JPS5916994A - アルミニウム材表面に着色保護皮膜を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 又はアルミニウム会合の表面に着色保護皮膜を形成する
方法に係り、殊に電解浴中でアルミニウム材を陽極とし
て通電し、火花放電により耐食性、劇薬品性及び耐久性
に優れた無機質着色保護皮膜をアルミニウム材表面に形
成する方法に係る。

アルミニウム材は活性を有し、酸やアルカリに侵され易
いために、その表面には加工処理が施される。この表面
加工法としては、大別すれば、陽極酸化皮膜形成法と、
化学皮膜形成法と、無機質皮膜形成法とが存する。

又、アルミニウム材の電解着色に係る方法としては、陽
極酸化皮膜形成法及び無機質皮膜形成法がある。

又、陽極酸化皮膜形成法に係る着色皮膜形成方法として
は、（１）電解発色法（２）電解着色法（３）電気泳動
着色法及び（４）染色法とが存する。

このうち（１）の電解発色法によるものは一般に自然発
色皮膜と称せられるもので、アルシミニウム祠中の合金
成分を利用して発色させる方法と電解液組成の特長を利
用して発色させる方法があり、この場合用いられる電解
浴としては有機酸を主体とし、場合によっては無機酸（
主に硫酸〕を若干加えた混酸浴液である。この方法によ
る着色皮膜（ま、耐光性がよいが出し得る色の幅が狭（
、黄〜茶〜黒といった系統になってしまうことや濁りを
生じて不透明な色になるところに問題がある。

（２）の電解着色法は二段電解法又は浅１］」法とも称
せられる方法で、この方法は陽極酸化を行なった後、金
属塩を含む電解液中で二次的に電ｔｌｆ．−１一るか、
或いは陽極酸化の電解液に金属塩を添加し、陽極酸化皮
膜の生成と同時に皮膜を着色Ｊ−るなどの方法により電
解液中の金属塩を電気化学的に金属又はその化合物の形
で皮膜の多孔質層組織中に沈着させた着色皮膜であるが
、この方法では、生産性及びカラーコントロールに問題
がある。

（３）の電気泳動着色法は、染料の懸濁液やエマルジョ
ン中に電極を入れて直流電圧を印加すると、ｖｌＩ細粒
子粒子方の極へ析出することにより着色する方法である
。

（４）の染色法は、陽極酸化皮膜後の多孔性を利用して
染料を吸着させ、装飾効果及び印刷効果などをあげろ方
法であって、常法により陽極酸化を行なった後適当な染
色液に浸漬することにより着色する方法である。この方
法による着色皮膜は日光堅ろう性に劣る。

上記方法による着色皮膜化成には、陽極酸化、二次処理
、封孔処理など工程も多く長時間を要し、更に酸性電解
液を用いる関係上処理装置に腐食が生じ易く、且つ処理
廃液の無害化に留意せねばならないという欠陥を有して
いる。

化学皮膜形成法には、ベーマイト法、炭酸ナトリウム法
、Ｂ，Ｗ法、Ｍ．Ｖ．Ｂ法、Ｅ．Ｗ法、クロメート法、
りん酸塩法、りん酸クロム酸法その他種々の方法がある
。

化学皮膜形成法での着色皮膜処理法としては、Ｍ，Ｖ，
Ｂ法により皮膜化成後、過マンガン酸カリウム、コバル
ト、銅、フェロシアン化カリウム、鉄などの錯化合物や
アリザリン着色剤を用いて着色させる方法及びクロメー
ト法、りん酸クロム酸法が存１−る。Ｍ．Ｖ．Ｂ法処理
後での着色皮膜は黒色、褐色、青色、暗緑色など様々な
色調の皮膜が得られるが、着色皮膜形成には二段処理が
必要であり、また着色には比較的高温（８０〜１００℃
ノ処理が必要である。更に形成される皮膜は極めて薄く
、耐食性、耐薬品性等が十分でないという欠陥を有して
いる。一方、クロメート法若しくはりん酸クロム酸法に
よる化成皮膜は淡黄色〜茶褐色の紅色を有する色調の皮
膜が得；りれるが、上記化学薬品により、処理装置に腐
食が生じ易く、処理廃液を無害化するためのコストが高
い。更に形成される皮膜は極めて薄（高々０．１〜０．
３ミクロンであるため耐食性、面１薬品性等が十分でな
いという欠陥を（−ｉ’　Ｌ、ており、塗装の下地処理
として用いられているのが現状である。

酸化皮膜形成法の上記欠陥を克服するために、ベーマイ
ト処理後に酸素酸塩含有水溶液中でアルミニウム拐を通
電処理する方法（特公昭５４−１１，７８１．５４−１
１，７８３．５４−１１，７８４．５４−３５，５９０
及び５５−１，９８８公報）や、必要に応じて化学酸化
処理又はベーマイト処理した後に酸素酸塩含有水溶液中
で通電処理し、その後更に有機質塗料を塗装する方法（
特開昭５０−２５，４４８．５０−３６，３２６．５０
−４１０，９４４．５０−１１０，９４７、特公昭５４
−１１，７８２．５４−１１，７８５及び５４−１１，
７８６公報）や、ポウ酸、ホウ酸アンモニウム、ホウ砂
、酒石酸、酒石酸アンモニウム、クエン酸及びケイ酸ナ
トリウムの少なくとも１種を含有づ−る溶液中でアルミ
ニウム材を通電処理した後′電気泳動法により水溶性熱
硬化樹脂塗装を施す方法（特開昭５１−５０，８３２公
報）等が提案されている。

これら諸方法に対し本発明が関与する火花放電による厚
い無機質着色保護皮膜形成に関する方法同第４．０８２
．６２６号明卸ｊ書及び特公昭５６−３３，４７５明細
書に開示されている方法がある。

上記チェコスロバキア特許第１０４，９２７号明細書に
記載の方法は、ケイ酸ナトリウム又はカリウムと少量の
モリブデン酸アンモニウムとから成る弱アルカリ性水溶
液を電解浴としてアルミニウム材を通電処理（６００ｖ
〜５００■付近−１０Ａ）ｔ、て、火花放電により熔融
ケイ酸塩を被着せしめた低破壊電圧を有する電気回路バ
イパスの製作法に関するものであるが、この場合に形成
される皮膜は多孔性を有している。

上記アメリカ合衆国特許第３　、８３２　、２９３号明
卸ｊ書に記載の方法は、アルカリ金属ケイ酸塩とアルカ
リ金属水酸化物と酸素酸触媒とを含有する強アルカリ電
解浴を用いる方法であるが、着色皮膜を得る方法として
は、バナジウム、ヒ素、ホウ素、クロム、チタ／、錫、
アンチモン、タングステン、モリブデンのアルカリ金属
塩を多量に添加することによる。この方法によれば火花
放電開始電圧は細な色調は不明であるが得られた皮膜は
黒色マット状てあζ〕。

」−記アメリカ合衆国特許第３，８３４，９９９号明細
書、記載の方法は、アルカリ金属水酸化物と例えばタッ
グステ／酸塩、リン酸塩、ヒ酸塩、錫酸塩、アンチモン
酸塩、モリブデン酸塩、ホウ酸塩、クロム酸塩及びｊｌ
（クロム酸塩の１種若しくは２種以上を′含む強アルカ
リ電解浴を用いる方法であるが、この方法によればｔ　
（Ａｔ密度２５０〜５００　ｍＡ／ｄ＋＋＋’、浴温４
５〜６（）℃で行なうが着色皮膜については言及してい
ない。

上記アメリカ合衆国特許第４．０８２．６２６号明ａ書
記載のかぬは、比較的高濃度のケイ酸カリウム溶液を電
解面として用いる方法であって、印加電圧のｆ！（−’
ｌ−を目的とするものであるが、この方法によれば火花
放電開始電圧は約１５０Ｖであり、目的とする皮膜を得
るためにはその後約３００　Ｖ迄に昇圧してこれを維持
せねばならない。かかる火花放電法により形成された保
護皮膜はガラス質様で、他の方法により形成される皮膜
と比較する場合に厚く、耐食性、耐薬品性、耐久性にお
いて優れている。

又、特公昭５６−３３，４７５公報に記載の方法は、ア
ルミニウム材に常法の陽極酸化皮膜を生成した後、これ
に金属を沈着させ或いは沈着せしめずに重硫酸塩浴で若
しくは炭酸塩又は炭酸塩に有機酸・無機酸或いはこれら
の塩の少なくとも１つを加えてなる浴中で陽極酸化し、
酸化皮膜を結晶質のγ−アルミナとし、次いでこれを重
硫酸塩浴で陽極酸化して非晶質のα−アルミナに転移さ
せる方法である。この方法によって得られたα−アルミ
ナは任意の膜厚のものが得られ、しがも膜厚を著しく増
加することができ最高は１００μｍに達する。

更にα−アルミナ層中に金属を含有１〜る場合、耐食性
・耐摩耗性・触媒性・ケイ光性・耐熱性・電気絶練性な
どの緒特性を有し、金属の種類例よって種々の色調を呈
する。

かくして、本発明の目的は従来技術による既述の火花放
電法とは異なり、弱酸性乃至強アルカリ性の広いｐ　Ｈ
領域に亘り安定した電解浴を用い、耐食性、耐薬品性及
び耐久性に優れた新しい無機’Ｍ着色保護皮膜を得よう
とするものである。

更に本発明の方法は、従来の陽極酸化皮膜形成法におけ
る着色皮膜法（て比して付帯設備のコストの低減を図り
、処理コストを廉価ならしめ、短時間（（アルミニウム
材に無機質着色皮膜を得る方法を提供しようとするもの
である。

上記目的を達成せんがために発明者らは種々の塩、バナ
ジン酸塩及びアンチモン酸塩から選択された水溶性塩の
１種若しくは２種以上を含有する水溶液を電解浴として
用い、アルミニウム材を陽極として通電し陽極表面で火
花放電を生じさせろことによりアルミニウム材表面に様
々な色調の堅ろうな保護皮膜を得ることを見出した。

本発明方法を更に詳述１−ると、上記水溶液を電解浴と
し、該電解浴にアルミニウム利を陽極とし且つ鉄、ステ
ンレス又はニッケルを陰橙として浸漬し、任意の波形の
直流電圧を印加し、火花放電を生じるまで昇圧する。電
圧は望む皮膜の厚さ、色調を得るために更に昇圧する。

かくして目的とする色調の保再皮膜が陽極アルミニウム
羽衣面に形成される。

本発明の実施に際しては、化成処理やベーマイト処理若
しくは常法による陽極酸化処理という予備表面調整を必
要としない。即ち、アルミニウム材は何等前処理を施す
ことなくそのまま用いることも或いは又常法により脱脂
・洗浄を行なった後月いることもできる。更に電解化成
処理終了後自然・冷風・温風側れの方法によって乾燥し
ても皮膜は均質であって、表面均質化のための１５０−
２６０℃という高熱乾燥を必要としない。

本発明に用いられる水溶性酸素酸塩には、モリブデン酸
塩としては、一般式ｘＭ２０　・ｙＭｏ０３　・ｚ　Ｊ
（２０例えばオルトモリブデン酸アンモニウム［（ＮＨ
４）２Ｍｏ０４　〕、オルトモリブデン酸ナトリウム（
Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２０Ｌ　ハラモリブテン酸アンモ
ニウム［（ＮＨ４）６Ｍｏ０７０２４・４Ｉ（２０〕な
どを、タングステン酸塩としては一般式ＸＭ２ＯｙＷＯ
３・ＺＨ２０（Ｍ＋　＊　＋　Ｙｒ　Ｚは上記と同じ）
で示される各種タングステン酸塩、例えばメタタングス
テン酸ナトリウム（Ｎａ２　ＷＯ４２Ｈ２０）、メタタ
ングステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯ４）バラタ／ゲステン
酸アンモニウムＣ５（ＮＨ４）２・１２ＷＯ４・Ｉ（２
０〕などを、ホウ酸塩としては、一般式ＭＢＯ２・ｚＨ
２０（Ｍ；Ｚは上記に同じ９で示されるメタホウ酸塩、
一般式Ｍ２Ｂ４０７　・ｚＨ２０（Ｍ　＋　Ｚは上記に
同じ〕で示されるテトラホウ酸塩、一般式ＭＢＯ３・ｚ
Ｈ２０（Ｍ；ｚは上記に同じ）で示されるベルオクソホ
ウ酸塩、例えばツタホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２・２
Ｈ２０）、メタホウ酸リチウム（ＬｉＢＱ２・２Ｈ２０
）、ベルオクソホウ酸カリウム（ｒ＜Ｂｏ３）　、四ホ
ウ酸ナトリウム（Ｎ１１２　Ｂ＜　０７　・１０Ｈ２０
）などを、７　ルミン酸塩トＬ　テハ、メタアルミン酸
ナトリウム（ＮａＡＪＯ２・３Ｈ２０）、メタアルミノ
酸カリウム（ＫＡｌＯ２・３／２１１２０　）、オ／ｌ
／ノ ドアルミン酸ナトリウム（Ｎａ３Ａμｏ３　）などを、
リン酸塩としては一般式Ｍ３ＰＯ３・ｚＨ２０で示され
るオルトリン酸塩及びリン酸水素塩、一般式（ＭＰＯ３
）ｎ（但しｎ＝２−１４の整数うで示されるメタリン酸
塩、一般式Ｍ４Ｐ２ｏ７・ｚＨ２０て示されるピロリン
酸塩、一般式Ｍ５Ｐ２０・ｚＨ２０で示されるトリポリ
リン酸塩（上式においてＭ；Ｚは上記に同じ）、例えば
リノ酸三アンモニウム［（ＮＨ４）３　ＰＯ４・３Ｈ２
０］、ピロリン酸カリウム（Ｋ４　Ｐ２０７　）　、ヘ
キザメタリン酸ナトリウム（ＮａＰＯ３）６、トリポリ
リン酸リチウム（Ｌ］５Ｐ３０）ナトを、バナジン酸塩
としては、メタバナジン酸ナトリウム（ＮａＶＯ３入メ
タバナジ／酸カリ　　　ニウム（ＫＶＯ３）、メタバナ
ジン酸アンモニウム（ＮＨ４ＶＯ３）などを、アンチモ
ン酸塩としては、メタアンチモン酸アンモニウム（ＮＨ
４５ｂＯ３−３Ｎ２０　）、メタアンチモン酸リチウム
（Ｌｉ５ｂ０３・３Ｈ２０）、酒石酸アンチモニルカリ
ウム（Ｃ４８４０６・ＫＳ　ｂｏ　−１／２Ｈ２０）、
酒石酸アンチモニルナトリウム（Ｃ４１１４０６・Ｎａ
５ｂ０・１／２　Ｈ２Ｏ）などを夫々代表例として挙げ
ることができる。これらの塩は単独で若しくは２種以上
混合して用いることができる。その濃度は目的とする皮
膜の色調によっても異なるが、　１　ｙ７を以上飽和濃
度迄使用することができる。かかる塩水溶液で得られる
皮膜は白、灰白色、茶色など様様な色調を呈する。単独
で添加した場合、略々以下に記載の色調の着色皮膜が得
られるが、電解浴濃度、処理時間、処理電圧などによっ
て異なり、これに限定されるものではな（′。

ＭＯ：　灰色、茶色、コゲ茶色 Ｗ　：　灰色、灰緑色 Ｓｂ　：　灰色、灰黄色 ■３：　　灰白色、白 Ａｔ：　白、灰色 Ｐ　：　灰色、白、灰緑色 Ｖ　：　茶色 ２種以上の混合浴では、更に様々な色調のものが得られ
る。

又、かかる塩水溶液では得られない他の様々な色調の着
色皮膜を得るために上記酸素酸塩浴に金属塩を添加する
ことができる。添加する金属塩としては、六価クロム、
三価クロム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、
銀、錫、鉛、亜鉛及びマグネンウムの塩であって、１種
若１−＜は２種以上を組合わせて使用できる。かかる金
属塩としては硫酸塩−炭酸塩・硝酸塩・リン酸塩・水酸
化物、塩化物のよりな）・ロゲン化物、酢酸塩のよつな
有機酸塩、シアン化物などいかなる形の塩としても用い
ることができる。但し、上記金属塩を電解浴中に添加す
る場合、可溶性塩として用いなくてはならない。即ち、
上記金属塩の中で電解浴に不溶性のものについては、あ
らかじめＥＤ　ＴＡ錯体、アノミン錯体、シアン錯体な
どのような錯体を作り可溶性塩となした後に添加される
。金属塩の添加濃度は、金属塩の種類及び所望する皮膜
の色調によって異なるが、金属として０．０１Ｆ／、！
以上飽和濃度まで使用できる。

添加金属によって、略々以下に記載の色調の着色皮膜が
形成されるが、色調及び濃淡は電解条件、電解浴濃度、
などによって異なるのでこれに限定されるものではない
。

Ｃｕ　：　灰色　赤褐色 Ｆｅ　　二　青緑色・灰緑色 ＮＩ　二　ベージュ色・茶色 Ｃｏ　：　茶色・灰茶色 八ｇ　：　黄色 Ｃｒ　：　黄色・緑色・黄緑色 Ｍｎ　：　ベージュ色 Ｓｎ　：　灰白色 Ｐｂ　：　灰色・灰黄色 ｚｎ　：　灰茶色 Ｍｇ　：　灰色 着色皮膜の色調及びその濃淡は既述の如く、酸素酸塩、
添加金属塩の相対量並びに処理電圧、処理時間、処理電
流密度などにより決定される。

皮膜に様々な色調、濃淡をもたらす他の方策として、ホ
ウ酸若しくは有機酸又は有機酸塩を添加することができ
る。このための有機酸としては、酒石酸、クエン酸、グ
ルコン酸、グリコール酸などがあり、またその塩として
はカリウム、ナトリウム、リチウム、アンモニウムの塩
などが用いられる。これらの添加量は５〜１００　Ｖｔ
である。

ホウ酸、有機酸、有機酸塩などの詳細な作用については
未だ不明であるが、様々な色調の皮膜となすことができ
、またホウ酸、酒石酸などの添加により、電解浴が弱酸
性になろうとも処理できる利点が生ずる。電解浴のｐＨ
は添加物の性質にもよるが、３．５〜１４の任意のｐＨ
で使用できる。

保護皮膜形成に際しては、矩形波波形、ノコギリ波波形
、単相半波波形、単相全波波形など様々な波形の直流電
圧を印加することができる。このとき様々な色の濃淡の
着色皮膜が形成されやすいこと、均質な皮膜が得られ易
いこと、火花放電電圧が低減できることなどから矩形波
波形、ノコギリ波波形のようなパルス波波形の直流電圧
を印加することが有利である。

電解処理は既述のように、被処理アルミニウム材を陽極
とし且つ鉄、ステンレス又はニッケルを陰極として上記
電解浴に浸漬し、直流電圧を火花放電が生ずるまで徐々
に印加し次いで火花放電を維持しつつ所定電圧まで昇圧
し、所望する厚さ及び色調の着色皮膜が形成されるまで
該電圧を維持すればよい。例えば、定電流電解法では一
定の陽極電流密度を維持するように印加電圧を連続的に
変化させて、陽極表面に激しい火花放電を生ぜしめ、そ
の後皮膜が所望の厚さ、色調となるまで該電圧を維持し
つつ通電を継続する。定電流電解法を行なえない場合に
は、先ずある陽極電流密度となるように電圧を印加して
、皮膜の生成に伴う急激な電流値の低下が認められると
き更に初期の電流密度になるように電圧を印加する。こ
の操作を繰返し行ない陽極表面に激しい火花放電を生ぜ
しめ皮膜を所望の厚さ、色調になせばよい。電流密度は
０．１〜１０　Ａ／ｄ？ｒ？の範囲で任意に選択するこ
とができ、この電流密度では火花放電電圧には殆んど関
係しないが、低電流密度の場合は所定電圧まで印加する
のに時間を要し、且つ高電流密度の場合には保護皮膜の
平滑性、電解浴温度の上昇などの問題が生ずるため０．
５〜２ＶｄＰ７１′となすのが好ましい。

形成される皮膜の厚さは電解浴濃度、電解浴温度、処理
電圧、処理時間、処理電流密度等によって決定され、こ
の内電解浴温度は目的とする皮膜に応じて決定されるが
通例５〜８０℃である。

次に実施例について説明する。

尚、上記実施例記載の方法で形成された各皮膜は、塩水
噴霧試験に於いて１０００時間以上、あるものは２００
０時間以上の、又亜硫酸ガス腐食試験に於いて８００時
間以上、キャス試験（８ｈｒｓ　）に於いてＲ，Ｔ、　
９．８−６〜９．５−４　　の耐食性を有し、アールカ
リ滴下試験（ＪＩＳ　Ｈ−８６８１による）では７００
Ｓｅｅ以上の耐久性ある皮膜であった。また各皮膜は塗
料との密着性が良好であり、耐摩耗性にも優れている。

特許出願人　ディップソール株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解浴中でアルミニウム材を陽極として通電し、
   火花放電によりアルミニウム材表面に着色保護皮膜を形
   成する方法に於いて、電解浴がモリブデン酸塩、タング
   ステン酸塩、ホウ酸塩、アルミ／酸塩、す／酸塩、バナ
   ジン酸塩及びアンチモン酸塩から選択された１種若しく
   は２種以上の水溶性塩を含有する水溶液であり、且つ印
   加電圧が任意の波形の直流電圧であることを特徴とする
   方法。
2. （２）電解浴中てアルミニウム材を陽極として通電し、
   火花放電によりアルミニウム材表面に着色保護皮膜を形
   成する方法に於いて、電解浴がモリブデン酸塩、タング
   ステン酸塩、ホウ酸塩、アルミ／酸塩、リン酸塩、バナ
   ジン酸塩及びアンチモン酸塩から選択された１種若しく
   は２種以上の水溶性塩ト、銅、ニッケル、クロム、鉄、
   コノくルト、亜鉛、マ／ガ／、銀、錫、鉛及びマグネシ
   ウムから選択された金属の１種若しくは２種以上の水溶
   性塩とを含有する水溶液であり、且つ印加電圧が任意の
   波形の直流電圧であることを特徴とする方法０
3. （３）電解浴中でアルミニウム材を陽極として通電し、
   火花放電によりアルミニウム材表面に着色保護皮膜を形
   成する方法に於いて、電解浴がモリブデン酸塩、タング
   ステン酸塩、ホウ酸塩、アルミン酸塩、リン酸塩、バナ
   ジン酸塩及びアンチモン酸塩から選択された１種若しく
   は２種以上の水溶性塩と、ホウ酸、有機酸及び有機酸の
   アルカリ金属塩から選択された１種若しくは２種以上の
   化合物とを含有する水浴液であり、且つ印加電圧が任意
   の波形の直流電圧であることを特徴とする方法。
4. （４）電解浴中でアルミニウム拐を陽極として通電し、
   火花放電によりアルミニウム材表面に着色保護皮膜を形
   成する方法に於いて、電解浴がモリブデン酸塩、タング
   ステン酸塩、ホウ酸塩、アルミン酸塩、す／酸塩、バナ
   ジン酸塩及びアンチモン酸塩から選択された１種若しく
   は２種以上の水１（ｊ性基ト、銅、ニッケル、クロム、
   鉄、コバルト、亜鉛、マンガン、銀、錫、鉛及びマグネ
   シウムから選択された金属の１種若しくは２種以丑の水
   溶性塩と、ホウ酸、有機酸及び有歩酸のアルカリ金属塩
   から選択された１種若しくは２種以上の化合物とを含有
   する水溶液であり、且つ印加電圧が任意の波形の直流電
   圧であることを特徴とする方法。