JPH0689430B2 - 押出用グレー発色アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、Feを発色の主成分とするグレー発色アルミニ
ウム合金に係り、さらに詳しくは、陽極酸化処理によっ
て色むらのない青味を帯びた濃いグレーに均一に発色
し、しかも押出し性と共に強度，耐食性に優れる時効硬
化型のアルミニウム合金に関し、特に押出し成形後のア
ルミニウム形材を陽極酸化処理の段階でグレーに発色さ
せるのに利用される押出用グレー発色アルミニウム合金
に関するものである。 （従来の技術） サッシ材，パネル材，門扉等の建築用材料などのアルミ
ニウム製品では、種々の色調のものが要望されており、
グレーに対する強い要求もある。 グレーでは、淡いものや赤味，黄味を帯びたものよりむ
しろ、青味の強い色調、濃い色調のものが特に要望され
ている。 従来、アルミニウム合金に表面処理を施し、着色させる
方法には、一般的合金を用いて色調に応じた特殊な浴組
成，処理条件を適用することによって目的とする色調を
得る方法、および自然発色する合金を用いて陽極酸化処
理によってそれぞれの色調を得る方法が知られている。 （発明が解決しようとする課題） しかし、上記方法のうち、一般的な合金を用いる前者の
方法では、グレーの中でも無彩色や濃い色調に仕上げる
ことが非常に難かしい。 一方、陽極酸化処理による自然発色を利用する後者の方
法は、一般に耐候性，耐食性に富んでいるため、近年建
築用材料等への使用が多くなってきている。しかし、添
加合金元素の種類や量、熱処理方法、陽極酸化処理方法
等によって、陽極酸化皮膜処理後の色調が変化するた
め、色調の均一化や合金としての各種特性と希望する色
調とのバランス調整など合金成分設計が一般に難しい。 すなわち、Al中に発色成分としてSiを添加したAl−Si系
合金、あるいはこれにMgを添加して時効硬化型合金とし
たAl−Si−Mg系合金では、陽極酸化処理によってグレー
に発色することが知られているが、濃い色調のグレーを
得るには合金中のSi含有量を高くせねばならず、Si量の
増加は合金の耐食性，耐候性を阻害する。さらに、これ
ら系の合金は陽極酸化処理によって黄味，赤味の強いグ
レーに発色し、要望の強い青味を帯びたすっきりしたグ
レーの色調が得られない等の課題があった。 また、発色成分としてFeを添加したAl−Fe系合金では、
硫酸溶液中での通常のアルマイト処理によって青味を帯
びた濃いグレーの色調が得られるが、Al−Fe系合金は時
効硬化しないタイプである上に、この系の発色要素とな
る金属間化合物は不安定で、その分布状態や粒径を均一
にコントロールすることが困難なため、色むらが発生し
やすいという課題があった。 なお、時効硬化型合金であるAl−Mg−Si系合金にFeを発
色成分として添加した場合には、目的とする濃い色調の
グレーが得られないばかりか、Feの添加によって時効硬
化性が劣化し、熱処理後も十分な強度が得られないと懸
念されていたため、実用化された例はない。 これは、Feは発色要素であるAl₆Feを形成するよりもAl
−Fe−Si系の金属間化合物を形成し易いため、Feを添加
しても発色要素のAl₆Feはあまり形成されない上、硬化
要素であるMg₂Siをも減少させる結果、色調はほとんど
改善されず、しかも強度が劣化するものと考えられてい
るからである。 （発明の目的） 本発明は、従来のグレー発色アルミニウム合金の上記課
題を解決すべくなされたものであって、その目的とする
ところは、Feを発色の主成分とし陽極酸化処理によって
色むらのない青味を帯びた濃いグレーに均一に発色する
と共に、押出し性，強度，耐食・耐候性に優れた時効硬
化型のアルミニウム合金を提供することにある。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明者は、上記目的を達成するため、合金成分，熱処
理方法等が陽極酸化処理による発色の色調やその安定
性，均一性さらには押出し性，時効硬化性等に与える影
響について鋭意検討した結果、目的とする赤味，黄味の
ない無彩色もしくは青味を帯びた濃いグレーの色調を得
るには、Feを主発色成分として用いることが最も有効で
あり、Al−Fe系合金の非熱処理性と色むら発生の問題点
については、Al−Fe系合金にSiおよびMgを特定量添加す
ることによって時効硬化性を与えることができ、さらに
Niを添加することによってAl−Fe系合金の発色むらを解
消できるという全く新しい知見を得るに到った。また、
必要に応じてCoおよび／またはCuを特定量添加すること
によって、一層青味の強い色調や濃いグレーの色調が得
られ、発色の安定性も増すことをも見出した。 本発明に係わる押出用グレー発色アルミニウム合金は上
記の知見に基づくものであって、重量％で、Fe:1.0％超
過2.2％以下、Si:0.40％以上1.2％以下、Mg:0.25％以上
0.7％以下、Ni:0.05％以上1.0％以下、さらに必要に応
じてCo:0.05％以上1.0％以下および／またはCu:0.05％
以上1.0％以下を含有し、残部Alおよび不可避的不純物
からなることを特徴としている。 以下に、本発明に係るグレー発色アルミニウム合金の成
分値（重量％）の限定理由等について述べる。 Fe:1.0％超過2.2％以下 Feは、Al₆FeおよびAl−Fe−Si系の金属間化合物を形成
し、陽極酸化処理によってグレーに発色する主要素であ
るが、1.0％以下では特に濃いグレーの色調が安定して
得られず、逆に2.2％を超えた場合には押出し性が劣化
するばかりでなく、時効硬化性が劣化し、時効処理後の
強度が低下して6063合金に匹敵する強度が得られない。 Si:0.40％以上1.2％以下 Siは、時効硬化要素であるMg₂Siを形成すると共に単体
のSiにより強度を増す効果があり、0.40％未満では6063
合金と同等の強度が得られず、1.2％を超えると押出し
性が阻害されると共に、陽極酸化処理に際してSiによる
自然発色効果で、黄味の強い色調となり、目的とする青
味を帯びた濃いグレーの色調が得られなくなる。 Mg:0.25％以上0.7％以下 Mgは前述のSiと共に所定の強度を得るのに必要である
が、0.25％未満ではその効果が期待できず、0.7％を超
えると押出し性を劣化させる。 なお、陽極酸化処理による色調に及ぼすMgの影響は比較
的少ない。 Ni:0.05％以上1.0％以下 Niは、添加によってさらに青味の強い色調、濃いグレー
の色調が色むらなく、安定して得られる効果があるので
必須成分として合金中に添加するが、0.05％未満ではそ
の効果がなく、1.0％を超えると効果が飽和し、それ以
上の添加効果がない。 なお、Niはその他の成分組成が上記の範囲内であるなら
ば、時効硬化性に及ぼす負の影響がほとんどなく、前記
範囲で添加しても、時効硬化処理後の引張強さ、耐力は
Ni無添加のものにくらべて低くなることはなく、むしろ
Ni添加量に応じて引張強さ、耐力がわずかに上昇する傾
向がある。 Co:0.05％以上1.0％以下 Coは、陽極酸化処理後の発色色調に対して、Niと同様の
添加効果を有し、必要に応じて添加することにより、よ
り濃いグレー色調で且つ青味の強いグレー色調が得られ
る。 また、Coは、時効硬化性に対する負の影響が少なく、添
加しても時効硬化処理後の強度の低下をもたらさない。
なお、Coは0.05％未満では添加の効果がなく、1.0％を
超えると効果が飽和し、それ以上の添加効果がない。 Cu:0.05％以上1.0％以下 Fe,Si,Mg,Niが前述の組成範囲である合金に対してさら
にCuを添加すると陽極酸化処理後のグレー発色色調はよ
り濃いグレーになり、色相では黄味を帯びた色調とな
る。また、Cuを添加することにより、時効硬化処理後の
引張強さ、耐力が上昇する。従って、Fe,Si,Mg,Niが前
述の組成である合金にCuを添加することによって、色調
および機械的性質の微調整が可能となる。 なお、Cuは0.05％未満ではその添加効果がなく、１％を
超えると著しく耐食性が阻害される。 本発明合金は上記の組成を有するものであるが、その他
の成分としてTiあるいはZrを添加することができる。す
なわちTiやZrは鋳塊の結晶粒を微細化する働きがあり、
ビレットから押出した形材を陽極酸化処理した際の色調
をより均一にする効果があるので必要に応じて0.01〜0.
2％程度添加してもよい。 以下に、本発明合金の特性についてさらに詳しく述べ
る。 本発明合金は、時効硬化性を有しない、Feを主発色成分
とする従来のAl−Fe系合金に、時効硬化性と発色の安定
性，均一性を付与したものであって、Al−Fe系合金にMg
と、従来のAl−Mg−Si系合金例えば6063合金より多くの
Siを添加することによってMg₂Siを形成せしめてこれを
時効硬化要素とし、Feの存在下でAl−Fe−Si系金属間化
合物の形成によって不足するMg₂Siを形成するためのSi
量および遊離Si量を、前述した多目のSiで補ったものと
言うことができる。 すなわち、本発明合金はFeを主発色成分とするグレー発
色合金では始めて時効硬化を可能としたものであって、
人工時効処理を施すことによって6063合金並みの強度を
得ることができる。また、前述のようにMg₂Siを硬化要
素としているため押出し性に優れ、加工時の生産性が高
く、極めて使用しやすい合金となっている。 また、本発明合金はSiの添加によってFeを主発色成分と
しながら色むらが発生しにくく、色調の安定性にも優れ
たものとなっているが、これはAl₆Feの生成とともにAl
−Fe−Si系金属間化合物の生成も、色調の均一性，安定
性の改善に寄与しているものと考えられる。 なお、鋳造された本発明アルミニウム合金ビレットの均
質化熱処理温度については、400℃未満では均質化の硬
化が不十分であり、色むら欠陥の発生が顕著となり、55
0℃超過では発色要素であるAl₆FeがAl₃Feに変化するた
めグレーの色調が得られなくなる。したがって、均質化
熱処理は400℃以上550℃以下の温度範囲で行うのが望ま
しく、さらには450℃以上で行うのが色調の均一性の点
でより好ましい。 なお、本発明に係る合金による押出し形材を表面処理す
るにあっては、脱脂，エッチング，スマット除去を常法
に従って行い、陽極酸化処理も硫酸浴など通常使用され
ている方法によって行うものであり、処理条件に格別の
限定はない。 （実施例） 以下に、実施例と比較例によって本発明の優位性をさら
に具体的に示す。 第１表に示す各組成のアルミニウム合金を鋳造速度100m
m/minで160mm系のビレットに鋳造し、500℃×10時間の
均質化熱処理を施した後、470℃でＣ型形状の建材用型
材に押出し加工した。次いで190℃×2.5時間の人工時効
処理を施し、脱脂，エッチング，スマット除去を常法に
従って行ない、20℃の130g/l硫酸浴中で、電流密度1.50
A/dm²で50分間陽極酸化処理を行うことによって約20μ
ｍの厚さの皮膜を形成させてその色調を、スガ試験機製
測色色差計を用いて測定し、JIS Z8729に規定されるL^*
値およびb^*値で表記した。 ここで比較合金ＧおよびＨについても本発明合金Ａ〜Ｆ
と同様の方法で陽極酸化処理を施し、同様に色調を測定
した。 なお、L^*値は明度を表わすものでL^*値が高いものが白で
あり、L^*値が低くなる程黒いものを表わす。また、b^*値
については色相を表わし、b^*値の高いものは黄色を、逆
に低いものは青いことを表わすもので、b^*値が０に近い
程無彩色に近いことを表わす。 この結果は第１図に示すとおりで、本発明で特定した範
囲内の成分を有する本発明合金Ａ−Ｆでは無彩色に近い
濃いグレーに発色し、特にNiを段階的に含有させた本発
明合金A,B.Cでは、Ni量が増加するに従って青味の強い
濃いグレーに発色した。 また、Ｂ合金にさらにCuを0.20wt％添加したＥ合金で
は、色の濃淡においてはＢ合金よりさらに濃いグレーに
発色したが、色相に関してはb^*値が高くなり、Cuの添加
により黄味を帯びる傾向が確認された。 さらに、Ｂ合金にCoを0.20wt％添加したＤ合金およびＢ
合金にCo,Cuをそれぞれ0.20wt％添加したＦ合金はＢ合
金よりさらに濃い青いグレーに発色した。 これに対し、一般に鉄系化合物を安定化するとされてい
るMnを添加した比較合金Ｈは、著しく淡いグレーで、し
かも黄味の強い色調となった。 第２表は、陽極酸化処理を施した前記試料と同一の鋳
造，均質化熱処理，押出，人工時効処理工程により得ら
れた各試料の機械的性質を示すものである。 この表から判るように、Ni量が増加するにつれて引張強
さ、耐力は低下することなく、むしろ上昇する傾向を示
している。また、Ｂ合金にCuを添加するＥ合金では、人
工時効処理後の引張強さおよび耐力がＢ合金のそれらよ
り約2kgf/mm²高い値が得られた。 以上のように、本発明合金Ａ−Ｆはいずれも建築用等に
よく用いられる6063合金形材のT5材と同等の機械的性質
が得られることが確認された。 なお、これら本発明合金の耐食性はいずれも良好であ
り、Ａ〜Ｆ合金はいずれもJIS Ｈ 8601（アルミニウ
ム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜）におけるKL2
を満足することを確認した。

【発明の効果】

以上説明した様に、本発明に係わる押出用グレー発色ア
ルミニウム合金は、Al−Fe合金に特定範囲のSi,Mgおよ
びNiを添加することによって、Feを主発色成分とする合
金に時効硬化性と発色の均一性，安定性を付与すると共
に、さらに必要に応じてCoおよびCuを単独あるいは複合
添加することによって、色調と機械的性質をコントロー
ルできるようにしたものであって、人工時効処理によっ
て6063合金と同等の強度が得られると共に押出し性，耐
食，耐候性にすぐれ、陽極酸化処理によって無彩色ある
いは青味がかった濃いグレーに発色し、しかも発色むら
がなく、均質化熱処理条件や押出し温度条件等製造条件
面でのばらつきに対しても安定した色調が得られるなど
数多くの特長を備えたものであり、建材用等を中心に広
い用途が期待できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は陽極酸化処理後の色調に及ぼす化学成分組成の
影響を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花木 悟 富山県高岡市早川70番地 三協アルミニウ ム工業株式会社内 (72)発明者 中平 昊 富山県新湊市奈呉の江８―３ 富山合金株 式会社内 (72)発明者 山下 友一 富山県新湊市奈呉の江８―３ 富山合金株 式会社内 (72)発明者 吉田 善博 富山県新湊市奈呉の江13―３ 富山軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 栗島 正之 富山県新湊市奈呉の江13―３ 富山軽金属 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−161043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−130742（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−12301（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Fe:1.0％超過2.2％以下、Si:0.
   40％以上1.2％以下、Mg:0.25％以上0.7％以下、Ni:0.05
   ％以上1.0％以下を含有し、残部Alおよび不可避的不純
   物からなることを特徴とする押出用グレー発色アルミニ
   ウム合金。
2. 【請求項２】重量％で、Fe:1.0％超過2.2％以下、Si:0.
   40％以上1.2％以下、Mg:0.25％以上0.7％以下、Ni:0.05
   ％以上1.0％以下、Co:0.05％以上1.0％以下を含有し、
   残部Alおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
   押出用グレー発色アルミニウム合金。
3. 【請求項３】重量％で、Fe:1.0％超過2.2％以下、Si:0.
   40％以上1.2％以下、Mg:0.25％以上0.7％以下、Ni:0.05
   ％以上1.0％以下、Cu:0.05％以上1.0％以下を含有し、
   残部Alおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
   押出用グレー発色アルミニウム合金。
4. 【請求項４】重量％で、Fe:1.0％超過2.2％以下、Si:0.
   40％以上1.2％以下、Mg:0.25％以上0.7％以下、Ni:0.05
   ％以上1.0％以下、Co:0.05％以上1.0％以下、Cu:0.05％
   以上1.0％以下を含有し、残部Alおよび不可避的不純物
   からなることを特徴とする押出用グレー発色アルミニウ
   ム合金。