(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする光輝性に優れたアルミニウム材。
【請求項２】
材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、該不可避不純物中で、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｉがそれぞれ０．０２％以下であることを特徴とする光輝性に優れたアルミニウム材。
【請求項３】
材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金に熱間圧延、冷間圧延をした後、３００〜４５０℃で１〜８時間焼鈍し、その後、２０℃／ｈｒ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする光輝性に優れたアルミニウム材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用ホイール材に好適な光輝性に優れたアルミニウム材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２輪車を含む自動車等の車両に用いられるホイールは、軽量化による燃費の向上や運動性能の向上、またはデザイン性からアルミホイールの使用が活発である。このアルミホイールのデザインに関して、表面の光の反射性、すなわち光輝性を向上させたものが、主に３ピースホイールで高級品として販売されている。
光輝性向上の手法には、ダイヤモンドバイトで表面を精密切削仕上し、無色クロメートで下地処理した後、クリヤー塗料を塗布する方法やクロムメッキ等のメッキ処理を行う方法、または、バフ研磨処理した後に化学研磨処理し、さらにアルマイト処理で光輝性を得る方法等がある。このなかで、切削処理によるものは下地処理や塗料により光輝性が低下するため満足できる光輝性は得られない。また、メッキによるものは、メッキ膜の密着性を向上させるために多層メッキが必要とされ、コスト高となる問題がある。一方、化学研磨とアルマイトで仕上げる場合には、素材であるアルミの質感を生かし、コスト的にも適当であることから、この処理方法で光輝性が得られる素材が強く要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、化学研磨とアルマイトを組み合わせて光輝性を得る方法においては、素材のＦｅ含有量が低いほど、アルマイト処理した際のＦｅのアルマイト膜への取り込みによる光輝性の低下の程度は低いことが知られており、光輝性を高めるためにＦｅ含有量を０．０２％以下にしたアルミニウム材が開発されている。しかし、素材のＦｅ含有量を低下させるためには、地金の純度を高純度化させることが必要であり、このためコスト（材料費）が高いものになってしまうという問題がある。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、低コストで優れた光輝性を得ることができるアルミニウム材を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光輝性に優れたアルミニウム材のうち第１の発明は、材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００５】
第２の発明は、材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、該不可避不純物中で、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｉがそれぞれ０．０２％以下であることを特徴とする。
光輝性に優れたアルミニウム材の製造方法の発明は、材料組成が、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金に熱間圧延、冷間圧延をした後、３００〜４５０℃で１〜８時間焼鈍し、その後、２０℃／ｈｒ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする。
【０００６】
本発明は、成分の選定により、Ｆｅ含有量を格別に低減することを必須とすることなく低コストで光輝性を向上させることができる。以下に、各成分の具体的な作用および限定理由を説明する。
【０００７】
［１］Ｍｇ含有量：２．５〜３．５％
ＭｇはＡｌに対して高い固溶度を有し、合金の強度を高めるために添加する。Ｍｇの含有量が２．５％未満では材料強度（例えばホイール材としての強度）が不足する。一方、３．５％を越えると応力腐食割れの危険が生じるため、上記範囲に限定する。なお、同様の理由で、下限を２．８％、上限を３．３％とするのが望ましい。
【０００８】
［２］Ｃｕ含有量：０．００５〜０．０９％
Ｃｕは材料の溶解電位を調整するために添加する。Ｃｕは微量な添加でも溶解電位に大きく影響を及ぼすが、Ｃｕ添加量が０．００５％未満では、圧延により生じる結晶粒毎の溶解電位のばらつきが化学研磨処理に影響し、結晶毎に溶解速度の差を生じて粗面化し、化学研磨での光輝性が得られないので、０．００５％以上の含有が望ましい。一方、Ｃｕ含有量が０．０９％を越えると、電位に及ぼす作用は飽和する傾向になり大きな効果が期待できないため、Ｃｕ含有量は０．０９％以下にする必要がある。
【０００９】
また、Ｃｕ量が増えるに連れて、熱間圧延や焼鈍処理においてＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出が生じて化学研磨表面の光輝性を低下させ、またアルマイト膜も着色させる作用が増大するが、０．０９％を越える含有では上記作用が顕著になる。しかも電位調整作用も０．１５％付近をピークとしてそれ以上含有量を増やしても却って電位調整作用は低減するので、Ｃｕ含有量は０．０９％以下とする。
なお、材料の電位を調整し、さらにＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出が問題とならないようにするという観点から両者をバランスさせ、Ｃｕ含有量は、下限を０．００５％、上限を０．０９％とする。
【００１０】
［３］Ｃｒ含有量：０．１０〜０．２５％
Ｃｒは化学研磨表面の光輝性を増すために添加される。
すなわち、Ｆｅが含有される合金にはＦｅ系の晶出物（主に鋳造で生成）が含まれるが、この化合物は溶解電位が高く、回りのアルミニウム地よりも溶け難いことから、化学的な研磨時に溶解速度の差によって晶出物の回りにピット状に凹凸が形成される。この凹凸は、最終的に光輝性を阻害する。特に、析出物を避けるために、Ｃｕ量を上記ピ−ク値よりも少なくすると、アルミニウム地の溶解電位は一層低くなってＦｅ晶出物との差が増大する。そこで、Ｃｕ、Ｃｒを適正量にしてアルミニウム地の溶解電位をＦｅ系晶出物のそれに近い値に調整すると、アルミニウム地と晶出部との溶解速度が同程度になり、化学的な研磨によってアルミニウム材表面がほぼ均一に溶解されてミクロ的にも平滑な研磨面が得られる。この平滑面により材料の光輝性が優れたものになる。
【００１１】
なお、Ｃｒ含有量が０．１０％未満であると上記した電位調整の効果が不十分となるので、下限を０．１０％とする。一方、Ｃｒ含有量が０．２５％を越えると巨大な金属間化合物が形成されるようになり、成形性や疲労強度を低下させるとともにアルマイト膜を着色させて光輝性を低下させるので、上限は０．２５％に定める。
なお、上記と同様の理由で、上限を０．２０％とするのが望ましい。
【００１２】
不可避不純物
本発明のアルミニウム材は、上記成分および残部Ａｌの他に、不可避不純物を含有する。以下に、不可避不純物に関し記述する。
［４］Ｆｅ含有量：０．０４０％以下
Ｆｅは不可避不純物として材料に含有されるものであるが、その含有量は低ければ低いほど、Ｆｅ晶出物に起因した凹凸形状が避けられ、光輝性は優れたものとなる。なお、上記Ｃｕ、Ｃｒ量の一方または両方を適切に調整することにより、Ｆｅ含有量を従来のように格別に低減（０．０２０％以下）しないでも良好な光輝性を得ることができ、例えば、０．０３０％程度のＦｅを含有するものにおいても良好な光輝性が得られる。ただし、Ｆｅ含有量が０．０４０％を越えると、Ｆｅ晶出物が多量に生成されるため、上記Ｃｕ、Ｃｒ量の調整によってもその凹凸形状を十分に解消することが困難になり、よってアルマイト膜の着色が大きくなり光輝性は大きく低下してしまう。したがって、Ｆｅ含有量の上限を０．０４０％とする。
また、Ｆｅ含有量の低減は、Ｃｕ、Ｃｒ量の調整がなされていない場合に比べれば光輝性向上効果は小さいものの、本発明においても、その低減は光輝性の向上に寄与するので、コストよりも光輝性を重視する場合には、Ｆｅ含有量を十分に低減することも可能である。ただし、Ｆｅ含有量を０．０１０％未満に低下させても光輝性の向上効果は次第に小さくなり、一方、原料としての地金純度は益々要求が高くなり、コスト的にも極めて不利になるため、Ｆｅ含有量の下限は０．０１０％とするのが望ましい。
【００１３】
［５］Ｓｉ含有量：０．０４０％以下
Ｓｉも不純物として材料に取り込まれるものであり、Ｆｅと同様の理由で制限する必要があり、その上限を０．０４０％とする。なお、工業性を考慮すれば、下限を０．００５％とするのが望ましい。
【００１４】
［６］Ｔｉ含有量：０．０００１〜０．０２％
Ｔｉは結晶粒を均一かつ微細化する作用があり、必要に応じて単独で、またはＢとともに溶製時に添加することができる。ただし、その含有量が０．０００１％未満下ではその効果が小さく、０．０２％越ではその効果が飽和するとともに、化学研磨面にピットを形成したりアルマイト膜を着色させて光輝性を低下させるので、不純物として含有されるＴｉ量を上記範囲に定めるのが望ましい。
また、その他の不可避不純物中で、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｉをそれぞれ０．０２％以下とするのが望ましい。これは、これらの成分が０．０２％を越えると、晶出物が生成されて光輝性を低下させるためである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミニウム材は、常法により製造することができ、所定の成分に調整した上で溶製され、所望の熱間圧延、冷間圧延等を経て製品化される。
なお、冷間圧延により硬化した材料を、ホイールに成形可能なレベルにまで軟化させるために焼鈍処理を行うことができ、この焼鈍処理では、上記軟化とともに結晶粒の大きさを調整することができる。ただし、この焼鈍処理では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出が生じるので、より良好な光輝性を得るために焼鈍温度と時間及び冷却速度を適正に管理することが望ましい。
【００１６】
すなわち、焼鈍温度が３００℃よりも低い場合には、焼鈍の効果を十分に得るためや結晶粒を適正な大きさにするために、より長時間の焼鈍処理が必要となり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出が増加して光輝性が大きく低下する。一方、焼鈍温度が４５０℃を越えるとＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出物の量が増して光輝性を低下させる。したがって、焼鈍処理は、３００〜４５０℃の温度範囲内で行うのが望ましい。
そして、焼鈍時間が１時間未満であると、焼鈍が十分になされず、また８時間を超えて長時間加熱すると、上記析出が顕著になるため、焼鈍時間を１〜８時間とするのが望ましい。
また、焼鈍後の冷却速度が２０℃／ｈｒよりも低下すると、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系の析出が増加し光輝性を大きく低下させるので、焼鈍後は、２０℃／ｈｒ以上の冷却速度で冷却するのが望ましい。なお、冷却時の上記析出は、２５０〜３５０℃温度域で顕著に起こるので、この温度域では、より速い冷却速度（例えば６０℃／ｈｒ以上）とすることもできる。なお、２５０℃未満では、上記析出は殆ど起こらないので、２５０℃よりも低い温度になれば、冷却速度を規制しないことも可能である。
【００１７】
その後は、鍛造、プレス成形等の二次成形加工を経てホイール等が得られる。二次成形加工後は、常法により光輝処理をすることができる。例えば、アルミニウム材の表面を切削や研磨により鏡面化する。
なお、本発明材としては、鏡面化に際し、仕上げ研磨として化学研磨を行うのが望ましい。これは、Ｃｕ、Ｃｒ量の調整により、Ｆｅ晶出物やその他の析出物とマトリックス地との溶解電位差が小さくなっているので、化学研磨時に表面が一様に溶解して平滑な研磨面を得ることができるためである。したがって、バフ研磨等の粗研磨を行った後、化学研磨を行うことにより低コストで鏡面化することができる。なお、化学研磨自体は常法により行うことができる。また、化学的な研磨を行うという点で、電解研磨を採用することも可能であり、上記化学研磨と同様に、研磨によって良好な平滑面を得ることができる。
【００１８】
上記鏡面処理後には、必要に応じてアルミニウム材表面を脱脂処理した後、水洗し、常法によりアルマイト処理を行うことができる。上記一連の光輝性処理により、質感を持ち、かつ光輝性に優れた製品を得ることができる。
なお、本発明の材料は、前記したように光輝性を持たせた高級な自動車ホイールに好適であるが、この用途に限定されるものではなく、光輝性を要求される他の用途への適用も可能である。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例を説明する。
表１に示す供試材を常法により溶製し、所定の熱間加工、冷間加工を経た後、３８０℃×４時間の焼鈍処理を行い、その後、３０℃／ｈｒの冷却速度で冷却した。さらに、各供試材を５０×５０ｍｍ2に切断し、エメリー＃１０００で研磨した後、０．３μｍのアルミナで研磨し、さらにラサ工業株式会社製の化学研磨処理液（商品名：ラサブライト）で化学研磨処理して鏡面に仕上げた。ついで、１５％硫酸中で１６Ｖの電解を行い、アルマイト膜を３μｍ形成して光輝性処理を行った。
【００２０】
光輝性処理を行った各供試材について、以下の方法で反射率および光輝性の評価を行い、その結果を表２に示した。
［評価方法］
（１）光沢度計で銀鏡を１００％とした際の鏡面反射率をアルマイト処理後に測定し、その数値を表に示した。
（２）光輝性は表面の光沢と色味を含めた目視評価を行った。評価では、○：光輝性に優れる  △：やや着色が感じられる  ×：光輝性は劣るものとして判定し、その結果を、○、△、×により表中に示した。
【００２１】
【表１】
0003880693.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003880693.tif 000003
【００２３】
表の結果より、発明材はいずれも反射率において比較材よりも高い数値を示しており、光輝性の目視評価ではさらに顕著な差異が認められた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアルミニウム材によれば、材料組成を、重量％で、Ｍｇ：２．５〜３．５％、Ｃｕ：０．００５〜０．０９％、Ｃｒ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．０４０％以下、Ｓｉ：０．０４０％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものとしたので、晶出物および析出物による光輝性の低下が避けられ、Ｆｅの含有量を格別に低減することなく低コストで優れた光輝性を得ることが可能になる。