(57)【要約】【課題】  耐食性が良好で成形加工前に表面処理がなされ、成形加工を良好に行うことができる成形加工用アルミニウム表面処理材を得る。【解決手段】  アルミニウム基材１の上層に有孔率が５％以下で膜厚が３０〜３００ｎｍの無孔質陽極酸化皮膜２を形成し、無孔質陽極酸化皮膜２の上層に潤滑剤層３を形成する。潤滑剤の量は０．０１〜１０ｇ／ｍ２が望ましく、固形潤滑剤を用いるのが望ましい。  有孔率５％以下の無孔質陽極酸化皮膜２によってアルミニウム材１０の表面は緻密で硬い性状となり、潤滑剤層３も必要最低限の厚さで足りる。無孔質陽極酸化皮膜はアルミニウム材の保護機能を果たし、加工時のアルミニウム材と金型とのかじりや焼き付きを防止する。成形時における無孔質陽極酸化皮膜のダメージも少なく皮膜の特性が維持される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム基材の上層に有孔率が５％以下で、膜厚が３０〜３００ｎｍの無孔質陽極酸化皮膜が形成され、該無孔質陽極酸化皮膜の上層に潤滑剤層が形成されていることを特徴とする成形加工用アルミニウム表面処理材。
【請求項２】
前記潤滑剤量が０．０１〜１０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１記載の成形加工用アルミニウム表面処理材。
【請求項３】
前記潤滑材が固形潤滑剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形加工用アルミニウム表面処理材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、良好な耐食性が求められる筺体、容器、電子部品などの加工用素材として利用することができる成形加工用アルミニウム表面処理材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からアルミニウム材を板材にし、これを成形加工して筐体、容器、電子部品などの加工品にすることが広く行われている。また上記加工品の多くでは耐食性が要求されるため、一般には加工後にクロメート処理や塗装が行われている。しかし、加工後の表面処理は、一品毎におこなう必要がありコスト高になる。そこでコストを抑制するために、加工前のアルミニウム材のコイルにクロメート処理やアルマイト処理（多孔質）を行う方法も採用されている。
ところで、アルミニウム材料の表面は比較的軟らかいために、成形時に金型に焼き付いたり、かじりにより所定の形状が成形できない場合がある。また、その際に発生するアルミニウム粉が金型に付着し表面傷や成形品に汚れとして付着する問題もある。加工前に前記皮膜処理を行った場合でも、この処理によって形成される皮膜は脆弱なために、加工時のかじりなどを抑制することは期待できない。また、加工時に前記皮膜がダメージを受け、耐食性が低下してしまうという問題もある。これらの問題回避のためには、成形加工に際しては十分な量の加工油をスプレーなどによってアルミニウム材に塗布して加工に供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、過剰な加工油はプレス成形機や金型に付着し、プレス成形金型の汚染などにつながる。さらに、過剰な加工油の塗布は加工後に加工油を除去するための脱脂工程の負担を大きくし、脱脂によって加工油の除去が十分に行われない場合も生じてくる。
一方、加工油の使用を抑えると、部分的に加工油の塗布が不足した領域ができるなどしてかじりなどが発生するおそれがある。また、上記したクロメート皮膜やアルマイト皮膜では、十分な加工油を用いた成形加工においてもダメージを受けることがあり、製品歩留まりが悪いという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、成形加工前の表面処理が可能であり、かつ、過剰の加工油の使用を必要としないでアルミニウム材のかじりや表面処理皮膜のダメージを起こすことなく成形加工が可能な成形加工用アルミニウム表面処理材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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の成形加工用アルミニウム表面材のうち、請求項１記載の発明は、アルミニウム基材の上層に有孔率が５％以下で、膜厚が３０〜３００ｎｍの無孔質陽極酸化皮膜が形成され、該無孔質陽極酸化皮膜の上層に潤滑剤層が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の成形加工用アルミニウム表面処理材の発明は、請求項１記載の発明において、前記潤滑剤量が０．０１〜１０ｇ／ｍ２であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の成形加工用アルミニウム表面処理材の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記潤滑剤が固形潤滑剤であることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、有孔率が５％以下の無孔質陽極酸化皮膜が形成されていることにより、アルミニウム材の表面は緻密で硬い性状を有している。このため、アルミニウム材の表面に形成する潤滑剤層も必要最低限のもので足り、従来のように必要以上に加工油を塗布することは必要ない。この優れた潤滑性によって複雑な形状や加工速度の高い成形にも対応できる。また、前記無孔質陽極酸化皮膜は、自身の硬い性状と潤滑剤層の存在とによってアルミニウム材の保護機能を果たし、加工時のアルミニウム材と金型とのかじりや焼き付きが抑制され、アルミニウム粉の付着による汚れも抑制される。また、成形時における無孔質陽極酸化皮膜のダメージも少なく、該皮膜の良好な特性（例えば耐食性）が維持される。なお、無孔質陽極酸化皮膜は、アルミニウム基材の片面、両面のいずれに形成するものであってもよく、これにしたがって、潤滑剤層が片面または両面表面に形成されるものであってもよい。
【０００９】
上記無孔質陽極酸化皮膜では、上記した作用を得るために、膜厚を３０ｎｍ以上とすることが必要であり、３０ｎｍ以上の厚さにより加工による皮膜割れが少なく、耐食性も十分になる。特に、無孔質皮膜であるため、一般のアルマイトのような多孔質な皮膜と比較して、腐食物質の進入を抑制する作用が強い。３０ｎｍ未満では金型とのかじりが増大し、耐食性も不十分なものとなる。一方、３００ｎｍを越える膜厚とすると、成形加工の際に該皮膜にクラックが生じやすくなり、耐食性が低下する。したがって、前記無孔質陽極酸化皮膜の膜厚は、３０〜３００ｎｍの範囲内にする必要がある。なお、上記と同様の理由で、下限を８０ｎｍ、上限を２００ｎｍとするのが望ましい。
【００１０】
また、無孔質陽極酸化皮膜は、完全に無孔質であることが要求されるものではなく、５％以下の有孔率であればよい。この有孔率が５％を越えると皮膜が脆弱になり、加工性が低下するとともに耐食性が不十分なものとなる。なお、有孔率は３％以下であるのが一層望ましく、無孔が最も望ましい。
【００１１】
なお、有孔率の測定方法としては、陽極酸化皮膜の表面を電子顕微鏡の５０，０００倍(最低２．０ｎｍ×２.０ｎｍの視野面積)で任意の１０箇所を観察し、孔の面積率を平均値として求める方法がある。但し、金属間化合物などが存在して表面状態が変化しているイレギュラーな場所は除外する。また他の測定方法として、皮膜の断面を切断して、透過電子顕微鏡で同様の倍率と測定個所の観察を行い、陽極酸化皮膜の最表面の孔と孔でない部位の比率から求めることができる。なお、これら測定方法では、深さが３ｎｍ以上で、大きさが円相当径で３ｎｍ以上の凹みを孔とみなす。これらのうちのいずれかの方法によって有孔率が５％以下と測定されれば本発明の有孔率の条件を満たしているといえる。
【００１２】
また、前記潤滑剤層では、  潤滑剤としては、鉱物油、食用油、ポリオキシエチレン系、ポリグリセリンエステル系などを用いることができ、ポリオキシエチレン系、ポリグリセリンエステル系が最適である。
なお、潤滑剤層では、固形潤滑剤（塗布後に固化するものを含む）を用いるのが望ましい。固形潤滑剤は、アルミニウム材表面に形成後に、揮発によって塗布量が変化してしまうことがなく、潤滑性を安定的に維持することができる。したがって、固形潤滑剤としては、少なくとも室温（好適にはそれ以上の温度）で固形状態となるものであればよい。
ポリオキシエチレン系、ポリグリセリンエステル系をより具体的に示すと、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル［Ｃ１２Ｈ２５−Ｏ−（ＣＨ２−ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈ］、デカグリセリンモノラウリル酸エステル  ＲＯ−（ＣＨ２−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｒ（Ｒは水素原子または脂肪酸残基）が好ましい。これらの潤滑剤は室温で固形であり、コイル状の板材に塗布した場合に揮発して塗布量が変化してしまうことがない。さらに、固形潤滑剤であれば金型へ材料を送る自動送り機や加工後の成形体を移送するラインの汚染も少なく、ラインの汚れが加工品に再付着することを防ぐこともできる。より好ましくは、ポリグリセリンエステル系である。
【００１３】
なお、潤滑剤量は、本発明としては特定のものに限定されないが、アルミニウム材表面積当たりで０．０１〜１０ｇ／ｍ２が望ましい。０．０１ｇ／ｍ２未満であると、潤滑性能が不十分であり、成形加工時に金型とのかじりが増す。また、１０ｇ／ｍ２を越えても潤滑性能は飽和し、金型に潤滑剤が剥離して蓄積し、加工品の表面に付着して汚れが増すなどの問題が生じる。したがって、潤滑剤量として０．０１〜１０ｇ／ｍ２が望ましいといえる。なお、上記と同様の理由によって潤滑剤量の下限を０．１ｇ／ｍ２、上限を５ｇ／ｍ２とするのが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の成形加工用アルミニウム表面処理材によれば、アルミニウム基材の上層に有孔率が５％以下で、膜厚が３０〜３００ｎｍの無孔質陽極酸化皮膜が形成され、該無孔質陽極酸化皮膜の上層に潤滑剤層が形成されているので、成形加工前に表面処理を行っておくことができ、加工後に一品毎に表面処理を行う必要がなく製造効率を大幅に向上させて製造コストを低減することができる。また、成形加工に際し過剰の加工油を必要とすることなく、金型へのかじりなどの発生を防止して良好に成形加工することができ、上記皮膜のダメージを招くこともない。また、過剰の加工油を必要としないので、成形加工に際し金型へ材料を送る自動送り機やラインの汚染を極力回避でき、特に潤滑剤として固形潤滑剤を採用することで該汚染の発生を確実に防止できる。
加工後のアルミニウム表面処理材は、表面傷や汚れの発生がなく、良好な成形品が得られる。また、無孔質陽極酸化皮膜は成形加工によるダメージが殆どなく、優れた耐食性などの所期の特性が確実に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一例である成形加工用アルミニウム表面処理材１０を示す拡大断面図である。
該アルミニウム材１０の素材となるアルミニウム基材１は、純アルミニウム板または適宜組成のアルミニウム合金板からなり、常法により溶製、鋳造、圧延などを経て製造することができ、本発明としては特定の製造工程に限定されるものではない。
上記アルミニウム基材は、純アルミニウム、アルミニウム合金のいずれであってもよく、アルミニウム合金にあっては適宜の組成とすることができ、本発明として特に組成が限定されるものではない。例えば、ＪＩＳ  １０００番台の純アルミニウムやＪＩＳ  ５０００番台、７０００番台等のアルミニウム合金を用いることができる。
【００１６】
該アルミニウム基材１の上層には、陽極酸化処理によって無孔質陽極酸化皮膜２を形成する。該無孔質陽極酸化皮膜２の形成に際しては、所望により前処理を施しても良い。前処理としては、脱脂、洗浄などが挙げられる。
次いで、上記アルミニウム基材１を電解浴中で電解する陽極酸化処理を施すことにより、アルミニウム基材１の表裏上層に無孔質皮膜２を形成する。電解浴としては、生成する無孔質皮膜２を溶解しにくく、かつ無孔質の皮膜２を生成する電解質である硼酸、硼酸塩、リン酸塩、アジピン酸塩、フタル酸塩、安息香酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩、ケイ酸塩などの群から選ばれる１種または２種以上を溶解した電解質水溶液を用いることができる。これらの電解質のなかでもホウ酸、アジピン酸塩、フタル酸塩が酸化皮膜の性状、コストなどの点で好ましい。電解質水溶液中の電解質濃度は２質量％からその電解質の飽和濃度の範囲が例示される。電解浴の浴温は２０℃〜９０℃の範囲が例示される。
【００１７】
この電解浴中で、アルミニウム基材１は、連続あるいは断続であっても陽極となるように電源に接続されて電解される。陰極には不溶性の導電材料が用いられる。電解電流は、直流電流が用いられ、直流電解では例えば直流密度１〜３０Ａ／ｄｍ２、電解時間数秒〜３分で電解が行われる。
印加電圧は、直流電流では、電圧１Ｖに対して形成される酸化皮膜厚さが約１４Åとなる関係があることから２１〜２１５Ｖ、好ましくは５７〜１４２Ｖの範囲とされる。このような陽極酸化処理によって厚さが均一な無孔質皮膜２が形成される。無孔質陽極皮膜２の膜厚は、前記したように３０〜３００ｎｍとする。
このようにして得られた無孔質陽極酸化皮膜２は有孔率が５％以下で、通常は２％以下となっている。また、無孔質陽極酸化皮膜２の含水量は１〜５質量％、通常は１〜３質量％と極めて低い値を示す。
【００１８】
上記のようにして無孔質陽極酸化皮膜２が形成されたアルミニウム基材１では、表裏の表面層に潤滑剤層３を形成する。潤滑剤層３を形成する材料には、例えば、ポリオキシエチレン系、ポリグリセリンエステル系の固形潤滑剤を用いる。潤滑剤量は、アルミニウム材表面積当たりで０．０１〜１０ｇ／ｍ２、より好適には０．１〜５ｇ／ｍ２とする。
潤滑剤層は、潤滑剤を、アルミニウム材に塗布することにより形成することができる。該塗布は、スプレー法、グラビア印刷、フローコート、ロールコート、バーコート、浸漬後ロール絞りなどの手段を利用することができる。ただし、本発明としては、塗布方法が特定の方法に限定されるものではない。なお、水溶性の固形潤滑剤を塗布する際には、水などを溶剤として用いることができる。これら溶剤に揮発性を有するものを使用すれば、アルミニウム材への塗布後、容易に揮発、除去される。
【００１９】
上記のようにしてアルミニウム基材１上に無孔質陽極酸化皮膜２、さらにその上層に潤滑剤層３を形成したアルミニウム表面処理材１０は、プレスなどの成形加工に供される。該成形加工に際しては、特別な配慮をすることなく金型への焼き付きやかじりが発生することなく良好に成形を行うことができ、所望の形状を有する成形品を得ることができる。
【００２０】
得られた成形品は、その後、所望により潤滑剤層の除去処理を行うことができる。該成形品は、硬質で緻密な無孔質陽極酸化皮膜２が形成されており、良好な耐食性などの所期の特性が得られている。
【実施例】
【００２１】
以下に本発明の実施例について比較例と比較しつつ説明する
（材料の製作）
厚さ０．１ｍｍのＪＩＳ３００４アルミニウム合金板を用意し、５０℃の１０％ＮａＯＨ溶液によって１０秒間脱脂し、１０秒間水洗後、室温の５％ＨＮＯ３溶液で中和し、１０秒間水洗した。次いで、該試料をプラス側に接続し、対極をカーボン板として陽極酸化処理した。電解液には、アルカリ金属の塩、珪酸塩、ホウ酸塩、酒石酸塩、リン酸塩等を用いた。また、表１に示すように、電解液の濃度、電解時間、電解温度等を調整して、膜厚と有孔率を調整した。陽極酸化処理した試料は、１０秒間水洗後、８０℃で乾燥した。
【００２２】
また、比較材として、上記と同様にアルミニウム合金板にクロメート処理またはアルマイト処理をしたものをそれぞれ用意した。クロメート処理は、クロム付着量が１５ｍｇ／ｍ２となるように常法によりリン酸クロメート処理した。アルマイト処理は、上記と同様に脱脂した材料を１５％硫酸中に浸漬し、試料をプラス側に接続し、対極をカーボン板として陽極酸化処理した。
【００２３】
各供試材には、潤滑剤を塗布して潤滑剤層を形成した。潤滑剤の種別は、Ａ：ポリグリセリンエステル系（デカグリセリンモノラウリル酸エステル）、Ｂ：ポリオキシエチレン系（ポリオキシエチレン・アルキルエーテル）、Ｃ：鉱物油、Ｄ：食用油とした。潤滑剤量は表１に示した。
【００２４】
得られた各供試材について、有孔率、潤滑性、加工性、耐食性の測定又は評価を行った。なお、各試験における測定方法および評価方法は以下の通りである。
【００２５】
（有孔率）
陽極酸化皮膜の表面を電子顕微鏡の５０，０００倍(最低２．０ｎｍ×２.０ｎｍの視野面積)で任意の１０箇所を観察し、孔の面積率を平均値として求めた。
【００２６】
（潤滑性）
バウデン摩擦試験機に試料（供試材）を設置し、鋼球径７ｍｍ、加重２００ｇ、走査速度４ｍｍ／ｓで摩擦係数を測定した。
【００２７】
（加工性）
試料（供試材）をブランキング、ドローイング、ワイプダウン、カーリングし、直径２００ｍｍ、深さ５０ｍｍのカップに加工した。１０００個加工して、汚れの付着及び加工による割れを観察した。全く問題ない場合を◎、汚れのみが局部的に付着する場合を○、汚れが数ヶ所観察されるものを△、割れが発生するものを×とし評価した。
【００２８】
（耐食性）
ＪＩＳ規定に基づき塩水噴霧試験を１０日間行い、上記加工品表面の腐食状態を観察した。腐食無しを◎、軽度の変色を○、面積５％未満の局部腐食を△、５％を超える腐食を×として評価した。
【００２９】
各試験による測定結果および評価結果を表１に示した。表に示すように本発明材では、陽極酸化皮膜の有孔率が５％以下であって、潤滑性、加工性、耐食性のいずれにおいても良好な結果が得られた。なお、潤滑剤として鉱物油、食用油を用いたものよりも、ポリオキシエチレン系、ポリグリセリンエステル系を用いたものの方が潤滑性に優れていた。また、発明材のうちで、潤滑剤量が好適な範囲を外れるものでは、加工性にやや難があった。
一方、有孔率が５％を越えるか膜厚が不適切である陽極酸化皮膜を有する供試材や、クロメート処理、アルマイト処理を行った供試材では、潤滑性、加工性、耐食性のいずれかにおいて明らかに劣っていた。
【００３０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態のアルミニウム表面処理材を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  アルミニウム基材
２  無孔質陽極酸化皮膜
３  潤滑剤層
【図１】
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