KR20200036042A

KR20200036042A - 알루미늄 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200036042A
Application number: KR1020207008701A
Authority: KR
Inventors: 유스케 세키; 요시히로 다구치
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-04-06
Also published as: TW201912813A; CN111051577A; WO2019044368A1; CN111051577B; US11248281B2; JP6525035B2; JP2019039060A; KR102156628B1; US20200299811A1

Abstract

이 알루미늄 부재(10)에는, 0질량% 내지 10질량%의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철, 및 0.1질량% 이하의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물인 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성된 기재(12); 및 기재(12)의 표면(12a)에 형성된 양극 산화 피막(14)이 제공된다. 기재(12)의 양극 산화 피막(14) 측 표면(12a)은 양극 산화 피막(14)의 제거 후 0.1μm 내지 0.5μm의 산술 평균 조도(Sa), 0.2μm 내지 5μm의 조도의 최대 높이(Sz), 및 0.5μm 내지 10μm의 조도 곡선 요소의 평균 길이(Rsm)를 갖는다.

Description

알루미늄 부재 및 그 제조 방법

본 발명은 알루미늄 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은, 종이와 같은 백색의 외관을 갖는 알루미늄 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 예를 들어 휴대 기기 및 퍼스널 컴퓨터를 위한, 종이와 같은 백색의 외관을 갖는 케이싱에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해서, 알루미늄의 표면에 산화 알루미늄을 포함하는 양극 산화 피막을 형성함으로써 알루미늄의 외관을 백색으로 만드는 시도가 이루어지고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서, 알루미늄 합금의 표면에 연마재 블라스팅을 행해서 요철을 갖는 입상면을 형성하고, 연마재 블라스팅 후에 알루미늄 합금의 표면을 화학적으로 연마하는 화학 연마 처리 또는 에칭 처리 등의 화학적 처리를 행하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1은, 화학적 처리를 행함으로써 입상면의 요철이 거칠어져서, 알루미늄 합금의 백색도를 향상시키는 것을 설명하고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2004-91851호

연마재 블라스팅에 사용되는 입자의 입자 직경은, 일반적으로는 몇백 μm이며, 작은 것이라도 특허문헌 1에 기재된 것 같이 50μm이다. 불행하게도, 이러한 직경을 갖는 입자를 사용하는 경우, 연마재 블라스팅 후에 알루미늄 합금 표면은 깊은 쐐기 형상 오목부를 다수 가지게 될 수 있다. 양극 산화 피막을 투과한 광은, 이러한 오목부에 의해 포착될 수 있고, 이는 알루미늄 부재의 백색도를 저하시킬 수 있다. 알루미늄 합금의 표면 형상이 적절하지 않은 경우, L*a*b* 표색계에서의 L*값이 높아도, 알루미늄 합금의 표면에서 광이 충분히 확산되지 않는다. 결과적으로, 표면을 비스듬히 본 경우에 알루미늄 부재의 백색도가 낮아져서, 외관을 종이와 같은 백색이 되지 않을 수 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 그러므로, 본 발명의 일 목적은, 종이와 같은 백색의 외관을 갖는 알루미늄 부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 양태에 따른 알루미늄 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성된 기재와, 기재의 표면에 형성된 양극 산화 피막을 포함한다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 0 내지 10질량%의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철, 및 0.1질량% 이하의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물이다. 양극 산화 피막 측에서의 기재의 표면은 0.1 내지 0.5μm의 산술 평균 조도(Sa), 0.2 내지 5μm의 최대 높이(Sz), 및 0.5 내지 10μm의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)을 가지며, 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz), 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은 양극 산화 피막이 제거된 후에 측정된다.

도 1은 본 실시형태에 따른 알루미늄 부재의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 알루미늄 부재를 제조하는 방법의 일례를 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 사용해서 본 실시형태에 따른 알루미늄 부재 및 알루미늄 부재의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 과장되며, 이는 실제의 비율과 상이할 수 있다는 것에 유의한다.

[알루미늄 부재]

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 알루미늄 부재(10)는 기재(12) 및 양극 산화 피막(14)을 포함한다. 이하에서 이들 구성 요소를 설명한다.

(기재(12))

기재(12)는, 0 내지 10질량%의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철, 0.1질량% 이하의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물인 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성된다. 본 실시형태에서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중의 마그네슘 함유량은 0 내지 10질량%이다. 본 실시형태에서는, 마그네슘은 반드시 기재(12)에 함유될 필요는 없지만, 기재(12)에 마그네슘을 함유시킴으로써, 알루미늄 및 마그네슘이 고용체를 형성하도록 하며, 기재(12)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네슘의 함유량을 10질량% 이하로 함으로써, 기재(12)의 내식성의 열화를 저하시키면서, 기재(12)의 강도를 향상시킬 수 있다. 마그네슘 함유량은, 0.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 1질량% 이상인 것이 더 바람직하다는 것에 유의한다. 또한, 마그네슘의 함유량은, 8질량% 이하인 것이 바람직하고, 5질량% 이하인 것이 더 바람직하다.

기재(12)에 함유되는 철 함유량은 0.1질량% 이하이다. 기재(12)의 규소 함유량은 0.1질량% 이하이다. 철 및 규소 각각은 알루미늄과 고용체를 형성하기 어렵다. 그 때문에, 이들 원소가 기재(12)에 함유되어 있는 경우, 기재(12)를 양극산화하면, 이들의 원소는 철 또는 규소를 포함하는 제2 상으로서 양극 산화 피막(14) 내에 석출하기 쉽다. 양극 산화 피막(14)이 위와 같은 제2 상을 함유하는 경우, 제2 상은 양극 산화 피막(14)을 투과하는 광의 일부를 흡수하며, 이는 알루미늄 부재(10)가 예를 들어 황색을 띤 색으로 보일 수 있게 한다. 따라서, 본 실시형태에서의 기재(12)는 0.1질량% 이하의 철을 함유한다. 마찬가지로, 본 실시형태에서의 기재(12)는 0.1질량% 이하의 규소를 함유한다. 기재(12)는 0.05질량% 이하의 철을 함유하는 것이 바람직하다는 것에 유의한다. 또한, 기재(12)는 0.05질량% 이하의 규소를 함유하는 것이 바람직하다.

기재(12)는 불가피한 불순물을 함유할 수 있다. 본 실시형태에서, 불가피한 불순물은, 원료 중에 존재하는 물질 또는 제조 공정에서 불가피하게 혼입되는 물질을 의미한다. 불가피한 불순물은 본래 불필요하지만, 이들은, 양이 매우 미량이고, 이들이 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 특성에 영향을 미치지 않기 때문에 허용된다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중에 함유될 수 있는 불가피한 불순물은, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 철(Fe) 및 규소(Si) 이외의 원소이다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중에 함유될 수 있는 불가피한 불순물의 예는, 구리(Cu), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 붕소(B), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 납(Pb), 칼슘(Ca) 및 코발트(Co)를 포함한다. 불가피한 불순물의 양은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중에 합계로 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.2질량% 이하인 것이 더 바람직하고, 0.15질량% 이하인 것이 더욱 바람직하며, 0.10질량% 이하가 특히 바람직하다. 불가피한 불순물로서 포함되는 각각의 원소의 함유량은 0.05질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.03질량% 이하인 것이 더 바람직하다.

기재(12)의 형상 및 두께는 특정 형상 및 두께로 한정되지 않고 용도에 따라서 적절히 변경될 수 있다는 것에 유의한다. 기재(12)는 가공되거나 또는 열처리될 수 있다.

(양극 산화 피막(14))

양극 산화 피막(14)은 기재(12)의 표면(12a)에 형성된다. 이러한 양극 산화 피막(14)은 내식성, 내마모성 및 다른 특성을 향상시킨다. 양극 산화 피막(14)은, 일반적으로는, 기재(12) 측에 배치된 배리어층, 및 배리어층에 대하여 기재(12)와 반대 측에 배치되고 중심부에 미세 구멍을 각각 갖는 피막 셀을 포함하는 다공질층을 포함한다. 미세 구멍의 구멍 직경은 특정한 것으로 한정되지 않지만, 일반적으로는 10 nm 내지 100 nm 정도이다.

양극 산화 피막(14)에 함유되는 금속 원소 및 반금속 원소는 0질량% 이상의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철, 0.1질량% 이하의 규소를 포함하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물인 것이 바람직하며, 금속 원소 및 반금속 원소의 합계는 100질량%로 간주된다. 양극 산화 피막(14)의 주된 구성 성분은 산화 알루미늄이며, 산화 알루미늄 자체는 무색이며 투명하다. 그러나, 철, 규소 등은 알루미늄과 고용체를 형성하기 어렵고, 양극 산화 피막(14)에 제2 상으로서 석출되기 쉽다. 양극 산화 피막(14)이 이러한 제2 상을 함유하는 경우, 양극 산화 피막(14)을 투과하는 광의 일부가 제2 상에 의해 흡수되며, 따라서 알루미늄 부재(10)는 예를 들어 일부 경우에 황색을 띤 색으로 보인다. 따라서, 본 실시형태에서는, 양극 산화 피막(14)에 함유되는 금속 원소 및 반금속 원소의 합계를 100질량%로 한 경우에서의 양극 산화 피막(14)의 철 함유량은 0.1질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 양극 산화 피막(14)에 함유되는 금속 원소 및 반금속 원소의 합계를 100질량%로 한 경우에서의 양극 산화 피막(14)의 규소 함유량은 0.1질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이, 특정 값보다 낮은 양극 산화 피막(14)의 철 함유량 및 규소 함유량은 양극 산화 피막(14)에서의 광 흡수를 저감시키고, 알루미늄 부재(10)의 백색도를 증가시킨다. 양극 산화 피막(14)은 산화 알루미늄을 90질량% 이상 함유할 수 있다는 것에 유의한다.

양극 산화 피막(14)의 마그네슘의 함유량은 0질량% 이상인 것이 바람직하다. 이는 양극 산화 피막(14)이 반드시 마그네슘을 함유할 필요는 없다는 것을 의미한다. 그러나, 마그네슘은, 알루미늄과 고용체를 형성하기 쉽고, 양극 산화 피막(14)에 제2 상으로서 석출되기 어렵다. 따라서, 양극 산화 피막(14)에 함유되는 마그네슘은 알루미늄 부재(10)의 백색도에도 영향을 미치기 어렵다. 양극 산화 피막(14)에 함유되는 마그네슘은, 기재(12)에 함유되었던 마그네슘이, 양극 산화 피막(14)의 양극산화 후에 남은 잔류물인 것으로 생각된다는 것에 유의한다. 따라서, 양극 산화 피막(14)의 마그네슘 함유량은 특정한 값으로 한정되지 않지만, 기재(12)의 마그네슘 함유량의 경우와 마찬가지로, 10질량% 이하인 것이 바람직하다. 마그네슘 함유량은, 0.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 1질량% 이상인 것이 더 바람직하다는 것에 유의한다. 또한, 마그네슘 함유량은, 8질량% 이하인 것이 더 바람직하고, 5질량% 이하인 것이 더 바람직하다.

양극 산화 피막(14)은 불가피한 불순물을 함유할 수 있다. 양극 산화 피막(14)에 함유될 수 있는 불가피한 불순물은, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 및 규소(Si) 이외의 원소이다. 양극 산화 피막(14)에 함유될 수 있는 불가피한 불순물의 예는 구리(Cu), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 붕소(B), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 납(Pb), 칼슘(Ca) 및 코발트(Co)를 포함한다. 양극 산화 피막(14) 중의 불가피한 불순물의 양은, 합계로 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.2질량% 이하인 것이 더 바람직하고, 0.15질량% 이하인 더욱 바람직하며, 0.10질량% 이하가 특히 바람직하다. 불가피한 불순물로서 포함되는 각각의 원소의 함유량은 0.05질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.03질량% 이하인 것이 더 바람직하다.

상술한 마그네슘 함유량, 철 함유량 및 규소 함유량은, 양극 산화 피막(14)에 함유되는 금속 원소 및 반금속 원소의 합계를 100질량%로 한 것에 기초하는 함유량이다. 본 실시형태에서, 금속 원소는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 전이 금속을 포함한다는 것에 유의한다. 반금속 원소는, 붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬 및 텔루륨을 포함한다. 따라서, 산화 알루미늄에 유래하는 산소와 같은 비금속 원소는 금속 원소 및 반금속 원소에 포함되지 않는다.

양극 산화 피막(14)의 막 두께는 특정한 값으로 한정되지 않지만, 1 내지 50μm인 것이 바람직하다. 1μm 이상의 두께를 갖는 양극 산화 피막(14)은 기재(12)가 부식되는 것을 방지한다. 또한, 50μm 이하의 두께를 갖는 양극 산화 피막(14)은 양극 산화 피막(14)의 광 흡수를 감소시키며, 이는 알루미늄 부재(10)의 명도를 향상시킨다. 양극 산화 피막(14)의 두께는 5 내지 20μm인 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

양극 산화 피막(14) 측에서의 기재(12)의 표면(12a)은 0.1 내지 0.5μm의 산술 평균 조도(Sa), 0.2 내지 5μm의 최대 높이(Sz), 및 0.5 내지 10μm의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)을 가지며, 이들 값은 양극 산화 피막(14)이 제거된 후에 측정된다.

0.1μm 이상의 산술 평균 조도(Sa)는 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)에서 확산 반사되게 하며, 이는 알루미늄 부재(10)를 상이한 시야각에서 비스듬히 보는 경우에도 알루미늄 부재의 외관이 백색으로 보이게 할 수 있다. 0.5μm 이하의 또한, 산술 평균 조도(Sa)는 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)의 요철 사이에서 포착되는 것을 방지하고, 이는 알루미늄 부재(10)의 외관이 회색으로 보이는 것을 방지한다. 산술 평균 조도(Sa)는 0.1 내지 0.4μm인 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

0.2μm 이상의 최대 높이(Sz)는 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)에서 확산 반사되게 하며, 이는 알루미늄 부재(10)를 상이한 시야각에서 비스듬히 보는 경우에도 알루미늄 부재의 외관이 백색으로 보이게 할 수 있다. 5μm 이하의 최대 높이(Sz)는 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)의 요철 사이에서 포착되는 것을 방지하며, 이는 알루미늄 부재(10)의 외관이 회색으로 보이는 것을 방지한다. 최대 높이(Sz)는 1 내지 4.7μm인 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

0.5μm 이상의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은, 기재(12)의 표면(12a)의 요철의 주기가 너무 작아지지 않기 때문에, 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)의 요철 사이에서 포착되는 것을 방지한다. 이는 알루미늄 부재(10)의 외관이 회색으로 보이는 것을 방지한다. 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)이 10μm 이하인 경우, 기재(12)의 표면(12a)의 요철의 주기가 지나치게 커지지 않는다. 결과적으로, 양극 산화 피막(14)을 투과한 광이 기재(12)의 표면(12a)에서 확산 반사되고, 알루미늄 부재(10)를 상이한 시야각에서 비스듬히 보는 경우에도 알루미늄 부재의 외관이 백색으로 보인다. 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은 5 내지 9.5μm인 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

기재(12)의 표면(12a)의 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz) 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은 기재(12)로부터 양극 산화 피막(14)을 제거함으로써 측정될 수 있다. 기재(12)의 표면(12a)의 요철은 양극산화에 의해 더 매끄러워지기 때문에, 양극산화 전의 기재(12)의 표면(12a)의 요철과 양극산화 후의 기재(12)의 표면(12a)의 요철은 형상이 상이할 수 있다는 것에 유의한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 양극 산화 피막(14)이 제거된 후에 기재(12)의 표면(12a)의 형상을 측정한다. 기재(12)로부터 양극 산화 피막(14)을 제거하는 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, JIS H8688: 2013(알루미늄 및 그 합금의 양극산화-양극 산화 피막의 단위 면적당의 질량(표면 밀도)의 결정)에 따라, 알루미늄 부재(10)를 인산 크롬산(VI) 용액에 침지하여, 양극 산화 피막(14)을 용해시켜서 제거한다.

기재(12)의 표면(12a)의 산술 평균 조도(Sa) 및 최대 높이(Sz)는 ISO25178에 따라 측정할 수 있다. 기재(12)의 표면(12a)의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은, JIS B0601: 2013(ISO4287: 1997, Amd.1: 2009)에 따라 측정할 수 있다.

양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 산술 평균 조도(Sa)가 0 내지 0.45μm인 것이 바람직하다. 0.45μm 이하의 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 산술 평균 조도(Sa)는 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)이 광의 일부를 반사하게 하며, 이는 알루미늄 부재(10)의 백색도를 더 향상시킨다. 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 산술 평균 조도(Sa)는 ISO25178에 따라 측정될 수 있다는 것에 유의한다. 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 산술 평균 조도(Sa)는 표면(14a)을 연마하는 것 또는 일부 다른 수단에 의해 조정될 수 있다.

본 실시형태에서는, 양극 산화 피막(14) 측으로부터 측정된 알루미늄 부재(10)의 L*a*b* 표색계에서의 L*값이 85 내지 100이고, a* 값이 -1 내지 +1이며, b* 값이 -1.5 내지 +1.5인 것이 바람직하다. L*a*b* 표색계에서의 L* 값, a* 값 및 b* 값은, JIS Z8781-4: 2013(색 측정-제4 부: CIE1976 L*a*b* 색 공간)에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로는, L* 값, a* 값 및 b* 값은 색채 색차계를 사용하여 측정될 수 있고, 확산 조명/0° 시야각(D/0), 시야각 2°, 및 C 광원과 같은 조건하에서 측정될 수 있다.

85 이상의 L* 값은 명도를 향상시키고, 따라서 알루미늄 부재(10)의 백색도를 더 향상시킨다. L* 값의 상한은 특정한 값으로 한정되지 않고, 따라서 상한값은 L* 값의 최대값인 100이다. L* 값은 85.5 이상인 것이 더 바람직하다는 것에 유의한다.

-1 내지 +1의 a* 값 및 -1.5 내지 +1.5의 b* 값은 색값이 0에 가까워지는 것을 의미하고, 이는 알루미늄 부재(10)가 적색, 황색, 녹색, 및 청색을 띤 색으로 보이는 것을 방지하고 알루미늄 부재(10)의 백색도를 더 향상시킨다. a* 값은 -0.8 내지 +0.8이며, b* 값은 -0.8 내지 +0.8라는 것에 유의한다.

양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 산술 평균 조도(Sa)가 0 내지 0.45μm이며, L* 값이 85.5 내지 100인 것이 바람직하다. 이는, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)이 광의 일부를 반사하게 하고, 알루미늄 부재(10)의 백색도를 더 향상시킨다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 알루미늄 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성된 기재, 및 기재의 표면에 형성된 양극 산화 피막을 포함한다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 0 내지 10질량%의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철, 및 0.1질량% 이하의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물이다. 그리고, 양극 산화 피막 측에서의 기재의 표면은 0.1 내지 0.5μm의 산술 평균 조도(Sa), 0.2 내지 5μm의 최대 높이(Sz), 및 0.5 내지 10μm의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)을 가지며, 이들 값은 양극 산화 피막이 제거된 후에 측정된다. 이들 특징은 본 실시형태의 알루미늄 부재의 외관이 종이와 같은 백색으로 보이게 한다.

종이와 같은 백색의 외관을 갖는 본 실시형태의 알루미늄 부재는, 예를 들어 스마트폰 및 퍼스널 컴퓨터의 케이싱을 위해 바람직하게 사용될 수 있다.

[알루미늄 부재의 제조 방법]

본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않지만, 상기 방법은, 도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 기재 조제 공정(S1), 연마재 블라스팅 공정(S2), 에칭 공정(S3), 양극산화 공정(S4), 및 연마 공정(S5)을 포함한다. 이하, 각 공정에 대해서 상세하게 설명한다.

(기재 조제 공정(S1))

기재 조제 공정(S1)은 기재(12)를 조제하기 위한 것이다. 기재(12)를 조제하는 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않고, 이를 위해 공지의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 지정된 원소를 갖는 용탕의 조제, 주조, 압연, 열처리, 및 다른 공정에 의해 기재(12)를 조제할 수 있다. 대안으로서, 기재(12)는, 주조 후, 압연후 또는 열처리 후, 특별한 표면 처리를 하지 않고, 그대로 사용될 수 있다. 대안으로서, 기재(12)는 밀링 머신에 의해 연삭될 수 있고, 표면(12a)은 에머리지(emery paper), 버프 연마(buff polishing) 및 전해 연마 등에 의해 연마될 수 있다. 기재(12)의 표면(12a)은, 사용되기 전에, 산술 평균 조도(Ra)를 대략 100 nm 이하로 조정하기 위해 연마될 수 있다는 것에 유의한다. 100 nm 이하의 산술 평균 조도(Ra)를 갖는 기재(12)의 표면은 기재(12)의 명도를 증가시킨다. 이는, 알루미늄 부재(10)가 연마재 블라스팅 공정(S2), 에칭 공정(S3) 및 양극산화 공정(S4) 후에도 종이에 더 가까운 백색 외관을 가질 수 있게 한다.

(연마재 블라스팅 공정(S2))

연마재 블라스팅 공정(S2)에서는, 연마재 블라스팅이 기재(12)의 표면(12a)에 입자를 충돌시켜서 표면(12a) 상에 요철을 형성한다. 연마재 블라스팅의 조건은 특정한 조건으로 한정되지 않고 위에서 설명된 바와 같이 양극 산화 피막(14)이 제거된 후의 양극 산화 피막(14) 측에서의 기재(12)의 표면(12a)의 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz) 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)이 각각의 지정된 범위 내에 있는 한 어떠한 조건이어도 된다. 연마재 블라스팅의 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않고, 예를 들어 습식 블라스팅 및 건식 블라스팅 중 적어도 하나가 이를 위해 사용될 수 있다는 것에 유의한다.

본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 20μm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 입자를 기재(12)의 표면(12a)에 충돌시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 기재(12)의 표면(12a)에 충돌시키는 입자가 20μm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 경우, 양극 산화 피막이 형성된 후의 기재(12)의 표면(12a) 상의 볼록부는 미세하다. 이는, 기재(12)의 표면(12a)의 요철 사이에서 양극 산화 피막(14)을 통과한 광이 흡수되는 것을 방지하고, 알루미늄 부재(10)의 외관을 더 백색이 되게 한다. 입자의 평균 입자 직경은 10.5μm 이하인 것이 더 바람직하다는 것에 유의한다. 입자의 평균 입자 직경의 하한은 특정한 값으로 한정되지 않지만, 평균 입자 직경은 2μm 이상인 것이 바람직하다. 입자의 평균 입자 직경이 2μm 이상인 경우, 기재(12)의 표면(12a)에 요철이 적절하게 형성되어, 양극 산화 피막(14)을 통과한 광을 확산 반사시킨다. 그 때문에, 상이한 시야각으로부터 비스듬히 보는 경우에도 알루미늄 부재(10)는 백색으로 보이며, 이는 알루미늄 부재(10)를 종이와 같은 백색으로 보이게 한다. 입자의 평균 입자 직경은, 체적 기준의 입도 분포에서 누적값이 50%인 지점에서의 입자 직경을 말하며, 예를 들어 레이저 회절-산란법에 의해 측정될 수 있다는 것에 유의한다.

연마재 블라스팅에 사용되는 입자의 예는, 탄화규소, 탄화붕소, 질화붕소, 알루미나, 지르코니아 등을 함유하는 세라믹 비드; 스틸 등을 함유하는 금속 비드; 나일론, 폴리에스테르, 멜라민 수지 등을 함유하는 수지 비드; 및 유리 등을 함유하는 유리 비드를 포함한다. 습식 블라스팅의 경우에는, 입자를 물 등의 액체에 혼합할 수 있고, 이를 기재(12)에 분사할 수 있다는 것에 유의한다. 블라스트 압력 및 입자 총 수 등의 연마재 블라스팅의 조건은 특정한 조건으로 한정되지 않는다. 조건은 기재(12)의 상태 또는 다른 요인에 따라 적절히 조정될 수 있다.

(에칭 공정(S3))

에칭 공정(S3)은, 연마재 블라스팅 공정(S2)에서 형성된 기재(12)의 표면(12a) 상의 요철의 날카로운 에지를 제거하여 요철을 매끄럽게 하기 위한 것이다. 에칭의 조건은, 특정한 조건으로 한정되지 않고, 위에서 설명된 바와 같이 양극 산화 피막(14)이 제거된 후의 양극 산화 피막(14) 측에서의 기재(12)의 표면(12a)의 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz) 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)이 각각의 지정된 범위 내에 있는 한 어떠한 조건이어도 된다.

본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 입자가 충돌한 기재(12)를, 산성 용액 및 알칼리성 용액 중 적어도 하나를 사용하여 에칭하는 단계를 갖는 것이 바람직하다. 산성 용액으로서는, 예를 들어 염산, 황산, 질산 등의 수용액을 사용할 수 있다. 알칼리성 용액으로서는, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨 등의 수용액을 사용할 수 있다. 산성 용액 및 알칼리성 용액의 농도는 특정한 농도로 한정되지 않지만, 일례로서, 수산화나트륨 수용액을 사용하는 경우, 수산화나트륨 수용액의 농도는 1 내지 10 %일 수 있다.

에칭 시간 및 에칭 온도도 특정한 값으로 한정되지 않고 기재(12)의 상태 및 에칭액에 따라서 적절히 조정될 수 있다. 예로서, 에칭 시간은 5 내지 90초이고, 에칭 온도는 40 내지 60℃이다.

(양극산화 공정(S4))

본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 기재(12)의 표면(12a)을 양극산화시킴으로써 양극 산화 피막(14)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 양극산화의 방법은 특정한 방법으로 한정되지 않고, 예를 들어 기재(12)를 양극에 설치하고, 전해질 수용액을 전기 분해함으로써 기재(12)의 표면(12a)을 산화시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 기재(12)가 에칭되었을 경우, 본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 에칭된 기재(12)의 표면(12a)을 양극산화시킴으로써 양극 산화 피막(14)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다는 것에 유의한다.

양극산화에 사용되는 전해 처리 액은 특정한 종류로 한정되지 않고, 공지의 전해 처리 액이 사용될 수 있다. 전해 처리 액은 다염기산 수용액인 것이 바람직한데, 이는 알루미늄이 그것에서 용해성이 낮기 때문이다. 다염기산은 특정한 종류로 한정되지 않고, 다염기산의 예는 황산, 인산, 크롬산, 옥살산, 타르타르산, 및 말론산을 포함한다. 전해 처리 액은 황산, 인산 및 옥살산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수용액인 것이 바람직하다는 것에 유의한다. 즉, 본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 황산, 인산 및 옥살산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수용액을 사용하여 기재(12)의 표면(12a)을 양극산화시킴으로써, 양극 산화 피막(14)을 형성하는 단계를 갖는 것이 바람직하다.

양극산화의 전기 분해 조건은 특정한 조건으로 한정되지 않고, 기재(12)의 상태 및 다른 요인에 따라 적절히 조정될 수 있다. 일례로서, 전해 처리 액의 온도가 10 내지 30℃이고, 전압이 10 내지 20V이고, 전기량이 10 내지 30C/cm²이며, 전해 시간이 20 내지 50분이다.

(연마 공정(S5))

연마 공정(S5)은, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)을 연마해서 평활화하기 위한 것이다. 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)을 평활하게 함으로써, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)에서의 광의 확산 반사를 저감할 수 있고, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)의 광 반사율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 연마 공정(S5)은 알루미늄 부재(10)의 L* 값을 더 향상시킬 수 있다.

연마의 방법은, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)을 평활화할 수 있는 한 특정한 방법으로 한정되지 않지만, 예는 블라스트 연마 및 버프 연마 등의 물리적인 연마를 포함한다. 구체적으로는, 본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은, 양극 산화 피막(14)의 표면(14a)을, 블라스트 연마 및 버프 연마 중 적어도 하나에 의해 연마하는 단계를 갖는 것이 바람직하다. 블라스트 연마는 습식 블라스트 연마 또는 건식 블라스트 연마일 수 있다. 블라스트 연마 방법으로서, Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 SIRIUS 처리(등록 상표)를 기재(12)의 표면(12a)을 연마하기 위해 사용할 수 있다.

이는 본 실시형태를 한정하도록 의도되지 않지만, 본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은 내식성을 향상시키기 위해서 피막 셀의 미세 구멍을 밀봉하는 밀봉 단계를 더 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 밀봉 공정은 공지의 방법에 의해 실행될 수 있다. 밀봉 공정은 예를 들어 고온의 수증기, 아세트산 니켈 수용액(nickel acetate aqueous solution) 및 불화 니켈 등을 사용하여 행해질 수 있다.

알루미늄 부재의 제조 방법은, 20μm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 입자를 기재(12)의 표면(12a)에 충돌시키는 단계, 및 입자가 충돌한 기재(12)를 산성 용액 및 알칼리성 용액 중 적어도 하나를 사용하여 에칭하는 단계를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 알루미늄 부재의 제조 방법은, 에칭된 기재(12)의 표면(12a)을 양극산화시킴으로써 양극 산화 피막(14)을 형성하는 단계를 갖는 것이 바람직하다. 상기와 같이 이들 단계를 포함시킴으로써, 양극 산화 피막(14)이 제거된 후의 양극 산화 피막(14) 측에서의 기재(12)의 표면(12a)의 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz) 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)이 지정된 범위 내에 있게 된다. 따라서, 본 실시형태의 알루미늄 부재의 제조 방법은 종이와 같은 백색의 외관을 갖는 알루미늄 부재(10)를 제공한다.

실시예

이하, 본 실시형태를 실시예 및 비교예를 사용하여 더 상세하게 설명하지만, 본 실시형태는 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

압연 처리되고 3mm의 두께를 갖는 알루미늄 합금판으로부터 50mm × 50mm의 치수를 갖는 시험편을 잘라내서 기재를 조제했다. 기재는, 4질량%의 마그네슘(Mg), 0.02질량%의 철(Fe), 및 0.02질량%의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물이라는 것에 유의한다.

이어서, 기재에 입자를 충돌시켜 건식 블라스팅을 행하여, 기재의 표면에 요철을 형성했다. 사용된 입자는, Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 800(최대 입자 직경: 38.0μm, 평균 입자 직경: 14.0 ± 1.0μm)였다.

그리고, 물 1L 당 50g의 수산화나트륨을 용해시켜 제조한 5% 수산화나트륨 수용액을 50℃로 가열하고, 요철이 형성된 기재를 이 수용액에 90초 동안 침지시켜 기재를 에칭했다.

에칭된 기재를 15% 황산 수용액에 침지시켜, 황산 수용액의 온도 18℃, 전압 15V, 전기량 20C/cm² 및 처리 시간 35분의 조건하에서 기재를 양극산화하였다. 이 처리에 의해, 기재의 표면에 양극 산화 피막을 형성하고, 알루미늄 부재를 얻었다.

[실시예 2]

입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 1000(최대 입자 직경: 32.0μm, 평균 입자 직경: 11.5 ± 1.0μm)였고, 에칭 시간을 30초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 3]

입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 2000(최대 입자 직경: 19.0μm, 평균 입자 직경: 6.7±0.6μm)이었고, 에칭 시간을 30초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 4]

입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 4000(최대 입자 직경: 11.0μm, 평균 입자 직경: 3.0±0.4μm)이었고, 에칭 시간을 5초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 5]

건식 블라스팅 대신에, 습식 블라스팅을 사용하여 기재의 표면에 요철을 형성했다. 또한, 입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 1200(최대 입자 직경: 27.0μm, 평균 입자 직경: 9.5±0.8μm)이었다. 에칭 시간을 30초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 6]

습식 블라스팅을 사용하여 양극 산화 피막의 표면을 연마했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 7]

SIRIUS 처리를 사용하여 양극 산화 피막의 표면을 연마했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[실시예 8]

버프 연마를 사용하여 양극 산화 피막의 표면을 연마했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[비교예 1]

입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 400(최대 입자 직경: 75.0μm, 평균 입자 직경: 30.0±2.0μm)이었고, 에칭 시간을 30초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[비교예 2]

건식 블라스팅 대신에, 습식 블라스팅을 사용하여 기재의 표면에 요철을 형성했다. 또한, 입자 번호 800의 입자 대신에, 사용된 입자는 Fuji Manufacturing Co., Ltd.로부터 입수가능한 Fuji Random WA 입자 번호 8000(최대 입자 직경: 6.0μm, 평균 입자 직경: 1.2±0.3μm)이었다. 에칭 시간을 60초로 설정했다. 위 조건 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[비교예 3]

4질량%의 마그네슘(Mg), 0.1질량%의 철(Fe), 및 0.3질량%의 규소(Si)를 함유하고, 잔부가 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물인 기재를 사용했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 알루미늄 부재를 제작했다.

[평가]

각 실시예에서 얻어진 알루미늄 부재를, 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz), 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm), 색조, 및 외관과 관련하여 이하와 같이 평가했다. 각각의 실시예의 상세 및 평가 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

(산술 평균 조도(Sa) 및 최대 높이(Sz))

먼저, JIS H8688: 2013에 따라, 위에서 설명된 바와 같이 해서 얻어진 각각의 알루미늄 부재를 인산 크롬산(VI) 용액에 침지하여, 양극 산화 피막을 용해시켜서 제거했다. 그리고, 기재의 양극 산화 피막 측의 표면의 산술 평균 조도(Sa) 및 최대 높이(Sz)를 ISO25178에 따라 측정했다. 산술 평균 조도(Sa) 및 최대 높이(Sz)의 측정 조건은 이하와 같다는 것에 유의한다.

산술 평균 조도(Sa) 및 최대 높이(Sz)의 측정 조건

장치: Bruker AXS GmbH, 3D 백색-광 간섭형 현미경 Contour GT-I

측정 범위: 60μm × 79μm

대물 렌즈: 115배

내부 렌즈: 1배

(조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm))

먼저, JIS H8688: 2013에 따라, 상술한 바와 같이 해서 얻어진 각각의 알루미늄 부재의 양극 산화 피막을 인산 크롬산 (VI) 용액에 용해시켜서 제거했다. 그리고, 기재의 양극 산화 피막 측의 표면에서의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)을 JIS B0601: 2013에 따라 측정했다. 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)의 측정 조건은 이하와 같다는 것에 유의한다.

조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)의 측정 조건

장치: Bruker AXS GmbH, 3D 백색-광 간섭형 현미경 Contour GT-I

컷오프 λc: 80μm

대물 렌즈: 115배

내부 렌즈: 1배

측정 거리: 79μm

(색조)

JIS Z8722에 따라, 색채 색차계를 사용하여, 양극 산화 피막의 표면으로부터 알루미늄 부재의 색조를 색 측정하여, L* 값, a* 값 및 b* 값을 결정했다. 색 측정의 조건은 이하와 같다는 것에 유의한다.

색조의 측정 조건

색채 색차계: KONICA MINOLTA JAPAN, INC.로부터 입수가능한 CR400

조명/시야 광학계: 확산 조명/0° 시야각(D/0)

관찰 조건: CIE 색-매칭 함수에 밀접하게 일치하는 시야각 2도(viewing angle 2 degrees closely matching CIE color-matching functions)

광원:C 광원

표색계: L*a*b*

(외관)

양극 산화 피막의 표면을 수직으로 보는 경우 및 양극 산화 피막의 표면을 비스듬히 보는 경우에 대해 각각의 알루미늄 부재의 색조를 시각적으로 평가했다.

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 알루미늄 부재에 대해서는, L* 값이 85 내지 100의 범위 내이고; a* 값이 -1 내지 +1의 범위 내이며, b* 값이 -1.5 내지 +1.5의 범위 내이다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 8의 알루미늄 부재는, 수직 방향 및 경사 방향의 어느 쪽의 방향으로부터 보아도 백색이다.

한편, 비교예 1의 알루미늄 부재에 대해서는, 연마재 블라스팅에 큰 입자 직경의 입자를 사용했기 때문에, 기재의 표면이 거칠어지고, 외관이 회색이다. 비교예 2의 알루미늄 부재에 대해서는, 연마재 블라스팅에 작은 입자 직경의 입자를 사용했기 때문에, 기재의 표면이 평활해지고, 수직 방향으로부터 볼 때 외관은 백색이다. 그러나, 경사 방향으로부터 볼 때, 외관은 회색이다. 비교예 3의 알루미늄 부재에 대해서는, 기재에 함유되는 규소의 양이 많기 때문에, 양극 산화 피막 중의 규소량이 너무 많아져서, 외관이 황색을 띤 백색이 되게 한다.

일본 특허 출원 제2017-164174호(2017년 8월 29일에 출원)의 전체 내용은 여기에 통합된다.

이상, 본 실시형태를 실시예 및 비교예를 사용하여 설명했지만, 본 실시형태는 이들 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 실시형태의 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명은 종이와 같은 백색의 외관을 갖는 알루미늄 부재 및 그 제조 방법을 제공한다.

10 알루미늄 부재
12 기재
12a 표면
14 양극 산화 피막
14a 표면

Claims

알루미늄 부재이며,
0 내지 10질량%의 마그네슘, 0.1질량% 이하의 철과, 및 0.1질량% 이하의 규소를 함유하고, 잔부가 알루미늄 및 불가피한 불순물인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 기재; 및
상기 기재의 표면에 형성된 양극 산화 피막을 포함하고,
상기 양극 산화 피막 측의 상기 기재의 표면은 0.1 내지 0.5μm의 산술 평균 조도(Sa), 0.2 내지 5μm의 최대 높이(Sz), 및 0.5 내지 10μm의 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)을 갖고, 산술 평균 조도(Sa), 최대 높이(Sz), 및 조도 프로파일 요소의 평균 폭(Rsm)은 양극 산화 피막이 제거된 후에 측정되는 알루미늄 부재.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 부재는 85 내지 100의 L* 값, -1 내지 +1의 a* 값, 및 -1.5 내지 +1.5의 b* 값을 가지며, L* 값, a* 값, 및 b* 값은 상기 양극 산화 피막 측으로부터 측정된 L*a*b* 표색계에서의 값인 알루미늄 부재.
제2항에 있어서,
상기 양극 산화 피막의 표면은 0 내지 0.45μm의 산술 평균 조도(Sa)를 갖고, 상기 L* 값은 85.5 내지 100인 알루미늄 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법이며,
상기 양극 산화 피막의 표면을, 블라스트 연마 및 버프 연마 중 적어도 하나에 의해 연마하는 단계를 포함하는 알루미늄 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법이며,
황산, 인산 및 옥살산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수용액을 사용하여 상기 기재의 표면을 양극산화시킴으로써 상기 양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하는 알루미늄 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법이며,
20μm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 입자를 상기 기재의 표면에 충돌시키는 단계;
상기 입자가 충돌한 기재를, 산성 용액 및 알칼리성 용액 중 적어도 하나를 사용하여 에칭하는 단계; 및
상기 에칭된 기재의 표면을 양극산화시킴으로써 상기 양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하는 알루미늄 부재의 제조 방법.