JPH05331579A

JPH05331579A - グレー発色アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH05331579A
Application number: JP13946692A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Yamaguchi; 敏通山口; Michiko Hara; 美智子原; Yukio Tsunoda; 幸夫角田
Original assignee: Tostem Corp
Current assignee: Tostem Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、濃いグレー色の色調を得ることが
でき、かつ押出加工性にも優れる高生産性のグレー発色
アルミニウム合金を提供する。【構成】Ｆｅ０．５０〜１．００重量％，Ｓｉ０．６
０〜１．２０重量％，Ｍｇ０．３０〜０．７０重量％を
それぞれ含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からな
る合金を、均質化処理し、陽極酸化処理した後に、さら
に金属塩浴で電解処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サッシ、エクステリ
ア、外装パネルなどの建材に用いられる美麗な外観を有
する高生産性のグレー発色アルミニウム合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＭｇＳｉ系アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ６０００系アルミニウム合金）は、熱間変形能が良好
であり、十分な機械的強度と良好な冷間加工性とを兼ね
備えているため、種々の複雑形状に成形することがで
き、押出形材の製造に最も適した材料とされている。

【０００３】このうち、６０６３Ｓ合金は、機械的強度
が１８０〜２６０Ｎ／mm² の範囲にあり、押出加工性に
優れているので、サッシ、エクステリアなどの建材に採
用されている。このような建材には種々の色調のものが
実用化されている。

【０００４】一般に、グレー発色合金をビル外装の装飾
建材として用いる場合は、次に示すような性能を有する
ことが望ましい。すなわち、ある程度の濃い色調である
こと、色調のバラツキが少ないこと、鋳塊の異常組織、
熱間圧延、焼鈍、押出加工等に起因するストリークス及
び筋目等の模様の無い均一な外観を呈すること、耐食性
（耐候性）に優れていること、ある程度以上の強度レベ
ルを有すること、曲げ加工性が良好であること、などの
諸性能を備えていることが一般に要求される事項であ
る。とくに、カーテンウォールに代表されるアルマイト
建材は、無彩色のグレー色が主体であり、地味で落ち着
いたトーンであることが好まれる。特公平２−５６４１
４号公報には、建材用のグレー発色アルミニウム合金が
記載されている。また、特公平２−５６４１７号公報に
は、建材用の乳白色発色アルミニウム合金が記載されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
合金は、濃いグレー色を得るためにＦｅが多量に添加さ
れているので、素材の押出速度を増大すると、表面に肌
荒れなどの欠陥を生じるおそれがあり、複雑形状に成形
しにくくなるとともに、高能率生産を達成することがで
きない。また、後者の合金は、押出加工性の点では問題
ないが、Ｆｅ含有量が少ないので、陽極酸化処理のみで
は濃いグレー色とならず、乳白色を呈する。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、押出加工性を損なうことなく、濃いダーク
グレーの落ち着いた色調を有するグレー発色アルミニウ
ム合金を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】この発明に係
るグレー発色アルミニウム合金は、Ｆｅ０．５０〜１．
００重量％，Ｓｉ０．６０〜１．２０重量％，Ｍｇ０．
３０〜０．７０重量％をそれぞれ含有し、残部がＡｌ及
び不可避的不純物からなる素材を、均質化処理し、陽極
酸化処理した後に、さらに金属塩浴で電解処理すること
を特徴とする。合金の組成をこのような成分範囲とした
理由について、各成分元素ごとに説明する。

【０００８】Ｓｉは、アルミニウム合金の高強度化に必
要な必須の基本成分であり、Ｍｇと共に添加することに
より化合物Ｍｇ₂Ｓｉを形成し、合金の時効硬化に寄与
する。また、発色元素としても濃色化に寄与する。Ｓｉ
含有量が０．６重量％を下回ると、所望の強度レベルを
確保することができず、淡色となる。一方、Ｓｉ含有量
が１．２重量％を上回ると、押出加工性が低下し、押出
速度を高めることができない上に、表面に肌荒れが生じ
やすくなる。このため、Ｓｉ含有量を０．６〜１．２重
量％の範囲とする必要がある。

【０００９】Ｍｇは、アルミニウム合金の高強度化に必
要な必須の基本成分であり、Ｓｉと共に添加することに
より化合物Ｍｇ₂Ｓｉを形成し、合金の時効硬化に寄与
する。Ｍｇ含有量が０．３重量％を下回ると、所望の強
度レベルを確保することができない。一方、Ｍｇ含有量
が０．７重量％を上回ると、押出加工性が低下し、押出
速度を高めることができない上に、表面に肌荒れが生じ
やすくなる。このため、Ｍｇ含有量を０．３〜０．７重
量％の範囲とする必要がある。

【００１０】Ｆｅは、アルミニウム合金中に多量に含ま
れると、合金の機械的強度を著しく低下させるととも
に、耐食性（耐候性）をも低下させてしまう。とくに、
Ｆｅ含有量が１．０重量％を上回ると、押出加工性にも
悪影響を及ぼすようになるので、その量はできるだけ少
ないほうがよい。従って、Ｆｅ含有量の上限値を１．０
重量％とすることが好ましく、さらには０．８重量％と
することが望ましい。

【００１１】しかしながら、Ｆｅは、合金中においてＡ
ｌ₆ＦｅやＡｌ₃Ｆｅなどを晶出してグレー発色に大い
に寄与する成分元素である。このため、Ｆｅ含有量を減
らしすぎるとグレー色が薄くなってしまい、魅力ある色
調を得ることができなくなる。とくに、Ｆｅ含有量が
０．５重量％を下回ると、濃いダークグレーの色調を得
ることが極めて困難になるので、その量の低減には限界
がある。従って、Ｆｅ含有量の下限値を０．５重量％と
することが好ましく、さらには０．６重量％とすること
が望ましい。

【００１２】Ｆｅ以外の不可避的不純物には、Ｔｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｂ，Ｎａなどがあげられ
る。このうちＴｉは、一般に組織の微細化に寄与して均
質化を向上させるが、過剰に存在すると、粗大な晶出物
を生成し、逆に押出加工性を低下させるので、０．０３
重量％以下の含有量であることが望ましい。また、Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｖ，Ｂ，Ｎａなどの不純物は、
過剰に存在すると、粗大な晶出物を生成し、押出加工性
を低下させるので、Ｆｅ及びＴｉ以外のこれらの不純物
の総量を０．１５重量％未満とすることが好ましい。な
お、Ｃｕを若干量添加すると、色調が変化し、表面仕上
がりが美麗なパネルを得ることができる。

【００１３】均質化処理は、鋳造組織中のＭｇ₂Ｓｉ相
を溶体化するため、Ｍｇ濃度およびＳｉ濃度の均一化の
ため、鋳造組織中の析出化合物ＡｌＦｅＳｉの変態と凝
集を図るため、などに必要な処理である。この場合には
色調の濃色化をも考慮し、均質化処理温度を５００℃以
下に設定し、これに続く熱間押出しを４３０〜４７０℃
の温度域で行なうことが望ましい。

【００１４】陽極酸化処理は、素材表面に安定でポーラ
スな酸化アルミニウムの層を生成し、グレー発色を実現
するための第一段階の処理である。グレーに発色するの
は、合金中の晶出物および析出物であり、これらの金属
間化合物が陽極酸化処理により酸化されないことが必要
である。陽極酸化処理時に酸化されない金属間化合物と
しては、Ａｌ₆Ｆｅ、Ａｌ₆Ｍｎ、単体Ｓｉなどがあ
る。ＡｌＦｅ系の晶出物は、Ａｌ₆Ｆｅの他には、Ａｌ
₃Ｆｅ及びＡｌｍＦｅなどがある。このようにＡｌＦｅ
系の晶出物はグレー発色に大いに寄与する。

【００１５】ところで、濃色化を図るためには、陽極酸
化処理を高電圧化することが望ましい。処理を高電圧化
すると、被膜の成長方向がランダムになり、低電圧領域
の処理では得られないような表面凹凸が形成され、濃色
化に寄与するからである。具体的には、硫酸浴の温度を
２０℃より低く、浴中の硫酸濃度を１００ｇ／ｌより低
く、電流密度を２．２Ａ／ｄｍ² より大きくすることが
好ましい。このように陽極酸化処理すると、次工程の金
属塩浴処理（二次電解処理）により合金表面に強い色調
の濃いグレー色を発色させることができる。

【００１６】二次電解処理は、さらに濃いグレー色を合
金表面に発現させるために、また合金成分のばらつき、
素材製造条件のばらつきによる色むらを抑えるために必
要な処理である。この処理には、ニッケル硼酸塩または
錫塩などの金属塩浴を用いることが望ましい。二次電解
処理では、陽極酸化処理により生成されたポーラス層の
孔中に金属塩を侵入させ、表面の色調を改質することが
できる。これにより合金表面がさらに低反射率となり、
濃い色調のダークグレーを発色させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、添付の図面を参照しながら、この発明
の実施例について具体的に説明する。

【００１８】本発明者らは、押出形材用アルミニウム合
金のグレー発色につき鋭意研究を重ねた結果、押出加工
性を低下させることなく、濃い色調のダークグレーを発
色させ得る合金組成およびその表面処理法を見出だし
た。

【００１９】表１は、各種素材の組成、均質化処理条
件、押出温度、並びに表面処理条件をそれぞれ示すもの
である。組成番号１乃至４は、本発明の実施例として挙
げたものであり、本発明の素材の成分範囲に含まれる。
組成番号５乃至９は、比較例として挙げたものである。
表面処理のうち一次電解（陽極酸化）処理条件は、硫酸
浴の温度および電流密度を表示した。

【００２０】また、表面処理のうち二次電解処理条件
は、ニッケル硼酸塩浴を用い、処理の有り無しで表示し
た。実施例１乃至４のものはすべて二次電解処理し、比
較例５乃至９のものはすべて二次電解処理しなかった。

【００２１】この場合に、均質化処理の条件は、処理温
度を４７０〜５００℃、処理時間を７〜１０時間とす
る。また、押出加工の温度は、４３０〜４７０℃とす
る。さらに、一次電解処理の条件は、浴の温度を１７〜
２３．５℃、電流密度を２．２〜２．５Ａ／ｄｍ² 、処
理時間を３０分間とする。表２は、上記組成番号１乃至
９の素材の硬度、押出性、明度、耐食性につきそれぞれ
調べた結果を示すものである。硬度は、合金の強度を間
接的に知る目安となるものであり、ビッカース硬さで表
示した。ビッカース硬さ５８以上を合格とする。

【００２２】押出性は、ビレットを種々のラム速度で熱
間押出加工し、長さ数１０メートルで、かつ、図１に示
すような横断面を有する押出形材１０を製造することに
より評価した。押出加工性に優れたＪＩＳ６０６３Ｓの
限界速度の７０％以上のラム速度で押出したときに、肌
荒れを生じないものを合格とする。

【００２３】明度Ｌ^* は、ＪＩＳ規格に基づき指数表示
した。すなわち、色差計ＣＲ−２００（ミノルタ製）を
用いて測色した。明度Ｌ^* の指数が小さいものほど濃色
となる。シルバーは明度Ｌ^* の指数が８０〜９０に相当
し、ブラックは明度Ｌ^* の指数が２７〜２８に相当す
る。一次電解処理後の明度Ｌ^* は指数７０以下を目標と
し、二次電解処理後の明度Ｌ^* は指数６０以下を目標と
する。最終的な明度Ｌ^* は指数７０以下を合格とする。
耐食性は、ＪＩＳ規格のキャス試験（塩化銅溶液中に浸
漬する加速試験）に基づき評価した。耐食性指数が９．
３以上を合格とする。

【００２４】図２は、横軸に合金のＦｅ濃度をとり、縦
軸にビッカース硬さ及び明度Ｌ^* をとって、Ｆｅ濃度の
両者に及ぼす影響につき調べた結果を示すグラフ図であ
る。合金中のＳｉを０．７重量％にＭｇを０．４重量％
にそれぞれ組成を固定し、Ｆｅ濃度を０．３重量％、
０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％に種々変え
て試験した。表面処理（一次電解処理）条件は、硫酸濃
度１７０ｇ／ｌ、電流密度２．２Ａ／ｄｍ² 、浴温２
３．５℃とした。図中、丸は硬さを示し、三角は明度Ｌ
^* を示す。図から明らかなように、Ｆｅ濃度が高くなる
ほど硬さ及び明度Ｌ^* の両者は低下する。

【００２５】図３は、横軸に合金のＦｅ濃度をとり、縦
軸に耐食性評価指数とって、Ｆｅ濃度の耐食性に及ぼす
影響につき調べた結果を示すグラフ図である。上記と同
様に合金中のＳｉを０．７重量％にＭｇを０．４重量％
にそれぞれ組成を固定し、Ｆｅ濃度を０．３重量％、
０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％に種々変え
て試験した。表面処理（一次電解処理）条件も、上記と
同様である。図から明らかなように、Ｆｅ濃度が高くな
るほど耐食性が低下する。とくに、Ｆｅ濃度が１．０重
量％を越えると、耐食性は急激に低下する。

【００２６】図４は、横軸に合金のＳｉ濃度をとり、縦
軸にビッカース硬さ及びラム速度とって、Ｓｉ濃度の両
者に及ぼす影響につき調べた結果を示すグラフ図であ
る。合金中のＦｅを１．０重量％にＭｇを０．４重量％
にそれぞれ組成を固定し、Ｓｉ濃度を０．７重量％、
１．０重量％、１．３重量％に種々変えて試験した。表
面処理（一次電解処理）条件は、上記と同様である。

【００２７】図５は、横軸に合金のＭｇ濃度をとり、縦
軸にビッカース硬さ及びラム速度とって、Ｍｇ濃度の両
者に及ぼす影響につき調べた結果を示すグラフ図であ
る。合金中のＳｉを１．２重量％にＦｅを０．７重量％
にそれぞれ組成を固定し、Ｍｇ濃度を０．２重量％、
０．３重量％、０．４重量％、０．５重量％に種々変え
て試験した。表面処理（一次電解処理）条件は、上記と
同様である。

【００２８】図６は、横軸に電流密度をとり、縦軸に明
度Ｌ^* をとって、両者の関係につき調べた結果を示すグ
ラフ図である。合金中のＳｉを１．０重量％にＭｇを
０．４重量％にＦｅを０．７重量％にそれぞれ組成を固
定し、電流密度を１．１Ａ／ｄｍ² 、２．２Ａ／ｄ
ｍ² 、３．３Ａ／ｄｍ² に種々変えて試験した。図から
明らかなように、電流密度が増大するに従って濃色化す
る。

【００２９】図７は、横軸に浴の温度をとり、縦軸に明
度Ｌ^* をとって、両者の関係につき調べた結果を示すグ
ラフ図である。上記と同様の組成の合金を用いて、浴の
温度を１５℃、２０℃、２３．５℃に種々変えて試験し
た。図から明らかなように、浴の温度が低くなるほど濃
色化する。

【００３０】図８は、横軸に浴の硫酸濃度をとり、縦軸
に明度Ｌ^* をとって、両者の関係につき調べた結果を示
すグラフ図である。上記と同様の組成の合金を用いて、
浴の硫酸濃度を５０ｇ／ｌ、１００ｇ／ｌ、１７０ｇ／
ｌに種々変えて試験した。図から明らかなように、硫酸
濃度が低くなるほど濃色化する。

【００３１】図９は、横軸に合金中のＦｅ濃度をとり、
縦軸に明度Ｌ^* をとって、二次電解処理をした実施例の
結果と、処理しない比較例の結果とを比較するグラフ図
である。合金中のＳｉを０．９重量％にＭｇを０．４重
量％にそれぞれ組成を固定し、Ｆｅ濃度を０．３重量
％、０．５重量％、０．７重量％、１．０重量％、１．
５重量％に種々変えて試験した。表面処理（一次電解処
理）条件は、硫酸濃度１７０ｇ／ｌ、電流密度２．２Ａ
／ｄｍ² 、浴温２３．５℃とした。二次電解処理には、
ニッケル硼酸塩浴を用いた。図中、白丸は二次電解処理
をしない比較例の結果を示し、黒丸は二次電解処理をし
た実施例の結果を示す。図から明らかなように、二次電
解処理すると著しく濃色化し、Ｆｅ濃度が０．５重量％
程度と少ない場合であっても明度Ｌ^* の指数は７０程度
になる。

【００３２】図１０は、横軸に二次電解処理の有無をと
り、縦軸に明度Ｌ^* および色調のばらつきσをとって、
実施例の結果と比較例の結果とを比較して総合評価する
グラフ図である。合金中のＳｉを１．０重量％にＭｇを
０．４重量％にＦｅ濃度を０．７重量％にそれぞれ組成
を固定し、一次電解処理後、一方は二次電解処理をし、
他方は二次電解処理をしなかった。一次電解処理条件
は、硫酸濃度１７５ｇ／ｌ、電流密度２．５Ａ／ｄ
ｍ² 、浴温１７℃とした。二次電解処理には、ニッケル
硼酸塩浴を用いた。図中、三角は明度Ｌ^* を示し、四角
は色調のばらつきσを示す。図から明らかなように、二
次電解処理したものは明度Ｌ^* および色調のばらつきσ
ともに優れ、均一で落ち着いた色調のダークグレーを発
色させることができた。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、アルミニウム合金素
材の押出加工性を損なうことなく、濃いダークグレーを
素材表面に発色させることができる。これにより低反射
率で落ち着いた色調の押出形材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム合金押出加工材の横断面図。

【図２】合金中のＦｅ濃度が機械的性質および明度に及
ぼす影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図３】合金中のＦｅ濃度が耐食性に及ぼす影響につい
て調べた結果を示すグラフ図。

【図４】合金中のＳｉ濃度が機械的性質および押出加工
性に及ぼす影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図５】合金中のＭｇ濃度が機械的性質および押出加工
性に及ぼす影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図６】陽極酸化処理における電流密度が明度に及ぼす
影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図７】陽極酸化処理における浴の温度が明度に及ぼす
影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図８】陽極酸化処理における硫酸濃度が明度に及ぼす
影響について調べた結果を示すグラフ図。

【図９】合金中のＦｅ濃度が明度に及ぼす影響につい
て、実施例の結果と比較例の結果とを比較するグラフ
図。

【図１０】明度および色調のばらつきについて、実施例
の結果と比較例の結果とを比較するグラフ図である。

【符号の説明】

１０…押出加工材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ０．５０〜１．００重量％，Ｓｉ
０．６０〜１．２０重量％，Ｍｇ０．３０〜０．７０重
量％をそれぞれ含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物
からなる素材を、均質化処理し、陽極酸化処理した後
に、さらに金属塩浴で電解処理することを特徴とするグ
レー発色アルミニウム合金。