JPH0790606A - スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた有機被覆アルミニウム合金板およびこれを用いたスポット抵抗溶接法 - Google Patents

スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた有機被覆アルミニウム合金板およびこれを用いたスポット抵抗溶接法

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JPH0790606A
JPH0790606A JP19820593A JP19820593A JPH0790606A JP H0790606 A JPH0790606 A JP H0790606A JP 19820593 A JP19820593 A JP 19820593A JP 19820593 A JP19820593 A JP 19820593A JP H0790606 A JPH0790606 A JP H0790606A
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aluminum alloy
resin
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chromium
alloy plate
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JP19820593A
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Naoki Nishiyama
山 直 樹 西
Nobuo Totsuka
塚 信 夫 戸
Tomomasa Ikeda
田 倫 正 池
Koichi Hashiguchi
口 耕 一 橋
Motohiro Nanbae
元 広 難波江
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JFE Steel Corp
Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】スポット抵抗溶接時の連続打点性を向上し、耐
食性に優れ、工業的に容易に経済的に製造できるアルミ
ニウム合金板。 【構成】前処理として、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し、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し、または前記2処
理を順次行って、酸化膜のエッチング処理をしたアルミ
ニウム合金板に、スポット抵抗溶接する際の溶接接合面
にクロム付着量が金属クロム換算で5〜200mg/m
のクロメート皮膜を、電極チップが接触する面にクロ
ム付着量が金属クロム換算で5〜100mg/mでか
つ溶接接合面のクロム付着量の75%以下のクロメート
皮膜をそれぞれ第1層として形成し、さらにその上に有
機樹脂を乾燥膜厚で0.01〜3.0μm第2層として
被覆した、スポット溶接性および耐食性に優れた有機被
覆アルミニウム合金板。

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、特に車体パネルと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】従来より、自動車用ボディパネル材とし
ては鋼板が多用されているが、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、軽量性、優れた耐食性を備えることからアルミ
ニウム合金が自動車用内外板として使用されるようにな
ってきている。
【0003】これらの自動車用ボディパネル材の組み立
て・接合にはほとんどがスポット抵抗溶接が用いられて
いるが、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
抵抗溶接では電極チップとアルミニウム合金板との溶着
現象が起こりやすく、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、または新品電極と交換す
る頻度も多くなる。これらのことが、溶接効率ひいては
自動車車体の生産効率に多大な影響を及ぼしている。
【0005】上記のような問題を解決するための手段の
提案としては、例えば特開昭57−4389号公報には
Cr、Ni、Cu、Agめっきを施すことによる改善方
法が、特開昭60−187483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酸化にて制御すること
による改善方法が、特開平3−146693号公報には
アルミ板表面にNiめっきとその上層にZnめっきを施
すことにより改善する方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭57−
4389号公報のアルミニウム合金板上にCr、Ni、
Cu、Agめっきを施す方法および特開平3−1466
93号公報のアルミニウム合金板表面にNiめっきとそ
の上層にZnめっきを施すことによる改善法はこれらの
めっきのアルミニウム合金板への密着性に問題があり、
アルミより貴な金属のめっきは耐食性を著しく低下させ
るために好ましくない。また、特開昭60−18748
3号公報の陽極酸化処理皮膜のみの制御による改善法は
耐食性が充分ではなく、糸錆が発生しやすい問題があ
る。
【0007】本発明は上記アルミニウム合金板の表面処
理の欠点を克服し、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を従来のアルミニウム材料に比
べ格段に向上し、同時に耐食性にも優れた工業的に容易
かつ経済的に製造できるアルミニウム合金板およびこれ
を用いたスポット抵抗溶接法を提供することを目的とし
ている。
【0008】
【課題を解決するための手段】まず、スポット抵抗溶接
性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
的にスポット抵抗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
電極寿命となるが、アルミニウム合金板の場合には鋼板
に比べて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。
【0009】このような現象に着目し、その原因につい
て鋭意検討した結果、アルミニウムの電気伝導度は鋼板
に比べておよそ4倍と大きいため、溶接時の発熱は電気
伝導度の小さい表面酸化物に支配されている。したがっ
て、溶接時にアルミニウム合金板表面に存在する熱圧延
時に生成した絶縁性のMgOを多量に含む不均一酸化皮
膜を有するアルミニウム合金板に通電すると、接合面の
ほかに電極面先端とアルミニウム合金板の接触部にも発
熱が集中するため、電極と接触している部分のアルミニ
ウム合金が容易に溶解し電極先端に付着する。この電極
先端に付着したアルミニウム合金が打点とともに酸化物
となって堆積し、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、電極が虫食い状
に欠損する。このため、電極先端径の拡大が促進し、電
極寿命が極端に劣化するとの知見を得た。
【0010】以上の知見から、エッチング処理によって
アルミニウム合金板表面の酸化物を除去し、かつアルミ
ニウム合金板の電極チップ接触面のクロメート量を溶接
接合面より25%以上少なくすることによって発熱を溶
接接合面に集中させ、電極チップへの溶けたアルミニウ
ム合金の付着を抑制することが、電極チップの損耗を減
少させ連続打点数を著しく向上させることを見いだし
た。
【0011】ここでいうエッチング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の1部または
ほとんど全部を除去する処理であり、この処理によって
アルミニウム合金板の組成および履歴による表面酸化皮
膜の違いに左右されることのない安定したスポット抵抗
溶接性が得られる。
【0012】すなわち、本発明は、エッチング処理した
アルミニウム合金板に、スポット溶接接合面に対しては
クロム付着量が金属クロム換算で5〜200mg/m2
のクロメート皮膜を第1層として形成し、電極チップ接
触面に対してはクロム付着量が金属クロム換算で5〜1
00mg/m2 でかつ溶接接合面のクロム付着量の75
%以下のクロメート皮膜を第1層として形成し、さらに
それぞれのクロメート皮膜上に有機樹脂を乾燥膜厚で
0.01〜3.0μm第2層として被覆することを特徴
とするスポット抵抗溶接性および耐食性に優れた有機被
覆アルミニウム合金板を提供するものである。
【0013】また、前記有機樹脂はエポキシ樹脂、アル
キッド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール
樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリ
エステル樹脂の1種または2種以上の混合物であるのが
好ましく、ベース樹脂中に反応促進剤、安定剤等の一般
的な添加物を本発明の趣旨を損わない範囲で添加するこ
とは差し支えなく、むしろ好ましい。
【0014】このアルミニウム合金板を用いてスポット
溶接するときには、クロム付着量の多い方の面を板同士
の接合面とし、他面を電極接合面とする。
【0015】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
においては、アルミニウム合金板表面に形成されている
製造工程で生じた不均一な酸化物層をエッチング処理に
よって除去した後クロメート処理を行い、均一なクロメ
ート層を形成させる。エッチング処理による酸化物層の
除去は通常使用される方法で良く、カ性カリ、カ性ソー
ダなどによる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、または硫酸、塩酸、フッ酸など
の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の1部またはほと
んど全部を除去する処理によって行ない、この処理によ
ってアルミニウム合金板の組成および履歴による表面酸
化皮膜の違いに左右されることのない安定したスポット
抵抗溶接性が得られる。
【0016】クロメート処理の方法は通常行われる処理
法の例えば反応型クロメート処理、塗布型クロメート処
理、電解クロメート処理などいずれの方法でもよいが、
均一にクロメート皮膜を形成させることから、反応型ク
ロメート処理または塗布型クロメート処理が望ましい。
【0017】次に溶接時の板同士の接合面でのクロメー
ト付着量は糸錆防止のため少なくとも金属クロム換算で
5mg/m2 以上の付着量が必要であり、200mg/
2超の付着量では抵抗が大きくなり過ぎるため、かえ
ってスポット溶接性を低下させるので5〜200mg/
2 とした。
【0018】また電極接触面側では発熱を小さくし、電
極へのアルミニウムの溶着を防ぐため表面のアルミニウ
ム酸化物層を除去した後、均一なクロメート皮膜を溶接
接合面の75%以下のクロム付着量で形成させる必要が
ある。
【0019】75%および100mg/m2 を越える付
着量ではアルミニウム合金の電極への溶着が発生して溶
接性が低下し、5mg/m2 以下の付着量では糸錆が発
生するため、電極接触面のクロメート付着量は5〜10
0mg/m2 の範囲に限定した。
【0020】本発明においてクロメート皮膜上の第2層
目の皮膜は有機樹脂であり、例えばエポキシ樹脂、アル
キド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエ
ステル樹脂の1種または2種以上の樹脂が代表的に用い
られる。
【0021】これらの樹脂の膜厚は0.01μm未満で
は樹脂が完全に表面を覆うことができないためりん酸亜
鉛処理時にクロメート皮膜からクロムが溶出し、りん酸
亜鉛処理液を汚染するため好ましくなく、3.0μmを
越えると溶接性が低下するため0.01〜3.0μmの
範囲とした。
【0022】
【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。
【0023】(実施例)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板である1mm厚のJ
IS A5182合金を用い、まずアルミニウム合金表
面をトリクロールエチレンで蒸気脱脂後、以下に示す
(a)、(b)、(c)のエッチング処理を行い、表1
に示す表面処理を施した。 (a)5%NaOH、50℃、30sec (b)30%HNO3 、室温、30sec (c)(a)+(b)
【0024】使用したクロメート液、有機樹脂は以下の
通りである。 (クロメート液) 塗布型:日本パーカライジング製 4513H 反応型:日本パーカライジング製 アルクロム713 (有機樹脂) エポキシ樹脂 油化シェルエポキシ株式会社製 エピ
コート1007 アルキッド樹脂 三井東圧化学株式会社製 ユリックス アクリル樹脂 三井東圧化学株式会社製 アルテマッ
クス749−7 ウレタン樹脂 三井東圧化学株式会社製 オレスター フェノール樹脂 大日本インキ化学工業株式会社 スー
パーベッカサイト メラミン樹脂 三井東圧化学株式会社製 ユーバン ポリビニルブチラール樹脂 電気化学工業株式会社 デ
ンカブチラール ポリエステル樹脂 三井東圧化学株式会社製 アルテマ
ックスP645
【0025】(溶接性試験)表面処理後のアルミニウム
合金板の電極寿命は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。評価基準はその打点数が500点未満
を不良(×)、500〜1000点を普通(○)、10
00点以上を優良(◎)とした。
【0026】(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
【0027】(化成液中へのクロム溶出性試験)表面処
理後のアルミニウム合金板をりん酸亜鉛処理したときの
クロム溶解量を蛍光X線分析で測定し、単位面積あたり
の溶解量が1mg/m2 以下を良好(○)、1mg/m
2 を越える場合を不良(×)とした。
【0028】(塗装後耐食性試験)表面処理後のアルミ
ニウム合金板をりん酸亜鉛処理(日本パーカライジング
社製、PB−L3080 1.6mg/m2 )、カチオ
ン電着塗装(関西ペイント社製、EL−No.2000
20μm)、吹き付けによる中塗り(関西ペイント社
製、TP37 35μm)、上塗り塗装(関西ペイント
社製、TM13RC35μm)した後、アルミ素地まで
達するクロスカットをいれ、JIS Z2371による
塩水噴霧を24時間行い、その後50℃、95%RHの
湿潤雰囲気で2000時間放置した後に、クロスカット
部から発生した糸錆の最大長さを測定した。判定は糸錆
長さ2mm以下を良好(○)、2mmを越えた場合を不
良(×)とした。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【発明の効果】本発明の実施例および比較例を表1にま
とめて示す。表1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の改善、耐食性の向上に
極めて効果があることが分かる。
【0032】以上説明したように、本発明によればアル
ミニウム合金板の表面の酸化膜を除去し、差厚クロメー
ト処理を行い、有機樹脂被覆処理することによって、溶
接性と耐食性を著しく改善でき、生産現場におけるスポ
ット溶接時の電極の交換あるいはドレッシングによる先
端形状の整形頻度が格段に減少し、著しい生産性の向上
につながる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸 塚 信 夫 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 池 田 倫 正 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 橋 口 耕 一 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 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前処理として、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に酸洗処理をす
    る処理により酸化膜のエッチング処理を行ったアルミニ
    ウム合金板に、スポット抵抗溶接する際の溶接接合面に
    クロム付着量が金属クロム換算で5〜200mg/m2
    のクロメート皮膜を、電極チップが接触する面にクロム
    付着量が金属クロム換算で5〜100mg/m 2 でかつ
    溶接接合面のクロム付着量の75%以下のクロメート皮
    膜をそれぞれ第1層として形成し、さらにその上に有機
    樹脂を乾燥膜厚で0.01〜3.0μm第2層として被
    覆してなることを特徴とするスポット溶接性および耐食
    性に優れた有機被覆アルミニウム合金板。
  2. 【請求項2】前記有機樹脂がエポキシ樹脂、アルキッド
    樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、
    メラミン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステ
    ル樹脂の1種または2種以上の混合物である請求項1に
    記載の有機被覆アルミニウム合金板。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載のアルミニウム合
    金板のクロム付着量の多い方の面を接合面とし、他面を
    電極接合面としてスポット溶接することを特徴とする連
    続打点性の優れたアルミニウム板のスポット抵抗溶接
    法。
JP19820593A 1993-08-10 1993-08-10 スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた有機被覆アルミニウム合金板およびこれを用いたスポット抵抗溶接法 Withdrawn JPH0790606A (ja)

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