JP4249092B2

JP4249092B2 - 塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法

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Publication number: JP4249092B2
Application number: JP2004168072A
Authority: JP
Inventors: 薫上田; 秀俊内田
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: JP2005344198A

Description

本発明は、塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法、とくに、自動車外板用として好適に使用できる塗装後の耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法に関する。

自動車軽量化の観点から年々使用が増加している自動車外板用アルミニウム合金材には、成形性、形状凍結性、耐デント性、耐食性、プレス成形で肌荒れやリジングマークが生じない製品面質などが要求され、このような特性を満たすために、従来、自動車外板用アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）合金が使用されている。

このうち、６０００系合金は、熱処理型合金であるため、電着塗装時の焼付け硬化性を利用したゲージダウンでさらに軽量化が期待することができるが、５０００系合金に比べてリン酸亜鉛処理性が劣るという問題がある。通常、自動車の車体組立て工程においては、アルミニウム合金板を鋼板部品と接合後、化成処理、リン酸亜鉛処理から電着塗装までを連続工程として行うため、アルミニウム合金板には鋼板と同様のリン酸亜鉛処理性が要求される。

自動車外板用アルミニウム合金材は、冷間圧延材を溶体化処理したのち使用に供されるが、５０００系合金の場合、溶体化処理により表面に強固なマグネシウム系酸化皮膜が形成されてリン酸亜鉛処理性を低下させるため、リン酸亜鉛処理性を向上させ、その後の電着塗膜の密着性や塗装耐食性を改善するために、溶体化処理後、酸性洗浄剤による最終洗浄が不可欠であり、工程上専用の洗浄設備が必要であった。

一方、６０００系合金においては、溶体化処理において、５０００系合金のように強固な酸化皮膜は形成されないが、酸化皮膜や圧延油の焼付きによるリン酸亜鉛皮膜生成量の減少を考慮して、酸またはアルカリによる最終洗浄を施し、さらに酸やアルカリを落とすための水洗、乾燥を実施することによりリン酸亜鉛処理性を向上させ、５０００系合金と同等の塗装後耐食性を維持している（例えば特許文献１参照）。
特開平９−１９５０１９号公報

発明者らは、前記のように、ゲージダウンにより軽量化が期待できる自動車外板用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）合金において、従来と同等のリン酸亜鉛処理性を保持しながらさらに製造コストの低減を達成するために、溶体化処理において生成する酸化皮膜量、リン酸亜鉛処理を阻害する要因などについて検討を行った結果、溶体化処理前に合金板表面の炭素量を低減することにより、溶体化処理後に酸またはアルカリによる洗浄を行わなくても、従来のように、溶体化処理後に最終洗浄が施された場合と同様のリン酸亜鉛処理特性が得られることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいてさらに検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、最終の洗浄工程を省略でき、溶体化処理後に酸洗浄を行ったＡｌ−Ｍｇ系（５０００系）合金と同様のリン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を得ることを可能とする塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板およびその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法は、溶体化処理後に無洗浄で使用に供されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法であって、冷間圧延された前記アルミニウム合金板を、該冷間圧延で使用されている冷間圧延油、または導電率５０μＳ／ｃｍ以下の精製水を６０℃以上の温度に加熱した加熱精製水で洗浄した後、溶体化処理し、燃焼−赤外線吸収法により定量された板表面の全炭素（Ｃ）量を１０ｍｇ／ｍ^２以下、蛍光Ｘ線分析法により検出されるＣ検出量を０．９ｋｃｐｓ以下としたことを特徴とする。

本発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板によれば、最終の洗浄工程を省略することができ、溶体化処理後に酸洗浄を行ったＡｌ−Ｍｇ系（５０００系）合金と同様のリン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を得ることができ、製造コストの低減を達成することができる。一方、本発明のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法によれば、溶体化処理後に酸洗浄を行ったＡｌ−Ｍｇ系（５０００系）合金と同様のリン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を得ることができる。本発明による塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、とくに自動車用のフード、フェンダー、トランクリッド、ルーフ、ドアなどの部材として好適に使用されることができる。

本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、例えば、必須成分として、Ｓｉ：０．２〜２．０％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：０．２〜１．３％を含有し、選択成分として、Ｃｕ、Ｚｎのうちの１種または２種を合計で２．０％以下含有し、さらに必要に応じて、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅのうちの１種または２種以上を合計で１．５％以下含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を対象とする。

本発明によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、溶体化処理後に無洗浄で使用に供されるもので、燃焼−赤外線吸収法により定量されたアルミニウム合金板表面の全炭素（Ｃ）量が１０ｍｇ／ｍ²以下であることを特徴とする。この場合、定量の対象となる炭素（Ｃ）とは、以下のものをいう。

すなわち、本発明によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、通常のＤＣ鋳造により造塊し、得られた鋳塊を常法に従って均質化処理、熱間圧延、冷間圧延した後、溶体化処理する工程を経て製造されるが、冷間圧延されたアルミニウム合金板の表面には圧延油が残存しており、この圧延油が残存しているアルミニウム合金板を、溶体化処理のために、焼鈍炉、例えば続焼鈍炉に装入して加熱処理した場合、圧延油の一部は揮発せず板表面に焼き付いた状態で残存する。本発明において定量の対象となるのは、この板表面に焼き付いた状態で残存するＣである。

この板表面に焼き付いた状態で残存するＣは、ヘキサンによる脱脂など、溶剤による脱脂や、リン酸亜鉛処理の前工程において脱脂液による脱脂処理を行った場合にも残存し続ける。板表面のＣは、溶体化処理後の防錆油やプレス油の塗布により増加するが、本発明において定量の対象となるＣの量は、溶体化処理後の塗油による影響をほとんど受けない。

上記板表面に焼き付いた状態で残存するＣは、リン酸亜鉛処理時にアルミニウムの溶解を遅らせ、リン酸亜鉛処理時の反応開始までの臨界時間を長くするとともに、Ｃは板表面において不均一に残存するから、部分的な反応が随時起こる原因となり、従って、電気的にも不安定となるとともに、リン酸亜鉛の核生成よりも成長が促進し易く、リン酸亜鉛皮膜の均一な成長を阻害する結果、塗装後耐食性（耐糸錆性）が低下する。

本発明によるアルミニウム板は、上記のＣを燃焼−赤外線吸収法により定量し、板表面の全炭素（Ｃ）量を１０ｍｇ／ｍ²以下、より好ましくは７ｍｇ／ｍ²以下、さらに好ましくは６ｍｇ／ｍ²以下とすることを特徴とするものであり、全炭素量をこの範囲に制御することにより、リン酸亜鉛皮膜の生成が阻害されることなく、十分な量のリン酸亜鉛皮膜が均一に形成され、塗装後優れた耐食性が得られる。

燃焼−赤外線吸収法により定量される板表面の全炭素量は、蛍光Ｘ線分析法により検出される板表面のＣ検出量ときわめて良好な相関を有するから、蛍光Ｘ線分析法により検出される板表面のＣ検出量を、板表面の全炭素量を所定範囲に管理するための簡易的な指標として用いることができ、蛍光Ｘ線分析法により検出される板表面のＣ検出量が０．９ｋｃｐｓ以下、より好ましくは０．７５ｋｃｐｓ以下であれば、燃焼−赤外線吸収法により定量した板表面の全炭素（Ｃ）量が１０ｍｇ／ｍ²以下に規制される。

板表面の全炭素量を上記の範囲に規制するため、本発明においては、冷間圧延されたアルミニウム合金板を溶体化処理前に、該冷間圧延で使用されている冷間圧延油で洗浄し、溶体化処理炉に装入する。

溶体化処理前に、導電率５０μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは３０μＳ／ｃｍ以下の精製水を、６０℃以上、より好ましくは７０〜７５℃の温度に加熱し、この加熱精製水により冷間圧延板を洗浄し、溶体化処理してもよい。

前記のように、冷間圧延で使用されている冷間圧延油、または導電率５０μＳ／ｃｍ以下の精製水を６０℃以上の温度に加熱した加熱精製水で洗浄した後、溶体化処理することにより、従来のように、溶体化処理後、最終洗浄を行わなくても板表面の全炭素量を１０ｍｇ／ｍ^２以下とすることができ、リン酸亜鉛処理性、塗装後耐食性について、最終洗浄を行う従来のものと同等の特性を得ることができる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
ＤＣ鋳造により表１に示す組成を有するアルミニウム合金を造塊し、得られた鋳塊を面削した後、５４０℃で５時間の均質化処理を行った。ついで、開始温度を４００℃とする熱間圧延を行い、さらに冷間圧延により厚さ１ｍｍの板材とした。

溶体化処理後のアルミニウム合金板表面の全炭素量を変化させるために、冷間圧延板を、冷間圧延油（鉱油）、導電率５０μＳ／ｃｍ以下の精製水を６０℃以上の温度に加熱した加熱精製水で条件を変えて洗浄した後、炉中に装入して、５５０℃の温度で溶体化処理を行い、平均冷却速度１０℃／ｓで３０℃まで冷却し、その後３０分以内に１００℃で２４時間熱処理を施した。

得られたアルミニウム合金板について、板表面の全炭素量を燃焼−赤外線吸収法により定量するとともに、蛍光Ｘ線分析法により板表面のＣ検出量を検出した。その相関関係を表２に示す。表２および表２の相関をグラフで示す図１にみられるように、蛍光Ｘ線分析法により検出されるＣ検出量と、燃焼−赤外線吸収法により定量される全炭素量の間には一次関数で示されるきわめて良好な相関があり、蛍光Ｘ線分析法により板表面のＣ検出量を検出することにより、板表面の全炭素量を簡易的に検知できることが確認された。

前記１００℃で２４時間熱処理されたアルミニウム合金板を、市販のリン酸亜鉛処理剤に浸漬した後、市販の自動車外板用塗料を用いてカチオン電着塗装を行い、１７０℃で２０分焼き付け処理し、約２０μｍ厚さの塗膜を形成して試験材とし、以下の方法によって、リン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を評価した。試験材の詳細および評価結果を、それぞれ表３および表４に示す。

リン酸亜鉛処理性の評価：試験材の作製中、リン酸亜鉛処理時に電位測定を行うとともに、処理板表面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、処理皮膜の溶解による重量法での皮膜量測定により、皮膜の均一性（皮膜の被覆面積率）、皮膜重量を評価した。皮膜均一性については、皮膜の被覆面積率が９０％以上のものを（◎）、８５％以上９０％未満のものを（○）、８０％以上８５％未満のものを（△）、８０％未満のものを（×）とし、皮膜重量については、皮膜重量が１．３ｇ／ｍ²以上のものを（◎）、１．０ｇ／ｍ²以上１．３ｇ／ｍ²未満のものを（○）、０．８ｇ／ｍ²以上１．０ｇ／ｍ²未満のものを（△）、０．８ｇ／ｍ²未満のものを（×）とした。

塗装後耐食性の評価：試験材の電着塗装面に、素地に達するクロスカットを施し、ＪＩＳＺ２３７１に準拠して塩水噴霧を２４時間実施した後、恒温（５０℃）、恒湿（９０％）の環境下で１か月放置し、クロスカットからの最大糸錆長さを測定し、最大糸錆長さが１ｍｍ未満のものを（◎）、１ｍｍ以上２ｍｍ未満のものを（○）、２ｍｍ以上３ｍｍ未満のものを（△）、３ｍｍ以上のものを（×）とした。

表４にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１、Ｎｏ．３〜４、Ｎｏ．６はいずれも、リン酸亜鉛処理において、皮膜の被覆面積率が８５％以上、皮膜重量が１．０ｇ／ｍ^２以上の優れたリン酸亜鉛処理性を示し、最大糸錆長さが１ｍｍ未満の優れた塗装後耐食性をそなえている。とくに、試験材Ｎｏ．１、Ｎｏ．３〜４は、試験材の板表面の全炭素量が７ｍｇ／ｍ^２以下であり、リン酸亜鉛処理皮膜の被覆面積率９０％以上、皮膜重量１．３ｇ／ｍ^２以上、最大糸錆長さ１ｍｍ未満であり、きわめて優れたリン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を有している。

比較例１
実施例１で造塊した表１に示す組成のアルミニウム合金鋳塊を面削した後、５４０℃で５時間の均質化処理を行った。ついで、開始温度を４００℃とする熱間圧延を行い、さらに冷間圧延により厚さ１ｍｍの板材とした。

冷間圧延後のアルミニウム合金板を、洗浄することなく炉中に装入して、５５０℃の温度で溶体化処理を行い、平均冷却速度１０℃／ｓで３０℃まで冷却し、その後３０分以内に１００℃で２４時間の熱処理を施した。

前記１００℃で２４時間熱処理されたアルミニウム合金板を、実施例１と同様、市販のリン酸亜鉛処理剤に浸漬した後、市販の自動車外板用塗料を用いてカチオン電着塗装を行い、１７０℃で２０分焼き付け処理し、約２０μｍ厚さの塗膜を形成して試験材とし、実施例１と同じ方法によって、リン酸亜鉛処理性および塗装後耐食性を評価した。試験材の詳細および評価結果を、それぞれ表５および表６に示す。

表６に示すように、試験材Ｎｏ．７は、リン酸亜鉛処理皮膜の被覆面積率が８５％未満で皮膜形成がやや不均一となり、皮膜重量が１．０ｇ／ｍ²未満と減少したため、最大糸錆長さが２ｍｍ以上となり、塗装後耐食性がやや劣るものとなった。試験材Ｎｏ．８〜９は、試験材の板表面の全炭素量が多いため、リン酸亜鉛処理皮膜が不均一で、皮膜重量も十分でないため、塗装後耐食性が顕著に劣化している。

燃焼−赤外線吸収法により定量した板表面の全炭素量と、蛍光Ｘ線分析法により検出した板表面のＣ検出量の相関を、表２に示される値をプロットして示すグラフである。

Claims

溶体化処理後に無洗浄で使用に供されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法であって、冷間圧延された前記アルミニウム合金板を、該冷間圧延で使用されている冷間圧延油、または導電率５０μＳ／ｃｍ以下の精製水を６０℃以上の温度に加熱した加熱精製水で洗浄した後、溶体化処理し、燃焼−赤外線吸収法により定量された板表面の全炭素（Ｃ）量を１０ｍｇ／ｍ ^２以下、蛍光Ｘ線分析法により検出されるＣ検出量を０．９ｋｃｐｓ以下としたことを特徴とする塗装後耐食性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法。