JPH0790609A

JPH0790609A - 加工性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処理アルミニウム材料

Info

Publication number: JPH0790609A
Application number: JP19821293A
Authority: JP
Inventors: Koji Uesugi; 杉康治上; Nobuo Totsuka; 塚信夫戸; Masaki Mabuchi; 渕昌樹馬; Naoki Nishiyama; 山直樹西; Koichi Hashiguchi; 口耕一橋; Motohiro Nanbae; 元広難波江
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】加工性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優
れた表面処理アルミニウム材料の提供。【構成】表面の酸化膜厚を１５０Å以下に調節したアル
ミニウム合金基板上に、金属Ｃｒ換算で５〜５０ｍｇ／
ｍ²のクロメート層を有し、その上に比表面積が８００
ｍ²／ｇ以上のカーボンブラックを１〜４０重量％含有
し、さらに粉末状潤滑剤１〜３０重量％含有する防錆油
層を０．１ｇ／ｍ²以上有することを特徴とする加工
性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処理
アルミニウム材料。クロメート層中のアルカリ可溶性Ｃ
ｒ（３％ＮａＯＨ水溶液、６０℃、５分間浸漬）量が３
ｍｇ／ｍ²以下である。粉末状潤滑剤が、平均粒径が２
０μｍ以下のワックスおよび／またはフッ素系樹脂であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてプレス成形加
工およびスポット抵抗溶接により加工される自動車、家
電、建材、缶材用部材等のアルミニウムおよびアルミニ
ウム合金板（以下アルミニウム合金板とする）の加工
性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処理
アルミニウム板などのアルミニウム材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金板は自動車、家電、Ｏ
Ａ機器、建材、缶材用部材等の分野で広く使用されてお
り、これらの製品の製造過程において種々のプレス加工
およびスポット抵抗溶接を受けることが多い。

【０００３】このようなアルミニウム合金板の成形性を
改善する方法としては、例えば缶材用として開発されて
いるワックスのみを表面に塗布した従来技術（例えば特
開平２−３１００３６、特開平３−１８０２１８号公
報）では、ワックスの塗布量が少ないと加工性が充分で
なく、また塗布量が多いと金型を汚染するため、幅広い
分野に使用できず、かつプレス加工後、アルミニウム合
金板の金属表面が露出するため、そのまま使用すると耐
食性に問題を生じる場合もあった。またこれら固形潤滑
剤の塗布はスポット抵抗溶接性を低下せしめる欠点もあ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらワックスのみを
塗布することによる加工性の改善を行う従来法では、安
定的効果を種々の異なった成形条件で得るのは困難で、
かつ使用環境によっては加工後塗装その他の防食処理を
施さないと発錆する危険性があった。

【０００５】したがって、本発明はこれらの従来技術の
欠点を克服するために、より高い加工性を確保するとと
もに、充分な耐食性およびスポット抵抗溶接を兼備し得
る表面処理アルミニウム材料を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の従来技術
の問題点について鋭意検討し、以下の知見を得たことに
基づいて完成したものである。

【０００７】まず、成形性の改善については以下の知見
に基づいている。すなわち、本質的にはアルミニウム合
金板の成形性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摺動性を向上させることによって成
形性を向上させ得るとの知見を得、かつこの摺動性向上
にはアルミニウム合金材表面に有機潤滑微粒子を含有す
る防錆油を塗布することが有効であることを見出した。

【０００８】またスポット溶接性の改善については以下
の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
ナゲットが形成されなくなり、ついには電極寿命とな
る。

【０００９】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大きく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るため、熱間圧延や焼
鈍時に生成した絶縁性の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、接合部と電極面先端とアル
ミニウム合金板の接触部に発熱が集中する。

【００１０】このため、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し、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
物となって堆積して絶縁層を形成するため、電極とこの
形成された絶縁層の間でスパークを起こし電極が虫食い
状に欠損し、電極先端径の拡大が促進するため、電極寿
命が極端に劣化するとの知見を得た。

【００１１】以上の知見から、アルミニウム合金板にク
ロメート層を形成させることによって、電極チップとア
ルミニウム合金板が直接接触することを防止し、電極チ
ップへの溶けたアルミニウム合金の付着を抑制し適度の
電気抵抗を付与することが、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。ま
た、エッチング処理によってアルミニウム表面に存在す
る熱間圧延および焼鈍時に生成した絶縁性の不均一酸化
皮膜の一部またはほとんどを除去することで、スポット
抵抗溶接性がさらに改善されることがわかった。

【００１２】一方、有機粉末状潤滑剤を含有する防錆油
の塗布によるスポット抵抗溶接性の劣化は、その防錆油
に適切なカーボンブラックを適量含有させれば回避が可
能であることが判明した。

【００１３】また、耐食性の改善については以下の知見
に基づいている。すなわち、アルミニウム合金板の耐食
性で最も問題となる糸錆腐食は、リン酸亜鉛化成処理を
施した場合には、その化成不良に起因し、化成結晶の欠
陥部でアルミニウムの電気化学的溶解が促進され、糸錆
腐食が進行する。しかし、アルミニウム合金板表面にク
ロメート処理を行うことで糸錆腐食を顕著に抑制できる
ことを見出した。

【００１４】また、クロメート処理後にクロメートの安
定化処理を施すことで粉末潤滑剤の密着性を改善し、未
塗装での使用や塗装する場合の塗装前処理工程での６価
クロムの溶出による問題を抑制することができることを
知見した。

【００１５】すなわち、本発明は上記目的を達成するた
めに、表面の酸化膜厚を１５０Å以下に調節したアルミ
ニウム合金基板上に、金属Ｃｒ換算で５〜５０ｍｇ／ｍ
²のクロメート層を有し、その上に比表面積が８００ｍ
²／ｇ以上のカーボンブラックを１〜４０重量％含有
し、さらに粉末状潤滑剤１〜３０重量％含有する防錆油
層を０．１ｇ／ｍ²以上有することを特徴とする加工
性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処理
アルミニウム材料を提供する。

【００１６】ここで、クロメート処理は塗布型、反応型
または電解型等、通常使用されているいずれの方法でも
よいが、クロメート皮膜中のアルカリ可溶性Ｃｒ（３％
ＮａＯＨ水溶液、６０℃、５分間浸漬）量が３ｍｇ／ｍ
²以下であることが好ましく、このために安定化処理を
施す。

【００１７】粉末状潤滑剤は平均粒径が２０μｍ以下の
ワックスおよび／またはフッ素系樹脂であることが好ま
しい。

【００１８】

【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
におけるアルミニウム合金板とは、いずれのアルミニウ
ムおよびアルミニウム板合金板でもよく、特に制限され
ない。例えば、ＪＩＳＨ４０００に規定される各種ア
ルミニウム合金板であってよい。

【００１９】また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。

【００２０】本発明においては、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、および均一なク
ロメート層を形成させるために、エッチング処理によっ
て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の一部あるいはほとんどを除去
する。

【００２１】これら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料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。例えば、アルカリエッチング処理としては、苛
性ソーダ、苛性カリ溶液などを、酸洗処理としては、硫
酸、硝酸、フッ酸、硝酸＋フッ酸混合液などを用いるこ
とができる。

【００２２】エッチング処理としてはアルカリ水溶液に
より表面のアルミナ層を除去するアルカリエッチング処
理、または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
処理を行う処理のいずれかが用いられる。

【００２３】これら処理によって表面酸化膜厚を１５０
Å以下にする。この酸化膜厚が１５０Åを超えると溶接
性が劣化するので好ましくない。

【００２４】本発明においては、溶接性および耐食性向
上の目的でエッチング処理後にクロメート処理を行う。
クロメート処理の方法は通常行われる処理法でよく、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、簡便に
クロメート皮膜を形成できることから、反応型クロメー
ト処理または塗布型クロメート処理が好ましい。

【００２５】クロメート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、付着量が５０ｍｇ／ｍ²を越えるとこれ以上の大幅
な耐食性改善効果がなく、不経済であるばかりでなくス
ポット抵抗溶接性も低下するため５〜５０ｍｇ／ｍ²と
した。

【００２６】また、本発明では、６価クロムの溶出防止
およびクロメート上層の粉末状潤滑剤の密着性を向上さ
せるため、エタノール洗浄や湯洗浄等の溶液を用いてク
ロメートの安定化処理をすることが望ましい。この処理
によって、クロメート皮膜中のアルカリ可溶性Ｃｒ量が
３％ＮａＯＨ水溶液、６０℃での５分間浸漬で３ｍｇ／
ｍ²以下とする。このアルカリ可溶性Ｃｒが３ｍｇ／ｍ
²を超えると、未塗装での使用や塗装する場合の塗装前
処理工程で使用する各種処理液中にクロム溶出が過大に
起こること、および粉末状潤滑剤の密着性が劣化するの
で好ましくない。

【００２７】本発明では、上記クロメート層上にスポッ
ト抵抗溶接性を損なうことなく、加工性を格段に向上さ
せるために、粉末状潤滑剤とカーボンブラックを含有す
る防錆油を塗布する。

【００２８】ここで、上記粉末潤滑剤は、ポリオレフィ
ンワックスまたはフッ素系樹脂あるいはこれらの混合物
を用いるのが好ましい。ポリオレフィンワックスとして
は、例えばポリエチレンワックス、ポリプロピレンワッ
クス、ポリブテンワックス等を挙げることができる。

【００２９】フッ素系樹脂としては、例えばポリ４フッ
化エチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビ
ニリデン樹脂を挙げることができる。

【００３０】これらの潤滑剤の平均粒径が２０μｍ以下
で、かつ添加量は１〜３０重量％の範囲で用いるのが良
い。潤滑剤の平均粒径が２０μｍを超えると、加工時に
潤滑剤の脱落が起き易くなり加工性を害するので好まし
くない。また、含有量が１重量％未満であると加工性の
改善効果が得られず、３０重量％を超えても加工性の改
善効果は飽和し、スポット抵抗溶接が劣化するので好ま
しくない。

【００３１】本発明では、またスポット抵抗溶接性を損
なわないようにするために、上記防錆油中に比表面積が
８００ｍ²／ｇ以上であるカーボンブラックを１〜４０
重量％含有させることが極めて重要である。このカーボ
ンブラックの比表面積が８００ｍ²／ｇ未満であると、
防錆油への導電性の付与効果が小さくスポット抵抗溶接
性の改善効果が小さくなる。また、その含有量が１重量
％未満ではスポット抵抗溶接性の向上効果が小さく、４
０重量％を超えて添加すると加工時にカーボンブラック
が剥離しやすくなり、加工性を阻害するので好ましくな
い。

【００３２】なお、上記粉末状潤滑剤とカーボンブラッ
クを含有する防錆油の基剤となる防錆油は一般に使用さ
れているもので良く、特に限定されないが、その塗布量
は０．１ｇ／ｍ²を必要とする。この塗布量が０．１ｇ
／ｍ²未満では表面への塗布が不完全となり加工性に悪
影響を与えるので好ましくない。

【００３３】

【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。（実施例１）代表的な加工用アルミニウム合金である、
１ｍｍ厚のＪＩＳＡ５１８２合金板を用い、まず表面
をトリクロールエタンで蒸気脱脂後、表１に示す処理に
て表面酸化膜を調整した。ここで、試料の酸化膜厚はＡ
ＥＳ分析から求めた。

【００３４】その後、ロールコーターにてクロメートを
塗布し、スプレーにて防錆油を塗布した。この時のクロ
メート処理および防錆油の条件は、以下の通りである。

【００３５】１）クロメート処理・種類：塗布型クロメート日本パーカライジング社製
４５１３Ｈ・付着量：２３〜２８ｍｇ／ｍ² ・クロメート安定化処理：１０％エタノール、６０℃浸
漬処理・可溶性Ｃｒ：０．１ｍｇ／ｍ²以下２）防錆油条件防錆油・種類：出光興産社製ダフニオイルコートＺ−５・塗布量：１．５ｇ／ｍ² 粉末状潤滑剤・種類：サンノプコ社製ＳＬ５３０（ポリオレフィンワックス：平均粒径６μｍ）・含有量：１５重量％カーボンブラック・種類：ケッチェンブラック社製ＥＣ６００Ｄ（比表面積：１２７０ｍ²／ｇ）・含有量：２０重量％

【００３６】ここで、クロメート付着量は処理前後のＣ
ｒ量の蛍光Ｘ線分析で、可溶性Ｃｒ量は安定化処理後に
３％ＮａＯＨ水溶液、６０℃に５分間浸漬し、溶出した
Ｃｒ量を原子吸光分析でもとめた。

【００３７】その後、作製試料の各種特性を以下の要領
で測定し、評価した。その結果を表１中に併記した。

【００３８】（Ｃｒ溶出性試験と評価方法）試料を１０
０×２００ｍｍに切断後、端面をシールし、３％食塩
水、６０℃に２分間浸漬し、試料表面より溶出したＣｒ
イオン量を原子吸光分析法にて測定し、以下の基準で評
価した。 ×：Ｃｒ溶出量が０．５ｍｇ／ｍ²以上 ○：Ｃｒ溶出量が０．５ｍｇ／ｍ²未満

【００３９】（加工性試験と評価方法）試料を７０ｍｍ
φに打ち抜き、３３ｍｍφの高速円筒絞り（加工速度５
００ｍｍ／ｓｅｃ）試験を行い、以下の基準で評価し
た。 ×：試料に型かじりおよび／または割れが発生 ○：試料に型かじりがなく絞り抜ける

【００４０】（溶接性の試験と評価方法）インバーター
直流溶接機を用いて、以下の条件の電極および溶接条件
にて試験した。評価は溶着するまでの打点数又はナゲッ
ト径が４√ｔ（ｔ：板厚）を下回るまでの打点数のいず
れかの少ない打点数とし、以下の基準で判定した。（電極）・形状：円錐台頭（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（評価基準） ○：連続打点数が１０００点以上 ×：連続打点数が１０００点未満

【００４１】（耐食性試験と評価方法）試料の耐食性は
各試料から７５×１５０ｍｍの板を切り出し、２０μｍ
のカチオン電着塗装（日本ペイント社製Ｕ−６００）、
各３５μｍの中塗り（関西ペイント社製シーラホワイト
ＫＰＸ５０）および上塗り塗装（関西ペイント社製ルー
ガベークＢ５３１）を施し、ＡＳＴＭＤ２８０３に規
定されている糸錆試験法に準拠して、塗装面に素地に達
するクロスカット傷を施し、６週間行い、以下の基準で
評価した。 ○：クロスカット傷部からの糸錆長さが２ｍｍ未満 ×：クロスカット傷部からの糸錆長さが２ｍｍ以上

【００４２】表１の結果から明らかな様に、本発明範囲
に入る試料はいずれも優れた加工性、耐食性および溶接
性に優れていることがわかる。

【００４３】これに対して比較例である試料Ｎｏ．１，
２，６，１３は酸化皮膜が厚いため、溶接性が劣る。

【００４４】（実施例２）実施例１と同様にＡ５１８２
アルミニウム合金板を用いて、表２に示すクロメート処
理条件を変えて、実施例１と同様の評価試験を行った。
ここで、酸化膜調整条件、クロメート種および防錆油条
件は以下の通りである。

【００４５】１）酸化膜調整処理・方法：３０％硝酸、２５℃浸漬処理・酸化膜厚：１０５Å ２）クロメート処理・処理法Ａ：塗布型クロメート日本パーカライジング
社製４５１３Ｈ・処理法Ｂ：塗布型クロメート関西ペイント社製コ
スマー１５０・処理法Ｃ：反応型クロメート日本パーカライジング
社製アルクロム７１３・クロメート安定化処理：１０％エタノール、６０℃浸
漬処理３）防錆油条件防錆油・種類：出光興産社製ダフニオイルコートＺ−５・塗布量：１．５ｇ／ｍ² 粉末状潤滑剤・種類：サンノプコ社製ＳＬ５３０（ポリオレフィンワックス：平均粒径６μｍ）・含有量：１５重量％カーボンブラック・種類：ケッチェンブラック社製ＥＣ６００Ｄ（比表面積：１２７０ｍ²／ｇ）・含有量：２０重量％

【００４６】その評価試験結果を表２中に併記した。表
２の結果から明らかな様に、本発明範囲に入る試料はい
ずれも優れた加工性、耐食性および溶接性に優れている
ことがわかる。これに対して比較例である１，２，７，
１２はクロメート付着量がないまたは少ないため耐食性
が劣り、試料Ｎｏ．５，１０，１５はクロメート付着量
が過多のため溶接性が劣り、試料Ｎｏ．６，１１はクロ
メート中の可溶性Ｃｒが過多のためＣｒ溶出性が劣って
いる。

【００４７】（実施例３）実施例１と同様にＡ５１８２
アルミニウム合金板を用いて、表３に示す粉末状潤滑剤
処理条件を変えて塗布し、実施例１と同様の評価試験を
行った。ここで、酸化膜調整条件、クロメート処理法お
よび防錆油（防錆油種、粉末状潤滑剤種、カーボンブラ
ック種）は以下の通りである。

【００４８】１）酸化膜調整処理・方法：３０％硝酸、２５℃浸漬処理・酸化膜厚：１０５Å

【００４９】２）クロメート処理・種類：塗布型クロメート日本パーカライジング社製
４５１３Ｈ・付着量：２３〜２６ｍｇ／ｍ² ・クロメート安定化処理：１０％エタノール、６０℃浸
漬処理・可溶性Ｃｒ：０．１ｍｇ／ｍ²以下

【００５０】３）防錆油条件防錆油種・Ａ：出光興産社製ダフニオイルコートＺ−５・Ｂ：杉村化学社製プレトンＲ３０３Ｐ粉末状潤滑剤種・Ａ：サンノプコ社製ＳＬ５３０（ポリオレフィンワ
ックス、平均粒径６μｍ）・Ｂ：旭ガラス社製ＡＤ１（フッ素樹脂、平均粒径８
μｍ）・Ｃ：Ａ１００重量部＋Ｂ１００重量部・Ｄ：サンノプコ社製ＳＬ４１７（ポリオレフィンワ
ックス、平均粒径１４μｍ）・Ｅ：サンノプコ社製ＳＬ９２（ポリオレフィンワッ
クス、平均粒径２７μｍ）カーボンブラック種・Ａ：ケッチェンブラック社製ＥＣ６００Ｄ（比表面
積：１２７０ｍ²／ｇ）・Ｂ：ケッチェンブラック社製ＥＣ（比表面積：８０
０ｍ²／ｇ）・Ｃ：自家製アセチレンブラック（比表面積：５６
０ｍ²／ｇ）・Ｄ：三菱化成社製＃１０００（比表面積：２０
０ｍ²／ｇ）

【００５１】その評価試験結果を表３中に併記した。表
３の結果から明らかな様に、本発明範囲に入る試料はい
ずれも優れた加工性、耐食性および溶接性にも優れてい
ることがわかる。

【００５２】これに対して比較例である試料Ｎｏ．１，
３は防錆油の塗布量自体が過少のため加工性が悪い。ま
た試料Ｎｏ．５，９，１３は防錆油中の粉末状潤滑剤の
含有量が少ないため加工性が劣り、試料Ｎｏ．８，１
２，１６はその含有量が過多のため溶接性が劣り、試料
Ｎｏ．１８はその平均粒径が過大なため加工性、溶接性
とも悪い。試料Ｎｏ．２０，２１は防錆油中のカーボン
ブラックの比表面積が小さすぎるため溶接性が劣り、試
料Ｎｏ．２２はその含有量が過少で溶接性が悪く、試料
Ｎｏ．２５は逆に過大で加工性が劣っている。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【表３】

【００５６】

【表４】

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、表面酸化皮膜の厚さを
調整後、クロメート処理および粉末状潤滑剤とカーボン
ブラックを含有する防錆油層を形成することによって、
スポット抵抗溶接性を損なうことなくプレス成形性およ
び耐食性を著しく改善される。これによって自動車、家
電、建材、缶材用等のアルミニウム部材の生産性を顕著
に向上できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の酸化膜厚を１５０Å以下に調節した
アルミニウム合金基板上に、金属Ｃｒ換算で５〜５０ｍ
ｇ／ｍ²のクロメート層を有し、その上に比表面積が８
００ｍ²／ｇ以上のカーボンブラックを１〜４０重量％
含有し、さらに粉末状潤滑剤１〜３０重量％含有する防
錆油層を０．１ｇ／ｍ²以上有することを特徴とする加
工性、スポット抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処
理アルミニウム材料。
【請求項２】前記クロメート層中のアルカリ可溶性Ｃｒ
（３％ＮａＯＨ水溶液、６０℃、５分間浸漬）量が３ｍ
ｇ／ｍ²以下である請求項１に記載の加工性、スポット
抵抗溶接性および耐食性に優れた表面処理アルミニウム
材料。
【請求項３】前記粉末状潤滑剤が、平均粒径が２０μｍ
以下のワックスおよび／またはフッ素系樹脂である請求
項１または２に記載の加工性、スポット抵抗溶接性およ
び耐食性に優れた表面処理アルミニウム材料。