JPH03257132A - 陽極酸化処理後の色調が黒色のアルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は陽極酸化処理を施して使用される用途のアル
ミニウム合金材料、例えばビルのカーテンウオールや内
装材などの建材、あるいは器物、容器、電気計測機器筐
体、銘板、さらには遠赤外線放射用部材や太陽熱吸収用
部材等に使用されるアルミニウム合金およびその製造方
法に関するものである。

従来の技術 一般にカーテンウオールや内装材などの建材、あるいは
器物、容器、電気計測機器筐体などに使用されるアルミ
ニウム合金は、耐食性の観点から陽極酸化処理を施して
用いられることが多い。これらの用途の陽極酸化処理用
アルミニウム合金としては、淡灰色系からシルバー系の
ものが多く、このような合金としては一般に月３１０５
０合合、１１００合合、５００５合合等が使用されるこ
とが多く、また灰色系のものとしてはＡｌ−１〜４％Ｓ
ｉ合金が一般的である。また陽極酸化処理には、経済性
および耐食性の点から硫酸電解浴が従来から多用されて
いる。

ところで前述のような用途では、美観のために陽極酸化
処理後の表面に対して種々の色調を有することが要求さ
れる場合がある。陽極酸化処理板に所要の色調を与える
ための方法としては、塗装、染色、二次電解着色、合金
発色、陽極酸化処理液による発色等があるが、経済的観
点および耐食性の観点からは、陽極酸化処理のまま、特
に硫酸浴による陽極酸化処理のままでの発色が望まれて
いる。

発明が解決しようとする課題 ビルの外装材や内装材などの建材の用途においては、色
調の多様化が進んであり、デザイン上の要請などから黒
色の色調を宵するアルミニウム合金材料が求められるこ
とがある。一方器物、容器、電気計測器筐体や銘板など
の用途でもデザイン上の観点から黒色の色調を有するこ
とが求められる場合があり、またこれらのうちでも調理
用容器、器物などでは熱効率上の要請から黒色の色調が
望まれることがある。さらに、黒色の色調は、遠赤外放
射に有効であるとともに、太陽熱吸収にも有効であるこ
とから、これらの部材には黒色の色調が求められる。

従来このような黒色の色調を有するアルミニウム合金陽
極酸化処理材を得る方法としては、二次電解法や染色法
あるいは塗装などに依らざるを得す、陽極酸化処理のま
まで、特に経済性の優れた通常の硫酸電解浴による陽極
酸化処理のままで黒色の色調を得ることは困難とされて
いたのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、経
済性に優れた通常の電解浴を用いた陽極酸化処理のまま
で黒色の色調を得ることができるアルミニウム合金およ
びその製造方法を提供することを目的とするものである
。

課題を解決するための手段 前述のような課題を解決するべく本発明者等が鋭意実験
・検討を重ねた結果、アルミニウム合金における合金元
素の成分量、特にＭｎ量とＭｇ量を適切な量に調整して
、Ａ１ｐｐｍＭｎ系の金属間化合物のサイズと析出密度
を適切に調整することによって、硫酸電解浴による陽極
酸化処理後の色調として黒色の色調を達成し得ることを
見出し、この発明をなすに至った。

具体的には、請求項１の発明のアルミニウム合金は、Ｍ
　ｎ　　０．８ｗｔ％を越え３５ｗ（％以下、Ｍｇ２、
０ｎ％未滴、ＦｅＱ、５ｗｔ％以下、Ｓｉ２．ｆｌｗｔ
％以下を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０．０
０３ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下を単独でもしくはＢ
１ｐｐｍ以上１００−以下と組合せて含有し、残部がＡ
７および不可避的不純物よりなることを特徴とするもの
である。

また請求項２の発明のアルミニウム合金は、Ｍｎ０．８
ｗｔ％を越え３．５１％以下、Ｍ　ｇ　　２．０１１％
未滴、Ｃｒ　０．０３ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下、Ｆ
ｅ　　ロ５Ｗ（％以下、Ｓｉ２．０ｗｔ％以下を含有し
、かつ結晶粒微細化剤としてＴ　ｉ　　０．００３ｗｔ
％以上０．Ｉ５ｗ＋％以下を単独でもしくは３１四以上
ＩＮｐｍ以下と組合せて含有し、残部がＡｌおよび不可
避的不純物よりなることを特徴とするものである。

一方請求項３の発明の製造方法は、請求項１もしくは請
求項２に記載の成分組成の合金の溶湯を、５℃／ｓｅｃ
以上の冷却速度で鋳造した後、３Ｈ℃〜６００℃で　０
５時間以上加熱することを特徴とすることを特徴とする
ものである。

なおこの発明において陽極酸化処理後の色調の黒色につ
いては、ハンターの色差式（ＩＩｓ　２８７３０参照）
による明度指数りとクロマティクネス指数ａ、ｂの値に
よって定義することができる。すなわち、明度指数のＬ
値は高いほど白く、一方りロマティクネス指数は着色度
についてのものであってそのａ値は高いほど赤味が強く
、ｂ値は高いほど黄味が強いことをあられす。そしてこ
の発明で目的とする黒色の色調とは、陽極酸化皮膜の厚
みが２０μｓの状態で測定したＬ値、ａ値、ｂ値が、Ｌ
〈４５、−３＜ａ＜　３、−３＜ｂ＜　３を満たす色調
と定義することができる。

作　　　用 先ずこの発明におけるアルミニウム合金の成分組成の駆
足理由を説明する。

Ｍ　ｎ　： ＭｎはＡ１ｐｐｍＭｎ系の金属間化合物を生成し、陽極
酸化処理後の色調を決定する重要な元素であり、本発明
者等はＡ１ｐｐｍＭｎ系金属間化合物析出物のサイズと
分布密度が本質的に陽極酸化皮膜の黒色化に寄与するこ
とを見出した。すなわちＡＪＭｎ系金属間化合物析出物
としては、Ａ７６Ｍｎ、Ａｌ６　　（ＭｎＦｅ）、ａＡ
／Ｍｎ　（Ｆｅ）Ｓ　ｉｓおよびそれらにＣｒ。

Ｔｉ等が少量固溶したもの等があり、これらの析出物と
してそのサイズがり、ＯＩＢｉｍ以上１μｍ以下のもの
が密度（Ｘ　１０７個／−以上存在することが陽極酸化
皮膜の黒色化のために適切である。このような析出状態
を達成するための代表的な要件としては、金属間化合物
生成元素が所定壷金まれること、その成分元素が充分に
固溶するために鋳造速度が臨界速度以上であること、さ
らに析出のための加熱温度が適切であることがある。そ
してＭｎはＡ７−Ｍｎ系金属間化合物生成のための主要
元素であって、Ｍｇと共存することにより析出が促進さ
れて、陽極酸化皮膜の黒色化に寄与するのである。ここ
で、Ｍｎ量が０．８ｗｊ％以下では充分な陽極酸化皮膜
の黒色化が困難となり、一方３５Ｗ（％を越えた場合に
は陽極酸化皮膜の黒色化自体は可能であるが薄板連続鋳
造が困難となり、実用的でない。したがってＭｎ量は　
０．８ｗｊ％を越え　３．５ｖ％以下とした。

Ｍｇ： Ｍｇは必ずしも必須の元素ではないが、Ａ１ｐｐｍＭｎ
系金属間化合物の析出を促進し、前述のような析出状態
を達成するに寄与する。特にＭｎ量が比較的少ない範囲
においては、Ｍｇの添加量を多くすることがＡ１ｐｐｍ
Ｍｎ系金属間化合物の析出を促進して陽極酸化皮膜の黒
色化をより確実にするために有効であるが、鋳造の困難
さは増大する。

Ｍｇ量が２．０ｗｔ％以上となれば、陽極酸化皮膜の黒
色化は可能であるが薄板連続鋳造が困難となり、実用的
でなくなる。したがってＭｇ量は２．０ｗｔ％未満とし
た。

Ｃｒ 請求項２のアルミニウム合金の場合はＣｒが添加される
。Ｃｒは陽極酸化皮膜の黒色化を一層促進させるに有効
であり、またＣｒの添加は黒色の色調を若干変化させる
効果がある。すなわち、Ｃｒ添加なしの場合はやや青み
ががった黒色となっているが、Ｃｒを添加することによ
って青みが消えてやや黄みかかる。Ｃｒ量が０．０３ｗ
ｔ％未満では上記の効果が得られず、一方０．３ｗｔ％
を越える場合には粗大な化合物が生成されてしまうから
、Ｃｒを添加する場合のＣｒ添加量は０．０３〜０．３
ｗｔ％の範囲内とした。

Ｆｅ： ＦｅはＡ１ｐｐｍＭｎ系金属間化合物の析出に影響を与
えるが、陽極酸化皮膜の黒色の色調には本質的な影響は
ない。鋳造性の点からＪｔＦｅ量は少ない方が好ましく
、０゜５豐（％を越えれば薄板連続鋳造が困難となるか
ら、Ｆｅ量は０．５ｗｔ％以下に限定した。

Ｓｌ： ＳｉもＡ１ｐｐｍＭｎ系金属間化合物の析出に影響を与
えるが、陽極酸化処理後の黒色の色調には本質的な影響
は与えない。鋳造性の点からはＳｌ量は少ないことが好
ましく、　２．０ｗｔ％を越えれば薄板連続鋳造が困難
となるから、Ｓｌ量は２．０ｗｔ％以下に限定した。

Ｔｉ、Ｂ： Ｔｉは鋳塊の結晶粒を微細化して、圧延板のストリーク
ス、キメを防止する効果があるが、Ｔｌ０．００３ｖｊ
％未満ではその効果が得られず、一方Ｔｉが０．１５ｗ
ｔ％を越えればＴｉＡｌ３系粗大金属間化合物が生成さ
れてしまうらか、Ｔｉは０．００３〜０．１５ｖｊ％の
範囲内とした。またＢはＴｉと共存して結晶粒微細化を
促進する元素であり、Ｔｉと組合されて添加されること
がある。但しＢ量が１−未満ではその効果が得られず、
一方１００四を越えればその効果が飽和し、また粗大Ｔ
　ｉ　Ｂ　２粒子が生成されて線状欠陥が発生するから
、Ｔｉと組合されて添加するＢは　１〜１００四の範囲
内とした。

このほか、Ａ１ｐｐｍＭｇ系合金においては、溶湯の酸
化を防止するために微量のＢｅを添加することが従来か
ら行なわれているが、この発明のアルミニウム合金の場
合にも　５００旧程度以下のＢｅを添加することは特に
支障ない。

さらにこの発明のアルミニウム合金においては、Ｎｉ、
Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ等が含まれることがある。これら
のうちＮｉ、Ｚｒ、Ｖは陽極酸化皮膜の色調に本質的に
影響しないが、Ｎｉｌ、Ｑｗｔ％以上、ＺｒＱ、３ｗｔ
％以上、Ｖ　　０．３ｗｔ％以上では薄板連続鋳造が困
難となるから、Ｎｉは１．０ｗｔ％未満、ＺｒはＱ、　
３ｖｊ％未満、■は（Ｊ、　３ｗｔ％未満に抑制するこ
とが望ましい。またＣｕ、Ｚｎは陽極酸化皮膜の色調に
若干の変化を与えるものの、黒色化に本質的な影響は与
えないが、Ｃｕ　　１．０ｗｔ％以上、Ｚ　ｎ　　１．
０ｗｔ％以上では薄板連続鋳造が困難となるから、Ｃｕ
はＩ、、０ｗｔ％未満、Ｚｎは１．　ＯＷＩ％未満に抑
えることが望ましい。

次にこの発明の合金を製造するプロセス条件について説
明する。

前述のように、Ａ１ｐｐｍＭｎ系金属間化合物の適切な
析出状部を得て陽極酸化処理後の黒色の色調を達成する
ためには、鋳造速度と、析出のための加熱温度が重要で
ある。

鋳造については、鋳造速度を高めてＭｎを充分に固溶さ
せることにより、その後の析出処理でＡ１ｐｐｍＭｎ系
金属間化合物を適切な析出状態で析出させることが可能
であり、そのためには　５℃／式以上の鋳造速度が必要
である。特に大きな板を製造する場合には、５℃／ｓｅ
ｃ以上の冷却速度を得るためには、直接５〜１０ｗｔ厚
程度の薄板を得る薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）を
適用することが必要である。

一方、析出のための加熱は、３００℃以上、６ｏ。

℃以下の温度で０５時間以上行なう必要がある。

温度が３Ｈ℃未満では析出物が小さ過ぎて陽極酸化処理
後の色調として黒色が得られず、一方６００℃を越えれ
ば陽極酸化処理後の色調が薄くなり、また結晶粒の粗大
化が生じる。また時間は、昇温過程から保持、冷却過程
を通じて３００℃以上となっている時間が０．５時間以
上であれば良く、３００℃以上の温度となっている時間
が０５時間未満ては陽極酸化処理後に黒色が得られない
。

なおこの析出のための加熱は、鋳塊のままで行なっても
、また圧延の途中で、さらには圧延の後に行なっても良
い。したがってこの析出処理は、鋳塊に対する均質化処
理、あるいは熱間圧延のための加熱、さらには熱間圧延
直後もしくは冷間圧延の中途で必要に応じて行なわれる
中間焼鈍、さらには冷間圧延後に必要に応じて施される
最終焼鈍などと兼ねて行なうことができる。

このほか、圧延材とする場合の熱間圧延や冷間圧延、さ
らには必要に応じて行なわれる中間焼鈍や最終焼鈍は常
法にしたがって行なえば良い。またこの発明の場合、圧
延材に限らず、鋳造材あるいは押出材などとして使用に
供することもできる。

実　　施　　例 ［実施例１］ 第１表の合金番号Ｎα１〜Ｎ（Ｌ　３に示す各合金を２
０一ル式の薄板連続鋳造機により鋳造して厚さ　７鴫の
板とした。この場合の冷却速度はいずれも２００〜３０
０℃／　ｓｅｅであった。これらの板にさらに冷間圧延
を施して厚さ　１５闘さし、その冷延板に対し第２表中
に示す各条件で析出のための加熱処理を行なった。

一方、第１表の合金番号Ｎα３、Ｎα４の各合金を厚さ
５０ｍのブックモールドにて金型鋳造した。この場合の
冷却速度は０．５〜１０℃／式てあった。

得られた鋳造板を　７酎にスライスした後、前記同様に
冷間圧延して厚さ　１５加とし、第２表中に示す各条件
で析出のための加熱処理を施した。

析出処理後の各板について、表面を １０％ＮａＯＨ水溶液にてエツチングした後、水洗し、
硝酸でデスマットした。さらに硫酸電解浴を用いて次の
条件で陽極酸化処理を施して、膜厚２゜μｓの陽極酸化
皮膜を生成させた。

硫酸濃度：１５％ 電解温度　２０℃ 電流相変：　　１．５Ａ　／ｄＩＴＩ 陽極酸化処理後の各板の色調について、スガ試験機製カ
ラーメータ（ＳＭ−３−ＭＣ）ｌ）を用いてハンターカ
ラーシステムによるＬ値、ａ値、ｂ値を測定した。その
結果を第２表中に示す。なおここでＬ値＜４５、−３く
ａ値く３、−３くｂ値く３をすべて満たせば、この発明
で目的とする黒色の色調と判定することができる。

第 表 第　　　１　　　表 第２表に示すように、本発明成分範囲内の合金について
、この発明のプロセス条件を適用した場合には、黒色の
色調を得ることができた。なお黒色が得られた試料につ
いて、その析出物の分布状態を電子顕微鏡を用いて調べ
たところ、析出物サイズは００２〜０．８−で密度はＩ
Ｘ　１０９〜　ｌＸｌ０”個／　ｍ（となっていること
が判明した。

［実施例２］ 実施例１のＮα１〜Ｎα５の各合金の鋳造材（Ｎｃ４〜
Ｎａ　３は薄板連続鋳造材、Ｎａ　４　、Ｎｕ　５はブ
ックモールドによる金型鋳造材）について、そのまま４
５０℃で５時間加熱する析出処理を施した。

各村について、１０％ＮａＯＨ水溶液でエツチングした
後、水洗し、硝酸でデスマットした。次いで実施例１と
同じ条件で硫酸電解浴による陽極酸化処理を施して膜厚
２ｈ＋ｎの陽極酸化皮膜を生成させた。

陽極酸化処理後の色調について、実施例１と同様にハン
ターカラーシステムによりＬ値、ａ値、ｂ値を調べたと
ころ、第３表に示す結果が得られた。

第　　　３　　　表 第３表から、鋳造材のままでも、この発明のプロセス条
件を満たせば陽極酸化処理後の色調として黒色を達成し
得ることが明らかである。

発明の効果 実施例からも明らかなように、請求項１もしくは請求項
２に記載のアルミニウム合金は、２次電解発色や染色、
塗装などに依らずに、通常の低コストの硫酸電解浴を用
いた陽極酸化処理のままで黒色の色調を得ることが可能
である。また請求項３の方法によれば、上述のように陽
極酸化処理後に黒色の色調を呈することができるアルミ
ニウム合金材料を量産的規模で確実に製造することが可
能となった。したがってこの発明は、黒色の色調が要求
される用途のアルミニウム合金材料に適用して多大な効
果を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ０．８ｗｔ％を越え３．５ｗｔ％以下、Ｍｇ
   ２．０ｗｔ％未満、Ｆｅ０．５ｗｔ％以下、Ｓｉ２．０
   ｗｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０
   ．００３ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下を単独でもしく
   はＢ１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下と組合せて含有し、
   残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴と
   する、硫酸電解浴による陽極酸化処理後の色調が黒色の
   アルミニウム合金。
2. （２）Ｍｎ０．８ｗｔ％を越え３．５ｗｔ％以下、Ｍｇ
   ２．０ｗｔ％未満、Ｃｒ０．０３ｗｔ％以上０．３ｗｔ
   ％以下、Ｆｅ０．５ｗｔ％以下、Ｓｉ２．０ｗｔ％以下
   を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴｉ０．００３ｗ
   ｔ％以上０．１５ｗｔ％以下を単独でもしくはＢ１ｐｐ
   ｍ以上１００ｐｐｍ以下と組合せて含有し、残部がＡｌ
   および不可避的不純物よりなることを特徴とする、硫酸
   電解浴による陽極酸化処理後の色調が黒色のアルミニウ
   ム合金。
3. （３）請求項１もしくは請求項２に記載の成分組成の合
   金の溶湯を、５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳造した後
   、３００℃〜６００℃で０．５時間以上加熱することを
   特徴とする硫酸電解浴による陽極酸化処理後の色調が黒
   色のアルミニウム合金の製造方法。