JPS63111197A - 自動車ホイ−ル用アルミニウム合金材の表面処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車ホイール用アルミニウム合金材の表面処
理方法に関し、さらに詳細には、優れた光輝性を呈し得
る自動車ホイール用アルミニウム合金材の表面処理方法
に係る。

［従来技術］ （背景） 現在アルミニウム合金製の自動車ホイールは、リムとス
ポークとを組合せる形式のいわゆる３ピース型ホイール
が一般的である。

このリムは一般的にアルミニウム板材を、第３図に示す
ようにスピニング加工し１次いで、表面に光沢を付与す
る等のための表面処理を行なうことにより作成される。

（従来技術の構成） 従来かかるアルミニウム板材としては、強度、加工性、
耐食性及び素材コストの面からＡｎ−Ｍｇ系合金である
５０５２．５１５４．５４５４合金よりなる合金材が使
用されている。

一方、表面処理方法としては、 ■リム表面を機械研磨、化学研磨あるいは電解研磨を行
なった後に、クリヤー塗装する方法。

■陽極酸化処理方法 がある。

［９，明が解決しようとする問題点］ しかし、近年、市場においては高級ホイール指向が強く
なり、光輝性の優れた材料が求められており、その一方
で、リム形状をより複雑にし、デザイン性に富む形状を
得るための成形性に優れた材料を合せて要求されている
。

かかる背景のもとでは、上記した従来のアルミニウム材
を用いて従来の表面処理方法では次のような問題点が生
じる。

０）まず、ホイール用材料としての成形加工性において
も前記の５０５２．５１５４．５４５４合金材を用いて
スピニング加工法で複雑な形状に加工しようとする場合
、加工面に割れが発生したり、所望の寸法が得られない
等という加工上の問題点がある。

一方１表面処理方法については、従来技術で述べた■の
方法は、塗膜が軟らかいため、ホイール表面に傷が発生
しやすく、さらに、使用中に塗膜が剥離しやすいという
欠点を有しているため一般には採用されておらず、皮膜
が硬く傷が発生しにくい表面処理である陽極酸化処理方
法が採用されまた。従来のアルミニウム合金材に陽極酸
化処理を行なっても、 ■得られる皮膜は光輝性が劣る、 ■得られる皮膜は、乳白色であり、高級感のあるいわゆ
るクロムメッキ等の深みのある金属光沢を有していない
、 という問題点がある。

上記した従来の表面処理法においては、定量的に述べる
と１反射率が４０％より少なく、また色差りは３０より
大きい。

従って、上記した近年の自動車ホイールに対する要望を
満足することができない。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、重量％において、Ｍｇ：１．５〜５．５
％、Ｔｉ　：０．００５〜０．２０％、Ｆｅ：０．１０
％以下、Ｓｉ：０．１０％以下、不可避的不純物が０．
０５％以下で残部ＡＪＪからなり、かつ、Ｃｕ：Ｏ，Ｏ
ｌ　〜０．３０％、Ｚｎ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０
．０５〜０．６０％、Ｃｒ：０．０５〜０．４０％、Ｚ
ｒ：０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％
、Ｂ：Ｏ，０Ｏ０５〜０．０５％のうち１種又は２種以
上を含有し、結品粒度が２ｍｍ以下である鋳塊を、４５
０〜５５０℃の温度範囲において均質化処理を４〜２４
時間行ない、゛次いで熱間圧延及び冷間圧延にて所望の
板厚とし、次いで軟化処理を行ない、最経的結晶粒形状
の短径と長径との比が１：５以ドであり、かつ、短径が
５０ルｍ以ドである自動ｊｌ−ｊホイール用アルニアル
ミニウム合金材磨し、陽極酸化処理にて１０ｇ口以下の
皮膜を該アルミニウム材表面に形成させた後、アゾ基系
黒色染ｉ＋を０．０１〜２０ｇ／ユ溶かした溶液中に５
秒〜１５分浸漬させることを特徴とする自動車ホイール
用アルミニウム合金材の表面処理方法によって解決され
る。

（成分限定理由） Ｍｇ：Ｍｇはホイール用材料として必要な機械的性質を
得るために最も重要な元素であり、１．５％より少なく
ては十分な強度が得られず、５．０％より多くてはスピ
ニング加工性が劣り応力腐食割れが起こりやすくなる。

Ｔｉ　：　Ｔ　ｉは結品粒の安定的微細化のために重要
な元素であり、ｏ、ｏｏｓ％より少なくては組織微細化
が十分ではなく、０．２０％より多いと光輝性が劣り、
巨大化合物を発生させる可能性を有する。

Ｆｅ、Ｓｉ　：Ｆｅ、Ｓｉはいずれも加工性、光輝性に
大きな影響を及ぼす元素であり、それぞれ０．１０％よ
り多いと加工性及び光輝性が著しく劣る。

不純物：不純物は０．０５％以Ｆそれぞれ単独に存在す
ると加工性及び光輝性に悪影響を及ぼすため０．０５％
以下におさえる。

Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｂは、いずれも光
輝性及びスピニング加工性の向上効果を有している。

Ｃｕ　：　Ｃｕは特に光輝性を向上させるために有効な
元素であり、０．０１％より少なくては効果が少な（０
，３０％より多いと光輝性の効果が飽和すると共に加工
性も劣る。

Ｚｎ：Ｚｎは特に加工性を向上させるに有効な元素であ
り、０．２％より少なくては効果が少なく、１．５％よ
り多いとその効果は飽和する。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＶＨこれｈの元素ハイスレも特に結
晶粒の安定的微細化のために重要な元素であるが、とも
に０．０５％より少なくてはその効果が少ないが、それ
ぞれの値が０．５０゜０．４０，０．３０，０．２０よ
り多い場合は効果が飽和し、巨大化合物が発生するｉｆ
ｆ能性がある。

Ｂ：は特に結晶粒の安定的微細化のために重要な元ホで
あり、０．０００５％より少なくては組織微腑Ｉ化が十
分ではなく、０，０５％より多いと光輝性が劣り、巨大
化合物を発生させる可能性を有する。

そして化学成分以外の条件については以下の条件を要す
る。

鋳塊の結晶粒度は２ｍｍ以下とする。

鋳塊の結晶粒度が２ｍｍを超えると最終的に得られるア
ルミニウム合金材の短径は５０７ｚｍを超え、かつ、短
径と長径との比は１：５より大きくなる。

短径が５０ｐｍを超えると肌荒れが生じ、また、短径と
長径との比が１＝５より大きくなると割れの発生をまね
く。

なお、鋳塊の結晶粒度を２ｍｍ以下とするには鋳造後の
冷却速度を大きくすればよい。

鋳造後は、灼熱処理を行なう、その条件は４５０℃〜５
５０℃×４〜２４時間である。

４５０℃未満では短径と長径との比が１：５より大きく
なり、スピニング加工時に割れが発生する。５５０℃を
超えると１局部的な溶融が起こる。また、４時間未満で
は鋳塊の均質化が十分ではなく、２４時間より長いと効
果が飽和する。

均熱処理後は、常用されている手段により熱間圧延及び
冷間圧延を行なう、この圧延により所望の厚さとする。

圧延後に軟質化処理（焼鈍）を行なう、軟質化処理の条
件は常用されているものでよい０例えば、３００〜ｂ （表面処理方法） 表面処理は、板材を研磨し、陽極酸化処理にて１０＃Ｌ
ｍ以下の皮膜を形成させた後、アゾ基系黒色染料を溶か
した液中に５秒〜１５分侵清させる。

以下に、より詳細に説明する。

Ｌ記アルミニウム板材を原材料として、研磨処理後、陽
極酸化処理するが、酸化処理皮膜が１０ｇｍより厚くて
は１女膜の乳白色が強イなり光輝性に劣ることになる。

染料としてアゾ基系黒色染料を０　、０１　ｇ／ｌ〜２
０ｇ／ｌ用いるが、染料濃度が０　、０１　ｇ／２より
薄い場合、逆に２０ｇ／ｌより濃い場合には所定の色調
が得られない。

また、５秒未満では所定の色調が得られず、逆に１５分
を超えると効果が飽和する。

染料としてはアゾ基系のものが１色の退化が少なくて最
も優れているが、製品によっては他の黒色染料を用いて
もよいし、特色ある色を要求される場合にはその他の色
の染料を混合してもよい。

以上述べた処理方法により、最終製品において、反射率
が４０％より大きく、かつ、色差Ｌ８が３０より小さく
することができ、目的とするクロムメッキ状の全屈光沢
を有する光輝性を示すことができる。

［発明の実施例］ 以下実施例を参照して本発明の詳細な説明する。

（供試材の作成） 表１に化学成分値（重量％）を示した。

表１において合金Ｎｏ１〜６は本発明範囲内にあり、合
金Ｎｏ７〜９はいずれも本発明の範囲外である。なお、
合金Ｎｏｌ０は５１５４合金である。

溶湯な鋳造し、表１に示す化学成分を有する４００ｍｍ
厚の鋳塊を得た。

鋳塊の結晶粒度は、合金Ｎｏ８を除きいずれも２　ｍ　
ｍ以下とした０合金Ｎｏ８は４ｍｍとした。

合金Ｎｏ１〜１０の鋳塊を５００’ＯＸ８時間の均質化
処理後、熱間圧延にて８　ｍ　ｍ　ｔの板となし、冷間
圧延にて５ｍｍｔの板材を得、最終的に３４０℃×２時
間の軟質化処理を行なった（製造法Ａ（表２））。

以上のようにして作成した合金材は、供試材Ｎｏｌ〜ｌ
Ｏとして表２に示す。

一方、合金Ｎｏｔの鋳塊の一部を４２０℃×２４時間の
均質化処理後、熱間圧延にて８　ｍ　ｍ　ｔの板となし
、冷間圧暖にて５ｍｍｔの板材を１１）、最終的に３４
０′ＯＸ　２時間の軟質化処理を行ない（製造法Ｂ（表
２））、供試材１１を作成した。

以上のようにして作成した供試材につき以下の事項の試
験を行なった。

（結晶粒） 結晶粒度を調べたところ、供試材８及び供試材１１を除
き、いずれも短径と長径との比はｌ：５以下であり、か
つ、短径の粒度は５０ｐｍ以下であった。

それに対し、供試材１１は短径は５０７ｚｍ以下であっ
たが、短径と長径との比はｌ：５以上であった・ また、供試材８は短径は５０ＪＬｍ以上であり。

かつ、短径と長径との比も１：５以上であった。

以上の結果を表２に示す。

（スピニング加工性） スピニング加工性は、第１図に示すように、スビニグ加
工試験を行ない、加工詩の表面状態（割れの発生等の有
無）及び、加工後の外径寸法により加工性を評価した。

その結果を表２に示す。

なお、表２に示すスピニング成形加工性試験は下記の条
件によった。

寸法：マンドレル寸法　　φ１５０ｍｍ粗板寸法　４ｍ
ｍｔＸφ２４０　ｍｍ 加工条件：マンドレル回転数　２８ｒｐｍ加工速度　３
０ｍｍ／ｍ１ｎ （加工ローラ移動速度） 潤滑　　無潤滑 クリアランス　　　５ｍｍ （板厚＋クリアランス） 表２に示すように、供試材１〜６はいずれも割れ等の発
生は見られず、加工後の表面に異常は認められなかった
。

それに対し、供試材７〜１１はいずれも加工時に割れが
発生した。

また、スピニング加工後の外径ｄ（第１図に示すように
３／４ｈの位置における外径）を測定したところ、供試
材１〜６はいずれも供試材７〜１１に比へて小さな値を
示した。なお、外径ｄは小さいほどスピニング加工性が
優れていることを示す。

（引張試験） 引張試験の結果を表２に示す。

供試材１〜６においては、引張強さ、耐力とも供試材７
〜１１とほぼ同じであったが、伸びは比較例より優れて
いた。

なお、伸びが大きいということはスピニング加工に限ら
ず加工性が良好であることを意味する。

（表面処理） 供試材１〜７及び供試材１０につき、以下の条件で研府
、陽極酸化処理、染料浸漬、封孔を行なった（表３）。

表３においては、供試材１〜６を用いたものをそれぞれ
実施例１〜６として示し、供試材７及び供試材１０を用
いたものをそれぞれ比較例１．比較例２として示す。

処理工程 ■化学価ｆＢニリン酸９０％、硝酸１０％の液中で１０
０℃Ｘ１分浸清 ■陽極酸化＝５％硫酸水溶液にて５Ａ／ｄｒｎ’。

１５分通電し、３弘ｍの厚膜 ■染料浸漬：アゾ基系染料（サントス社製ＭＬＷ）Ｉｇ
／ＩＬを溶かした液中に６０℃×５分浸漬 ■封孔：純粋中に１００″（！Ｘ３０分浸漬一方、供試
材１〜３の合金材につき、上記処理工程で■の染料浸漬
を行なわない処理を行ない比較した。なお、この比較に
おいて供試材１〜３の合金材を用いたものをそれぞれ比
較例３〜５として表３に示す。

以上の処理工程を行なった各試料につき反射率と色差び
を測定した。

その結果を表３に示す。

なお、比較のためにクロムメッキを行なった場合の反射
率と色差ビについても表３に示す。

表３に示すように、実施例１〜６はいずれも反射＋は７
０％以上であり、・また色差ピは２２以下である。すな
わち本発明の実施例はいずれも、クロムメッキに近い反
射率及び色差りの値を示したいる。

それに対し、化学成分が本発明の範囲外である比較例１
及グ比較例２は１反射率は４０％より低く、かつ、色差
ｅは約４０と高い。

また１表面処理を本発明とは異なる方法で行なった比較
例３〜５は反射率は約７０％と高いが、色差ピは約６０
ときわめて高い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば以下の効果が得られ
る。

割れがなく、デザイン性の優れたホイールに反射率７０
％以上でかつ色差ｔが２２以下の、クロムメッキと同等
の深みのある金属光沢を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、ＣＢ）はスピニング成形加工性試験方法
を示す断面図であり、第２図は反射率と色差の相関図で
ある。第３図はスピニング加工の方法を示す断面図であ
る。 符号の説明 ｌ・・マンドレル、２・・基板、３・・テールストック
、４・・加工ローラ、ｈφ・外径。 第１　図　　”

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％において、Ｍｇ：１．５〜５．５％、Ｔｉ：
   ０．００５〜０．２０％、Ｆｅ：０．１０％以下、Ｓｉ
   ：０．１０％以下、不可避的不純物が０．０５％以下で
   残部Ａｌからなり、かつ、Ｃｕ：０．０１〜０．３０％
   、Ｚｎ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．６０
   ％、Ｃｒ：０．０５〜０．４０％、Ｚｒ： ０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｂ
   ：０．０００５〜０．０５％のうち１種又は２種以上を
   含有し、結晶粒度が２ｍｍ以下である鋳塊を、４５０〜
   ５５０℃の温度範囲において均質化処理を４〜２４時間
   行ない、次いで熱間圧延及び冷間圧延にて所望の板厚と
   し、次いで軟化処理を行ない、最終的結晶粒形状の短径
   と長径との比が１：５以下であり、かつ、短径が５０μ
   ｍ以下である自動車ホィール用アルミニウム合金材を、
   研磨し、陽極酸化処理にて１０μｍ以下の皮膜を該アル
   ミニウム材表面に形成させた後、アゾ基系黒色染料を０
   ．０１〜２０ｇ／ｌ溶かした溶液中に５秒〜１５分浸漬
   させることを特徴とする自動車ホィール用アルミニウム
   合金材の表面処理方法。