JPH09241893A - アルミニウム材の電解処理用対極及びそれを用いた表面処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫酸浴によるアルミニウム材の交流電解陽極
酸化皮膜処理に用いる対極及び金属塩を含む硫酸浴を用
いたアルミニウム材の交流陽極酸化皮膜処理に用いる対
極の寿命を長くする。 【構成】 陽極酸化処理皮膜を形成した鉛を対極とし
て、アルミニウム材の硫酸浴中での交流電解陽極酸化皮
膜の形成処理及びアルミニウム材の金属塩を含む硫酸浴
中での陽極酸化皮膜の形成処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム材の電解
処理用対極及びそれを用いた電解処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
（以下、アルミニウム材という。）は、耐食性、耐摩耗
性を付与するために硫酸やしゅう酸などの浴中で陽極と
して直流電解処理して陽極酸化皮膜を形成することが一
般である。一方、その陽極酸化皮膜の柔軟性を向上する
ために電解電流に交流を用いることが、例えば、アルミ
電線の製造に対して行われているが、建材や構造材のよ
うなものにおいては余り実施されていない。

【０００３】また、この皮膜は耐食性に優れているが、
そのままでは金属地金の白色系の色合いであるため、用
途によっては使用環境に合わない場合があり、単調でも
あるため、用途に応じて後工程として各種の色塗装や着
色処理が施されることが多くなっている。なかでも、電
解着色処理は、陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム材
を陰極として、陽極酸化処理によって形成された多孔質
酸化皮膜の微細なポアー中に化学的に安定な金属塩類を
吸着せしめて着色するため環境に対して極めて安定して
おり、長期間に亘って屋外においても変色したり褪色す
ることがなく、広く普及を見ているが、建材の場合陽極
酸化皮膜が柔軟性に欠けているため、後加工も制限され
ていた。

【０００４】アルミニウム材の陽極酸化処理の対極に
は、カーボン、アルミニウムなどの材料が用いられる
が、交流電解による場合は、電流が対極をアノード及び
カソードとして交互に流れるために、その寿命を長く維
持できない。すなわち、電解の際のアノード期にアノー
ド反応を生じて溶解して、対極自体が細り、表面状態が
荒れて劣化したり、また、対極から生じた電解生成物の
ために電解浴が汚染されるために、対極及び電解浴の寿
命が著しく短くなる。このことは、電解条件を良好に一
定に維持できないことから、製品品質の低下を来すが、
また、対極や電解浴の頻繁な更新を必要とすることにも
なり、これらの原単位を上昇させると共に操業効率を低
下させて、生産コストの上昇をもたらす要因ともなって
いた。

【０００５】一方、着色アルミニウム材を得る方法とし
て、アルミニウム材の陽極酸化皮膜を金属塩を含む電解
浴中で電解着色処理する方法が慣用されているが、電解
処理工程が複数に亘るため生産コストの上昇が避けがた
く、又、このようにして得られる皮膜には柔軟性に欠け
るものがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、アルミニウム
材の電解処理において、劣化を生じることなく長期間の
操業に耐える対極を提供することを目的とする。また、
このような劣化しない対極を用いて、アルミニウム材の
陽極酸化処理及び陽極酸化皮膜の電解発色処理におい
て、対極寿命を向上して電解浴管理を容易にし、陽極酸
化皮膜等の電解処理品質の向上及び操業コストの低減を
可能にする方法を提供することを目的とする。更に、生
産コストの安い電解発色法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】本発明は、その目的を達
成するため、硫酸浴によるアルミニウム材の交流電解処
理用の対極を予め陽極酸化処理を施した鉛とすることを
特徴とする。また、予め陽極酸化処理を施した鉛を対極
として硫酸浴によるアルミニウム材の交流陽極酸化皮膜
形成処理を行うこと及び予め陽極酸化処理を施した鉛を
対極として金属塩を含む硫酸浴によるアルミニウム材の
交流着色陽極酸化皮膜形成処理を行うことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明の対極は、通常のアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の陽極酸化処理と同じように、対極とす
る鉛を陽極酸化処理を行うことにより製造することがで
きる。電解浴には、硫酸、しゅう酸などが用いられる。
対極表面の陽極酸化皮膜は、電源に直流及びパルス波形
などを用いて電解処理を行い、対極となる鉛表面に生じ
た褐色の酸化物がその表面を完全に電気的に覆うまで陽
極酸化処理を行うことによって形成される。電解浴に硫
酸を用い、アルミニウム材を交流陽極酸化する場合の電
解浴中の鉛対極表面における反応は次のように推考され
る。

【０００９】硫酸浴中での交流陽極酸化処理では、対極
でもアノード反応とカソード反応の両反応が生じること
になり、金属鉛をそのまま対極に適用する場合にはアノ
ード周期の際に水酸化鉛（IV）や酸化鉛（IV）を生成
し、カソード周期の際には生成した酸化鉛（IV）の硫酸
鉛（II）への還元が生ずることになる。しかるに、アル
ミニウムの陽極酸化皮膜には整流作用があるため、交流
電解に際して対極ではカソード電流が少なく、アノード
電流が多く流れることになる。そのため、前述の反応の
うち、対極での反応はアノード反応の方が支配的になる
ことになり、対極表面に酸化物が堆積する方向に電解が
進行することになる。これによって、電解当初から陽極
酸化処理によって酸化鉛皮膜を形成した対極を使用する
時には対極の溶解はほとんど発生せず、対極寿命を長く
することができるようになるものと思われる。また、交
流陽極酸化処理を金属塩を含有させた電解浴にて行う場
合には、被処理材にアノード反応とカソード反応が発生
することにより、カソード周期時に生成直後の活性度の
高い陽極酸化皮膜に金属浴が吸着され金属塩の還元反応
が発生し、皮膜ポアー中にその生成物が沈着するので着
色した陽極酸化皮膜が生成するものである。

【００１０】

【実施の態様】本発明の対極に用いる鉛の材質や形状に
格別の制約はないが、鉛単体の板、棒、クラッド材でよ
い。例えば、アルミ、銅、鉄などの導電体を芯材として
鉛板をクラッドしたものも、これら板状、棒状などの芯
材がブスバーからの導電桿を兼ねるため好都合である。
鉛極の陽極酸化皮膜形成のための電解条件は、電解浴と
して硫酸浴を例にすると、硫酸５０〜３００ｇ／ｌ、浴
温−５〜３０℃の浴中で、カーボン陰極を用い、直流或
いは矩形波交番電流を用いて陽極電流密度３Ａ／ｄｍ²
以下で陽極酸化を行えばよく、それによって褐色の酸化
鉛（IV）ＰｂＯ₂で全面を覆われた状態となし得る。表
面性状は、全面がスポンジ状の褐色の皮膜に覆われた状
態であった。

【００１１】この陽極酸化処理した鉛材を対極として、
アルミニウム材の陽極酸化皮膜の形成処理を行う。硫酸
単独浴を例にすると、硫酸１０〜３００ｇ／ｌ、浴温−
５〜３０℃の浴中で、アルミニウム材を一極に、電気的
にＰｂＯ₂ 皮膜で全面を覆われた鉛を対極に使用して、
商用交流５〜４０Ｖの定電圧で電解し、所要の膜厚の多
孔性陽極酸化皮膜を形成する。膜厚は用途によって異な
るが、建材の場合７〜４０μｍ、その他の場合は５〜４
０μｍの範囲で、電解時間はその膜厚に応じて最大９０
分間の範囲で制御し、調節すればよい。

【００１２】陽極酸化皮膜を形成した鉛対極を用いたア
ルミニウム材の電解発色させた陽極酸化皮膜の交流電解
処理には、適宜の金属塩を適用でき、その例示として、
表１に金属塩とその発色及び着色状態を示す。電解発色
は、アルミニウム材を硫酸５０〜３００ｇ／ｌ、金属塩
０．１〜１ｇ／ｌ（例えば、好適には硫酸銅の場合、
０．３〜０．５ｇ／ｌ）、浴温−５〜３０℃の浴中で、
本発明の陽極酸化皮膜を形成した鉛対極を用いて、５〜
４０Ｖの定電圧下での商用交流で着色状態に応じて９０
分間以内の電解処理を行い、発色した陽極酸化皮膜を得
ることができる。得られた電解発色の色の状態を表１に
示す。

【００１３】後処理は、水洗して、常法により、用途に
応じてクリヤー電着塗装または封孔処理を行う。なお、
本発明による陽極酸化した鉛対極を用いて陽極酸化した
アルミニウム材は、電解発色に変えて、後工程で金属塩
浴に浸漬して多孔性陽極酸化皮膜の微細なポアー中に無
機塩などを吸着させて染色することもできる。その場合
も、浸漬による着色は電解発色と同様な状態となし、そ
の後、同様にクリヤー電着塗装または封孔処理を行えば
よい。それにより、耐候性のよい染色皮膜が提供される
が、生産コストの上昇が避けられない。以下に、具体的
な実施例を示す。

【００１４】実施例１ 厚さ５ｍｍの鉛板を硫酸１８０ｇ／ｌの浴中で表面が完
全に褐色となるまで陽極酸化し、これを対極として電解
槽の両側に配置した。ＪＩＳ Ａ１１００製アルミニウ
ム材を被処理材として、硫酸１８０ｇ／ｌの浴を用いて
商用交流定電圧１５Ｖで６０分間電解して陽極酸化処理
した。この処理を１０００回繰り返した後、電解浴は無
色透明であり、溶出した鉛イオン濃度を定量したとこ
ろ、０．１ｐｐｍ以下であった。対極とした鉛板の厚さ
の減少も認められなかった。

【００１５】比較例１ 陽極酸化処理をしない鉛板を対極に用いた以外は、実施
例１と同様の条件でＪＩＳ Ａ１１００製アルミニウム
材の交流陽極酸化処理を行った。１０００回の処理後、
鉛板の厚さの減少は認められなかったが、電解液は白く
濁り、電解液中の鉛イオンの濃度は１０ｐｐｍであっ
た。

【００１６】比較例２ ５ｍｍの厚さのカーボン板を対極に用いた以外は実施例
と同様の条件でＪＩＳＡ１１００製アルミニウム材の交
流陽極酸化処理を行った。１０００回の処理後、電解液
は黒く濁っていた。カーボン板の厚さは２ｍｍに減少し
ていた。

【００１７】また、本発明の陽極酸化皮膜を形成した鉛
対極を用いてアルミニウム材の陽極酸化皮膜を電解発色
処理する例を以下に示す。

【００１８】実施例２ 厚さ５ｍｍの鉛板を硫酸１８０ｇ／ｌの硫酸浴中で表面
が完全に褐色になるまで陽極酸化し、この鉛板を対極と
して電解槽の両側に配置した。ＪＩＳ Ａ１１００製ア
ルミニウム材を硫酸１８０ｇ／ｌ、硫酸銅０．５ｇ／ｌ
の浴中で、商用交流１５Ｖ定電圧で６０分間電解発色処
理を行った。電解発色後封孔処理した。ＪＩＳ Ａ１１
００製アルミニウム材は深緑色に均一に着色された。こ
の一連の処理を、１０００回繰り返した後、電解浴は銅
イオンの色を呈して透明であり、鉛イオン濃度を定量し
たところ、０．１ｐｐｍ以下であった。鉛対極の厚さの
減少も認められなかった。また、アルミニウム材は、１
０００回後の処理を行っても当初と同様に同じ色に均一
に着色された。

【００１９】比較例３ 対極に陽極酸化処理をしない鉛板を使用した以外は実施
例２と同様の条件で電解発色処理を行った。１０００回
の電解発色処理の後、鉛板の厚さの減少は認められなか
ったが、電解液は白く濁り、電解液中の鉛イオンの濃度
は１０ｐｐｍであった。また、被処理材のＪＩＳ Ａ１
１００製アルミニウム材は、１０００回後も同様に深緑
色に着色されたが、電解液には若干の濁りが認められ
た。

【００２０】比較例４ 対極に厚さ５ｍｍのカーボン板を用いた以外は実施例２
と同様の条件で電解発色処理を行った。１０００回の電
解処理後、電解液は黒く濁っていた。カーボン板の厚さ
は２ｍｍに減少していた。また、１０００回後のＪＩＳ
Ａ１１００製アルミニウム材の処理状態には着色ムラ
が生じていた。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の陽極酸
化した鉛対極は、硫酸浴によるアルミニウム材の交流電
解処理において消耗することなく、長寿命であり、アル
ミニウム材の交流陽極酸化処理及び電解発色処理におい
て、対極や電解浴の耐久性を著しく向上させることが可
能になり、操業コストを低減することができた。

【００２２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極酸化皮膜を形成した鉛対極であるこ
   とを特徴とする、硫酸浴によるアルミニウム材の電解処
   理用鉛対極。
2. 【請求項２】 陽極酸化皮膜を形成した鉛対極を用いて
   行うことを特徴とする、硫酸浴によるアルミニウム材の
   交流陽極酸化皮膜形成方法。
3. 【請求項３】 陽極酸化皮膜を形成した鉛対極を用いて
   行うことを特徴とする、金属塩を含む硫酸浴によるアル
   ミニウム材の交流着色陽極酸化皮膜形成方法。