JPH05214562A - 耐傷付き性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面を硬質の表面皮
膜で被覆し、耐傷付き性に優れた表面処理ＡｌまたはＡ
ｌ合金材を得ること。 【構成】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面を、実質的にＦ
ｅのみからなる粒径0.5〜4.0 μｍの立方体状結晶より
なるＦｅめっきにより９０％以上の被覆率で被覆する。
この様な立方体状結晶よりなるＦｅめっきは、0.1 〜0.
5 モル／リットルのＦｅ³⁺と蓚酸イオン、クエン酸イオ
ンまたは酒石酸イオンとを含み且つｐＨが３〜７である
めっき浴を使用し、ＡｌまたはＡｌ合金材表面に１０ｍ
／分以上の流速で電気めっきを行なうことによって得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐傷付き性に優れた表
面処理ＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ合金で代表する
ことがある）材及びその製法に関し、この表面処理Ａｌ
合金材は、自動車やその他各種車輌あるいは家庭用電気
製品等の外板用、更には建築材用等として有用である。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ合金材は、軽量で且つ優れた耐食性
や意匠性を有していることから、上記の様な用途を主体
にして幅広く利用されている。殊に最近自動車分野で
は、公害防止、省資源等の観点から車体の軽量化ひいて
は燃費向上を目的としてＡｌ合金材を使用することが増
大しつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な用途において
は、最終製品としての美感や耐食性等を長期的に維持す
るため耐傷付き性に優れたものであることが求められる
が、Ａｌ合金は汎用の鋼材に比べて軟質であるため小さ
な外力でも簡単に傷付いて美感が著しく損なわれると共
に、該損傷部から発錆して塗膜剥離の原因になるという
欠点がある。本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、耐傷付き性が良好で優れた
美感や耐食性を長期的に維持し得る様な表面処理Ａｌ合
金材を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る表面処理Ａｌ合金材の構成は、Ａ
ｌ合金材の表面が、Ｆｅ及び不可避不純物からなる粒径
0.5 〜4.0 μｍの立方体状結晶により９０％以上の被覆
率で被覆されたものであるところに要旨を有するもので
ある。そしてこの様な表面処理Ａｌ合金材は、0.1 モル
／リットル≦Ｆｅ³⁺≦0.5 モル／リットルを含有すると
共に、有機酸イオンを含み、且つｐＨが３〜７であるめ
っき浴を使用し、ＡｌまたはＡｌ合金材表面に１０ｍ／
分以上のめっき浴流れの相対速度を形成して電気めっき
を行なうことによって容易に得ることができる。

【０００５】

【作用】本発明者らは、Ａｌ合金材の耐傷付き性を改善
すべく、表面に硬質の皮膜を形成する方向で研究を進め
た。その結果、Ｆｅ系の皮膜はＡｌ合金表面の耐傷付き
性を高めるうえで効果的であること、また同じＦｅ系の
皮膜であっても結晶形態によって耐傷付き性は著しく異
なり、該Ｆｅ系皮膜を立方体状結晶とすることにより耐
傷付き性を非常に優れたものにできることが明らかとな
った。

【０００６】また立方体状結晶からなるＦｅ系皮膜の上
記耐傷付き性を最大限有効に発揮させるには、Ａｌ系合
金表面における該Ｆｅ系立方体状結晶の粒径を0.5 〜4.
0 μｍの範囲にすると共に、該結晶による被覆率を９０
％以上にすることが必要で、粒径が小さ過ぎるものでは
十分な耐傷付き性が発現せず、また結晶粒径が大き過ぎ
る場合は皮膜の緻密性が低下するためやはり耐傷付き性
不足となる。耐傷付き性を高めるうえでより好ましい結
晶粒径は0.8 〜3.0 μｍの範囲である。また、たとえ適
正な粒径のＦｅ系立方体状結晶であっても、被覆率が９
０％未満である場合は、被覆不足のため満足のいく耐傷
付き性が得られない。

【０００７】尚本発明において立方体状結晶とは、たと
えば図１（図面代用顕微鏡写真）に示す如くサイコロ状
の結晶を意味するものであり、たとえばＦｅ（９０％）
−Ｚｎ（１０％）系合金に見られる図２（図面代用顕微
鏡写真）に示す様な非立方体状の結晶とは明確に区別さ
れる。そして図１に示す様な立方体状結晶は、不可避不
純物の混入程度は許すが実質的にＦｅのみからなる純Ｆ
ｅめっき材のみによって得られるものであり、Ｆｅ−Ｚ
ｎ系をはじめとするＦｅ合金めっきではこの様な立方体
状結晶は得られず、従って本発明で意図する様な耐傷付
き性も得られない。

【０００８】上記の様なＦｅ系の立方体状結晶は、蒸着
めっき等の気相めっき法では得ることができず、以下に
示す様な特定されためっき浴組成による電気めっき法を
採用することによって得ることができる。ここで採用さ
れるめっき浴組成とは、0.1モル／リットル≦Ｆｅ³⁺≦
0.5 モル／リットルを含有すると共に、有機酸イオンを
含み、且つｐＨが３〜７であるめっき浴であり、しかも
このめっき浴を使用し１０ｍ／分以上の流速（めっき浴
の相対的流れ速度）を与えながら電気めっきを行うこと
によって、立方体状結晶よりなるＦｅ系めっきを得るこ
とができる。

【０００９】ここでＦｅ³⁺の濃度が不足すると、めっき
工程で水素ガスが発生し、緻密なめっき皮膜が形成され
にくくなる。逆にＦｅ³⁺濃度が高過ぎる場合は、めっき
浴の安定性が悪くなって立方体状結晶の粒径が4.0 μｍ
を超える粗大なものとなる。まためっき浴のｐＨが上記
範囲を外れた場合、あるいは流速１０ｍ／分未満でめっ
きを行なった場合のいずれの場合でも、本発明で意図す
る様な立方体状結晶は形成されない。更にめっき浴中に
は有機酸イオンの存在が不可欠であり、硫酸イオン、硝
酸イオン、塩酸イオン等の無機酸イオンが存在するもの
では、やはり立方体状結晶は生成しない。前述の如く耐
傷付き性の優れた所定粒径のＦｅ系立方体状結晶をより
効率良く生成させるうえで、より好ましいＦｅ³⁺濃度は
0.15〜0.3 モル／リットル、めっき浴ｐＨは４〜６、流
速は３０〜９０ｍ／分である。

【００１０】有機酸イオンとしては蓚酸イオン、クエン
酸イオン、酒石酸イオン、こはく酸イオン等が例示され
るが、これらの中でも特に好ましいのは蓚酸、クエン
酸、酒石酸アニオンであり、これらは単独で使用しても
よく、あるいは２種以上を併用してもかまわない。また
該有機酸イオンの濃度は特に限定されないが、めっき浴
の安定性やめっき効率等を考慮して好ましいのは0.1 〜
0.5 モル／リットル、より好ましいくは0.2 〜0.4 モル
／リットルの範囲である。このほか電気めっき時の電流
密度やめっき温度は特に限定されないが、めっき効率や
めっきの均質性、緻密性等を考え合わせると、電流密度
は１０〜１００Ａ／m²程度、浴温は３０〜６０℃程度が
適当である。

【００１１】ところで上記のＦｅ系立方体状結晶よりな
るめっき層は、脱脂洗浄されたＡｌ合金材の表面に直接
形成することも可能であるが、Ａｌ合金材表面に予めＺ
ｎリッチのＺｎ系めっき層を下地層として形成してお
き、このうえに上記の立方体状結晶よりなるＦｅ系めっ
き層を形成してやれば、下地層によってＦｅ系めっき層
の密着性が高められ、加工時にめっき層が剥離したりパ
ウダリング等を起こすのを防止することができるので好
ましい。密着性改善の為の下地層としてより好ましいの
は、Ｚｎ含量が５０重量％以上、より好ましくは８０重
量％以上のＺｎ系めっき、もしくはＺｎ−Ｆｅ系合金め
っきであり、該下地めっき層中には他の合金成分として
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｓｉ等が少量含まれていてもよく、
更にはＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ａｌ（ＯＨ）₃ 等のセラ
ミックス分が少量混入していてもよい。

【００１２】また密着性向上効果を有する他の下地層と
してアルマイト皮膜も有効であり、殊に膜厚が0.5 〜1.
5 μｍ程度で且つ空孔率が６０〜９８％であるアルマイ
ト皮膜を下地層として形成しておけば、その後の電気め
っき工程でアルマイト皮膜の上記空孔を通してＦｅ系め
っき材が析出した後、その表層部に立方体状のＦｅ系結
晶が析出・堆積し、硬質でめっき密着性に優れた表面処
理Ａｌ合金材を得ることができる。尚この様な多孔質の
アルマイト皮膜は、Ａｌ合金表面を陽極酸化する方法等
によって容易に得ることができる。

【００１３】更に本発明を実施するに当たり、基材とな
るＡｌ合金表面をダル仕上げ加工してから前述の立方体
状結晶よりなるＦｅ系めっき層を形成し、あるいは中間
層を形成してから立方体状結晶よりなるＦｅ系めっき層
を形成すれば、ダル仕上げによって与えられる表面粗面
化効果がめっき層表面にも反映され、表面摩擦係数低減
効果によって被加工面の滑りがよくなり、プレス成形性
が高められるという効果も得られる。更にこの表面に適
量の潤滑油を塗布しておくと、めっき表面の表面摩擦係
数が一段と小さくなり、プレス成形性がより一層高めら
れるので、自動車用外板材の如くプレス成形が行なわれ
る表面処理Ａｌ合金材として非常に適したものとなる。

【００１４】本発明が適用されるＡｌ合金基材として
は、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、ニッ
ケル等の１種もしくは２種以上を合金成分として含む様
々のＡｌ合金を包含するが、強度や加工性等の点から最
も一般的なのはＡｌ−Ｍｇ系合金である。またその形状
も、最も一般的な板状物のほか、棒状物、線状物、管状
物等、用途・目的に応じて種々の形状のものに適用する
ことができる。以下、実施例を挙げて本発明をより具体
的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって
制限を受けるものではない。

【００１５】

【実施例】５０００番系Ａｌ合金板を基材として使用
し、その表面に下地層としてＺｎ系皮膜（置換めっき
法）またはアルマイト皮膜（陽極酸化法）を形成した
後、表１に示す条件で電気Ｆｅめっきを行ない、得られ
ためっき処理Ａｌ合金板の表面硬度を下記の方法によっ
て調べた。 ＜表面硬度＞ＪＩＳ Ｋ５４００ 8.4 に定める鉛筆硬
度計試験法に準拠して表面硬度を測定した。 ○：優（６Ｈ以上） △：良（５Ｈ） ×：劣（４Ｈ以下） 結果を表１に一括して示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１においてＮo.１〜６はいずれも本発明
の規定要件を全て満たす実施例であり、いずれも高い表
面硬度が得られている。これに対しＮo.７〜１４は、以
下に示す如く規定要件のいずれかを欠如する比較例であ
り、いずれも表面硬度が低く耐傷付き性に問題がある。 Ｎo.７：結晶形態は立方体状であるが、被覆率が不足す
るため表面硬度が十分に上がらず、耐傷付き性が悪い。 Ｎo.８：めっき浴中のＦｅ³⁺の濃度が低過ぎるため、Ｆ
ｅめっき層の結晶形態は非立方体状となり、且つ被覆率
も不足するため、表面硬度が低い。 Ｎo.９，１０：電気めっき浴中の酸イオンとして硫酸イ
オンまたは硝酸イオンを存在させたものであり、Ｆｅめ
っき層の結晶形態は非立方体状となるほか、被覆率も十
分に上がらず、表面硬度を全て高めることができない。 Ｎo.１１〜１４：Ｎo.１１，１２はめっき浴のｐＨが適
性範囲を外れる比較例、Ｎo.１３，１４はめっき時の流
速が好適範囲を外れる比較例であり、いずれの場合もＦ
ｅ系めっき層の結晶形態は非立方体状となり、本発明で
意図する様な硬質の立方体状結晶が形成されないため、
十分な被覆率を有するものではあっても表面硬度は十分
に改善されていない。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ａ
ｌ合金材表面を、粒径の特定された立方体状結晶よりな
る硬質Ｆｅめっきで被覆することによって表面硬度を著
しく高めることができ、めっき製品の耐傷付き性を著し
く改善し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において表面被覆層を構成するＦｅ系立
方体状結晶を示す図面代用顕微鏡写真である。

【図２】Ｆｅ−Ｚｎ系合金よりなる非立方体状結晶を示
す図面代用顕微鏡写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊瀬 喜久郎 栃木県真岡市鬼怒ケ丘15 株式会社神戸製 鋼所真岡製造所内 (72)発明者 藤本 日出男 栃木県真岡市鬼怒ケ丘15 株式会社神戸製 鋼所真岡製造所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面が、Ｆｅ及
   び不可避不純物からなる粒径0.5 〜4.0 μｍの立方体状
   結晶により９０％以上の被覆率で被覆されたものである
   ことを特徴とする耐傷付き性に優れた表面処理Ａｌまた
   はＡｌ合金材。
2. 【請求項２】 0.1 モル／リットル≦Ｆｅ³⁺≦0.5 モル
   ／リットルを含有すると共に、有機酸イオンを含み、且
   つｐＨが３〜７であるめっき浴を使用し、ＡｌまたはＡ
   ｌ合金材表面に１０ｍ／分以上のめっき浴流れの相対速
   度を形成して電気めっきを施すことを特徴とする請求項
   １記載の耐傷付き性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合
   金材の製法。
3. 【請求項３】 有機酸イオンが、蓚酸イオン、クエン酸
   イオン及び酒石酸イオンよりなる群から選択されるもの
   である請求項１記載の製法。