(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍgを０．２〜４．０質量%の範囲で含有すると共にＳiを０．１〜２．５質量%の範囲で含有し、また、Ｍnの含有量が０．０５質量%未満であるAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金基材を用いて樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材を製造する方法であり、
前記アルミ合金基材を５００〜６００℃及び１〜２０時間の条件で溶体化処理し、次いで冷却した後に１５０〜３００℃及び１〜２０時間の条件で時効処理を行って、アルミ合金基材にMg2Si金属間化合物を生成させ、
得られた溶体化処理及び時効処理後のアルミ合金基材に硫酸及び／又は硝酸の水溶液からなる酸性エッチング液によるエッチング処理を施し、前記アルミ合金基材の表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を付与することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
【請求項２】
前記時効処理の処理温度が２００〜３００℃である請求項１に記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
【請求項３】
前記溶体化処理と時効処理とを行ってアルミ合金基材に析出されるMg2Si金属間化合物が０．６３〜３．３６質量%の割合である請求項１又は２に記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
【請求項４】
時効処理終了後エッチング処理に先駆けて、酸水溶液に浸漬した後にアルカリ水溶液に浸漬する前処理を施す請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
【請求項５】
エッチング処理の処理条件が、２０〜９０℃及び処理時間１〜２０分である請求項１〜４の何れかに記載の樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法。
【請求項６】
Ｍgを０．２〜４．０質量%の範囲で含有すると共にＳiを０．１〜２．５質量%の範囲で含有し、かつ、Ｍnの含有量が０．０５質量%未満であるAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなり、表面に表面処理層を有するAl-Mg-Si系アルミ合金部材であって、前記表面処理層にはクロスヘッド型の極微細な凹凸構造が２０%以上９０%以下の存在比率で存在することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Al-Mg-Si系アルミニウム合金からなる樹脂接合用のアルミ合金部材の製造方法及びこの方法で得られたアルミ合金部材に係り、特に限定するものではないが、過酷な環境下に曝される機会のある自動車用部品、家電機器用部品、産業機器用部品等を始めとする多くの用途に好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法及びこの方法で得られた樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、軽量で加工性に富むほか機械的性質にも優れ、しかも、優れた熱伝導性、導電性、耐食性等の特性を有することから、建築材料、家電機器用材料、車両・船舶用材料等の極めて多くの用途に供されており、特にAl-Mg-Si系アルミニウム合金については、熱伝導性及び導電性に優れていることから、例えば高熱伝導性を利用したヒートシンク等の放冷部品や高導電性を利用したブスバー、電線等の電気電子部品等の用途に多用されており、そして、特に近年においては、前者の用途の場合には、その一部を断熱したい等のニーズから、部分的に断熱性に富む樹脂を接合することが求められ、また、後者の用途の場合には、その一部を電気的に絶縁したい等のニーズから、部分的に絶縁性に富む樹脂を接合することが求められている。
【０００３】
そして、このような用途に用いられ、部分的に樹脂を接合すること（部分的な樹脂化）が求められる場合、これまではビス止めや接着剤等の手段が採用されていたが、これらの手段による部分的な樹脂化には、製造工程での工程数が増加するほか、重量増加の原因にもなり、これらビス止めや接着剤等の手段を必要としないアルミ-樹脂接合技術の開発が求められていた。
【０００４】
そこで、本発明者らは、先に塩酸系エッチング処理によりアルミ合金部材の表面に微細な凹凸形状を付与し、この凹凸形状を利用して樹脂成形時にアルミ合金部材の表面に樹脂成形体を接合し、これによって温度や湿度、粉塵等において過酷な環境下でも優れた密着性及び気密性を保持すると共に、優れた耐久性や耐熱性をも発揮するアルミ・樹脂射出一体成形品（アルミ−樹脂複合体）の製造方法を提供した（特許文献１）。しかしながら、Al-Mg-Si系アルミニウム合金にこのアルミ-樹脂接合技術をそのまま適用した場合には、Al-Mg-Si系アルミニウム合金が比較的多量のＳiを含み、このＳiがフッ酸以外の薬品にはほとんど溶解しないことから、Al-Mg-Si系アルミニウム合金のエッチング処理の際にＳiがアルミ合金部材の表面で溶け残って堆積し、成形された樹脂成形体との間の密着性が損なわれ、アルミ-樹脂間の接合性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
ところで、このAl-Mg-Si系アルミニウム合金は、耐食性や押出加工性に優れているだけでなく、熱処理によって高い機械的性質が得られ、また、陽極酸化処理特性も良好であることから、一定の熱処理（溶体化処理）と時効処理とを施すことにより微細なＭg2Ｓiの金属間化合物を析出させ、建築材、家電製品の筐体、車両・船舶等の部材等の様々な用途に適したアルミニウム合金材とすることが知られており（特許文献２）、また、このようなAl-Mg-Si系のアルミニウム合金板に５００℃以上での焼入れ処理、２００〜４００℃での焼戻し処理、及び、焼戻し処理で析出したMg2Si金属間化合物を酸水溶液で溶解して除去するエッチング処理を施し、エッチング処理で形成された粗面化表面上に感光膜（感光層）設けることにより、アルミニウム合金板と感光膜との間の密着性に優れた平版印刷版支持体用アルミニウム支持体を製造することが知られており（特許文献３）、更に、均質化処理及び熱間圧延を経て表面にMg2Si晶出物が露出したAl-Mg-Si系のアルミニウム合金板を形成し、このアルミニウム合金板に陽極酸化処理又はエッチング処理を施してMg2Si晶出物を脱離させ、このMg2Si晶出物が離脱して形成された凹部又は脱離穴によるアンカー効果を利用して表面にポリエステル系、ポリオレフィン系、又はポリアミド系の樹脂フィルムを密着性良く被覆した樹脂被覆缶胴用アルミニウム合金板も知られている（特許文献４）。
【０００６】
しかしながら、これらの特許文献３〜４の場合においても、熱処理によって生成するMg2Si晶出物がこの熱処理の条件によって針状相、棒状中間相β’、板状安定相β等の種々の形態をとることから、熱処理条件によってエッチング後に形成される凹凸形状が変化して安定せず、例えば、電気電子部品向けヒートシンク部材、ＬＥＤ照明用アルミベース放熱基盤、液冷ユニット向けウォータージャケット部材等の自動車用部品、家電機器用部品、産業機器用部品等の如く過酷な環境下に曝された際における金属−樹脂の界面での密着強度及び気密性が必ずしも充分ではなく、より優れた密着強度及び気密性を持つ金属−樹脂複合体の開発が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】WO2009/151、099A1号公報
【特許文献２】特開平10-088,300号公報
【特許文献３】特開昭59-220,395号公報
【特許文献４】特開2000-309,839号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そして、本発明者らは、Al-Mg-Si系アルミニウム合金が有する特性を損なうことなく、例えば過酷な環境下に曝される機会のある自動車用部品、家電機器用部品、産業機器用部品等の多くの用途において使用するのに好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法について種々検討を重ねる中で、意外なことには、機械的強度の改善に有効なＭnの含有量が０．０５質量%以上になると、製造されたアルミ−樹脂複合体のAl-Mg-Si系アルミニウム合金−樹脂成形体の界面での剪断強度が顕著に低下し、また、この界面での密着強度及び気密性が低下することを見い出した。
【０００９】
そこで、本発明者らは、更にこのAl-Mg-Si系アルミニウム合金−樹脂成形体の界面での剪断強度の向上を図り、この界面での密着強度及び気密性を改善して過酷な環境下に曝される機会のある多くの用途に好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材を開発すべく鋭意検討した結果、Ｍnの含有量が０．０５質量未満のAl-Mg-Si系アルミ合金基材を所定の条件下で溶体化処理すると共に所定の条件下で時効処理を行なうことにより、表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸形状を有する表面処理層を形成することができ、これによって、この表面処理層の上に設けられる樹脂成形体との間の界面での剪断強度を改善できることを見い出し、本発明を完成した。
【００１０】
従って、本発明の目的は、Al-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金部材の表面に樹脂成形体を接合することにより、アルミ-樹脂間において優れた密着性及び気密性を保持すると共にAl-Mg-Si系アルミニウム合金本来の優れた耐久性、押出加工性、及び機械的特性を有し、過酷な環境下に曝される機会のある種々の用途に適したアルミ−樹脂複合体を製造するのに好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、上記の方法によって製造され、優れた密着性及び気密性を有すると共に優れた耐久性、押出加工性、及び機械的特性をも有し、種々の用途に適したアルミ−樹脂複合体の製造に好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明は、Ｍgを０．２〜４．０質量%の範囲で含有すると共にＳiを０．１〜２．５質量%の範囲で含有し、また、Ｍnの含有量が０．０５質量%未満であるAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金基材を用いて樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材を製造する方法であり、前記アルミ合金基材を５００〜６００℃及び１〜２０時間の条件で溶体化処理し、次いで冷却した後に１５０〜３００℃及び１〜２０時間の条件で時効処理を行って、アルミ合金基材にMg2Si金属間化合物を生成させ、得られた溶体化処理及び時効処理後のアルミ合金基材に硫酸及び／又は硝酸の水溶液からなる酸性エッチング液によるエッチング処理を施し、前記アルミ合金基材の表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を付与することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、上記の方法によって得られ、表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を有することを特徴とする樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材である。ここで、本発明において「クロスヘッド型の極微細な凹凸構造」とは、微細な凹凸構造を形成する多数の凸部の一部又は全部においてその先端部分が略々十字架形状を有する凹凸構造である場合をいい、また、本発明において「エキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造」とは、微細な凹凸構造があたかも金属繊維が網目状に絡まり合ってエキスパンドメタル様の構造を呈する場合をいう。
【００１４】
本発明において、前記アルミ合金基材を構成するAl-Mg-Si系アルミニウム合金については、Ｍgを０．２質量%以上４．０質量%以下、好ましくは０．３質量%以上１．５質量%以下の範囲で含有すると共に、Ｓiを０．１質量%以上２．５質量%以下、好ましくは０．３質量%以上１．５質量%以下の範囲で含有し、Ｍnの含有量については、できるだけ少ないのがよく、０．０５質量%未満、好ましくは０．０４質量%未満であるのがよい。Ｍgの含有量が０．２質量%より少ないとＭg2Ｓiが十分に析出しないという問題があり、反対に、４．０質量%より多くなると鋳造性が低下するという問題が生じる。また、Ｓiの含有量が０．１質量%より少ないとＭg2Ｓiが十分に析出しないという問題があり、反対に、２．５質量%より多くなると溶体化処理時にＳiが溶融することによりブリスターが発生する危険が生じ、高い温度での溶体化処理が困難になるという問題が生じる。更に、Ｍnの含有量が０．０５質量%以上になると、このＭnが優先的にＳiと結合して粗大な析出物(Al-Mn-Si系合金)を形成するため、結果としてAl-Mg-Si系アルミニウム合金−樹脂成形体の界面での剪断強度が顕著に低下し、また、この界面での密着強度及び気密性が低下する。
【００１５】
本発明においては、上記の如きAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金基材を、先ず、５００℃以上６００℃以下及び１時間以上２０時間以下の条件で溶体化処理し、合金中のＭg及びＳiをＡl中に固溶化させ、Ｍg2Ｓi金属間化合物を生成させる。この際の温度条件が、５００℃より低いと合金中のＭg及びＳiをＡl中に固溶させることができず、反対に、６００℃より高くなるとＡl自体が溶融してしまう。
【００１６】
また、本発明においては、上記の溶体化処理が終了して一旦冷却した後に、再び、１５０℃以上３００℃以下及び１時間以上２０時間以下の条件で時効処理を行ない、溶体化処理で生成したＭg2Ｓi金属間化合物を所望の形状、すなわち次のエッチング処理により所望のクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を得るのに適したＭg2Ｓi金属間化合物の形状に変態化させる。この際の温度条件が、１５０℃より低いと所望の形状を有するＭg2Ｓiが析出せず、反対に、３００℃より高くなるとＭg2Ｓiが肥大化し過ぎて分散性が低下する。
【００１７】
そして、この時効処理において、上記の温度条件が２００℃未満であるとエッチング処理によりクロスヘッド型の極微細な凹凸構造の表面処理層を得るのに適したMg2Si金属間化合物に変態し、また、２００℃以上であるとエッチング処理によりエキスパンドメタル型極微細な凹凸構造の表面処理層を得るのに適したMg2Si金属間化合物に変態する傾向にあり、Al-Mg-Si系アルミニウム合金−樹脂成形体の界面での剪断強度の向上を図るという観点からは、好ましくは温度条件を２００℃以上３００℃以下にするのがよい。
【００１８】
このようにして調製されたアルミ合金基材については、次に、硫酸及び／又は硝酸の水溶液からなる酸性エッチング液を用いてエッチング処理を行い、このアルミ合金基材の表面に存在するMg2Si金属間化合物を溶解し、アルミ合金基材の表面に所望のクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を形成せしめる。
【００１９】
ここで、酸性エッチング液として用いる硫酸及び／又は硝酸の水溶液については、硫酸水溶液の場合にはその酸濃度が１重量%以上６０重量%以下、好ましくは５重量%以上５０重量%以下であるのがよく、また、硝酸水溶液の場合にはその酸濃度が５重量%以上６０重量%以下、好ましくは１０重量%以上５０重量%以下であるのがよく、更に、硫酸・硝酸混合水溶液の場合には酸濃度が５重量%以上５０重量%以下である硫酸水溶液中に酸濃度が５重量%以上３０重量%以下である硝酸水溶液を添加するのがよい。酸性エッチング液の酸濃度が上記範囲より低いと反応が十分に進まず溶解量が不十分になる虞があり、反対に、上記範囲より高くなると反応速度が速くなり過ぎて溶解量の制御が困難になる。なお、上記の酸性エッチング液については、溶解量を制御する等の目的のため、必要によりクロム酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、アスコルビン酸、安息香酸、酪酸、クエン酸、ぎ酸、乳酸、イソブチル酸、リンゴ酸、プロピオン酸、酒石酸等の硫酸及び硝酸以外の酸を添加してもよい。
【００２０】
また、上記の酸性エッチング液を用いたエッチング処理の処理条件については、処理温度が通常２０℃以上９０℃以下、好ましくは３０℃以上８０℃以下であって、処理時間が通常１分以上２０分以下、好ましくは５分以上１５分以下であるのがよい。このエッチング処理の処理条件における処理温度が２０℃より低いと反応が十分に進まず溶解量が不十分になる虞があり、反対に、９０℃より高くなると反応速度が速くなり過ぎて溶解量の制御が困難になる。同様に、エッチング処理の処理時間が１分より短いと反応が十分に進まず溶解量が不十分になる虞があり、反対に、２０分より長くなると生産効率が低下して量産性が悪くなる。
【００２１】
本発明において、以上のようにして得られたアルミ合金基材の表面にコンタミ等が残渣している場合には、脱脂や表面調整、表面付着物・汚染物等の除去を目的に、このアルミ合金基材のエッチング処理に先駆けて、酸水溶液に浸漬した後にアルカリ水溶液に浸漬する前処理を行うのがよい。この目的で使用される酸水溶液としては、例えば、市販の酸性脱脂剤で調製したもの、硫酸、硝酸、フッ酸、リン酸等の鉱酸や酢酸、クエン酸等の有機酸や、これらの酸を混合して得られた混合酸等の酸試薬を用いて調製したもの等の酸の１〜５０重量%水溶液が用いるのがよく、また、アルカリ水溶液としては、例えば、市販のアルカリ性脱脂剤により調製したもの、苛性ソーダ等のアルカリ試薬により調製したもの、又はこれらのものを混合して調製したもの等のアルカリの１〜５０重量%水溶液が用いるのがよく、更に、浸漬時間については、酸水溶液及びアルカリ水溶液のいずれの場合も０．５〜１０分間程度であるのがよい。
【００２２】
本発明により得られたアルミ合金部材は、上記のエッチング処理によって溶解されたMg2Si金属間化合物の跡が凹状部となってこのアルミ合金部材の表面にクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層を形成し、この表面処理層により樹脂成形体との間に優れたアルミ樹脂接合性を発現する。
【００２３】
そして、本発明のアルミ合金部材において、アルミ合金部材の表面に観察されるクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層は、次のようなメカニズムによって形成されるものと推定される。
すなわち、ＭgとＳiとを含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金では、溶体化処理及び時効処理の際の温度条件により、図１に示すように、生成したMg2Si金属間化合物の結晶構造が針状(a)→棒状(b)→板状(c)→ランダムな立方体形状(d)の如く変態する。このランダムな立方体形状(d)の結晶構造はMg2Si金属間化合物の板状(c)結晶が重なり合って形成されるが、クロスヘッド型の極微細な凹凸構造は、このようなランダムな立方体形状(d)の結晶構造を有するMg2Si金属間化合物を析出させ、このMg2Si金属間化合物を硫酸及び／又は硝酸の水溶液で溶解させた場合に発現する。ここで、ランダムな立方体形状(d)の結晶構造を有するMg2Si金属間化合物を析出させるためには、焼き入れを十分に行ない、かつ、時効処理の際の温度を高くするのがよく、反対に、析出させないためには、焼き入れを不十分にし、あるいは時効処理の際の温度を低くするのがよい。また、Al-Mg-Si系アルミニウム合金において、Ｍnの含有量が多い場合には、ＭnがAl-Mn-Si系アルミニウム合金を作ってMg2Si金属間化合物の形成が阻害されるので、焼き入れが不十分になる可能性が高くなる。この場合には、時効処理の際の温度を上げても針状(a)→棒状(b)→板状(c)への変態が起こらず、結果としてアルミ-樹脂間の接合性にプラスに寄与するクロスヘッド型の極微細な凹凸構造を発現させることができない。また、エキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層は、上記の板状(c)のMg2Si金属間化合物の結晶が重なり合わずに分散した状態のままエッチング処理により溶解した場合に形成されるものと考えられ、また、時効処理の際の温度が高いほどMg2Si金属間化合物の析出量が多くなるので、時効処理の際の温度が高いほどエッチング処理後にエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造が発現し易くなると考えられる。
【００２４】
また、本発明により得られたアルミ合金部材において、アルミ合金部材の表面処理層に観察されるクロスヘッド型凹凸構造の存在比率〔すなわち、走査型電子顕微鏡（日立製FE-SEM、S-4500形）を用いてＳＥＭ像（実施例１の場合の図２）を観察し、その結果を実施例１の場合の図３のように画像処理して求められる測定視野０．１mm角における凹状部の面積比率をクロスヘッド型凹凸構造の存在比率として算出〕については、通常２０%以上９０%以下、好ましくは３５%以上８０%以下であるのがよい。アルミ合金部材の表面における凹状部の存在比率が２０%より低いと凹部に入り込む樹脂量が不十分になり、樹脂接合性に悪影響を及ぼすという問題が生じる虞があり、反対に、９０%より高くなると凹部に入り込んだ樹脂を支えるためのアルミ部が極端に少なくなり、結果として樹脂接合性に悪影響を及ぼすという問題が生じる虞が生じる。また，実施例２及び実施例４については、同様の測定方法〔すなわち、走査型電子顕微鏡（日立製FE-SEM、S-4500形）を用いてＳＥＭ像（実施例２の場合の図５）を観察し、その結果を実施例２の場合の図８のように画像処理して求められる測定視野０．１mm角における凹状部の面積比率〕によりエキスパンドメタル構造の存在比率を算出した。通常１０%以上好ましくは２０%以上であると、接合強度及び気密性の向上が得られる。
【００２５】
本発明の方法により得られたアルミ合金部材は、その表面に形成されたクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層により、例えばこのアルミ合金部材を射出成形用金型内にセットし、この金型内に溶融した所定の熱可塑性樹脂を射出して固化させる、いわゆるアルミ合金部材を用いた熱可塑性樹脂の射出一体成形により、アルミ合金部材の必要な部分に樹脂成形体を接合してアルミ−樹脂複合体を製造した際に、優れたアルミ樹脂接合性を発揮する。
【００２６】
ここで、本発明のアルミ合金部材を用いたアルミ−樹脂複合体を製造する際に使用される熱可塑性樹脂としては、各種の熱可塑性樹脂を単独で用いることができるが、本発明のアルミ合金部材を用いて製造されるアルミ−樹脂複合体に求められる物性、用途、使用環境等を考慮すると、熱可塑性樹脂としては、好ましくは、例えばポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ABS）、ポリカーボネート樹脂（PC）、ポリアミド樹脂（PA）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性樹脂、ポリエチレンテレフタレート（PET）やポリブチレンテレフタレート（PBT）等のポリエステル系樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリイミド樹脂、シンジオタクティックポリスチレン樹脂等やこれらの熱可塑性樹脂の２種以上の混合物が挙げられ、また、アルミ形状体と樹脂成形体との間の密着性、機械的強度、耐熱性、寸法安定性（耐変形、反り等）、電気的性質等の性能をより改善するために、より好ましくは、これらの熱可塑性樹脂に繊維状、粉粒状、板状等の充填剤や、各種のエラストマー成分を添加するのがよい。
【００２７】
また、熱可塑性樹脂に添加される充填剤としては、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維、アスベスト繊維、硼素繊維等の無機質繊維充填剤や、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維充填剤や、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、炭酸カルシウムを始めとする無機粉体類等の粉状充填剤や、ガラスフレーク、タルクやマイカ等の珪酸塩類等の板状充填剤等が例示され、熱可塑性樹脂１００重量部に対して２５０重量部以下、好ましくは２０重量部以上２２０重量部以下、より好ましくは３０重量部以上１００重量部以下の範囲で添加される。この充填剤の添加量が２５０重量部を超えると、流動性が低下しアルミ形状体の凹部へ進入し難くなり良好な密着強度を得られなかったり、機械的特性の低下を招くという問題が生じる。
【００２８】
また、熱可塑性樹脂に添加されるエラストマー成分としては、ウレタン系、コアシェル型、オレフィン系、ポリエステル系、アミド系、スチレン系等のエラストマーが例示され、射出成形時の熱可塑性樹脂の溶融温度等を考慮して選択され、また、熱可塑性樹脂１００重量部に対して３０重量部以下、好ましくは３〜２５重量部の範囲で使用される。このエラストマー成分の添加量が３０重量部を超えると、更なる密着強度向上効果が見られず機械的特性の低下等の問題が生じる。このエラストマー成分の配合効果は、熱可塑性樹脂としてポリエステル系樹脂を用いた場合に特に顕著に現れる。
【００２９】
更に、本発明のアルミ−樹脂複合体を製造するための熱可塑性樹脂には、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の添加剤、すなわち難燃剤、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、可塑剤、潤滑剤、滑剤、離型剤、結晶化促進剤、結晶核剤等を、要求される性能に応じて適宜添加することができる。
【００３０】
本発明において、アルミ合金部材を射出成形用金型内にセットして行う熱可塑性樹脂の射出成形については、用いられる熱可塑性樹脂に求められる成形条件を採用し得るものであるが、射出成形時に溶融した熱可塑性樹脂がアルミ合金部材の凹状部内に確実に進入して固化することが重要であり、金型温度やシリンダー温度を熱可塑性樹脂の種類や物性、更には成形サイクルの許す範囲で比較的高めに設定するのが好ましく、特に金型温度については、下限温度を９０℃以上、好ましくは１３０℃以上にする必要があるが、上限は、使用する熱可塑性樹脂の種類に応じて、１００℃から当該熱可塑性樹脂の融点又は軟化点（エラストマー成分が添加される場合にはどちらか高い方の融点又は軟化点）より２０℃程度低い温度までの範囲であるのがよい。また、下限金型温度は、熱可塑性樹脂の融点から１４０℃以上低くならないように設定するのが好ましい。
【００３１】
なお、本発明のアルミ合金部材を用いて行われるアルミ−樹脂複合体の製造方法については、上記の熱可塑性樹脂の射出一体成形法に限らず、熱圧着法を採用してもよい。すなわち、先ず、使用する熱可塑性樹脂の溶融温度に応じてアルミ合金部材を９０〜３００℃程度の温度に加熱し、その表面に熱可塑性樹脂性の樹脂成形体を加圧下に押し当て、この樹脂成形体の表面の一部を溶融させてアルミ合金部材表面の凹状部内に侵入させ、更に加圧下に冷却することにより所望のアルミ−樹脂複合体を製造する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、Al-Mg-Si系アルミニウム合金からなるアルミ合金部材の表面に樹脂成形体を接合することにより、アルミ-樹脂間において優れた密着性及び気密性を保持すると共にAl-Mg-Si系アルミニウム合金本来の優れた耐久性、押出加工性、及び機械的特性を有するアルミ−樹脂複合体を製造するのに好適な樹脂接合用Al-Mg-Si系アルミ合金部材を製造することができる。しかも、製造されたアルミ−樹脂複合体は、優れた密着性及び気密性を有するものであるから、例えば自動車用部品、家電機器用部品、産業機器用部品等を始めとする過酷な環境下に曝される機会のある種々の用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明方法において、クロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の極微細な凹凸構造の表面処理層が形成されるメカニズム（推定）を説明するための説明図である。
【００３４】
【図２】図２は、本発明の実施例１で得られたアルミ合金部材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した際に得られたＳＥＭ画像を示す写真である。
【００３５】
【図３】図３は、図２のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す写真である。
【００３６】
【図４】図４は、実施例１で得られたアルミ-樹脂複合体のアルミ完全除去後の樹脂側表面形状を走査型電子顕微鏡で観察した際に得られたＳＥＭ画像を示す写真である。
【００３７】
【図５】図５は、本発明の実施例２で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００３８】
【図６】図６は、図５の一部を拡大したＳＥＭ画像を示す写真である。
【００３９】
【図７】図７は、図５のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００４０】
【図８】図８は、図５のＳＥＭ画像おけるエキスパンドメタル構造部のみを画像処理により抽出した画像処理後の処理画像を示す写真である。
【００４１】
【図９】図９は、実施例２で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００４２】
【図１０】図１０は、本発明の実施例３で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００４３】
【図１１】図１１は、図１０のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００４４】
【図１２】図１２は、実施例３で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００４５】
【図１３】図１３は、本発明の実施例４で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００４６】
【図１４】図１４は、図１３の一部を拡大したＳＥＭ画像を示す写真である。
【００４７】
【図１５】図１５は、図１３のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００４８】
【図１６】図１６は、図１３のＳＥＭ画像におけるエキスパンドメタル構造部のみを画像処理により抽出した画像処理後の処理画像を示す図８と同様の写真である。
【００４９】
【図１７】図１７は、実施例４で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５０】
【図１８】図１８は、本発明の実施例５で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５１】
【図１９】図１９は、図１８のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００５２】
【図２０】図２０は、実施例５で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５３】
【図２１】図２１は、本発明の実施例６で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５４】
【図２２】図２２は、図２１のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００５５】
【図２３】図２３は、実施例６で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５６】
【図２４】図２４は、本発明の比較例１で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５７】
【図２５】図２５は、図２４のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００５８】
【図２６】図２６は、比較例１で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００５９】
【図２７】図２７は、本発明の比較例２で得られた図２と同様のアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００６０】
【図２８】図２８は、図２７のＳＥＭ画像の画像処理後の処理画像を示す図３と同様の写真である。
【００６１】
【図２９】図２９は、比較例２で得られた図４と同様の樹脂側表面形状のＳＥＭ画像を示す写真である。
【００６２】
【図３０】図３０は、各実施例及び各比較例で得られたアルミ合金部材を用いて作製されたせん断破壊荷重測定試験用のアルミ樹脂試験片（アルミ−樹脂複合体）を示す説明図である。
【００６３】
【図３１】図３１は、せん断破壊荷重測定試験機の試験片固定用冶具にアルミ樹脂試験片を固定し、せん断破壊荷重を測定する際の様子を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、本発明の実施例及び比較例に基づいて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【実施例】
【００６５】
〔実施例１〕
１．アルミ合金基材の調製
Ｓi：０．２１質量%、Ｍg：０．４２質量%、及びＭn：０．０１質量%を含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金を鋳造炉で鋳造した後、押出加工を行い、２０５０mm×８００mm×３mmの大きさのフラットバー（アルミ合金基材）を成形した。
【００６６】
２．アルミ合金部材の調製
上で得られたフラットバーについて、５２０℃及び１時間の条件で溶体化処理を施した後、大気雰囲気下で室温まで自然放冷し、次いで１９０℃及び３時間の条件で時効処理を実施した。また、得られた溶体化処理及び時効処理後（熱処理後）のフラットバーから、大きさ４０mm×４０mm×３mmの熱処理後アルミ合金基材を切り出した。
【００６７】
上で得られた熱処理後アルミ合金基材について、30wt%-硝酸水溶液に常温で１分間浸漬した後にイオン交換水で十分に水洗し、次いで5wt%-水酸化ナトリウム水溶液に５０℃で１分間浸漬した後に水洗し、更に、30wt%-硝酸水溶液に常温で１分間浸漬した後に水洗する前処理を施した。
【００６８】
次に、この前処理を施した熱処理後アルミ合金基材について、10wt%-硫酸水溶液中に３０℃で１０分間浸漬した後に水洗するエッチング処理を施し、次いで水洗した後に、８０℃の熱風で５分間乾燥させ、実施例１のアルミ合金部材を作製した。
【００６９】
このようにして得られた実施例１のアルミ合金部材について、その表面を走査型電子顕微鏡（日立製FE-SEM、S-4500形）で観察し、その後、画像処理を行って長さ０．１〜１０．０μmの大きさを有する凹状部について、その存在比率（面積比率）を算出した。また、Ｘ線回析装置（リガク製 RAD-rR）を用い、得られたアルミ合金基材の表面に内在する金属間化合物の積分回析強度値を測定し、その結果からアルミ合金基材中のMg2Si金属間化合物の割合を求めた。この時に得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図２に、また、その画像処理後の処理画像を図３にそれぞれ示すと共に、結果を表１に示す。
【００７０】
３．アルミ−樹脂複合体の調製
以上のようにして得られた実施例１のアルミ合金部材を射出成形機（NISSEI社製ST10R2V）の金型内にセットし、熱可塑性樹脂として、充填剤を含むポリフェニレンスルフィド樹脂（ポリプラスチックス社製PPS、グレード名1140A6）を用い、射出時間（保圧時間を含む）５秒、射出速度６０mm／秒、保圧力９０MPa、成形温度３１０℃、及び金型温度１８０℃の成形条件で射出成形し、図３０に示すように、４０mm×４０mm×３mmの大きさのアルミ合金部材１の表面に、長辺長さ４０mm×短辺長さ１０mm×高さ５mmの大きさの樹脂成形体２が４０mm×１０mm×５mmの面積で一体的に接合された実施例１のアルミ−樹脂複合体を調製した。この実施例１のアルミ−樹脂複合体については、樹脂側表面観察用とせん断破壊荷重測定試験用のために２つ作製した。
【００７１】
４．アルミ−樹脂複合体の樹脂側表面の観察
実施例１で得られたアルミ−樹脂複合体を10wt%-水酸化ナトリウム水溶液に８０℃で１０時間浸漬し、アルミ−樹脂複合体のアルミ側を完全に除去し、樹脂側表面観察用の試験体を作製し、得られた試験体の表面を走査型電子顕微鏡（日立製FE-SEM、S-4500形）で観察し、アルミ−樹脂複合体におけるアルミ−樹脂接合界面における樹脂成形体側表面の形状を調べ、クロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の凹凸構造の存在比率を調べた。この時に得られた樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図４に示すと共に、結果を表１に示す。
【００７２】
５．剪断破壊荷重測定試験
次に、剪断強度測定試験機（島津製作所製：100kNオートグラフ）を用い、図３１に示すように、その試験片固定用治具３に上記のせん断破壊加重測定試験用のアルミ樹脂試験片を図示外のボルトで固定し、接合部から０．１mm離れた位置で樹脂成形体２上に押しジグ４を当て、この押しジグ４により樹脂成形体２に剪断荷重を加え、アルミ部材試験片１と樹脂成形体２との間の接合部の剥離状態（剪断強度）を調べた。この時の剥離形態について、樹脂成形体２の樹脂がアルミ部材試験片１側に接合面積の７０%以上の割合で残る「凝集破壊」である場合を最良好（◎）とし、また、樹脂がアルミ部材試験片１側に一部でも残る「凝集破壊」である場合を良好（○）とし、更に、樹脂がアルミ部材試験片１側に残らずに剥離が接合界面で発生した場合を不良（×）として評価した。結果は最良好（◎）であった。
結果を表１に示す。
【００７３】
〔実施例２〜５及び比較例１、２〕
Ｍg、Ｓi、及びＭnについて表１に示す組成を有するAl-Mg-Si系アルミニウム合金を鋳造炉で鋳造した後、実施例１と同様にしてフラットバー（アルミ合金基材）を成形し、次いで表１に示す条件で溶体化処理、時効処理、及び硫酸水溶液でのエッチング処理を施した以外は、実施例１と同様にして実施例２〜６及び比較例１、２の各アルミ合金部材を調製した。
【００７４】
〔実施例６〕
実施例１と同様にして得られた熱処理後アルミ合金基材について、実施例１と同様の前処理を行った後、10wt%-硝酸水溶液中に３０℃で１０分間浸漬した後に水洗するエッチング処理を施し、次いで水洗した後に、８０℃の熱風で５分間乾燥させ、アルミ合金部材を作製した。
【００７５】
このようにして調製された各実施例２〜６及び比較例１、２のアルミ合金部材について、上記実施例１と同様にして、凹状部の存在比率とクロスヘッド型又はエキスパンドメタル型の凹凸構造の有無を調べると共に、アルミ部材試験片１と樹脂成形体２との間の接合部の剥離状態（剪断強度）を調べて評価した。
結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
また、実施例２で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図５に、その一部を拡大した画像を図６に、その画像処理後の処理画像を図７に、図５のＳＥＭ画像におけるエキスパンドメタル構造部のみを画像処理により抽出した処理画像を図８に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図９にそれぞれ示す。
実施例３で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図１０に、その画像処理後の処理画像を図１１に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図１２にそれぞれ示す。
【００７８】
実施例４で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図１３に、その一部を拡大した画像を図１４に、その画像処理後の処理画像を図１５に、図１３のＳＥＭ画像におけるエキスパンドメタル構造部のみを画像処理により抽出した処理画像を図１６に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図１７にそれぞれ示す。
実施例５で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図１８に、その画像処理後の処理画像を図１９に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図２０にそれぞれ示す。
【００７９】
実施例６で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図２１に、その画像処理後の処理画像を図２２に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図２３にそれぞれ示す。
【００８０】
そして、比較例１で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図２４に、その画像処理後の処理画像を図２５に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図２６にそれぞれ示す。
また、比較例２で得られたアルミ合金部材表面のＳＥＭ画像を図２７に、その画像処理後の処理画像を図２８に、また、樹脂成形体表面のＳＥＭ画像を図２９にそれぞれ示す。
【図１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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