JPH083121B2 - 塗料用アルミニウム合金粉末 - Google Patents

塗料用アルミニウム合金粉末

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、特に意匠塗料用の顔料として好適なアルミ
ニウム合金粉末に関する。
「従来の技術」 従来より、Al粉末は、防食、美装と熱線の反射などの
目的で塗料の顔料として用いられ、これらの塗料は、自
動車、タンク、鉄骨、屋根等の塗装として使用されてい
る。このAl粉末は、薄片形状をなしており、この粉末を
樹脂に混合して刷毛塗り、スプレー等で塗布すると、Al
粉末が樹脂の硬化時に生ずる表面張力によって塗布面と
平行に積層し（リーフィング現象）、連続したAl被膜を
形成する。このため、素材が外気から遮断されて耐食性
が付与され、Al粉末の反射特性によって意匠的な外観
や、耐候性を付与することができる。
従来のAl粉末は、Alの熔湯から空気アトマイズ法、不
活性ガスアトマイズ法などにより粒子状の粉末を作り、
この粉末をステアリン酸やオレイン酸などと共にボウル
ミル中で粉砕し、微粉化すると共に剪断力によって引き
延ばし、扁平状にすることによって製造されている。し
かし、この粉末は、表面が荒れたものになり易く、外周
が不規則形状になりやすいため、塗料化した場合に反射
特性が劣ることが知られている。
また、近年、地球環境を守るための規制が強化され、
塗料においても、有機溶媒を使用するものから、水溶性
のものへ転換される傾向にあるが、溶媒として水を用い
る場合、Al粉末は、表面が腐食して反射特性が劣化する
という問題が生じる。このため、Al粉末の表面をフェノ
ール樹脂でコーティングしたものなどが用いられている
が、樹脂のコーティングで反射特性が低下することを避
けられない。
本出願人は、アルミニウム合金の熔湯をノズルから流
出させ、この熔湯にガスを噴霧することによって熔湯の
液滴を生成させ、この液滴流方向に配置された傘型又は
ホーン型の回転冷却体の表面に、前記液滴を凝固しない
うちに衝突させて急冷凝固させることにより、非晶質又
は非晶質と微細結晶質からなるアルミニウム合金粉末を
製造する方法を既に提案している（特開平１−319606号
参照）。この公報には、一般式AlaMbXc（ただし、Ｍは
V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Ti,Mo,W,Ca,Li,Mg,Siから選ば
れた１種又は２種以上の金属元素、ＸはY,La,Ce,Sm,Nd,
Hf,Nb,Ta,Mm［ミッシュメタル］から選ばれた１種又は
２種以上元素を表わし、a,b,cは原子％で50≦ａ≦95,0.
5≦ｂ≦35,0.5≦ｃ≦25である。）の組成を有し、厚さ
0.1〜５μｍ、短径及び長径５〜500μｍ、アスペクト比
（厚さに対する長径の比）５以上のアルミニウム合金粉
末が開示されている。
上記アルミニウム合金粉末は、非晶質又は非晶質と微
細結晶質からなるので、耐食性に優れており、水溶性塗
料に添加しても反射特性の劣化が少ないという利点があ
る。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記非晶質又は非晶質と微細結晶質か
らなるアルミニウム合金粉末は、粉末の比重が比較的高
いため、塗料中に顔料として添加したときの分散性が十
分でなく、スプレー時の作業性が悪かったり、少量の配
合では素材の隠蔽力が十分に得られないという問題点が
あった。
したがって、本発明の目的は、塗料中の樹脂への分散
性を良好にして、少ない配合量でも優れた隠蔽力と反射
特性が得られるようにした非晶質アルミニウム合金粉末
を提供することにある。
「課題を解決するための手段」 本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究した
結果、アルミニウム合金の組成及び粉末の形状を更に特
定することにより、塗料中の樹脂への分散性が良好で、
優れた隠蔽力及び反射特性が得られ、配向性、塗膜の平
滑性、耐食性に優れた非晶質アルミニムウ合金粉末が得
られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の塗料用アルミニウム合金粉末は、
原子％でAl83〜91％、Ca0.5〜５％、Ni8〜12％の組成の
非晶質アルミニウム合金からなり、厚さ0.3〜３μｍ、
短径10〜150μｍ、短径と長径の比１〜２、アスペクト
比（厚さに対する短径の比）３〜100の薄片形状をなす
ことを特徴とする。
以下、本発明について更に詳細に説明する。
アルミニウム合金の組成において、Caは、非晶質化
（アモルファス化）になくてはならない元素であり、0.
5at％より少ないと非晶質化が困難となり、5at％を超え
ると粘性が高くなって粉末化が困難となる。より好まし
くは1.0at％以上、4at％以下の範囲である。Niも、非晶
質化になくてはならない元素であり、8at％より少ない
と非晶質化が困難であり、12at％を超えると粘性が高く
なると共に密度が上昇する原因となる。より好ましくは
9at％以上、11at％以下の範囲である。したがって、本
発明で特定した組成とすることにより、非晶質のアルミ
ニウム合金粉末を得ることができ、しかも比重の小さい
粉末を得ることができる。
次に、粉末の形状を限定した理由について述べると、
粉末の厚さを0.3〜３μｍとしたのは、0.3μｍ未満では
粉末に孔などが生じやすくなり、３μｍを超えると塗布
したときの隠蔽力が低下するからである。粉末の短径を
10〜150μｍとしたのは、10μｍより小さいと粉末の配
向性が悪くなり、150μｍより大きいと吹き付け塗装性
が劣るからである。また、短径と長径の比を１〜２とし
たのは、粉末が円形から楕円形のものであっても、長径
が大きくなった場合、隠蔽力が劣るので、上限を２とし
たのである。更に、アスペクト比（厚さに対する長径の
比）を３〜100にしたのは、塗布したときの配向性を良
くし、隠蔽力を向上させるためである。
本発明のアルミニウム合金粉末は、上記組成のアルミ
ニウム合金を用いて、例えば前述した特開平１−319606
号や、特開平１−287209号に開示された方法で製造する
ことができる。すなわち、上記組成のアルミニウム合金
の熔湯をノズルから流出させ、この熔湯にガスを噴霧す
ることによって熔湯の液滴を生成させ、この液滴流方向
に配置された傘型又はホーン型の回転冷却体の表面に、
前記液滴を凝固しないうちに衝突させて急冷凝固させれ
ばよい。
本発明のアルミニウム合金粉末は、各種の水溶性溶媒
塗料、有機溶媒塗料に、顔料として使用することがで
き、樹脂中における分散性や耐食性に優れているので、
特に水溶性溶媒塗料に適している。粉末の塗料中への配
合量は、特に限定されないが、粉末と樹脂との合計量を
100％としたとき、10〜25％程度が好ましい。
「作用」 本発明の塗料用アルミニウム合金粉末は、原子％でAl
83〜91％、Ca0.5〜５％、Ni8〜12％の組成に限定したの
で、非晶質合金となり、耐食性が非常によい。このた
め、水溶性溶媒塗料に添加しても、表面が腐食すること
なく、良好な反射特性が得られる。
また、組成中にCaを配合したことにより、比重を小さ
くして、塗料中の樹脂の比重（約1.0〜1.2）に近くする
ことができ、分散性を良好にすることができる。この結
果、スプレー時の作業性を良くし、少ない配合量でも隠
蔽力を良好にすることができる。したがって、前記特開
平１−319606号に開示されたアルミニウム合金粉末に比
べると、同じ配合量ならば本発明の粉末の方が反射率が
良くなる。
更に、前記のように形状を特定したので、塗料に添加
して塗布したときに、配向性が良好でリーフィング現象
による隠蔽力に優れており、素材を粉末で隙間なく均一
に覆うことができる。その結果、得られた塗装面は、優
れた耐候性、耐食性、反射特性、平滑性を示し、意匠塗
装として良好な外観が得られる。また、粉末の厚さが薄
いので、表面歪みなどの応力に対して割れを生じにくい
塗膜が形成される。
「実施例」 第２図には、本発明の塗料用アルミニウム合金粉末の
製造装置の一例が示されている。
すなわち、図示しないルツボにて溶融されたアルミニ
ウム合金の熔湯１を流出するノズル２が設置されてお
り、落下する熔湯１に対して高圧の噴射ガスを吹き付け
る噴霧化ノズル３が設置されている。噴霧化ノズル３
は、ノズル２を囲むように例えば円形に配置され、多数
の噴出口から熔湯１の流れに向けて高速ガスを噴出する
構造となっている。ノズル２の下方には、傘型の回転冷
却体４がその回転軸をノズル２の直下からやや横方向に
ずらして配置されている。
したがって、ノズル２から流出し落下する熔湯１の流
れに対して、噴霧化ノズル３から高圧の噴出ガスが吹き
付けられ、これによって熔湯１の液滴５が形成される。
この液滴５は、下方に向けて広がりながら飛散し、回転
冷却体４の円錐面に衝突し急冷凝固し、偏平化された薄
片形状のアルミニウム合金粉末６が形成される。なお、
この実施例においては、回転冷却体４として傘型のもの
が用いられているが、ホーン型のものでもよい。
なお、噴霧化ノズル３からの噴射ガス圧は、好ましく
は40kg/cm2以上とされる。また、噴射ガスとしては、例
えばアルゴン、ヘリウム、窒素、空気あるいはこれらの
混合ガスなど各種のものが使用可能である。更に、回転
冷却体４は、例えば水冷などの手段によって少なくとも
50℃以下に冷却され、回転数は1000〜20000rpmとされる
ことが好ましい。
（１）合金粉末の作成 第２図に示した装置を用い、得られる合金粉末の組成
が原子％で、88％のAlと、２％のCaと、10％のNiとなる
量の原料（Caは溶解損耗が多いので、原料の配合時は、
得られる合金粉末の組成の10％増し）をルツボに入れ、
アルゴン雰囲気とした後、溶融温度より150℃高い温度
で、高周波溶融させて熔湯１とした。
この熔湯１をノズル２から流出滴下させ、滴下する熔
湯１に対して噴霧化ノズル３よりアルゴンガスを50kg/c
m2の圧力で吹き付けて液滴５を形成し、この液滴５を空
中で凝固しないうちにロール径約400mmφ、円錐角度60
゜、回転数5000rpmの回転冷却体に衝突させ、厚さ0.8〜
２μｍ、短径25〜90μｍ、短径と長径の比１〜２、アス
ペクト比（厚さに対する短径の比、以下同じ）10〜100
のアルミニウム合金粉末を得た。
こうして得られたアルミニウム合金粉末の結晶構造
を、ディフラクトメーターで調べたところ非晶質構造で
あることが確認された。また、このアルミニウム合金粉
末の200倍における走査型電子顕微鏡写真を第１図に示
す。このように、粉末は外周がきれいな楕円形をなし、
表面が平坦な薄片状をなしている。
この合金粉末を実施例１とする。
また、上記と同様にして、同じ組成で、厚さ、短径、
短径と長径の比、アスペクト比の異なる非晶質アルミニ
ウム合金粉末、及び結晶質アルミニウム合金粉末を作成
し、これらをそれぞれ実施例２、３、及び比較例１〜４
とした。これらの粉末の組織、形状は、塗膜特性の比較
とともに、第１表として後に示す。
（２）塗料の調製 アクリル樹脂85Vol％、上記で得られたそれぞれの合
金粉末15Vol％を混合して、塗料を作成した。ただし、
スプレイのために、シンナーを適量添加し、粘性を下げ
て用いた。
（３）塗膜性能の評価 厚さ1mm、幅70mm、長さ15mmのアルミニウム板に、上
記で調製したそれぞれの塗料を塗膜の厚さが50μｍ前後
になるように塗装した。乾燥後、塗膜の状態を観察し
て、塗膜中の粉末の配向性、塗膜の平滑性、塗膜中の隠
蔽力をみると共に、反射率の測定、及び耐食性テストを
行なった。
反射率の測定はJIS Z 8741−1983の鏡面光沢測定方法
により、東京電色（株）製の測定器を用い、角度60゜で
行なった。また、耐食性テストは、上記塗装を施したア
ルミニウム板の周囲をエポキシ樹脂でシールし、60℃の
３％NaCl水溶液に、72時間浸漬した後、引上げて洗浄
し、光学顕微鏡により、その表面の白い腐食生成物の有
無を見た。この結果を第１表に示す。
第１表の結果から、実施例１〜３のアルミニウム合金
粉末は、塗膜中の粉末の配向性、塗膜の平滑性、塗膜の
反射率、塗膜中の隠蔽力、粉末自身の耐食性のいずれに
おいても優れており、比較例１〜４の合金粉末は、非晶
質のものは腐食はおこらないが、塗膜性能が悪く、結晶
質の粉末は、腐食がおこり、反射率が低いことがわか
る。
（４）合金組成の比較 上記（１）で得たAl88Ca2Ni10合金粉末と同様にし
て、原子％で、85％のAlと、7.5％のNiと、7.5％のMm
［ミッシュメタル］とからなる、Al85Ni7.5Mm7.5合金粉
末を作成した。これらの粉末の比重を測定したところ、
Al88Ca2Ni10合金粉末は3.0であり、Al85Ni7.5Mm7.5合金
粉末は3.7であった。
これらの粉末をそれぞれ配合比を変えてアクリル樹脂
に配合し、前記と同様にして塗料を作成して、塗膜を形
成させた後、隠蔽力を観察し、反射特性を測定した。
その結果を第２表に示す。
第２表の結果から、本発明のAl88Ca2Ni10は、アクリ
ル樹脂への配合量が10w/w％以上で反射率90以上なり、
隠蔽力にも優れているのに対し、Al85Ni7.5Mm7.5は、20
w/w％以上で反射率80以上となり、隠蔽力が良となる。
したがって、本発明の粉末の方が、少ない配合量で、十
分な反射率及び隠蔽力が得られることが分かる。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明のアルミニウム合金粉末
は、特定の組成及び粉末形状を有し、非晶質で、比重が
小さいので、塗料に配合した際に分散性が良好で、塗布
したときにリーフィング現象が良好に起こり、配合量が
少量であっても、隠蔽力に優れ、反射率の高い塗膜が得
られる。また、非晶質合金であるため、水溶性溶媒塗料
に使用しても反射特性が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例によるアルミニウム合金粉末
の粒子構造を示す200倍の走査型電子顕微鏡写真、第２
図は本発明のアルミニウム合金粉末を製造するための装
置の一例を示す概略断面図である。 図中、１は熔湯、２はノズル、３は噴霧化ノズル、４は
回転冷却体、５は液滴、６は薄片形状の合金粉末であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜多 和彦 宮城県仙台市太白区八木山南１丁目９―７ (72)発明者 原川 義夫 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝国 ピストンリング株式会社内 (72)発明者 小口 昌弘 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝国 ピストンリング株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原子％でAl83〜91％、Ca0.5〜５％、Ni8〜
    12％の組成の非晶質アルミニウム合金からなり、厚さ0.
    3〜３μｍ、短径10〜150μｍ、短径と長径の比１〜２、
    アスペクト比（厚さに対する短径の比）３〜100の薄片
    形状をなすことを特徴とする塗料用アルミニウム合金粉
    末。
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