JPH07278711A - 溶接性および化成処理性に優れたアルミニウム合金被覆板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造過程における板表裏面へのMgO 主体の厚
い酸化膜生成が抑制された、溶接性および化成処理性に
優れた、アルミニウム合金被覆板を提供する。 【構成】 Mgを1.0 wt.%超含有するAl−Mg系合金板また
はAl−Mg−Si系合金板と、前記合金板の両面に形成され
たAl合金皮膜とからなり、前記皮膜は、実質的に、Mgを
0.1 〜1.0 wt.%、およびCuを0.03〜0.45wt.%含有し、残
部はAlからなっており、そして、その厚さは、0.5 〜20
0 μm であることからなる。また、前記皮膜の少なくと
も一方の面の厚さは、0.5 〜10μm であることからな
る。 【効果】 自動車等の組立て・製造において使用部位が
制約されない、溶接性および化成処理性に優れたアルミ
ニウム合金被覆板を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム合金
板、特に、自動車ボデイ用等の抵抗スポット溶接により
接合して使用されるアルミニウム合金板に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自動車、航空機等の軽量化を図る重要な
手段として、軽量で高い強度を有するアルミニウム合金
が使用される。特に、自動車の軽量化において、アルミ
ニウム合金板をボデイパネルに使用することが要望され
ている。

【０００３】自動車のボデイパネルの製造工程は通常、
成形、溶接を経て化成処理の順番となっているため、従
来製造されているアルミニウム合金薄板を現状の薄鋼板
用の自動車組立てラインで使用するのには適していな
い。特に、ボデイパネルの組立てに用いられる抵抗スポ
ット溶接におけるアルミニウム合金薄板の溶接性は、薄
鋼板のそれと比較して格段に悪く、アルミニウム合金薄
板をボデイに用いると生産能率が極端に低下する。ま
た、アルミニウム合金薄板は脱脂性に劣っているので、
これを化成処理する際、板の表面に例えばリン酸亜鉛の
皮膜が生成しなかったり、Alが化成浴に溶け込んで化成
浴を劣化させるという問題がある。

【０００４】このような問題はアルミニウム合金薄板の
製造過程において、その表面に生成する厚い酸化膜に起
因すると考えられている。即ち、この酸化膜の主成分は
MgOであり、一般的には、この酸化膜はワイヤ−ブラシ
がけ等により破壊・除去されているが、煩雑であり生産
性を著しく低下させる。また、この酸化膜は一旦除去さ
れても、時間経過とともに再び形成されてしまうので、
酸化膜除去の実効はあがっていない。従って、アルミニ
ウム合金薄板が、薄鋼板用の自動車組立てラインにおい
て使用される場合には、生産性を犠牲にしているのが現
状である。

【０００５】上記酸化膜の生成を抑制するために、アル
ミニウム合金薄板の表面に亜鉛やニッケルをメッキする
ことも考えられるが、そのようにしても、化成処理性、
溶接性および耐食性のすべてについては満足すべき結果
は得られない。

【０００６】一方、純Al板を所定のアルミニウム合金板
の片面にクラッドすることによって、Mgを含有しない表
面層を形成する方法（先行技術という）が、特開平４−
３３９５７１号公報に開示されている。即ち、先行技術
には、Mgを0.5 wt.%以上含有するAl−Mg系合金板または
Mgを0.5 wt.%以上含有するAl−Mg−Si系合金板の、片面
のみに、厚さが50〜150 μm の範囲内であって、Mg含有
量が0.03wt.%未満であって純度99.5wt.%以上での純アル
ミニウム皮膜が形成された、抵抗スポット溶接性に優れ
たアルミニウム合金複合板が開示されている。

【０００７】先行技術において、Mg含有量が0.03% 未満
の純アルミニウム皮膜を、所定の母材アルミニウム合金
板の片面のみに形成させた理由は、抵抗スポット溶接時
の電極接触面を純Al皮膜形成面に限定することによっ
て、MgO 主体の酸化皮膜の生成を抑制し、以て、電極と
材料間の接触電気抵抗の増大を回避して電極の消耗の抑
制を図り、一方、材料の合わせ面（溶接面）が母材アル
ミニウム合金板の裸面とすることによって、溶接面の接
触電気抵抗の低下を阻止して通電時における材料の発熱
溶融を効果的ならしめる点にある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術に開示されたアルミニウム合金複合板は、上述したよ
うに板の片面のみに所定成分の純Al皮膜を形成させたも
のであるが故に、それを溶接するときには、上述した理
由により、必ず表面（純Al皮膜が形成された面）を電極
接触面となるようにしなければならない。従って、先行
技術に開示されたアルミニウム合金複合板は、そのよう
な材料使用部位に使用されたときにのみ、抵抗スポト溶
接における溶接性の改善効果は発揮される。

【０００９】以上のように、先行技術によっては、アル
ミニウム合金複合板の使用上、大きな制約を受けること
になり、製品組み立て等の材料運用上大きな問題があっ
た。

【００１０】次に、板の片面のみにMg含有量を規制した
純Al皮膜を形成させても、板の他の面（以下、板の裏面
という）には依然として、Mgを0.5%以上含有するAl合金
板が露出しているため、特に、Mg含有量が1.0%wt.%超の
場合には、そのAl合金板の製造過程において板の裏面
に、MgO 主体の厚い酸化膜が生成する。この酸化膜の存
在のため脱脂が十分行われず、板の化成処理性を阻害す
る。従って、先行技術では板の裏面の化成処理性が不十
分であった。

【００１１】従って、この発明の目的は、上記問題点を
解決することによって、使用される部位が制約されず、
板の両面共にMgO 主体の酸化膜生成が抑制されて、溶接
性のみならず化成処理性についても優れ、しかも成形性
についても従来と同等の水準を有する、アルミニウム合
金板を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、Al合金板
の表層部のMg含有量とMgO 主体の厚い酸化膜の生成、脱
脂性および化成処理性との関係について鋭意検討を重ね
た結果、Mg含有量が所定量以下であって所定の厚さのAl
合金皮膜を、成形性の良好な従来のAl合金板の両面に形
成させることによって、上記課題を解決することができ
ることを知見した。

【００１３】即ち、本願第１発明のアルミニウム合金被
覆板は、Mgを1.0 wt.%超含有する、Al−Mg系合金板また
はAl−Mg−Si系合金板と、前記合金板の両面に形成され
たAl合金皮膜とからなり、前記皮膜は、実質的に、Mgを
0.1 〜1.0 wt.%の範囲内、およびCuを0.03〜0.45wt.%の
範囲内で含有し、残部はAlからなっており、そして、そ
の厚さは、0.5 〜200 μm の範囲内であることに特徴を
有するものである。

【００１４】本願第２発明のアルミニウム合金被覆板
は、第１発明のそれにおいて、前記皮膜の少なくとも一
方の面の厚さは、0.5 〜10μm の範囲内であることから
なるものである。

【００１５】

【作用】この発明のAl合金被覆板の母材としては、従来
知られているMgを1.0 wt.%超含有する、Al−Mg系合金板
またはAl−Mg−Si系合金板、即ち、JIS 規格の5000シリ
−ズおよび6000シリ−ズのAl合金板が成形性に優れてお
りこの発明の目的に適する。更には、7475合金等の7000
シリ−ズにも適する。

【００１６】上記母材は、いずれもMgを1.0 wt.%以上含
有しているため、薄板製造過程において表面にMgO 主体
の厚い酸化膜が生成する。しかしながら、Mg含有量が1.
0 wt.%以下の場合には、MgO 主体の厚い酸化膜の生成が
抑制される。そこで、この発明においては、Mg含有量が
1.0 wt.%以下のAl合金皮膜を、母材であるAl合金板の両
面に形成させるものであり、これによって、母材がMgを
1.0 wt.%超含有していても、その後に板表面に生成する
MgO 主体の酸化膜を低減させることができる。一方、皮
膜中のMg含有量が0.1wt.% 未満では、皮膜の硬さが不足
して電極加圧時に皮膜の一部が変形・剥離することもあ
る。従って、Al合金皮膜中のMg含有量は、0.1 〜1.0 w
t.%とすべきである。

【００１７】この酸化膜の生成を抑制するためには、母
材の表面に形成させる皮膜の厚さは、0.5 μm 以上であ
ることを必要とする。その皮膜の厚さが0.5 μm 未満で
は、溶接性、化成処理性および耐食性のいずれも劣り、
所期の目的を達成することができない。一方、皮膜の厚
さが200 μm 超では、抵抗スポット溶接時に、電気抵抗
の小さいAl合金皮膜同志が溶接板間で接触することにな
るので、ナゲットが成長しにくくなるため、より大きい
溶接電流が必要となり、電極寿命は短くなってしまう。
従って、母材の表面に形成させる皮膜の厚さは、0.5 〜
200 μm の範囲内に限定すべきである。

【００１８】上記皮膜の厚さは、上述した溶接性を十分
満たす限り、できるだけ薄い方が製造コスト上有利であ
る。しかし一方では、皮膜の形成方法によってその厚さ
の制御に限界がある。これら両者の兼ね合いから、皮膜
の少なくとも一方の面の厚さを、0.5 〜10μm の範囲内
とすることが溶接性からも、また経済性から一層望まし
い。

【００１９】なお、先行技術においては、被覆が純Alで
あるため、抵抗スポット溶接時に材料が加圧されるとき
に皮膜が破壊され易い。そこで、皮膜厚さを50μm 以上
に限定しているが、本願の発明においては、皮膜のMg含
有量を0.1wt.% 以上としたので、その問題も完全に解決
され、しかも皮膜厚さを先行技術の場合よりも薄くする
ことが可能となった。

【００２０】皮膜の形成方法としては、電気めっき、化
学めっき、真空蒸着、イオンプレ−テイング、スパッタ
リング等の真空または気相めっき、あるいはクラッド法
等のいずれであってもよい。

【００２１】このような皮膜を母材の両表面に形成させ
ることによって、MgO 主体の厚い酸化膜の生成を抑制す
ることができる。従って、脱脂性が改善され、化成処理
性の向上に寄与する。しかしながら、上記皮膜のAl純分
は高いので、化成浴にAlが皮膜から溶出して化成浴を劣
化させることがある。また、Al純分が高いので化成皮膜
の生成がやや劣ることもある。従って、皮膜中にCuを微
量含有させることによって脱脂性の向上および化成皮膜
の生成を促進させることができる。しかしながら、Cu含
有量が0.03未満ではその効果が十分発揮されない。一
方、Cu含有量が0.45wt.%超となると皮膜の耐食性が劣化
する。従って、皮膜中のCu含有量は、0.05〜0.45wt.%の
範囲内であることが望ましい。

【００２２】なお、この皮膜には、母材Al合金板の保護
のため、例えば犠牲陽極効果を目的としてSn、Znおよび
Inのうち少なくとも１つを適宜選択添加し、また、結晶
粒制御のためにTi、B 、Zr、Mn、Fe、Zn、Mo、Crおよび
V のうち少なくとも１つを適宜選択添加することが望ま
しい。

【００２３】

【実施例】次に、この発明を実施例に基づいて更に説明
する。

【００２４】（実施例１）表１に示したJIS5182 −Ｏ材
の化学成分組成を有する板厚1.0 mmの冷延焼鈍Al合金板
の両面に、表２に示した皮膜の厚さ、並びにMgおよびCu
含有量を有するAl合金皮膜が形成された、本発明供試材
および比較用供試材を調製し、溶接性、化成処理性およ
び耐食性について試験した。皮膜の形成方法は、めっき
またはクラッドで行なった。めっきはすべて真空蒸着法
で行なった。また、形成された皮膜の厚さはすべて、表
裏面で実質的に同一である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】実施した各試験方法および評価方法は下記
のとおりである。 （１）溶接性：単相交流式溶接機で、電極径75mmR 、電
極材質クロム銅のＲ型電極を用いた。溶接条件は、ＷＥ
Ｓ７３０２に準拠した抵抗スポット溶接にて、連続打点
試験を行なった。継手強度評価は引張剪断試験とし、形
状はＪＩＳ Ｚ３１３６の試験片を調製し、継手強度が
ＪＩＳ３１４０Ｂ級の最小値を下回ったところを電極寿
命とし、打点数が2000超を◎印、2000〜1500超を○印、
1500〜1000を△印、1000未満を×印とした（以下の溶接
性試験方法および評価方法についても同じ）。

【００２８】（２）化成処理性:フルデップタイプのリ
ン酸亜鉛処理液を用い、処理液中のＦイオン濃度を200p
pmに調整して化成処理を施した後、化成処理皮膜を走査
型電子顕微鏡で観察し、その観察結果に基づいて、次の
ように評価した。即ち、リン酸亜鉛結晶の局部的な形成
およびスケ等がなく、皮膜が緻密に、且つ均一に形成さ
れていたものを○印、皮膜はある程度形成されていた
が、スケ等の欠陥が認められ、しかも被覆面積割合が前
記○印のものの３／４以下であったものを△印、そし
て、皮膜が殆ど形成されなかったものを×印とした（以
下の化成処理性試験方法および評価方法についても同
じ）。

【００２９】（３）耐食性：上記リン酸亜鉛処理後、自
動車用のいわゆる３コ−トを施した。塗装膜の厚さは、
カチオン電着塗装：20μm 、中塗り：35μm 、上塗り：
35μm とした。上記塗装を施した試験片の表面にクロス
カットを刻み入れ、下記腐食試験を行なった。即ち、温
度35℃の5 wt.%NaCl水溶液で１時間の塩水噴霧の後、温
度55℃で４時間の乾燥をし、そして温度55℃のRH90wt.%
で３時間の湿潤を施す工程を１サイクルとし、各試験片
に120 サイクルの腐食試験を行った。その試験結果に基
づいて、次のように評価した。即ち、クロスカット部か
らの塗膜ふくれ幅（片側）を測定し、その最大値が２mm
未満であったものを○印、２〜３mmであったものを△
印、３mm以上のものを×とした（以下の耐食性試験方法
および評価方法についても同じ）。

【００３０】実施例１の試験結果を、表２に併記した。
表２から下記事項が明らかである。即ち、比較用供試材
においては、皮膜の厚さ、皮膜のMg含有量およびCu含有
量のうち少なくとも１つが本発明の範囲外であったた
め、それに応じて試験結果の特性値が劣っていた。即
ち、皮膜が本発明の範囲を外れて厚い供試材ＮO.10は溶
接性に劣り、Mg含有量が本発明の範囲を外れて高い供試
材ＮO.15、16、17も溶接性に劣り、そしてCu含有量が本
発明の範囲を外れて高い供試材ＮO.11〜14、16は耐食性
に劣っていた。また、皮膜を形成させなかった供試材Ｎ
O.18は、化成処理性、溶接性および耐食性のすべてにつ
いて劣っていた。これに対して、本発明供試材において
は、皮膜の形成方法によらず、皮膜の厚さ、皮膜のMg含
有量およびCu含有量のすべてについて本発明の範囲内で
あったため、すべての供試材が各特性について優れてい
た。特に、供試材ＮO.1 、2 は、被膜の厚さが0.5 〜10
μm の範囲内にあったため、溶接性に優れていた。

【００３１】（実施例２）Ａｌ−５Ｍｇ−０．４Ｃｕの
化学成分組成を有する板厚1.0 mmの冷延焼鈍Al合金板の
両面に、表３に示した皮膜の厚さ、並びにMgおよびCu含
有量を有するAl合金皮膜が形成された、本発明供試材お
よび比較用供試材を調製し、溶接性、化成処理性および
耐食性について試験した。皮膜の形成方法は、めっきま
たはクラッド法で行なった。めっきはすべて真空蒸着法
で行なった。また、形成された皮膜の厚さはすべて、表
裏面で実質的に同一である。

【００３２】

【表３】

【００３３】実施例２の試験結果を、表３に併記した。
表３から下記事項が明らかである。即ち、比較用供試材
においては、皮膜の厚さ、皮膜のMg含有量およびCu含有
量のうち少なくとも１つが本発明の範囲外であったた
め、それに応じて試験結果の特性値が劣っていた。即
ち、皮膜の厚さが本発明の範囲を外れて薄い供試材ＮO.
223 は溶接性に劣り、一方、皮膜の厚さが本発明の範囲
を外れて厚い供試材ＮO.224 、228 も溶接性に劣り、Mg
含有量が本発明の範囲を外れて高い供試材ＮO.225 、22
7 、230 も溶接性に劣り、そしてCu含有量が本発明の範
囲を外れて高い供試材ＮO.225 、226 、229 〜231 は耐
食性に劣っていた。また、皮膜を形成させなかった供試
材ＮO.232 は、化成処理性、溶接性および耐食性のすべ
てについて劣っていた。これに対して、本発明供試材に
おいては、皮膜の形成方法によらず、皮膜の厚さ、皮膜
のMg含有量およびCu含有量のすべてについて本発明の範
囲内であったため、すべての供試材が各特性について優
れていた。特に、供試材ＮO.201 、202、206 は、被膜
の厚さが0.5 〜10μm の範囲内にあったため、溶接性に
優れていた。

【００３４】（実施例３）表４に示したＪＩＳ６０６１
−Ｔ４材の化学成分組成を有する板厚1.0 mmの冷延焼鈍
Al合金板の両面に、表５に示した皮膜の厚さ、並びにMg
およびCu含有量を有するAl合金皮膜が形成された、本発
明供試材および比較用供試材を調製し、溶接性、化成処
理性および耐食性について試験した。皮膜の形成方法
は、めっきまたはクラッド法で行なった。めっきはすべ
て真空蒸着法で行なった。また、形成された皮膜の厚さ
はすべて、表裏面で実質的に同一である。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】実施例３の試験結果を、表５に併記した。
表５から下記事項が明らかである。即ち、比較用供試材
においては、皮膜の厚さ、皮膜のMg含有量およびCu含有
量のうち少なくとも１つが本発明の範囲外であったた
め、それに応じて試験結果の特性値が劣っていた。即
ち、皮膜の厚さが本発明の範囲を外れて薄い供試材ＮO.
31は溶接性に劣り、一方、皮膜の厚さが本発明の範囲を
外れて厚い供試材ＮO.311 、312 も溶接性に劣り、Mg含
有量が本発明の範囲を外れて高い供試材ＮO.313 、314
、318 も溶接性に劣り、そしてCu含有量が本発明の範
囲を外れて高い供試材ＮO.313 、315 〜318 は耐食性に
劣っていた。また、皮膜を形成させなかった供試材ＮO.
319 は、化成処理性、溶接性および耐食性のすべてにつ
いて劣っていた。これに対して、本発明供試材において
は、皮膜の形成方法によらず、皮膜の厚さ、皮膜のMg含
有量およびCu含有量のすべてについて本発明の範囲内で
あったため、すべての供試材が各特性について優れてい
た。特に、供試材ＮO.301 、302、306 は、被膜の厚さ
が0.5 〜10μm の範囲内にあったため、溶接性に優れて
いた。

【００３８】（実施例４）表６に示したＪＩＳ６２６２
−Ｔ４材の化学成分組成を有する板厚1.0 mmの冷延焼鈍
Al合金板の両面に、表７に示した皮膜の厚さ、並びにMg
およびCu含有量を有するAl合金皮膜が形成された、本発
明供試材および比較用供試材を調製し、溶接性、化成処
理性および耐食性について試験した。皮膜の形成方法
は、めっきまたはクラッド法で行なった。めっきはすべ
て真空蒸着法で行なった。また、形成された皮膜の厚さ
はすべて、表裏面で実質的に同一である。

【００３９】

【表６】

【００４０】

【表７】

【００４１】実施例４の試験結果を、表７に併記した。
表７から下記事項が明らかである。即ち、比較用供試材
においては、皮膜の厚さ、皮膜のMg含有量およびCu含有
量のうち少なくとも１つが本発明の範囲外であったた
め、それに応じて試験結果の特性値が劣っていた。即
ち、皮膜の厚さが本発明の範囲を外れて薄い供試材ＮO.
415 は溶接性に劣り、一方、皮膜の厚さが本発明の範囲
を外れて厚い供試材ＮO.416 、420 も溶接性に劣り、Mg
含有量が本発明の範囲を外れて高い供試材ＮO.417 、41
8 、422 〜424 も溶接性に劣り、そしてCu含有量が本発
明の範囲を外れて高い供試材ＮO.419 、421 、423 〜42
5 は耐食性に劣っていた。また、皮膜を形成させなかっ
た供試材ＮO.426 は、化成処理性、溶接性および耐食性
のすべてについて劣っていた。これに対して、本発明供
試材においては、皮膜の形成方法によらず、皮膜の厚
さ、皮膜のMg含有量およびCu含有量のすべてについて本
発明の範囲内であったため、すべての供試材が各特性に
ついて優れていた。特に、供試材ＮO.401 、402は、被
膜の厚さが0.5 〜10μm の範囲内にあったため、溶接性
に優れていた。

【００４２】（実施例５）Ａｌ−５Ｍｇ−０．４Ｃｕの
化学成分組成を有する板厚1.0 mmの冷延焼鈍Al合金板の
両面に、表８に示した皮膜の厚さ、並びにMgおよびCu含
有量を有するAl合金皮膜が形成された、本発明供試材お
よび比較用供試材を調製し、溶接性、化成処理性および
耐食性について試験した。皮膜の形成方法は、すべて真
空蒸着法で行なった。なお、皮膜の厚さは表８に示した
ように、表面より裏面を薄くした。そして、板の表面を
電極との接触面とし、裏面を溶接面として溶接した。

【００４３】

【表８】

【００４４】実施例５の試験結果を、表８に併記した。
比較用供試材である供試材ＮO.506 、507 においては、
溶接電極が接触する板の表面には本発明の範囲内の皮膜
が形成されているが、一方、溶接面である板の裏面の皮
膜は本発明の範囲外の薄いものであるため、耐食性が劣
っている。これに対して、本発明供試材においては、皮
膜の厚さ、皮膜のMg含有量およびCu含有量のすべてにつ
いて本発明の範囲内であったため、すべての供試材が各
特性について優れていた。特に、供試材ＮO.502 、503
、504 、505 は、被膜の厚さが0.5 〜10μm の範囲内
にあったため、溶接性に優れていた。

【００４５】更に、上記実施例１〜５の結果より、本発
明の範囲内のAl合金被覆が形成された場合、皮膜が形成
される母材合金の化学成分組成については、Mgを1.0 w
t.%超含有する、Al−Mg系合金板またはAl−Mg−Si系合
金板であれば、化成処理性、溶接性および耐食性のすべ
てについて優れていることが明らかとなった。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
Mgを1.0 wt.%超含有する成形性の良好なAl合金板の両面
に、所定厚さの所定成分組成のAl合金皮膜を形成するよ
うにしたので、製造過程における板表裏面へのMgO 主体
の厚い酸化膜生成が抑制され、特に、製品の製造におい
て使用部位が制約されることのない、溶接性および化成
処理性に優れたアルミニウム合金被覆板を提供すること
ができる、工業上、極めて有用な効果がもたらされる。

フロントページの続き (72)発明者 麻野 雅三 東京都港区芝二丁目３番３号 三菱アルミ ニウム株式会社内 (72)発明者 谷川 久男 東京都港区芝二丁目３番３号 三菱アルミ ニウム株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Mgを1.0 wt.%超含有する、Al−Mg系合金
   板またはAl−Mg−Si系合金板と、前記合金板の両面に形
   成されたAl合金皮膜とからなり、前記皮膜は、実質的
   に、Mgを0.1 〜1.0 wt.%の範囲内、およびCuを0.03〜0.
   45wt.%の範囲内で含有し、残部はAlからなっており、そ
   して、その厚さは、0.5 〜200 μm の範囲内であること
   を特徴とする、溶接性および化成処理性に優れたアルミ
   ニウム合金被覆板。
2. 【請求項２】 前記皮膜の少なくとも一方の面の厚さ
   は、0.5 〜10μm の範囲内である、請求項１記載の溶接
   性および化成処理性に優れたアルミニウム合金被覆板。