JPH0693495A - 暗色めっき金属材とその製造方法 - Google Patents

暗色めっき金属材とその製造方法

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JPH0693495A
JPH0693495A JP24506192A JP24506192A JPH0693495A JP H0693495 A JPH0693495 A JP H0693495A JP 24506192 A JP24506192 A JP 24506192A JP 24506192 A JP24506192 A JP 24506192A JP H0693495 A JPH0693495 A JP H0693495A
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JP
Japan
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dark
film
metal material
alloy
plating
Prior art date
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Pending
Application number
JP24506192A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Uchida
淳一 内田
Yasuhiro Yamamoto
康博 山本
Hirohisa Seto
宏久 瀬戸
Tomoaki Usuki
智亮 薄木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Al−Mn系合金めっきを、色ムラや脱色が少な
く、十分な暗色度を持つ表面になるように暗色化する。 【構成】 Al−Mn系合金めっき表面に、皮膜中金属元素
合計量に対してMnを50原子%以上含有する、Mn酸化物お
よび/またはMn水酸化物を主体とする皮膜を0.05μm以
上の膜厚で有する、暗色めっき金属材。この表面皮膜
は、Al−Mn系合金めっき金属材を80℃以上のアルカリ性
水溶液中に数秒浸漬することにより形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料の意匠性が要求さ
れる自動車、建材、家電等の分野に好適な、暗色めっき
金属材に関する。
【0002】
【従来の技術】Al系材料 (AlもしくはAl合金材ならびに
AlもしくはAl合金めっき材) は、一般に塗装、電解発
色、染色等の手法により着色され、ビルの外壁、家電製
品等に使用されている。色の種類は多種多様であるが、
黒色系、茶褐色等、いわゆる暗色系は根強い需要があ
る。
【0003】本発明者らは、耐食性に優れた材料である
Al−Mn系合金めっきの暗色化を狙い、上記の各着色方法
を試みた結果、それぞれ次のような問題を生じることが
判明した。
【0004】塗装: 塗膜フクレ等の外観不良、紫外線
等による塗膜性能の劣化が避けられない。 電解発色: 十分な暗色度を得るためには、電解により
かなり厚いポーラスな酸化皮膜を形成する必要がある
が、Al−Mn系合金めっきの膜厚は一般に10μm程度と薄
い。そのため、色ムラの発生が生じやすい、十分な暗色
度が得られないといった問題がある。 染色: 電解発色と同様、厚いポーラスな酸化皮膜が必
要のため、同様の問題がある。また、有機染料では耐候
性が不良である。
【0005】これらの検討の過程において、本発明者ら
はAl−Mn系合金めっき皮膜に陽極酸化を施すことによ
り、純Alめっきや他のAl合金めっきでは得られない各種
色調での着色が可能であることを見出し、既に特許出願
した (特願昭61−237783号、特開昭63−93893 号公報参
照) 。しかし、この手法では黄、青、紫、赤紫等の鮮や
かな色調が得られるものの、黒色、茶褐色等の暗色を安
定に得ることが困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】Al−Mn系合金めっき材
料は、耐食性に優れ、かつ電解着色も容易なため、自動
車、建材、家電製品等の防錆性と意匠性が要求される分
野において大いなる利用可能性が期待される。しかし、
前述のように、Al−Mn系合金めっきの暗色系の着色技術
は未だ開発されておらず、そのため意匠性を要求される
分野への使用も自ずから制限される。
【0007】従って、本発明の目的は、Al−Mn系合金め
っきの暗色化により、色ムラや脱色が少なく、十分な暗
色度の表面を持った暗色めっき金属材とその簡便な製造
方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Al−Mn系
合金めっきの表面の酸化膜構造と色調との関係について
詳細な検討を行った結果、Al−Mn系合金めっきの表面
に、Mn酸化物やMn水酸化物を多量に含有する皮膜を0.05
μm以上の膜厚で形成することにより、十分な暗色度を
有するAl−Mn系合金めっき金属材が得られることを見出
した。これらのMn酸化物やMn水酸化物は、そのもの自体
が暗色を有し、また非常に安定かつ薄膜でよいため、脱
色や色ムラのない暗色めっきが得られる。
【0009】ここに、本発明の要旨は、「Al−Mn系合金
めっきの表面に、皮膜中金属元素合計量に対してMnを50
原子%以上含有する、Mn酸化物および/またはMn水酸化
物を主体とする皮膜を、0.05μm以上の膜厚で有するこ
とを特徴とする、暗色めっき金属材」にある。
【0010】この暗色めっき金属材は、例えば、Al−Mn
系合金めっき金属材を80℃以上のアルカリ水溶液中に浸
漬することにより簡便に製造することができる。
【0011】
【作用】本発明者らの調査によれば、Al−Mn系合金めっ
きの暗色度は、Al−Mn系合金めっき表面に形成される金
属酸化物および/または水酸化物を主体とする皮膜中の
Mn含有量とこの表面皮膜の膜厚により支配される。表面
皮膜中のMn含有量が、皮膜中の金属元素合計量に対して
50原子%以下の場合、表面皮膜の膜厚を厚くしても色ム
ラが生じ易く、十分な暗色度は得られない。一方、表面
皮膜中のMn含有量が50原子%以上であっても、膜厚が0.
05μm以下では、やはり暗色度は十分ではない。そのた
め、本発明では、皮膜中の金属元素合計量に対してMnを
50原子%以上含有する、Mn酸化物および/またはMn水酸
化物を主体とする表面皮膜を、膜厚0.05μm以上になる
ように、Al−Mn系合金めっき表面に形成させるのであ
る。
【0012】表面皮膜の膜厚は、0.05μm以上でないと
十分な暗色度は得られないが、上限は特に限定されな
い。ただし、加工性や高速処理性を考慮すれば、膜厚は
1μm以下としたほうがよい。
【0013】Mnを50原子%以上含有するMn酸化物および
/または水酸化物を主体とする表面皮膜をAl−Mn系合金
めっき表面に形成するための具体的手段は特に制限され
ず、乾式法および湿式法のいずれも可能である。例え
ば、スパッタリングなどの乾式法により、Mn酸化物の薄
膜をAl−Mn系合金めっきの表面に形成させるといった手
段を採用することができる。
【0014】しかし、より好ましい方法は、Al−Mn系合
金めっき金属材を高温のアルカリ水溶液中に浸漬する湿
式法であり、この浸漬によりめっき表面近傍において、
Mnを選択的に酸化し、Alを溶解させて、Mn酸化物および
/または水酸化物を主体とする薄い表面皮膜をAl−Mn系
合金めっき表面に容易に形成することができることが判
明した。その理由について次に説明する。
【0015】Al−Mn系合金めっき金属材を高温の水中に
浸漬すると、一般のAl合金めっきの場合と同様、めっき
表面には酸化物皮膜が形成される。この際、当然のこと
ながら、MnのみならずAlも酸化されるため、AlとMnの複
合酸化物皮膜となる。従って表面皮膜のMn含有量を高く
するには、Alが溶解しやすく、Mnのみが選択的に酸化さ
れる条件にしてやればよい。
【0016】一般にMnは、酸性水溶液中ではMn2+となっ
て溶解するが、pH=8以上のアルカリ水溶液中では各種
酸化状態の酸化物または水酸化物となることが知られて
いる。これに対してAlの場合、酸性溶液中では安定な酸
化物皮膜が形成されるが、アルカリ水溶液中では溶解し
やすい。従って、アルカリ水溶液中にAl−Mn合金めっき
金属材を浸漬することにより、めっき中のAlを溶解さ
せ、Mnを選択的に酸化させることが可能であり、比較的
容易にMn含有量が増大した暗色の皮膜をめっき表面に形
成することができる。
【0017】ここで重要なのは処理液として用いるアル
カリ水溶液の温度であり、アルカリ水溶液を用いても、
液温が低いと、AlとMnが同時に溶解してしまう。表面皮
膜中のMn含有量を金属合計量に対して50原子%以上にす
るためには、浴温を80℃以上、望ましくは90℃以上にす
る必要がある。アルカリ水溶液のpHは、8以上、より好
ましくは10以上とするのが好ましい。アルカリ水溶液と
しては、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の水
酸化物または炭酸塩、或いは水酸化アンモニウムなどの
水溶液を使用することができる。
【0018】浸漬処理時間は、通常は20秒以下で十分で
あり、好ましくは2〜10秒とごく短時間でよい。他の条
件が同じであれば、処理時間が長くなるほど、生成する
表面皮膜中のMn含有量および表面皮膜の膜厚が大きくな
るので、必要なMn含有量および膜厚になるように処理時
間を決定すればよい。
【0019】前述したように、Mnは種々の酸化状態で存
在できるため、処理液のpH、温度、浸漬時間などを変化
させることにより、Mn2O3 、Mn3O4 、MnO2等、異なる酸
化状態の酸化物および/または水酸化物皮膜を形成させ
ることができる。ここで、Mn水酸化物とは、 Mn2O3・xH
2O、 Mn3O4・xH2O、MnO2・xH2Oといった水和Mn酸化物の
ことを意味している。これら酸化物および水酸化物は固
有の色を呈し、例えば、MnO2では黒色、Mn2O3 では茶褐
色となる。条件によってはこれらの酸化物や水酸化物が
混在し、微妙な色調をコントロールすることも可能であ
る。
【0020】上記処理法によれば、スパッターなどの特
殊な装置を必要としないので、暗色表面形成のための処
理が非常に簡便であり、しかも処理時間は数秒とごく短
時間でよいので、高速処理が可能となる。
【0021】Al−Mn系合金めっきは、Al−Mn合金めっき
と、Al−Mn−X (XはMg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、In等の
1種もしくは2種以上の第3元素) 合金めっきのいずれ
であってもよい。めっき中のMn含有量には特に制限はな
く、Mn含有量が5重量%程度と低くても、上記のアルカ
リ水溶液処理により、Mn酸化物および/または水酸化物
を主体とする表面皮膜を形成することができる。Al−Mn
−X合金めっきの場合には、表面皮膜中にXの酸化物お
よび/または水酸化物が混入することがあるが、この場
合にも表面皮膜のMn含有量が50原子%以上で、その厚み
が0.05μm以上であれば、十分な暗色度が得られる。
【0022】めっき母材の金属材についても限定され
ず、炭素鋼材、ステンレス鋼材、AlまたはAl合金材、Zn
系またはNi系のめっきを施した金属材等に適用できる。
かかる金属材へのAl−Mn系合金めっきは、常法に従っ
て、塩化物浴による溶融塩電解めっき法あるいは非水系
電解めっき法により行うことができる。その際のめっき
付着量は、5〜100 g/m2の範囲内が好ましい。Al−Mn系
合金めっきがあまりに薄いと、上記浸漬処理による表面
皮膜形成後に残存するめっき層が薄くなりすぎ、必要な
耐食性が得られない。逆に、めっきが厚すぎると、加工
性が低下する。
【0023】本発明の暗色めっき金属材は、耐候性向上
や表面の暗色皮膜の脱色防止などの目的で、その表面に
クリヤー塗装を施しても良い。使用するクリヤー塗料の
種類や塗膜の膜厚は特に限定されない。次に、実施例に
より本発明を具体的に例証する。実施例中、%は特に指
定しない限り、重量%である。
【0024】
【実施例】AlCl3−NaCl−KCl 三元系溶融塩浴にMnCl2
を添加した溶融塩めっき浴を用いて、各種Mn含有量のAl
−Mn合金めっき金属材を作製した。Al−Mn合金めっきの
付着量は20 g/m2 とした。めっき母材としては、冷延鋼
板、Al合金板 (A5052)、および5g/m2のNiめっきを施し
たSUS430鋼板を用いた。
【0025】このAl−Mn合金めっき金属材を、5%Na2C
O3水溶液 (pH 10)または1%NaOH水溶液 (pH 13)を処理
液として使用し、液温90℃で、浸漬時間を変えて浸漬処
理し、めっき表面に酸化物および/または水酸化物から
なる暗色の表面皮膜を形成した。
【0026】処理後、めっき表面に形成された表面皮膜
中のMn含有量 (全金属量に対する原子%) をXPS (X
線光電子分光法) により、表面皮膜の膜厚をSIMS
(二次イオン質量分析法) により測定した。
【0027】比較のために、上記と同じAl−Mn合金めっ
き金属材を、次のように黒色塗装または染色により暗色
化した。 黒色塗装: Al−Mn合金めっき面上に、塗装下地処理と
してクロメート処理を施こした後、エポキシプライマー
を3μm塗装した。その上に、ポリエステル系塗料にカ
ーボンブラックを20 pwc添加した黒色塗料を塗布し、塗
膜を焼付けて、膜厚15μmの黒色塗膜を形成した。
【0028】染色: Al−Mn合金めっき金属材を、10%
H2SO4 水溶液中で直流30V×2分の陽極酸化処理を施し
た後、40℃の染色液中に10分間浸漬した。染色液の調製
に用いた有機染料は、住友化学製「スミカロン染料」
(黒色または茶色) であった。
【0029】こうして処理した暗色表面を持つAl−Mn合
金めっき金属材を次の要領で評価した。 [一次評価]処理したままの状態で、色調、色ムラ(目
視) 、色差計による明度 (L値) を測定した。明度につ
いては、L値15以下であれば暗色度が良好である。 [二次評価]促進耐候性試験 (サンシャイン・ウェザオメ
ータにより3000時間照射) 後に、上記と同様に色ムラと
明度を測定した。
【0030】
【表1】
【0031】表1に示すように、染色した場合には、一
次評価で既に色ムラが大きく、暗色度も不十分であり、
二次評価ではそれらがさらに悪化した。一方、黒色塗装
では、処理したままの一次評価では、色ムラと暗色度の
両方とも良好であったが、耐候性が悪く、二次評価で色
ムラが発生し、脱色も起こって暗色度が不十分となっ
た。
【0032】これに対し、本発明によりアルカリ水溶液
中での浸漬処理によりMn含有量50原子%以上、膜厚0.05
μm以上の表面皮膜を形成したものは、一次評価、二次
評価とも色ムラがなく、暗色度も良好に保持され、紫外
線照射による脱色は起こってもごく軽微であった。しか
し、この方法で処理した場合であっても、Mn含有量が50
原子%未満、または膜厚が0.05μm未満になると、一次
評価で色ムラの発生が多くなり、暗色度も低下した。ま
た、耐候性も不十分で、二次評価での脱色が顕著とな
り、色ムラも大きくなった。
【0033】
【発明の効果】本発明の暗色めっき金属材は、十分な暗
色度を有し、色ムラや脱色もほとんど見られない。ま
た、表面に形成された暗色の皮膜はごく薄膜であり、そ
の下に耐食性に優れたAl−Mn系合金めっき層の大部分が
残っているので、この暗色めっき金属材はAl−Mn系合金
めっきに固有の優れた耐食性を保持している。
【0034】本発明による暗色めっき金属材の製造方法
は、Al−Mn系合金めっき金属材をアルカリ水溶液中に数
秒程度浸漬するだけで実施でき、簡便で高速処理性にも
優れている。さらに、処理条件を変化させることによ
り、表面の色調を黒褐色、黒灰色、黒色と微妙にコント
ロールすることができる。
【0035】従って、本発明により、耐食性に優れたAl
−Mn系合金めっきをベースにして、色ムラや脱色のな
い、各種の落ちついた暗色の表面を有する、耐食性に優
れたAl系めっき材を安価に提供することが可能となるな
ので、本発明はAl系めっき材の用途拡大に貢献するもの
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薄木 智亮 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金 属工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al−Mn系合金めっきの表面に、皮膜中金
    属元素合計量に対してMnを50原子%以上含有する、Mn酸
    化物および/またはMn水酸化物を主体とする皮膜を、0.
    05μm以上の膜厚で有することを特徴とする、暗色めっ
    き金属材。
  2. 【請求項2】 Al−Mn系合金めっき金属材を80℃以上の
    アルカリ水溶液中に浸漬することからなる、請求項1記
    載の暗色めっき金属材の製造方法。
JP24506192A 1992-09-14 1992-09-14 暗色めっき金属材とその製造方法 Pending JPH0693495A (ja)

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JP24506192A JPH0693495A (ja) 1992-09-14 1992-09-14 暗色めっき金属材とその製造方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150075765A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 주식회사 포스코 표면 처리 금속 및 이를 위한 금속재의 표면 처리 방법

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KR20150075765A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 주식회사 포스코 표면 처리 금속 및 이를 위한 금속재의 표면 처리 방법

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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010626