JPH05271954A

JPH05271954A - 成形性、溶接性、耐食性に優れたＡｌ板

Info

Publication number: JPH05271954A
Application number: JP9723692A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Nanbae; 元広難波江; Yoji Ishida; 洋治石田; Toshio Tani; 俊夫谷; Masaaki Kurihara; 正明栗原; Osamu Kato; 治加藤
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車構造用部材、特に自動車ボディー用と
して用いられるＡｌ板の成形性、溶接性、塗装後耐食性
を向上させる。【構成】アルミニウム又はアルミニウム合金板の表面
に、アルミニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化
物を６０％以上含有する皮膜を０．０１〜５μｍの厚さ
で形成したＡｌ板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車構造用部材、特
にボディー用として用いられるアルミニウム合金板に関
し、成形性、溶接性、耐食性に優れたものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃費向上、高性能化を目的とし
た車体重量の低減が要求される中、従来使用されていた
鉄鋼材料にかわって比重が鉄の約１／３であるアルミニ
ウム材料の使用が増えつつある。アルミニウムは軽量で
あるばかりでなく、耐食性、加工性、表面処理性等に優
れ、更に再生が容易であることから自動車用材料として
最も注目されており、現在、ボディー、ホイール、バン
パー、熱交換器、エンジン等に用いられており、更に応
用範囲も増えつつある。

【０００３】このようにアルミニウム材料を自動車ボデ
ィーとして用いる場合、その製造方法、工程は従来の鉄
及び鉄鋼材料を用いた場合と基本的には同じであり、成
形性、溶接性、接着性、塗装後の耐食性、美観等が要求
される。

【０００４】次にボディーの製造工程を以下に述べる。成形：コイルもしくはコイルから所定の寸法に切断し
た板から所定の形状に成形する。↓ 接合：溶接及び／又は接着にて周辺部品と接合する。
その際従来の鉄及び鉄鋼材と組合わせて次工程へ流れ
る。↓ 表面処理ｉ )脱脂：アルカリ系洗浄剤を使用。 ↓ ｉ )水洗 ↓ iii)表面処理：コロイダルチタン酸塩処理 ↓ ii )化成処理：りん酸亜鉛処理 ↓ iv )水洗 ↓ 場合によってはクロム酸系溶液による「後処
理」を中間で行う。 vi )乾燥↓ 塗装ｉ )下塗り（電着塗装） ↓ ｉ )中塗り ↓ iii)上塗り↓ 艤装

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来よりこのような自
動車ボディー用として供されるアルミニウム材料は以下
に示すような問題点を抱えている。

【０００６】成形性不良：自動車ボディー用として現
在主流の鉄鋼材と比較するとアルミ材は軟質、且つ伸び
が小さい為型かじりを起こしやすく、割れ、肌荒れ等が
生じ易いことから、成形性に劣る。

【０００７】溶接性不良：スポット溶接時、アルミニ
ウム材は電極寿命が鋼板に比べて極端に劣る為、車体の
生産効率が著しく低下する。即ち、アルミニウム材のス
ポット溶接では溶着現象が起こり易いこと、及び同一の
電極で適切なナゲットを得ることができる溶接打点数が
著しく短い為、溶着が起こる前や適切なナゲットができ
なくなる前に電極形状をドレッシングによって整えた
り、あるいは新品電極と交換する頻度も多くなり、この
ことが溶接効率ひいては自動車車体の生産効率に多大な
る影響を及ぼしている。

【０００８】耐食性不良：塗装後過酷環境により促進
耐久試験を行うと糸状の腐食（糸錆腐食：Ｆｉｌｉｆｏ
ｒｍｃｏｒｒｏｒｓｉｏｎ）が生じ易く、外観上美観
を損なうばかりでなく、さらに進行した場合には機能上
問題を生じる。

【０００９】特に上記のはアルミニウム材のみ単独に
自動車ボディーとして使用される場合よりも、鉄鋼材料
と組み合わされて使用される場合（塗装の下地処理であ
る化成処理がりん酸亜鉛処理の場合）の方が発生頻度も
多く、且つその程度も激しい。

【００１０】このような問題点を解決するために本発明
者等はアルミニウム素材表面をエッチングすることによ
り、上記諸特性を向上させる方法を既に提案している
（特願平３−２５３１２６号）。しかしながらこの方法
はある程度の効果はあるものの、必ずしも満足できるレ
ベルではなかった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこれらに鑑
み種々検討の結果、以下の知見を得た。

【００１２】成形性アルミニウム材は鋼板に比較して摩擦係数が大きく、プ
レス金型に凝着し易い性質を持つ為成形性が劣り、これ
を改善する為にはアルミニウム表面に高硬度、潤滑性を
付与する処理が有効である。高硬度で且つ潤滑性を付与
する方法としては樹脂処理が既に見いだされているが、
樹脂処理はコスト的に高価であり、汎用性に欠ける。
又、めっき等異種金属を被覆する方法は耐食性、リサイ
クル性に問題があることから種々検討の結果、皮膜硬度
が高いアルミニウム酸化物及び／アルミニウム水酸化物
を表面に付与すると摩擦係数が減少し、成形性が向上す
ることがわかった。

【００１３】溶接性アルミニウム材を同一の銅系電極を用いて連続的にスポ
ット溶接を繰り返すと、電極先端の通電径が打点と共に
拡大し、これにともなう板中の電流密度の低下によって
ナゲット径も減少し、ついには電極寿命となるが、アル
ミニウム材の場合は鋼板と比べてその電極先端径の拡大
速度が著しく大きいことに特徴がある。

【００１４】したがってこのような現象に着目し、その
原因について鋭意検討した結果、アルミニウム材の連続
打点溶接の場合には電極先端の通電部に溶融アルミニウ
ムが付着し、その酸化物が打点とともに堆積し、これが
絶縁層を形成してついには電極とこの絶縁層の間でスパ
ークを起こし、その際に電極が虫食い状に欠損してゆく
ことを見いだした。そしてこのようなアルミニウム材の
特有現象が電極先端径の拡大を促進し、電極寿命が極端
に劣化することがわかった。よってスパークの原因とな
る不均一な酸化物を除去し、均一で適切な電気抵抗が得
られるようにすることが重要であり、その為にはアルミ
ニウム酸化物及びアルミニウム水酸化物の膜厚コントロ
ールが有効との知見を得た。

【００１５】塗装後耐食性通常アルミニウム製ボディーの塗装材に発生する糸錆
は、表面の傷等塗膜欠陥部を起点としたものであり、塩
素等存在する腐食環境下にて腐食性物質がアルミ素地に
到達しアルミ素地を腐食することが主な原因であること
がわかった。よってアルミニウム素地に対して強力な防
食効果が得られるような皮膜を形成させることが解決の
重要ポイントであり、アルミニウム酸化物及びアルミニ
ウム水酸化物の膜厚が大きく影響することがわかった。

【００１６】リサイクル性近年、資源保護の観点からリサイクルの問題がクローズ
アップされているが、自動車産業においても同様に、廃
車の再利用が叫ばれている。アルミは鋼板よりもリサイ
クル性が良いことは良く知られているが、アルミに表面
被覆を行う場合、異種金属等を被覆するとリサイクル性
が低下する。従って被覆物としてアルミニウム酸化物及
びアルミニウム水酸化物はこの観点からも優れるもので
ある。

【００１７】以上の知見をもとに本発明者等はさらに検
討の結果、成形性、溶接性、塗装後耐食性を改善するＡ
ｌ板を開発したものである。

【００１８】即ち本発明は、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金板の表面にアルミニウム酸化物及び／又はアル
ミニウム水酸化物を６０％以上含有する皮膜を０．０１
〜５μｍの厚さで形成したことを特徴とするものであ
り、アルミニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化
物としてはＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＯＯＨ、Ａｌ（ＯＨ）₃の
１種以上が有効である。

【００１９】また本発明の他のものは、スポット溶接に
より互いに接合されるアルミニウム又はアルミニウム合
金板において、該板の表面にアルミニウム酸化物及び／
又はアルミニウム水酸化物を６０％以上含有する皮膜を
０．０１〜５μｍの厚さで形成し、さらにスポット溶接
の際の接合面側の皮膜厚さをスポット溶接の電極接触面
側の皮膜厚さの１．５倍以上としたことを特徴とするも
のである。

【００２０】さらに本発明の他の１つは、スポット溶接
により互いに接合されるアルミニウム又はアルミニウム
合金板において、該板のスポット溶接接合面側にアルミ
ニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化物を６０％
以上含有する皮膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成し、
かつスポット溶接電極接触面側には上記皮膜を形成しな
いことを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】上記のようにアルミニウム又はアルミニウム合
金板の表面に形成する皮膜中のアルミニウム酸化物及び
／又はアルミニウム水酸化物の含有量を６０％以上とし
たのは、これらが６０％未満では塗装後耐食性が十分で
ないからである。

【００２２】このような皮膜を得る方法としては、陽極
酸化による電気化学的方法及び無電解法があるが、電気
化学的方法はコストが高いことから温水又は飽和水蒸気
中での加熱等の無電解法が優れる。本発明におけるアル
ミニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化物を含有
する皮膜は、このような無電解法によって得られた皮膜
を意味する。

【００２３】また皮膜の厚さを０．０１〜５μｍとした
のは０．０１μｍ未満では所望の電気抵抗が得られず溶
接性を低下させると共にアルミ素地に対する防食効果が
不十分である。他方５μｍを越えると電気抵抗が大きす
ぎる為、溶接不可となる。

【００２４】以下に本発明についてさらに詳細に説明す
る。先ず本発明におけるアルミニウム板とはアルミニウ
ム合金を含むものであり、板材に限らず押出し材、鋳物
等製造方法は特に限定しない。

【００２５】また上記皮膜を得るために実施する酸化処
理の前処理としては特に実施する必要がなく、圧延後直
接に該酸化処理をしても良いが、通常アルミニウム材製
造工程中に生成した不均一皮膜を除去する目的で、この
前処理として酸、アルカリ中でのエッチング、酸溶液中
でのスマット（不溶解性残渣）除去を適宜選択して行
う。

【００２６】そして酸化処理方法としては皮膜硬度がＨ
ｖ（ビッカース硬度）４０以上であり、皮膜中のアルミ
ニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化物が構成比
として６０％以上となれば特に方法は問わないが、前述
のように、温水又は飽和水蒸気中での加熱が最も簡単で
ある。なおこの場合、水又は水蒸気中の不純物（金属イ
オン等）又はアルミ合金中のアルミニウム以外の不純物
元素が酸化皮膜中に取込まれて皮膜の純度が低下し、塗
装後の耐食性を低下させることから、水又は水蒸気中の
トータル金属イオン量（特にアルミよりも電気化学的に
貴な金属）は２％以下が好ましい。

【００２７】次に酸化皮膜の幾何学的構造は処理条件に
よって決まるものであり特に制限はないが、表面の摩擦
抵抗を下げることにより成形性が向上することから、表
面は極力平滑であることが好ましい。さらにアルミニウ
ム酸化物、水酸化物としてのＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＯＯＨ、
Ａｌ（ＯＨ）₃は、通常、結晶水が付いた形で生成する
が、本発明における皮膜では結晶水の有無は問はない。

【００２８】又、スポット溶接時のアルミニウム板の電
極接触面側と接合面側の酸化膜厚を変化させる、即ち、
電極接触面側の膜厚を接合面側の２／３以下にすると電
極面側のスパーク発生及びアルミの電極面上への溶着防
止に有効である。なお、接合面側のみ酸化皮膜を形成
し、電極接触面側には酸化皮膜を形成させない、いわゆ
る片面処理も溶接性向上に効果がある。

【００２９】本発明Ａｌ板を得る酸化処理はコルイより
所定の寸法に切り出した板にて処理を行ってもよいが、
コイルにて連続的に実施した方が効率も良く、生産性に
も寄与する。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明がこ
のような実施例の記載によって何ら制約を受けるもので
はないことは言うまでもない。又、本発明には以下の実
施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発
明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基
づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであ
ることが理解されるべきである。

【００３１】ＪＩＳＡ５１８２（Ａｌ−０．３Ｍｎ−
４．５Ｍｇ）を溶解、鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷
間圧延、仕上げ焼鈍により１．０mmの板厚にコイル連続
処理にて仕上げた。その後市販のアルカリ系洗浄材によ
りエッチング、水洗、硝酸によるスマット除去、水洗を
行い、表１に示すような方法で酸化処理を行った。

【００３２】その後これら処理板についてそれぞれ以下
に示す試験を行った。

【００３３】(1) 成形性試験：表面に０．５ｇ／ｍ²の
洗浄油を塗布した後、７０mmφに打ち抜いたサンプルを
径３３mmφの高速円筒絞り加工（加工速度５００mm/se
c）を行ない、円筒側面にかじり又は／及び割れが発生
したものを不良（×）、これら欠陥が発生しなかったも
のを良（○）として表１に併記した。

【００３４】(2) 溶接性試験：電極寿命を下記条件にて
評価した。評価は溶着するまでの打点数又はナゲット径
が４×ｔ^1/2（ｔ：板厚）を下回るまでの打点数のいず
れか少ない打点数でその効果を判定した。判定基準とし
ては打点数が５００点未満を不良（×）、５００〜１０
００を普通（△）、１０００〜２０００を良好（○）、
２０００点以上を最良（◎）として表１に併記した。

【００３５】溶接機：インバーター式直流溶接機溶接条件：加圧 150kgf 電極：形状円錐台頭(CF)型初期加圧時間 20/50 秒先端径 5.0 mmφ 通電時間 6/50 秒材質 Cr - Cu 保持時間 5/50 秒溶接電流 15kA

【００３６】(3) 塗装後耐食性試験：酸化処理後コイル
から７０×１５０mmの板を切り出し、弱アルカリ系脱脂
剤を用いて４３℃×２分の脱脂を行い、水洗を行った
後、コロイダルチタン系の液にて室温×３０秒の表面調
整を行い、そのままの状態で市販のりん酸亜鉛処理液に
て４３℃×２分の化成処理を行った。その後、水洗、乾
燥を行なった後、カチオン電着塗装による下塗り、さら
に吹きつけによる中塗り、上塗りを行った試験サンプル
を作製した。トータル塗膜厚は１００μｍである。

【００３７】そのサンプル表面にアルミ素地迄達するク
ロスカット（×印）を入れ、ＪＩＳＺ２３７１による
塩水噴霧試験を２４時間行い、その後５０℃，９５％の
湿潤雰囲気にて２０００時間放置した後に、クロスカッ
ト部から発生した糸錆（糸状腐食）最大長さを測定し
た。判定は糸錆長さ４mm以上を不良（×）、２〜４mmを
普通（△）、２mm以下を良好（○）として表１に併記し
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】このように本発明Ａｌ板 No.１〜 No.５は
成形性、溶接性、耐食性いずれにおいても従来Ａｌ板に
比べて優れている。これに対して皮膜中にアルミニウム
酸化物及び／又はアルミニウム水酸化物の含有量が６０
％未満の比較Ａｌ板 No.６、皮膜厚さが５μｍより大き
い比較Ａｌ板 No.７及び皮膜厚さが０．０１μｍより小
さい比較Ａｌ板 No.８は、溶接性と耐食性のいずれか一
方又は双方が劣っている。

【００４０】

【発明の効果】このように本発明によれば、特に自動車
用ボディー用材料として成形性、溶接性、耐食性に優れ
たＡｌ板が得られ、自動車車体重量が低減する等の顕著
な効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田洋治東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者谷俊夫東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者栗原正明東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者加藤治東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金板の
表面に、アルミニウム酸化物及び／又はアルミニウム水
酸化物を６０％以上含有する皮膜を０．０１〜５μｍの
厚さで形成したことを特徴とする成形性、溶接性、耐食
性に優れたＡｌ板。
【請求項２】アルミニウム酸化物及び／又はアルミニ
ウム水酸化物がＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＯＯＨ、Ａｌ（ＯＨ）
₃の１種以上である請求項１記載のＡｌ板。
【請求項３】スポット溶接により互いに接合されるア
ルミニウム又はアルミニウム合金板において、該板の表
面にアルミニウム酸化物及び／又はアルミニウム水酸化
物を６０％以上含有する皮膜を０．０１〜５μｍの厚さ
で形成し、さらにスポット溶接の際の接合面側の皮膜厚
さをスポット溶接の電極接触面側の皮膜厚さの１．５倍
以上としたことを特徴とする成形性、溶接性、耐食性に
優れたＡｌ板。
【請求項４】スポット溶接により互いに接合されるア
ルミニウム又はアルミニウム合金板において、該板のス
ポット溶接接合面側にアルミニウム酸化物及び／又はア
ルミニウム水酸化物を６０％以上含有する皮膜を０．０
１〜５μｍの厚さで形成し、かつスポット溶接電極接触
面側には上記皮膜を形成しないことを特徴とする成形
性、溶接性、耐食性に優れたＡｌ板。