(57)【要約】  アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材に対して、陽極酸化処理後の結晶粒模様が視認されず、均一なポーラス型の多孔性陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材及びこの表面処理アルミニウム材を製造するのに適した新規な亜鉛添加アルミニウム合金を提供する。  アルミニウム合金基材とその表面に形成された陽極酸化皮膜とを有する表面処理アルミニウム材であって、前記アルミニウム合金基材が、Ｚｎ成分：０．０５〜１質量％、不可避不純物：０．０２質量％以下、及び残部：アルミニウムの合金組成を有する亜鉛添加アルミニウム合金で形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金基材とその表面に形成された陽極酸化皮膜とを有する表面処理アルミニウム材であって、
前記アルミニウム合金基材が、Ｚｎ成分：０．０５〜１質量％、不可避不純物：０．０２質量％以下、及び残部：アルミニウムの合金組成を有する亜鉛添加アルミニウム合金で形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材。
【請求項２】
前記陽極酸化皮膜が、多塩基酸水溶液を処理浴とする陽極酸化処理により形成される請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金基材は、前記陽極酸化処理に先駆けて、切削加工、バフ研磨、電解研磨、及び化学研磨から選ばれたいずれかの方法で平坦化処理されている請求項１又は２に記載の表面処理アルミニウム材。
【請求項４】
高純度アルミニウムにＺｎを添加してなるアルミニウム合金であって、Ｚｎ成分が０．０５〜１質量％、不可避不純物が０．０２質量％以下、及び残部がアルミニウムであることを特徴とする亜鉛添加アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面に陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材及びこの表面処理アルミニウム材を製造するための亜鉛添加アルミニウム合金に関するものであり、特に、陽極酸化処理による結晶粒模様の顕在化が抑制された表面処理アルミニウム材に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材は、アルミニウム自体が酸やアルカリ等に侵され易いことから、耐食性、耐摩耗性、美観性、機能性等を付与するために、電解質溶液中でアルミニウム材を陽極として通電し、その表面に酸化アルミニウム(Al2O3)の皮膜（陽極酸化皮膜）を形成する陽極酸化処理が広く一般的に行われている。そして、例えば電解質としてシュウ酸、硫酸、リン酸等の酸水溶液を用いる陽極酸化処理においては、この陽極酸化処理によりポーラス型皮膜と呼ばれる陽極酸化皮膜が形成されるが、このポーラス型皮膜は、バリア層と称される内側（アルミニウム側）の緻密な皮膜と、その外側に形成されて多数の孔を有し、ポーラス層と称される多孔性の皮膜とで構成されており、陽極酸化処理の初期に先ず処理電圧に応じたバリア層が生成し、その後にバリア層に多数の孔が発生し、これら多数の孔が成長してポーラス層が形成される。【０００３】
ところで、アルミニウム材としては、純アルミ系（1000系）のほか、例えばAl-Cu系（2000系）、Al-Mn系（3000系）、Al-Si系（4000系）、Al-Mg系（5000系）等のアルミニウム合金が挙げられるが、工業的にはアルミニウムに他の金属を添加して強度や加工性を向上させたアルミニウム合金が広く使われている。しかしながら、アルミニウム純度（Ａｌ純度）の高い高純度アルミニウム材には、汎用のアルミニウム合金に比べて、押出し加工、切削加工等の加工後に行われる、化学的溶解処理、電解研磨処理、陽極酸化処理等の各種の処理において、表面の欠陥となる第２相化合物や介在物等の影響を大幅に低減することができるという利点があり、最近では、例えばドアノブやフェンス等の住宅用部材、ハンドルやクランク等の自転車用部材、乗車ドア枠やインナーパネル等の車両用部材、アクセサリーや時計等の装飾部材、反射鏡やカメラ等の光学製品用部材、印刷用ロール等の用途において、この高純度アルミニウム材を加工した製品の開発が活発に行われるようになってきた。【０００４】
しかるに、アルミニウム材には、一般に、その材料中に存在する結晶粒に起因する模様（結晶粒模様）が存在し、また、この結晶粒模様は、陽極酸化処理前には肉眼では視認できないが、陽極酸化処理を行うと、主として結晶粒の方位の違いにより顕在化する。そして、アルミニウム材については、そのＡｌ純度が高ければ高い程、結晶粒サイズが大きくなる傾向があり、陽極酸化処理によってより顕在化する。特に、高純度アルミニウム材においては、結晶粒の大きさが数百μm以上にもなることがあり、熱処理によっては数mmとなる場合もある。【０００５】
また、このような結晶粒模様が顕在化する問題は、アルミニウム材の表面がバフ研磨、電解研磨、化学研磨、及び切削加工等によって平坦化処理されている場合においても発生し、陽極酸化処理前に目視で視認できなかった結晶粒模様が陽極酸化処理により顕在化して一様な外観が得られず、用途によっては外観の均一性が重視される場合があり、外観不良と判断される場合がある。【０００６】
そこで、この陽極酸化処理により結晶粒模様が顕在化する問題を解決するための方法として、陽極酸化処理前のアルミニウム材の鋳造時に、その冷却速度を調節したり、あるいは、冷間鍛造等の加工を施すことにより、アルミニウム材中に存在する結晶粒の大きさを目視で確認できるサイズ（凡そ１００μm）より小さくし、これによって見掛け上結晶粒模様を目立たなくする方法が考えられる。しかしながら、アルミニウム材中の結晶粒サイズを１００μm未満にしても、結晶粒が凝集して１００μm以上になると陽極酸化処理の際の結晶粒の顕在化の問題が発生する。【０００７】
また、製品によってはアルミニウムの加工方法が限定されることから結晶粒の大きさを小さくすることには限界があり、特に、アルミニウム材がＡｌ純度の高い材料である場合や、製造時に熱処理が必要となる場合には、結晶粒の大きさを１００μm以下に小さくすることは技術的に困難であり、また、仮に結晶粒の大きさを小さくすることができても、アルミニウム材の中で結晶粒が凝集した場合には、外観では一つの大きな結晶粒と同様に見えてしまうことから、均一な外観を得ることには困難が伴う。【０００８】
ところで、陽極酸化処理により顕在化する結晶粒模様を意匠的に優れた外観であると認識し、陽極酸化処理後のアルミニウム材に敢えて結晶粒模様を顕在化させる技術はこれまでに提案されているが（例えば、特許文献１参照）、陽極酸化処理後に結晶粒模様が顕在化し難い材料の開発例はみあたらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平6-287773号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明者らは、先ず、陽極酸化処理によって結晶粒模様が顕在化する原因について詳細に調査検討を行い、陽極酸化処理後のアルミニウム材においてアルミニウム金属(Al)／バリア層(Al2O3)の界面での形状が方位の異なる結晶粒毎に異なることを突き止めた。すなわち、陽極酸化処理において、皮膜形成の初期に先ずバリア層が形成され、その後に形成された皮膜に孔が開き始めるが、結晶粒に方位の違いが存在すると、この結晶粒の方位の違いに起因して孔の発生時に差異が生じ、これに起因してアルミニウム金属(Al)／バリア層(Al2O3)の界面で生成した多数の孔に形状や凹凸等において微細な違いが形成され、この形成された多数の孔における微細な違いが、その後に多数の孔が成長して形成されるポーラス層においても反映される。そして、このようにして形成された陽極酸化皮膜の多数の孔における微細な違いは、その差が極めて僅かではあっても、表面に光を当てた際に強調され、結晶粒模様として顕在化し、陽極酸化処理後のアルミニウム材において均一な外観が形成されない原因となる。【００１１】
そして、本発明者らは、この検討結果を踏まえ、結晶粒の方位に関係なくアルミニウム金属(Al)／バリア層(Al2O3)の界面で発生する多数の孔を可及的に一様にするための方法について更に検討を重ねた結果、アルミニウム材としてＺｎ成分：０．０５〜１質量％、不可避不純物：０．０２質量％以下、及び残部：アルミニウムの合金組成を有する特定の亜鉛添加アルミニウム合金を用いることにより、皮膜形成の初期において孔が開き易くなり、また、結晶粒の方位によらず一様に孔が開き始め、その後の陽極酸化処理において均一な形状の孔を有するポーラス層を形成することができ、陽極酸化処理後のアルミニウム材において結晶粒模様が顕在化するのを可及的に防止できると共に、欠陥の少ない均一な陽極酸化皮膜を形成できることを見出し、本発明を完成した。【００１２】
従って、本発明の目的は、陽極酸化処理後の結晶粒模様が視認されず、均一なポーラス型の多孔性陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材を提供することにある。
また、本発明の目的は、陽極酸化処理後の結晶粒模様が視認されず、均一なポーラス型の多孔性陽極酸化皮膜を有する表面処理アルミニウム材を製造するのに適した新規な亜鉛添加アルミニウム合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は、アルミニウム合金基材とその表面に形成された陽極酸化皮膜とを有する表面処理アルミニウム材であり、前記アルミニウム合金基材が、Ｚｎ成分：０．０５〜１質量％、不可避不純物：０．０２質量％以下、及び残部：アルミニウムの合金組成を有する亜鉛添加アルミニウム合金で形成されていることを特徴とする表面処理アルミニウム材である。【００１４】
また、本発明は、高純度アルミニウムにＺｎを添加してなるアルミニウム合金であって、Ｚｎ成分が０．０５〜１質量％、不可避不純物が０．０２質量％以下、及び残部がアルミニウムであることを特徴とする亜鉛添加アルミニウム合金である。【００１５】
本発明の表面処理アルミニウム材は、亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材の陽極酸化処理によって得られ、この亜鉛添加アルミニウム合金は、Ｚｎ成分が０．０５質量％以上１質量％以下、好ましくは０．２５質量％以上０．８質量％以下であって、Ｚｎ成分以外の、例えばＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ等の不可避不純物が０．０２質量％以下、好ましくは０．０１質量％以下であって、残部がアルミニウムである。【００１６】
ここで、亜鉛添加アルミニウム合金については、Ｚｎ成分が０．０５質量％に満たない場合は、結晶粒の方位に起因して孔の発生時に差異が生じ、結晶粒模様の顕在化を抑制する効果が現れ難く、反対に、Ｚｎ成分が１質量％を超えると、陽極酸化皮膜が局所的に溶解し、表面に欠陥が生じる恐れがある。また、このＺｎ成分以外の不可避不純物が０．０２質量％を超えると、Ａｌ純度の高い材料と比較して第２相粒子に起因する皮膜の局所的な溶解や皮膜が形成されない箇所の発生等が生じ、広範囲に一様な陽極酸化皮膜を形成できなくなる。特に、Ａｌに対して電位が貴となる不可避不純物（例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ）については、陽極酸化処理により皮膜に局所的な溶解を引き起こす可能性があるため、０．０１質量％以下であることが望ましい。【００１７】
本発明において、前記アルミニウム合金基材は、その表面が切削加工、バフ研磨、電解研磨、及び化学研磨等により平坦化処理されていてもよく、また、その形状についても、特に制限されるものではなく、例えば、鋳造材や押出し材、板材、ロール材等の展伸材等を例示することができる。特に、平坦化処理されたアルミニウム合金基材については、陽極酸化処理により結晶粒模様が顕在化し易いので、本発明は効果的である。【００１８】
本発明で用いる亜鉛添加アルミニウム合金の製造方法については、上述した亜鉛添加アルミニウム合金の合金組成を達成できれば特に制限されるものではなく、これまで一般的に行われてきたアルミニウム合金の製造方法を適用することができ、例えばブックモールド・舟形などの鋳型を用いて鋳造材等を製造する重力鋳造法、例えば円柱状ビレット、直方体形状のスラブ等を製造するＤＣ鋳造法、例えば板状鋳塊等を製造する連続鋳造法等を例示することができるほか、後述するように、アルミニウム合金基材の製造工程中にアルミニウム合金の溶融工程が含まれる場合には、この溶融工程で高純度アルミニウム中に必要なＺｎを添加し、所定の合金組成を有する亜鉛添加アルミニウム合金を調製するようにしてもよい。【００１９】
また、本発明で用いるアルミニウム合金基材の製造方法については、上述の鋳造材を製造する重力鋳造法や、上述のＤＣ鋳造法で得られた円柱状ビレットを用いて棒やロール等の形状のアルミニウム合金展伸材を得る押出し法や、上述のＤＣ鋳造法で得られた直方体形状のスラブを用いて板材を得る熱間又は冷間圧延法や、上述の連続鋳造法で得られた板状鋳塊を用いて板や箔を得る冷間圧延法等を挙げることができる。【００２０】
本発明においては、上記の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材の表面に、陽極酸化処理により陽極酸化皮膜を形成する。そして、この際の陽極酸化処理については、特に制限されるものではないが、本発明が結晶粒模様の顕在化し易いポーラス型の陽極酸化皮膜に対して特に有効であることから、好ましくはこのポーラス型の陽極酸化皮膜が生成する多塩基酸水溶液を処理浴とする陽極酸化処理である。【００２１】
上記ポーラス型の陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理で処理浴として使用する多塩基酸水溶液についても特に制限されるものではなく、処理浴を構成する多塩基酸としては、例えば、硫酸、リン酸、クロム酸等の鉱酸や、シュウ酸、酒石酸、マロン酸等の有機酸を挙げることができ、これらの多塩基酸を用いた処理浴（多塩基酸水溶液）の多塩基酸濃度としては、通常の陽極酸化処理で用いられている場合と同様でよく、例えば硫酸の場合には、１０重量％以上２０重量％以下、好ましくは１４重量％以上１８重量％以下である。【００２２】
また、多塩基酸水溶液を処理浴として用いる陽極酸化処理の処理条件についても、特に制限されるものではなく、通常の陽極酸化処理、特に処理浴として多塩基酸水溶液を用いてポーラス型の陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理で採用されている場合と同様でよく、例えば硫酸を処理浴として用いる場合は、処理浴温度１８℃、処理電圧１０〜１５Ｖ、皮膜厚さ１〜２０μm程度である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の表面処理アルミニウム材は、特定の合金組成を有する亜鉛添加アルミニウム合金で形成されたアルミニウム合金基材の表面に陽極酸化皮膜が形成されており、結晶粒模様が顕在化されずに外観の均一性に優れており、また、工業的に容易に製造することができ、特に外観の均一性が重視される住宅用部材、自転車用部材、車両用部材、装飾部材、光学製品用部材、建築製品用部材、板やロール等の陽極酸化用製品部材、印刷用ロール等の用途において好適に使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態をより具体的に説明する。
【００２５】
〔実施例１〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを３．２５ｇ添加し、７２０℃の実験用るつぼ中で溶解させた後、１５０℃に予熱させたブックモールド型の金型３０ｔ×１５０ｗ×１９０ｌに重量鋳造法を用いて鋳込み、実施例１の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た。得られたアルミニウム合金基材について、グロー放電質量分析法（ＧＤ−ＭＳ法；装置：VG ELEMENTAL社製 VG9000型）によって合金組成を調べたところ、Ｚｎ：０．０５％、Ｓｉ：０．００３％、Ｆｅ：０．００１％、Ｃｕ：＜０．００１％、Ｍｎ：０．００１％、Ｍｇ：０．００３％、その他：０．００２％、Ａｌ：残部であった。結果を表１に示す。
【００２６】
〔実施例２〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを１６．２５ｇ添加し、実施例１と同様の方法で実施例２の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００２７】
〔実施例３〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを３２．５０ｇ添加し、実施例１と同様の方法で実施例３の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００２８】
〔実施例４〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを６５．００ｇ添加し、実施例１と同様の方法で実施例４の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００２９】
〔実施例５〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．５％のＺｎを６５．００ｇ添加し、実施例１と同様の方法で実施例５の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００３０】
〔比較例１〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを０．６５ｇ添加し、７２０℃の実験用るつぼ中で溶解させた後、１５０℃に予熱させたブックモールド型の金型３０ｔ×１５０ｗ×１９０ｌに重量鋳造法を用いて鋳込み、比較例１の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た。得られたアルミニウム合金基材について、グロー放電質量分析法（ＧＤ−ＭＳ法；装置：VG ELEMENTAL社製 VG9000型）によって合金組成を調べたところ、Ｚｎ：０．０１％、Ｓｉ：０．００３％、Ｆｅ：０．００１％、Ｃｕ：＜０．００１％、Ｍｎ：０．００１％、Ｍｇ：０．００３％、その他：０．００２％、Ａｌ：残部であった。結果を表１に示す。
【００３１】
〔比較例２〕
純度９９.９９％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを１３０ｇ添加し、比較例１と同様の方法で比較例２の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００３２】
〔比較例３〕
純度９９.９５％の高純度アルミニウム６．５ｋｇに、純度９９．９９９９％のＺｎを３２．５ｇ添加し、比較例１と同様の方法で比較例３の亜鉛添加アルミニウム合金からなるアルミニウム合金基材を得た後、その合金組成を調べた。結果を表１に示す。
【００３３】
〔比較例４〜７〕
アルミニウム合金基材を形成するアルミニウム合金について、比較例４ではJIS A2024合金（Ｚｎ：０．２５、Ｓｉ：０．５、Ｆｅ：０．５、Ｃｕ：４、Ｍｎ：０．３５、Ｍｇ：１．５、その他：０．１、残部：Ａｌ）を使用し、比較例５ではJIS A3003合金（Ｚｎ：０．１、Ｓｉ：０．６、Ｆｅ：０．７、Ｃｕ：０．１、Ｍｎ：１．２、Ｍｇ：＜０．００１、その他：０．１、残部：Ａｌ）を使用し、比較例６ではJIS A5052合金（Ｚｎ：０．１、Ｓｉ：０．２５、Ｆｅ：０．４、Ｃｕ：０．１、Ｍｎ：０．１、Ｍｇ：２．５、その他：０．００６、残部：Ａｌ）を使用し、また、比較例７ではJIS A6061合金（Ｚｎ：０．２５、Ｓｉ：０．５、Ｆｅ：０．７、Ｃｕ：０．２、Ｍｎ：０．１５、Ｍｇ：０．２、その他：０．４５、残部：Ａｌ）を使用した。
【００３４】
〔実施例６〜２６〕
表２に示す各実施例１〜５のアルミニウム合金基材から５０mm×５０mm×１０mmの大きさのアルミ片を切り出し、バフ研磨処理で表面粗さＲｔ＜２００nmまで平坦化処理し、鏡面光沢を有するアルミ片（アルミニウム合金基材）を得た。
このようにして得られた鏡面光沢を有するアルミ片について、表２に示す多塩基酸水溶液及び処理条件で陽極酸化処理を行い、更に、水洗し乾燥して各実施例６〜２６の陽極酸化処理後のアルミ片（試験片：表面処理アルミニウム材）を得た。
【００３５】
〔表面観察による結晶粒模様の評価〕
各実施例６〜２６で得られた試験片について、照度１，５００Lux以上２，５００Lux以下の蛍光灯下で目視観察をしたときに結晶粒模様が見えるものを×とし、また、照度１，５００Lux以上２，５００Lux以下の蛍光灯下で目視観察をしたときに結晶粒模様が見えないものを○とし、更に、照度１５，０００Lux以上２０，０００Lux以下のビデオライト下で目視観察をしたときに結晶粒模様が見えないものを◎とする表面観察を行い、各試験片における結晶粒模様の評価を行った。
結果を表２に示す。
【００３６】
〔ＳＥＭ観察による陽極酸化皮膜の評価〕
各実施例６〜２６で得られた試験片について、およそ２５μm×２５μmの範囲（5000倍程度の視野に相当）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、以下に示す評価基準で陽極酸化皮膜の評価を行った。◎：陽極酸化皮膜が一様で欠陥が無いもの、○：視野中に大きさ５μm以下の陽極酸化皮膜の欠陥が１〜１０個観察されるが５μm以上の欠陥は観察されないもの、×：視野中に大きさ５μm以下の陽極酸化皮膜の欠陥が１０個以上観察されるか、又は大きさが５μm以上の欠陥が１個以上観察されるもの、あるいは、一様な陽極酸化皮膜が形成されていないもの。
結果を表２に示す。
【００３７】
〔総合評価〕
各実施例６〜２６で得られた試験片について、以下に示す評価基準で総合評価を行った。○：「表面観察評価」及び「ＳＥＭ観察評価」のどちらも◎又は○なもの、×：「表面観察評価」及び「ＳＥＭ観察評価」のどちらかが△又は×なもの。
【００３８】
〔比較例８〜１４〕
表３に示す各比較例１〜７のアルミニウム合金基材を用い、上記実施例６〜２６の場合と同様にして各比較例８〜１４の比較アルミ片（アルミニウム合金基材）を調製し、次いで、得られた各比較例８〜１４の比較アルミ片について、２wt％-シュウ酸（２０℃）の処理浴中、電圧４０V及び電気量２０C/cm2の処理条件で陽極酸化処理を行い、水洗し乾燥して各比較例８〜１４の陽極酸化処理後の比較アルミ片（比較試験片：表面処理アルミニウム材）を得た。
得られた各比較例８〜１４の比較試験片について、上記各実施例の場合と同様にして、表面観察による結晶粒模様の評価、ＳＥＭ観察による陽極酸化皮膜の評価、及び総合評価を行った。
結果を表３に示す。
【００３９】
【表１】
2015151751.tif 000002
【００４０】
【表２】
2015151751.tif 000003
【００４１】
【表３】
2015151751.tif 000004
【国際調査報告】
2015151751.tif 000005
2015151751.tif 000006
2015151751.tif 000007
2015151751.tif 000008