JPH0372048A - 安定したグレー色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウム合金 - 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］ この発明は硫酸浴中で陽極酸化処理したときグレー色の
陽極酸化皮膜を安定して生成することのできるアルミニ
ウム合金に関するものである。

さらに詳しくはアルカリエツチングを行った後に通常の
硫酸浴陽極酸化処理によって、耐候性を持ったグレー色
の皮膜を安定して生成し、建築用パネルの建材、器物、
装飾品等の外観が美しく、かつ耐食性に優れた材料とし
て用いられるアルミニウム合金に関するものである。

［従来の技術］ アルミニウム合金を陽極酸化処理することによって、表
面に種々の色を持った皮膜を作ることは、自然発色皮膜
処理法として古くから知られており、陽極酸化皮膜の色
調が、アルミニウム合金の組成や組織によって影響を受
け、種々の色調が発現することが判っている。

例えば、Ｓｉを含む合金の皮膜色が暗色になったり、Ｃ
ｕを含む合金の蓚酸皮膜が帯青灰色になる例などが報告
されている。（「アルミニウムの表面処理」小久保定次
部著、内田老鶴圃新社、昭和２８年、ＰＬ２４） この自然発色現象を積極的に利用することによって、耐
候性の優れたアルミニウム建材の着色仕上法として工業
化されている。

現在、硫酸浴による通常の陽極酸化処理でグレー色皮膜
を得る合金としては、Ａｌ−Ｆｅ系およびＡｌ−８ｉ系
合金が知られている。Ａｌ−Ｆｅ系合金では、ＡｌａＦ
ｅ化合物が陽極酸化処理後、皮膜中に残存して白色光の
反射を妨げる（波長の一部を吸収する）ため、青味がか
ったグレー色を、Ａｌ−３ｉ系ではＳｉ粒子が陽極酸化
処理後、皮膜中に残存して白色光の反射を妨げるため、
赤味がかったグレー色を呈する、と考えられている。

Ａｌ−Ｆｅ系合金の陽極酸化処理後の皮膜色は、晶出す
る化合物の粒径とその分布状態で大きく変化し、鋳造時
の冷却速度により晶出する化合物（Ａｌ３Ｆｅ１Ａｌ６
ＦｅＳＡｌ＋ｏＦｅ）の粒径とその分布状態が変化する
ために、鋳塊の段階で皮膜色の安定性がある程度法まっ
てしまう。皮膜色のばらつきとしては、局部的なもの（
加工材の陽極酸化皮膜に生じる帯状ストリーク）と全体
的なもの（加工材の長手方向や幅方向の色差）があり、
工業的レベルで量産する際、大きな問題となっている。

従来、これ等の皮膜色のばらつきの軽減策として、■Ｆ
　ｅ　／　３１比、Ｍｇおよび鋳塊組織を規制すること
により帯状ストリークの発生を防止しようとするもの（
特開昭８ｌ−１１０７４１）　、■鋳型の改良により溶
湯の乱流を防ぎ、鋳造組織を均一にするような鋳造方法
を改良するもの（特開昭５７−１９４２９４）　、■Ａ
ｌ−Ｆｅ系合金において鋳造（冷却速度）、均質化処理
、最終焼鈍等を特定の条件に制御することによって、硫
酸による陽極酸化処理により灰黒色の酸化皮膜を均一に
する方法（特公昭６０−５Ｅ１７７２）、■添加元素に
よる方法、例えばＡｌ−Ｆｅ系合金にＭｎおよびＮｉを
添加、Ｓｉを制限し、ＡｌａＦｅを熱的に安定させる方
法（特公昭５６−１２３０１　、同５７−１５１８６　
、同５ｇ−６７７４、同５８１０４５５　、特開昭６２
−２０２０４２）等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来用いられ、また、提案されてきた自然発色方法は、
それなりの処理・選択で用いられてきた。しかし、建材
用となる安定した発色が得られ、しかも安価に処理され
ることが要求される。しかし、■の方法によると、もみ
の本状組織による局部的な皮膜色のばらつきは軽減でき
るが、材料の長手方向や輻方向の全体的な皮膜のばらつ
きを軽減することは難しい。■の方法によると、溶湯の
乱流による凝固組織の不均一性を軽減し、局部的な皮膜
色のばらつきを軽減できるが、鋳型の改良という大がか
りな設備改良のため費用がかかることと■と同様に材料
の長手方向や幅方向の全体的な皮膜色のばらつきが発生
した。■の方法では、前記全体的な皮膜色のばらつきの
軽減には効果があるが、鋳造組織に起因する局部的な皮
膜色のばらつきが発生した。■の方法では、Ａｌ６Ｆｅ
化合物の分散状態を安定化でき、局部的および全体的な
皮膜色のばらつきを軽減できる。しかし、ＮｉまたはＭ
ｎの添加、ＣａまたはＢの添加のみでは、例えば建材等
で色むらが存在するものは極端にきられれるため、皮膜
色安定化という要求には十分な効果が得られていなかっ
た。

そこで本発明の目的は、通常の硫酸浴による陽極酸化処
理によって、安定したグレー色の皮膜を生成することが
できるアルミニウム合金を提供しようとするものである
。

［課題を解決するための手段］ 従来行われてきた硫酸浴による陽極酸化処理は、アルミ
ニウム合金の塑性加工時に生じた表面の変質層、自然酸
化皮膜層および汚れ等を除去した後、洗浄で活性な表面
を現出させるためにアルカリエツチング処理を行った後
、硫酸浴中で陽極酸化処理を行っている。

本発明者らもこれらの処理方法を変えることなく、Ａｌ
−Ｆｅ合金に種々な希土類元素を微量添加することによ
り、鋳塊表面のもみの本状欠陥の発生を防止でき、皮膜
色のばらつきが大幅に軽減し、また、■Ｎ　ｄ　ｓ　Ｌ
　ａ％Ｃｅ％Ｙの１８または２種以上を添加することに
より、造塊時の共晶化合物の種類、量、大きさ、分散を
これら添加元素の組合せで制御し、また、■Ｃｕを添加
することにより表面処理の面でも苛性エツチングによる
粗面化を均一にさせることで、皮膜色のばらつきが大幅
に軽減すること、トさらに■Ｍｇを添加することで、皮
膜色に影響を及ぼすことなく、強度の向上が得られるこ
とを見出し、この発明を完成した。

すなわち、本発明の構成は、Ｆｅ：０．３〜２゜２％お
よびＮ　ｄ　Ｏ，０１〜０．８％、Ｌ　ａ　：　０．０
２〜０．６％、Ｃｅ　：　０．０３〜１．０％、Ｙ　：
　０．０１〜０．３％の１種又は２種以上を含有し、残
部Ａｔおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金
およびさらに上記成分のほかにＳ　ｉ　：　０．０３〜
１．０％、Ｃｕ　：　　０．００５〜０．５％、さらに
にはＭｇ：０．１−１．２％を含有するアルミニウム合
金で、硫酸洛中で直流により陽極酸化処理したときに、
安定したグレー色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウ
ム合金である。

なお、希土類元素を添加する場合、安価なミツシュメタ
ルを用いても差し支えない。この場合、単体または中間
合金の希土類元素によって、希土類元素の成分比を調整
して用いてもかまわない。

［作　用］ 本発明の合金材料の構成成分の作用に基づいて、上記の
ように構成した理由を説明する。

Ｆｅはその含有量に応じて淡いグレー色から濃いグレー
色にわたり広い範囲の陽極酸化皮膜を与える。しかしそ
の含有量が０．３％未満ではグレー色に発色せず、２．
２％より多くなると粗大なＡｌ３Ｆｅの初晶化合物を生
じるため、圧延、押出のような加工のとき表面欠陥を発
生させる原因となり好ましくない。また、Ｆｅ含有量が
増加すると、耐候性も低下するため２．２％以下が好ま
しい。

ＣｕはＡｌ−Ｆｅ系合金の酸化皮膜を安定して生成させ
るために有効な元素である。Ｃｕを０．００５〜０．５
％を含有したものは、アルカリエツチング処理によって
その断面が第１図に示したように規則正しいプロファイ
ルを形成し、その後の硫酸による陽極酸化処理によって
得られるグレー色の色調が均一となって発現することが
判った。一方Ｃｕが０．００５％より少いか、または０
．５％よりも多くなると断面が第２図のような不規則な
プロファイルとなり、陽極酸化皮膜の色調が不均一なも
のとなって観察される。

また、Ｃｕは０，５％よりも多く含有されると、材料の
耐候性が低下するので好ましくない。

Ｓｔはその含有量が少い方が好ましいが、Ｓｉを０．０
３％より少くすることは、地文純度を高くせねばならな
くなり、経済的に好ましくない。Ｓｔを０．０３〜１．
０％含有する場合はＣｕを併用し、皮膜色のばらつきを
軽減させることが必要である。またＳｉ含有量が１．０
％より多くなると固溶Ｓｉ量の増加により熱処理時の加
熱により単体Ｓｔが析出しやすく、加熱時の皮膜色のば
らつきを生じやすくなる。

Ｍ・ｇはグレー発色性を損わずに強度を向上させる効果
がある。しかしその添加量が１．２％よりも多いと塑性
加工性を著しく劣化させるために好ましくない。また、
０．１％より少いと高強度化の効果が得られない。

希土類元素は、Ａｔ−Ｆｅ系のグレー発色材における皮
膜色の冷却速度依存性を小さくする効果がある（第３〜
６図参照）。Ｎｄは、鋳塊表面のもみの本状欠陥の発生
を防止し、硫酸で陽極酸化処理したときの皮膜色のばら
つきは、第３図に示すように大幅に軽減され、陽極酸化
皮膜の色調を安定化させ、また、青みかかったグレー色
を呈する効果がある。しかし、０．０１％より少くなる
とその効果はみられず、また、０．８％を越えるとその
効果が飽和し、コストが高くなり、経済的に好ましくな
い。第３図はＡｌ−１，３Ｆｅ系合金にＮｄを０，０５
％、０．１０％含有させた場合の鋳塊における陽極酸化
皮膜色を、鋳塊の冷却速度の変動によるばらつきを調査
したものである。すなわち、ＮｄをＬａ線の勾配がゆる
やかとなり、冷却速度の変動による明度のばらつきが小
さくなることが判る。また、ｂｌＬはＮｄを含有すると
一側に大きくなり、青みを帯びることが判る。

Ｌａは、第４図に示すように明度を安定させる作用があ
るが、０．０２％未満の添加ではその効果が小さくなる
。０．６％を越えるとその効果は飽和し、またコスト的
に好ましくない。第４図は、Ｌａを０．０２％、０．６
０％含有させた場合であり、Ｎｄと同様であることが判
る。

Ｃｅは第５図に示すように明度を安定させる作用がある
が、０．０３％未満の添加ではその効果が小さく、また
１％を越える添加では明度が上昇し、グレー色が得られ
にくくなる。

Ｙは、第６図に示すように明度を安定させる作用がある
が、０．０１％未満の添加ではその効果が小さい。又、
０．３％を越える添加では明度が上昇し、グレー色が得
られなくなる。

その他、合金製造に際し結晶組織改善のためにしばしば
添加される　０．１％までのＴＩおよび０．０５％まで
のＢの添加は、本発明合金の陽極酸化皮膜色の安定性に
特に影響がないので差し支えない。

［実施例］ 第１表に示すＮｏ、１〜３３の成分を有するアルミニウ
ム合金鋳塊（−辺が１７５＋ａｍの正方形断面）を、半
連続鋳造により作成し、表面を１０＋ｇｍ面削後、４４
０℃に加熱し熱間圧延し、厚さ３１１１１の板とした。

その後、冷間圧延により厚さ　Ｉｍｍの板とした後、４
００℃で中間焼鈍し、さらに冷間圧延により厚さ　０，
５■の板とした。

この板を第２表に示す条件で陽極酸化処理し、その表面
を圧延方向に対し、０　”　、　９０’１８０°　　２
７０°の４方向から、βＯ／４５タイプの測色計（日本
電色工業側製ＮＤ　ｌ０ＩＤ）を用い測定し、その平均
値から１点の値とした。

表色系はＬ’　　ａ”　　ｂｌ’表色系とした。

Ｌｌｌ値は、明度（あかるさ）を現す指標で、数値の大
きいほど明るく、小さくなると暗くなることを示してい
る。

ａｌｌ値は、赤味と緑味との程度を現す指標で、＋側で
赤味を、−側で緑味を帯びることを示している。

ｂｌＩ値は、黄味と青味との程度を現す指標で、＋側で
黄味を、−側で青味を帯びることを示している。

皮膜色の平均値は、板幅方向の３箇所と圧延方向の前、
中、後の３箇所の合計９点から求め、又、皮膜色の変動
幅は前記９点の最大値と最小値との差で示した。また、
それらに加えて、ストリーク発生状況を目視観察を行い
、皮膜色のばらつきとして評価した。それらの測定結果
を第３表に示す。

本発明に示す合金Ｎｏ、１〜２ｏはいずれもＬｍ値≦７
８．０となり、グレー色が得られ、ΔＬｍ値≦１．０、
ΔａｌＬ値≦０．５、△ｂ東値≦０．５となり、皮膜の
変動幅の少い安定したグレー色の陽極酸化皮膜を生成す
る。また、発明の範囲においてＦｅ、Ｓ　ｉ、Ｃｕの添
加量を変えても安定したグレー色が得られる。

しかし、比較材のＮｏ、２１はＦｅが０．２０％と少く
、グレー色が得られず皮膜色のばらつきが大きい。Ｎｏ
、２２は、Ｆｅが２，５１％と多く、表面部に欠陥が生
じ、また、皮膜色のばらつきも大きい。Ｎｏ、２３は、
Ｓｉが０．０２％と少く、高純度の地金を使用する必要
があるので経済的な問題がある。Ｎｏ、２４は、Ｓｉが
１．２２％と多く、皮膜色のばらつきが大きい。Ｎｏ、
２５は、Ｓｉが０．６７％含有しているためＣｕがｏ、
ｏｏａ％と少く、Ｃｕ添加の効果がみられない。Ｎｏ、
２６はＣｕが０．５９％と多く、グレー色の色調が不均
一となり、耐候性も劣るようにする。Ｎ　ｏ、２７は、
Ｍｇが０．０６％と少く、強度が得られない。Ｎｏ、２
８はＭｇが１．３１％と多く、熱間および冷間での加工
性が著しく低下する。Ｎｏ、２９はＮｄが０．０５％と
少く、皮膜色の安定が得られない。Ｎ　ｏ、３０はＮｄ
が１．０３％と多く、皮膜色を安定させる効果が飽和し
、ストリークが発生し、経済的に不利となる。

Ｎｏ、３１は、Ｌａが０．７６％と多く、皮膜色を安定
させる効果が飽和し、ストリークが発生し、経済的に不
利となる。Ｎｏ、３２は、Ｃｅが１．５０％と多く、明
度（Ｌ”）が上昇し、グレー色が得られず、ストリーク
が発生する。Ｎｏ、３３はＹが０．３８％と多く、明度
（Ｌ”）が上昇し、グレー色が得られない。

［発明の効果］ 本発明は、Ａｌ−Ｆｅ合金に種々の希土類元素の微量添
加することにより、鋳塊表面のもみの本状欠陥の発生を
防止し、皮膜色のばらつきが大幅に軽減できるので、通
常の硫酸浴による陽極酸化処理によって、安定したグレ
ー色の皮膜を生成することができるアルミニウム合金を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアルミニウム合金のアルカリエツチン
グ処理した材料の断面の模式図、第２図は比較材のアル
ミニウム合金をアルカリエツチング処理した材料の断面
の模式図、第３〜６図は皮膜色の冷却速度依存性を示す
合金別のグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ：０．３〜２．２％およびＮｄ：０．０１〜
   ０．８％、Ｌａ：０．０２〜０．６％、Ｃｅ：０．０３
   〜１．０％、Ｙ：０．０１〜０．３％の１種または２種
   以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる
   ことを特徴とする安定したグレー色の陽極酸化皮膜を生
   成するアルミニウム合金。
2. （２）Ｆｅ：０．３〜２．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．
   ０％、Ｃｕ：０．００５〜０．５％およびＮｄ：０．０
   １〜０．８％、Ｌａ：０．０２〜０．６％、Ｃｅ：０．
   ０３〜１．０％、Ｙ：０．０１〜０．３％の１種または
   ２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物から
   なることを特徴とする安定グレー色の陽極酸化皮膜を生
   成するアルミニウム合金。
3. （３）Ｆｅ：０．３〜２．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．
   ０％、Ｃｕ：０．００５〜０．５％、Ｍｇ：０．１〜１
   ．２％およびＮｄ：０．０１〜０．８％、Ｌａ：０．０
   ２〜０．６％、Ｃｅ：０．０３〜１．０％、Ｙ：０．０
   １〜０．３％の１種または２種以上を含有し、残部Ａｌ
   および不可避的不純物からなることを特徴とする安定し
   たグレー色の陽極酸化皮膜を生成するアルミニウム合金
   。