(57)【要約】【課題】建築用材料等に陽極酸化処理を施して使用されるアルミニウムとして、特に黄味のない無彩色のグレー色となる押出用高強度アルミニウム合金およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ０．７〜１．２％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ１．０〜１．９％、  Ｍｇ０．２〜０．５％、Ｎｉ０．１〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．００３〜０．１５％を単独、もしくはＢ０．０００１〜０．０１％と組み合わせて含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金鋳塊に４５０〜５２０℃で１〜２４時間保持する均質化処理を施したあと、４００〜５２０℃で押出し、１℃／ｓｅｃ以上で冷却後に７０〜１３０℃で１０分〜２時間の予備時効処理を行い、さらに１５０〜１９０℃で０．５〜４時間の時効処理を施すことを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材およびその製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ０．７〜１．２％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ１．０〜１．９％、  Ｍｇ０．２〜０．５％、Ｎｉ０．１〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．００３〜０．１５％を単独、もしくはＢ０．０００１〜０．０１％と組み合わせて含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材。
【請求項２】
請求項１記載の押出材において、時効処理後の押出材表面の全金属間化合物の表面積に対するβ−ＡｌＦｅＳｉの面積率が３０％以上であることを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材。
【請求項３】
請求項１〜２記載の押出材において、時効処理後の押出材中の単体Ｓｉが０．２％未満であることを特徴とする陽極酸化後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材。
【請求項４】
請求項１〜３記載の押出材の製造方法において、Ａｌ合金鋳塊に４５０〜５２０℃で１〜２４時間保持する均質化処理を施したあと、４００〜５２０℃で押出し、１℃／ｓｅｃ以上で冷却後に７０〜１３０℃で１０分〜２時間の予備時効処理を行い、さらに１５０〜１９０℃で０．５〜４時間の時効処理を施すことを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物を発色成分とする押出用アルミニウム合金に関するものであり、さらに詳しくは、押出成形後のアルミニウム形材に陽極酸化処理を施して、その色調が黄味のない無彩色なグレー色となる高強度アルミニウム合金押出材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サッシ材などの建築用材料に使用されるアルミニウム合金は、耐食性の観点から陽極酸化処理を施すのが通常である。またこのような用途では、美観のために陽極酸化処理後の色調として灰色系の色調が求められることが多い。特に、黄味を帯びたものよりむしろ、青味の強い色調、濃い色調のものの要望が多い。
【０００３】
一般に陽極酸化処理後のアルミニウム合金に所要の色調を与えるための方法としては、塗装、染色、二次電解着色、陽極酸化処理液による発色等があるが、経済性や耐食性等の点からは、陽極酸化処理、特に低廉な硫酸浴による陽極酸化処理のままでの発色が望まれている。
【０００４】
また、建築用材料に使用されるアルミニウム合金には、衝撃等による材料の破損やキズを防止するために高強度が求められている。
【特許文献１】特開平２−２５０９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、陽極酸化処理による自然発色を利用する方法では、添加元素の種類や量、熱処理方法、陽極酸化処理方法等によって、陽極酸化処理後の色調が変化するため色調の均一化が難しい。
【０００６】
陽極酸化処理後にグレー系の色調が得られることで知られているＡｌ−Ｓｉ系合金では、黄みが強く、その反面黄みを抑えようとすれば、赤みが強くなる傾向がある。そのため従来のＡｌ−Ｓｉ系合金では、陽極酸化処理後の色調として、黄味のない無彩色のグレーの色調を確実かつ安定して得ることは困難とされていた。
【０００７】
Ａｌ−Ｆｅ系合金では、黄味のない濃グレー色が得られるが、Ａｌ−Ｆｅ系化合物は不安定であるため、その分布状態を制御することが困難であり、色むらが発生しやすいという問題があった。Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金でも、濃グレー色が得られるが、黄味が強くなりやすく、単体Ｓｉによる、色むらが発生しやすい。また、Ａｌ−Ｓｉ系およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系に時効処理のためにＭｇを添加すると析単体Ｓｉも増加してしまい、黄味が強くなってしまう。
【０００８】
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、建築用材料等に陽極酸化処理を施して使用されるアルミニウムとして、特に黄味のない無彩色のグレー色となる押出用高強度アルミニウム合金およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述のような課題を解決するべく、本願発明者等が鋭意実験、検討を重ねた結果、合金成分組成として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｉを適切に配合すると同時に製造プロセスを適切に制御して、特にβ−ＡｌＦｅＳｉ系化合物を析出させ、かつ単体Ｓｉの生成を抑制することにより、高強度かつ陽極酸化処理後の色調として、黄味のない無彩色なグレー色が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明の押出用アルミニウム合金は、Ｓｉ０．７〜１．２％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ１．０〜１．９％、Ｍｇ０．２〜０．５％、Ｎｉ０．１〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．００３〜０．１５％を単独、もしくはＢ０．０００１〜０．０１％と組み合わせて含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材である。
【００１１】
また、請求項２の発明の押出材は、請求項１記載の押出材において、時効処理後の押出材表面の金属間化合物の表面積に対するβ−ＡｌＦｅＳｉの面積率が３０％以上であることを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材である。
【００１２】
また、請求項３の発明の押出材は、請求項１〜２記載の押出材において、時効処理後の押出材中の単体Ｓｉが０．２％未満であることを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材である。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３記載の押出材の製造方法において、Ａｌ合金鋳塊に４５０〜５２０℃で１〜２４時間保持する均質化処理を施したあと、４００〜５２０℃で押出し、１℃／ｓｅｃ以上で冷却後に７０〜１３０℃で１０分〜２時間の予備時効処理を行い、１５０〜１９０℃で０．５〜４時間の時効処理を施すことを特徴とする陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色である高強度アルミニウム合金押出材の製造方法である。
【００１４】
なお本発明において陽極酸化処理後の色調が無彩色なグレー色の表示方法については、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２９に基づき、ＣＩＥ（国際照明委員会）が１９７６年に定めたＣＩＥＬＡＢによって記載した。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系すなわち、Ｌ値が高いほど明るく白に近く、ａ値が高いほど赤味が強く、ｂ値が高いほど黄味が強いことを表す。そして本発明で目的とする黄味のない無彩色なグレー色の色調とは、Ｌ値、ａ値、ｂ値が、それぞれ、Ｌ＜６０、−２＜ａ＜２、−２＜ｂ＜２を満たす色調と定義することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、色調が黄味のない無彩色なグレー色となる高強度アルミニウム合金押出材を得ることが出来る工業上顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の押出用高強度アルミニウム合金における高強度および陽極酸化処理後の色調として、黄味のない無彩色なグレー色の色調を得るためには、合金成分組成と、金属間化合物の析出状態、および予備時効条件が重要である。そこでまず合金成分組成の限定理由について説明する。
【００１７】
Ｓｉ：
ＳｉはＭｇとともにＭｇ２Ｓｉを形成して強度向上に寄与するとともに、Ｆｅとともにβ−ＡｌＦｅＳｉ化合物を形成して陽極酸化処理の色調に寄与する。Ｓｉ量が０．７％未満では、β−ＡｌＦｅＳｉ化合物の形成が少なく無彩色なグレー色が得られない。また、Ｓｉ量が１．２％を超えると、単体Ｓｉの自然発色により黄味が強くなってしまう。したがって、Ｓｉ量は０．７〜１．２％が好ましい。より好ましくは０．８〜１．１％である。
【００１８】
Ｆｅ：
ＦｅはＳｉとともにβ−ＡｌＦｅＳｉ化合物を形成して陽極酸化処理の色調に寄与する。Ｆｅ量が１．０％未満では、β−ＡｌＦｅＳｉ化合物の形成が少なく無彩色なグレー色が得られない。また、Ｆｅ量が１．９％を超えると、押出性が悪くなるばかりでなく、α−ＡｌＦｅＳｉ化合物が形成され、明るいグレー色となってしまう。したがって、Ｆｅ量は１．０％〜１．９％が好ましい。より好ましくは１．６〜１．８％である。
【００１９】
Ｍｇ：
ＭｇはＳｉとともにＭｇ２Ｓｉを形成して強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．２％未満ではその効果は少なく、０．５％を超えると押出性が悪くなる。したがって、Ｍｇ量は０．２〜０．５％が好ましい。
【００２０】
Ｎｉ：
ＮｉはＡｌ３Ｎｉを形成しβ−ＡｌＦｅＳｉを均一に生成させる。Ｎｉ量が０．１％未満ではその効果は少なく、０．５％を超えると、効果が飽和するばかりか、押出性も悪くなる。したがって、Ｎｉ量は０．１〜０．５％が好ましい。
【００２１】
Ｔｉ、Ｂ：
さらに、一般にＡｌ合金においては、鋳塊組織の微細化のためにＴｉを単独で、あるいはＢと組合せて添加する場合があるが、本発明の場合もこれらの元素を添加しても良い。但し、Ｔｉ量が０．００３％未満ではその効果が少なく、０．１５％を超えるとＡｌ３Ｔｉの粗大化合物が形成されて押出性が悪くなる。したがって、Ｔｉ量は０．００３〜０．１５％が好ましい。またＴｉとともにＢを添加する場合のＢ量は、０．０００１％未満ではその効果が少なく、０．０１％をこえるとＴｉＢ２の粗大化合物が形成されて押出性が悪くなる。したがって、Ｂ量は０．０００１〜０．０１％が好ましい。
【００２２】
その他：
その他、本合金は不可避的不純物を含有してもよい。含有量はそれぞれ０．０５％以下であり、合計で０．１５％以下であるならば本材料の特性に影響を与えるものではない。
【００２３】
次に本発明の押出用高強度アルミニウム合金の金属間化合物の析出状態について説明する。
【００２４】
β−ＡｌＦｅＳｉ
β−ＡｌＦｅＳｉは主に、鋳造および均質化処理時に晶析出する。β−ＡｌＦｅＳｉは陽極酸化皮膜中でも酸化されないため、陽極酸化処理後の色調を暗くすることが可能である。時効処理後の押出材の表面に観察される全金属間化合物の総面積に対するβ−ＡｌＦｅＳｉの面積率が３０％未満では、その効果が十分でなく、陽極酸化処理後に明るいグレー色となってしまう。したがって、β−ＡｌＦｅＳｉの面積率は３０％以上が好ましい。  
【００２５】
単体Ｓｉ
単体Ｓｉは主に、鋳造時に晶出する。また、マトリックス中に過剰に固溶したＳｉが時効処理によって析出して単体Ｓｉとなる。時効処理後の押出材中の単体Ｓｉが０．２％以上では、陽極酸化処理後に黄味が強くなってしまう。したがって、単体Ｓｉは０．２％未満が好ましい。
【００２６】
以下に本発明のアルミニウム合金押出材の製造方法について説明する。
まずは前述のような成分組成の合金を常法にしたがって鋳造する。アルミニウム合金押出材の鋳造方法としてはホットトップ鋳造やＤＣ鋳造、ＧＤＣ鋳造が一般的である。
【００２７】
得られた鋳造材に対しては、４５０〜５２０℃の温度範囲で１〜２４時間保持する均質化処理を行う。元素の偏析を解消するとともに、β−ＡｌＦｅＳｉを析出させて目的の色調とするためである。温度が４５０℃未満ではその効果が十分でなく、５２０℃を超えるとα−ＡｌＦｅＳｉが析出して目的の色調が得られなくなる。また、均質化処理時間が１時間未満ではその効果が十分でなく、一方、２４時間を越える長時間の加熱は効果が飽和するとともに経済性を損なうだけである。
【００２８】
押出は４００〜５２０℃の温度範囲内で行う。温度が４００℃未満では生産性が低下し、５２０℃を超えるとα−ＡｌＦｅＳｉが析出して目的の色調が得られなくなる。押出後はただちに１℃／秒以上で冷却を行う。冷却速度が１℃／秒未満ではアルミニウム母相中のＭｇおよびＳｉの固溶が少なく、以後の時効処理において十分な強度が得られない。
【００２９】
予備時効処理は７０〜１３０℃の温度範囲で１０分〜２時間行う。高温クラスターを生成させ、以後の時効処理において、予備時効処理なしの材料よりもさらに高い強度を得るためである。また、Ｓｉを高温クラスターとして析出させることにより、以後の時効処理において、単体Ｓｉを減少させ目的の色調を得ることを狙ったものである。温度が７０℃未満では高温クラスターが十分に生成されず、以後の時効処理において、十分な強度が得られない。１３０℃を超えるとＧＰゾーンや安定相が析出してしまい、以後の時効処理において十分な強度が得られない。また、予備時効処理時間が１０分未満では高温クラスターの析出が十分でなく、２時間を越える長時間の加熱は効果が飽和してしまい経済性を損なうだけである。
【００３０】
時効処理は１５０〜１９０℃の温度範囲で０．５〜４時間行う。Ｍｇ２Ｓｉの析出を促し強度向上の硬化を狙ったものである。温度が１５０℃未満ではこの効果が十分でなく、１９０℃を超えると、単体Ｓｉが生成され、陽極酸化処理後の色調が黄味の強いものになってしまう。
【実施例１】
【００３１】
表１に示すＮｏ．１〜１１までの組成の材料を鋳造し、φ１５０ｍｍのビレットを得る。これを５００℃×４ｈｒで均質化処理を施した後、直接押出法により熱間押出を行い、直後に１〜２℃／秒で空冷し、建築材料用押出材とした。次いで７５℃×１ｈｒの予備時効処理を施した後、１８０℃×２ｈｒの時効処理を施した。その後、１０％ＮａＯＨ水溶液でエッチングし、水洗後硝酸でデスマット処理を行った。次いで１５％Ｈ２ＳＯ４の硫酸浴を用いて、浴温２０℃、電流密度１．５Ａ／ｄｍ３で陽極酸化処理を行い、それぞれ膜厚２０μｍの陽極酸化皮膜を生成させた。
【００３２】
各押出材の陽極酸化皮膜の表面色調について、スガ試験機製デジタル変角光沢計（ＵＧＶ−５Ｋ）を用いて調べた。その結果を表２に示す。また、予備時効処理を施さない材料も作製し、予備時効処理を施した材料ともに、引張試験を実施した。その結果を表２に示す。○は予備時効処理によって、強度が上昇した材料で、×は予備時効処理によっても、強度は変わらない、もしくは低下した材料である。
【００３３】
【表１】
2013173992.tif 000002
【００３４】
【表２】
2013173992.tif 000003
【００３５】
Ｎｏ．１〜５の発明例はいずれも目的の色調および強度条件を満たしていた。
比較例Ｎｏ．６は、Ｓｉ成分が規定値に満たないため、十分なβ−ＡｌＦｅＳｉが析出されず目的の色調より明るくなってしまった。
比較例Ｎｏ．７は、Ｓｉ成分が規定値をこえているため、単体Ｓｉが多くなり、目的の色調より黄味が強くなってしまった。
比較例Ｎｏ．８はＦｅ成分が規定値に満たないため、十分なβ−ＡｌＦｅＳｉが析出されないばかりが単体Ｓｉも析出しやすくなり、目的の色調より明るくかつ黄味が強くなってしまった。
比較例Ｎｏ．９はＦｅ成分が規定値を超えているため、十分なβ−ＡｌＦｅＳｉが析出されず目的の色調より黄味が明るくなってしまった。
比較例Ｎｏ．１０はＭｇが規定値に満たないため、十分にＭｇ２Ｓｉを析出できずに過剰に固溶Ｓｉが残存し、単体Ｓｉが多くなり、目的の色調より黄味が強くなってしまった。
比較例Ｎｏ．１１はＮｉが添加されていないため、β−ＡｌＦｅＳｉを均質に生成せずに、目的の色調より明るくなってしまった。
【実施例２】
【００３６】
表１に示すＮｏ．５の組成の材料を鋳造し、φ１５０ｍｍのビレットを得、これを４８０℃×４ｈｒ、５５０℃×４ｈｒで均質化処理を施した後、直接押出法により熱間押出を行い、直後に１〜２℃／秒および０．１〜０．５℃／秒で空冷し建築材料用押出材とした。その後に、５０℃、７０℃、１００℃、１５０℃×１ｈｒで予備時効処理を施した。次いで１６０℃×２ｈｒ、１８０℃×２ｈｒおよび４ｈｒ、２００℃×２ｈｒの時効処理を施した。その後、１０％ＮａＯＨ水溶液でエッチングし、水洗後硝酸でデスマット処理を行った。次いで１５％Ｈ２ＳＯ４の硫酸浴を用いて、浴温２０℃、電流密度１．５Ａ／ｄｍ３で陽極酸化処理を行い、それぞれ膜厚２０μｍの陽極酸化処理を生成させた。
【００３７】
各押出材の陽極酸化皮膜の表面色調について、スガ試験機製デジタル変角光沢計（ＵＧＶ−５Ｋ）を用いて調べた。その結果を表３に示す。また、予備時効処理を施さない材料も作製し、予備時効処理を施した材料ともに、引張試験を実施した。その結果を表３に示すが、○は予備時効処理によって、強度が上昇した材料で、×は予備時効処理によっても、強度は変わらない、もしくは低下した材料である。  
【００３８】
【表３】
2013173992.tif 000004
【００３９】
Ｎｏ．１２〜１７の発明例はいずれも目的の色調および強度条件を満たしていた。
比較例Ｎｏ．１８〜２１は、押出後の冷却速度が規定値に満たないため、母相中へのＭｇやＳｉの固溶が少なくなり、予備時効処理に生成される高温クラスターが少ないため予備時効処理による強度向上の効果が得られなかった。
比較例Ｎｏ．１８、２２、２６は予備時効温度が規定に満たないため、高温クラスターの生成が少なくなり、予備時効処理による強度向上の効果が得られなかった。
比較例Ｎｏ．２１、２５、２９は予備時効温度が規定を超えているため、ＧＰゾーンや安定相が生成され、高温クラスターの生成が少ないため予備時効処理により強度向上の効果が得られなかった。
比較例Ｎｏ．２３、２４は時効処理温度が規定を超えているため、単体Ｓｉが生成されるため、目的の色調より黄味が強くなってしまった。
比較例Ｎｏ．２６〜２９は、均質化温度が規定値を超えているため、十分なβ−ＡｌＦｅＳｉが析出されず目的の色調より明るくなってしまった。