(57)【要約】【課題】良好な耐食性や接着耐久性を示す皮膜が形成されており、抵抗スポット溶接性も良好な溶接継手を形成できる表面処理アルミニウム板、溶接構造体および抵抗スポット溶接方法を提供する。【解決手段】本発明に係る表面処理アルミニウム板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材と、基材の各面に形成されたチタンおよびジルコニウムのうちの一種以上を含有する第１の皮膜および第２の皮膜とを備え、第１の皮膜側が抵抗スポット溶接されて使用され、第２の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計が３〜１７ｍｇ／ｍ２であり、第１の皮膜は、皮膜量の合計が第２の皮膜よりも２０ｍｇ／ｍ２以上多く、ＤＶＳ２９２９−１による電気抵抗値が１０〜１００μΩである。溶接構造体は、表面処理アルミニウム板同士を第１の皮膜同士が対向する向きに重ね合わせて配置し、第２の皮膜側から加圧しながら行う抵抗スポット溶接方法により形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、第１の面および第２の面を有する基材と、前記第１の面および前記第２の面のそれぞれに形成された、チタンおよびジルコニウムのうちの一種以上を含有する第１の皮膜および第２の皮膜と、を備え、前記第１の皮膜側が他の部材と抵抗スポット溶接されて使用される表面処理アルミニウム板であって、
前記第２の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が３〜１７ｍｇ／ｍ２であり、
前記第１の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が前記第２の皮膜よりも２０ｍｇ／ｍ２以上多く、
ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値が１０〜１００μΩである表面処理アルミニウム板。
【請求項２】
被溶接材同士が抵抗スポット溶接された溶接構造体であって、
前記被溶接材が請求項１に記載の表面処理アルミニウム板であり、
前記表面処理アルミニウム板同士が第１の皮膜同士が対向する向きで抵抗スポット溶接されている溶接構造体。
【請求項３】
被溶接材同士を抵抗スポット溶接する抵抗スポット溶接方法であって、
前記被溶接材が請求項１に記載の表面処理アルミニウム板であり、
前記表面処理アルミニウム板同士を第１の皮膜同士が対向する向きに重ね合わせて配置し、
前記第２の皮膜側から加圧しながら抵抗スポット溶接する抵抗スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理によって皮膜が形成された表面処理アルミニウム板、表面処理アルミニウム板を被溶接材として形成される溶接構造体、および、溶接構造体を形成するための抵抗スポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、船舶、航空機などの部材として、軽量なアルミニウム材が普及している。一般に、アルミニウム製の板材は、耐食性や、塗装時の塗膜の密着性を向上させるためにプレコートを施されている。プレコートの方法としては、酸化物皮膜を無電解で形成できる化成処理が汎用されており、近年では、環境負荷を低減する観点から、チタンやジルコニウムの酸化物皮膜を形成するノンクロメート処理が広く利用されている。
【０００３】
化成処理の方法としては、アルミニウム製の板材を処理液と反応させて成膜する反応型の処理と、アルミニウム製の板材に処理液を付着させた後、塗膜を乾燥させて成膜する塗布型の処理とが知られている。反応型の処理は、板材に処理液を噴霧する噴霧法、板材を処理液に浸漬する浸漬法などで行われている。反応型の処理では、皮膜が形成された板材が、水洗によってリンスされてから、二次加工、塗装などを施されている。一方、塗布型の処理は、処理液の塗布の他、処理液を噴霧して付着させる静電塗装などで行われている。塗布型の処理では、通常、皮膜が形成された板材が、リンスされることなく後工程に供されている。
【０００４】
プレコートを施されて皮膜が形成された表面処理アルミニウム板は、最終製品を製造する過程において、各種の接合方法で他の部材と接合されている。接合方法としては、接着剤による接着、溶接、ろう付け、機械的接合など、各種の方法が利用されている。従来、アルミニウム製の板材と他の部材とを接着剤によって接着するとき、表面処理によって形成された皮膜が、接着耐久性を左右することが知られている。
【０００５】
特許文献１には、フッ化チタン化合物およびフッ化ジルコニウム化合物の少なくとも１種を含有する処理液をアルミニウム材料の表面に塗布して皮膜を形成する表面処理方法が記載されている。特許文献２に記載された表面処理方法により得られるアルミニウム表面処理材料は、塗布型の処理で皮膜が形成されており、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が３〜１７ｍｇ／ｍ２とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１７６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるように、アルミニウム製の板材の表面に形成する皮膜について、金属チタン換算量のチタン皮膜量と金属ジルコニウム換算量のジルコニウム皮膜量との合計量を３〜１７ｍｇ／ｍ２とすると、アルミニウムの水和が抑制されるため、アルミニウム製の板材と他の部材とを接着剤によって接着するとき、湿潤環境下などであっても、高い接着耐久性を得ることができる。また、皮膜が脆くなり内部破壊などを生じるのを抑制することができる。
【０００８】
しかし、表面処理によって皮膜が形成された表面処理アルミニウム板は、接着剤による
接着だけでなく、抵抗スポット溶接によって接合されることもある。抵抗スポット溶接では、被溶接材同士を重ね合わせて電極間に配置し、電極で加圧しながら通電して抵抗溶接を行うため、被溶接材の表面状態が原因で、電極の合金化、酸化、変形などが生じることがある。被溶接材が表面処理されている場合には、皮膜の性状も影響するため、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制する表面処理アルミニウム板が求められている。
【０００９】
また、近年、自動車用の外板パネルなどについて、更なる高強度化や高剛性化の要求がある。このような要求に伴って、表面処理アルミニウム板を用いた溶接継手についても、良好な溶接品質に加え、引張せん断強さ、疲労強度など、優れた強度特性が必要になっている。製造工程を簡略化する観点からは、プレコートを施された表面処理アルミニウム板を直接抵抗スポット溶接するプロセスが有利であり、耐食性や接着耐久性のみならず、抵抗スポット溶接性も備える表面処理アルミニウム板が求められている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、良好な耐食性や接着耐久性を示す皮膜が形成されており、抵抗スポット溶接性も良好な溶接継手を形成できる表面処理アルミニウム板、これを被溶接材として用いた溶接構造体、および、これを形成する抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明に係る表面処理アルミニウム板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、第１の面および第２の面を有する基材と、前記第１の面および前記第２の面のそれぞれに形成された、チタンおよびジルコニウムのうちの一種以上を含有する第１の皮膜および第２の皮膜と、を備え、前記第１の皮膜側が他の部材と抵抗スポット溶接されて使用される表面処理アルミニウム板であって、前記第２の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が３〜１７ｍｇ／ｍ２であり、前記第１の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が前記第２の皮膜よりも２０ｍｇ／ｍ２以上多く、ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値が１０〜１００μΩである。
【００１２】
このような表面処理アルミニウム板によると、第２の皮膜が、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が３〜１７ｍｇ／ｍ２であるため、良好な耐食性や接着耐久性が備わる。また、第２の皮膜は、相対的に電気抵抗が低いため、抵抗スポット溶接時、第２の皮膜を抵抗スポット溶接用の電極に接する側に配置することで、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制することができる。一方、第１の皮膜は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が第２の皮膜よりも十分に多いため、相対的に電気抵抗が高くなる。そのため、抵抗スポット溶接時、安定して偏平なナゲットを形成することができて、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手を得ることができる。更に、電気抵抗値が１０〜１００μΩであるため、適切な皮膜量で皮膜が形成された状態である。このような状態であると、耐食性などに加えて、抵抗スポット溶接性が向上する効果が得られることが判明した。表面処理アルミニウム板による溶接継手の溶接品質が、電気抵抗値の結果と対応することを見出し、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手を形成できる被溶接材となることを確認した。
【００１３】
また、本発明に係る溶接構造体は、被溶接材同士が抵抗スポット溶接された溶接構造体であって、前記被溶接材が前記の表面処理アルミニウム板であり、前記表面処理アルミニウム板同士が第１の皮膜同士が対向する向きで抵抗スポット溶接されている。
【００１４】
このような溶接構造体によると、被溶接材が、良好な耐食性などに加え、抵抗スポット溶接性も有するため、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手が備わる。そのため、このような溶接継手の構造によって、耐食性などに加え、接合部の引張せん断強さ、疲労強
度などが高い溶接構造体を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る抵抗スポット溶接方法は、被溶接材同士を抵抗スポット溶接する抵抗スポット溶接方法であって、前記被溶接材が前記の表面処理アルミニウム板であり、前記表面処理アルミニウム板同士を第１の皮膜同士が対向する向きに重ね合わせて配置し、前記第２の皮膜側から加圧しながら抵抗スポット溶接する。
【００１６】
このような抵抗スポット溶接方法によると、第１の皮膜側が接合面となり、第２の皮膜側が電極に接する面となるため、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制しつつ、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手を形成することができる。そのため、このような溶接継手の構造によって、耐食性などに加え、接合部の引張せん断強さ、疲労強度などが高い溶接構造体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る表面処理アルミニウム板によれば、良好な耐食性や接着耐久性を示す皮膜が形成されており、抵抗スポット溶接性も良好な溶接継手を形成することができる。また、本発明に係る溶接構造体や抵抗スポット溶接方法によれば、このような表面処理アルミニウム板を被溶接材として用いた、溶接継手の溶接品質や強度特性が良好な溶接構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る表面処理アルミニウム板の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】表面処理方法の工程を模式的に示す図である。
【図３】抵抗スポット溶接された表面処理アルミニウム板の重ね合わせと、目標ナゲット径を４√ｔとして形成した溶接部の断面の観察結果を示す図である。
【図４】抵抗スポット溶接された表面処理アルミニウム板の重ね合わせと、目標ナゲット径を５√ｔとして形成した溶接部の断面の観察結果を示す図である。
【図５Ａ】抵抗スポット溶接により形成された溶接部の評価に用いた測定部位を示す図である。
【図５Ｂ】目標ナゲット径を４√ｔとして形成した溶接部の測定結果を示す図である。
【図５Ｃ】目標ナゲット径を５√ｔとして形成した溶接部の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る表面処理アルミニウム板、この表面処理アルミニウム板を被溶接材として形成される溶接構造体、および、この溶接構造体を形成するための抵抗スポット溶接方法について説明する。
【００２０】
＜表面処理アルミニウム板＞
図１は、本発明に係る表面処理アルミニウム板の構成を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る表面処理アルミウム板１は、基材２と、第１の皮膜１０と、第２の皮膜２０と、を備えている。基材２は、一方向側に臨む第１の面と、第１の面とは反対側に臨む第２の面、換言すると、第１の面と対向する関係で略平行な裏面を成す第２の面とを有している。第１の皮膜１０は第１の面に形成されており、第２の皮膜２０は第２の面に形成されている。
【００２１】
表面処理アルミニウム板１は、基材２の表面にプレコートを施されており、第１の面および第２の面のそれぞれに、互いに皮膜量が異なる皮膜１０，２０が形成されている。表面処理アルミニウム板１は、他の部材と抵抗スポット溶接されて各種の用途に用いられる
。第１の皮膜１０および第２の皮膜２０のうち、第１の皮膜１０側が抵抗スポット溶接の接合面として適しており、第２の皮膜２０側が抵抗スポット溶接用の電極に接する面（電極面）として適している。
【００２２】
（基材）
基材２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金は、成分の種類や組成が、特に制限されるものではない。アルミニウム合金としては、溶接性や強度の観点からは、Ａｌ−Ｍｇ系合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が好ましく用いられる。基材２は、例えば、圧延材、板状の押出材、板状の鋳物などの形態として用いてよい。基材２の好ましい形態は、皮膜を形成する平面を有する点で、板、合せ板または条である。
【００２３】
基材２の厚さは、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．８ｍｍ以上がより好ましい。厚さが０．８ｍｍ以上であると、基材２の強度が確保され易いため、各種の用途に適した表面処理アルミニウム板１を得ることができる。また、基材２の厚さは、５．０ｍｍ以下が好ましく、３．０ｍｍ以下がより好ましい。厚さが薄いほど、基材２の原料コストが低くなるし、表面処理アルミニウム板１が軽量化される。
【００２４】
（皮膜）
第１の皮膜１０および第２の皮膜２０は、それぞれ、チタンおよびジルコニウムのうちの一種以上を含有する皮膜として形成される。チタンやジルコニウムは、化成処理においてチタン系酸化物皮膜やジルコニウム系酸化物皮膜を形成する。そのため、このような皮膜によって、基材２と、水、酸素、塩化物イオンなどの劣化因子との接触が低減される。その結果、アルミニウムの水和が抑制され、表面処理アルミニウム板１の耐食性が向上する効果が得られる。また、水などの浸入が低減し、接着剤による接着を利用する場合の接着耐久性が向上するし、塗装時の塗膜の密着性が向上する。
【００２５】
第２の皮膜２０は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量を、チタン換算およびジルコニウム換算で、３〜１７ｍｇ／ｍ２とする。合計量が３ｍｇ／ｍ２未満であると、十分な耐食性や接着耐久性を得ることができない。一方、合計量が１７ｍｇ／ｍ２を超えると、耐食性を向上させる効果が飽和する一方、製造コストが高くなる。また、第２の皮膜２０は導電率が高い基材２と比較して電気抵抗が高くなるところ、第２の皮膜２０が厚いと、抵抗スポット溶接用の電極に接する側に配置したとき、異常な電流集中によるジュール熱などが原因で、電極の合金化、酸化、変形などが生じ、電極の劣化が進行し易くなる。また、接着剤による接着を利用するとき、第２の皮膜２０が内部破壊を生じ易くなる。これに対し、合計量が前記の範囲であれば、良好な耐食性や接着耐久性を備えつつ、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制することができる。
【００２６】
第２の皮膜２０のチタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量は、表面処理アルミニウム板１の耐食性を向上させる観点からは、２ｍｇ／ｍ２以上とすることがより好ましく、４ｍｇ／ｍ２以上とすることが更に好ましい。また、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制する観点からは、２０ｍｇ／ｍ２以下とすることがより好ましく、１６ｍｇ／ｍ２以下とすることが更に好ましい。
【００２７】
第２の皮膜２０のチタン皮膜量やジルコニウム皮膜量は、表面処理アルミニウム板１の耐食性を向上させる観点からは、チタン換算およびジルコニウム換算で、１ｍｇ／ｍ２以上とすることが好ましく、２ｍｇ／ｍ２以上とすることがより好ましい。また、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制する観点からは、チタン換算およびジルコニウム換算で、１０ｍｇ／ｍ２以下とすることが好ましく、８ｍｇ／ｍ２以下とすることがより好ましく、６ｍｇ／ｍ２以下とすることが更に好ましい。
【００２８】
第１の皮膜１０は、チタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量が、第２の皮膜２０における合計量よりも多くなるように設ける必要がある。表面処理アルミウム板１において、第１の皮膜１０側は、他の部材と抵抗スポット溶接するときの接合面とする。このような配置で用いるとき、第１の皮膜１０についての皮膜量の合計量が、第２の皮膜２０についての皮膜量の合計量よりも十分に多くないと、表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接するとき、適切に設定した溶接電流の下で抵抗スポット溶接を行いつつ、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制することが困難であり、溶接継手の溶接品質や強度特性と、電極の使用寿命とを両立することができない。
【００２９】
一般に、被溶接材が高導電性のアルミニウム材である場合、抵抗加熱のために高い加圧力や大電流を要し、皮膜の表面状態によって生じる電流集中が問題となる。そのため、適切に抑制された溶接電流の下で、表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接するとき、第１の皮膜１０についての皮膜量の合計量が、第２の皮膜２０についての皮膜量の合計量と同程度であると、第１の皮膜１０同士が接する接合面において皮膜抵抗が不足し易くなる。接合面で皮膜抵抗が不足すると、抑制された溶接電流の下で抵抗加熱を進めることが難しくなるため、ナゲットが接合面の法線方向に厚くなり、溶接継手の引張せん断強さ、疲労強度などの強度特性が悪化してしまう。これに対し、第１の皮膜１０についての皮膜量の合計量が第２の皮膜２０よりも十分に多いと、適切に設定した溶接電流の下で、安定して偏平なナゲットを形成することができる。そのため、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制しつつ、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手を得ることができる。
【００３０】
第１の皮膜１０のチタン皮膜量とジルコニウム皮膜量との合計量は、第２の皮膜２０における合計量よりも、チタン換算およびジルコニウム換算で、２０ｍｇ／ｍ２以上多いことが好ましい。このような皮膜量の関係であると、表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接するとき、第１の皮膜１０同士が接する接合面側で、皮膜抵抗が十分に高くなるため、抑制された溶接電流の下であっても、抵抗加熱を確実に進めて溶接不良を低減することができる。よって、抑制された溶接電流の下、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制しつつ、薄いナゲットを形成して、良好な溶接品質や強度特性を示す溶接継手を得ることができる。
【００３１】
第１の皮膜１０や第２の皮膜２０のチタン皮膜量やジルコニウム皮膜量は、例えば、蛍光Ｘ線解析（Ｘ−ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＸＲＦ）によって測定することができる。また、第１の皮膜１０や第２の皮膜２０の厚さは、例えば、グロー放電発光分析（Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＧＤ−ＯＥＳ）によって測定することができる。
【００３２】
（表面処理アルミニウム板の電気抵抗値）
表面処理アルミニウム板１は、ドイツ溶接協会（ＤＶＳ）が公開している測定法：ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値を１０〜１００μΩとする。ＤＶＳ２９２９−１によると、電極間に表面処理アルミニウム板１を厚さ方向に挟んで電極間抵抗が測定される。測定される電極間抵抗は、高導電性の基材２ではなく、主として、両面に形成されている皮膜の電気抵抗や、電極と皮膜との接触抵抗に依存する。そのため、チタン皮膜量やジルコニウム皮膜量と電気抵抗値との関係を予め求めておき、この関係と測定される電気抵抗値とから、第１の皮膜１０や第２の皮膜２０が、抵抗スポット溶接や耐食性などの向上に適切な皮膜量か否かを、間接的に把握することができる。
【００３３】
ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値が１０μΩ未満であると、第１の皮膜１０と第２の皮膜２０の電気抵抗が低すぎる状態であるため、表面処理アルミニウム
板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接するとき、皮膜量が相対的に多い第１の皮膜１０においても、発生するジュール熱が小さくなる。この場合、第１の皮膜１０同士が接する接合面が抵抗加熱され難くなり、溶接電流が低い場合には、溶接不良を生じ、溶接電流が高い場合には、偏平なナゲットが形成され難くなる。そのため、引張せん断強さ、疲労強度などの強度特性が良好な溶接継手が得られなくなったり、被溶接材同士の接合自体が困難になったりする。
【００３４】
一方、ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値が１００μΩを超えると、第１の皮膜１０と第２の皮膜２０の電気抵抗が高すぎる状態であるため、表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接するとき、皮膜量が相対的に多い第１の皮膜１０のみならず、抵抗スポット溶接用の電極に接する第２の皮膜２０の電気抵抗も大きくなる。この場合、異常な電流集中によるジュール熱などが原因で電極の劣化が進行し易くなったり、母材が必要以上に溶融し、熱影響部が散りを生じたりする虞がある。
【００３５】
これに対し、ＤＶＳ２９２９−１に準拠して測定される電気抵抗値が前記の範囲であれば、適切に設定した溶接条件の下で、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制しつつ、安定して偏平なナゲットを形成することができる。すなわち、電極の使用寿命を大きく損なわず、溶接品質や強度特性が良好な溶接継手を得ることができる。表面処理アルミニウム板１について測定される電気抵抗値は、好ましくは１５μΩ以上、より好ましくは１７μΩ以上である。なお、本測定法によると、電気抵抗値は、第１の皮膜１０の抵抗と第２の皮膜２０の抵抗との両方の平均値として算出されることになる。電気抵抗値は、主として、第１の皮膜１０や第２の皮膜２０のチタン皮膜量やジルコニウム皮膜量の調節によって、所定の範囲に調整することができる。
【００３６】
＜表面処理方法＞
次に、前記の表面処理アルミニウム板の製造に用いる表面処理方法の一例について説明する。
【００３７】
図２は、表面処理方法の工程を模式的に示す図である。
図２に示すように、本実施形態に係る表面処理アルミニウム板の製造に用いる表面処理方法は、アルカリ洗浄工程Ｓ１と、水洗工程Ｓ２と、酸洗浄工程Ｓ３と、水洗工程Ｓ４と、第１の処理液塗布工程Ｓ５と、第１の乾燥工程Ｓ６と、第２の処理液塗布工程Ｓ７と、第２の乾燥工程Ｓ８と、をこの順に含む。
【００３８】
（アルカリ洗浄工程）
アルカリ洗浄工程Ｓ１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面をアルカリ性洗浄剤で洗浄する工程である。基材の表面をアルカリ洗浄することによって、基材の加工時に付着した潤滑油などの油分を脱脂する。アルカリ洗浄は、例えば、基材にアルカリ性洗浄剤を噴霧する方法、基材をアルカリ性洗浄剤に浸漬する方法などの適宜の方法で行うことができる。なお、油分の残存量が微量である場合には、アルカリ洗浄工程Ｓ１は省略してもよい。
【００３９】
（水洗工程）
水洗工程Ｓ２は、アルカリ洗浄された基材を水洗する工程である。基材を水洗することによって、基材の表面に残存しているアルカリ性洗浄剤を除去する。なお、アルカリ洗浄工程Ｓ１を実施しない場合には、水洗工程Ｓ２も省略してよい。
【００４０】
（酸洗浄工程）
酸洗浄工程Ｓ３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材の表面を酸性洗
浄剤で洗浄する工程である。基材の表面を酸洗浄することによって、基材の表面に生成しているアルミニウム酸化物やマグネシウム酸化物などの酸化皮膜を除去する。また、基材の表面を酸洗浄することによって、基材の表面の性状を調整する。酸洗浄は、例えば、硫酸、フッ酸などを含む酸性洗浄剤を基材に噴霧する方法、硫酸、フッ酸などを含む酸性洗浄剤に基材を浸漬する方法などの適宜の方法で行うことができる。なお、酸化皮膜の生成量が微量である場合には、酸洗浄工程Ｓ３は省略してもよい。
【００４１】
（水洗工程）
水洗工程Ｓ４は、酸洗浄された基材を水洗する工程である。基材を水洗することによって、基材の表面に残存している酸性洗浄剤を除去する。なお、酸洗浄工程Ｓ３を実施しない場合には、水洗工程Ｓ４も省略してよい。
【００４２】
（処理液塗布工程）
処理液塗布工程Ｓ５は、基材の表面に表面処理のための処理液を付着させる工程である。処理液を塗布する塗布装置としては、例えば、ロールコーター、スプレーコーター、ダイコーターなどの適宜の塗工機を用いることができる。処理液塗布工程Ｓ５では、塗布型の処理を行うため、基材に処理液を噴霧する噴霧法、基材を処理液に浸漬する浸漬法などと比較して、基材の表面に処理液を均一性高く接触させることができる。そのため、表面当たりの皮膜量の均一性が高く、適正な皮膜量の範囲に調整されている表面処理アルミニウム板１を安定的に得ることができる。
【００４３】
処理液としては、フッ化チタン化合物およびフッ化ジルコニウム化合物のうちの一種以上を含有する処理液を用いることができる。フッ化チタン化合物としては、例えば、Ｋ２ＴｉＦ６、（ＮＨ４）２ＴｉＦ６などのフルオロチタネートや、Ｈ２ＴｉＦ６などのフルオロチタネート酸が挙げられる。また、フッ化ジルコニウム化合物としては、例えば、Ｋ２ＺｒＦ６、（ＮＨ４）２ＺｒＦ６などのフルオロジルコネートや、Ｈ２ＺｒＦ６などのフルオロジルコネート酸が挙げられる。
【００４４】
（乾燥工程）
乾燥工程Ｓ６は、処理液が付着した基材を乾燥させて皮膜を形成する工程である。乾燥処理は、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、冷風乾燥などの適宜の乾燥方法を用いて行うことができる。加熱乾燥は、例えば、処理温度が５０〜１５０℃、処理時間が１０〜６０秒の乾燥条件や、これと同等の乾燥条件などで行うことができる。
【００４５】
（水洗工程）
水洗工程Ｓ７は、基材の表面に形成された皮膜を水洗する工程である。形成された皮膜中には、処理液に含まれていた未反応のフッ化チタン化合物ないしフッ化ジルコニウム化合物や、アルミニウムと処理液との反応で生成したフッ化アルミニウムなどのフッ素化合物が残留していることがある。これらのフッ素化合物は、接着剤による接着を利用するとき、湿潤環境下などにおいて接着耐久性を低下させる。しかし、皮膜を水洗すると、フッ素化合物の残留量が減るため、高い接着耐久性を得ることができる。
【００４６】
水洗で使用する水は、３０℃以上８０℃以下が好ましく、５０℃以上７０℃以下がより好ましい。水温が３０℃以上であると、水洗の効果が高くなるため、フッ素化合物の残留量を確実に低減することができる。また、水温が８０℃以下であると、フッ素化合物を除去する効果が飽和しなくて済むため、製造コストなどが低減する。水洗の時間は、特に制限されるものではないが、例えば、２〜１２０秒の条件などで行うことができる。なお、フッ素化合物の残留量が微量である場合には、水洗工程Ｓ７は省略してもよい。
【００４７】
（乾燥工程）
乾燥工程Ｓ８は、水洗した基材を乾燥させる工程である。乾燥処理は、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、冷風乾燥などの適宜の乾燥方法を用いて行うことができる。なお、水洗工程Ｓ７を実施しない場合には、乾燥工程Ｓ８も省略してよい。
【００４８】
第１の面および第２の面のそれぞれに、皮膜量が互いに異なる皮膜が形成されている表面処理アルミニウム板は、第１の処理液塗布工程Ｓ５と第１の乾燥工程Ｓ６で、基材の一方の面にいずれかの皮膜を形成し、第２の処理液塗布工程Ｓ９と第２の乾燥工程Ｓ１０で、基材の他方の面に残りの皮膜を形成して製造できる。なお、以降の処理液塗布工程Ｓ９〜乾燥工程Ｓ１２は、成膜する皮膜量を除いて、前記の処理液塗布工程Ｓ５〜乾燥工程Ｓ８と同様に行うことができる。処理液塗布工程Ｓ５，Ｓ９では塗布型の表面処理を行うため、処理液をかけ流しするような噴霧法や、浸漬法を用いる反応型の処理とは異なり、各面に皮膜量が互いに異なる皮膜を形成することができる。なお、第１の皮膜１０および第２の皮膜２０は、成膜する順序が特に制限されるものではない。
【００４９】
第２の皮膜２０を形成するための処理液は、基材２の塗布面積に対するチタンやジルコニウムの合計の塗布量が、チタン換算およびジルコニウム換算で、４〜２５ｍｇ／ｍ２となるように塗布することが好ましい。このような塗布量の範囲で処理液を塗布すると、処理液に含まれていたチタンやジルコニウムの一部が乾燥工程において揮発して失われたとき、第２の皮膜２０の皮膜量が、チタン換算およびジルコニウム換算で、３〜１７ｍｇ／ｍ２となる。
【００５０】
第２の皮膜２０を形成するための処理液は、フッ化チタン化合物やフッ化ジルコニウム化合物の濃度が、チタン換算およびジルコニウム換算で、２０〜４００ｐｐｍであることが好ましい。このような濃度であれば、塗布型の処理において、基材２の塗布面積に対する処理液の塗布量が２０〜１００ｍＬ／ｍ２であるとき、基材２の塗布面積に対するチタンやジルコニウムの合計の塗布量を、安定して４〜２５ｍｇ／ｍ２にすることができる。濃度が４００ｐｐｍ以下であると、皮膜内に高濃度のフッ素化合物が残留するのを抑制することができる。そのため、接着剤による接着を利用するとき、フッ素化合物が接着耐久性を低下させるのを抑制できる。
【００５１】
第２の皮膜２０を形成するための処理液は、基材２の塗布面積に対する処理液の塗布量が、２０〜１００ｍＬ／ｍ２であることが好ましい。このような塗布量であれば、処理液のフッ化チタン化合物やフッ化ジルコニウム化合物の濃度が、チタン換算およびジルコニウム換算で、２０〜４００ｐｐｍであるとき、基材２の塗布面積に対するチタンやジルコニウムの合計の塗布量を、安定して４〜２５ｍｇ／ｍ２にすることができる。塗布量が２０ｍＬ／ｍ２以上であると、処理液の濃度を過度に高くしなくとも、適正な皮膜量の皮膜を形成することができるため、皮膜内に高濃度のフッ素化合物が残留するのを抑制することができる。また、塗布量が１００ｍＬ／ｍ２以下であると、基材２の表面に処理液が均一に接触し易くなるため、皮膜量の均一性が高く、耐食性や接着耐久性が良好な表面処理アルミニウム板１を安定して製造できる。
【００５２】
一方、第１の皮膜１０を形成するための処理液は、フッ化チタン化合物やフッ化ジルコニウム化合物の濃度が、チタン換算およびジルコニウム換算で、２０ｐｐｍ以上であることが好ましい。また、第１の皮膜１０を形成するための処理液は、基材２の塗布面積に対する処理液の塗布量が、１００ｍＬ／ｍ２以下であることが好ましい。第１の皮膜１０は、第２の皮膜２０に対して、処理液の濃度および処理液の塗布量のうち、いずれを変えて成膜してもよいが、作業性を改善したり、狙い皮膜量からの誤差を小さくしたりする観点からは、第１の皮膜１０を形成する処理液の濃度を第２の皮膜２０を形成する処理液よりも高くし、塗布量については同等とすることが好ましい。
【００５３】
＜抵抗スポット溶接方法＞
次に、前記の表面処理アルミニウム板を被溶接材として形成される溶接構造体を形成するための抵抗スポット溶接方法について説明する。
【００５４】
本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、第１の面および第２の面のそれぞれに、互いに皮膜量が異なる皮膜が形成されている前記の表面処理アルミニウム板を被溶接材として用いて、被溶接材同士を抵抗スポット溶接で接合する方法に関する。この抵抗スポット溶接方法では、表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて抵抗スポット溶接することによって、表面処理アルミニウム板１が溶接継手を形成している溶接構造体を製造する。
【００５５】
抵抗スポット溶接は、例えば、シリーズ式、ダイレクト式、インダイレクト式などの適宜の通電方式の溶接装置で行うことができる。溶接装置は、単相交流式、三相交流式、直流式、コンデンサ式などのいずれであってもよいし、インバータ式であってもよい。また、抵抗スポット溶接用の電極は、平面形、ラジアス形、ドーム形、ドームラジアス形、円錐台形など、適宜の形状であってよい。電極の材質や、電極の先端部のめっきの種類は、特に制限されるものではない。
【００５６】
抵抗スポット溶接は、表面処理アルミニウム板１の厚さ、皮膜量、電気抵抗値、電極の先端径などに応じて、適宜の溶接電流、加圧力、スクイズ時間（加圧後に通電するまでの時間）、通電時間、ホールド時間（通電後に圧力解放するまでの時間）で行うことができる。例えば、ナゲット径は、４√ｔ、５√ｔ（ｔ＝厚さ）とすることができる。また、例えば、基材２が厚さ１．００ｍｍ程度の５０００系合金や６０００系合金である場合、これらのナゲット径の範囲において、溶接電流は、１５〜３０ｋＡ、加圧力は、２．６５ｋＮなどとすることができる。
【００５７】
抵抗スポット溶接では、はじめに、被溶接材である表面処理アルミニウム板１同士を、第１の皮膜１０同士が対向する向きに重ね合わせて、溶接装置の電極間に配置する。被溶接材として用いる表面処理アルミニウム板１の表面は、予め、脱脂、水洗、湯洗などされていることが好ましい。但し、表面処理アルミニウム板１はプレコートされているため、抵抗スポット溶接の直前に酸洗浄を施す必要はなく、工程の簡略化によって生産性を向上させることができる。
【００５８】
続いて、第１の皮膜１０同士が密着する重ね合わせで配置した表面処理アルミニウム板１を、抵抗スポット溶接用の電極で加圧し、第２の皮膜２０側から加圧しながら溶接電流を通電して抵抗スポット溶接する。皮膜量が相対的に少ない第２の皮膜２０側の所定位置に打点するため、接合に必要な溶接電流の下、電極の劣化を最小限に抑制することができる。また、皮膜量が相対的に少ない第２の皮膜２０側では、発生するジュール熱が相対的に小さくなるので、安定して偏平なナゲットを形成することができる。
【００５９】
＜溶接構造体＞
本実施形態に係る溶接構造体は、以上の抵抗スポット溶接方法により形成することができる。溶接構造体は、被溶接材が、第１の面および第２の面のそれぞれに、互いに皮膜量が異なる皮膜が形成されている前記の表面処理アルミニウム板であり、表面処理アルミニウム板同士が第１の皮膜同士が対向する向きで重ね合わされて接合されている接合部を有する。溶接構造体は、抵抗スポット溶接に加え、二次加工、塗装などを施されていてもよいし、接着剤による接着などの他の接合が施されていてもよい。
【００６０】
溶接構造体は、被溶接材として前記の表面処理アルミニウム板同士が接合されている限り、形状、用途、被溶接材の数などが、特に制限されるものではない。被溶接材としては
、前記の表面処理アルミニウム板に加え、表面性状が異なる同材、異材などが組み合わされてもよい。溶接構造体は、例えば、自動車、船舶、航空機などの部材、特に自動車用パネルの材料として、好適に用いることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の実施例を示して本発明について具体的に説明を行う。但し、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではない。
【００６２】
供試材として、接合面および電極に接する面（電極面）のそれぞれに、チタンおよびジルコニウムを含有する皮膜が形成されている表面処理アルミニウム板を作製した。そして、各面の皮膜量が異なる組み合わせで抵抗スポット溶接を行い、溶接継手の電気抵抗と溶接部を評価した。
【００６３】
表面処理アルミニウム板の基材としては、ＪＩＳ  Ｈ  ４０００：２０１４に規定される合金番号５１５４に相当し、幅１５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×板厚１．０ｍｍであるアルミニウム合金板を用いた。基材は、ヘキサンで洗浄した後、アルカリ脱脂を行い、更に、硫酸とフッ酸で洗浄してから、塗布型の表面処理を施した。基材の各面に、フルオロチタネート酸およびフルオロジルコネート酸を含有する処理液を塗布し、８０℃で２７秒の焼付けを行って乾燥させた後、表面を６０℃の純水で３０秒洗浄することによって、各供試材を得た。
【００６４】
供試材は、接合面および電極面のそれぞれについて、チタン皮膜量、ジルコニウム皮膜量およびこれらの合計量を表１に示す量とした。皮膜量は、処理液を適宜希釈することによって調整した。皮膜量は、各供試材から直径５ｃｍの試料片を切り出し、蛍光Ｘ線分析装置（島津製作所社製、型式ＸＲＦ−１８００）によって、チタンおよびジルコニウムのそれぞれについて測定した。そして、接合面（表１参照）が互いに対向する配置で供試材同士を重ね合わせ、計４種類の重ね合わせについて、電気抵抗測定と溶接試験を行った。
【００６５】
電気抵抗測定は、ＤＶＳ２９２９−１に準拠して、重ね合わせた供試材を、加圧力２．６５ｋＮで加圧しながら行った。また、溶接試験は、ＡＲＯ社製溶接機を使用して、目標ナゲット径を４√ｔまたは５√ｔとして行った。溶接条件は、加圧力：２．６５ｋＮ、スクイズ時間：６００ｍｓｅｃ、通電時間：１００ｍｓｅｃ、ホールド時間：４００ｍｓｅｃとした。また、溶接電流は、１５〜３０ｋＡの範囲内で試験毎に変更した。表１に、接合面に形成された皮膜の皮膜量、電極面に形成された皮膜の皮膜量、両面を合計した皮膜量、２枚の供試材を重ね合わせたときの総抵抗の測定結果を示す。
【００６６】
【表１】
2019157242.tif 000003
【００６７】
図３は、抵抗スポット溶接された表面処理アルミニウム板の重ね合わせと、目標ナゲット径を４√ｔとして形成した溶接部の断面の観察結果を示す図である。また、図４は、抵抗スポット溶接された表面処理アルミニウム板の重ね合わせと、目標ナゲット径を５√ｔ
として形成した溶接部の断面の観察結果を示す図である。
図３および図４において、下図は、各供試材の皮膜量と重ね合わせの配置を模式的に示す図である。また、上図は、各溶接試験の後、溶接部の断面を観察した写真である。各写真について、溶接試験で通電した溶接電流値と、溶接した供試材の破断径とを示す。破断径は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１４４：２０１３に規定されるピール試験において、せん断引張の変位速度：１０ｍｍ／ｍｉｎで破断形態を観察し、ナゲットの中心と供試材の破断部との距離の２倍として求めた。
【００６８】
図３および図４に示すように、試験Ｎｏ．１およびＮｏ．４は、第１の面および第２の面のそれぞれに、同等の皮膜量の皮膜が形成されている供試材を重ね合わせているため、厚いナゲットが形成された。溶接電流が高いほど、また、目標ナゲット径が大きい条件（図４参照）ほど、ナゲットが厚くなり、破断径が拡大した。
【００６９】
また、試験Ｎｏ．３は、第１の面および第２の面のそれぞれに、互いに皮膜量が異なる皮膜が形成されている供試材を重ね合わせているが、皮膜量が相対的に少ない面同士が対向するように重ね合わせているため、やや厚いナゲットが形成された。特に、目標ナゲット径が大きく、溶接電流が高い条件（図４参照）では、ナゲットおよび熱影響部が重ね継手の表面付近まで接近しており、電極に対する熱影響や表面の平面性への影響が拡大する可能性が確認された。
【００７０】
これに対し、試験Ｎｏ．２は、第１の面および第２の面のそれぞれに、互いに皮膜量が異なる皮膜が形成されている供試材を、皮膜量が相対的に多い面が対向するように重ね合わせているため、偏平なナゲットが形成された（図３および図４参照）。ナゲットと重ね継手の表面との距離が大きくなり、電極に対する熱影響が小さくなる可能性が確認された。片方の供試材につき、両面の皮膜量に凡そ２０ｍｇ／ｍ２以上の差異があると、安定して偏平なナゲットを形成し得ると考えられる。
【００７１】
図５は、抵抗スポット溶接により形成された溶接部を評価した結果である。図５Ａは、抵抗スポット溶接により形成された溶接部の評価に用いた測定部位を示す図、図５Ｂは、目標ナゲット径を４√ｔとして形成した溶接部の測定結果を示す図、図５Ｃは、目標ナゲット径を５√ｔとして形成した溶接部の測定結果を示す図である。
図５Ａにおいて、符号１００は供試材同士が抵抗スポット溶接された溶接継手、符号１１０は母材（供試材）、符号１２０はナゲットを示す。また、ｔＮはナゲット厚さ、ｔ１はナゲット中心の上端と母材上面との距離、ｔ２は、ナゲット中心の下端と母材下面との距離を示す。図５Ｂおよび図５Ｃでは、各溶接部（図３および図４参照）のナゲットの偏平性を評価するために、接合面の法線方向におけるナゲットの占有長さを、ｔＮ、ｔ１およびｔ２で示している。
【００７２】
図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、試験Ｎｏ．１、３および４は、ｔＮが大きく、ｔ１およびｔ２が小さい傾向があり、目標ナゲット径が大きいほど、また、溶接電流が高いほど、この傾向が強くなっている。これに対し、試験Ｎｏ．２では、ｔＮが小さく、ｔ１およびｔ２が大きくなっており、薄いナゲットが浅い溶け込みで接合面付近に形成されている。所定の目標ナゲット径を設定した条件下で、接合面の法線方向におけるナゲットの占有長さが短くなっており、互いに皮膜量が異なる皮膜が形成されている供試材により、偏平なナゲットが形成されることが分かる。
【００７３】
表１に示すように、試験Ｎｏ．１〜４は、２枚の供試材を重ね合わせたときの総抵抗が、９．４〜６０μΩ程度であるが、試験Ｎｏ．２と同等の総抵抗があれば、耐食性を確保し、且つ、抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制した状態で、両面の皮膜量に十分な差異を設けて、優れた抵抗スポット溶接性を得れると考えられる。
【００７４】
次に、試料として、第１の面および第２の面のそれぞれに、チタンおよびジルコニウムを含有する皮膜が形成されている表面処理アルミニウム板を作製した。そして、各面の皮膜量を変えて表面処理アルミニウム板の電気抵抗値を調べた。
【００７５】
試料としては、前記の供試材と同様の手順で、表面処理アルミニウム板を作製した。試料は、第１の面および第２の面のそれぞれについて、チタン皮膜量、ジルコニウム皮膜量およびこれらの合計量を表２に示す量とした。電気抵抗測定は、ＤＶＳ２９２９−１に準拠して、電極間に試料を厚さ方向に挟んで測定した。表２に、各面に形成する皮膜の狙い皮膜量、両面を合計した狙い皮膜量、電気抵抗値の測定結果を示す。
【００７６】
【表２】
2019157242.tif 000004
【００７７】
表２に示すように、試料Ｎｏ．１〜４は、電気抵抗値が１５〜４０μΩ程度であり、十分な抵抗スポット溶接性があると考えられるが、皮膜量が相対的に少ない皮膜の皮膜量が、３ｍｇ／ｍ２未満であるため、十分な耐食性や接着耐久性を得ることができないといえる。
【００７８】
また、試料Ｎｏ．２０〜２２は、電気抵抗値が６０〜１００μΩ程度であり、十分な抵
抗スポット溶接性があると考えられるが、皮膜量が相対的に少ない皮膜の皮膜量が、１７ｍｇ／ｍ２を超えるため、製造コストの増大、抵抗スポット溶接用の電極の劣化、接着剤による接着を利用する場合の内部破壊などの懸念がある。
【００７９】
また、試料Ｎｏ．２３は、電気抵抗値が１００μΩを超えているため、製造コストの増大、抵抗スポット溶接用の電極の劣化、接着剤による接着を利用する場合の内部破壊などの懸念に加え、母材が必要以上に溶融する懸念がある。
【００８０】
これに対し、試料Ｎｏ．５〜１９は、電気抵抗値が十分に高く、且つ、電極面となる第２の面に形成される皮膜の皮膜量も適正であるため、製造コストや抵抗スポット溶接用の電極の劣化を抑制して、偏平なナゲットを形成することが可能であり、良好な抵抗スポット溶接性を得ることができると考えられる。
【符号の説明】
【００８１】
１      表面処理アルミニウム板
２      基材
１０    第１の皮膜
２０    第２の皮膜
１００  溶接継手
１１０  母材
１２０  ナゲット
【図１】
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【図２】
2019157242.tif 000006
【図３】
2019157242.tif 000007
【図４】
2019157242.tif 000008
【図５Ａ】
2019157242.tif 000009
【図５Ｂ】
2019157242.tif 000010
【図５Ｃ】
2019157242.tif 000011