(57)【要約】【課題】  意匠性を付与した素材として、適切な処理を施すことによって粗大結晶粒を発現できるアルミニウム合金素材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｓｉ:０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｆｅ:０．１３〜０．３５ｗｔ％、Ｍｇ:２．０〜５．０ｗｔ％、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．１５〜０．８０ｗｔ％、更にＴｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％、またはＴｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％およびＢ:０．０００５〜０．０５ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよびその他の不純物からなる結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材および前記組成からなる鋳塊を塑性加工し、Ｏ材処理した後１〜６％の歪を付与し、４３０℃以上の温度に加熱して再結晶処理することを特徴とする結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ:０．０５〜０．１５ｗｔ％、
Ｆｅ:０．１３〜０．３５ｗｔ％、
Ｍｇ:２．０〜５．０ｗｔ％、
Ｍｎ＋Ｃｒ：０．１５〜０．８０ｗｔ％、
更に
Ｔｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％、
または
Ｔｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％およびＢ:０．０００５〜０．０５ｗｔ％を含有し、
残部Ａｌおよびその他の不純物からなることを特徴とする結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材。
【請求項２】
前記アルミニウム合金素材の結晶粒組織模様は平均結晶粒径で１〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金素材。
【請求項３】
請求項１記載の組成からなり、平均結晶粒径で１〜４０ｍｍの結晶粒組織模様が発現されていることを特徴とするアルミニウム合金素材。
【請求項４】
請求項１記載の組成からなる鋳塊を塑性加工し、Ｏ材処理した後１〜６％の歪を付与し、４３０℃以上の温度に加熱して再結晶処理することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板材あるいは押出材等の素材の表面に粗大結晶粒組織模様を発現させるための、或いは発現させたアルミニウム合金素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インテリア材や建材に限らずカメラや電気機器の筐体等のアルミニウム素材は、低廉であることが求められる一方で、高い機械的強度を有するばかりでなく、意匠性を高めるために素材表面に種々の変化を付与することが望まれている。たとえば素材を研磨して光輝性を付与したり、陽極酸化処理後に着色処理して好みの色に着色したり、合金組成を変えて陽極酸化処理だけで合金特有の色を発色させたり新たに元素を添加して好みの色にしている。
近年ではアルミニウム合金素材に歪を加えた後再結晶熱処理し、エッチング処理で素材に生じた再結晶粒表面をエッチング処理で腐食させて結晶粒の組織模様を発現して意匠性を付与することが提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、その実施例において、Ａｌ−０．５０ｗｔ％Ｍｇ−０．３０ｗｔ％Ｓｉ−０．０１ｗｔ％Ｆｅ合金にＣｕを０．１５ｗｔ％添加含有させたアルミニウム合金鋳塊を押出加工し、次いで５２０℃×２時間熱処理して再結晶化して平均結晶粒径３ｍｍとすると共に溶体化焼入れし、後時効処理して高い機械的強度を有する粗大再結晶粒組織模様アルミニウム合金素材を得る方法が開示されている。
また、特許文献２には、その実施例においてＡｌ純度９９．９８％および９９．８５％の厚さ３ｍｍのアルミニウム板材を完全軟化焼鈍後、それぞれ２％と１０％の塑性加工を加え、更に５５０℃で３時間加熱処理して、２％塑性加工を行った板が平均結晶粒径１５ｍｍ、１０％の塑性加工を行った板が平均結晶粒径３ｍｍである技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１８３９１号公報
【特許文献２】特開２００１−６４７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示される技術では、素材が熱処理素材であるために製造に多くの工程数が必要となり低廉な素材とし難いし、また大きな応力が残留してしまう。
また特許文献２に開示される技術では、機械的強度が低くて適用範囲が狭く、ユーザーの多様な要求には広く対応しきれない。
本発明の目的は、上記問題を是正するために採用されたものであり、非熱処理材であって、機械的強度が高くしかも平均結晶粒径が大きく意匠性に富むアルミニウム合金素材ならびにこれらを発現させたアルミニウム合金素材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、Ａｌ―Ｍｇ系合金に、ＭｎまたはＣｒの少なくとも１種を含有させたアルミニウム合金素材は、該素材に僅かに歪を付与した後、加熱処理して再結晶化させた場合には、高温度領域で再結晶化が開始する再結晶処理が可能で、その結果平均結晶粒径の大きい結晶粒を有するアルミニウム合金素材が得られることを見出して本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明に係る結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材は、Ｓｉ:０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｆｅ:０．１３〜０．３５ｗｔ％、Ｍｇ:２．０〜５．０ｗｔ％、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．１５〜０．８０ｗｔ％、更にＴｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％、またはＴｉ:０．００５〜０．１５ｗｔ％、およびＢ:０．０００５〜０．０５ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよびその他の不純物からなることを特徴とするものである。
また、本発明に係る結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材の好ましい結晶サイズは平均結晶粒径で１〜４０ｍｍであることを特徴とし、更に、本発明に係る他の結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材は、前記した組成からなり、平均結晶粒径で１〜４０ｍｍの結晶粒組織模様が発現されていることを特徴とするものである。
更に、本発明に係る結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材の製造方法は、前記記載の組成からなる鋳塊を塑性加工し、Ｏ材処理した後１〜６％の歪を付与し、４３０℃以上の温度に加熱して再結晶処理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るアルミニウム合金素材によれば、数％の歪付与後の再結晶化で再結晶粒の平均結晶粒径を容易に1ｍｍ以上とすることができて、１０００系に比べ機械的強度高く、しかも意匠性が高く好ましい素材である。
また、前記のアルミニウム合金素材をエッチング処理すれば、容易に粗大な結晶粒組織模様を発現し、意匠性に富む結晶粒組織模様が発現されたアルミニウム合金素材となる。
そして、本発明に係るアルミニウム合金素材は、粗大再結晶粒組織模様を有する非熱処理型アルミニウム合金素材であるから低廉で、６０００系の如き熱処理を施さないから残留する歪も少なく、しかもエッチング処理で容易に表面に粗大再結晶粒組織模様を発現でき、インテリア材や建材に限らずカメラや電気機器の筐体等に機械的強度ならびに意匠性に優れ各種製品に適応できるアルミニウム合金素材である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
はじめに、本発明の組成と組成範囲について説明する。
〈Ｓｉ：０．０５〜０．１５ｗｔ％〉
Ｓｉは本発明に係るアルミニウム合金素材を経済的に溶製するために、Ｓｉが不純物として含有している安価な原料を使用する結果この範囲とする。従って下限値未満の含有では高純度材となって高価格になる。一方、上限値を超えて含有してもＳｉ含有粗大化合物が多くなって成形性を阻害する。
〈Ｆｅ：０．１３〜０．３５ｗｔ％〉
Ｆｅはこのアルミニウム合金素材の耐力を高くして成形品の加工精度を向上させるために含有するものであるが、下限値未満の含有では機械的強度が不足となり、また上限値を超えて含有すると金属間化合物が多くなり、成形性が低下する傾向を有する。Ｆｅを含有させるには、鉄を含有している原料地金や返し材の溶解割合を調整してよく、Ａｌ−Ｆｅ母合金等を使用して含有させることもできる。
〈Ｍｇ：２．０〜５．０ｗｔ％〉
Ｍｇは素材に熱処理せずに機械的強度を付与するため添加するが、下限値未満の含有では機械的強度の不足となって用途が制約され、これに反して、上限値を超えて含有すると成形性を劣化させるようになる。Ｍｇを含有させるには、Ｍｇ地金やＡｌ−Ｍｇ母合金を使用して含有させることができる。
〈Ｍｎ＋Ｃｒ：０．１５〜０．８０ｗｔ％〉
ＭｎおよびＣｒは粗大結晶粒組織模様を発現させる本発明に係るアルミニウム合金素材にとって必須要件であって、これらの１種または２種を含有させることによって、数％の歪付与後の再結晶化を高温度領域で開始させることが可能となり、その結果再結晶粒の平均結晶粒径が１ｍｍ以上と粗大となって、意匠性の高い好ましいアルミニウム合金素材を得ることができる。なお、ＭｎおよびＣｒは、同じ効果を発揮するもので、区別する必要はない。これらの１種または２種の合計含有量が下限値未満では高温に至らないうちに再結晶が完了して粗大再結晶が得られず、一方上限値を超えると粗大化合物が生じて成形性を低下させる。Ｍｎ、Ｃｒを含有させるには、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｃｒ等の母合金を使用して含有させることができる。
<Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％
または
Ｔｉ：０．００５〜０．１５ｗｔ％およびＢ：０．０００５〜０．０５ｗｔ％〉
ＴｉまたはＴｉおよびＢの含有は、鋳造時の溶湯中にＡｌ−ＴｉまたはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ化合物を発生させ、鋳造組織を微細化して鋳造割れの防止に寄与させるためのものである。ＴｉまたはＴｉおよびＢが下限値未満の含有では割れ防止の寄与が少なく、また上限値を超えて含有すると、粗大化合物が生じて成形性を低下させる。
ＴｉまたはＴｉおよびＢの含有は、返り材の選択、およびＴｉ金属、Ａｌ−Ｔｉ母合金、またはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ母合金の１種または２種以上を適宜選択添加して組成を調節することができる。
<その他の不純物>
その他の不純物として返り材および地金等からアルミニウム合金に不可避的に混入してくる主な元素はＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｖ等であって、本発明のアルミニウム合金素材にとってはＣｕおよびＮｉの各０．３ｗｔ％以下、Ｚｎの０．６ｗｔ％以下、ＧａおよびＶの各０．１５ｗｔ％以下、その他各０．１ｗｔ％以下で合計０．３ｗｔ％以下の含有は結晶粒組織模様発現に顕著な影響はないから許容できる。
【０００８】
次に本発明に係る結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材の好ましい製造方法の一例について説明する。
本発明に係るアルミニウム合金素材は常法にて規定組成に溶製することができる。規定組成に溶製された合金溶湯はその後の加工法によってＤＣ法またはＣＣ法等でスラブ、ビレット等の鋳塊に鋳造される。鋳造された鋳塊は必要に応じ加熱保持されて均質化処理される。均質化温度は合金組成によって適宜変えることになるが、４５０〜５５０℃×１〜２４時間程度の範囲から適宜選択する。加熱は１段でも良く、また２段でもよい。Ｍｇ含有量が３ｗｔ％を超える場合は、1段目熱処理温度を更に上げて加熱保持して２段目熱処理をする２段熱処理が好ましい。
均質化処理終了後は終了時温度または５０℃ほど低下させてから圧延、押出等の熱間塑性加工に入る。均質化処理終了後冷却し、再度加熱して前記の熱間塑性加工に入ってもよい。
次いで圧延材の場合は目的厚さに冷間圧延する。その後Ｏ材処理する。中間焼鈍した場合は最終冷間圧延後にＯ材処理する。
押出材の場合は熱間塑性加工後必要により張力を付加して整直処理する。その後Ｏ材処理する。いずれの場合もＯ材処理は被処理材を３３０〜３９０℃×２時間加熱処理すれば歪が除去される。
Ｏ材処理された中間材は、次いで新たに１〜６％、好ましくは２〜４％の歪を付与する。この歪の下限値未満、即ち１％未満の歪の付与では再結晶し難く、効果が見られず、また６％を超えて歪を付与すると逆に再結晶粒サイズが小さく微細化してしまう。なお歪の付与は、中間材の形状を考慮して圧延加工、引張加工、押圧加工等の塑性加工から適宜選択することができる。
新たに所定量の歪を付与された中間材は、次いで再結晶化の処理として、４３０℃以上×０．５時間以上保持の熱処理を施す。上限は特に限定不要であるが、５５０℃以下×４時間程度保持で、これを超えての保持はエネルギーの浪費となり経済的に不利である。この熱処理によって、平均結晶粒径で１〜４０ｍｍの粗大に再結晶化して本発明に係る結晶粒組織模様発現用アルミニウム合金素材が得られる。
再結晶処理後は歪を付与しても再結晶粒は現存するので、用途によっては、圧延等で歪を付与して更に機械的強度を高くすることもできる。
このようにして得られたアルミニウム合金素材は、エッチング処理すると結晶方位に応じて腐食溶解し、平均結晶粒径で１〜４０ｍｍの結晶粒組織模様が発現したアルミニウム合金素材が得られる。このエッチング処理は、１０％硝酸に３０秒間浸漬させ、表面の酸化膜を除去したのち、５０℃濃度８％の水酸化ナトリウムを用い、２分間保持してエッチングし、その後水洗し、１０％硝酸でデスマットし、水洗する方法や、またはタッカー氏液（塩酸：硝酸：ふっ酸＝３：１：１）を用い、室温で２０秒間保持してエッチングし、水洗する方法等で再結晶粒を鮮明に発現できる。
このようにして結晶粒組織模様が発現されているアルミニウム合金素材はインテリア部品や建材とされる。またカメラや電気機器の筐体等の成形体にプレス加工等で成形される。
所要の形状に成形された成形体はクリア塗装、ヘアライン加工等の後処理を付すこともできる。
【実施例１】
【０００９】
常法で溶製し、ＤＣ法で鋳造して得た厚さ５６０ｍｍのスラブを５００℃×４時間の均質化処理し、４８０℃で熱間圧延を開始し、３８０℃の板厚さ９ｍｍで熱間圧延を終了した。組成を表１に示す。残部はＡｌおよびその他の不純物である。
次いで厚さ０．８ｍｍまで冷間圧延した。この冷間圧延板を３８０℃×２時間の加熱処理でＯ材とし、次いで各種の圧延率でスキンパスをした。なお２％以下の塑性加工のものは、張力を付与して歪を加えた。このように処理した素材に対して、前もって別試験で確認しておいた再結晶温度に加熱保持して再結晶化させた。
この再結晶化した素材に対して、下記に示す条件でエッチング処理し、下記に示す条件で平均結晶粒径と成形性を測定した。その結果を表２に示す。
<エッチング処理>
タッカー氏液（塩酸：硝酸：ふっ酸＝３：１：１）を用い、室温で２０秒間保持し、水洗した。
<平均結晶粒径>
線分法で測定した。素材の加工方向に１００ｍｍの線分を画き、その線分が横切った結晶粒を数え、その結晶粒個数で前記線分長を除して得られた商を値とした。
<成形性>
素材を押し曲げ法にて内側半径０．８ｍｍでおよそ１７０度まで曲げ、曲部外面を３０倍に拡大して割れの有無を確認した。
割れ有りを有、割れ無しを無と表現した。
【００１０】
【表１】
2005325420.tif 000002
【００１１】
【表２】
2005325420.tif 000003
【００１２】
表２の結果から、Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有する本発明に係るアルミニウム合金素材は、好ましい処理条件(試料番号１−２、１−３、１−５、１−７、１−９、１−１１、１−１３、１−１４、１−１８、１−２０)で再結晶化させることによって、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できることが判った。
一方、Ｍｎ＋Ｃｒが本発明の下限を外れているもの(試料番号１−１、１−６、１−１０、１−１６、１−１７)は、好ましい処理条件で再結晶化させても、再結晶粒が小さく、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒが本発明の上限を外れているもの(試料番号１−１５、１−２１)は、好ましい処理条件で再結晶化させると、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できるが、成形時微割れが発生し好ましくないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有しているが歪付与率が小さいもの(試料番号１−１９)は、再結晶せず好ましくないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有しているが圧延率高く歪付与量が大きいもの(試料番号１−４、１−８、１−１２)は、再結晶粒が小さく、粗大再結晶粒を発現できないことが判った。
【実施例２】
【００１３】
実施例１と同様に溶製した溶湯をＤＣ法でビレット鋳塊を得た。このビレットを５００℃×４時間の均質化処理し、再加熱して４８０℃で押出加工した。組成を表３に示す。残部はＡｌおよびその他の不純物である。押出材を３８０℃×２時間の加熱処理でＯ材とし、次いで各種の引張率で歪を付与した。このように処理した素材に対して、前もって別試験で確認しておいた再結晶温度に加熱保持して再結晶化させた。
加工は引張にて実施し、歪量は板厚の減少量から算出した。
この再結晶化した素材に対して、実施例１と同じ条件でエッチング処理し、また同方法で平均結晶粒径を測定した。成形性は押出材の厚さを半径として１８０度曲げを行い、曲部外面を３０倍に拡大して割れの有無を確認した。
結果を表４に示す。
【００１４】
【表３】
2005325420.tif 000004
【００１５】
【表４】
2005325420.tif 000005
【００１６】
表４の結果から、Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有する本発明に係るアルミニウム合金素材は、好ましい処理条件(試料番号２−２、２−３、２−６、２−９、２−１１、２−１５)で再結晶化させることによって、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できることが判った。
一方、Ｍｎ＋Ｃｒが本発明の下限を外れているもの(試料番号２−１、２−５、２−８、２−１３、２−１４)は、好ましい処理条件で再結晶化させても、再結晶粒が小さく、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒが本発明の上限を外れているもの(試料番号２−１２、２−１７)は、好ましい処理条件で再結晶化させると、エッチング処理後に粗大再結晶粒を発現できるが、成形時微割れが発生し好ましくないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有しているが歪付与率が小さいもの(試料番号２−１６)は、再結晶せず好ましくないことが判った。
Ｍｎ＋Ｃｒを適量含有しているが圧延率高く歪付与量が大きいもの(試料番号２−４、２−７、２−１０)は、再結晶粒が小さく、粗大再結晶粒を発現できないことが判った。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明に係るアルミニウム合金素材は、適切な各種処理を施すことによって粗大結晶粒を発現させることができるから意匠性高く、非熱処理材であるが機械的強度も高いからインテリア材や建材、カメラや電気機器の筐体等に幅広く利用できるものである。