JPH05306473A - 成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材 - Google Patents

成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材

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JPH05306473A
JPH05306473A JP13579092A JP13579092A JPH05306473A JP H05306473 A JPH05306473 A JP H05306473A JP 13579092 A JP13579092 A JP 13579092A JP 13579092 A JP13579092 A JP 13579092A JP H05306473 A JPH05306473 A JP H05306473A
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JP
Japan
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weldability
layer
corrosion resistance
aluminum
aluminum material
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JP13579092A
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Inventor
Masaaki Kurihara
正明 栗原
Yoji Ishida
洋治 石田
Motohiro Nanbae
元広 難波江
Toshio Tani
俊夫 谷
Nobuo Totsuka
信夫 戸塚
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JFE Steel Corp
Furukawa Aluminum Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Aluminum Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車構造用部材、特にボディー材として用
いられるアルミニウム材の成形性、溶接性及び耐食性を
改善すること。 【構成】 アルミニウム表面に、温水又は飽和水蒸気中
で加熱することにより形成されるアルミニウム酸化物又
は/及びアルミニウム水酸化物の第1層、及びその上に
潤滑性無機化合物で形成される第2層を有することを特
徴とする。

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材に関する
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叫ばれる中、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。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。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より所定の寸法に切断した板より所定の形状に成 ↓ 形する。 接合:溶接又は/及び接着にて周辺部品と接合する。その際従来の鉄及び鉄鋼 ↓ 材と組合わされて次工程へ流れる。 ↓ 表面処理 i) 脱脂:アルカリ系洗浄剤を使用。 ↓ ii) 水洗 ↓ iii)表面調整:コロイダルチタン酸塩処理 ↓ iv)化成処理:りん酸亜鉛処理 ↓ v) 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 vi) 乾燥 で行う。 ↓ 塗装 i)下塗り(電着塗装) ↓ ii) 中塗り ↓ iii)上塗り ↓ 艤装
【0003】
【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。 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
アルミニウム材は軟質、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。 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綱板に比
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。 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:Filiformcorrorsion)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。 本発明は前記の問題について検討の結果、成形性、溶接
性及び耐食性に優れたアルミニウム材を開発したもので
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
表面に、温水又は飽和水蒸気中で加熱することにより形
成されるアルミニウム酸化物又は/及びアルミニウム水
酸化物の第1層及びその上に潤滑性無機化合物で形成さ
れる第2層を有することを特徴とする成形性、溶接性、
耐食性に優れたアルミニウム材である。しかして前記の
第1層は、Al23 ,AlOOH,Al(OH)3のうち1
種または2種以上からなりその厚さが0.01〜5 μm
であり、また前記の第2層は、アルカリ金属の含水ほう
酸塩からなり、その付着量が10〜1000mg/m2
し、水洗あるいはアルカリ脱脂による溶解残渣が1mg/
2 未満であり、更に前記第1層の厚さは、電極接触面
側がスポット溶接接合面側の2/3以下とすることが望
ましい。
【0005】
【作用】先ず成形性について述べると、アルミニウム材
は綱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。本発明においては、高硬度で且つ潤滑性を
付与する方法として、温水又は飽和水蒸気中で加熱する
ことにより表面にアルミニウム酸化物又は/及びアルミ
ニウム水酸化物の層を形成し、さらにその上に潤滑性無
機化合物からなる第2層を設けることで摩擦係数を減少
させ、成形性を向上させた。次に溶接性については、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。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との知見を得た。
そこでアルミニウム酸化物又は/及び水酸化物層の膜厚
コントロールが重要となり、本発明においては電極接触
面側がスポット溶接接合面側の2/3以下の厚さになる
ように調整することで良好な溶接性を確保することが可
能となった。尚、溶接性を問わない場合は、両面が同じ
膜厚でもよい。また塗装後の耐食性については、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
の傷等塗膜の欠陥部を起点としたものであり、塩素等が
存在する腐食環境下にて腐食性物質がアルミ素地に達
し、アルミ素地を腐食することが主な原因である。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重要であり、本発明では
アルミニウム酸化物又は/及び水酸化物の膜厚をコント
ロールすることで十分な耐食性を得ることができた。
【0006】以下に本発明を更に詳細に説明する。温水
又は飽和水蒸気中で加熱することで形成される酸化皮膜
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で成形性
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。また、アルミニウム酸化物又は/及び水酸化物と
してのAl23 , AlOOH,Al(OH)3は、通常、結
晶水が付いた形で生成するが、本皮膜では結晶水の有無
は特に問題とはならない。また、皮膜形成処理の前処理
は特に実施する必要がなく、圧延後直接皮膜形成処理を
行っても良いが、通常は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、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ことが望ましい。第1層の膜厚
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充分となり耐食性に乏
しいものとなってしまい、5 μm を越えると電気抵抗が
大きくなりすぎ溶接が不可能となるためである。また、
電極接触面側の膜厚がスポット溶接接合面側の2/3以
下の厚さになるように調整することで、電極面側でのス
パーク発生防止及びアルミの電極面上への溶着防止に大
きな効果が現れる。また、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。一方、第2層の
アルカリ金属のほう酸塩としては、メタほう酸塩、四ほ
う酸、五ほう酸のNa 塩、K塩、Li 塩が実用可能なも
のである。このようなアルカリ金属のほう酸塩は、含水
するものと無水のものが存在するが、水洗あるいはアル
カリ脱脂時の溶解性は含水結晶構造のほうが優れてお
り、本発明では含水ほう酸塩を用いることが好ましい。
この第2層の形成方法としては、上記化合物の水溶液と
接触させ、これを乾燥することで容易に得ることができ
る。含水ほう酸塩の付着量を10〜1000mg/m2
したのは、10mg/未満では成形性改善の十分な効果が
得られず、1000mg/m2 を越えると成形性改善効果
が飽和してしまうためである。また、前記の製造工程中
の成形工程後の水洗あるいはアルカリ脱脂工程での溶
解残渣が1mg/m2 以上であると、化成処理工程に悪影
響を及ぼすが、付着量が1000mg/m2 を越えると溶
解残渣が1mg/m2 以上となる危険性がでてくるためで
ある。尚本発明においてアルミニウム材とは、例えば純
Al, 或はAl−Si系,Al−Mg,Al−Mg−S
i系,Al−Cu−Mg系,Al−Zn−Mg系,Al
−Zn−Cu−Mg系などの合金がある。また板材、押
出材、鋳物などが適用できる。そして前記の処理方法と
しては、コイル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ことは言うまでもない。
【0007】
【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
JIS A5182(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剤によるエッチング、
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、ほう酸塩処理をおこなった。
その後以下に示す試験を行った。 (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/sec)を行い、円筒側面にかじりや割
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(○)とした。 (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(t:板厚)を下回
るまでの打点数のいずれかの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(×),500〜1000を普通(△),1000〜
2000を良好(○),2000点以上を最良(◎)と
した。 溶接機:インバーター式直流溶接機 電 極:形 状 円錐台頭(CF)型 先端径 5.0mm/φ 材 質 Cr−Cu 溶接条件:加 圧 150kgf 初期加圧時間 20/50秒 通電時間 6/50秒 保持時間 5/50秒 溶接電流 15kA (3) 塗装後耐食性試験 処理後のコイルから70×150mmのテストピースを切
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
を行ってサンプルを作製した。この時のトータル塗装厚
さは約100μmである。このサンプル表面にアルミ素
地まで達するクロスカットを入れ、JIS Z2371
による塩水噴霧試験を24時間行い、その後50℃×9
5%RH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)の最大長
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(◎)
とした。これらの処理条件及び試験結果を表1に示し
た。
【0008】
【表1】
【0009】表1から明らかなように本発明に係るNo.
1〜No. 7は、成形性、溶接性、耐食性のいずれも優れ
ている。一方比較側のNo. 8は、第2層の付着量が多い
ため、耐食性が劣る。またNo. 9は、第1層の酸化膜厚
が厚過ぎるため溶接性が劣り、No. 10は薄過ぎるため
溶接性が劣る。No. 11は、第2層の付着量が少ないた
め成形性が劣る。さらに従来例のNo. 12は無処理のた
め、成形性、溶接性、耐食性のいずれも劣っている。
【0010】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
成形性、溶接性、耐食性のいずれも優れたアルミニウム
材が得られるもので工業上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 難波江 元広 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 戸塚 信夫 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム表面に、温水又は飽和水蒸
    気中で加熱することにより形成されるアルミニウム酸化
    物又は/及びアルミニウム水酸化物の第1層、及びその
    上に潤滑性無機化合物で形成される第2層を有すること
    を特徴とする成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニ
    ウム材。
  2. 【請求項2】 前記第1層がAl23 ,AlOOH,A
    l(OH)3のうち1種または2種以上からなり、その厚さ
    が0.01〜5μmであることを特徴とする請求項1記
    載の成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材。
  3. 【請求項3】 前記第2層がアルカリ金属の含水ほう酸
    塩からなり、その付着量が10〜1000mg/m2 であ
    り、水洗あるいはアルカリ脱脂による溶解残渣が1mg/
    2 未満であることを特徴とする請求項1または2記載
    の成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材。
  4. 【請求項4】 前記第1層の厚さは、電極接触面側がス
    ポット溶接接合面側の2/3以下であることを特徴とす
    る請求項1,2又は3記載の成形性溶接性、耐食性に優
    れたアルミニウム材。
JP13579092A 1992-04-28 1992-04-28 成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材 Pending JPH05306473A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011089154A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 成形加工用金属材、その製造方法、潤滑皮膜付成形加工用金属材、及び金属成形加工方法
WO2019225674A1 (ja) * 2018-05-24 2019-11-28 学校法人 芝浦工業大学 耐食性及び強度に優れたアルミニウム合金材及びその製造方法

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