示すフローチャート図である。 出願人　　スカイアルミニウム株式会社代理人　　弁理
士　　豊　１）武　久

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜２．０
   ｗｔ％を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０．０
   ０３〜０．１５ｗｔ％を単独でもしくはＢ１〜１００ｐ
   ｐｍと組合わされて含有し、さらに不純物としてＦｅが
   ０．３ｗｔ％以下に規制されるとともにＳｉが０．２ｗ
   ｔ％以下に規制され、残部がＡｌおよびその他の不可避
   的不純物よりなり、Ｍｎ系の析出物のサイズが０．０１
   μｍ以上でありかつ総析出物中のＳｉの量が合金全重量
   の０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする陽極酸化処
   理後の色調が青灰色のアルミニウム合金。
2. （２）Ｍｎ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜２．０
   ｗｔ％を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０．０
   ０３〜０．１５ｗｔ％を単独でもしくはＢ１〜１００ｐ
   ｐｍと組合わされて含有し、さらに不純物としてＦｅが
   ０．３ｗｔ％以下に規制されるとともにＳｉが０．２ｗ
   ｔ％以下に規制され、残部がＡｌおよびその他の不可避
   的不純物よりなる合金をＤＣ鋳造法により鋳造した後、
   鋳塊に対して４５０〜６２０℃の範囲内の温度で０．５
   〜２４時間加熱する処理を施し、その後熱間加工もしく
   は熱間加工および冷間加工を施し、これによってＭｎ系
   の析出物のサイズが０．０１μｍ以上でありかつ総析出
   物中のＳｉの量が全合金重量の０．１ｗｔ％以下である
   アルミニウム合金を得ることを特徴とする、陽極酸化処
   理後の色調が青灰色のアルミニウム合金の製造方法。