JPH06173038A - プレス成形性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面に、実質的に
Ｂ．Ｃ．Ｃ．構造を有し、その格子定数が０．２８９５
ｎｍ以上であって且つめっき付着量が２〜２０g/m²であ
るＦｅ系めっき層が、最表層部として形成されたプレス
成形性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材である。 【効果】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面に、上記特定構
造で格子定数の特定されたＦｅ系めっき層を最表層部と
して形成することによって、固形潤滑剤なしでも表面傷
などを生じさせることなく円滑にプレス成形することが
でき、成形加工後塗装処理前の潤滑剤除去作業を著しく
簡略化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の各種車輛や
家庭用電気製品、建築材料等として使用されるプレス成
形性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材に関し、特
に、固形潤滑剤を使用することなく優れた表面性状のプ
レス成形品を得ることのできる表面処理ＡｌまたはＡｌ
合金材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌまたはＡｌ合金材（以下Ａｌ合金材
で代表する）は軽量でしかも優れた耐食性及び意匠性を
有しており、且つ比強度が高いという特長を有している
ことから、家庭電気製品や建材等の幅広い分野で用いら
れてきた。また最近では自動車分野等においても公害防
止、省資源の観点から車体の軽量化ひいては燃費向上を
目的としてフード、フェンダー等のパネル材にもＡｌ合
金材が利用される機会が増えている。

【０００３】この様な分野においてはプレス成形等の成
形加工が施されることが多いが、Ａｌ合金材の塑性変形
挙動は従来の冷延鋼板や表面処理鋼板とはかなり異な
り、表面摩擦係数が大きいときには、例えばフェンダー
部の成形を行う場合の様に厳しい加工条件でプレス成形
を行うと、変形抵抗力が増大して強度不足による割れを
起こすことがある。但しこうした割れの発生は、冷延鋼
鈑のプレス成形で普通に使用されている低粘度の防錆洗
浄油よりも粘度の高い固形潤滑剤等を使用することによ
って回避できることが確認されている。

【０００４】一方、Ａｌ合金材を自動車用パネル材等と
して使用する場合は、プレス成形後に意匠性向上のため
塗装が施されるので、該塗膜の密着性を高めるための前
処理として化成処理により緻密なりん酸塩皮膜を形成す
る必要があるが、そのためには、プレス成形工程で使用
した潤滑剤を完全に除去しなければならない。ところ
が、上記の様に高粘性の固形潤滑剤を用いてプレス成形
を行った場合、プレス成形品の表面に付着した固形潤滑
剤の除去が非常に困難であって通常の洗浄法では除去す
ることができず、より洗浄力の高い洗剤を用いた入念な
洗浄が必要となり、洗浄作業が煩雑で時間を要し、生産
性を著しく低下させる。

【０００５】また、耐傷付き性向上のために硬質のめっ
き皮膜を形成した場合は、プレス成形時にめっき層表面
の金型に対する動摩擦係数が増大し、プレス成形性が著
しく阻害される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、除去
困難な固形潤滑剤を使用しなくとも円滑にプレス成形を
遂行し得る様な表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材を提供し
ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係るプレス成形法の構成は、Alまたは
Al合金材の表面に、実質的にＢ．Ｃ．Ｃ．構造を有し、
その格子定数（ａ_Fe）が０．２８９５ｎｍ以上であって
且つめっき付着量が２〜２０g/m²であるＦｅ系めっき層
が、最表層部として形成されたものであるところに要旨
を有するものである。

【０００８】

【作用】Ａｌ合金材のプレス成形性が通常の表面処理鋼
板や冷延鋼板などに比べて劣る理由の１つに、Ａｌ合金
材は、高面圧がかかるプレス成形時の表面摩擦力が大き
いため、プレス成形時における変形に大きな力が必要と
なるが、Ａｌ合金材は冷延鋼板などに比べて強度が低い
ので、当該成形時の加重負担部分で強度不足により割れ
が発生するためと考えられる。

【０００９】そこで本発明者らは、Ａｌ合金材のプレス
成形性を改善すべく種々の観点から検討を進めている
が、その成果の一環として、Ａｌ合金材の表面にＦｅ含
有量の多いＦｅ−Ｚｎ系めっき皮膜を形成してやれば、
プレス成形用金型との動摩擦係数が低減してプレス成形
性が高められることを確認し、別途特許出願を済ませ
た。

【００１０】その後更に研究を進めたところによると、
プレス成形時の動摩擦係数はＦｅ系めっきの最表層部に
おける結晶構造および当該結晶の格子定数によって著し
く変わり、めっき層の少なくとも最表層部がＢ．Ｃ．
Ｃ．構造を有するＦｅ系めっきで構成される共に、その
格子定数（ａ_Fe）が０．２８９５ｎｍ以上であるものは
表面摩擦係数が非常に小さく、プレス成形性を著しく高
め得ることが確認された。

【００１１】これは、Ｂ．Ｃ．Ｃ．構造にＦｅ系めっき
層においては、格子定数が大きくなるにつれて変形抵抗
が大きくなり、当該めっき層自体が硬質となってプレス
成形時の工具によるめっき層の変形量が減少し、変形抵
抗が小さくなるためと考えられる。ちなみに図１は、
Ｂ．Ｃ．Ｃ．構造を有するＦｅ系めっき材における格子
定数と表面動摩擦係数の関係を調べた結果を示したグラ
フ（但し、めっき材はＦｅ−５〜５０％Ｚｎ，めっき付
着量は４．８〜１８g/m²，めっき層中のα相の体積率は
６０％以上）であり、この図からも明らかである様に、
格子定数が0.2895ｎｍの前後で動摩擦係数は著しく変わ
り、格子定数を0.2895ｎｍ以上とすることによって動摩
擦係数を著しく低減し得ることが分かる。

【００１２】但しこうしたＦｅ系めっき層の成形性改善
効果を有効に発揮させるには、当該めっき層の付着量を
２g/m²以上にしなければならず、これ未満の肉厚では高
面圧下のプレス成形時にめっき皮膜が簡単に破壊され、
動摩擦係数低減効果を有効に発揮させることができなく
なる。一方、該めっき層の付着量が２０g/m²を超える
と、プレス成形時におけるＡｌ合金母材の変形に当該硬
質のめっき皮膜が追従し得なくなり、めっき剥離やパウ
ダリング等を起こし易くなる。

【００１３】また、該Ｆｅ系めっき層中におけるＢ．
Ｃ．Ｃ．構造（α相）の比率は、体積率で８０％以上、
より好ましくは８５％以上とするのがよく、α相の体積
率が不足する場合は工具との焼付き等を起こし易くなっ
て動摩擦係数低減効果が有効に発揮されなくなる。

【００１４】本発明で採用されるめっき法としては、蒸
着法等の気相めっき法、置換めっき、化学めっき、電気
めっき等の湿式めっき法あるいはそれらを組合わせる方
法を採用することができ、上記の様なめっき構造を得る
ため、即ちＦｅ系めっき層におけるＢ．Ｃ．Ｃ．構造の
格子定数を増大させるための手段も特に限定されない
が、一般的な方法としては、Ｆｅ系めっき皮膜中に格子
欠陥を導入する方法、Ｆｅ系めっき層内にＺｎやＮｉ等
の置換型元素を固溶させる方法、あるいはＣ，Ｐ，Ｓ等
の侵入型の原子として固溶させる方法、あるいはこれら
を組合わせて実施する方法などを採用することができ
る。例えば蒸着めっき法を採用する場合は、基板温度や
蒸着電流密度を制御することによって格子欠陥密度を高
めることができ、蒸着源としてＦｅ，Ｚｎ等を用いるこ
とによって置換型固溶体めっきを得ることができる。ま
た電気めっき法を採用する場合は、処理液組成、処理温
度、電流密度等を制御することによって格子定数を増大
させることが可能である。

【００１５】また本発明では、めっき層の最表層部の構
造を上記の様に定めたところに特徴を有するものであ
り、このめっき層は上記要件を満たす単層めっきであっ
てもよく、或はめっき前の下地処理としてアルマイト皮
膜等を施したものや、下層めっきとしてＮｉ−Ｐめっき
等の合金めっき層を形成したものであっても勿論構わな
い。

【００１６】尚本発明が適用されるＡｌ合金材として
は、銅、マンガン、珪素、マグネシウム、亜鉛、クロ
ム、ニッケル等の１種もしくは２種以上を合金成分とし
て含む様々のＡｌ合金が包含され、その形状も、最も一
般的な板状物のほか、棒状物、線状物、管状物等、用
途、目的に応じて種々の形状のものに適用することが可
能である。

【００１７】以下実施例によって本発明を更に詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。

【００１８】

【実施例】表面を清浄化したＡｌ合金（Ａｌ−５％Ｍｇ
あるいはＡｌ−0.8 ％Ｍｇ−1.0％Ｓｉ合金）板の表面
に、蒸着法、電気めっき法或はこれらの組合せによって
表１に示す成分組成Ｆｅ系めっき層を形成し、夫々につ
いて下記の方法で円筒深絞りによるプレス成形性および
動摩擦係数を調べ、表１に併記する結果を得た。

【００１９】［評価方法］ プレス成形性：エリクセン円筒深絞り試験による最大絞
り高さ、及びドロービード試験後めっき面のテープ剥離
量によって総合評価。 ○：優…表面処理鋼板よりも良好 △：良…表面処理鋼板と同等 ×：劣…表面処理鋼板より劣る 動摩擦係数：下記の条件で平板引抜試験を行なった時の
動摩擦係数によって評価した。 荷重（押え荷重）：9.806 ×10⁶ Pa 平型工具 ：20mm×20mm、材質 SKD 11 潤滑油 ：ノックスラスト（防錆油） ○：優…0.10以下 △：良…0.10〜0.14 ×：劣…0.14以上

【００２０】

【表１】

【００２１】表１からも明らかである様に、本発明の規
定要件を全て満たす実験Ｎｏ．１〜８は動摩擦係数が小
さく優れたプレス成形性を有しているのに対し、Ｎｏ．
９〜１４は、下記の様に本発明で規定するいずれかの規
定要件を欠く比較例であり、本発明の目的を果たすこと
ができない。 Ｎｏ．９：格子定数が不足するため動摩擦係数低減効果
が不十分であり、プレス成形性を高めることができな
い。 Ｎｏ．１０：最表層部のめっき付着量が不足するため動
摩擦係数を十分に下げることができず、プレス成形性を
改善できない。 Ｎｏ．１１：最表層部のめっき付着量が多過ぎるため、
プレス成形時にパウダリングやめっき層の剥離を起こ
す。 Ｎｏ．１２，１３：いずれも最表層部のめっき層の格子
定数が本発明の規定要件を欠く比較例であり、動摩擦係
数低減効果が不十分でプレス成形性改善効果が得られな
い。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ａ
ｌまたはＡｌ合金材の表面に、Ｂ．Ｃ．Ｃ．構造からな
る格子定数の特定されたＦｅ系めっき層を最表層部とし
て形成することによって、固形潤滑剤なしでも優れたプ
レス成形性を有する表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材を提
供し得ることになった。その結果、従来例の様に固形潤
滑剤の除去作業が全く不要となり、表面性状の良好なプ
レス成形品を生産性よく安価に製造し得ることになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ．Ｃ．Ｃ．構造の格子定数と動摩擦係数の関
係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｌまたはＡｌ合金材の表面に、実質的
   にＢ．Ｃ．Ｃ．構造を有し、その格子定数（ａ_Fe）が
   ０．２８９５ｎｍ以上であって且つめっき付着量が２〜
   ２０g/m²であるＦｅ系めっき層が、最表層部として形成
   されたものであることを特徴とするプレス成形性に優れ
   た表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材。