JPH05140792A - プレス成形性および耐食性に優れたアルミニウム合金板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】主として自動車用軽量化素材として使用される
アルミニウム合金板、特にプレス成形性と耐食性に優れ
たアルミニウム板またはアルミニウム合金板。 【構成】表面に、目付量１〜５０ｇ／ｍ² の亜鉛系めっ
き層と、該亜鉛系めっき層の上層に形成された目付量１
〜３０ｇ／ｍ² の鉄系めっき層とを有するプレス成形性
および耐食性に優れたアルミニウム合金板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車用軽量
化素材として使用されるアルミニウム合金板、特にプレ
ス成形性と耐食性に優れたアルミニウム板またはアルミ
ニウム合金板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源の有効利用や大気中のＣＯ₂
の増加による地球温暖化等に対する地球環境保護の観点
から、自動車に対して燃料節減につながる軽量化のニー
ズが高まっており、これに適応する材料として、信頼
性、加工性、リサイクル利用の容易さ等の種々の利点を
有するため、アルミニウムまたはアルミニウム合金板が
脚光を浴び、自動車用の素材として多用されつつある。

【０００３】しかし、アルミニウム合金板は、従来多用
されている鋼板とは成形加工時の特性が異なるため、そ
の自動車車体への適用に際して多くの問題を抱えてい
る。成形性、例えば、プレス成形性を例にとると、代表
的な鋼板であるＳＰＣＣにおいては、伸び４５％、ラン
クフォード値１．４で、限界絞り値ＬＤＲは２．１５に
達するが、代表的なアルミニウム合金板であるＡ５１８
２においては、伸び３０％、ランクフォード値０．７
で、限界絞り値ＬＤＲは１．８にしか達しない。このよ
うに、アルミニウム合金板は、プレス成形性が著しく劣
るため、従来、フード等の比較的加工成形が簡単な部材
への適用に限定され、より複雑でかつ強加工を要する部
材への適用は困難であった。

【０００４】そこで、これらのアルミニウム合金板のプ
レス加工性を検討したところ、アルミニウム合金板は、
冷延鋼板に比べてプレス加工時の金型とアルミニウム合
金板の表面との摺動抵抗が大きいため、従来使用されて
きた冷延鋼板に比べてプレス成形性が劣るということが
明らかになった。

【０００５】この摺動抵抗が大であると、プレス金型の
ビード部などのプレス加工時にアルミニウム合金板と激
しく摺動する箇所では、アルミニウム合金板のスムーズ
な流入が妨げられ、極端な場合、アルミニウム合金板が
破断することがある。プレス加工における適正クッショ
ン圧（アルミニウム合金板にシワが発生せずかつ破断が
生じないクッション圧の範囲）をアルミニウム合金板と
冷延鋼板とで比較すると、アルミニウム合金板の適正ク
ッション圧は冷延鋼板に比べて著しく範囲が狭いため
に、生産性が悪化する原因となるので、アルミニウム合
金板の摺動性の改善が強く望まれている。

【０００６】アルミニウム合金板の摺動性が悪い原因
は、アルミニウムおよびアルミニウム合金が低融点で、
しかも、他の金属、特にプレス金型に多用されている鋳
鉄などとの親和力が強く、金型に凝着しやすい性質を有
することにあると考えられる。

【０００７】プレス成形時の摺動性は、金型と直接接触
するアルミニウム合金板表面の物性に大きい影響を受け
る。そこで、アルミニウム合金板表層を、例えば各種金
属めっきや有機高分子皮膜などで被覆し、アルミニウム
合金板表層と金型との直接接触を避け、潤滑性を与える
ことにより摺動性を改善する試みがなされている。

【０００８】さらに、金属石鹸、高級脂肪酸ワックスな
どを主成分とした有機系皮膜で表面を被覆して潤滑処理
されたアルミニウム合金板が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のめっき
や有機系皮膜を有するアルミニウム合金板には以下のよ
うな問題点がある。

【００１０】アルミニウム合金板に金属めっきを施した
場合、アルミニウムは電気化学的に極めて卑な金属であ
るため、亜鉛めっきや亜鉛に少量の合金元素を含む亜鉛
系めっき以外の金属めっきを施すと、アルミニウム合金
板の耐食性、特に裸耐食性が著しく劣化する問題があ
る。また、亜鉛系めっきはプレス加工性を著しく劣化さ
せる問題がある。

【００１１】他方、アルミニウム合金板を自動車用の素
材として使用する場合は、プレス成形後に塗装前処理と
して行うリン酸塩処理において、前記有機系皮膜が、リ
ン酸塩処理の前処理のアルカリ脱脂で完全に溶解除去さ
れないまま、アルミニウム合金板上に一部残存する。こ
のためリン酸塩処理時にアルミニウム合金板表面への正
常なリン酸塩結晶の生成が阻害され、塗膜の密着性が低
下し、これが、塗装後の耐食性を劣化させる問題があ
る。

【００１２】したがって、本発明は、アルミニウム合金
板の摺動性を向上させ、かつ、アルミニウム合金板の耐
食性を損うことなく、またリン酸塩処理性を損うことな
くプレス加工性と耐食性を兼備したアルミニウム合金板
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、まずアルミニウム合金板の摩擦係数と
プレス加工性との関係について検討した。その結果、プ
レス加工性に優れる通常の冷延鋼板では、摩擦係数は
０．１０程度であるのに対し、アルミニウム合金板で
は、０. １５以上の値を示すことを知見した。なお、本
発明における摩擦係数は、実施例のところで述べるドロ
ービード引き抜き試験において、塗油状態で測定した値
である。

【００１４】このように、アルミニウム合金板が高い摩
擦係数を有するのは、アルミニウム合金が低融点で、し
かも、他金属、特にプレス金型に多用されている鋳鉄な
どとの親和力が強く、金型に凝着しやすい性質を有する
ことに起因すると考えられた。そして、プレス成形時の
摺動性に影響を与えるのは、金型と直接接触するアルミ
ニウム合金板表面の物性であるため、アルミニウム合金
板表面と金型との直接接触を避けるの有効な、種々の金
属めっきについて調査した。

【００１５】その結果、アルミニウム合金板表面に、目
付量１〜５０ｇ／ｍ² の亜鉛系めっき層と、該亜鉛系め
っき層の上層に形成された目付量１〜３０ｇ／ｍ² の鉄
系めっき層とを有する複合めっき層を形成すると、アル
ミニウム合金板の耐食性を損なうことなく、プレス成形
性を著しく改善できることを見いだした。

【００１６】すなわち、本発明は、前記知見に基づき、
表面に、目付量１〜５０ｇ／ｍ² の亜鉛系めっき層と、
該亜鉛系めっき層の上層に形成された目付量１〜３０ｇ
／ｍ ² の鉄系めっき層とを有するプレス成形性および耐
食性に優れたアルミニウム合金板を提供するものであ
る。

【００１７】以下、本発明のアルミニウム合金板（以
下、「本発明のＡｌ合金板」という）について詳細に説
明する。

【００１８】本発明のＡｌ合金板は、その表面に亜鉛系
めっき層を有するものである。この亜鉛系めっき層は、
亜鉛めっきあるいは亜鉛系合金めっきからなるものであ
り、亜鉛系合金めっきとしては、例えば、亜鉛−鉄、亜
鉛−ニッケル、亜鉛−コバルト、亜鉛−クロム、亜鉛−
Ｍｎ等が挙げられる。

【００１９】また、亜鉛系めっき層として亜鉛系合金め
っき層を形成している場合、その亜鉛系合金めっき層中
における亜鉛の含有率は、通常、８０重量％以上であ
る。

【００２０】また、この亜鉛系めっき層の目付量は、１
〜５０ｇ／ｍ² であり、好ましくは５〜２０ｇ／ｍ² で
ある。亜鉛系めっき層の目付量が１ｇ／ｍ² 未満である
と、上層の鉄系めっきによる耐食性の劣化が著しくな
り、５０ｇ／ｍ² を超えても不経済であるため上限とし
た。

【００２１】本発明のＡｌ合金板は、前記亜鉛系めっき
層の上層にさらに鉄系めっき層を有するものである。こ
の鉄系めっき層は、鉄めっきあるいは鉄系合金めっきか
らなるものであり、鉄系合金めっきとしては、例えば、
鉄−亜鉛、鉄−リン、鉄−ボロン、鉄−マンガン等の合
金めっきが挙げられる。これらの中でも、リン酸塩化成
処理性の観点から鉄−亜鉛、鉄−リンの合金めっきが好
ましい。

【００２２】この鉄系めっき層として鉄系合金めっき層
を形成している場合、その鉄系合金めっき層中の鉄の含
有率は、通常、８０重量％以上である。

【００２３】また、この鉄系めっき層の目付量は、１〜
３０ｇ／ｍ² であり、好ましくは５〜１０ｇ／ｍ² であ
る。鉄系めっき層の目付量が１ｇ／ｍ² 未満であると、
プレス成形性の改善効果が少なく、５０ｇ／ｍ² を超え
ると、その効果が飽和するとともに、耐食性を劣化させ
るため上限とした。

【００２４】また、本発明のＡｌ合金板は、前記亜鉛系
めっき層と鉄系めっき層とからなる複合めっき層を両面
に有していてもよいし、片面のみに有していてもよく、
特に制限されず、用途等に応じて適宜選択される。

【００２５】本発明のＡｌ合金板の製造において、Ａｌ
合金板の表面に前記亜鉛系めっき層および鉄系めっき層
を形成する方法としては、電気めっき法（溶融塩電気め
っき法を含む）、無電解めっき法、蒸着めっき法、イオ
ンプレーティング法等のいずれの手段による方法でもよ
く、その手段を特に限定するものではないが、この中で
も水溶液系電気めっき法は効率よくめっきができ、連続
めっき装置でのインライン化も容易であることから、本
発明のＡｌ合金板の製造に適している。

【００２６】本発明のＡｌ合金板の製造において、前記
下層の亜鉛系めっき層の形成に際して、下地処理として
亜鉛置換法処理（ジンケート法）、陽極酸化処理等を施
してもよく、この下地処理を行うことにより、アルミニ
ウム合金板への水溶液系での直接電気めっきを効率よく
行うことができる。

【００２７】なお、本発明において、アルミニウム合金
板はアルミニウム板をも含むものとする。

【００２８】本発明のＡｌ合金板の基材であるＡｌ合金
は、いずれのＡｌ合金でもよく、特に制限されない。例
えば、ＪＩＳ Ｈ ４０００に規定される各種のＡｌ合
金を基材とするＡｌ合金板であってもよい。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例に基いて、本発明をさ
らに具体的に説明する。

【００３０】（実施例） （１）試料の作製 ＪＩＳ Ａ５１８２アルミニウム合金板にジンケート法
にて亜鉛置換めっきを下地処理として行った後、電気め
っきにて種々の目付量の亜鉛系めっき層と鉄系めっき層
とからなる複合めっき層を形成した。

【００３１】（２）試験評価方法 下記の方法で試験評価を行なった。結果を表１に示す。

【００３２】ａ）摺動性（プレス成形性） 摺動性の評価は、図１の（ａ）および図１の（ｂ）に示
すドロービード引き抜き試験により行なった。

【００３３】すなわち、図１において、ロールを固定し
た場合のサンプルの引き抜きに要する力ＤF とロールを
回転可能な状態にした場合の引き抜きに要する力ＤR を
求め、この両者から、次式によってサンプルの摩擦係数
μを算出し、摺動性を評価した。

【００３４】

【数１】 したがって μ＝（Ｄ_F −Ｄ_R ）／（πＰ_F ） ここで、μ：ロールとサンプル間の摩擦係数 ｐ：ロールの径方向に負荷される力 Ｒ：ロール半径 θ：中心角 Ｐ_F ：中央ポンチの押え荷重

【００３５】なお、試験条件は以下の通りである。 サンプルサイズ ２０×４００ｍｍ 摺動速度 ５００ｍｍ／ｓｅｃ． 摺動距離 １００ｍｍ 中央ポンチの押え荷重 １００ｋｇｆ 洗浄油 ０．５ｇ／ｍ² 塗油 ここで、各実施例での評価は、摩擦係数を指標として下
記の基準で行った。 ○：μが０. １３以下 ｘ：μが０. １３超える

【００３６】ｂ）耐食性 亜鉛系めっき層とその上層に鉄系めっき層を形成したア
ルミニウム合金板をＪＩＳ- Ｚ２３７１に規定された方
法で塩水噴霧試験を３ヶ月間行い、試験後の試料の表面
酸化物を３０重量％の硝酸で除去し、その最大腐食深さ
を測定し、以下の基準で評価した。 ○：最大腐食深さが５０μｍ未満 ｘ：最大腐食深さが５０μｍ以上

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明のＡｌ合金板は、その耐食性を損
なわずにプレス加工性が著しく改善されたアルミニウム
合金板が提供される。また、本発明のアルミニウム合金
板を用いることにより、プレス成形時における生産性が
飛躍的に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】摺動性の評価を説明する図であり、（ａ）は、
ドロービード引き抜き型摺動性試験機の線図、（ｂ）は
この試験機での解析方法を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者 森 戸 延 行 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 橋 口 耕 一 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 松 本 義 裕 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に、目付量１〜５０ｇ／ｍ² の亜鉛系
   めっき層と、該亜鉛系めっき層の上層に形成された目付
   量１〜３０ｇ／ｍ² の鉄系めっき層とを有するプレス成
   形性および耐食性に優れたアルミニウム合金板。