JPS6029490A - アルミニウム合金の模様付け表面処理方法 - 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】 発明の技術分野 本発明は、時効硬化性能を有するアルミニウム合金（純
アルミニウムは除く）の表面に、木目調、プリント調等
の各種装飾模様を鮮明に生成できる表面処理方法に関す
るものであり、さらに詳しくは、アルミニウム合金の表
面に機械的操作、不完全時効硬化処理操作、電気化学的
操作を巧みに組み合わせて施すことにより、極めて簡単
な方法で、アルミニウム合金表面に濃淡差のある美麗な
着色模様を生成できると共に耐食性のある着色皮膜を形
成できるアルミニウム合金の模様付は表面処理方法に関
す墨ものである。

従来技術とその問題点 従来、アルミニウム材の表面に、人工時効硬化処理を利
用して着色模様を生成させる方法としては、特開昭５３
−１５３９４１号が知られている。この技術は、アルミ
ニウム材の素材表面に所望の模様入りシートを付着し、
これを通常の条件下で人工時効硬化処理した後、冷却前
または後に前記模様入りシートを取除き、次いでそのア
ルミニウム材を陽極として電解着色処理を行なうことに
よって、アルミニウム材の表面に着色模様を生成させる
方法である。そして、この方法における着色模様の生成
機第３は、時効硬化処理中にアルミニウム材に模様入り
シートの付着している部分と付着していない部分とに加
熱による結晶構造の差異をもたらすことによって、その
後の電解着色時に模様を生成させるものである。

しかしながら、この技術は以下の不具合を有する。

ａ）時効硬化処理炉内は、左右、上下、前後の各端部と
中央部の温度が必ずしも均一でなく、温度差があるため
、得られる製品の模様のコントロールが難かしい。

ｂ）アルミニウム材の熱伝ｚｐｆ、は非常に良好である
ので、模様入りシートの付着７＜ＩＨ分と付着していな
い部分との温度差を出すことに困））Ｉ性を伴なう。従
って、鮮明な濃淡差のある着色模様の生成は回前、であ
り、また、例えば斑点栃様、水玉模様、木目調模様等の
小さな模様をアルミニウム材に表出させることは回灯ｒ
である。

Ｃ）模様入りシートを付着する工程、及び脱着する工程
が必要であり、また、押出形材の形状毎に１桑様入りシ
ートを用意しなければならないので、４夕めて作業性が
悪く、得られる製品もコスト高に１．（る。

また、他の模様付き酸化皮膜の形成方法としては、ｔＪ
２ｒ全２ｒ公昭６３６５号に記載の方法が知られている
。この技術は、Ｍ−八４ｎ　−ＭＰ系合金の組成を！侍
別に選定したアルミニウム合金を使用し、該アルミニウ
ム合金を展伸加工し、該加工工程中または加工後にＩｌ
＝、？別の熱処理を加え、その後陽極酸化処理すること
により、アルミニウム合金表ｉｒ＋ｒにＡｔ−Ｍｎ二元
化合物の析出に起因するコントラストのある黒白植株を
生成させる方法である。

この方法によって得られる模様は、その形態が全くラン
タン・であり、任Ｘ′５の模様が得られないと共に、そ
の（（Ｓ様も黒白のコントラストに限定されるため、装
ｆｌｉｌｉ性のある美麗な着色模様が依然として得られ
ないという不具合を有する。

発明の目的 従って、本発明の目的は、作業性がよく、アルミニウム
合金表面に美麗な木目調、プリント調等各種所望の着色
模様を生成できるアルミニウム合金の模様付は表面処理
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記目的と関連して、耐食性、耐
候性、耐摩耗性等各種性能に優れると共に、濃淡差のあ
る着色コントラストの良好な着色模様の生成と、アルミ
ニウム合金への機械的強夏の付与を一連の工程で生産性
よく行なえるアルミニウム合金の模様付は表面処理方法
を提供することにある。

発明の溝膜 本発明は、従来から一般に行なわれている押出成型後の
完全時効硬化処理に代えて、押出成を後のアルミニウム
合金に機械的操作による下地模様を施した後に不完全時
効硬化処理を施し、さらに該アルミニウム合金に交流電
解による陽極酸化処理及び電気化学的着色処理を施すこ
とにより、これら各処理の相剰作用によって、前記下地
模様部分と背景ぐ下地模様部分以外の部分）との間に着
色の濃淡差が生じ、アルミニウム合金の表面に前記下地
模様が鮮明に表出するという知見に基づくものである。

すなわち、本発明に係るアルミニウム合金の模様付は表
面処理方法は、 （Ａ）押出成型後のアルミニウム合金表面に機械的操作
による下地模様を施し、 （Ｂ）次いで、該アルミニウム合金に不完全時効硬化処
理を施し、 （Ｃ）シかる後、前記アルミニウム合金に交流電解によ
り陽極酸化皮膜を形成した後、 （Ｄ）該皮膜に着色処理を施す ことにより、前記下地模様をアルミニウム合金表面に鮮
明に表出させることを特徴とするものである。

発明の態様 次に、前記本発明の各工程及びその態様について詳細に
説明する。

（Ａ）下地模様形成工程 まず、押出成型後（押出直後の５００〜５８０℃位の高
温の押出形材でもよいし、押出後冷却された常温の押出
形材でもよい）のアルミニウム合金（以下、アルミ合金
と略称する）に機械的操作による下地模様を施す。機械
的操作とは、酸、アルカリによる食刻なと化学的処理以
外の全ての操作を含む。

この下地模様は、例えば、砂、鉄粉等を吹き付けるブラ
スト法、水等の液体を高圧で噴射する高圧噴射法、ブラ
シによりアルミ合金表面を侮付けるブラシ法、レーザー
光線を照射するレーザー光線法、エンボス版ロールを使
用するローラー法、型プレスにより圧刻するプレス法等
の各種機械的操作手段によりアルミ合金表面に施される
。

より具体的に説明すれば、例えば作業性の向上を狙い、
アルミ合金の押出直後に、その押出金型と同形状で一定
間隔のクリアランスのある金型もしくは金枠（治具）に
、例えば柾目模様間隔に高圧噴射の噴射溝（穴）を設け
、水または研摩剤等を噴射しなり；ら連続的に表面調整
（下地模様付与）することにより、複雑な形状の凹凸部
にも下地模様を施すことができる。この場合、所望の連
続模様（例えば、印刷の如く長く通った柾目の間隔、ぼ
かしに変化のある模様等）を容易に付与できる。また、
上記高圧噴射に代えて、押出金型後に配設した金型もし
くは金枠内部に、例えば柾目模様間隔に金属またはセラ
ミックの爪状の治具を配設し、これによって一定圧力で
押出成型後の形材をこする方法も採用できる。

また、押出成型されたアルミ合金形材を冷却した後、キ
ズもしくはヒズミを与える装置、例えばエンボス版ロー
ルにて任意の模様に圧刻することにより、柾目、板目、
文字、絵等の所望の模様が容易に形成でき、装飾性をよ
り高めることができる。さらに、パネル関係においては
、型プレスによる圧刻もでき、複雑な任意の模様を付与
できる。

その他、形材形状との相剰効果法として、押出成型の段
階で形材自体に模様状に凹凸を付け、それを押出直後ま
たは冷却後に、金属、セラミック、カーボン等で表面を
こすることによっても、模様を付与できる。

下地模様の形成手段は、以下の方法のみに限定されるも
のではなく、アルミ合金の形材表面に作業性の良い方法
で装飾性のある模様状の表面調整ができる方法であれば
よい。

この下地模様の形成は、その後の不完全時効硬化処理と
交流陽極酸化処理及び電気化学的着色処理との相剰作用
により、着色模様表出の下地乃至核となるものであり、
キズ部の凹部深さは表面調輩（下地模様形成）の不可欠
要素ではなく、外観上合格となる程度のダイスマーク以
内で充分であり、その後の酸化皮膜生成、後の状態にお
いても、顕微鏡による観察でもそのキズによる性能低下
は全（認められない程度のもの”Ｃ’　ア７１゜また、
ヒズミを与えた部分も同様であり、性能の低下は全くな
い。

（Ｂ）不完全時効硬化処理工程 前記のように、押出成型後のアルミ合金に機械的操作に
より下地模様を形成した後、次いで不完全時効硬化処理
を施す。

時効硬化処理について説明すると、例えばアル毫合金Ａ
−６０６３Ｓ材の場合、時効硬化温度と時間との合金の
硬度に及ぼす影響は第１図に示すとおりである。すなわ
ち、いずれの温度においてもある時間経過後に硬度は最
大値となり、この段階の時効硬度を完全時効硬化と定義
する。

従って、不完全時効硬化とは、この段階に達する以前の
時効硬化を意味する。

第１図は高温時効あるいは人工時効の状態を示すが、こ
こでいう不完全時効はこれのみに限られず、室温時効あ
るいは自然時効をも含むものである。従って、極端なこ
とをいえば、長時間放置して自然時効してもよい。しか
し、通常は作業性等の点からも人工時効硬化処理を施す
ことが好ましく、この場合、アルミ合金の材質によって
も相違するが、一般に１４５〜２２５℃の温度条件でＩ
Ｏ分〜１０時間行なうとよい。不完全時効硬化処理の時
間と温度の適正範囲な第２図に示す。特に、第２図の斜
線部分内の条件が好ましい。

（Ｃ）交流電解による陽極酸化皮膜形成工程前記各工程
を経たアルミ合金を、通常の方法により脱脂、水洗、必
要に応じてスマット除去等の処置を施した後、周知の交
流電解による陽極酸化処理を行ない、酸化皮膜を形成す
る。

すなわち、周知の無機酸及び／又は有機酸の電解液、例
えば硫酸、クロム酸、リン酸等、あるいはこれらの混酸
、シュウ酸、マロン酸等あるいはこれらのまたは無機酸
との混酸などを含有する電解液中で、交流またはこれに
類似の電流波形を使用して前記アルミ合金を陽極酸化処
理する。陽極酸化処理の印加電圧、印加時間等は常法の
とおりで充分であるが、好ましくは５〜６０Ｖで１０分
〜１時間行なう。

陽極酸化処理としては、アルミ合金を陽極に接続して直
流電解する方法がよく知られているが、本発明のように
、機械的操作による下地模様の形成後、不完全時効硬化
処理し、その後陽極酸化した後電解着色するという一連
の工程においては、上記陽極酸化として前記直流電解に
よる陽極酸化処理を行なったのでは、下地模様を鮮明な
着色模様として表出させることは困難である。これと逆
に、上記一連の工程における陽極酸化として、交流電解
による陽極酸化処理を行なった場合、下地模様が鮮明な
着色模様として表出する。

このような現象の理論的根拠は必ずしも明確ではないが
、交流電解による陽極酸化処理の場合、溶解−析出の繰
り返しによって酸化皮膜が形成されるので、下地模様と
してのアルミ合金のキズ部やヒズミ部と他の部分との酸
化皮膜の析出速度や性質に差異が生じ、これによってそ
の後の電解着色により下地模様部分と背景（下地模様部
分以外の部分）との間に着色濃淡差が生じ、下地模様が
鮮明な着色模様として表出するものと推定される。

（Ｄ）着色処理工程 前記のように、交流電解による陽極酸化皮膜が形成され
たアルミ合金を、次いで、無機金属塩を含む電解液中で
交流電解または直流陰極電解して着色皮膜を形成する。

無機金属塩としてＵ、例ｔＪｆニッケル、コバルト、ク
ロム、銅、カドミウム、チタン、マンガン、モリブデン
、スズ、マグネシウム、銀、鉛等の硫酸塩、塩酸塩、シ
ュウ酸塩、酒石酸塩、クロム酸塩、リン酸塩等、従来周
知の各種塩が使用でき、また電解条件も常法通りで充分
である。

該着色処理によって、アルミ合金表面に耐食性や耐候性
等、各種性能に優れた着色皮膜が形成されると共に、前
記下地模様部分（キズもしくはヒズミ部）が背景（模様
の付いていない部分）よりも濃く着色され、機械的操作
によりアルミ合金表面に施された下地模様が着色模様と
して表出する。

このように着色処理されたアルミ合金は、必要に応じて
塗装工程へ送られ、周知の方法により塗装処理、焼付処
理される。アルミ合金の合金成分によっては、前記°陽
極酸化処理工程あるいはさらに着色処理工程の後もしく
は前における熱風炉での乾燥によりアルミ合金の完全時
効が困難な場合があり、このような場合に祉、塗装後の
焼付により完全時効にまで達するので、塗装・焼付処理
を行なうことが好ましい。また、このような場合には、
アルミ合金の押出成型工程の焼付炉での時効硬度をある
程度まで上げておくことも一つの方法である。

素材 本発明では純アルミニウムは除かれるが、各種アルミニ
ウム合金が使用できる。アルミニウム合金祉、焼入れや
焼もどしにより強度を高める合金、すなわち主要添加物
としてＣｕ　、　Ｍｆ＋Ｓｉ。

Ｚｎ十ＭＷ等を添加したものが好適例として挙げられる
が、これだけに限定されるものではな（、また添加元素
、加工硬化、熱処理条件等の組合せＫよって、着色模様
の色調、模様のコントラストを調整できる。また、熱処
理効果を高め処理時間の短縮を図るために、添加元素量
を変えることもできる。例えば、ＡＩ−Ｍ？　−８ｉの
合金にオイテ、あルイｈ、ｕ−Ｍｆ　−８ｉ　−Ｆｅ合
金において、添加量の組合せによって、例えば過剰Ｓｉ
とすることにより、時効硬化を促進することができる。

従って、色調、模様のコントラスト、処理工程の作業性
改善等を目的として、その処理工程、条件に合った合金
成分のアルミニウム合金を用いることができる。

発明の効果 以上のように、本発明に係るアルミニウム合金の模様付
は表面処理方法によれば、機械的操作による下地模様の
形成、不完全時効硬化処理、交流電解による陽極酸化処
理、及び着色処理の各工程の相剰作用により、前記下地
模様部分と背景との間に着色濃淡差が生じ、アルミニウ
ム合金表面に、耐食性、耐候性、耐摩耗性等各種性能に
優れると共に、木目調、プリント調等各種所望の美麗な
着色模様を生成できる。

また、本発明の方法によれば、着色模様の生成が一連の
工程で行なえ、しかも押出成型直後に連続的に下地模様
が形成できるため、作業性、生産性よく、かつエネルギ
ー効率よくアルミニウム合金の模様付は表面処理が行な
える。このような利点の他にもアルミニウム合金への機
械的強度、特に硬度の付与が、従来の押出成型後の完全
時効硬化処理によらず、前記不完全時効硬化処理と、前
記陽極酸化処理工程等における熱風炉での乾燥、あるい
はさらに塗装焼付処理の利用によって行なうため、省エ
ネルギーの観点からも有利である。

さらに、本発明の方法によれば、下地模様がそのまま着
色コントラスト模様として現出するため、表面処理工程
のラッキング形態は横吊り及び縦吊りのいずれでもよく
、特に新しい技術を付加しなければならない要素もなく
、現在標準化されている方法でも充分対処できるという
利点がある。

また、本発明に従って処理したアルミニウム合金形材は
、下地模様付与によっても性能低下は全くなく、顕微鏡
による酸化皮膜あるいは着色皮膜の観艇よＸも欠陥は全
く認められず、各種試験においても電解着色による着色
形材と何ら変わらず、同用途、すなわち内外装の限定な
く自由に選択使用できる。

実施例 実施例１゜ 押出成形直後のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）形
材に高圧噴射装置を使用して、１０００〜の水を噴射せ
しめて下地模様を形成し、その後該アルミニウム合金形
材を１８０℃Ｘ５ｈｒの条件で不完全時効硬化処理した
。

しかる後、該アルミニウム合金形材を脱脂、エツチング
、スマット除去し、次に１９Ｗ／％の硫酸水溶液中に浸
漬し、電流密度２〜ｒｒ？（約９Ｖ）、？１ＨｉＬ２１
℃、対極カーボンにて４０分間交流電解し、１１μｍの
交流皮膜を形成した。その後着色処理として、長さ２０
０慎、幅１５０ｍｍ、高さ１５０ｍの容器で、カーボン
対極を容器の一方端に置いたものを電解着色用装置とし
て用い、長さ１５０ｆｉ、幅７０餌、厚さ１．３ｍの前
記アルミニウム合金型材を極間距離１８０　ｔｒｔｓに
して、下記の組“成から成る液温１６℃の電解液中に浸
漬して初期電流密度”Ｙｌｍ”、１０Ｖの印加電圧で５
分交流電解したところ、前記下地模様部分が背景に比較
して濃いめに着色されてきれいな装飾模様を表出した。

電解液浴組成：　硫酸　４０り 三チオン酸ナトリウム　１４ 硫酸第１錫　４４ 実施例Ｚ 押出成形後のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）形材
を、一旦常温にまで冷却後、高圧噴射装置を使用して１
２００〜の水を噴射せしめて下地模様を形成し、その後
該アルミニウム合金形材を１８５℃Ｘ３ｈｒの条件で不
完全時効硬化処理し？ｊ。

しかる後、該アルミニウム合金形材を、脱脂、エツチン
グ、スマット除去し、次に１９１〜係の硫酸水溶液中に
浸漬し、電流密度２．ｓ％晶２（電圧約１１Ｖ）、液温
２１℃、対極カーボンにて４０分間交流電解し、約１１
μｍの交流皮膜を形成した。続いて、着色処理として実
施例１と同様に行なったところ、前記下地模様部分が背
景に比較してかなり濃いめに着色され、実施例１よりは
るかに美しい黄土色の装飾模様を表出した。

実施例３ 押出直後の高温のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）
形材表面に■獣のカーボンを接触させて下地模様を形成
し、一旦常温にまで冷却し、続いて該アルミニウム合金
形材を１９０℃Ｘ２ｈｒの条件で不完全時効硬化処理を
施した。

しかる後、該アルミニウム合金形材を、脱脂、エツチン
グ、スマット除去し、次に１９　”／、　％の硫酸水溶
液中に浸漬し、電流密度＋　’　２２ｍ２（電圧約８■
）、液温２０℃、対極カーボンにて５０分間交流電解し
て、約１１μｍの交流皮膜を形成した。続いて、着色処
理として、実施例１と同様な装置を使用し、下記の組成
からなる液温２０℃の電解液中に浸漬して、＋５Ｖの印
加電圧で２分間、該アルミニウム合金型材を陰極にして
直流電解したとごろ、前記下地模様部分が背景に比較し
てかなり濃（焦茶色に着色して、鮮明なブ四ンズ色の装
飾模様を表出した。

電解液組成：　硫酸ニッケル　３０り 硼酸　２０り 硫酸アンモニウム　１５Ｖｔ ＰＨ４，５ 実施例４ 押出成形後のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）を常
温まで冷やした後、該アルミニウム合金型材表面に周波
数３０　ＫＨｚ、　Ｉ　６　Ａのレーザー光線にて、１
０ｍ／の速度にて、照射により以℃ 下地模様を形成した。次いで、１８０℃×３ｈｒの条件
で不完全時効硬化処理し、しかる後、該アルミニウム合
金形材を脱脂、エツチング、スマット除去し、該形材を
＋　ｓ　／ｖ　％の硫酸水溶液中に浸漬し、電流密度２
．ｓ％ｍ２（電圧約１２ｖ）液温２０℃、対極カーボン
にて４０分間交流電解し、１２μｍの交流皮膜を形成し
た。次に、着色処理として、実施例１と同様な装置碌を
使用し、下記の組成を有する浴温２０℃の電解液中に浸
漬して、ＩＩＶの印加電圧で５分３０秒交流電解したと
ころ、下地模様部が背景に比較してかなり濃（着色して
、鮮明なオリ・−プ色の装飾模様となった。

電解液組成：　硫酸　２０　′／を 硫酸ニッケル　３０４ 硫酸第１錫　５％ クレゾールスルフォン酸　１０％ 実施例５ 肉厚約０．１％のステンレス板を食刻し、約３０μｍの
凹凸のある横様状エンボス板を作る。

次に押出成形後のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）
形材を一旦常温に冷やす。その後、該アルミニウム合金
形材の上に上記エンボス板を置き、さらにその上よりロ
ーラーにて圧刻して、該アルミニウム合金表面に下地模
様を形成し、その後１８０℃Ｘ　２　ｈｒの条件で不完
全時効硬化処理をした。次ぎに、該アルミニウム合金形
材を脱脂、エツチング、スマット除去し、該形材゛　を
１９Ｗ％の硫酸水溶液中に浸漬し、電流密度１．０儒（
電圧約１２Ｖ）、液温２０℃、対極カーボンにて４０分
間交流電解し、約１１μｍの交流皮膜を形成した。次ぎ
に着色処理として、実施例１と同様な装置を使用し、下
記の組成を有する浴温２０℃の電解液中に浸漬して、１
１■の印加電圧で５分３０秒交流電解したところ、下地
模様部が背景に比較してかなり濃く着色して鮮明なオリ
ーブ色の装飾模様となった。

電解液組成：　硫酸　２０′／ を 硫酸ニッケル　３０り 硫酸第１錫　５タ クレゾールスルフォン酸　１０　／ 実施例６ 押出後のアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）形材を常
温に冷やした後、ステンレスワイヤーカット（粒度１０
０）を６．４ｍｍφのノズルより空気圧２にねで噴射し
、下地模様を形成し、次いで該アルミニウム合金世相１
７０℃ｘ７ｈｒの条件で不完全時効硬化処理し、しかる
後に、実施例１と同様に、脱脂、エツチング、スマット
除去し、該形材を１７％係の硫酸水溶液中に浸漬し、電
流密度２．８へ需２（電圧約１２．５Ｖ）、液温２０℃
、時間３５分で対極カーボンにて交流電解し約１１μｍ
の交流皮膜を生成した。

次ぎに、着色処理として、実施例１と同じ容器にて、下
記の組成を有する浴温２８℃の電解液中に浸漬して、Ｉ
ＩＶＯ印加電圧で３分交流電解したところ、サンドブラ
ストを当てた面のみが点茶色となり、一方、サンドブラ
ストを当てない面が渋茶色となり、形材の面により着色
の異なる美しい形材となった。

電解液組成：　硫酸ニッケル　２５な 硫酸マグネシウム　１５り 硫酸アンモニウム　３０り 硼酸　２０タ チオ硫酸アンモニウム　１り ＰＨ’５．５ 比較例１ 実施例１において、陽極酸化処理を、ｌ　−Ｉ　Ｘ、、
２（約１２Ｖ）、液温２ｒ℃、３５分の条件で直流にて
陽極酸化し、１１μｍの直流皮膜を形成した以外は、実
施例１と同様の処理をしたところ、淡黄色となり、下地
模様部分が背景と比べわずかに濃く着色されたが、実施
例１に比べ不鮮明であった。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミニウム合金（Ａ−６０６３８）の硬度に
及ぼす時効硬化処理温度と処理時間の影響を示すグラフ
であり、第２図は不完全始動硬化処理の時間と温度の適
正範囲を示すダラ７である。 出願人　吉田工業株式会社 代理人　弁理士　米　原　正　章 弁理士　浜　本　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　（Ａ）押出成型後のアルミニウム合金表面に機械的
   操作による下地模様を施し、 （Ｂ）次いで、該アルミニウム合金に不完全時効硬化処
   理を施し、 （Ｃ）シかる後、前記アルミニウム合金に交流電解によ
   り陽極酸化皮膜を形成した後、（Ｄ）該皮膜に着色処理
   を施す ことにより、前記下地模様をアルミニウム合金表面に鮮
   明に表出させることを特徴とするアルミニウム合金の模
   様付は表面処理方法。