JPH05320839A - 陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｓｉ0.05〜0.5 ％、Ｆｅ0.15〜0.9 ％（但
し、Ｆｅ＋ＳｉO.3 〜1.0％）、Ｔｉ0.01〜0.05％を含
み、Ｍｇ／Ｓｉの比が1.0 を越え10.0以下となる量のＭ
ｇを添加し、残部アルミニウムと不可避的不純物からな
るアルミニウム合金鋳塊を450 〜600 ℃で1 〜20時間熱
処理し、開始温度を400 〜550 ℃、終了温度を200 〜30
0 ℃とする熱間圧延および板厚減少率40％以上の冷間圧
延を行う。 【効果】 陽極酸化処理を施した場合、陽極酸化皮膜の
色調を均一にしてそのばらつきを無くし、成形加工性を
向上させる。建築用内外装パネル材として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陽極酸化処理用アルミ
ニウム合金板、特に陽極酸化処理を施して使用される建
築用内外装パネル、日用品、厨房用品、平版印刷版用支
持体等のアルミニウム合金板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、陽極酸化処理を施して使用される
建築用パネル等には、ＪＩＳ−Ａ１１００，１２００、
１０５０等の純アルミ系合金が多く用いられてきた。こ
れら純アルミ系合金は、アルミ純度が少なくても９９．
０％以上であるため、陽極酸化皮膜の耐食性は優れてい
るが、陽極酸化皮膜の均一な色調を得ることが難しく、
成形性も良くないという問題点がある。

【０００３】陽極酸化皮膜の色調が均一でないと、例え
ば建築用パネル材の場合には、陽極酸化処理後色合わせ
のためにパネルの並べ変えを行わなければならず、しか
もその順番通りに装着しなければならないから、多大の
労力を要し歩留りも悪く不経済である。

【０００４】最近の複雑な形状のビル用内外装パネルや
日用品等では、９０°以上の曲げ加工、張出成形加工、
絞り加工が行われるため、成形加工性の優れた板材が要
求される。一般に板材の結晶粒が小さい程優れた加工性
が得られるが、前記の厳しい加工に耐えるには例えば５
０μｍ以下の結晶粒径の板材が必要とされる。しかし、
従来使用されていた純アルミ系合金板を通常の圧延工程
により製造した場合、圧延方向と直角な方向の結晶粒の
サイズが例えば１００μｍと大きいため、加工が出来て
も加工部分が肌荒れしてしまい使用できなくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、色調の均一
化および成形性の向上と材料成分および製造条件との関
連性について研究を重ねた結果として開発に至ったもの
で、その目的は、陽極酸化処理後の色調のばらつきが小
さく成形加工性に優れた高強度高延性陽極酸化処理用ア
ルミニウム合金板の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による陽極酸化処理用アルミニウム合金板の
製造方法は、Ｓｉ0.05〜0.5 ％（重量％、以下同じ）、
Ｆｅ0.15〜0.9 ％（但し、Ｓｉ＋Ｆｅ0.3 〜1.0 ％）、
Ｔｉ0.01〜0.05 ％を含み、Ｍｇ／Ｓｉの比が重量比で
1.0 を越え10.0以下となる量のＭｇを添加し、残部Ａｌ
と不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を450
〜600 ℃で1 〜20時間熱処理したのち、熱間圧延、およ
び板厚減少率40％以上の冷間圧延を行い、熱間圧延の開
始温度を400 〜550 ℃とし終了温度を200 〜300 ℃とす
ることを発明構成上の必須要件とする。

【０００７】陽極酸化用純アルミ系合金の色調の不均一
は材料中に不純物として不可避的に存在するＳｉが不均
一に析出するために生じる。析出したＳｉは陽極酸化皮
膜内にそのままの形で存在するため、皮膜を黒色系統に
発色させる作用があり、そのためＳｉの不均一な析出は
色調不均一の原因となる。本発明者等はＭｇを添加して
ＳｉをMg₂Si の形で捕捉しＳｉの単体での析出を阻止す
ると色調が安定することを見出した。Mg₂Si は陽極酸化
の際に酸化されてしまうので、皮膜の色調に影響を与え
ることはなく、Mg₂Si の析出は同時に材料の強度を向上
させる。Ｓｉの好ましい含有量は0 .05 〜0.5 ％の範囲
であり、0 .05 ％未満では強度向上の効果がなく、0.5
％を越えると単体Ｓｉとして析出し易くなり、一方でＦ
ｅによる再結晶粒微細化効果を損ない耐食性を低下させ
る。

【０００８】Ｆｅは、合金の再結晶粒を微細化するため
に添加する。好ましい添加量は0.15〜0 .9％であり、0.
15％未満ではその効果が小さく、0.9 ％を越えて添加す
ると粗大なAl-Fe 系およびAl-Fe-Si系化合物を形成し
て、成形性を低下させ化学的性質の局所的不均一性をも
たらす等の問題を生じる。Ｓｉ＋Ｆｅの合計量は、材料
強度、材料の機械的性質および化学的性質、および地金
コストの観点から調整される。好ましい範囲は0.3 〜1.
0 ％で、0 .3％未満では強度が十分でなく、1 .0％を越
えると耐食性が損なわれる。

【０００９】Ｔｉは、主として鋳塊の結晶粒微細化に効
果を発揮し、圧延した板の再結晶粒をも微細化するもの
で、0.01〜0.05％の範囲で添加される。0.01％未満では
その効果が小さく、0.05％を越えると粗大なAl-Ti 系化
合物を形成し、該化合物が圧延板に筋状に分布して陽極
酸化皮膜に欠陥を与えるおそれがある。Ｔｉの添加はＴ
ｉ単独ではなく、ＴｉとＢを複合添加する方法もある。
この場合もＴｉ量は0.01〜0.05％の範囲に調整する。Ｂ
量は不純物として計上し、その添加量は30ｐｐｍ以下が
望ましい。

【００１０】Ｍｇは、材料の強度を向上させるために添
加するもので、Ｍｇ／Ｓｉの比が重量比で1.0 を越え1
0.0以下となる量含有させる。陽極酸化皮膜の色調の均
一性を損なうＳｉ粒子を捕捉するためのＭｇ量は、Ｓｉ
0.05〜0.5 ％の場合Ｍｇ／Ｓｉの比が0.3 〜1.0 となる
量のＭｇを添加すれば足りるが、この程度の添加では固
溶Ｍｇによる強度向上が望めないため上記の量添加する
必要がある。Ｍｇ／Ｓｉの比が10.0を越えるとさらに高
強度が得られるが、Ｍｇ量が5 ％を越えてしまうことが
あるため、鋳造時の偏析が生じ易くなりＭｇの酸化も激
しくなるおそれがある。

【００１１】所定の組成に配合したアルミニウム合金を
通常の半連続鋳造法により造塊し、必要に応じて、鋳塊
の表面偏析層を、鋳造後あるいは鋳塊熱処理後に切削除
去する。ついで鋳塊熱処理を行い、鋳造組織を均質化す
るとともに成分中のＦｅおよびＳｉをAl-Fe-Si系化合物
とする。熱処理温度は450 〜600 ℃の温度で1 〜20時間
の範囲で行われる。温度が450 ℃より低温あるいは処理
時間が1 時間より短いとAl-Fe-Si系化合物の形成が起こ
り難く鋳造組織が不均一となり、化学的性質にも局所的
不均一性が生じる。処理温度が600 ℃より高温になると
共晶融解のおそれがある。処理時間は長い方が好ましい
が、生産性の点から20時間以内とし、実用上3 〜20時間
で行う。

【００１２】鋳塊熱処理の後、そのまま冷却することな
く、またはいったん室温まで冷却し再加熱して熱間圧延
する。熱間圧延は400 〜550 ℃で開始し、200 〜300 ℃
( 終了時の材料温度) で終了するのが好ましい。熱間圧
延は、鋳塊を板状に展伸加工する目的のほか、熱間圧延
中にＭｇとＳｉを固溶させ、熱間圧延後の板コイルの冷
却中にMg₂Si を析出させるために行われる。圧延開始温
度が400 ℃より低いと圧延が困難となる場合があり、Ｍ
ｇとＳｉが固溶しないことがある。特にＳｉは不均一に
析出し易く色調がばらつく傾向がある。550 ℃より高温
になると固溶は促進されるが、圧延面の酸化が進み陽極
酸化皮膜の色調( 光沢) むらの原因となる。圧延終了温
度が200 ℃より低いと圧延油が蒸発しきれず板面に残留
し表面汚れや腐食を起こし易い。300 ℃より高いと再結
晶粒が粗大化し、最終板に帯状組織による色調( 光沢)
むらを生じ易い。

【００１３】熱間圧延の後冷間圧延を行い所定の板厚に
する。建築用パネル等の用途で所望の耐力、例えば140
MPa 以上の耐力を得るには40％以上の冷間圧延が必要で
ある。伸び率の大きい材料が要求されるときは冷間圧延
後150 〜250 ℃で1 〜10時間の最終熱処理を行うのがよ
い。150 ℃より低温または1 時間未満の処理では、伸び
率向上が期待できず、250 ℃を越えると耐力が低下す
る。低温（150 〜200 ℃未満) では処理時間が10時間を
越えても耐力の低下はないが、経済上の観点から10時間
以内とする。高温領域(200〜250 ℃) では10時間を越え
ると耐力が低下し好ましくない。

【００１４】熱間圧延後冷間圧延前に、材料組織を均一
な再結晶組織とし冷間圧延での機械的性質を均一にする
目的で、必要に応じて400 ℃以下の温度で中間熱処理を
行ってもよい。400 ℃を越えるとMg₂Si が分解して固溶
したＳｉが冷却時に不均一に析出し色調にばらつきが生
じる。

【００１５】熱間圧延終了から冷間圧延終了までの間に
おいて中間熱処理を行うと、微細な再結晶組織となって
成形加工性が向上し陽極酸化処理後の外観が改善され
る。中間熱処理は、平均昇温速度10℃/ 秒以上で450 〜
600 ℃の温度まで急速加熱してその温度に5 〜30秒保持
し、平均冷却速度10℃/ 秒以上で急速冷却する条件で行
うのが好ましい。特に、500 ℃より高温度で処理した場
合には、熱間圧延中に固溶したMg₂Si が分解してそれぞ
れ再固溶するが、冷却速度が速いため冷却中におけるＳ
ｉの析出はなくさらに高強度が得られる。中間熱処理
は、工業的には、熱間圧延後冷間圧延前または冷間圧延
の途中において、ライン化された連続焼鈍炉を使用して
行うのが好ましい。保持時間が長くても上記の効果は得
られるが、ラインスピ−ドが遅くなり経済性が劣る。昇
温速度や冷却速度が遅い場合、保持時間が短い場合およ
び処理温度が低い場合には上記の効果が小さく、600 ℃
を越えた温度で処理した場合には共晶融解を起こすおそ
れがある。

【００１６】上記中間熱処理後の冷間圧延は30％以上の
板厚減少率で行うのが好ましい。冷間圧延により120 MP
a 以上の耐力が付与される。冷間圧延後、150 〜250 ℃
で1〜10時間の最終熱処理を行うとMg₂Si の微細析出組
織が得られ、さらに強度が向上するとともに10％以上の
伸び率が得られる。このようにして得られた最終板は、
例えば苛性ソ−ダ水溶液によりエッチングし、中和処理
してから硫酸水溶液で陽極酸化処理して美観および耐食
性を付与し使用に供される。

【００１７】

【作用】本発明は、Ｍｇ／Ｓｉの比を特定比率とし、Ｍ
ｇ成分により、陽極酸化皮膜の色調の均一性を損なうＳ
ｉ粒子をMg₂Si の形で捕捉することによって単体Ｓｉの
析出が阻止され、同時にＭｇの固溶により強度が向上す
る。これらの組織変化は、鋳塊熱処理、熱間圧延等の製
造工程の組み合わせによって実現され、陽極酸化処理後
の色調の均一性が達成され強度向上が図られる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１ 表１に示す組成のアルミニウム合金を、500mm ×1000mm
の断面の鋳塊にＤＣ鋳造し、その圧延面を20mm面削した
後、410 ℃に加熱して熱間圧延を開始した。熱間圧延の
終了板厚を６mm、終了温度を250 ℃とし、その後3mmmま
で冷間圧延して試験材とした。試験は、板幅方向で3 カ
所( 端部および中央部) 、板長さ方向で3 カ所( 前、
中、後) の計9 カ所において、陽極酸化処理後の色差を
測定し、外観を観察し、キャス試験を行った。また、陽
極酸化処理前の元板の圧延方向と直角方向の結晶粒径を
測定し、引張り試験、120 °曲げ試験を実施した。

【００１９】陽極酸化処理条件は、20μm の苛性エッチ
ング後硝酸で中和し、膜厚20μm の陽極酸化処理を行っ
た。色差は、ミノルタ( 株) 製の色差計ＣＲ−２００に
より前記9 カ所の色調( Ｌ^* 、ａ^* 、ｂ^* 値) を測定
し、それぞれの最大と最小の差を求めた。キャス試験
は、ＪＩＳ Ｈ ８６８１に基づく48時間試験後のピッ
ト( 孔食) の発生状況をレイテイングナンバ−（Ｒ．
Ｎ）で表した。Ｒ．Ｎは、10のピット無しを基準とし、
数字が小さくなるほどピットが多くなる。ＪＩＳでは20
μm 膜厚でＲ．Ｎ≧9(48時間) を合格と規定している。
曲げ加工性はＲ部の外観観察によった。色差以外は9 カ
所の平均値である。建築用パネル材の色調の均一性につ
いては、明度を表すＬ^* の値のばらつきの範囲ΔＬ^* が
1.0 以内、色相を表すａ^* 値（赤〜緑）、ｂ^* 値（黄〜
青）のばらつきの範囲Δａ^* 、Δｂ^* がいずれも0.5 以
内であれば、経験上見た目の色の差を感じることはな
い。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】試験結果を表２に示す。本発明の合金板
は、いずれも120MPa以上の耐力と10％以上の伸び率を有
し、結晶粒度は50μｍ以下で、曲げ加工後のＲ部に異常
は無く、曲げ加工性も良好である。色差は、ΔＬ^* が1.
0 以下、Δａ^* およびΔｂ^* も0.5 以下で、色調のばら
つきはほとんど無く、陽極酸化処理皮膜の外観およびキ
ャス試験によるＲ．Ｎも9 以上で耐食性も優れている。

【００２３】実施例２ 表１の発明合金Ｎｏ．１合金を実施例１と同様に造塊
し、表３に示す製造条件により試験材を作製した。これ
らの試験材について実施例１と同様の試験を行った。試
験結果を表４に示す。

【００２４】

【表３】 〔表注〕No.20 合金およびNo.21 合金については、冷間
圧延後250 ℃で8hr の最終熱処理を行った

【００２５】表４に示すように、本発明の構成要件を満
たす実施例はいずれも120MPa以上の耐力および10％以上
の伸び率を有し、結晶粒度は50μm 以下で良好な曲げ加
工性を示す。色差はΔＬ^* ≦1.0 、Δa ^* ≦0.5 、Δb
^* ≦0.5 でばらつきはほとんどなく良好であった。キャ
ス試験によるＲ．Ｎ値も9 以上であり、優れた耐食性を
示した。

【００２６】

【表４】

【００２７】比較例１ 表５に示す組成のアルミニウム合金を実施例１と同様な
方法で造塊、圧延して試験材を作製し、実施例１と同様
の試験を実施した。結果を表６に示す。また、表１の発
明合金Ｎｏ．１合金を実施例１と同様な方法で造塊し、
表７に示す製造条件に従って試験材を作製して、実施例
１と同様の試験を行った。試験結果を表８に示す。

【００２８】

【表５】 〔表注〕本発明の範囲を外れている成分にアンダ−ライ
ンを付す

【００２９】

【表６】 〔表注〕特性値が劣るものにアンダ−ラインを付す

【００３０】表６によれば、Ｓｉ量が多いＮｏ．６合金
は色差がばらつき、結晶粒度の粗大化に起因して曲げ加
工試験において曲げ部に肌荒れが生じた。Ｆｅ量が限定
範囲より少ないＮｏ．７合金は結晶粒度が粗大で、Ｎ
ｏ．６合金と同様曲げ部に肌荒れが生じた。Ｆｅ量が多
いＮｏ．８合金は粗大なAl-Fe 系、Al-Fe-Si系化合物の
形成に起因して陽極酸化皮膜の表面に微細な筋状の欠陥
がみられた。Ｔｉ量の多いＮｏ．９の合金は粗大なAl-T
i 系化合物の形成に起因してＮｏ．８合金と同様陽極酸
化皮膜に筋状の欠陥が発生した。

【００３１】

【表７】 〔表注〕１．本発明の範囲を外れている条件部分にアン
ダ−ラインを付す ２．Ｎｏ．２８，Ｎｏ．３０については300 ℃×8hr,Ｎ
ｏ．２９， Ｎｏ．３１については250 ℃×15hrの最終熱処理を実施
した

【００３２】

【表８】 〔表注〕特性値が劣るものにアンダ−ラインを付す

【００３３】表８によれば、均質化処理温度が低いＮ
ｏ．２２は組織不均一に起因して色差にばらつきを生
じ、陽極酸化皮膜にも微細な筋状の欠陥がみられた。均
質化時間が短いＮｏ．２３も同様であった。熱間開始温
度が高いＮｏ．２４は圧延面の酸化に起因して色差にば
らつきが生じた。熱間終了温度が低いＮｏ．２５は圧延
油の残留に起因して色差がばらつくとともに、陽極酸化
表面にストリ−ク状の欠陥もみられた。Ｎｏ．２６は熱
間終了温度が高いため再結晶粒粗大化による帯状組織が
生成し色調（光沢）むらが生じる。Ｎｏ．２７は冷間圧
延率が低く十分な耐力が得られない。Ｎｏ．２８〜３１
は最終熱処理の温度あるいは時間が本発明の範囲を越え
ておりいずれも強度が不十分であった。なお、Ｎｏ．２
６、Ｎｏ．２８〜３１においては粗大結晶粒に起因して
曲げ加工後Ｒ部に肌荒れが生じた。

【００３４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の陽極酸化処理用
アルミニウム合金板の製造方法によれば、陽極酸化処理
後の色調のばらつきが少なく、成形加工性、耐食性に優
れたアルミニウム合金板材が得られ、特に建築用パネル
として使用する場合には設計、施工が行い易く、意匠の
幅を広げることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉ0.05〜0.5 ％（重量％、以下同じ）、
   Ｆｅ0.15〜0.9 ％（但し、Ｓｉ＋Ｆｅ0.3 〜1.0 ％），
   Ｔｉ0.01〜0.05％を含み、Ｍｇ／Ｓｉの比が重量比で1.
   0 を越え10.0以下となる量のＭｇを添加し、残部Ａｌお
   よび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を、
   450 〜600 ℃で1 〜20時間熱処理したのち、圧延開始温
   度を400 〜550 ℃、終了温度を200 〜300 ℃とする熱間
   圧延、および板厚減少率が40％以上の冷間圧延を行うこ
   とを特徴とする陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製
   造方法。
2. 【請求項２】冷間圧延後、150 〜250 ℃で1 〜10時間の
   熱処理を行う請求項１記載の陽極酸化処理用アルミニウ
   ム合金板の製造方法。
3. 【請求項３】熱間圧延終了から冷間圧延終了までの間に
   おいて、10℃/ 秒以上の平均昇温速度で450 〜600 ℃の
   温度に加熱し、この温度で5 〜30秒間保持し、10℃/ 秒
   以上の平均冷却速度で冷却する中間熱処理を行い、冷間
   圧延を板厚減少率３０％以上で行う請求項１または請求
   項２記載の陽極酸化処理用アルミニウム合金板の製造方
   法。
4. 【請求項４】Ｓｉ0.05〜0.5 ％、Ｆｅ0.15〜0.9 ％（但
   し、Ｓｉ＋Ｆｅ0.3〜1.0 ％）、Ｔｉ0.01〜0.05％を含
   み、Ｍｇ／Ｓｉの比が重量比で1.0 を越え10.0以下とな
   る量のＭｇを添加し、残部Ａｌおよび不可避的不純物か
   らなり、表面に陽極酸化皮膜を形成した建築用パネル。