JPH0665663A

JPH0665663A - スポット抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウム材料

Info

Publication number: JPH0665663A
Application number: JP22117692A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Totsuka; 塚信夫戸; Naoki Nishiyama; 山直樹西; Koji Uesugi; 杉康治上; Masaki Mabuchi; 渕昌樹馬; Masaaki Kurihara; 原正明栗; Motohiro Nanbae; 元広難波江
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】スポット抵抗溶接性および加工性に優れたアル
ミニウム材料の提供。【構成】活性化処理されたアルミニウム材料表面に、無
機潤滑粒子および／または有機潤滑粒子をそれぞれ０．
０５〜３０重量％、０．０５〜２０重量％、合計で０．
０５〜４０重量％含有する固形潤滑皮膜を付着量が片面
で０．１〜５g/m²有するスポット抵抗溶接性および加工
性に優れたアルミニウム材料。ここで、無機潤滑粒子が
平均粒径２０μｍ以下の二硫化モリブデンおよび／また
は窒化ホウ素粉末であり、また有機潤滑粒子が平均粒径
２０μｍ以下でかつ融点７０℃以上のワックスであるの
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として自動車用軽量化
素材として使用されるアルミニウムまたはアルミニウム
合金板などのアルミニウム材料、特にスポット抵抗溶接
性、プレス加工性に優れるアルミニウム材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題特にＣＯ₂による地
球温暖化防止対策等の観点から自動車の燃費を向上する
ために、自動車車体の軽量化が積極的に推進されている
が、その中でも材料の信頼性、加工性、リサイクル利用
等の面でアルミニウム合金が脚光を浴び、最近では自動
車車体の内外用板にも適用されつつある。

【０００３】しかしながら、これらのアルミニウム合金
板を自動車車体として組み立てる際にはそのほとんどが
スポット抵抗溶接されるが、アルミニウム合金板はスポ
ット抵抗溶接性とりわけ電極寿命が鋼板に比べて極端に
劣るため、車体の生産効率の著しい低下を招いているの
が現状である。

【０００４】すなわち、アルミニウム合金板のスポット
抵抗溶接では溶着現象が起こり易いことおよび同一の電
極で適正なナゲットを得ることができる溶接打点数が著
しく短いため、溶着が起こる前や適正ナゲットができな
くなる前に電極形状をドレッシングによって整えたり、
あるいは新品電極と交換する頻度も多くなり、このこと
が溶接効率、ひいては自動車車体の生産効率に多大なる
影響を及ぼしている。

【０００５】アルミニウム合金が自動車のごときスポッ
ト抵抗溶接により大量生産品に実用化されだしたのはご
く最近であるため、上記のごとき問題を解決するための
適正な手段の提案は極めて少いが、特開昭６０−１８７
４８３号公報にはアルミニウム板接合面の酸化皮膜厚さ
を陽極処理にて制御することによる改善法が提案されて
いる。また、自動車用アルミニウム合金板へ適用を目的
としたものでないが、特開昭５３−６２５２号、特開昭
５３−４８９５４、特開昭５３−４８９５５号公報には
アルミニウム接合面にＺｎ，Ｔｉおよびステンレス綱薄
膜を介在させることによる改善法が、特開昭５７−４３
８９号公報にはＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇめっきを施すこ
とによる改善法が開示されている。

【０００６】しかし、陽極酸化処理皮膜のみの制御によ
る改善法は均一処理が難しく、且つその効果が不安定で
あり実用的ではない。また、Ｚｎ，Ｔｉ、ステンレス鋼
薄膜の介在による改善法は自動車用には適用が困難であ
り、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇめっきを施すことによる改
善法はアルミニウム合金へのこれらのめっきの密着性が
極めて悪く実用的でない問題がある。

【０００７】またアルミニウムは、鋼板に比較して、伸
びが小さくかつ柔らかいため型がじりを起こし易く、プ
レス成形性に劣るという重大な欠点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記アルミニ
ウム材料の欠点を克服しスポット抵抗溶接時における電
極寿命すなわち連続打点性、プレス成形性に優れたアル
ミニウム材料を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】まず、スポット溶接の改
善については下記知見に基づいている。すなわち、アル
ミニウム合金板を同一の銅系電極を用いて連続的にスポ
ット溶接を繰り返し実施すると、電極先端の通電径が打
点とともに拡大し、これにともなう板中の電流密度の低
下によってナゲット径も減少し、ついには電極寿命が尽
きるが、アルミニウム合金板の場合には鋼板の場合に比
べてその電極先端径の拡大速度が著しく大きいことに特
徴がある。

【００１０】従って、この様な現象に着目し、その原因
について鋭意検討した結果、アルミニウム合金板の連続
打点溶接の場合には電極先端の通電部に溶融アルミニウ
ムが付着し、その酸化物が打点とともに堆積し、これが
絶縁層を形成してついには電極とこの絶縁層の間でスパ
ークを起こし、この際に、電極が虫食い状に欠損してゆ
くことおよび接合面でのアルミニウム合金板表面の絶縁
性酸化皮膜が迅速な溶着を阻害していることを見出し
た。

【００１１】このようなアルミニウム合金板の特有現象
が電極先端径の拡大を促進し、電極寿命が極端に劣化す
るとの知見を得た。そして、この様な電極面側のスパー
ク発生、接合面側での溶着不良は、圧延ままのアルミニ
ウム材表面の酸化膜層の不均一性により助長されるとの
知見を得た。

【００１２】このため、アルミニウム材料表面の酸化皮
膜を均一にする処理として、アルミニウム表面をアルカ
リエッチングおよび／または酸洗処理することによって
アルミニウム表面の酸化皮膜の一部または全部を除去す
る処理を施すことにより溶接性が著しく改善されること
を知見した。

【００１３】一方プレス成形性については、本質的には
アルミニウムの伸びを向上させることが重要であるが、
同一材料であっても表面の潤滑性を向上させることによ
り成形性を向上させ得るとの知見を得、かつこの潤滑性
向上対策としては、一般的に使用されている固形潤滑皮
膜剤中に粉末状潤滑剤を均一に分散させた皮膜を被覆す
ることが非常に有効であることがわかった。

【００１４】すなわち、上記目的を達成するために本発
明によれば、活性化処理されたアルミニウム材料表面
に、無機潤滑粒子および／または有機潤滑粒子をそれぞ
れ０．０５〜３０重量％、０．０５〜２０重量％、合計
で０．０５〜４０重量％含有する固形潤滑皮膜を付着量
が片面で０．１〜５g/m²有することを特徴とするスポッ
ト抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウム材料が
提供される。

【００１５】ここで活性化処理とは、アルカリエッチン
グ処理により表面のアルミナ層を除去する処理または鉱
酸を含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去す
る酸洗処理またはアルカリエッチング処理後酸洗処理を
行う処理により表面の酸化物層をほとんど除去する処理
のいずれかの処理である。

【００１６】また前記無機潤滑粒子は、平均粒径２０μ
ｍ以下の二硫化モリブデンおよび／または窒化ホウ素粉
末であり、前記有機潤滑粒子は平均粒径２０μｍ以下で
かつ融点７０℃以上のワックスであり、これら潤滑性粉
末を、プレコートワックスまたはアクリル樹脂共重合体
を主成分とした固形潤滑皮膜中に均一に分散させた潤滑
皮膜を形成させるのが好ましい。

【００１７】

【作用】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１８】本発明におけるアルミニウム材料とは、ア
ルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム材料
を広く包含し、その形態は板材、棒材、管材など任意で
ある。

【００１９】本発明においては、上述したアルミニウム
材料に表面の酸化物層を均一化しかつ表面抵抗を低下さ
せてスポット抵抗溶接性を向上させるために活性処理を
行う。

【００２０】活性化処理としては、アルカリエッチング
処理により表面のアルミナ層を除去する処理または鉱酸
を含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去する
酸洗処理またはアルカリエッチング処理後酸洗処理を行
う処理により表面の酸化物層をほとんど除去する処理の
いずれかが用いられる。

【００２１】これらのアルカリエッチング処理、酸洗処
理としては通常アルミニウム材の処理法として行われて
いる方法で良く、市販の処理液を使用することも可能で
ある。

【００２２】本発明において、活性化処理後の表面上に
形成される固形潤滑皮膜は、プレコートワックスまたは
アクリル樹脂共重合体を主成分とした皮膜に、無機潤滑
粒子および／または有機潤滑粒子を均一に分散させたも
のである。

【００２３】無機潤滑粒子としては例えば二硫化モリブ
デン、窒化ホウ素粉末の１種または２種の混合物が用い
られる。これらの混合物は、あまり過少では潤滑効果が
少なく、過剰では塗布作業中のワックスまたは樹脂の粘
度を上げ過ぎて塗布が困難となるため、０．０５〜３０
重量％に限定した。また平均粒径が２０μｍを超える粒
子では皮膜固化後、脱落し易いため、平均粒径２０μｍ
以下に限定した。

【００２４】有機潤滑粒子は、アルカリ脱脂処理によっ
て容易に除去されるものであれば、合成ワックス、天然
ワックスいずれを用いても良いが、融点７０℃未満のワ
ックスではベースワックス中に均一に分散させることが
困難でかつ極圧状態での潤滑効果も充分でないため融点
７０℃以上に限定した。

【００２５】また、アクリル樹脂共重合体としては、種
々の水溶性アクリルエマルジョンなどを用いることがで
きる。また添加量および平均粒径は前記無機潤滑粒子と
同様な理由によりそれぞれ０．０５〜２０重量％、平均
粒径２０μｍ以下に限定した。

【００２６】なお無機潤滑粒子と有機潤滑粒子を併用す
る場合は添加量の限界は４０重量％まで上昇するが、そ
れを超えると塗布作業に不都合を生じるため０．０５〜
４０重量％までに限定した。また皮膜付着量は片面で
０．１g/m²未満ではその効果が無く、５g/m²を超えると
溶接性に悪影響を与えるため０．１〜５g/m²に限定し
た。

【００２７】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。

【００２８】自動車車体材料として使用されている代表
的なアルミニウム合金である５１８２合金の１ｍｍ厚板
材を用い、まず合金板表面をトリクロールエチレンで蒸
気脱脂した後、表１に示す活性化処理を施した。次に市
販のプレコートワックスであるカオールーブＷ−２（花
王株式会社製）をベースとして用い、これを６０℃に加
温溶解させ、これに無機潤滑粉および／または有機潤滑
粉を添加混合し、表２の割合に調合した。この溶融ワッ
クス中に６０℃に加温した上記合金板（１×１００×２
００ｍｍ）を浸漬し、引き上げて空冷・乾燥処理した。

【００２９】塗布量は浸漬、引き上げ速度および空冷・
乾燥速度を調整することにより、任意に調整した。なお
塗布量は塗布後の板の重量と、その板を脱脂洗浄した後
の重量差から測定した。

【００３０】また、潤滑粉は事前にボールミルで粉砕
し、粒度調整した。粒度の測定はガラス板上に該潤滑皮
膜を形成させ、直接光学顕微鏡観察することによって測
定した。

【００３１】次に市販のアルカリ可溶製高分子潤滑皮膜
剤ミルボンドＭＣ−５６０Ｊ（日本油脂株式会社製）を
ベースとし、これに無機潤滑粉および／または有機潤滑
粉を添加混合したものも表２に同時に示す。該剤は水系
塗料のためワックスの種類によっては長時間の均一分散
は困難であるものもあったが、強攪拌後直ちに合金板を
浸漬・塗布、乾燥することによって均一分散させた皮膜
が得られた。

【００３２】乾燥は８０℃の熱風乾燥とし、塗布量の調
整は、塗料溶液への水添加量を変えることによって調整
した。塗布量の測定、潤滑粉の調整は前記と同様であ
る。

【００３３】なお表２に示すワックスは以下のものを用
いた。ワックス１サンノプコ社製ＳＮワックス２２
−ＳＦワックス２サンノプコ社製ＳＬ５０６ワックス３安原油脂工業社製アローワックスワックス４同上ワックスの粉砕時間を短かくしたも
のワックス５日本石油社製ＰＯワックスＨ−
１０

【００３４】なお前処理用薬剤であるアルソフト１０
８、デスマットＮ−２０は市販のＡｌ板用前処理液で奥
野製薬工業社製のものである。

【００３５】加工性の評価表面処理後のアルミニウム合金板の加工性は７０ｍｍφ
に打抜いた各サンプルを径３３ｍｍφの高速円筒絞り加
工（加工速度：５００mm/sec）し、加工できずに割れた
ものを不良（×）、かじりを生じたが加工できたものを
（△）、ほとんどかじりを生じず加工できたものを良好
（○）として判定した。

【００３６】溶接性の評価表面処理後のアルミニウム合金板の電極寿命により評価
した。すなわち、インバーター直流溶接機を用いて下記
の電極および溶接条件にて評価した。評価は溶着するま
での打点数またはナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚）を下
まわるまでの打点数のいずれかの少ない打点数でその効
果を判定した。（電極）・形状：円錘台頭（ＣＦ）型・先端径：５．０ｍｍφ ・材質：Ｃｒ−Ｃｕ（溶接条件）・加圧：１５０ｋｇｆ・初期加圧時間：２０／５０秒・通電時間：６／５０秒・保持時間：５／５０秒・溶接電流：１５ｋＡ溶接性評価基準は、その打点数が５００点未満を不良
（×）、５００〜１０００点を普通（△）、１０００〜
１５００点を良好（○）、１５００点以上を優良（◎）
として評価した。

【００３７】本発明例および比較例を表２にまとめて示
す。表１〜２から明らかなように、本発明はアルミニウ
ム合金板のスポット溶接性および加工性の改善に極めて
効果があることが分かる。

【００３８】これに対して、比較例１は活性化処理なし
のため、潤滑皮膜との密着性が悪く加工性が不充分でか
つ表面酸化膜のため溶接性も不充分である。比較例２、
３、４は潤滑粒子の添加量が少な過ぎるため充分な加工
性が得られない。比較例５、６、７、１０は潤滑粒子の
添加が多過ぎて溶接性を損っている。比較例８、は皮膜
付着量が少な過ぎて充分な加工性が得られず、比較例９
は付着量が多過ぎて溶接性を損なっている。

【００３９】本発明例１１、１２、１３は潤滑粒子が過
大なため、加工性がやや劣るが溶接性は充分である。本
発明例１４はワックスの融点がやや低過ぎるため充分な
加工性が得られていないが、溶接性は充分である。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【表７】

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ルミニウム板またはアルミニウム合金板などのアルミニ
ウム材料を活性化処理して、その上に粉末状潤滑剤を含
む固形潤滑皮膜を形成することによって、スポット抵抗
溶接性およびプレス加工性は著しく改善される。これに
よってプレス成形とスポット溶接によって加工される自
動車部品の生産性は著しく向上しかつ品質の安定性も高
まることが期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山直樹千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者上杉康治千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者馬渕昌樹千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者栗原正明東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者難波江元広東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河アルミニウム工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性化処理されたアルミニウム材料表面
に、無機潤滑粒子および／または有機潤滑粒子をそれぞ
れ０．０５〜３０重量％、０．０５〜２０重量％、合計
で０．０５〜４０重量％含有する固形潤滑皮膜を付着量
が片面で０．１〜５g/m²有することを特徴とするスポッ
ト抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウム材料。
【請求項２】上記活性化処理が、アルカリエッチング処
理により表面のアルミナ層を除去する処理または鉱酸を
含む酸性水溶液中で主としてマグネシア層を除去する酸
洗処理またはアルカリエッチング処理後酸洗処理を行う
処理である請求項１に記載のスポット抵抗溶接性および
加工性に優れたアルミニウム材料。
【請求項３】前記固形潤滑皮膜が、アルカリ脱脂処理に
よって容易に除去され得るプレコートワックスまたはア
クリル樹脂共重合体を主成分とした皮膜である請求項１
に記載のスポット抵抗溶接性および加工性に優れたアル
ミニウム材料。
【請求項４】前記無機潤滑粒子が平均粒径２０μｍ以下
の二硫化モリブデンおよび／または窒化ホウ素粉末であ
る請求項１に記載のスポット抵抗溶接性および加工性に
優れたアルミニム材料。
【請求項５】前記有機潤滑粒子が平均粒径２０μｍ以下
でかつ融点７０℃以上のワックスである請求項１に記載
のスポット抵抗溶接性および加工性に優れたアルミニウ
ム材料。