JPH0417679A - リン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアルミニウム合金材料 - 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） 本発明はリン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアルミ
ニウム合金材料に関するもので、特に、リン酸亜鉛処理
による下地処理後塗装されるような用途（例、自動車パ
ネル）において、優れた塗膜密着性と耐糸錆性が得られ
、鮮映性等も優れるアルミニウム合金材料に関する。 （従来の技術及び解決しようとする課題）近年、アルミ
ニウム合金は、軽量化を目的として自動車の部品に採用
されつつあるが、自動車パネル材のように耐糸錆性が要
求される用途において、通常の自動車塗装ラインの下地
処理であるリン酸亜鉛処理が適用されると、耐糸鋸性の
点で充分な効果が現状では得られていない。 自動車パネル用のアルミニウム合金材料としては、Ａｌ
−Ｍｇ−Ｃｕ系合金が主に使用されているが、これは、
水系のアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｌ−Ｍｇ系合金に
比べ、リン酸亜鈴の析出が起こり易く、耐糸錆性に優れ
るからである。 しかし、ＡＵ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金は、塗装焼付は後の強
度が高く、自動車パネル材として優れた特性を有してい
るものの、逆に、リン酸亜鉛の析出が起こり難く、十分
な耐糸錆性が得られないため、リン酸亜鉛処理を下地処
理とする自動車パネルの用途においては殆ど使用されて
いないのが実情である。 ところで、リン酸亜鉛の析出を促進させる表面処理とし
ては５表面にＺｎメツキを施す方法が既に特開昭６１−
１５７６９３号等で提案されており、具体的な表面処理
方法としては、電気メツキ及び溶融メツキが例示されて
いる。 また、アルミニウム合金表面にＺｎメツキ層を形成させ
る方法として、例えばメツキの下地処理として通常行わ
れている化学的置換メツキ（ジンケート）がよく知られ
ている。しかしながら、ジンケート処理は、メツキの下
地処理として実施されるものであり、ジンケート皮膜の
密着性を確保するため、以下のような工程が不可欠であ
る。 アルカリエツチング→硝酸中和→１段目ジンケート→硝
酸剥離→２段目ジンケート（各工程の間には水洗が必要
である） 更に、メツキ下地を目的として行われるため。 表面の活性度が大きく、大気中での変色粉吹等の腐食を
生じ易いことから、例えば、自動車パネル材の表面処理
として使用する場合には、処理コストが高くなると共に
処理皮膜の耐食性も十分とは言い難い。 このように、アルミニウム合金の表面にＺｎ系金属の皮
膜を形成させることにより、リン酸亜鈴処理性が向上で
きるが、従来の処理技術方法においては、皮膜の密着性
が不充分で、また耐食性も不充分である。２段ジンケー
ト処理を施せば、皮膜の密着性は改善できるものの、皮
膜の成長速度が小さく、また処理工程も前述の如く複雑
なため、工業的に大量生産を行う場合には、実用化が困
難であった。 本発明は、これらの従来技術の問題点を解決すべくなさ
れたものであって、リン酸亜鉛処理性に優れ、耐糸錆性
等が良好である表面処理アルミニウム合金材料を低コス
トで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） 前記目的を達成するため、本発明者らは、低コストで耐
糸錆性に優れる塗装下地処理方法の開発について鋭意研
究を重ねた結果、アルミニウム合金の表面にリン酸亜鉛
を均一微細に析出させることにより、塗装後の耐糸錆性
向上に著しい改善効果が得られることを見い出した。 そのためには、アルミニウム合金材料の表面にまず金属
Ｚｎ系の金属層を形成し、更にその上に、Ｚｎと、Ｎｉ
及びＭｎの１種又は２種と、Ｓｉ酸化物とで構成される
金属及び金属酸化物複合皮膜の層を形成させて、リン酸
亜鉛浴中でアノードとして作用させると、アルミニウム
合金素材表面のカソード部でのリン酸亜鉛析出を促進さ
せることができることを見い出し、ここに本発明をなし
たものである。 すなわち、本発明は、アルミニウム合金の表面に０．３
ｇ／＋＋２以上、２ｇ／＋ａ２以下の金属Ｚｎ系金属層
を形成し、更にその上に、０．３ｇ／ｍ２以上、１ｇ／
ＩＩ２以下の皮膜量で、Ｚｎ含有量が４０重量％以上の
Ｚｎと、Ｓｉ酸化物と、ＮｉおよびＭｎのうちの１種又
は２種の金属とからなる金属及び酸化物複合皮膜を形成
したことを特徴とするリン酸亜鉛処理性に優れる表面を
有するアルミニウム合金材料をようじとするものである
。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） 本発明において、アルミニウム合金表面に析出したＺｎ
はリン酸亜鉛処理洛中でアルミニウム表面上に電池を形
成し、７ノードして作用する。リン酸亜鉛の析出は、被
処理材表面のｐＨ上昇により生じるが、ＰＨの上昇はカ
ソード領域で生しる。 またアノード部においても溶出した金属のｐＨ緩衝作用
でｐＨが上昇する。金属Ｚｎと、Ｍｎ及び／Ｎ１と、Ｓ
ｉ酸化物からなる複合皮膜はリン酸亜鉛処理時溶解し、
ＰＨの緩衝作用を助長する。したかって１本発明におい
て局部電池を積極的に構成させることにより、析出量を
増大させることが可能となる。 アルミニウム合金のリン酸亜鉛処理においては、リン酸
亜鉛浴浸漬初期は、アルミニウムの溶解のみが進行し、
リン酸亜鉛の析出が生じない誘導期間があるが、誘導期
間を短くすることにより、析出核を増加させ、均一微細
なリン酸亜鉛の結晶が得られることが判明した。本発明
においてアルミニウム表面に形成される複合皮膜は、誘
導時間の短縮に有効であるため、均一微細で、塗装仕上
がり性、耐糸錆性向上に必要充分なリン酸亜鉛の析出量
が確保できる。したがって、リン酸亜鉛処理→カチオン
電着→中塗り、上塗りが施される、例えば自動車パネル
材の表面性状や耐糸錆性を著しく向上できる。 アルミニウム合金の表面に最初に形成するＺｎ系金属層
は、その上に形成させるＺｎとＮｉ及び／又はＭｎとよ
りなる金属とＳｉの酸化物からなる複合皮膜中のＮ１や
Ｍｎを有効にリン酸亜鉛析出物中に取り込ませ、リン酸
亜鉛の耐アルカリ性向上を目的とすると共に、皮膜の密
着性向上に寄与するものである。 そのためには、Ｚｎ系金属の皮膜の析出量が０゜３ｇ１
０２未満では、リン酸亜鉛処理前の脱脂洗浄工程での溶
解等でリン酸亜鉛浴中の必要量が残存しない場合が考え
られるため、０．３ｇ／ｍ２を下限値とするが、析出状
況やリン酸亜鉛処理工程によっては更に少量でもよい。 また、析出量の上限値としては、リン酸亜鉛処理後にお
いて、Ｚｎが層として存在しない範囲であればよく、通
常２ｇ／ｍ２が上限となる。Ｚｎの析出形態によっては
、更に析出量を増加させても問題はないが、製造コスト
等も考慮し、２ｇ／ｍ”以下とする。 アルミニウム合金表面に形成したＺｎ系金属層の上に形
成させる複合皮膜は、上記作用のために金属ＺｎとＳｉ
酸化物とＮｉ及びＭｎの１種又は２種とで構成する必要
がある。複合皮膜中に共析させるＳｉ酸化物は、Ｚｎ、
　Ｎｉ、Ｍｎよりなる金属層の防食に不可欠であり、ま
た皮膜のアルミニウム界面との密着性を向上させるため
にも必要である。 更に、複合皮膜はリン酸亜鉛浴中でのアノード反応を維
持するために必要な量があればよく、それ以上の析出量
では、塗装下地に活性なＺｎを含む層が残留するため好
ましくない。 具体的には、この複合皮膜中のＺｎの含有量は。 リン酸亜鉛処理時のアノード点として作用させるため、
少なくとも皮膜総重量の４０重量％以上が必要であり、
４０重量％未満ではリン酸亜鉛の析出速度が不充分とな
るので好ましくない。 更に、この複合皮膜は、リン酸亜鉛析出物の耐アルカリ
性向上を目的とし、リン酸亜鉛結晶中にＮｉやＭｎを供
給させるのに必要であるが、皮膜量が０．３ｇ／ｍ”未
満ではその効果が不充分であり、またＩｇ／ｍ２を超え
る効果は飽和し、製造コストも高くなるため好ましくな
い。したがって、複合皮膜量は０．３ｇ／＋１”以上、
Ｉｇ／ｎ＋”以下とする。 なお、下層（Ｚｎ系金属層）及び上層（複合皮膜）の皮
膜全体に占めるＺｎの含有量は９０〜５０重量％の範囲
が好ましい。９０重量％を超えると、皮膜の耐食性が不
充分となり、保管時に変色白化を生じ易くなり、また５
０重量％未満では、リン酸亜鉛処理において、皮膜の溶
出が阻外され易く、処理後残留し、塗膜性能を低下させ
るので望ましくない。 下Ｎ（Ｚｎ系金属層）、上層（複合皮膜）の皮膜とも、
これらを形成させる方法としては、電気メツキ、置換メ
ツキ、溶射等の方法があるが、Ｚｎの析出形態、析出処
理性コスト及び塗装後の表面特性、仕上り性等を考慮す
ると、化学処理による置換処理が好ましい。 下層と上層の形成に当たっては、下層を形成した後、水
洗し、引き続き上層を形成できるため。 連続処理が可能となり、コストの低減が期待できる。 前述の特開昭６１−１５７６９３号のように、電気メツ
キの場合、脱脂工程と化学メツキの下地処理の組み合わ
せが不可欠であり、また溶融Ｚｎメツキでは、素材の材
料特性上の面から、いずれも好ましくない６ 本発明においては、リン酸亜鉛の析出部位は、Ｚｎメツ
キ層の表面ではなく、析出Ｚｎ近傍のアルミニウム合金
表面であり、この点が前述の特開昭６１−１５７６９３
号との大きな相違点である。 したがって、析出の前処理としては、処理材の表面が水
はじきをしない程度の脱脂されていればよく、焼鈍後析
出処理を行う場合には、特別な前処理を必要としない。 本発明によれば、析出量が少なく、特別な前処理が不要
となるため、生産性が向上し、生産コストが大幅に低減
できる。 本発明で得られるアルミニウム合金材料を自動車パネル
用に使用した場合、鉄との同時処理を行う必要上、リン
酸亜鉛処理が一般に施され、その後カチオン電着、中塗
り、上塗りが施されるが。 その場合、リン酸亜鉛の析出量が多く、且つ均一微細に
析出するため、塗装仕上がり性が向上し。 またアルミニウムパネル使用において最も大きな問題で
あった塗装材の耐糸錆性も著しく向上する。 また、本発明を適用できるアルミニウム合金の成分系及
び組成は特に制限されないが、自動車パネル用として、
加工性、強度、耐食性が優れるものの、リン酸亜鉛析出
量が少なく、耐糸錆性が不充分となるＡｌ−８ｉ−Ｍｇ
系（６０００番系）に適用すると、その効果が顕著であ
る。 以下に本発明の実施例を示す。 （実施例） まず、素材としてＡ６００９合金（Ａｌ−３ｉ−Ｍｇ系
）及びＡ３１８２合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金）の各圧延板
（１ｍｍＸ　７５ｍｍＸ　１５０ｍｍ）を準備した。 大凰貫よ 上記へ６００９合金圧延板に第１表に示す種々の表面処
理をした後、濃硝酸で皮膜を溶解し、皮膜重量を測定し
た。ここで濃硝取を用いたのは。 濃硝酸では金属のアルミニウムは溶解せず、皮膜を溶解
して化学分析できるためである。皮膜重量及び化学分析
については下層及び上層について別々に行った。それら
の結果を第１表に示す。 第１表より明らかなように、本発明例は、いず九も本発
明範囲内の皮膜重量、皮膜構成を有している。 去ＩＩ＋里 実施例１と同じ表面処理を施したＡ３１８２とＡ６００
９の各圧延板について、自動車用パネル材と同様の脱脂
及び下地処理を行った後、カチオン電着塗装（膜厚２０
μｍ）を施し、耐糸錆性の評価を行った。下地処理は、
けい酸塩系脱脂洗浄→表面活性化処理→リン酸亜鉛処理
を採用した。耐糸錆性は、塩水噴１ｔ（５％、３５℃、
１日）→（湿潤試験５０″′ｃＸ８５％ＲＨ１６日）を
１サイクルとし、５サイクル後の耐糸錆性で評価した。 またリン酸亜鉛処理性及び皮膜密着性の評価も行った。 それらの結果を第２表に示す。 第２表より明らかなように、本発明例は、いずれもリン
酸亜鉛処理性に優れると共に、耐糸錆性、塗膜密着性が
優れている。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、リン酸亜鉛の析
出量、形態が著しく向上し、優れたリン酸亜鉛処理性が
得られるため、塗装仕上がり性、耐糸錆性が大幅に改善
できる。特に、従来、リン酸亜鉛の析出が起こり難く、
耐糸錆性の点で不充分とされてきたＡｌ−８ｉ−Ｍｇ系
合金材料に本発明を適用して自動車のパネル材として使
用する場合には、現在使用されている表面処理ライン（
鉄用）で直接処理が可能となるので低コストであり、且
つリン酸亜鉛処理で従来から最大の問題点であった耐糸
錆性の問題が解決するため、その効果は著しい。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金の表面に０．３ｇ／ｍ＾２以上
   、２ｇ／ｍ＾２以下の金属Ｚｎ系金属層を形成し、更に
   その上に、０．３ｇ／ｍ＾２以上、１ｇ／ｍ＾２以下の
   皮膜量で、Ｚｎ含有量が４０重量％以上のＺｎと、Ｓｉ
   酸化物と、ＮｉおよびＭｎのうちの１種又は２種の金属
   とからなる金属及び酸化物複合皮膜を形成したことを特
   徴とするリン酸亜鉛処理性に優れる表面を有するアルミ
   ニウム合金材料。
2. （２）皮膜全体に占めるＺｎの含有量が９０〜５０重量
   ％の範囲である請求項１に記載のアルミニウム合金材料
   。
3. （３）自動車のパネル材として使用されるものである請
   求項１又は２に記載のアルミニウム合金材料。
4. （４）アルミニウム合金がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金であ
   る請求項１、２又は３に記載のアルミニウム合金材料。