JPH08269649A - 陽極酸化処理用アルミニウム合金材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 色調が濃灰色〜黒灰色を呈するアルミニウム
合金材を容易且つ安定的に製造することができ、またそ
の製造コストを低減することができる陽極酸化処理用ア
ルミニウム合金材及びその製造方法を提供する。 【構成】 Ｆｅ：０．３乃至２．０重量％、Ｍｎ：０．
０１乃至０．６重量％及びＴｉ：０．０１乃至０．２重
量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物
からなるアルミニウム合金を、先ず鋳造ロールにより３
乃至１０ｍｍの板厚に鋳造する。そして、４００℃以下
の温度で中間焼鈍又は粗焼鈍した後、冷間圧延して所定
の板厚とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビル等の外装用に使用さ
れる陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金材の製造方
法に関し、特に陽極酸化処理後における色調が濃灰色〜
黒灰色を呈する陽極酸化処理用アルミニウム合金材の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビル建材又は家庭用の容器等に使
用されるアルミニウム合金材は、その硬度を高くして傷
つき難くしたり、更にはその色調を美しくするために陽
極酸化処理が施されている。例えば、Ｆｅ等を添加した
アルミニウム合金に陽極酸化処理を施すことによりその
色調を黒灰色又は白灰色としたり、また浅田法等により
染色等することができる。なお、最近ではアルミニウム
の金属色を活かした灰色〜黒灰色の色調としたアルミニ
ウム合金材の需要が多い。

【０００３】とろこで、アルミニウム合金が濃灰色〜黒
灰色の色調を有するものとして、Ａｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系合金等がある。こ
れらの合金が濃灰色〜黒灰色の色調を呈するのは、陽極
酸化皮膜の色がアルミニウム合金中に含まれるＡｌ−Ｆ
ｅ系の金属間化合物の種類に極めて大きな影響を受ける
からである。即ち、アルミニウム合金中にはＡｌ_mＦ
ｅ、Ａｌ₃Ｆｅ又はＡｌ₆Ｆｅ等の金属間化合物が存在し
ており、Ａｌ_mＦｅ又はＡｌ₃Ｆｅが存在する場合には白
灰色系の色調を呈し、Ａｌ₆Ｆｅが存在する場合には濃
灰色〜黒灰色を呈する。これは、アルミニウム合金中に
Ａｌ_mＦｅ又はＡｌ₃Ｆｅが存在すると、これらの化合物
が陽極酸化処理中に前記合金から脱落するためであり、
一方Ａｌ₆Ｆｅが存在すると、この化合物は陽極酸化処
理中に脱落することはなく、陽極酸化皮膜中に存在して
光りを吸収するためである。なお、Ａｌ_mＦｅは、Ａｌ₃
Ｆｅ及びＡｌ₆Ｆｅ以外のＡｌとＦｅとの化合物を表
す。

【０００４】通常、陽極酸化処理用アルミニウム合金材
は次のように製造される。先ず、所定の成分組成を有す
る合金を溶解及び鋳造して、２５０〜７００ｍｍの厚さ
の鋳塊を製作する。その後、材料の均質化及び金属間化
合物の安定化を図るために、この鋳塊に対して５００℃
以上の温度で熱処理を施す。そして、熱間圧延により２
〜１０ｍｍ程度の厚さの板状とした後、冷間圧延及び必
要に応じて中間焼鈍等を施して所定の板厚とする。更
に、このアルミニウム合金材に対して必要に応じて苛性
ソーダ又は硝酸等を使用して前処理を行う。

【０００５】そして、このように製造された陽極酸化処
理用アルミニウム合金材に対して陽極酸化処理を施す
が、この場合にその色調を安定した濃灰色〜黒灰色とす
ることが困難である。これは、アルミニウム合金材にお
けるＡｌ₆Ｆｅが準安定相の化合物であり、鋳造時に安
定して生成させることが工業的に困難であり、またＡｌ
₆Ｆｅが熱処理等により安定相の化合物であるＡｌ₃Ｆｅ
に容易に変化してしまうからである。従って、陽極酸化
処理後におけるアルミニウム合金材の色彩は、鋳造条件
及び熱処理条件の影響が極めて大きいといえる。

【０００６】このため、従来より様々な観点から鋳造条
件が検討されており、例えばＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合
物の生成は鋳造時の冷却速度に大きく依存し、その冷却
速度が比較的遅い場合にはＡｌ₆Ｆｅが晶出し、逆に冷
却速度が早い場合にはＡｌ_mＦｅが生成し易くなること
が公知である。また、鋳造時の冷却速度を２〜１０℃／
秒に制御することにより、Ａｌ₆Ｆｅを晶出させてアル
ミニウム合金材の色調を黒灰色とする技術が公知である
（特公昭６０−５６７７２号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳塊を
製作する場合には、その厚さが２５０〜７００ｍｍと極
めて厚いため、鋳造時の冷却速度を厚さ方向に一定とす
ることが困難であり、鋳塊の組織がその厚さ方向に所謂
樅の木状となってしまう。つまり、鋳塊の表面側ではそ
の冷却速度が比較的速いためＡｌ_mＦｅ及びＡｌ₃Ｆｅが
生成し、これらの化合物より内側の部分では冷却速度が
遅くなるためＡｌ₆Ｆｅが生成し、鋳塊の厚さ方向、即
ち鋳塊の内部に向かって組織が樅の木状となる。また、
鋳塊の内部ではＡｌ₃Ｆｅが支配的となる。このため、
陽極酸化処理後の鋳塊では表面から内部に向かってその
色調が白灰色−黒灰色−白灰色となり、鋳塊の表面側に
おける白灰色−黒灰色の境界部はギザギザの樅の木状と
なってしまう。このため、鋳塊の表面を黒灰色のＡｌ₆
Ｆｅとするためには、鋳塊の表面を十分に面削して、鋳
塊の表面に生成したＡｌ_mＦｅ及びＡｌ₃Ｆｅを除去する
必要がある。なお、この場合十分に表面が面削されない
と、鋳塊の表面上がＡｌ_mＦｅ等の白灰色とＡｌ₆Ｆｅの
黒灰色とによる斑状となり、所謂色ムラが生じてしま
う。

【０００８】そこで、Ａｌ₆Ｆｅを安定且つ均一に生成
させるための成分組成が検討されたり、Ａｌ₆ＦｅがＡ
ｌ₃Ｆｅに変化しないための均熱処理条件等が検討され
ている（特開平１−２６８８３７号）が、鋳塊の表面を
相当量面削する必要があり、また鋳塊の表面側に形成さ
れる樅の木状の組織の制御、又は後工程におけるＡｌ₆
ＦｅからＡｌ₃Ｆｅへの変化の抑制等の問題のため、完
全に色ムラを防止することは困難である。更に、色ムラ
防止の完全を期すためには、その処理コストが高くなっ
てしまう。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、色調が濃灰色〜黒灰色を呈するアルミニウ
ム合金材を容易且つ安定的に製造することができ、また
その製造コストを低減することができる陽極酸化処理用
アルミニウム合金材及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る陽極酸化処
理用アルミニウム合金材の製造方法は、Ｆｅ：０．３乃
至２．０重量％、Ｍｎ：０．０１乃至０．６重量％及び
Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％を含有し、残部がアル
ミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金
を鋳造ロールにより３乃至１０ｍｍの板厚に鋳造する工
程と、４００℃以下の温度で中間焼鈍又は粗焼鈍する工
程と、その後冷間圧延する工程とを有することを特徴と
する。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、色調が濃灰色〜黒灰色を呈す
るアルミニウム合金材を開発すべく種々の実験研究を行
った。その過程において、鋳造の板厚と陽極酸化処理後
の色調との関係について次のようなことを知見した。

【００１２】鋳造の板厚が厚いほどＡｌ₆Ｆｅは生成し
易いが、樅の木状の組織等も生じ易くなる。即ち、鋳造
の板厚が厚くなると、陽極酸化処理後におけるアルミニ
ウム合金材の色調は灰色〜黒灰色となるが、色ムラの防
止が極めて困難となる。逆に、鋳造の板厚を薄くする
と、冷却速度が速くなるため、Ａｌ_mＦｅ及びＡｌ₃Ｆｅ
が生成し易くなり、樅の木状の組織は小さくなる。この
ため、色ムラが生じ難くなるが、陽極酸化処理後におけ
るアルミニウム合金材の色調が白灰色となってしまう。

【００１３】このようなことから、本願発明者等が更に
鋭意研究を重ねた結果、冷却速度を更に速くし、鋳造の
板厚が１０ｍｍ以下となる薄板連続鋳造法を使用する場
合には、濃灰色〜黒灰色の色調を呈するアルミニウム合
金材を得ることができることを見出した。

【００１４】この場合のアルミニウム合金材の表面に生
成する数種の金属間化合物は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の化
合物であり、また陽極酸化処理後にはこれらの金属間化
合物は脱落していた。そこで、本願発明者等がこのよう
な前記合金材が濃灰色を呈する原因について更なる調査
を進めたところ、以下のようなことが判明した。

【００１５】即ち、生成するＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属
間化合物はアルミニウムより電位が卑であり、また陽極
酸化処理において脱落する。通常、ＤＣ鋳造材では、生
成する金属間化合物が丸いため、この脱落により生じる
ピットも丸くなる。このため、鋳造材の表面に形成され
るアルマイト皮膜中に入射した光は、殆どトラップされ
ることがない。しかし、薄板鋳造材では、冷却速度が極
めて速いため、金属間化合物の形状が微細で、且つ不規
則なフィルム状となり、また極めて多数の化合物が均一
に分布する。

【００１６】このように、晶出物によるピットの形態が
フィルム状となるために光がトラップされ、且つ均一に
多数分布するため、色調が濃灰色を呈すると考えられ
る。

【００１７】なお、薄板連続鋳造材であっても、金属間
化合物としてＡｌ_mＦｅ及びＡｌ₃Ｆｅが生成する場合に
は、陽極酸化処理後のアルミニウム合金材は濃灰色の色
調を呈さない。これは、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が
電位的にアルミニウムより貴であるため、金属間化合物
ではなくその周囲のアルミニウムが溶解する。このた
め、生じるピットが丸くなったり、金属間化合物が残留
することにより、アルミニウム合金材は濃灰色の色調を
呈することができない。

【００１８】以下、本発明に係る陽極酸化処理用アルミ
ニウム合金材の製造方法において使用するアルミニウム
合金の成分添加理由及び組成限定理由について説明す
る。

【００１９】Ｆｅ（鉄）：０．３乃至２．０重量％ Ｆｅは鋳造時において、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物を
生成させるために必要な元素である。Ｆｅの添加量が
０．３重量％より少ないと、何等色調を呈さず、また結
晶粒が若干大きくなり、更にアルマイトの生成後に模様
が生じてしまう。一方、Ｆｅを２．０重量％を超えて添
加しても、アルミニウム合金材の表面部における金属間
化合物の量にはあまり影響を与えることがなく、Ｆｅを
添加することの効果が飽和状態となると共に、多量の中
央偏析を生じてしまう。

【００２０】従って、Ｆｅの含有量は０．３乃至２．０
重量％とし、この組成範囲内であれば、金属間化合物を
微細なフィルム状で均一に多数分布することができ、ま
たアルミニウム合金材の色調を濃灰色〜黒灰色とするた
めのＦｅ量として十分なものである。

【００２１】なお、中央偏析とは、鋳塊の中心部におい
て厚さが５０μｍ程度の幅で粗大な金属間化合物の固ま
りが、骨状に生じる現象をいう。また、この金属間化合
物が多量に存在する場合には、４５０℃近傍の温度で熱
処理を施し、圧延時においてこれらの金属間化合物をバ
ラバラにする必要がある。

【００２２】Ｍｎ（マンガン）：０．０１乃至０．６重
量％ ＭｎはＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物と反応して、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物を生成する。このＡｌ−Ｆ
ｅ−Ｍｎ系の金属間化合物は、アルミニウムより電位が
卑であり、陽極酸化処理において脱落する。また、薄板
連続鋳造法を適用する場合には、この金属間化合物の形
状が薄いフィルム状となり、光を極めてトラップし易く
なる。このため、陽極酸化処理により形成される皮膜の
色調が濃灰色〜黒灰色を呈する。

【００２３】Ｍｎの添加量が０．０１重量％以下である
と、金属間化合物の殆どがＡｌ−Ｆｅ系の化合物となっ
てしまい、このＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物がアルミニ
ウムより電位が貴であるため、陽極酸化処理において金
属間化合物の周囲のアルミニウムが溶解してしまう。こ
のため、脱落ピットの形態が丸くなり、陽極酸化処理に
おいて、色調が無色透明となってしまう。一方、Ｍｎを
０．６重量％を超えて添加すると、鋳造時に溶湯の流れ
が乱流となる部分において、極めて粗大な結晶粒が生成
し、鋳造欠陥を生じてしまう。従って、Ｍｎの含有量は
０．０１乃至０．６重量％とする。

【００２４】Ｔｉ（チタン）：０．０１乃至０．２重量
％ Ｔｉは結晶粒の微細化剤として添加される。Ｔｉを全く
添加しないと、結晶粒径が１０〜５０ｍｍ程度の大きさ
となり、この結晶が陽極酸化処理時においてアルミニウ
ム合金材の表面に模様となって現れてしまう。また、鋳
造時における溶湯の流れ不良部によっては、粒径が２０
０ｍｍ以上の極めて粗大な結晶粒組織が形成される場合
があり、この結晶が陽極酸化処理時において色彩ムラ又
は模様となって現れてしまう。このような結晶粒の粗大
化を防止するためにＴｉを添加するが、その添加量が
０．０１重量％より少ないと、結晶粒の粗大化を防止す
ることができず、一方０．２重量％を超えて添加する
と、Ｔｉが筋状に固まり陽極酸化処理により形成される
皮膜に穴を空け、耐食性を低下させてしまう。従って、
Ｔｉの含有量は０．０１乃至０．２重量％とする。

【００２５】なお、本発明に係る陽極酸化処理用アルミ
ニウム合金材の製造方法において使用するアルミニウム
合金には、上述の元素以外にＣｒ、Ｓｉ又はＣｕ等が
０．１重量％以下であれば含有されていてもよい。これ
は、これらの元素が本発明の目的とする特性に特に影響
を及ぼすことがないからである。

【００２６】次に、鋳造条件について説明する。

【００２７】鋳造板厚：３乃至１０ｍｍ アルミニウム合金の鋳造において、鋳造ロールを使用
し、板厚の薄い合金材を製作する。これは、鋳塊内部の
金属間化合物を同一のものとするためであり、また、鋳
造ロールを使用することにより、板厚の薄い効果とも併
せて冷却速度を３５０℃／秒以上として、薄いフィルム
状の金属間化合物を均一に分布させることができる。こ
のように、フィルム状の金属間化合物を均一で多数分布
させることにより、Ａｌ_mＦｅであっても色調が濃灰色
〜黒灰色を呈するアルミニウム合金材を得ることができ
る。

【００２８】鋳造板厚が１０ｍｍより大きいと、合金材
の中心部に極めて粗大なＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物、
いわゆる中央偏析を生じる。この中央偏析が生じると、
合金材の強度が低下するのみならず、金属間化合物の存
在が合金材の硬度に大きな影響を与える。即ち、硬度の
ばらつきが非常に大きくなるため、圧延が不可能とな
る。一方、 鋳造板厚が３ｍｍより小さいと、最終製品
の板厚が１ｍｍとなる場合には、その圧延率が７０％以
下となり十分な強度を得ることができない。従って、鋳
造板厚は３乃至１０ｍｍとする。

【００２９】なお、鋳造時において鋳造ロールを使用す
ると、熱伝達率を向上させることができるため、冷却速
度を速くすることができる。つまり、通常の金型が使用
される所謂半連続鋳造装置では、溶湯と金型との間に凝
固収縮による隙間が生じるため、この隙間が極めて熱伝
導を阻害する。このため、凝固収縮が少ない鋳塊の表面
では、冷却速度が速いが内部では極めて遅くなってしま
う。これに対して、鋳造ロールを使用した場合には、鋳
造と同時に圧延されるために、常に鋳造ロールが鋳塊の
表面に強く押し付けられ、鋳塊の厚さ方向にも均一で速
い冷却速度を得ることができる。

【００３０】次に、鋳造後の熱処理について説明する。

【００３１】中間焼鈍又は粗焼鈍温度：４００℃以下 中間焼鈍とは、例えば３〜０．５ｍｍの厚さまで鋳造板
を冷間圧延した後に施す熱処理をいい、粗焼鈍とは鋳造
板を冷間圧延しないで施す熱処理をいう。これらの熱処
理を施した後、最終板厚まで圧延する。

【００３２】このような中間焼鈍又は粗焼鈍ではその熱
処理温度を４００℃より高くすると、鋳造時に生成した
フィルム状の金属間化合物が丸くなってしまう。従っ
て、中間焼鈍又は粗焼鈍温度は４００℃以下とする。

【００３３】なお、熱処理の時間は特に制限はしない
が、例えば４００℃の温度で熱処理を施す場合に、８時
間の熱処理と、３０分の熱処理とでは生成する金属間化
合物の形態が異なる。即ち、３０分の熱処理では金属間
化合物の形態はフィルム状となるが、８時間の熱処理で
はその形態は丸くなってしまう。つまり、熱処理時間が
長くなるほど金属間化合物の形態は丸くなり、これはＦ
ｅが晶出物にくっ付いて析出し易いからである。従っ
て、できるだけ短時間で熱処理することが好ましい。

【００３４】次に、陽極酸化処理用アルミニウム合金材
の製造方法について説明する。

【００３５】先ず、アルミニウムの地金を溶解して、こ
れにＦｅ、Ｍｎ及びＴｉを添加して所定の成分とする。
その後、鋳造ロールを使用した薄板鋳造装置によって、
３〜１０ｍｍの板厚となるように鋳造する。このように
鋳造することにより、晶出物が微細なフィルム状とな
り、且つ均一で多数分布するため、鋳塊の中心部であっ
ても冷却速度を３５０℃／秒とすることができる。

【００３６】この後、鋳造歪みを除去して鋳造板を圧延
可能な状態とするために、必要に応じて粗焼鈍する。な
お、Ｍｇの添加量が０．５重量％程度で極めて少ない場
合には、鋳造板が軟らかいため粗焼鈍を省略することが
できる。

【００３７】その後、冷間圧延し、材料の圧延性を改善
するために、必要に応じて約３００℃の温度で中間焼鈍
を施し、更に冷間圧延して所定の板厚とする。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００３９】第１実施例 下記表１に示すアルミニウム合金を鋳造ロールを使用し
て厚さが４ｍｍの合金材を製作した。これらの合金材を
３５０℃の温度で粗焼鈍を施し、厚さが１ｍｍとなるま
で冷間圧延した。その後、５０℃の温度の苛性ソーダを
使用して３分間の前処理を施した後、２０℃の温度であ
る１５％濃度の硫酸を使用して、３Ａ／ｄｍ²の電流密
度で４０分間の陽極酸化処理を施した。

【００４０】このような処理を施した後のアルミニウム
合金材の色調について目視により観察し、その結果につ
いても下記表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記表１に示すように、実施例Ｎｏ１〜５
については、いずれもその色調が濃灰色〜黒灰色とな
り、良好な色調を呈した。

【００４３】一方、比較例Ｎｏ１については、アルミニ
ウム合金材にＭｎが添加されなかったために、その色調
は無色透明となってしまった。また、アルミニウム合金
材にＴｉが添加されなかった比較例Ｎｏ２については、
その色調が濃灰色となったものの、結晶粒の微細化効果
を得ることができなかったために、粗大結晶粒が生成し
てしまった。

【００４４】比較例Ｎｏ３及び４については、Ｆｅの添
加量が所定範囲外であり、添加量の多い比較例Ｎｏ３は
圧延ができず、また添加量の少ない比較例Ｎｏ４はその
色調が無色透明となり、更に結晶粒が若干大きくなって
しまった。

【００４５】比較例Ｎｏ５及び６については、夫々Ｍｎ
及びＴｉの添加量が所定範囲より多く、Ｍｎの添加量が
多い比較例Ｎｏ５は色調が濃灰色となったものの、粗大
な結晶粒が生成し鋳造欠陥が生じてしまった。また、Ｔ
ｉの添加量が多い比較例Ｎｏ６は、圧延ができなかっ
た。

【００４６】第２実施例 次に、Ｆｅ：１．０重量％、Ｍｎ：０．４重量％及びＴ
ｉ：０．０４重量％を含有し、残部がＡｌからなるアル
ミニウム合金を、薄板連続鋳造装置を使用して、厚さが
７ｍｍの合金材を製作した。この合金材を厚さが１ｍｍ
となるまで冷間圧延したが、冷間圧延開始時又はその途
中において、下記表２に示す条件で合金材に熱処理を施
した。その後、５０℃の温度の苛性ソーダを使用して３
分間の前処理を施した後、２０℃の温度である１５％濃
度の硫酸を使用して、３Ａ／ｄｍ²の電流密度で４０分
間の陽極酸化処理を施した。

【００４７】このような処理を施した後のアルミニウム
合金材の色調について目視により観察し、その結果につ
いても下記表２に示す。

【００４８】

【表２】

【００４９】上記表２に示すように、実施例Ｎｏ１〜６
については、熱処理の温度が４００℃以下であったた
め、いずれもその色調が濃灰色となり、良好な色調を呈
した。

【００５０】一方、熱処理の温度が４００℃以上の比較
例Ｎｏ１及び２については、アルミニウム合金材の色調
は白灰色となってしまった。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の成分組成を有するアルミニウム合金を鋳造して圧
延及び熱処理することにより、色調が濃灰色〜黒灰色を
呈するアルミニウム合金材を容易且つ安定的に製造する
ことができ、またその製造コストを低減することができ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ：０．３乃至２．０重量％、Ｍｎ：
   ０．０１乃至０．６重量％及びＴｉ：０．０１乃至０．
   ２重量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不
   純物からなるアルミニウム合金を鋳造ロールにより３乃
   至１０ｍｍの板厚に鋳造する工程と、４００℃以下の温
   度で中間焼鈍又は粗焼鈍する工程と、その後冷間圧延す
   る工程とを有することを特徴とする陽極酸化処理用アル
   ミニウム合金材の製造方法。