JPH05320934A

JPH05320934A - 成形性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材

Info

Publication number: JPH05320934A
Application number: JP15759992A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ishida; 洋治石田; Motohiro Nanbae; 元広難波江; Toshio Tani; 俊夫谷; Masaaki Kurihara; 正明栗原; Osamu Kato; 治加藤; Nobuo Totsuka; 信夫戸塚; Naoki Nishiyama; 直樹西山
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【構成】自動車構造用部材、特にボディー用アルミニ
ウム材の成形性、溶接性、耐食性を改善して自動車車体
を軽量化し、更に生産効率を向上する。【構成】アルミニウム材の表面に元素周期表第４族及
び第２族の金属のうち１種以上を含有する化合物からな
る第１層を形成し、その上に第２層として水酸基及び／
又はカルボキシル基を有する樹脂１００重量部、粉末状
固形潤滑材０．５〜２０重量部、導電性微粒子１．０〜
４０重量部からなる樹脂混合物で、その付着量が乾燥膜
厚で０．０５〜３．０μｍである樹脂皮膜を形成したア
ルミニウム材。

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、アルミニウム材の成形性、溶接性、耐食性を改善
したものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃費向上、高性能化を目的とし
て、車体重量の低減が求められ、従来使用されていた鉄
鋼材料にかわって比重が鉄の１／３であるアルミニウム
材の使用が増えつつある。アルミニウム材は軽量である
ばかりでなく、耐食性、加工性、表面処理等に優れ、更
にアルミニウム材として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、現在自動車のボデ
ィー、ホイール、バンパー、熱交換器、エンジン等に用
いられ、更に応用範囲も増えつつある。

【０００３】アルミニウム材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。自動車
ボディーの製造工程としては、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
成形工程と、溶接又は／及び接着により周辺部品と接合
し、その際従来の鉄及び鉄鋼材と組合せる接合工程と、
アルカリ系洗浄剤を使用して脱脂した後水洗し、コロイ
ダルチタン酸塩により表面調整をし、続いてリン酸亜鉛
により化成処理を施し、これを水洗するが、場合によっ
てはクロム酸系溶液による後処理を行って乾燥する表面
処理工程と、下塗り（電着塗装）、中塗り、上塗りの塗
装工程と艤装工程からなる。

【０００４】

【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は次のよ
うな問題点を抱えている。自動車ボディー用として現在
主流の鉄鋼材と比較するアルミニウム材は軟質、且つ伸
びが小さいため型かじりをおこしやすく、割れ、肌荒れ
等が生じ易いことから成形性に劣る。またスポット溶接
時にアルミニウム材は電極寿命が鋼板に比べて極端に劣
るため、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
接打点数が著しく少ないため、溶着が起る前や適切なナ
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。更に塗装後過酷環境
により促進耐久試験を行うと糸状の腐食（糸錆腐食：Fi
lifom corrorsion）が生じ易く、外見上美観を損なうば
かりでなく、更に進行した場合には機能上問題を生じ
る。

【０００５】本発明はこれに鑑み種々検討の結果、成形
性、溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材を開発した
ものである。

【０００６】即ち本発明は、アルミニウム材の表面に元
素周期表第４族及び第２族の金属のうち１種以上の金属
を含有する化合物からなる第１層を形成し、その上に第
２層として水酸基及び／又はカルボキシル基を有する樹
脂１００重量部、粉末状固形潤滑材０．５〜２０重量
部、導電性微粒子１．０〜４０重量部からなる樹脂混合
物で、その付着量が乾燥膜厚で０．０５〜３．０μｍで
ある樹脂皮膜を形成したことを特徴とし、この際第１層
の厚さが、その金属換算でアルミニウム材の表面に対し
て５〜２００ｍｇ／ｍ²含有したものであったり、第２
層の粉末状潤滑材が平均粒径０．０５〜１０μｍのポリ
オレフィンワックス、フッ素樹脂粉末、カーボン粉末
（グラファイト粉末）のうちより選ばれた１種以上で、
かつその平均粒径が樹脂乾燥膜厚の１．０〜１０倍であ
ったり、また第２層の導電性微粉末が金属粉、これら金
属の合金粉またはカーボン粉末（グラファイト粉末）の
うちより選ばれた１種以上で、かつその平均粒径が０．
０５〜５μｍの範囲内で、更に樹脂乾燥膜厚の１．０〜
２倍とするのは効果的である。

【０００７】

【作用】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ため成形性が劣り、こ
れを改善するためにはアルミニウム表面に高硬度及び潤
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、表面に元素周期表第４族及び
第２族の金属のうち１種以上の金属を含有する化合物皮
膜を形成することが有効であるが、この化合物皮膜の上
に有機樹脂皮膜からなる第２層を設けることで、更に摩
擦係数を減少させ成形性を向上させることが可能とな
る。

【０００８】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、これにともなうアルミニウム材中の電流密度の
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に比べてその電極
先端径の拡大速度が著しく大きいことに特徴がある。

【０００９】従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、ついには電極とこの絶縁層の間でスパーク
を起し、その際に電極が虫食い状に欠損してゆくことを
見出した。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
ることを知見した。

【００１０】このような知見から、溶接性を向上させる
ためには電極表面とアルミニウム材が直接接触する面積
を減少させ、且つ溶接電流を確保する対策、即ち導電性
粉末を含む樹脂をアルミニウム材の表面に被覆すること
が有効であり、さらに上記化合物皮膜の膜厚が電極接触
面側を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更に良好な溶接性を確保すること
が可能となる。

【００１１】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、表面の傷等塗膜の欠陥を起点としたものであり、水
分、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、アルミニウム材表面の化学皮膜の膜質及び防水
効果が大きく影響する。

【００１２】以上の知見をもとに本発明者等は成形性、
溶接性、耐食性の優れたアルミニウム材を開発したもの
である。

【００１３】アルミニウム材の第１層の皮膜形成処理の
前処理は、特に実施せず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の製造工程中に生成
した不均一皮膜を除去する目的で酸もしくはアルカリ中
でエッチング、または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。

【００１４】第１層の膜厚を金属換算でアルミニウム材
表面に対して５〜２００ｍｇ／ｍ²としたのは、５ｍｇ
／ｍ²以上含有すると塗装後の耐食性に優れるからであ
り、しかして５ｍｇ／ｍ²未満ではアルミ素地に対する
防食効果が不十分であるばかりでなく、所望の電気抵抗
が得られず溶接性を低下させ、また２００ｍｇ／ｍ²を
越えると電気抵抗が大きすぎるため溶接不可となるから
である。

【００１５】またこの第１層の電極接触面側の膜厚がス
ポット溶接接合面側の２／３倍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
ルミニウム材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
接性向上には効果がある。

【００１６】一方本発明において、第２層目の皮膜は、
有機樹脂と粉末状固形潤滑材及び導電性微粒子からなる
もので、有機樹脂として例えば、エポキシ樹脂、アルキ
ド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエ
ステル樹脂等のうち１種又は２種以上の混合物が用いら
れる。これら樹脂の膜厚は、０．０５μｍ未満では樹脂
による潤滑性向上の効果が少なく、３．０μｍを越える
と加工時の皮膜の一部が剥離し、加工性を低下させる原
因となるため、０．０５〜３．０μｍの範囲に限定し
た。

【００１７】次に粉末状固形潤滑材としては、ポリオレ
フィンワックス、フッ素系樹脂粉末、カーボン粉末（グ
ラファイト粉末）のうち１種又は２種以上の混合物を用
いるのが好ましく、これらの平均粒径が０．０５〜１０
μｍで且つ樹脂乾燥膜厚の１．０〜１０倍となる範囲の
ものを用いるのが良い。これは膜厚の１．０倍未満では
潤滑性が不十分であり、１０倍を越えると加工時に潤滑
材の脱落が起こり易くなるためである。また樹脂１００
重量部に対してこれら潤滑材を０．５重量部未満の添加
では、潤滑性向上の効果が十分でなく、２０重量部を越
える添加は樹脂の凝集力を低下させる危険性があるの
で、０．５〜２０重量部の範囲に限定した。

【００１８】また導電性微粒子てしては、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ａｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属粉これら
の合金粉またはカーボン粉末（グラファイト粉末）のう
ちより選ばれた１種又は２種以上の混合物を用いるのが
好ましく、これらの平均粒径が０．０５〜５μｍの範囲
内で更に樹脂乾燥膜厚の１．０〜２倍となる範囲で用い
るのが良い。これは膜厚の１．０倍未満では導電性が十
分でなく、２倍を越えると加工性に悪影響（型かじりを
書じ易くなる、ただしカーボン粉末はそうならない）を
与えるため１．０〜２．０倍の範囲で使用するのが良
い。さらにこれらの平均粒径を０．０５〜５μｍとした
のは砕粒製造における経済性、樹脂との調合性及び粘性
等によるものである。また樹脂１００重量部に対して
１．０重量部未満の添加では導電性を向上させる効果が
不十分で、４０重量部を越える添加は樹脂と下地アルミ
ニウムとの密着性を低下させるので１．０〜４０重量部
の範囲に限定した。

【００１９】本発明におけるアルミニウム材とは、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。また本発明はコ
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、
生産性に寄与することは言うまでもない。

【００２０】以下本発明の実施例について説明するが、
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。また本発明に
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。

【００２１】

【実施例】ＪＩＳＡ５１８２（Ａｌ−０．３wt％Ｍｎ−
４．５wt％Ｍｇ合金）を溶解、鋳造、均質化処理、熱間
圧延、冷間圧延、仕上げ焼鈍によるコイル連続処理によ
り、厚さ１．０mmの板に仕上げた。その後市販のアルカ
リ系洗浄剤によりエッチン、水洗、硝酸によるスマット
除去、水洗を行い、表１及び表２に示す化学皮膜処理と
表３及び表４に示す有機樹脂被覆処理を行った。これら
について成形性試験、溶接性試験、塗装後の耐食性試験
を行った。その結果を表５に示す。

【００２２】成形性試験は、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
（×）とし、これら欠陥が発生しなかったものを（○）
とした。

【００２３】溶接性試験は、溶接機にインバーター式直
流溶接機を使用し、電極としてＣｒ−Ｃｕ合金製の円錐
台頭（ＣＦ）形で先端径５．０mmφのものを用い、溶接
条件として加圧１５０Kgｆ、初期加圧期間２０／５０
秒、通電時間６／５０秒、保持時間５／５０秒、溶接電
流１５ＫＡで溶接を行い、電極寿命を評価した。評価は
溶着するまでの打点数又はナゲット径が４ｔ^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（×）、５００〜１０００点を普通（△）、
１０００〜２０００点を良好（○）、２０００点以上最
良（◎）とした。

【００２４】塗装後耐食性試験は、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リン酸亜鉛処理
液にて４３℃×２分の化成処理を行い、水洗、乾燥を行
った後、カチオン電着塗装による下塗り、更に吹き付け
による中塗、上塗を行ってサンプルを作製した。この時
のトータル塗装膜厚さは約１００μｍである。このサン
プルの表面にアルミ素地まで達するクロスカットを入
れ、ＪＩＳＺ２３７１による塩水噴霧試験を２４時間行
い、その後５０℃、９５％ＲＨの湿潤雰囲気にて２００
０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４
mm以上を不良（×）、２〜４mmをふつう（○）、２mm以
下を良好（◎）とした。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】表５から明らかなように、本発明例による
ものは、従来例と比較し、成形性、溶接性、耐食性の何
れにおいても優れていることが判る。これに対し本発明
の条件から外れる比較例では、成形性、溶接性、耐食性
の何れか一つ以上が劣る。

【００３１】

【発明の効果】このように本発明によれば、自動車構造
用部材、特にボディー用としてアルミニウム材の成形
性、溶接性、耐食性を改善し、自動車車体の軽量化を実
現し、さらに生産効率を向上することができる等工業上
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 (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 (72)発明者西山直樹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

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム材の表面に元素周期表第４
族及び第２族の金属のうち１種以上の金属を含有する化
合物からなる第１層を形成し、その上に第２層として水
酸基及び／又はカルボキシル基を有する樹脂１００重量
部、粉末状固形潤滑材０．５〜２０重量部、導電性微粒
子１．０〜４０重量部からなる樹脂混合物で、その付着
量が乾燥膜厚で０．０５〜３．０μｍである樹脂皮膜を
形成したことを特徴とする成形性、溶接性、耐食性に優
れたアルミニウム材。
【請求項２】元素周期表第４族及び第２族の金属のう
ち１種以上の金属を含有する化合物からなる第１層の厚
さが、その金属換算でアルミニウム材の表面に対して５
〜２００ｍｇ／ｍ²含有する請求項１記載の成形性、溶
接性、耐食性に優れたアルミニウム材。
【請求項３】第２層の粉末状潤滑材が、平均粒径０．
０５〜１０μｍのポリオレフィンワックス、フッ素系樹
脂粉末、カーボン粉末（グラファイト粉末）のうちより
選ばれた１種以上で、かつその平均粒径が樹脂乾燥膜厚
の１．０〜１０倍とする請求項１又は２記載の成形性、
溶接性、耐食性に優れたアルミニウム材。
【請求項４】第２層の導電性微粉末がＣｕ、Ｎｉ、Ａ
ｇ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属粉、これらの合金
粉またはカーボン粉末（グラファイト粉末）のうちより
選ばれた１種以上で、かつその平均粒径が０．０５〜５
μｍの範囲内で、更に樹脂乾燥膜厚の１．０〜２倍とす
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。
【請求項５】スポット溶接により接合されるアルミニ
ウム材の表面に形成された皮膜が元素周期表第４族及び
第２族のうち１種以上を含有する化合物からなる第１層
において、電極接触面側の膜厚がスポット溶接接合面側
の膜厚の２／３以下の厚さとする請求項１、２、３又は
４記載の成形性、溶接性、耐食性の優れたアルミニウム
材。