JPH0765234B2 - アルミニウム板の塗装前下地処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は熱交換器用フィン、自動車用ボデイシートあ
るいは建材等に使用されるアルミニウム板（純アルミニ
ウム板、アルミニウム合金板の両者を含む）について、
有機塗膜等の塗膜を形成するに先立ってアルミニウム板
の表面に耐食性向上等のために下地処理を施しておく方
法に関するものである。

従来の技術 一般にアルミニウム板を熱交換器用フィンや自動車用ボ
デイシートあるいは建材等に使用するにあたっては、最
終的に有機樹脂あるいは各種塗料等の塗膜を形成するこ
とが多いが、この場合塗膜の形成の前に予め耐食性向上
等のためにアルミニウム板表面に下地処理を施しておく
のが通常である。

従来、耐食性向上を目的としたアルミニウム板の下地処
理方法としては、（ａ）酸性またはアルカリ性溶液によ
り脱脂およびデスマット処理を施した後、別の槽におい
て酸性溶液中で陽極酸化処理を施す方法や、（ｂ）溶液
による脱脂処理後、電解洗浄を行ない、さらにその後別
の電解槽中で陽極酸化処理する方法、あるいは（ｃ）下
地処理としては脱脂処理およびデスマット処理のみを行
ない、その後直ちに有機塗膜を形成する方法、などが代
表的である。なおここで（ａ）もしくは（ｂ）の方法に
おいて陽極酸化処理は、直流電流を用いて陽極酸化皮膜
が９μｍ以上となるように行なうのが通常であり、また
電解浴としては一部ではアルカリ性溶液を用いることも
あったが一般には酸性溶液を用いるのが通常であった。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来のアルミニウム板に対する下地処理方
法のうち、（ｃ）の方法は脱脂およびデスマット処理の
みを行なっているため、耐食性は充分に得られていなか
った。

これに対し（ａ）、（ｂ）の方法では、陽極酸化皮膜を
形成しているため、（ｃ）の方法と比較すれば耐食性向
上が図られるが、次のような諸問題があった。

すなわち先ずこれらの方法は、脱脂槽、デスマット処理
槽および電解処理槽などの多数の処理槽を必要とするた
め、製造ラインが長大となって処理時間に長時間を要す
るとともに設備コストも大きくなるという問題があっ
た。また上述のように全工程に長時間を要することから
工程の途中で汚れが付着したりして不活性皮膜等が生じ
易く、しかも数種類の処理液を別個に制御しなければな
らないため、品質が不安定となり易く、安定して耐食性
を向上させ得ないことが多かった。さらに（ａ）、
（ｂ）の方法における陽極酸化皮膜は、９μｍ以上の膜
厚を必要とするため処理時間が長いとともに品質が不安
定となりやすく、さらには厚膜であるため成形加工時に
クラックが生じ易く、成形性に劣る欠点があった。

この発明は以上の問題を有効に解決して、優れた耐食性
を安定して確保でき、しかも処理に長時間を要さずまた
設備的にも低コストで済み、なおかつ成形性を劣化させ
ることのないアルミニウム板の下地処理方法を提供する
ことを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は前述の諸問題を解決する方法を見出すべく
鋭意実験検討を重ねた結果、従来アルミニウム板の下地
処理には適用されていなかった条件での電解処理、すな
わち高温のアルカリ性溶液（但し、アルカリ金属珪酸塩
を含む水溶液を除く一般的なアルカリ性溶液）中での交
流波形より所定の電流密度での短時間、大電気量の電解
処理を適用することによって、脱脂処理と陽極酸化処理
とを同時的に行なえば、前述の諸問題を解決し得ること
を見出し、この発明をなすに至った。

具体的にはこの発明のアルミニウム板の塗装前下地処理
方法は、浴温40〜90℃のアルカリ性溶液（但しアルカリ
金属珪酸塩を含む水溶液を望く）を用いて、電流密度３
〜35A/dm²、電気量２〜80C/dm²にて交流波形により１〜
10秒間の電解処理を行ない、これによって表面の脱脂・
洗浄を行なうとともに膜厚0.01〜0.05μｍの緻密なバリ
ヤー型陽極酸化皮膜を形成することを特徴とするもので
ある。

作用 この発明の下地処理方法では、40〜90℃という高温のア
ルカリ性溶液中で交流波形を用いて電解処理を行なう。
このような電解処理によって、以下に詳細に述べるよう
に、アルミニウム板の表面が強力に脱脂・洗浄されると
同時に、緻密な0.01〜0.05μｍの膜厚の薄いバリヤー型
の陽極酸化皮膜が生成される。

すなわち先ず脱脂・洗浄作用について述べれば、アルカ
リ性溶液はそれ自体で脱脂性を有しているに加え、高温
であるため脱脂性はより強力となっている。しかも交流
波形による電解では、アノード反応時には酸素ガスが発
生する一方、カソード反応時には水素ガスが発生するか
ら、アノード反応時には板表面に付着している有機物の
酸化による脱脂・洗浄作用が働き、カソード反応時には
板表面での水素気泡の膨張による機械的洗浄作用が働
く。したがって高温のアルカリ性溶液中での交流電解処
理によれば、上述の各作用が相乗的に機能して、強力な
脱脂・洗浄効果が発揮され、極めて短時間で圧延油等に
由来する板表面の油や各種の汚れが除去される。

また上記の電解処理においては脱脂・洗浄と同時にアル
ミニウム板表面に陽極酸化皮膜が生成されるが、この時
電解液として使用している高温のアルカリ性溶液は比較
的高い溶解性を有しているため、陽極酸化皮膜は極めて
緻密でかつ薄いバリヤー型の皮膜となる。このように緻
密なバリヤー型皮膜では、従来の一般的な陽極酸化処理
による多孔質型皮膜と比較して耐食性が優れており、し
かも緻密でかつ薄質であるところから、成形加工時に皮
膜にクラックが生じにくく、したがって成形性も優れて
いる。さらに、交流波形による電解処理を行なっている
ため、肌荒れが生じにくく、このことも耐食性の向上に
寄与している。また上述のように交流波形を用いている
ために肌荒れが生じにくいところから、肌荒れを招かず
に短時間で大電気量の電流を与えることができ、そのた
め処理時間を著しく短縮して作業性を向上させることが
できる。すなわち、従来の一般的な直流電流による電解
処理では、短時間で大電気量の電流を与えれば（したが
って高電流密度で電解すれば）、浴電圧が急激に上昇し
易く、そのため不均一な電解が生じ易いが、交流波形に
よる電解ではこのようなことがなく、肌荒れを招かずに
短時間で大電気量の電解、したがって高電流密度での電
解を行ない、耐食性の優れた皮膜を効率良く生成させる
ことができるのである。

さらに、この発明では前述のように脱脂・洗浄と耐食性
に優れた陽極酸化皮膜の生成とを同一槽内での同一の処
理によって行なっているため、脱脂後に別の槽で陽極酸
化させる場合と異なり、工程間で汚れが付着せず、板表
面が活性化されたままで陽極酸化皮膜が生成されるか
ら、均一な品質の皮膜が得られ、安定して優れた耐食性
を発揮させることができる。

そしてまた、脱脂・洗浄と陽極酸化皮膜の生成とが同一
槽内での同一の電解処理によって行なわれ、しかもその
電解時間も短かいため、従来よりも全体としての作業時
間が著しく短縮され、生産性が向上するとともに、設備
コストも著しく安価となる。

ここで、この発明の方法における各プロセス条件の限定
理由について説明する。

電解処理の際のアルカリ性溶液の浴温は、40〜90℃の範
囲内であることが必要である。40℃未満の低温では脱脂
・洗浄効果が充分に得られず、一方90℃を越えれば溶解
性が強過ぎて必要な厚みの陽極酸化皮膜が得られなくな
る。なお40〜90℃の範囲内でも、特に60〜80℃の範囲内
が好ましい。

電解処理における電気量は２〜80c/dm²の範囲内が必要
である。2c/dm²未満では充分な脱脂・洗浄効果が得られ
ないとともに、必要な厚みの陽極酸化皮膜が得られず、
一方80c/dm²を越えて大きな電気量を与えても、バリヤ
ー型の陽極酸化皮膜はそれ以上成長しないから経済的に
無駄であるばかりでなく、むしろ皮膜が多孔質化してし
まう。なお電気量はこの範囲内でも特に８〜80c/dm²の
範囲内が望ましい。

電解処理における電流密度は３〜35A/dm²の範囲内とす
る。電流密度が小さ過ぎれば、皮膜成形反応速度が遅く
なるから、処理時間が長くなるばかりでなく、アルカリ
溶液による皮膜の侵食速度（溶解速度）の方が速くなっ
てしまい、緻密なバリヤー型陽極酸化皮膜を生成できな
くなってしまう。特に電流密度が3A/dm²未満では、陽極
酸化皮膜を生成することが困難となるか、または生成さ
れても緻密なバリヤー型皮膜とならないおそれがあり、
一方35A/dm²を越えればアルミニウム板上での部分的な
発熱により表面の肌荒れが生じてしまう。したがって電
流密度は３〜35A/dm²の範囲内とする必要がある。

電解処理における電解時間は１〜10_secの範囲内とす
る。電解時間が1_sec未満では、電気量が上記範囲の下限
に近い場合には充分な脱脂・洗浄効果が得られないとと
もに必要な膜厚を確保できず、一方電気量が上記範囲の
上限に近い場合には電流密度が過大となって、アルミニ
ウム板上での部分的な発熱により表面の肌荒れを招くお
それがある。また電解時間が10_secを越えても、それ以
上バリヤー型の陽極酸化皮膜は成長しないから経済的に
無駄であるばかりでなく、むしろ皮膜が多孔質化してし
まう。なお電解時間は、生産性を考慮すれば特に１〜5s
ecの短時間とすることが好ましい。

さらに生成させる陽極酸化皮膜の厚みは0.01〜0.05μｍ
の範囲内とする。0.01μｍ未満では薄過ぎて充分な耐食
性が得られず、一方0.05μｍを越えて厚い皮膜となれ
ば、皮膜が多孔質化されてしまう。

発明の実施のための具体的説明 以下にこの発明の下地処理方法を実際に実施する際の好
ましい条件等について順を追って説明する。

この発明の下地処理方法が適用されるアルミニウム板は
特に限定されるものではないが、JIS 1100、1050等の純
Al系、3003、3004等のAl−Mn系、5052、5083等のAl−Mg
系、2017、2024等のAl−Cu系、6061等のAl−Mg−Si系の
圧延板には好適に適用でき、またそのシート（単板）お
よびコイルのいずれにも適用できる。

上述のようなアルミニウム板には、適当な対極を配置し
た電解槽内で電解処理を施す。この電解処理に用いる電
解液は、アルカリ金属珪酸塩の水溶液以外のアルカリ性
溶液であれば、その種類は特に限定しないが、通常は炭
酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸
化カリウム、リン酸ナトリウム等の水溶液、もしくはそ
れらの２種以上の混合溶液を用いることが望ましく、ま
た脱脂性を向上させるために表面活性剤を含んでいても
良い。またその電解液の望ましい水素イオン指数（pH）
は９〜13である。pH9未満では脱脂性が劣り、また浴電
圧が上昇して不均一な電解が生じ易いから好ましくな
く、一方pH13を越えれば溶解性が強過ぎて必要な厚みの
陽極酸化皮膜が得られなくなるから好ましくない。また
浴温は既に述べたように40〜90℃、好ましくは60〜80℃
とする。さらに、電解処理に使用する対極としてはアル
ミニウム板、鉄板または黒鉛電極等を用いれば良い。

電解処理での電流波形は既に述べたように交流波形とす
る必要があり、交流波形を用いることによって交番的な
アノード反応、カソード反応により強力な脱脂・洗浄効
果が得られると同時に、肌荒れが生じることなく大電流
密度での短時間の電解を行なうことができ、また耐食性
も直流電解の場合より優れる。なお交流波形を用いるこ
とは、特に整流が不要となって設備コストも安価となる
ことからも有利である。但し交流波形は、要は側と
側に交番的に変化する波形であれば良く、必ずしも正弦
波形である必要はない。またその交流は単相もしくは三
相のいずれでも良い。

交流電解における電気量（電解開始から終了までのトー
タル電気量）は既に述べたように２〜80c/dm²、好まし
くは８〜80c/dm²とし、また電解時間も既に述べたよう
に１〜10_sec、好ましくは１〜5_secとする。電流密度
は、前述のように３〜35A/dm²の範囲内とすれば良い
が、その範囲内でも前述の電気量範囲、電解時間範囲を
満たすように適切に定める必要がある。

以上のようにして電解処理を施すことによって生成され
た陽極酸化皮膜は、既に述べたように緻密で薄いバリヤ
ー型のものであり、優れた耐食性を安定して示すことが
でき、また成形性も良好である。ここで陽極酸化皮膜の
厚みは、0.01〜0.05μｍと、従来の下地処理法における
陽極酸化処理よる９μｍ程度以上の皮膜と比較して格段
に薄いが、緻密なバリヤー型皮膜であるため、このよう
な薄さでも充分に優れた耐食性を発揮することができる
のである。

以上のような下地処理としての電解処理を行なった後に
は、適切な水洗・乾燥を行なえば良い。そしてその後
は、有機塗膜の塗布等の塗装処理を行なえば良い。有機
塗膜としては例えば水溶性もしくは非水溶性のエポキシ
樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、セルロース樹脂等
を用いることができ、このような有機塗膜を塗布するこ
とによって吸湿または水分の付着が生じにくくなり、下
地処理槽としての陽極酸化皮膜の耐食性が安定して優れ
ていることと相俟って、高い耐食性を安定して発揮する
ことができる。なおこのような有機樹脂中にはクロム酸
等が含まれていても良く、またその厚みは通常は0.1〜1
0μｍ程度、好ましくは0.5〜２μｍとする。

実 施 例 以下にこの発明の実施例および比較例を、それらについ
ての試験結果とともに記す。なお以下の各例ではこの発
明の方法もしくは比較法による下地処理を施した後、さ
らに有機樹脂の塗布・焼付けを行なった例を示す。

［実施例１］ 厚さ0.115mmのJIS 3003相当のアルミニウム板につい
て、電解液として炭酸ナトリウムおよび水酸化カリウム
をそれぞれ1wt％含有する水溶液（pH10.8）を用い、単
相交流（正弦波）によって第１表中に示す条件で5_secの
間電解処理した。なお対極としては黒鉛電極を用いた。
電解処理後、アルミニウム板を直ちに水洗して乾燥さ
せ、その後水溶性アクリル樹脂を付着量1g/m²（膜厚約
１μｍ）で塗布し、250℃で100_sec焼付け処理した。

［比較例１］ 実施例１で用いたと同様のアルミニウム板について、実
施例１と同じ電解液を用い、第１表中に示す条件で5_sec
の間直流アノード電解した。その後、実施例１と同様に
水溶性アクリル樹脂を塗布、焼付けた。

［比較例２］ 実施例１で用いたと同様のアルミニウム板について、実
施例１と同じ電解液を用い、第１表中に示す条件で5_sec
の間直流カソード電解した。その後、実施例１と同様に
水溶性アクリル樹脂を塗布、焼付けした。

以上の実施例１、比較例１、比較例２によってそれぞれ
処理されたアルミニウム板について、脱脂性（樹脂塗布
前の脱脂性）、陽極酸化皮膜の均一性）樹脂塗布前の均
一性）、および耐食性（樹脂の塗布・焼付け後の耐食
性）を次のようにして調べた。その結果を第１表中に示
す。

ここで、脱脂性は、電解−水洗−乾燥後の板、すなわち
アクリル樹脂塗布前の板の表面の水接触角を、共和化学
社製ミニライン600により測定し、水接触角が10゜以下
であれば優（◎）、10〜30゜であれば良（○）、30゜以
上で不良（×）と評価した。また陽極酸化皮膜の均一性
は、電解−水洗−乾燥した状態の陽極酸化皮膜について
目視観察を行ない、“焼け”による肌荒れやムラがある
場合を不良（×）、肌荒れ、ムラがない場合を良好
（○）と判定した。さらに耐食性は、アクリル樹脂の塗
布・焼付け後の板について、JIS H8681−1980で規定さ
れるキャス試験法に準拠してCuCl₂を添加した酢酸酸性
の塩水を噴霧する試験を連続７時間行ない、腐食が全く
ないものを良好（○）とし、一部でも腐食が発生したも
のを不良（×）と判定した。

実施例１と比較例１、比較例２とは、電解処理時の電流
波形のみを異ならしめ、他の条件は同一としたものであ
るが、第１表から明らかなように、直流アノード電解に
よる比較例１では皮膜の均一性が劣り、直流カソード電
解による比較例２では耐食性が劣っているのに対し、交
流波形を用いたこの発明の方法による実施例１では、脱
脂性、皮膜の均一性、耐食性のいずれもが良好であっ
た。

［実施例２］ 実施例１で用いたと同様のアルミニウム板について、電
解処理時の浴温を40℃とした点以外は実施例１と同じ条
件で電解処理して処理板Ａを得、また電解処理時の浴温
を90℃とした点以外は実施例１と同じ条件で電解処理し
て処理板Ｂを得た。さらに各処理板Ａ、Ｂについて実施
例１と同様な条件で水溶性アクリル樹脂を塗布・焼付け
した。各電解処理条件の詳細を第２表中に示す。

［比較例３］ 実施例１で用いたと同様のアルミニウム板について、電
解処理時の浴温を30℃とした点以外は実施例１と同じ条
件で電解処理して処理板Ｃを得、また電解処理時の浴温
を95℃とした点以外は実施例１と同じ条件で電解処理し
て処理板Ｄを得た。さらに各処理板Ｃ、Ｄについて実施
例１と同様な条件で水溶性アクリル樹脂を塗布、焼付け
した。各電解処理条件の詳細を第２表中に示す。

以上の実施例２による処理板Ａ、Ｂと比較例３による処
理板Ｃ、Ｄについて、既に述べた方法と同じ方法で脱脂
性、陽極酸化皮膜の均一性、および耐食性を調べた。そ
の結果を第２表中に示す。

第２表から明らかなように、同じ交流電解を行なって
も、浴温が30℃と低過ぎた処理板Ｃでは、脱脂性、皮膜
の均一性、耐食性がともに劣っており、また浴温が95℃
と高過ぎた処理板Ｄでは皮膜の均一性および耐食性が劣
っていた。これに対し浴温を40〜90℃のこの発明の範囲
内とした実施例２の処理板Ａ、Ｂでは、脱脂性、皮膜の
均一性、耐食性がいずれも良好であった。

［実施例３］ 実施例１で用いたと同様なアルミニウム板について、実
施例１の場合と同じ成分、同じ浴温の電解液を用いて単
相交流により電解処理するにあたり、電気量を4C/dm²で
一定として電解時間を3sec、1secの２段階に変化させて
処理板Ｅ、Ｆを得、また電解時間を8secで一定として電
気量を40C/dm²、80C/dm²の２段階に変化させて処理板
Ｇ、Ｈを得た。さらに各処理板Ｅ〜Ｈについて、実施例
１と同様に水溶性アクリル樹脂を塗布・焼付けした。各
電解条件を第３表中に示す。

［比較例４］ 実施例１で用いたと同様なアルミニウム板について、実
施例１の場合と同じ成分、同じ浴温の電解液を用いて単
相交流により電解処理するにあたり、電気量1C/dm²、電
解時間1secで処理して処理板Ｉを得、また電気量100C/d
m²、電解時間10secで処理して処理板Ｊを得た。さらに
各処理板Ｉ、Ｊについて、実施例１と同様に水溶性アク
リル樹脂を塗布、焼付けした。各電解条件を第３表中に
示す。

以上の実施例３による処理板Ｅ〜Ｈおよび比較例４によ
る処理板Ｉ、Ｊについて、既に述べた方法と同じ方法
で、脱脂性、皮膜の均一性、および耐食性を調べた結果
を第３表に示す。

第３表から明らかなように、電気量が1C/dm²と不足して
いた処理板Ｉでは脱脂性および耐食性が劣っていた。ま
た電気量が100C/dm²と過剰であった処理板Ｊでは、性能
面でな脱脂性が若干劣るだけであったが、効率性に劣
る。これに対し電気量、電解時間、電流密度をこの発明
の範囲内として実施例３の各処理板Ｅ〜Ｈはいずれも脱
脂性、皮膜の均一性、耐食性が良好であり、また効率的
に処理できた。

発明の効果 この発明の下地処理方法によれば、耐食性が従来法で処
理した場合よりも格段に優れかつ安定したアルミニウム
板を得ることができるとともに、成形加工性も損なうこ
とがなく、さらには脱脂と陽極酸化皮膜の生成とが同一
槽内での極く短時間の電解処理で同時に行なわれるた
め、全体の作業時間が著しく短かくて済むとともに設備
コストも低廉となる等、各種の効果が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浴温40〜90℃のアルカリ性溶液（但しアル
   カリ金属珪酸塩を含む水溶液を除く）を用いて、電流密
   度３〜35A/dm²、電気量２〜80C/dm²にて交流波形により
   １〜10秒間の電解処理を行ない、これによって表面の脱
   脂・洗浄を行なうとともに膜厚0.01〜0.05μｍの緻密な
   バリヤー型陽極酸化皮膜を形成することを特徴とするア
   ルミニウム板の塗装前下地処理方法。