JPH083672A - 溶接性、耐食性に優れたアルミニウム板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミニウム板両面に、マグネシウム系酸化
物の含有量を20wt％以下としたアルミニウム酸化皮膜を
10〜200 オングストロームの膜厚で形成し、その酸化皮
膜上に油を0.1g/m² 以上塗布し、さらに該アルミニウム
板の一方の表面の接触抵抗を他方の表面の接触抵抗の
1.1倍以上としたアルミニウム板。 【効果】 溶接性、耐食性の優れたアネミニウム板が得
られ、自動車ボディー用の材料として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車構造用部材、特
にボディー用として用いら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】自動車の燃費向上、高性能化を目的とし
た車体重量の低減が叫ばれる中、従来使用されていた鉄
鋼材料にかわって比重が鉄の 1/3であるアルミニウム材
料の使用が増えつつある。アルミニウムは軽量であるば
かりでなく、耐食性、加工性表面処理性等に優れ、ま
た、再生が容易であることから自動車用材料として最も
注目されており、現在ボディー、ホイール、バンパー、
熱交換器、エンジン等に用いられているが、更に応用範
囲も増えつつある。

【０００３】アルミニウム材料を自動車ボディーとして
用いる場合、その製造方法、工程は従来の鉄及び鉄鋼材
料を用いた場合と基本的には同じであり、以下に示す通
りである。

【０００４】成形 コイル状のアルミニウム板材、もしくはコイル体から所
定寸法に切断した板材を所定形状に成形する。

【０００５】接合 接合及び／又は接着によりボディーに設置される部材と
接合する。その際、従来の鉄鋼材料からなる部材と組合
わせて次工程に流す。

【０００６】表面処理 １）アルカリ系洗浄剤を用いて脱脂 ２）水洗 ３）コロイダルチタン酸塩処理等による表面調整 ４）りん酸亜鉛処理による化成処理 ５）水洗（ここで、必要に応じてクロム酸系溶液による
「後処理」を実施） ６）乾燥

【０００７】塗装 １）電着塗装による下塗り ２）中塗り ３）上塗り

【０００８】艤装 骨格部材に各パーツを取り付ける。

【０００９】即ち以上の〜の工程を経て自動車用ボ
ディーが製造されるが素材としてのアルミニウム合金板
は、鋳造→ソーキング→熱間圧延→冷間圧延→仕上焼鈍
（焼鈍は冷間圧延中に行う場合もある）を経て通常の工
程で製造され、コイル状体又は所定の寸法に切断した後
板材の状態で成形に供される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来よりこの
ような自動車ボディー用として供されるアルミニウム材
料には、以下に示すような問題点を抱えている。

【００１１】溶接性不良 スポット溶接時、アルミニウム材は電極寿命が鋼板に比
べて極端に劣るため、車体の生産効率が著しく低下す
る。即ち、アルミニウム材のスポット溶接では溶着現象
が起こりやすく、同一の電極で適切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
前や適切なナゲットができなくなる前に電極形状をドレ
ッシングにより整えたり、あるいは新品電極と交換する
頻度が多くなる。このことが、溶接効率ひいては自動車
車体全体の生産効率に多大な影響を及ぼしている。

【００１２】塗装後耐食性不良 塗装後に過酷な環境により促進耐久試験を行うと、糸状
腐食（FiliformCorrosion)が生じやすく、外観上美観を
損うばかりでなく、さらに腐食が進行すると機能上問題
を生じる。

【００１３】これらの課題を改善する手段として、特願
平3-253126号、特願平3-253127号、特開平2-57692 号公
報等が開示されている。しかし、上記特開平2-57692 号
公報については塗装後耐食性のみの改善にとどまってお
り、また特願平3-253126号や特願平3-253127号では成形
性、溶接性、塗装後耐食性の改善をうたっているが、満
足のいくレベルには至っていない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み鋭意
検討の結果、アルミニウム板表面のアルミニウム酸化皮
膜中に含まれるマグネシウム系酸化物の割合、及びアル
ミニウム酸化皮膜の膜厚を制御し、その皮膜の上に油の
層を形成するのみならず、アルミニウム板表面の一方の
面の接触抵抗値を他方よりも高くした溶接性、耐食性に
すぐれたアルミニウム板を開発した。

【００１５】即ち本発明の一つは、アルミニウム板両面
に、マグネシウム系酸化物の含有量20wt％以下としたア
ルミニウム酸化皮膜を10〜200 オングストロームの膜厚
で形成し、その酸化皮膜上に油を0.1g/m² 以上塗布し、
さらに該アルミニウム板の一方の表面の接触抵抗を他方
の表面の接触抵抗の 1.1倍以上としたことを特徴とする
ものである。

【００１６】また本発明の他の一つは、アルミニウム板
両面に、マグネシウム系酸化物の含有量を20wt％以下と
したアルミニウム酸化皮膜をそれぞれ10〜200 オングス
トロームの膜厚であってスポット溶接時の接合側表面の
当該皮膜厚さを電極接触側表面の当該皮膜厚さの 1.1倍
で形成することにより、スポット溶接時の接合側表面の
接触抵抗を電極接触側表面の接触抵抗の 1.1倍以上と
し、さらに上記酸化皮膜上に油を0.1g/m² 以上塗布した
ことを特徴とするものである。

【００１７】また本発明のさらに他の一つは、アルミニ
ウム板両面に、マグネシウム系酸化物の含有量を20wt％
以下としたアルミニウム酸化皮膜を10〜200 オングスト
ロームの膜厚で形成し、その酸化皮膜上に油をそれぞれ
0.1g/m² 以上の量であってスポット溶接時の接合側表面
の油量を電極接触面側表面の油量の 1.1倍以上塗布する
ことにより、上記接合面側表面の接触抵抗を電極接触側
表面の接触抵抗の 1.1倍以上としたことを特徴とするも
のである。

【００１８】なお上記において酸化皮膜の調整法として
は、酸又はアルカリにより、初期の酸化皮膜中のマグネ
シウム酸化物のみを調整し該組成及び膜厚を調整する方
法や、初期の酸化物をすべて除去した後、自然酸化皮膜
の成長コントロールにより該組成及び膜厚を調整する方
法が有効である。

【００１９】

【作用】次に本発明を詳細に説明する。

【００２０】溶接性 アルミニウム材を鋼板の場合と同一の銅系電極を用いて
連続的にスポット溶接を繰り返すと、電極先端の通電径
が打点と共に拡大し、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、アルミニウム材の場合は鋼板と比べてその電極先
端径の拡大速度が著しく大きいことに特徴がある。

【００２１】従ってこのような現象に着目しその原因に
ついて検討した結果、アルミニウム材の連続打点溶接の
場合には、電極先端の通電部に溶融アルミニウムが付着
しその酸化物が打点と共に堆積したり、アルミニウム表
面のマグネシウム酸化物が溶着したりして、これらが絶
縁層を形成し、ついには電極とこの絶縁層の間でスパー
クを起こし、その際に電極が虫食い状に欠損していくこ
とを見出した。そしてこのようなアルミニウム材の特有
現象が電極先端径の拡大を促進し、電極寿命が極端に劣
化するとの知見を得た。

【００２２】そこでアルミニウム材表面の酸化膜コント
ロールが重要となり、本発明者等は特願平3-253126号、
特願平3-253127号にて表面酸化膜中に含まれるマグネシ
ウム酸化物の割合、及びアルミニウム酸化膜厚を調整す
ることで溶接性が改善されることを述べた。

【００２３】しかしながら、本発明者等はさらに溶接性
を向上させるべく種々検討の結果、スポット溶接時の電
極接触側材料表面の接触抵抗を接合側材料表面よりも低
くすることにより大幅な向上効果が得られること。その
割合は接合側材料表面の接触抵抗が電極接触側材料表面
の接触抵抗の 1.1倍以上の場合有効であることを知見し
た。

【００２４】このような接触抵抗値のコントロール方法
についてコスト、生産性を考慮して鋭意検討した結果、
酸化皮膜の膜厚と接触抵抗値が正の相関があること、即
ち、アルミニウム板表面の一方の酸化膜厚を他方の 1.1
倍以上にすることによって接触抵抗値も 1.1倍以上にな
ることを知見した。

【００２５】また10cst 以上の粘度の油やワックスタイ
プの油も同様にその塗布量によってアルミニウム板の両
面の接触抵抗値を調整できることを併せて知見した。

【００２６】さらに、酸化膜厚は同じであっても、膜質
をコントロールすることによって接触抵抗値をコントロ
ールすることも可能であるが、コスト、生産性に劣り、
実際的ではないことも知見した。

【００２７】塗装後耐食性 通常アルミニウム製ボディーの塗装材に発生する糸錆
は、表面の傷等塗膜の欠陥部を起点としたものであり、
塩素等が存在する腐食環境下にて腐食性物質がアルミニ
ウム素地に達し、アルミニウム素地を腐食することが主
な原因である。よってアルミニウム素地に対して強力な
防食効果が得られるような皮膜を形成させることが重要
であり、本発明者等は種々検討野結果、表面酸化膜中に
含まれるマグネシウム酸化物の割合、及びアルミニウム
酸化膜厚を調整することで十分な耐食性を得こるとが可
能となることを知見した。

【００２８】以上の知見をもとに本発明者等は溶接性、
耐食性を改善するアルミニウム材として本発明のような
アルミニウム板を開発するに至った。以下に、本発明を
更に詳細に説明する。

【００２９】前述の初期酸化皮膜中に含まれるマグネシ
ウム酸化物の調整や、初期酸化皮膜を除去した後、自然
酸化皮膜の成長をコントロールすることで厚さを調整す
る方法としては、酸やアルカリの溶液による化学的エッ
チング方法が簡便で効果的である。このエッチング液と
しては、酸系では硝酸や硫酸等が、また、アルカリ系で
は水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、炭酸ナトリウ
ム等が考えられ、そのエッチング処理方法としては、浸
漬処理やスプレー処理等が考えられるが、もちろんこれ
らの溶液、方法等に特に限定されるものではない。ま
た、アルカリ溶液にてエッチングを行った場合には、表
面にアルカリ不溶解性残渣が残ることがあるので、酸系
溶液による不溶解性残渣除去を適時実施することが望ま
しい。

【００３０】表面皮膜中のマグネシウム酸化物の含有量
を上記のように調整してこれを20wt％以下とするのは、
スポット溶接時の電極への溶着を防止し、且つ塗装後の
耐食性を向上させるためである。

【００３１】またマグネシウム酸化物調整後の酸化膜厚
を10〜200 オングストロームとしたのは、10オングスト
ローム未満ではスポット溶接時に所望の電気抵抗が得ら
れず溶接性を低下させるためである。また、200 オング
ストロームを越えると電気抵抗が大きくなりすぎ、電極
接触面側、材料接合面側共発熱量が過多となり、やはり
溶接性が低下するためであるる

【００３２】また、上記アルミニウム酸化皮膜上への塗
油は該酸化皮膜の経時変化を防止することが主目的であ
るので、洗浄防錆油、成形油、固形潤滑油など通常使用
されている油ならば何等問題はなく特に限定されるもの
ではない。しかし、自動車部材等の製造工程でのハンド
リング性や脱脂性を考慮した場合、低粘度（20cst 以
下）の洗浄防錆油や成形油を用いることで、さらなる効
果を発揮することが期待できる。また、塗布量を0.1g/m
² 以上としたのは、これ未満では十分な酸化皮膜の経時
変化の防止効果及び防錆効果が得られないためである。

【００３３】本発明はアルミニウム板はコイルより所定
の寸法に切り出した板にて処理を行ってもよいが、コイ
ルにて連続的に実施したほうが効率も良く、生産性に寄
与することは言うまでもない。

【００３４】なお自動車ボディー用アルミニウム合金は
現在２ＸＸＸ系、５ＸＸＸ系、６ＸＸＸ系が主流であ
り、２ＸＸＸ系は２０３６に代表されるＣｕ，Ｍｇ，Ｍ
ｎを添加した合金が使用されており、５ＸＸＸ系はＭ
ｇ：２〜10wt％、６ＸＸＸ系はＭｇ： 0.1〜2.0 wt％、
Ｓｉ： 0.5〜2.5 wt％を主要添加元素とし、各々必要に
応じてＣｕ，Ｍｎ，Ｃｒ等を添加したものが使用されて
いる。本発明材に用いるアルミニウム合金は特に限定さ
れるものではなく、いずれを用いても差し支えない。

【００３５】また、アルミニウム合金表面形状は、現
在、通常の圧延目がそのまま残存している「ミル」形
状、圧延ロール表面に種々パターンを作り、それをアル
ミニウム合金表面に転写した「ショットダル」形状、
「レーザーダル」形状等があるが、上記合金成分同様、
特に限定されるものではなく、いずれを用いても差し支
えない。

【００３６】さらに本発明アルミニウム板は溶接、塗装
のいずれか一種以上の工程を経る用途であれば特に自動
車構造部材用に限定されるものではない。

【００３７】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明がこ
のような実施例の記載によって何等制約を受けるもので
はないことは言うまでもない。また、本発明には以下の
実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも本発
明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基
づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであ
る。

【００３８】ＪＩＳ Ａ５１８２（Ａｌ− 0.3wt％Ｍｎ
− 4.5wt％Ｍｇ）を溶解、鋳造、均質化処理、熱間圧
延、冷間圧延、仕上げ焼鈍により 1.0mmの板厚にコイル
連続処理にて仕上げた。この材料を、表１及び表２に示
すような条件で酸化皮膜調整を行った後、表１及び表２
に示すような油を所定量塗布した。その後、温度40℃、
相対湿度95％の恒温恒湿槽内に90日間放置し、放置前後
の酸化膜厚、酸化膜中のマグネシウム酸化物の重量比、
表面抵抗値及び比、溶接性、塗装後耐食性を以下に示す
方法にて調査、試験を行った。その結果を表１及び表２
に併記した。

【００３９】酸化膜厚及び酸化膜中のマグネシウム酸
化物の重量比 ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析装置）により求めた。

【００４０】表面抵抗値及び比率 山崎式ＳＱメーター（株式会社 山崎精機研究所製）に
てアルミニウム材両面の抵抗値をそれぞれ測定した。測
定は電極をアルミニウム表面上で10mm摺動させ、平均値
にて求めた。表面抵抗比は、スポット溶接時の接合面側
の値を電極接触面側の値で割って求めた。

【００４１】溶接性試験 電極寿命を下記に示す条件にて評価した。評価は電極が
溶着するまでの打点数又はナゲット径が４ｔ^1/2 （ｔ：
板厚）を下回るまでの打点数のいずれか少ない打点数で
その効果を判定した。

【００４２】

【００４３】塗装後耐食性試験 処理後のコイルから70×150mm のテストピースを切り出
し、弱アルカリ系脱脂材を用いて43℃×２分の脱脂を行
い水洗を行った後、コロイダルチタン系の液にて室温×
30秒の表面調整を行い、そのままの状態で市販のリン酸
亜鉛処理液にて43℃×２分の化成処理を行った。その
後、水洗、乾燥を行った後、カチオン電着塗装による下
塗り、さらに吹きつけによる中塗り、上塗りを行ってサ
ンプルを作製した。この時のトータルの塗膜厚さは約 1
00μｍである。

【００４４】このサンプル表面にアルミニウム素地まで
達するクロスカットを入れ、ＪＩＳ−Ｚ−２３７１によ
る塩水噴霧試験を24時間行い、その後50℃×95％ＲＨの
湿潤雰囲気にて2000時間放置した後に、クロスカット部
から発生した糸錆（糸状腐食）の最大長さを測定した。
判定は、糸錆長さ４mm以上を不良（×）２〜４mmを普通
（○）、２mm以下を良好（◎）とした。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】第１表から明らかなように、本発明Ｎo.１
〜Ｎo.４は処理直後及び90日放置後も良好な溶接性、塗
装後耐食性を示す。また本発明Ｎo.５は90日放置後で酸
化皮膜厚が200 オングストロームを越え、マグネシウム
酸化物が20％を越えた場合、溶接性、塗装後耐食性が劣
化するが、処理直後の状態であれば良好な性能を示すこ
とがわかる。

【００４８】

【発明の効果】このように、本発明によれば溶接性、耐
食性に優れた自動車ボディー用アルミニウム材を安価に
且つ安定して供給することが可能となり、工業上顕著な
効果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 正明 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム板両面に、マグネシウム系
   酸化物の含有量を20wt％以下としたアルミニウム酸化皮
   膜を10〜200 オングストロームの膜厚で形成し、その酸
   化皮膜上に油を0.1g/m² 以上塗布し、さらに該アルミニ
   ウム板の一方の表面の接触抵抗を他方の表面の接触抵抗
   の 1.1倍以上としたことを特徴とする溶接性、耐食性に
   優れたアルミニウム板。
2. 【請求項２】 アルミニウム板両面に、マグネシウム系
   酸化物の含有量を20wt％以下としたアルミニウム酸化皮
   膜をそれぞれ10〜200 オングストロームの膜厚であって
   スポット溶接時の接合側表面の当該皮膜厚さを電極接触
   側表面の当該皮膜厚さの 1.1倍で形成することにより、
   スポット溶接時の接合側表面の接触抵抗を電極接触側表
   面の接触抵抗の 1.1倍以上とし、さらに上記酸化皮膜上
   に油を0.1g/m² 以上塗布したことを特徴とする溶接性、
   耐食性に優れたアルミニウム板。
3. 【請求項３】 アルミニウム板両面に、マグネシウム系
   酸化物の含有量を20wt％以下としたアルミニウム酸化皮
   膜を10〜200 オングストロームの膜厚で形成し、その酸
   化皮膜上に油をそれぞれ0.1g/m² 以上の量であってスポ
   ット溶接時の接合側表面の油量を電極接触面側表面の油
   量の 1.1倍以上塗布することにより、上記接合面側表面
   の接触抵抗を電極接触側表面の接触抵抗の 1.1倍以上と
   したことを特徴とする溶接性、耐食性に優れたアルミニ
   ウム板。