JPH03257134A - 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オ］る用途のア
ルミニウム合金材料、例えばヒ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、さらには遠赤列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、耐食性の観点が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川５１０５
００５０合金００合金、５００５００５合金用されるこ
とが多く、また灰色系のものとしてはＡｌ−１〜４％Ｓ
１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
色の色調を有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と
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、器物なとては熱効率上の要請から黒色の色調が
望まれることかある。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ず、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
、Ａｌ−Ｍｎ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
ｎＱ、３ｗｔ％を越え　１．５ｖ１％以下、Ｍｇ２、　
（ｌｖ＋％以上４５ｗｔ％以下、ＦｅＧ、．５ｗｔ％以
下、Ｓｉ２．Ｏｖｔ％以下を含有し、かつ結晶粒微細化
剤としてＴ　ｉ　　０．００３ｖ＋％以上０．１．５ｗ
ｔ％以下を単独でもしくはＢ　　ｌｐａ以上１００ｐａ
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。

また請求項２の発明のアルミニウム合金は、Ｍ　ｎ　　
０．８ｗｔ％を越え１．５Ｗ１％以下、Ｍｇ２．Ｏｗｔ
％以上４５Ｗ１％以下、Ｃｒ　０．Ｄ３ｗｔ％以上０３
ｔｔ％以下、Ｆｅ０．５ｖｔ％以下、Ｓｉ２．Ｏｖ１％
以下を含有し、かつ結晶粒微細化剤としてＴ　ｉ　　０
．００３ｗｔ％以上０．１．５ｗｔ％以下を単独でもし
くはＢ　　ｌｐｐｍ以上＋００四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常法により鋳造
した後、３５０　℃〜５５０”Ｃ：て０５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（Ｉｔｓ　ｚ８７３０参照）
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値は高いは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２０μｍ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限
定理由を説明する。

Ｍｎ ＭｎはＡｌ−Ｍｎ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Ａｌ−Ｍｎ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Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物析出物として
は、Ａｌ６　Ｍｎ、Ａ７６　　（ＭｎＦｅ）、αＡ／Ｍ
ｎ　（Ｆｅ）Ｓ　ｉ、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０．０１ＬＬｌ１１以上１μｍ以下の
ものが密度　ｌＸ１０７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か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Ａｌ−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０．８ｗｔ％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１５ｗ［％を越えた場
合には、鋳造時、特に通常のＤＣ鋳造（半連続鋳造）時
に初晶として粗大金属間化合物が生成されるため好まし
くない。したがってＭｎ量は　０．８ｗｔ％を越え　１
．．５ｗｔ％以下とした。

Ｍｇ： ＭｇはＡｌ−Ｍｎ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ＤＣ鋳造の如く、薄板連続鋳造と比較して鋳造時の
冷却速度が遅く、鋳造時におけるＭｎの強制固溶量が少
ない鋳造法を適用する場合には、Ｍｇの添加量を多くし
なければ、Ａ７−Ｍｎ系金属間化合物の析出状態が黒色
の陽極酸化皮膜を得るに適した状態とならない。Ｍｇ量
が２，３ｗｔ％未満では陽極酸化皮膜の黒色化が困難と
なる。一方Ｍｇ量が４５ｗｔ％を越えれば陽極酸化皮膜
の黒色化は可能であるが、鋳造性、熱間圧延性か悪化す
る。したがってＭｇ量は　２．０ｗｔ％以上、　４．５
ｖ１％以下とした。

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
がかった黒色となっているが、Ｃｒを添加することによ
って青みか消えてやや黄みがかる。Ｃｒ量が０．０３ｖ
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
ｖ１％の範囲内とした。

Ｆｅ ＦｅはＡｌ−Ｍｎ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
。鋳造性の点からはＦｅ量は少ない方が好ましく　、０
．．５ｗｔ％を越えれば鋳造か困難となるから、Ｆｅ量
は０．．５ｗｔ％以下に限定した。

Ｓｉ： ＳｉもＡｌ−Ｍｎ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Ｓｉ量は少ないことが好まし
く、　２．Ｏｆ１％を越えれば鋳造が困難となるから、
Ｓｉ量は２．ＯＷ１％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、Ｔｉ０．００３ｗｔ
％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
れてしまうらが、Ｔｉは０．００３〜０．ｌ５ｖｊ％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−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−の範
囲内とした。

このほか、Ａ、ｌ−Ｍｇ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　５００四程度以下の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、Ｎｉ　　１．０ｗｔ％以上、Ｚｒ０．３
ｗｔ％以上、Ｖ　Ｑ、３ｖ１％以上では鋳造が困難とな
るから、Ｎｉは　ｌ、　（１ｗｔ％未満、Ｚｒは０．３
ｖｔ％未満、■は０．３ｖｔ％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　　１．９ｗｔ％以上、ＺｎｌｏＷｌ％以上で
は鋳造か困難となるから、Ｃｕは１０ｗｔ％未満、Ｚｎ
は　１，０ｗｔ％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、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の適切な析出
状態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、ＤＣ鋳造法や薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）
などの常法にしたかつて鋳造した後のいずれかの段階で
適用される析出のための加熱処理温度が重要である。

すなわち、Ａ、　／　−Ｍ　ｎ系金属間化合物の析出の
ための加熱は、３５０℃以上、５５０℃以下の温度で０
５時間以上行なう必要がある。温度が３５０℃未満では
析出物が少な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５５０℃を越えれば陽極酸化処理後の色
調が薄くなる。また時間は、昇温過程から保持、冷却過
程を通して３５０〜５５０℃の範囲内となっている時間
が０．５時間以上であれば良く、その時間が０５時間未
満では陽極酸化処理後に黒色が得られない。なお２４時
間以上の加熱は不経済となるだけであるから、２４時間
以内の加熱とすることが好ましい。

上述のような析出のための加熱は、鋳造法としてＤＣ鋳
造法を適用した場合には鋳塊のままで行なうのが通常で
あるが、薄板連続鋳造法を適用した場合には圧延の途中
で、あるい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、鋳造法としてＤＣ鋳造法を適用した場合
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
熱と兼ねて行なうことができ、また薄板連続鋳造法を適
用した場合は冷間圧延前もしくは冷間圧延の中途で必要
に応して行なわれる中間焼鈍、あるいは冷間圧延後に必
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。

そして特にＤＣ鋳造法を適用して鋳塊に対し上述のよう
な　３５０〜ｂ ための加熱処理を行なった場合においては、熱間圧延直
後や冷間圧延中途において必要に応じて施される中間焼
鈍あるいは最終焼鈍の条件としては、３００〜５００℃
の範囲内の温度で０５〜２４時間とすることが好ましい
。これらの中間焼鈍や最終焼鈍は、Ａ、　／　−Ｍ　ｎ
系金属間化合物析出物の析出をさらに促進して陽極酸化
皮膜の黒色化に寄与するが、その温度が３００℃未満て
はその効果が不充分てあり、一方５００℃を越えれば焼
鈍時に表面が酸化して変色し、好ましくない。またその
時間が０５時間未満では上述の効果が得られず、一方２
４時間を越えれば不経済となるたけである。

なおこの発明の場合、圧延材に限らす、鋳造材のまま、
あるいは押出材などとして使用に供することもできる。

押出材として使用に供する場合は、鋳造ビレッＩ・に対
する熱間押出のための加熱と兼ねて前述の析出処理を行
なえば良い。

実　　施　　例 〔実施例１〕 第１表の合金番号Ｎα１〜Ｎａ　４に示す各合金をＤＣ
鋳造法によって鋳造して、４５０ｍｍ　Ｘ　１２０口ｍ
ｍ　ｘ４０００閣のスラブとした。これらのスラブに対
し、第２表中に示す条件で加熱処理（析出処理）を施し
、４５０℃で熱間圧延を開始し、厚さ　４市の熱延板と
した。これらの熱延板に１水冷間圧延を施して板厚２間
とした後、４００℃×　２時間の中間焼鈍を施し、さら
に最終冷間圧延を施して板厚　１５１Ｉｆｆｌとした。

最終板厚の各板について、表面を１０％Ｎ　ａ　ＯＨ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２０μｓの陽極酸化皮膜を生成させた
。

硫酸濃度：１５％ 電解温度、２０℃ 電流密度　　１．５Ａ／ｄｏ（ 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−ＭＣＩ）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。なおここて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　　　２　　　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００２〜０８μｓで密度は　
ｌＸｌ０９〜　＋ｘｉｏ”個／　ｍ（となっていること
が判明した。

［実施例２コ Ｍｎ１．、ｌｖ１％、Ｍ　ｇ　　３．．５ｗｔ％、Ｃｒ
　０．１８ｖ１％、Ｆ　　ｅ　０．１ｌｖ１％、　Ｓ　
　ｉ　　Ｇ、０８ｗｔ％、　Ｔ　　ｉ　　０．０１ｗｔ
％、　Ｂ１３ｐｐｍ、残部が実質的にＡｌよりなるこの
発明の成分組成範囲内の合金を、ＤＣ鋳造法により　６
インチ径のビレットに鋳造した。そのビ１ノットに対し
、４５０℃×１０時間の均熱処理を兼ねた析出処理を行
なった後、　４５０℃で熱間押出を行なった。得られた
押出材について、１０％Ｎ　ａ　ＯＩ−（水溶液て工、
ノチングした後、水洗し、硝酸でデスマツ］・シた。次
いで実施例１と同し条件で硫酸電解浴による陽極酸化処
理を施して膜厚２０１ｘｍ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と同様ニハン
ターカラーシステムによるＬ値、ａ値、ｂ値を調べたと
ころ、Ｌ値は３４、ａ値は０５６、ｂ値は１．２１とな
っており、黒色の色調が得られた。

この実施例２の結果から、押出材でもこの発明のプロセ
ス条件を滴たせば陽極酸化処理後の色調として黒色を達
成し得ることか明らかである。

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１．５ｗｔ％以下、Ｍｇ
   ２．０ｗｔ％以上４．５ｗｔ％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Ｔｉ０．００３ｗｔ％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１．５ｗｔ％以下、Ｍｇ
   ２．０ｗｔ％以上４．５ｗｔ％以下、Ｃｒ０．０３ｗｔ
   ％以上０．３ｗｔ％以下、Ｆｅ０．５ｗｔ％以下、Ｓｉ
   ２．０ｗｔ％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。
3. （３）請求項１もしくは請求項２に記載の成分組成の合
   金の溶湯を鋳造した後、３５０℃〜５５０℃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
   。