(57)【要約】  【課題】アルミまたはアルミ合金の表面を金属光沢と結晶模様を有する装飾性の高いものにする方法を提供する。【解決手段】純アルミまたはアルミ合金材料に結晶析出及び研磨の前処理を１回以上施し、必要に応じてエッチング処理を追加して施し、次いで陽極酸化処理することにより耐食性をもたせながら光沢を失わずに金属の結晶方位の違いを鮮明に出し、光の反射による金属結晶模様を浮き立たせ、装飾性の高いアルミ材料とする。【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の前処理として結晶析出及び研磨の２種類の工程を任意の順序で組み合わせ、これを１回または２回以上繰り返し処理をした後に、陽極酸化処理を行うことを特徴とする、金属光沢と結晶模様を有する表面を持つアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の前処理として結晶析出、研磨、エッチングの３種類の工程を任意の順序で組み合わせ、これを１回または２回以上繰り返し処理をした後に、陽極酸化処理を行うことを特徴とする、金属光沢と結晶模様を有する表面を持つアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金が圧延材、丸棒、管、押出し材等の展伸材、又は、砂型、金型、ダイキャスト等の鋳物材であって予め結晶のマクロ化を施したものである請求項１又は２の製造方法。
【請求項４】
アルミニウムまたはアルミニウム合金が、事務関係としての文房具、プロジェクター、ＤＶＤ，パソコン、スキャナー、プリンター、マウス、ペーパーナイフ、建築関係としての壁、天井、ふすま、取手、当て板、机、椅子、照明器具の笠、台、反射用内装品等、外装品としての門扉、門柱、垣根、照明器具、反射用品、棚、車両関係として、自動車の内装部品、オートバイ部品、自転車部品、車椅子部品、モバイル製品としてのデジカメ、携帯電話、ＭＤ、ＣＤ機器、ビデオカメラ、ヘッドホン、ラジオ等、一般家電製品のコンポ、ミニコンポ、冷蔵庫、クーラー、加湿器、固定電話、時計関係製品としての文字盤、外観、針、化粧品関係としてのコンパクト、口紅等の容器、キャップ、一般用品として食器、皿、ボール、コースター、スプーン、ホーク、ナイフ、ビールコップ、猪口等の台所用品、壷、花瓶、鞄、名刺ケース、アクセサリーとしてペンダント、ネックレス、ブレスレット、ベルト、イヤリング、指輪などの本体および付属機器または筐体等に成型された製品の1部または全部である請求項１又は２の製造方法。
【請求項５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金として、予め結晶のマクロ化を施してない請求項４の製品を該製品の再結晶化温度以上で溶融温度以下の温度で１0分以上加熱し、その後水冷、油冷、風冷もしくは放置による急冷及び／又は徐冷により常温まで冷却したものを用いる請求項１又は２の製造方法。
【請求項６】
結晶析出を、アルカリ性又は酸性処理法で行い、アルカリ性処理ではか性ソーダ、か性カリまたはリン酸ソーダ溶液、酸性処理ではフッ化水素酸、フッ化物塩、酸性フッ化物塩、ケイフッ化物塩、塩酸、塩化物塩、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩、リン酸、リン酸塩、硫酸、硫酸塩、有機物としては芳香族、又は脂肪族のフッ素化物、スルフォン化物、塩化物、硝酸化物の１つ又は２つ以上を含む溶液に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を浸漬することにより行うことからなる請求項１乃至５の製造方法。
【請求項７】
結晶析出工程の液濃度は１つ又は２つ以上の混合液の合計が０．０３〜３０モル／L、浴温１０〜６０℃、時間は５秒〜２０分で、１又は２回以上浸漬することを特徴とする請求項１乃至６の製造方法。
【請求項８】
研磨を、電解研磨又は化学研磨で行い、電解研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系、リン酸硫酸クロム酸系の酸性側とし、化学研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系の酸性側、またはか性ソーダ系、リン酸ソーダ系のアルカリ性側で行うことからなる請求項１乃至７の製造方法。
【請求項９】
電解研磨工程の液濃度は１つ又は２つ以上の混合液の合計が１０〜１８モル／L、浴温７０〜９５℃、時間は１〜２０分、電流密度は１０±５Ａ／デシ平方メートル、化学研磨工程の液濃度は１つ又は２つ以上の混合液の合計が１０〜１８／Ｌ、浴温６０〜９８℃、時間は３０秒〜５分で１又は２回以上浸漬することを特徴とする請求項１乃至８の製造方法。
【請求項１０】
エッチングをか性ソーダ、か性カリを用いるアルカリ性側、または酸性フッ化アンモニウム、硫酸、硝酸、燐酸を１つ又は２以上含有する酸性側で行い、液濃度を含有混合物の合計で０.４〜６モル／Lとし、液温４０〜８０℃、時間１０〜３００秒間浸漬することを特徴とする請求項２乃至９の製造方法。
【請求項１１】
陽極酸化処理溶液としては芳香族又は脂肪族の１個以上のカルボキシル基又はスルフォン基を有する１つ又は２つ以上の混合有機酸又はこれら有機酸と硫酸又はリン酸の単独又は混酸を含む混合液の合計が０．５〜１０モル／L、浴温−５〜４０℃、電流密度０．６〜５Ａ／デシ平方メートル、電圧１０〜８０Ｖで行うことを特徴とする請求項１乃至１１の製造方法。
【請求項１２】
陽極酸化処理後に電解着色または染色処理を施すことを特徴とする請求項１乃至１２の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に装飾性の高い光沢と結晶模様を有するアルミニウム及びアルミニウム合金の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は軽量で熱の伝導性がよく、耐食性があり、塑性加工性が優れているなどの諸特性から構造材料、建築材料など広い分野で多量に使用されている。
アルミニウム及びアルミニウム合金は曲げ、絞り等の板金又はプレス加工、鍛造、ダイカスト等の成形加工などによりアクセサリー、文房具、各種の筐体等、装飾性を必要とする多種の形状に成型できる利点をもっている。しかしながら、これら合金材料に耐食性と共に金属光沢を有する結晶模様の装飾性を同時に付与することは困難であった。
例えば特許文献１にはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の押出加工材中のＦｅ及びＣｕ含有量を所定割合にしてエッチング処理を施し、結晶模様を有するアルミニウム押出加工材の製法が提案されている。
この方法で得られる加工材は組成が限定されている上にエッチング処理のみの後に陽極酸化処理を施してもきれいな金属光沢と装飾性の高い結晶模様を生じさせることが困難である。
【０００３】
【特許文献１】特開平6-336682号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術では装飾性に不足のあったアルミニウム及びアルミニウム合金材に金属光沢と結晶模様を有する表面を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の前処理として結晶析出、研磨の二種類の工程を任意の順序で組み合わせ、必要に応じてこれにエッチング工程を追加した三種類の工程を任意の順序で組み合わせ、これを１又は２回以上繰り返した後に、陽極酸化処理行うことを特徴とする金属光沢と結晶模様を有する表面を持つアルミニウムまたはアルミニウム合金の製造方法である。
本発明で用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は展伸材、鋳造材、鍛造材のいずれもが用いられるが、圧延板、丸棒、押出し加工材等の展伸材であって予め結晶粒のマクロ化を施してあるものが好ましい。この結晶粒のマクロ化には熱処理によって再結晶化、溶体化焼入れ後に時効処理して行う方法や数％程度の塑性加工を施すことによって結晶成長を促す方法などがある。
一方、出発材料としてアルミニウムまたはアルミニウム合金素材を曲げ、絞り、プレス加工などによって成形した、結晶粒のマクロ化を施してない各種の製品又は製品の一部分に該素材を用いた既存製品を用いても良い。
この場合は既存製品をその素材の再結晶化温度以上で製品の形状が著しく変形しない範囲の溶融温度以下の温度で１0分以上熱処理して結晶粒のマクロ化を施してから本発明の３種類の前処理を施す事が好ましい。通常の熱処理温度は３００〜６３０℃の範囲で、保持時間は３０分〜7２時間が実用的である。熱処理後の製品は再結晶化温度以下となるまでは望む大きさの結晶粒が成長するように管理された冷却速度例えば３０〜１５０℃／６0分で除冷するか、又は水冷もしくは油冷による急冷、或いは風冷もしくは放置による自然冷却により常温まで冷却することが好ましい。
【０００６】
この様に用いられる製品としては、事務関係としての文房具、プロジェクター、ＤＶＤ，パソコン、スキャナー、プリンター、マウス、ペーパーナイフ、建築関係としての壁、天井、ふすま、取手、当て板、机、椅子、照明器具の笠、台、反射用内装品等、外装品としての門扉、門柱、垣根、照明器具、反射用品、棚、車両関係として、自動車の内装部品、オートバイ部品、自転車部品、車椅子部品、モバイル製品としてのデジカメ、携帯電話、ＭＤ、ＣＤ機器、ビデオカメラ、ヘッドホン、ラジオ等、一般家電製品のコンポ、ミニコンポ、冷蔵庫、クーラー、加湿器、固定電話、時計関係製品としての文字盤、外観、針、化粧品関係としてのコンパクト、口紅等の容器、キャップ、一般用品として食器、皿、ボール、コースター、スプーン、ホーク、ナイフ、ビールコップ、猪口等の台所用品、壷、花瓶、鞄、名刺ケース、アクセサリーとしてペンダント、ネックレス、ブレスレット、ベルト、イヤリング、指輪などの本体および付属機器または筐体等に成型された製品の1部または全部である製品が対象となる。これらの製品は必ずしも全部がアルミニウム系素材で構成されていなくても良い。
【０００７】
結晶析出の方法としては、アルカリ性処理法又は酸性処理法があり、アルカリ性処理ではか性ソーダ、か性カリおよびまたはリン酸ソーダの含有液、酸性処理ではフッ化水素酸、フッ化物塩、酸性フッ化物塩、ケイフッ化物塩、塩酸、塩化物塩、硝酸、硝酸塩、亜硝酸、亜硝酸塩、リン酸、リン酸塩、硫酸、硫酸塩、有機物としては芳香族、又は脂肪族のフッ素化物、塩素化合物、硝酸化合物の１つ又は２つ以上の化合物の含有液が用いられる。特に酸性水溶液で処理する方法が好ましく、このときに使用する酸性化合物はフッ化水素酸、塩酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、硫酸又はこれらの混合物が好ましく用いられる。特に硝酸、と塩酸および／又は塩化物の組み合わせが好ましい。
【０００８】
結晶析出処理で使用する水溶液中の含有化合物濃度は化合物の合計で０．０３〜３０モル／Ｌ、特に酸混合物を用いるときには６〜１５モル／Ｌの濃度が好ましい。処理は浴温を１０〜６０℃とし、５秒〜２０分間、材料を１回又は２回以上浸漬することで行われる。
【０００９】
本発明で行われる研磨には、電解研磨法又は化学研磨法のいずれもが用いられる。電解研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系、リン酸硫酸クロム酸系の酸性側とし、化学研磨のときは浴組成をリン酸系、リン酸硫酸系、リン酸硝酸系の酸性側、またはか性ソーダ系、リン酸ソーダ系のアルカリ性側で行う。
【００１０】
電解研磨の際の条件としては、液濃度が１つ又は２以上の化合物の合計量で１０〜１８モル／Ｌ、浴温７０〜９５℃、電流密度は１０±５Ａ／デシ平方メートルが好ましい。
また、化学研磨のときは液濃度が１０〜１８モル／Ｌ、浴温６０〜９８℃、時間を３０秒〜５分で１回または２回以上浸漬することによって行う。この浴組成としてはリン酸＋硝酸溶液が特に好ましい。
【００１１】
また研磨工程では研磨液に光沢添加剤としてグリセリンまたは寒天あるいはその両者を加えても良い。その添加量はグリセリンで０．１〜１．０モル／Ｌ、寒天では３〜３０ｇ／Ｌ程度が好ましい。
【００１２】
本発明のエッチングは、か性ソーダ、か性カリを用いるアルカリ性側、または酸性フッ化アンモニウム、硫酸、硝酸、燐酸を１つ又は２以上含有する酸性側で行うことが出来る。
エッチング処理の際の条件としては、液濃度０．５〜６モル／Ｌの溶液中、４０〜８０℃、時間は１０〜１２０秒間行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の陽極酸化処理は、芳香族もしくは脂肪族の、１個以上のカルボキシル基又はスルフォン基を有する有機酸、あるいはこれら有機酸と硫酸もしくはリン酸または両者との混酸を含み、含有化合物合計が０．５〜１０モル／Ｌの濃度の電解液中で電流密度０．８〜４Ａ／デシ平方メートル以上、電圧１０〜８０Ｖで行うことが好ましい。有機酸としては特にシュウ酸が好ましく、この場合電解水溶液中の酸は０．２〜０．７モル／Ｌが好ましい。
この様に調整された電解液中での陽極酸化処理は、浴温を−５〜２５℃で行うのが特に好ましい。エッチング処理のみで生じた結晶模様は通常陽極酸化処理を施すことによって鮮明さが失われてくるが、本発明による処理を施した素材では陽極酸化処理をしても低温処理であるが故により深みのある色調のものとなり、鮮明さが失われることはない。
【００１４】
本発明において、結晶析出、研磨の二工程又はこれにエッチングを加えた三工程をアルミニウム材料に適用する順序としてはいずれの組み合わせでも良いが、例えばアルカリ性下での結晶析出、アルカリ性下での化学研磨及びアルカリ性下でのエッチング処理組み合わせがある。本発明ではこの様な各種の二種類又は三種類の工程の任意の組み合わせをアルミニウム材料に対し少なくとも１回施してから陽極酸化処理を行う。
【００１５】
本発明で得られたアルミニウム材料は更に装飾性を高めるために陽極酸化を行った後に電解着色または染色処理を施すことは自由に出来る。
本発明で得られたアルミニウムまたはアルミニウム合金は、それらが板状であるときには曲げ加工、絞り加工またはプレス加工などにより携帯電話機、ウォークマン、その他各種電気部品の筐体等に成形して装飾性、審美性の高い製品として利用される。
既に製品形状に加工された素材を用いたときには必要に応じて着色、染色処理をしてそのまま金属光沢を有する装飾性の高い製品として利用される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の方法で得られたアルミニウムまたはその合金材料は表面に大きな且つ鮮やかな金属光沢と結晶模様を有しており見る角度で光の反射程度が変化し、極めて装飾性に富んだ審美性に優れた材料または製品を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に実施例をもって本発明を具体的に説明する。実施例中の％は別の記載がない限り重量％を示す。
【実施例１】
【００１８】
予め結晶マクロ化を施している純アルミニウムであるＪＩＳ−Ａ１０５０材料である２枚の板状サンプルを、脱脂後先ずエッチング処理として２０±２％濃度（０．５モル／Ｌ）のか性ソーダ溶液に７３℃で２０秒浸漬し、脱スマットを行った。次にリン酸（８５％）９５Ｖ／Ｖ％（１３．９モル／Ｌ）、硫酸（９８％）３Ｖ／Ｖ％（０．４４モル／Ｌ）及び硝酸（６７．５％）１．５Ｖ／Ｖ％（０．２２モル／Ｌ）からなり、酸の合計濃度が１４．５６モル／Ｌの化学研磨液に９５℃で３０秒浸漬して化学研磨した。結晶析出工程として硝酸（６７．５％）１５０ｍｌ／Ｌ（２．３モル／Ｌ）と塩酸（３５％）４００ｍｌ／Ｌ（４．５モル／Ｌ）、フッ化水素酸（５５％）３０ｍｌ／Ｌ（０．８３モル／Ｌ）の混合液（酸の合計濃度が７．６３モル／Ｌの結晶析出液）に２５±２℃で２５秒浸漬した。更にこれを前記の化学研磨液に１０秒浸漬して化学研磨した。
【００１９】
この様に三種類の前処理を施したアルミニウムの板状サンプルを硫酸１３Ｖ／Ｖ％（２．４モル／Ｌ）およびシュウ酸１％（０．０８モル／Ｌ）を含む陽極酸化電解液（酸の合計濃度が２．４８モル／Ｌ）を用いて浴温２０℃、電流密度０．９Ａ／デシ平方メートル、電圧１３．５Ｖで１０分陽極酸化した。
２枚のサンプルのうち１枚については光沢測定用として水洗後に公知のニッケル系の封孔処理を９５℃、２０分行った。このものの光沢は光沢度計を用いて入反射角８５°で計測したところ最大光沢度が７６％であった。このサンプル表面にはアルミニウムの大きな結晶面が複雑に入り組んで存在するのでサンプルを一定の位置において決められた入反射角で光沢度を測定した場合、結晶表面（測定表面）毎に異なる光沢を示すが、サンプル角度を変えると別の結晶表面が最大光沢を示す事になり、このサンプルが自然光に曝された場合きらきらした、優れた装飾性を発揮することになる。
もう一枚のサンプルについては表面染色のために染料食用黄色４号（保土ヶ谷化学株式会社製）を５ｇ／Ｌの濃度で加えた液に液温５０℃で１０分浸漬し、水洗後公知のニッケル系の封孔処理を９５℃、２０分行った。この板状サンプルの表面写真を図１に示す。
（比較例）
【００２０】
比較のためにエッチング処理のみの前処理を行い、実施例１と同様の陽極酸化処理及び封孔処理を施したサンプルを作成した。この比較サンプルの最大光沢度は５２％で本発明のものに比べて著しく劣っていた。また陽極酸化処理後に染色及び封孔処理を施したサンプルの表面写真を図２に示す。このものは結晶の大きさが小さく、本発明のサンプルとは装飾性に明白な差があった。
【実施例２】
【００２１】
予め結晶マクロ化を施してあるアルミニウム―マグネシウム系合金であるＪＩＳ−Ａ５０５２材からなる板状サンプルを、実施例１と同一条件にて脱脂、エッチング、化学研磨、結晶析出、化学研磨の処理を行った。
この様に３種類の前処理を行ったアルミニウム材料を、実施例１と同一の陽極酸化電解液を用いて浴温２０℃、電流密度０．９Ａ／デシ平方メートル、電圧１３Ｖで２０分陽極酸化した。これを水洗後公知のニッケル系の封孔処理を９５℃で２０分行い、光沢度計（８５°入反射角）で計測した最大光沢度は７０％であった。比較のためにエッチング処理のみの前処理を行い、同様の陽極酸化処理を施した比較製品の最大光沢度は４８％で本発明の製品に比べて著しく劣っていた。
【実施例３】
【００２２】
予め結晶のマクロ化を施していない、ＪＩＳ−Ａ１０５０材の食器皿を５５０℃で２４時間加熱保持し、その後１００℃／６０分の冷却スピードにて２００℃まで徐冷し、その後自然放置にて常温にした。この製品を実施例１と同一条件にて脱脂、エッチング、化学研磨、結晶析出処理を行い、更にこれを前記の化学研磨液にて１５秒化学研磨を行った。水洗後実施例１と同一の陽極酸化電解液を用いて浴温１９℃、電流密度１．０Ａ／デシ平方メートル、電圧１４Ｖで２０分陽極酸化した。ついで食用黄色４号を5g／Ｌ含む液に、液温５０℃にて１０分浸漬し、水洗後蒸気封孔（圧力０．４±０．０１MＰa、１５分）を行った。最大光沢度７０％の光沢のある結晶模様の食器皿ができた。
【実施例４】
【００２３】
実施例３で用いたものと同じ予め結晶のマクロ化を施していない食器皿を５５０℃で５時間加熱保持し、これを約３０℃の油に３００秒浸漬して約５０℃まで急冷し、その後湯洗、脱脂して次の工程を行った。この製品を実施例１と同一条件にて脱脂、エッチング、化学研磨、結晶析出処理を行い、更にこれを前記の化学研磨液にて１５秒化学研磨を行った。これを実施例１と同じ条件で陽極酸化し、実施例３と同じ染色及び蒸気封孔を行った。この食器皿の最大光沢度は７３％であった。
【実施例５】
【００２４】
予め結晶マクロ化を施してある純アルミニウムのＪＩＳ−Ａ１０５０材料２枚の板状サンプルを、脱脂後リン酸１３．９モル／Ｌ、硫酸（９８％）０．４４モル／Ｌ及び硝酸（６７．５％）０．２２モル／Ｌからなり、酸の合計濃度が１４．５６モル／Ｌの液に９５℃で３０秒浸漬して化学研磨した。結晶析出工程として硝酸（６７．５％）２．３モル／Ｌと塩酸（３５％）４．５モル／Ｌの混合液（酸の合計濃度が６．８モル／Ｌの結晶析出液）に２５±２℃で２５秒浸漬した。更にこれを前記の化学研磨液に１０秒浸漬して化学研磨した。
【００２５】
この様に二種類の前処理を施したアルミニウムの板状サンプルを硫酸１３Ｖ／Ｖ％（２．４モル／Ｌ）およびシュウ酸１％（０．０８モル／Ｌ）を含む陽極酸化電解液（酸の合計濃度が２．４８モル／Ｌ）を用いて浴温２０℃、電流密度０．９Ａ／デシ平方メートル、電圧１３．５Ｖで１０分陽極酸化した。
このサンプルのうち１枚については光沢測定用として水洗後に公知のニッケル系の封孔処理を９５℃、２０分行った。このサンプルの表面にはアルミニウムの大きな結晶面が複雑に入り組んで存在し、最大光沢度は８７％であった。本発明においてエッチング工程を付加しない場合には金属光沢度がより大きくなり、優れた装飾性を発揮する。
【実施例６】
【００２６】
実施例５と同様にして、但し、結晶析出工程として硝酸（６７．５％）２．３モル／Ｌと塩化ナトリウム２．０モル／Ｌの混合液（含有化合物の合計濃度が４．３モル／Ｌの結晶析出液）に２５±２℃で２５秒浸漬した。更にこれを前記の化学研磨液に１０秒浸漬して化学研磨した。これを実施例５と同様に陽極酸化処理をした。この時の最大光沢度は８９％であった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１で得られた材料の表面写真を示す。
【図２】実施例１に対する比較材料の表面写真を示す。
【図１】
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【図２】
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