JP6721406B2 - Aluminum alloy material, aluminum alloy material with adhesive resin layer, method for producing aluminum alloy material, and method for producing aluminum alloy material with adhesive resin layer - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金材、接着樹脂層付きアルミニウム合金材、アルミニウム合金材の製造方法、及び接着樹脂層付きアルミニウム合金材の製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy material, an aluminum alloy material with an adhesive resin layer, a method for producing an aluminum alloy material, and a method for producing an aluminum alloy material with an adhesive resin layer.
自動車、船舶及び航空機などの輸送機に用いられる部材の軽量化の観点から、炭素繊維やアルミ合金、鉄鋼材料といった、強度、材質、質量等の異なる異種材料を接合する技術の開発が注目されている。特に、接着樹脂(樹脂接着剤)は、電食による材料の腐食がなく、多様な材料を腐食せずに接合可能なことから、近年積極的に研究されている。しかしながら、高湿環境下では、金属と接着樹脂の界面に水分が浸入し、金属表面の腐食・劣化が起こり、金属と接着樹脂の界面で容易に剥離するため、接着強度が著しく低下してしまう。そのため、金属と接着樹脂の界面を腐食から保護し、湿潤環境下でも接着強度を低下させないような前処理が、接着耐久性を左右する重要な因子となる。 From the viewpoint of reducing the weight of members used in transportation machines such as automobiles, ships, and aircraft, attention has been focused on the development of technology for joining dissimilar materials such as carbon fiber, aluminum alloy, and steel materials having different strengths, materials, and masses. There is. In particular, an adhesive resin (resin adhesive) has been actively studied in recent years because it does not corrode materials due to electrolytic corrosion and can bond various materials without corroding. However, in a high-humidity environment, water enters the interface between the metal and the adhesive resin, corrosion and deterioration of the metal surface occur, and the metal and the adhesive resin easily peel off at the interface, resulting in a significant decrease in the adhesive strength. .. Therefore, pretreatment that protects the interface between the metal and the adhesive resin from corrosion and does not reduce the adhesive strength even in a wet environment is an important factor that determines the adhesive durability.
ここで、接着用前処理としては、防食の観点から、金属表面の耐食性や塗料密着性を向上させるための表面処理が知られている。 Here, as the pretreatment for adhesion, a surface treatment for improving the corrosion resistance of the metal surface and the paint adhesion is known from the viewpoint of corrosion protection.
例えば、特許文献1には、テトラエチルオルソシリケート等のテトラアルキルシリケートと、シリカゾル等の水和酸化物ゾルを含む水性組成物でアルミニウム等の金属を処理することにより、その上に形成される接着剤などの塗膜の初期密着性や密着性の長期安定性を向上させる手法が記載されている。 For example, in Patent Document 1, an adhesive formed on a metal such as aluminum by treating a metal such as aluminum with an aqueous composition containing a tetraalkyl silicate such as tetraethyl orthosilicate and a hydrated oxide sol such as silica sol. And other techniques for improving the initial adhesion and long-term stability of adhesion of the coating film.
また、特許文献2には、少なくとも2個の3置換シリル基を有する少なくとも1種類の多官能性シランのみから本質的になる第一の処理溶液で金属基板を処理した後、少なくとも1種類のオルガノ官能性シランを含む第二の処理溶液を含む第二の被覆を施すことにより、金属の耐食性を向上させる手法が記載されている。 Further, in Patent Document 2, after treating a metal substrate with a first treatment solution consisting essentially of at least one kind of multifunctional silane having at least two tri-substituted silyl groups, at least one kind of organo Techniques for improving the corrosion resistance of metals by applying a second coating containing a second treatment solution containing a functional silane are described.
また、特許文献3には、アミノシランと多シリル官能シランを含む溶液により金属基材を処理することにより、金属の耐食性を向上させる手法が記載されている。 Further, Patent Document 3 describes a method of improving the corrosion resistance of a metal by treating a metal base material with a solution containing aminosilane and polysilyl-functional silane.
また、特許文献4には、亜鉛メッキ鋼板の表面をケイ酸化合物を含む水溶液でリンスした後、シランカップリング剤で処理することで耐食性を向上させる方法が記載されている。 In addition, Patent Document 4 describes a method of improving corrosion resistance by rinsing the surface of a galvanized steel sheet with an aqueous solution containing a silicic acid compound and then treating the surface with a silane coupling agent.
また、特許文献5には、ケイ酸エステル、アルミニウム無機塩及びポリエチレングリコールを含有し、シランカップリング剤をさらに含有させた溶液を、亜鉛系めっき鋼板上に塗布、乾燥して皮膜を形成させることで、塗料密着性及び耐白錆性を向上させる手法が記載されている。 Further, in Patent Document 5, a solution containing a silicate ester, an aluminum inorganic salt and polyethylene glycol and further containing a silane coupling agent is applied on a zinc-based plated steel sheet and dried to form a film. Describes a method for improving paint adhesion and white rust resistance.
また、特許文献6には、ナトリウム水ガラス等の水ガラスと、アミノシラン等のシランを含む水溶液により、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属材料の表面を処理することで、塗料密着性を向上させる手法が記載されている。 Further, Patent Document 6 discloses a method for improving coating adhesion by treating the surface of a metal material such as aluminum or an aluminum alloy with an aqueous solution containing water glass such as sodium water glass and silane such as aminosilane. Have been described.
また、特許文献7には、無機珪酸塩、有機官能性シラン及び2以上のトリアルコキシシリル基を含む架橋剤を含有するアルカリ溶液で金属シートを処理することにより、耐食性及び塗料付着性を向上させる手法が記載されている。 Further, in Patent Document 7, by treating a metal sheet with an alkaline solution containing an inorganic silicate, an organofunctional silane, and a crosslinking agent containing two or more trialkoxysilyl groups, corrosion resistance and paint adhesion are improved. The method is described.
しかしながら、特許文献1に記載の手法では、長期の湿潤劣化試験により接着強度が著しく減少してしまうため、接着耐久性は十分なものとはいえない。 However, in the method described in Patent Document 1, the adhesive strength is remarkably reduced by the long-term wet deterioration test, and therefore the adhesive durability cannot be said to be sufficient.
また、特許文献2及び特許文献3に記載の手法では、生成するシラン皮膜の接着耐久性は十分でなく、高温乾燥または長時間の処理を必要とするなどプロセスへの実用性にも問題がある。 Further, in the methods described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the adhesion durability of the produced silane film is not sufficient, and there is a problem in practicality in the process such as high temperature drying or long-time treatment. ..
また、特許文献4〜特許文献7に記載の手法は、あくまで金属表面の防食や塗料の密着性の改善を目的とするものである。したがって、形成される皮膜は肉厚となるが、肉厚な皮膜では皮膜自身の機械強度が低く、張力や応力に対して脆くなり、高い接着強度を得ることができない。 Further, the methods described in Patent Documents 4 to 7 are intended only for the purpose of preventing corrosion of the metal surface and improving the adhesiveness of the paint. Therefore, the formed film has a large thickness, but a thick film has a low mechanical strength of the film itself, becomes brittle against tension and stress, and high adhesive strength cannot be obtained.
また、表面処理後のアルミニウム合金材は、加工性向上のため表面処理後に塗油を行い、その後成形し、接着を行う。ここで、表面処理皮膜と接着剤の間に潤滑油やプレス油、加工油などの機械油が含まれると、接着剤の密着性が大きく低下し、高い接着強度を得ることができないことから、表面にプレス油、加工油等の機械油が付着しても接着耐久性が低下しないアルミニウム合金材の開発が求められている。 In addition, the aluminum alloy material after the surface treatment is subjected to oil treatment after the surface treatment for improving workability, and then molded and adhered. Here, when a lubricating oil, a press oil, or a mechanical oil such as a processing oil is contained between the surface treatment film and the adhesive, the adhesiveness of the adhesive is significantly reduced, and high adhesive strength cannot be obtained. There is a demand for the development of an aluminum alloy material that does not deteriorate the adhesion durability even when mechanical oil such as press oil or processing oil adheres to the surface.
以上のような問題点を鑑みて、本発明は、高温湿潤環境に曝されても、接着強度が低下し難く、接着耐久性に優れたアルミニウム合金材、接着樹脂層付きアルミニウム合金材、アルミニウム合金材の製造方法、及び接着樹脂層付きアルミニウム合金材の製造方法を提供することを主目的とする。 In view of the above problems, the present invention, even when exposed to a high temperature wet environment, the adhesive strength is less likely to decrease, aluminum alloy material excellent in adhesion durability, aluminum alloy material with an adhesive resin layer, aluminum alloy A main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a material and a method for manufacturing an aluminum alloy material with an adhesive resin layer.
本発明者は、前述した課題を解決するために、鋭意実験検討を行った結果、アルミニウム基材表面に、Mg量、Si量及びCu量が特定の範囲内であり、かつFT−IRスペクトルにおいて特定の吸収を有する、ケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる皮膜を形成し、さらに特定のシラン化合物の重合体を含む皮膜を形成することで、優れた接着耐久性が得られることを見出し、本発明に至った。 In order to solve the above-mentioned subject, the present inventor has conducted an earnest experiment and, as a result, the amount of Mg, the amount of Si and the amount of Cu are within a specific range on the surface of the aluminum substrate, and in the FT-IR spectrum. It has been found that excellent adhesion durability can be obtained by forming a film made of an oxide of aluminum containing silicon having specific absorption, and further forming a film containing a polymer of a specific silane compound. Invented.
即ち、本発明は、アルミニウム合金基材と、前記アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一部に形成された、ケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる第1皮膜と、前記第1皮膜の少なくとも一部に形成された、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜を備えるアルミニウム合金材であって、前記第1皮膜は、フーリエ変換式赤外分光法により入射角75°の平行偏光を入射して得られる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、波数1000〜1300cm−1の範囲に2つの吸収帯を有し、前記2つの吸収帯は波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲にあり、かつ、前記第1皮膜は、Siを15原子%以上70原子%未満及びMgを0.1原子%以上30原子%未満含有するとともに、Cuが0.6原子%未満に規制されている、アルミニウム合金材を提供する。 That is, the present invention is an aluminum alloy base material, a first coating formed on at least a part of the surface of the aluminum alloy base material, the oxide comprising aluminum containing silicon, and at least a part of the first coating. An aluminum alloy material comprising a silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, a second coating containing the hydrolyzate or a polymer thereof, the first coating Has two absorption bands in the wave number range of 1000 to 1300 cm −1 in the difference spectrum before and after the film treatment obtained by injecting parallel polarized light with an incident angle of 75° by Fourier transform infrared spectroscopy. One absorption band is in the range of wave numbers of 1080 to 1140 cm −1 and wave numbers of 1180 to 1240 cm −1 , and the first coating contains 15 atomic% or more and less than 70 atomic% of Si and 0.1 atomic% or more of 30 Mg. Provided is an aluminum alloy material containing less than atomic% and Cu regulated to less than 0.6 atomic %.
ここで、第1皮膜中のSi量、Mg量、Cu量は、高周波グロー放電発光分光分析法(GD−OES:Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy)により測定した値である。 Here, the amount of Si, the amount of Mg, and the amount of Cu in a 1st film|membrane are the values measured by the high frequency glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES:Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy).
本発明のアルミニウム合金材においては、前記皮膜は、直径1nm以上の粒子状の無機化合物を実質的に含まないことが好ましい。 In the aluminum alloy material of the present invention, it is preferable that the film does not substantially contain a particulate inorganic compound having a diameter of 1 nm or more.
本発明のアルミニウム合金材においては、第1皮膜中のSi量が20原子%以上65原子%未満であることが好ましく、30原子%以上60原子%未満であることがより好ましい。 In the aluminum alloy material of the present invention, the amount of Si in the first coating is preferably 20 atomic% or more and less than 65 atomic %, and more preferably 30 atomic% or more and less than 60 atomic %.
本発明のアルミニウム合金材においては、第2皮膜が有機樹脂成分と化学結合しうる反応性官能基を有するシランカップリング剤、その加水分割物、またはその重合体をさらに含んでいてもよい。 In the aluminum alloy material of the present invention, the second coating may further contain a silane coupling agent having a reactive functional group capable of chemically bonding with the organic resin component, its hydrolyzate, or its polymer.
本発明のアルミニウム合金材においては、第2皮膜の皮膜量が0.01〜30mg/m2であることが好ましく、0.2〜20mg/m2であることがより好ましく、0.5〜10mg/m2であることがさらに好ましい。 In the aluminum alloy material of the present invention, it is preferable that coating amount of the second coating is a 0.01 to 30 mg / m 2, more preferably from 0.2 to 20 / m 2, 0.5 to 10 mg More preferably, it is /m 2 .
本発明のアルミニウム合金材においては、アルミニウム合金基材が、Al−Mg系合金、Al−Cu−Mg系合金、Al−Mg−Si系合金又はAl−Zn−Mg系合金からなるものであってもよい。 In the aluminum alloy material of the present invention, the aluminum alloy base material is made of an Al-Mg alloy, an Al-Cu-Mg alloy, an Al-Mg-Si alloy or an Al-Zn-Mg alloy. Good.
また、本発明は、上述したアルミニウム合金材の第2皮膜上に、接着樹脂層が形成されている、接着樹脂層付きアルミニウム合金材をも提供する。 The present invention also provides an aluminum alloy material with an adhesive resin layer, in which an adhesive resin layer is formed on the second coating of the aluminum alloy material described above.
本発明のアルミニウム合金材においては、接着樹脂層がエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ニトリル系樹脂、ナイロン系樹脂及びアクリル系樹脂から選ばれる少なくとも1つを含んでいてもよい。 In the aluminum alloy material of the present invention, the adhesive resin layer may contain at least one selected from an epoxy resin, a urethane resin, a nitrile resin, a nylon resin, and an acrylic resin.
また、本発明は、アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一部にケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる第1皮膜を形成する第1皮膜形成工程と、前記第1皮膜の少なくとも一部に、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜を形成する第2皮膜形成工程とを備え、前記第1皮膜形成工程は、前記アルミニウム合金基材の表面に酸化皮膜を形成させる加熱処理段階と、前記加熱処理段階後のエッチング処理段階及びシリケート処理段階とを含み、前記シリケート処理段階は前記エッチング処理段階より後あるいは前記エッチング処理段階と同時であり、かつ、前記シリケート処理段階として、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを0.005質量%〜2質量%含む第1水溶液で前記酸化皮膜を処理し、前記第2皮膜形成工程では、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分割物、またはその重合体を含む第2水溶液で前記第1皮膜を処理する、アルミニウム合金材の製造方法をも提供する。 Further, the present invention provides a first film forming step of forming a first film made of an oxide of aluminum containing silicon on at least a part of the surface of an aluminum alloy base material, and a molecule on at least a part of the first film. A silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups therein, a second film forming step of forming a second film containing a hydrolyzate thereof or a polymer thereof, wherein the first film forming step comprises A heat treatment step of forming an oxide film on the surface of the aluminum alloy substrate, and an etching treatment step and a silicate treatment step after the heat treatment step, the silicate treatment step being after the etching treatment step or the etching. At the same time as the treatment step, and as the silicate treatment step, the oxide film is treated with a first aqueous solution containing 0.005% by mass to 2% by mass of tetraalkyl silicate or an oligomer thereof, and in the second film forming step, A method for producing an aluminum alloy material, comprising treating the first coating with a second aqueous solution containing a silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, a hydrolyzate thereof, or a polymer thereof. Also provide.
本発明のアルミニウム合金材の製造方法においては、エッチング処理段階におけるエッチング量を700nm未満に制御することが好ましい。 In the method for producing an aluminum alloy material of the present invention, it is preferable to control the etching amount in the etching treatment stage to less than 700 nm.
本発明のアルミニウム合金材の製造方法においては、第1皮膜形成工程において、シリケート処理段階はエッチング処理段階より後であり、エッチング処理段階として、酸処理及びアルカリ溶液処理のうちの少なくとも1つを行ってもよい。 In the method for producing an aluminum alloy material of the present invention, in the first film forming step, the silicate treatment step is after the etching treatment step, and at least one of acid treatment and alkaline solution treatment is performed as the etching treatment step. May be.
本発明のアルミニウム合金材の製造方法においては、第1皮膜形成工程において、シリケート処理段階はエッチング処理段階と同時であってもよい。 In the method for manufacturing an aluminum alloy material of the present invention, the silicate treatment step may be the same as the etching treatment step in the first film forming step.
さらに、本発明は、上述したアルミニウム合金材の製造方法により製造されたアルミニウム合金材の第2皮膜の上に、接着樹脂層を形成する接着樹脂層形成工程を備える、接着樹脂層付きアルミニウム合金材の製造方法をも提供する。 Furthermore, the present invention comprises an aluminum alloy material with an adhesive resin layer, which comprises an adhesive resin layer forming step of forming an adhesive resin layer on the second coating of the aluminum alloy material produced by the method for producing an aluminum alloy material described above. A method of manufacturing the same is also provided.
本発明によれば、高温湿潤環境に曝されても、接着強度が低下し難く、接着耐久性に優れたアルミニウム合金材を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an aluminum alloy material in which the adhesive strength does not easily decrease even when exposed to a high temperature and humid environment, and which has excellent adhesive durability.
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the embodiments described below.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係るアルミニウム合金材について説明する。
本実施形態に係るアルミニウム合金材は、アルミニウム合金基材と、前記アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一部に形成された、ケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる第1皮膜と、前記第1皮膜の少なくとも一部に形成された、分子内にトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜を備えるアルミニウム合金材であって、前記第1皮膜は、フーリエ変換式赤外分光法により入射角75°の平行偏光を入射して得られる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、波数1000〜1300cm−1の範囲に2つの吸収帯を有し、前記2つの吸収帯は波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲にあり、かつ、前記第1皮膜は、Siを15原子%以上70原子%未満及びMgを0.1原子%以上30原子%未満含有するとともに、Cuが0.6原子%未満に規制されている、アルミニウム合金材である。
(First embodiment)
First, the aluminum alloy material according to the first embodiment of the present invention will be described.
The aluminum alloy material according to the present embodiment includes an aluminum alloy base material, a first coating formed on at least a part of the surface of the aluminum alloy base material, and made of an oxide of aluminum containing silicon, and the first coating. An aluminum alloy material having a second coating formed on at least a part of the silane compound having two or more trialkoxysilyl groups in the molecule, a hydrolyzate thereof or a polymer thereof, the first coating Has two absorption bands in the wave number range of 1000 to 1300 cm −1 in the difference spectrum before and after the film treatment obtained by injecting parallel polarized light with an incident angle of 75° by Fourier transform infrared spectroscopy. One absorption band is in the range of wave numbers of 1080 to 1140 cm −1 and wave numbers of 1180 to 1240 cm −1 , and the first coating contains 15 atomic% or more and less than 70 atomic% of Si and 0.1 atomic% or more of 30 Mg. It is an aluminum alloy material containing less than atomic% and Cu regulated to less than 0.6 atomic %.
図1は本実施形態のアルミニウム合金材の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態のアルミニウム合金材10は、アルミニウム合金基材3(以下、基材3ともいう)の表面の少なくとも一部にケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる第1皮膜1(以下、皮膜1ともいう)が形成されており、第1皮膜1の少なくとも一部に、分子内にトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜2(以下、皮膜2ともいう)が形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the aluminum alloy material of this embodiment. As shown in FIG. 1, the aluminum alloy material 10 of the present embodiment is a first coating made of an aluminum oxide containing silicon on at least a part of the surface of an aluminum alloy base material 3 (hereinafter, also referred to as base material 3). 1 (hereinafter, also referred to as film 1) is formed, and at least a part of the first film 1 contains a silane compound having two or more trialkoxysilyl groups in the molecule, its hydrolyzate or its polymer. A second film 2 (hereinafter, also referred to as film 2) is formed.
[基材3]
基材3は、アルミニウム合金からなる。基材3を形成するアルミニウム合金の種類は、特に限定されるものではなく、加工される部材の用途に応じて、JISに規定される又はJISに近似する種々の非熱処理型若しくは熱処理型のアルミニウム合金から適宜選択して使用することができる。ここで、非熱処理型アルミニウム合金としては、純アルミニウム(1000系)、Al−Mn系合金(3000系)、Al−Si系合金(4000系)及びAl−Mg系合金(5000系)がある。また、熱処理型アルミニウム合金としては、Al−Cu−Mg系合金(2000系)、Al−Mg−Si系合金(6000系)及びAl−Zn−Mg系合金(7000系)がある。
[Base material 3]
The base material 3 is made of an aluminum alloy. The type of aluminum alloy forming the base material 3 is not particularly limited, and various non-heat-treatment type or heat-treatment type aluminum specified in JIS or similar to JIS are used depending on the use of the member to be processed. The alloy can be appropriately selected and used. Here, as the non-heat treatment type aluminum alloy, there are pure aluminum (1000 series), Al-Mn series alloy (3000 series), Al-Si series alloy (4000 series) and Al-Mg series alloy (5000 series). Further, as the heat treatment type aluminum alloy, there are Al—Cu—Mg based alloys (2000 series), Al—Mg—Si based alloys (6000 series) and Al—Zn—Mg based alloys (7000 series).
例えば、本実施形態のアルミニウム合金材10を自動車用部材に用いる場合は、強度の観点から、基材3は0.2%耐力が100MPa以上であることが好ましい。このような特性を満足する基材を形成可能なアルミニウム合金としては、2000系、5000系、6000系及び7000系などのように、マグネシウムを比較的多く含有するものがあり、これらの合金は必要に応じて調質してもよい。また、各種アルミニウム合金の中でも、時効硬化能に優れ、合金元素量が比較的少なくスクラップのリサイクル性や成形性にも優れていることから、6000系アルミニウム合金を用いることが好ましい。 For example, when the aluminum alloy material 10 of the present embodiment is used as a member for automobiles, the 0.2% proof stress of the base material 3 is preferably 100 MPa or more from the viewpoint of strength. Aluminum alloys capable of forming a base material satisfying such characteristics include those containing a relatively large amount of magnesium, such as 2000 series, 5000 series, 6000 series and 7000 series, and these alloys are necessary. It may be tempered according to. In addition, among various aluminum alloys, it is preferable to use the 6000 series aluminum alloy because it has excellent age hardening ability, a relatively small amount of alloying elements, and excellent scrap recyclability and formability.
[第1皮膜1]
第1皮膜1(以下、皮膜1ともいう)は、基材3の表面の少なくとも一部に形成される、ケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる皮膜である。本実施形態のアルミニウム合金材10において、皮膜1は、フーリエ変換式赤外分光法(FT−IR)により入射角75°の平行偏光を入射して得られる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、波数1000〜1300cm−1の範囲に2つの吸収帯を有し、前記2つの吸収帯は波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲にあり、かつ、皮膜1は、Siを15原子%以上70原子%未満及びMgを0.1原子%以上30原子%未満含有するとともに、Cuが0.6原子%未満に規制されているものである。この皮膜1は、通常のアルミの酸化皮膜と比較して、緻密で耐食性に富む皮膜であり、接着剤との接合強度を高くするとともに、接着耐久性の向上を図るために設けられている。以下、皮膜1に含まれる各成分量の好適な範囲について説明する。なお、図1に示されるアルミニウム合金材では、基材3の一方の表面の全部に皮膜1が形成されているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、基材3の表面の一部のみに皮膜1が形成されていてもよい。また、基材3の両面に皮膜1が形成されていてもよい。
[First coating 1]
The first coating 1 (hereinafter, also referred to as coating 1) is a coating formed on at least a part of the surface of the base material 3 and made of an oxide of aluminum containing silicon. In the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, the film 1 has a wave number of 1000 in the difference spectrum before and after the film treatment, which is obtained by injecting parallel polarized light with an incident angle of 75° by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Has two absorption bands in the range of ˜1300 cm −1, the two absorption bands are in the range of wave numbers of 1080 to 1140 cm −1 and 1180 to 1240 cm −1 , and the film 1 contains 15 atomic% of Si. The above content is less than 70 atomic% and the content of Mg is 0.1 atomic% or more and less than 30 atomic %, and Cu is regulated to less than 0.6 atomic %. The film 1 is a film that is denser and has a higher corrosion resistance than an ordinary aluminum oxide film, and is provided to increase the bonding strength with an adhesive and to improve the adhesion durability. Hereinafter, the suitable range of the amount of each component contained in the film 1 will be described. In the aluminum alloy material shown in FIG. 1, the coating 1 is formed on the entire one surface of the base material 3, but the present embodiment is not limited to this. For example, the film 1 may be formed only on a part of the surface of the base material 3. Further, the coating film 1 may be formed on both surfaces of the base material 3.
<FT−IRスペクトル>
テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーに由来する薄膜は、波数1000〜1300cm−1の範囲にSi−O−Si結合の非対称性伸縮振動に由来する異なる2つの吸収帯を有し、これら2つの吸収帯は、それぞれ波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲に存在する。ただし、この2つの吸収帯は、皮膜が分厚くなるにつれてピークが平均化され、単一のブロードなピークとなる。ここで、皮膜が分厚くなると、機械的強度の低い脆弱な皮膜となり、高い接着耐久性を得ることができなくなる。そのため、当該領域に異なる2つの吸収帯を有することが、接着耐久性に優れた適切な皮膜であるかにおいて重要となる。本実施形態のアルミニウム合金材10において、皮膜1は、FT−IRによる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーに由来する波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲に2つの吸収帯を有しており、皮膜が十分に薄いため、高い接着耐久性を有する。なお、本明細書において、「ある波数の範囲に吸収帯を有する」とは、その波数の範囲に極大吸収波長を有することを表す。吸収帯の形状としては、変曲点を有していればよく、ピークであってもよく、ショルダーであってもよい。
<FT-IR spectrum>
The thin film derived from tetraalkyl silicate or its oligomer has two different absorption bands derived from asymmetric stretching vibration of Si—O—Si bond in the wave number range of 1000 to 1300 cm −1 , and these two absorption bands are , Respectively in the range of 1,080 to 1140 cm −1 and 1,180 to 1240 cm −1 . However, in these two absorption bands, the peaks are averaged as the film becomes thicker, resulting in a single broad peak. Here, if the film becomes thick, it becomes a brittle film having low mechanical strength, and it becomes impossible to obtain high adhesion durability. Therefore, it is important to have two different absorption bands in the relevant area in order to determine whether or not the film is a suitable film having excellent adhesion durability. In the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, the film 1 is in the difference spectrum before and after coating treatment with FT-IR, range of wave numbers 1080~1140Cm -1 and a wavenumber 1180~1240Cm -1 derived from tetraalkyl silicate or its oligomer Since it has two absorption bands and the film is sufficiently thin, it has high adhesion durability. In the present specification, “having an absorption band in a certain wave number range” means having a maximum absorption wavelength in the wave number range. The shape of the absorption band may have an inflection point, and may have a peak or a shoulder.
FT−IRによる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて上述した2つの吸収帯を有する皮膜は、例えば、アルミニウム合金基材上に形成された酸化皮膜に対して、後述するシリケート処理を行うことによって形成することができる。ここで、本明細書においては、シリケート処理とは、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを用いた処理を表す。テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを用いてアルミニウム合金基材上の酸化皮膜をシリケート処理した場合、処理後の皮膜が薄い場合には、FT−IRによる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、2つの吸収帯が波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲に吸収帯を有することとなる。
なお、皮膜処理前後での差スペクトルとは、第1皮膜が形成されたアルミニウム合金材の、第1皮膜が形成されている表面の吸収スペクトルと、第1皮膜が形成されていないアルミニウム合金基材の吸収スペクトルとの間の差である。
The film having the above-mentioned two absorption bands in the difference spectrum before and after the film treatment by FT-IR is formed, for example, by subjecting an oxide film formed on an aluminum alloy substrate to a silicate treatment described later. You can Here, in the present specification, the silicate treatment means a treatment using a tetraalkyl silicate or an oligomer thereof. When an oxide film on an aluminum alloy substrate is silicate-treated with tetraalkyl silicate or an oligomer thereof and the film after the treatment is thin, two absorption bands appear in the difference spectrum before and after the film treatment by FT-IR. It has an absorption band in the range of the wave number 1080 to 1140 cm −1 and the wave number 1180 to 1240 cm −1 .
The difference spectrum before and after the film treatment means the absorption spectrum of the surface of the aluminum alloy material on which the first film is formed, on which the first film is formed, and the aluminum alloy base material on which the first film is not formed. Is the difference between the absorption spectrum of
本実施形態においては、皮膜1が直径1nm以上の粒子状の無機化合物(以下、単に「粒子状無機化合物」ともいう)を含むと、皮膜が肉厚となり接着強度及び接着耐久性が低下するおそれがある。したがって、皮膜1は、粒子状無機化合物を実質的に含まないことが好ましい。なお、「皮膜が粒子状無機化合物を実質的に含まない」とは、粒子状無機化合物を全く含まない態様に限定されるものではなく、粒子状無機化合物を不純物レベルで含有することは許容される。具体的には、皮膜1全体に対して、粒子状無機化合物が5質量%以下まで含有されることは許容される。また、粒子状無機化合物としては、シリカやアルミナといった無機酸化物のゾル等が挙げられる。なお、粒子状の無機化合物の直径は、処理液乾燥後の固形分の透過型電子顕微鏡(TEM)による観察や、希釈した処理液を液中パーティクルカウンターより測定される直径を表す。 In the present embodiment, when the film 1 contains a particulate inorganic compound having a diameter of 1 nm or more (hereinafter, also simply referred to as “particulate inorganic compound”), the film becomes thick and the adhesive strength and the adhesive durability may decrease. There is. Therefore, it is preferable that the film 1 does not substantially contain the particulate inorganic compound. In addition, "the coating film does not substantially include the particulate inorganic compound" is not limited to an embodiment that does not include the particulate inorganic compound at all, and it is allowed to contain the particulate inorganic compound at an impurity level. It Specifically, it is permissible that the particulate inorganic compound is contained up to 5% by mass or less with respect to the entire film 1. Examples of the particulate inorganic compound include sols of inorganic oxides such as silica and alumina. The diameter of the particulate inorganic compound represents the diameter of the solid content after the treatment liquid is dried, which is observed by a transmission electron microscope (TEM) or the diluted treatment liquid is measured by an in-liquid particle counter.
<Mg含有量:0.1原子%以上30原子%未満>
アルミニウム合金材の基材を構成するアルミニウム合金には、通常、合金成分としてマグネシウム(Mg)が含まれており、このような基材3の表面にアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物である酸化皮膜を形成すると、表面にマグネシウムが濃化した状態で存在することとなる。このため、酸化皮膜上に接着樹脂を形成すると、表面のマグネシウムが接着界面の弱境界層となり、初期の接合強度が低下する。
<Mg content: 0.1 atom% or more and less than 30 atom%>
The aluminum alloy constituting the base material of the aluminum alloy material usually contains magnesium (Mg) as an alloy component, and an oxide film which is a composite oxide of aluminum and magnesium is formed on the surface of the base material 3. When formed, magnesium will be present on the surface in a concentrated state. Therefore, when the adhesive resin is formed on the oxide film, the magnesium on the surface becomes a weak boundary layer at the adhesive interface, and the initial bonding strength is reduced.
また、水分、酸素などが浸透してくる高温湿潤環境においては、接着樹脂との界面の水和や基材の腐食の原因となり、アルミニウム合金材の接合強度を低下させる。具体的には、皮膜中のMg含有量が30原子%以上になると、アルミニウム合金材の接合強度が低下する傾向がある。そこで、本実施形態のアルミニウム合金材10では、皮膜1におけるMg含有量を30原子%未満に規制する。これにより、接着耐久性を向上することができる。皮膜1のMg含有量は、接着耐久性向上の観点から、25原子%未満が好ましく、20原子%未満がより好ましく、さらに好ましくは10原子%未満である。 Further, in a high temperature and humid environment where water, oxygen, etc. permeate, it causes hydration at the interface with the adhesive resin and corrosion of the base material, and reduces the bonding strength of the aluminum alloy material. Specifically, when the Mg content in the coating is 30 atomic% or more, the bonding strength of the aluminum alloy material tends to decrease. Therefore, in the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, the Mg content in the film 1 is restricted to less than 30 atomic %. Thereby, the adhesion durability can be improved. From the viewpoint of improving the adhesion durability, the Mg content of the coating film 1 is preferably less than 25 atom %, more preferably less than 20 atom %, and even more preferably less than 10 atom %.
一方、皮膜1のMg含有量の下限値は、経済性の観点から0.1原子%以上とする。なお、ここでいう皮膜1中のMg含有量は、高周波グロー放電発光分光分析法(GD−OES)により測定することができる。 On the other hand, the lower limit of the Mg content of the film 1 is 0.1 atom% or more from the viewpoint of economy. The Mg content in the film 1 referred to here can be measured by high frequency glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES).
皮膜1のMg含有量を調整する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、硝酸、硫酸及びフッ酸などの酸若しくは混酸等の酸性溶液、又は水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ケイ酸塩及び炭酸塩などを含むアルカリ溶液で表面処理する方法を適用することができる。この方法は、マグネシウムを酸又はアルカリ溶液に溶解させることにより、皮膜1のMg含有量を調整するものであり、処理時間、温度、表面処理液の濃度やpHを調整することで、皮膜1中のMg量を前述した範囲にすることができる。なお、不純物元素程度にMgが含有されている場合であっても、調質で高温の熱処理が行われるとMgが皮膜1中に濃化する場合があり、酸やアルカリでの表面処理による調整が適宜必要である。また、表面処理の薬液中にMgイオンを含有させて調整することも可能である。 The method of adjusting the Mg content of the coating film 1 is not particularly limited, but examples thereof include acidic solutions of acids such as nitric acid, sulfuric acid and hydrofluoric acid or mixed acids, or potassium hydroxide, sodium hydroxide and silicic acid. A method of surface-treating with an alkaline solution containing salts and carbonates can be applied. This method adjusts the Mg content of the film 1 by dissolving magnesium in an acid or alkaline solution. By adjusting the treatment time, temperature, concentration and pH of the surface treatment solution, the film 1 The amount of Mg can be in the above range. Even if Mg is contained to the extent of the impurity element, Mg may be concentrated in the film 1 when heat treatment at a high temperature is performed, and adjustment by surface treatment with acid or alkali may occur. Are required as appropriate. It is also possible to adjust the surface treatment chemicals by including Mg ions therein.
<Si含有量:15原子%以上70原子%未満>
ケイ素は、皮膜1の耐食性を向上させ湿潤環境下で安定化させる効果があり、更に、後述する第2皮膜(皮膜2)との密着性を向上させる効果もある。このため、皮膜1にケイ素を含有させることにより、接着耐久性を高めることが可能となる。
<Si content: 15 atomic% or more and less than 70 atomic%>
Silicon has the effect of improving the corrosion resistance of the film 1 and stabilizing it in a wet environment, and further has the effect of improving the adhesion to the second film (film 2) described later. Therefore, by including silicon in the film 1, it becomes possible to enhance the adhesion durability.
ただし、皮膜1におけるSi含有量が15原子%未満の場合、前述した効果が小さくなる傾向があり、また、Si含有量が70原子%以上であると、スポット溶接性や化成処理の均一性が低下する傾向にある。そこで、本実施形態のアルミニウム合金材10では、皮膜1におけるSi含有量を、15原子%以上70原子%未満とする。 However, when the Si content in the coating film 1 is less than 15 atomic %, the above-mentioned effect tends to be small, and when the Si content is 70 atomic% or more, spot weldability and uniformity of chemical conversion treatment may be poor. It tends to decrease. Therefore, in the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, the Si content in the film 1 is set to 15 atom% or more and less than 70 atom %.
接着耐久性向上の観点から、皮膜1におけるSi含有量は、20原子%以上であることが好ましく、30原子%以上であることがより好ましい。また、スポット溶接性や化成処理の均一性の観点からは、皮膜1におけるSi含有量は、65原子%未満であることが好ましく、60原子%未満であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the adhesion durability, the Si content in the film 1 is preferably 20 atomic% or more, and more preferably 30 atomic% or more. Further, from the viewpoint of spot weldability and uniformity of chemical conversion treatment, the Si content in the film 1 is preferably less than 65 atom %, more preferably less than 60 atom %.
皮膜1中のSi含有量は、例えば、Mg量を調整する方法として記載したものと同様に、酸やアルカリによる表面処理を行うことによって調整される。また、後述する、シリケート水溶液による処理の条件によって調整される。 The Si content in the coating film 1 is adjusted, for example, by performing a surface treatment with an acid or an alkali, similar to the method described as the method for adjusting the Mg amount. Further, it is adjusted depending on the conditions of the treatment with the silicate aqueous solution, which will be described later.
<Cu含有量:0.6原子%未満>
皮膜1を形成する際に基材3に対して脱脂工程や酸洗工程などにより過剰なエッチングを行うと、基材3に含まれるCuが表面に濃化し、皮膜1のCu含有量が増加する。皮膜1の表面にCuが存在すると、皮膜2との密着力が低下する。
<Cu content: less than 0.6 atom%>
When the base material 3 is excessively etched by a degreasing process or a pickling process when forming the film 1, Cu contained in the base material 3 is concentrated on the surface and the Cu content of the film 1 is increased. .. The presence of Cu on the surface of the coating 1 reduces the adhesion with the coating 2.
そこで、本実施形態のアルミニウム合金材では、皮膜1中のCu含有量を0.6原子%未満に規制する。なお、皮膜1におけるCu量は、皮膜2との密着性向上の観点から、0.5原子%未満であることが好ましい。 Therefore, in the aluminum alloy material of the present embodiment, the Cu content in the film 1 is restricted to less than 0.6 atom %. In addition, the amount of Cu in the film 1 is preferably less than 0.5 atom% from the viewpoint of improving the adhesion to the film 2.
皮膜1中のCu含有量の制御には、前処理によるエッチング量を調整する必要があるが、エッチング方法は限定されるものではなく、例えば、Mgの数値限定で記載したのと同様の処理方法を適用することができる。すなわち、例えば、酸又はアルカリ溶液による処理によりエッチングを行うことができる。 In order to control the Cu content in the film 1, it is necessary to adjust the etching amount by the pretreatment, but the etching method is not limited, and for example, the same treatment method as described in the numerical limitation of Mg. Can be applied. That is, for example, etching can be performed by treatment with an acid or alkali solution.
ここで、皮膜1中のMg量、Si量、及びCu量等の元素濃度は、例えば、高周波グロー放電発光分光分析法(GD−OES:Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy)により測定することができる。本実施形態においては、GD−OESにより、基材3の厚さ方向に、酸素(O)、窒素(N)及び炭素(C)を除く各元素、具体的にはアルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、銅(Cu)、鉄(Fe)及びチタン(Ti)などの金属元素並びに珪素(Si)などの元素を測定し、その結果からMg、Si、Cu等の含有量を百分率で算出した値を各元素の量とする。 Here, the element concentrations such as the amount of Mg, the amount of Si, and the amount of Cu in the film 1 can be measured by, for example, a high-frequency glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES: Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy). In the present embodiment, each element except oxygen (O), nitrogen (N) and carbon (C), specifically aluminum (Al), magnesium ( Mg), copper (Cu), metal elements such as iron (Fe) and titanium (Ti), and elements such as silicon (Si) were measured, and the content of Mg, Si, Cu, etc. was calculated as a percentage from the results. The value is the amount of each element.
<膜厚>
皮膜1の膜厚は、1〜30nmであることが好ましい。皮膜1の膜厚が1nm未満の場合、基材3を作製する際に使用される防錆油やアルミニウム合金材10から接合体又は自動車用部材を製造する際に使用されるプレス油中のエステル成分の吸着が抑制される。このため、皮膜1を設けなくても、アルミニウム合金材10の脱脂性、化成処理性及び接着耐久性を確保することができる。しかしながら、皮膜1の膜厚を1nm未満に制御するには、過度の酸洗浄などが必要となるため、生産性が劣り、実用性が低下しやすい。また、アルカリ脱脂や酸による過剰なエッチングは基材3に含有されるCuが表面濃化する原因となり、接着耐久性の低下の原因となる。
<Film thickness>
The film thickness of the film 1 is preferably 1 to 30 nm. When the film thickness of the coating film 1 is less than 1 nm, the rust preventive oil used for producing the base material 3 and the ester in the press oil used for producing a joined body or an automobile member from the aluminum alloy material 10 Adsorption of components is suppressed. Therefore, the degreasing property, the chemical conversion treatment property, and the adhesion durability of the aluminum alloy material 10 can be secured without providing the film 1. However, in order to control the film thickness of the film 1 to be less than 1 nm, excessive acid cleaning or the like is required, so that productivity is deteriorated and practicability is likely to be lowered. In addition, alkali degreasing and excessive etching by acid cause the Cu contained in the base material 3 to be concentrated on the surface, which causes a decrease in adhesion durability.
一方、皮膜1の膜厚が30nmを超えると、皮膜量が過剰となり、表面に凹凸ができやすくなる。そして、皮膜1の表面に凹凸が生じると、例えば自動車用途において塗装工程の前に行う化成処理の際に化成斑が生じやすくなり、化成性の低下を招く。なお、皮膜1の膜厚は、化成性及び生産性などの観点から、2nm以上20nm未満であることがより好ましい。 On the other hand, when the film thickness of the film 1 exceeds 30 nm, the amount of the film becomes excessive and the surface is likely to have irregularities. When the surface of the coating film 1 has irregularities, for example, in automobile applications, chemical conversion spots are likely to occur during the chemical conversion treatment performed before the coating step, resulting in deterioration of chemical conversion properties. The film thickness of the film 1 is more preferably 2 nm or more and less than 20 nm from the viewpoint of chemical conversion and productivity.
乾燥後の皮膜量は0.2mg/m2以上20mg/m2以下となるように調整することが好ましい。また、乾燥後の皮膜量が、より好ましくは1mg/m2以上15mg/m2以下、さらに好ましくは2mg/m2以上10mg/m2以下となるように調整する。シリケート水溶液の塗布量が少なすぎると、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーの量が少なくなりすぎ、良好な接着耐久性を得られない場合がある。また、シリケート水溶液の塗布量が多くなりすぎると、形成される皮膜が厚くなりすぎて皮膜内で剥離がおこり、接着耐久性が損なわれる場合がある。 The coating amount after drying is preferably adjusted to 0.2 mg/m 2 or more and 20 mg/m 2 or less. Further, the amount of the film after drying is adjusted to more preferably 1 mg/m 2 or more and 15 mg/m 2 or less, and further preferably 2 mg/m 2 or more and 10 mg/m 2 or less. If the coating amount of the aqueous silicate solution is too small, the amount of the tetraalkyl silicate or its oligomer may be too small, and good adhesion durability may not be obtained. Further, if the coating amount of the silicate aqueous solution becomes too large, the formed film becomes too thick and peeling occurs in the film, which may impair the adhesion durability.
[第2皮膜2]
第2皮膜2(以下、皮膜2ともいう)は、加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に複数有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を主成分として含む。分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を複数有するシラン化合物は、自己重合により緻密なシロキサン結合を形成するだけでなく、金属酸化物と反応性が高く、化学的に安定な結合を形成するため、皮膜1の湿潤耐久性を更に高めることができる。また、上記シラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む皮膜は機械油や接着剤のような有機化合物との相互溶解性が高く、皮膜に機械油が付着してもその影響を緩和できるため、塗油による接着耐久性の低下を防ぐ役割も担う。上記シラン化合物の種類は特に限定されないが、経済性の観点からは、加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に2つ有するシラン化合物(ビスシラン化合物)が好ましく、例えばビストリアルコキシシリルエタン、ビストリアルコキシシリルベンゼン、ビストリアルコキシシリルヘキサン、ビストリアルコキシシリルプロピルアミン、ビストリアルコキシシリルプロピルテトラスルフィドなどを用いることができる。とりわけ、汎用性、経済性の観点から、ビストリエトキシシリルエタン(BTSE)が好ましい。ここで、上記シラン化合物、その加水分解物またはその重合体としては、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Second coating 2]
The second coating 2 (hereinafter, also referred to as coating 2) contains a silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, its hydrolyzate or its polymer as a main component. A silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule not only forms a dense siloxane bond by self-polymerization but also forms a chemically stable bond with high reactivity with a metal oxide. Therefore, the wet durability of the film 1 can be further enhanced. Further, the film containing the silane compound, a hydrolyzate thereof or a polymer thereof has high mutual solubility with an organic compound such as a mechanical oil or an adhesive, and even if the mechanical oil adheres to the film, its influence can be mitigated. Therefore, it also plays a role of preventing the deterioration of the adhesion durability due to oiling. The type of the silane compound is not particularly limited, but from the viewpoint of economy, a silane compound (bissilane compound) having two hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule is preferable, and for example, bistrialkoxysilylethane or bistrialkoxy. Silylbenzene, bistrialkoxysilylhexane, bistrialkoxysilylpropylamine, bistrialkoxysilylpropyl tetrasulfide and the like can be used. Above all, bistriethoxysilylethane (BTSE) is preferable from the viewpoint of versatility and economy. Here, as the silane compound, the hydrolyzate thereof, or the polymer thereof, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
皮膜2中における、加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に複数有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体の量は、0.01質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましい。また、上限としても特に限定されないが、例えば100質量%であってもよい。 The amount of the silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, its hydrolyzate or its polymer in the film 2 is preferably 0.01% by mass or more, and 0.2% by mass. % Or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The upper limit is also not particularly limited, but may be 100% by mass, for example.
皮膜2は、上記シラン化合物、その加水分解物またはその重合体に加えて、有機樹脂成分と化学結合しうる反応性官能基を有するシランカップリング剤、その加水分解物またはその重合体をさらに含んでいてもよい。シランカップリング剤としては、例えば、アミノ基、エポキシ基、メタクリル基、ビニル基又はメルカプト基などの反応性官能基をもつシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤、その加水分解物またはその重合体を上記シラン化合物、その加水分解物またはその重合体と併用することで、皮膜2と樹脂との間に化学結合を形成させ、接着耐久性を更に高めることができる。なお、シランカップリング剤の官能基は、前述したものに限定されるものではなく、各種官能基を有するシランカップリング剤を、使用する接着樹脂に応じて適宜選択して使用することができる。シランカップリング剤の好適な具体例としては、例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−(N−アミノエチル)−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(N−アミノエチル)−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。ここで、シランカップリング剤としては、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In addition to the silane compound, its hydrolyzate or its polymer, the film 2 further contains a silane coupling agent having a reactive functional group capable of chemically bonding with an organic resin component, its hydrolyzate or its polymer. You can leave. Examples of the silane coupling agent include silane coupling agents having a reactive functional group such as an amino group, an epoxy group, a methacryl group, a vinyl group or a mercapto group. By using the silane coupling agent, its hydrolyzate or its polymer together with the silane compound, its hydrolyzate or its polymer, a chemical bond is formed between the film 2 and the resin, and the adhesion durability is improved. It can be further increased. The functional groups of the silane coupling agent are not limited to those described above, and silane coupling agents having various functional groups can be appropriately selected and used according to the adhesive resin used. Preferable specific examples of the silane coupling agent include, for example, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-(N-aminoethyl)-aminopropyltrimethoxysilane, and 3-(N- Aminoethyl)-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxy Examples thereof include propyltrimethoxysilane and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane. Here, as the silane coupling agent, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
ただし、皮膜2の皮膜量が薄すぎると、基材3表面の元素の影響を受けやすくなり、また、皮膜2の皮膜量が多すぎると、皮膜2がそれ自体で凝集破壊し、接着耐久性が低下するおそれがある。そこで、接着耐久性向上の観点から、皮膜2の乾燥後の皮膜量は0.01mg/m2以上30mg/m2未満とすることが好ましい。また、皮膜2の乾燥後の皮膜量は、0.2mg/m2以上20mg/m2未満とすることがより好ましく、更に好ましくは0.5mg/m2以上10mg/m2未満である。 However, if the coating amount of the coating film 2 is too thin, it is likely to be affected by the element on the surface of the base material 3. On the other hand, if the coating amount of the coating film 2 is too large, the coating film 2 itself undergoes cohesive failure, resulting in adhesive durability May decrease. Therefore, from the viewpoint of improving the adhesion durability, it is preferable that the coating amount of the coating 2 after drying is 0.01 mg/m 2 or more and less than 30 mg/m 2 . The amount of the coating film 2 after drying is more preferably 0.2 mg/m 2 or more and less than 20 mg/m 2, and even more preferably 0.5 mg/m 2 or more and less than 10 mg/m 2 .
[製造方法]
次に、本実施形態のアルミニウム合金材の製造方法について説明する。図2は図1に示される本実施形態のアルミニウム合金材10の製造方法を示すフローチャート図である。図2に示すように、本実施形態のアルミニウム合金材10を製造する際は、基材作製工程S1、第1皮膜形成工程S2、及び、第2皮膜形成工程S3を行う。以下、各工程について説明する。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the aluminum alloy material of this embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the method for manufacturing the aluminum alloy material 10 of this embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 2, when manufacturing the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, a base material manufacturing step S1, a first film forming step S2, and a second film forming step S3 are performed. Hereinafter, each step will be described.
<ステップS1:基材作製工程>
基材の形状は特に限定されるものではなく、アルミニウム合金材を用いて作製する部材の形状等に応じて、板状の他、鋳造材、鍛造材、押し出し材(例えば、中空棒状等)等としてとりうる任意の形状であってもよい。基材作製工程S1では、例として板状の基材(基板)を作製する場合には、例えば下記の手順で、基板を作製する。先ず、所定の組成を有するアルミニウム合金を、連続鋳造により溶解し、鋳造して鋳塊を作製する(溶解鋳造工程)。次に、作製した鋳塊に均質化熱処理を施す(均質化熱処理工程)。その後、均質化熱処理された鋳塊に、熱間圧延を施して熱延板を作製する(熱間圧延工程)。そして、この熱延板に300〜580℃で荒焼鈍又は中間焼鈍を行い、最終冷間圧延率5%以上の冷間圧延を少なくとも1回施して、所定の板厚の冷延板(基板)を得る(冷間圧延工程)。
<Step S1: Substrate manufacturing process>
The shape of the base material is not particularly limited, and depending on the shape of the member produced using the aluminum alloy material, etc., in addition to a plate shape, a cast material, a forged material, an extruded material (for example, a hollow rod shape), etc. It may have any shape that can be taken as. In the base material manufacturing step S1, for example, when a plate-shaped base material (substrate) is manufactured, the substrate is manufactured in the following procedure, for example. First, an aluminum alloy having a predetermined composition is melted by continuous casting and cast to produce an ingot (melt casting step). Next, the produced ingot is subjected to homogenizing heat treatment (homogenizing heat treatment step). Then, the homogenized heat-treated ingot is hot-rolled to produce a hot-rolled sheet (hot-rolling step). Then, this hot-rolled sheet is subjected to rough annealing or intermediate annealing at 300 to 580° C., and subjected to cold rolling at a final cold rolling rate of 5% or more at least once to obtain a cold-rolled sheet (substrate) having a predetermined sheet thickness. (Cold rolling step).
冷間圧延工程では、荒焼鈍又は中間焼鈍の温度を300℃以上とすることが好ましく、これにより、成形性向上の効果がより発揮される。また、荒焼鈍又は中間焼鈍の温度は、580℃以下とすることが好ましく、これにより、バーニングの発生による成形性の低下を抑制しやすくなる。一方、最終冷間圧延率は、5%以上とすることが好ましく、これにより、成形性向上の効果がより発揮される。なお、均質化熱処理及び熱間圧延の条件は、特に限定されるものではなく、熱延板を通常得る場合の条件で行うことができる。また、中間焼鈍は行わなくてもよい。 In the cold rolling step, it is preferable that the temperature of the rough annealing or the intermediate annealing is 300° C. or higher, and thereby the effect of improving the formability is more exerted. Further, the temperature of the rough annealing or the intermediate annealing is preferably set to 580° C. or lower, which facilitates suppressing the deterioration of the formability due to the occurrence of burning. On the other hand, the final cold rolling rate is preferably 5% or more, whereby the effect of improving the formability is more exerted. The conditions for the homogenizing heat treatment and hot rolling are not particularly limited, and the conditions for obtaining a hot rolled sheet can be used. Moreover, the intermediate annealing may not be performed.
<ステップS2:第1皮膜形成工程>
第1皮膜形成工程(ステップS2)では、ステップS1の基材作製工程で作製された基材3の表面の少なくとも一部(すなわち、一部又は全部)に皮膜1を形成する。本実施形態において、第1皮膜形成工程(ステップS2)は、具体的には、例えば、基材3を加熱処理して基材3表面に酸化皮膜を形成する加熱処理段階と、当該加熱処理段階の後のエッチング処理段階及びシリケート処理段階を備える。ここで、シリケート処理段階としてテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを含む水溶液で処理する。これにより、皮膜中のMg量、Si量、及びCu量が特定の範囲になるように、また、FT−IRスペクトルにおいて特定の吸収を有するように、皮膜1を形成する。
<Step S2: First film forming step>
In the first film forming step (step S2), the film 1 is formed on at least a part (that is, a part or all) of the surface of the base material 3 manufactured in the base material manufacturing step of step S1. In the present embodiment, specifically, the first film forming step (step S2) includes, for example, a heat treatment step of heat treating the base material 3 to form an oxide film on the surface of the base material 3, and the heat treatment step. The subsequent etching and silicate treatment steps are provided. Here, as the silicate treatment step, treatment is performed with an aqueous solution containing tetraalkyl silicate or an oligomer thereof. Thereby, the film 1 is formed so that the amount of Mg, the amount of Si, and the amount of Cu in the film are in a specific range and have a specific absorption in the FT-IR spectrum.
加熱処理段階における加熱処理では、基材3を、たとえば400〜580℃に加熱して、基材3の表面に酸化被膜を形成する。また、加熱処理は、アルミニウム合金材10の強度を調整する効果もある。なお、ここで行う加熱処理は、基材3が熱処理型アルミニウム合金で形成されている場合には溶体化処理であり、基材3が非熱処理型アルミニウム合金で形成されている場合には、焼鈍(最終焼鈍)における加熱処理である。 In the heat treatment in the heat treatment stage, the base material 3 is heated to, for example, 400 to 580° C. to form an oxide film on the surface of the base material 3. The heat treatment also has the effect of adjusting the strength of the aluminum alloy material 10. The heat treatment performed here is a solution treatment when the base material 3 is formed of a heat treatment type aluminum alloy, and an annealing is performed when the base material 3 is formed of a non-heat treatment type aluminum alloy. It is a heat treatment in (final annealing).
この加熱処理は、強度向上の観点から、加熱速度100℃/分以上の急速加熱とすることが好ましい。また、加熱温度を400℃以上に設定して急速加熱することで、アルミニウム合金材10の強度や、そのアルミニウム合金材10の塗装後加熱(ベーキング)した後の強度を、より高めることができる。一方、加熱温度を580℃以下に設定して急速加熱することにより、バーニングの発生による成形性の低下を抑制することができる。更に、強度を向上させる観点からは、加熱処理における保持時間は3〜30秒とすることが好ましい。このように基材3を、加熱温度400〜580℃で加熱すると、基材3の表面に、例えば、膜厚が1〜30nmの酸化被膜が形成される。なお、加熱処理の前には、必要に応じてアルカリ脱脂等を行ってもよい。 From the viewpoint of improving strength, this heat treatment is preferably rapid heating at a heating rate of 100° C./minute or more. Further, by setting the heating temperature to 400° C. or higher and performing rapid heating, the strength of the aluminum alloy material 10 and the strength of the aluminum alloy material 10 after heating (baking) after coating can be further increased. On the other hand, by setting the heating temperature to 580° C. or less and performing rapid heating, it is possible to suppress deterioration of formability due to occurrence of burning. Further, from the viewpoint of improving the strength, the holding time in the heat treatment is preferably 3 to 30 seconds. Thus, when the base material 3 is heated at a heating temperature of 400 to 580° C., an oxide film having a film thickness of 1 to 30 nm is formed on the surface of the base material 3, for example. Before the heat treatment, alkali degreasing or the like may be performed if necessary.
加熱処理後のエッチング処理段階においては、基材3上に形成された酸化皮膜の表面の一部又は全部に対して、酸性溶液による処理(酸洗)及びアルカリ溶液による処理(アルカリ洗浄、アルカリ脱脂)のうちの少なくとも1つを行う。酸洗の際に用いる薬液(酸洗剤)は、特に限定されるものではないが、例えば、硫酸、硝酸及びフッ酸から選ばれる群からなる1種以上を含む溶液を用いることができる。また、酸洗剤には、脱脂性を高めるために界面活性剤を含有させてもよい。また、酸洗の条件は、基材3の合金組成や酸化皮膜の厚み等を考慮して適宜設定することができ、特に限定されないが、たとえば、pHが2以下、処理温度10〜80℃、処理時間1〜120秒の条件を適用することができる。 In the etching step after the heat treatment, a part or all of the surface of the oxide film formed on the base material 3 is treated with an acid solution (pickling) and an alkali solution (alkali washing, alkali degreasing). At least one of The chemical solution (acid detergent) used for pickling is not particularly limited, but for example, a solution containing at least one selected from the group selected from sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid can be used. Further, the acid detergent may contain a surfactant in order to enhance the degreasing property. The conditions of pickling can be appropriately set in consideration of the alloy composition of the base material 3, the thickness of the oxide film, and the like, and are not particularly limited, but for example, the pH is 2 or less, the treatment temperature is 10 to 80°C, The processing time of 1 to 120 seconds can be applied.
また、アルカリ洗浄(アルカリ脱脂)の際に用いる薬液も、特に限定されるものではないが、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選ばれる群からなる1種以上を含む溶液を用いることができる。また、アルカリ溶液による処理の条件は、基材3の合金組成や酸化皮膜の厚み等を考慮して適宜設定することができ、特に限定されないが、例えば、pHが10以上、処理温度10〜80℃、処理時間1〜120秒の条件を適用することができる。 Further, the chemical solution used in the alkali cleaning (alkali degreasing) is not particularly limited, but for example, a solution containing at least one selected from the group selected from sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used. .. The condition of the treatment with the alkaline solution can be appropriately set in consideration of the alloy composition of the base material 3, the thickness of the oxide film, and the like, and is not particularly limited, but for example, the pH is 10 or more, the treatment temperature is 10 to 80. The conditions of the temperature and the processing time of 1 to 120 seconds can be applied.
なお、アルカリ洗浄を行う場合においては、アルカリ洗浄よりも後に、酸洗を行うことが好ましい。この理由は以下のとおりである。すなわち、アルカリ洗浄では、基材表面のMgを除去することが難しく、基材表面のMgの存在によりエッチング量を増やす必要がある。しかしながら、エッチング量が増えるとCuの濃化の原因となることから、酸洗でMgを除去する必要があるためである。 In the case of carrying out the alkali cleaning, it is preferable to carry out the pickling after the alkali cleaning. The reason for this is as follows. That is, it is difficult to remove Mg on the surface of the base material by alkali cleaning, and it is necessary to increase the etching amount due to the presence of Mg on the surface of the base material. However, this is because it is necessary to remove Mg by pickling, because an increase in the amount of etching causes a concentration of Cu.
また、各薬液での洗浄後にはリンスを行うことが好ましい。リンスの方法は特に限定されないが、例えば、スプレー、浸漬等が挙げられる。また、リンスに用いられる洗浄液としては、例えば、工業水、純水、イオン交換水等が挙げられる。 Further, it is preferable to perform rinsing after cleaning with each chemical. The rinsing method is not particularly limited, and examples thereof include spraying and dipping. Examples of the cleaning liquid used for rinsing include industrial water, pure water, ion-exchanged water and the like.
なお、銅を含むアルミニウム合金の過多のエッチングは、表面において銅の濃化を引き起し、劣化環境である高温湿潤環境において、接着樹脂の劣化の原因となる。したがって、酸化皮膜のエッチング量が、好ましくは700nm未満、より好ましくは500nm未満となるように処理条件を調整する。 Excessive etching of an aluminum alloy containing copper causes concentration of copper on the surface and causes deterioration of the adhesive resin in a high temperature wet environment which is a deterioration environment. Therefore, the treatment conditions are adjusted so that the etching amount of the oxide film is preferably less than 700 nm, more preferably less than 500 nm.
ここで、本願明細書中におけるエッチング処理段階におけるエッチング量とは、酸化皮膜や酸化皮膜を含む基材の溶解量であり、エッチング処理前後の重量の減少量を測定し、それを厚み(膜厚)として見積もることができる。なお、重量の減少量から膜厚への換算は、便宜上、アルミニウムの密度:2.7g/cm3を用い、アルミニウムの厚みとして計算することにより行うものとする。また、酸化皮膜に加えて、酸化皮膜下の基材の一部もエッチングされる場合には、酸化皮膜と基材のエッチング量の合計を、上記エッチング量とする。 Here, the etching amount in the etching treatment stage in the specification of the present application is the amount of dissolution of the oxide film or the base material including the oxide film, and the amount of weight loss before and after the etching treatment is measured to obtain the thickness (film thickness). ) Can be estimated as For the sake of convenience, the conversion of the weight reduction amount into the film thickness shall be performed by calculating the aluminum thickness using the aluminum density: 2.7 g/cm 3 . In addition to the oxide film, when a part of the base material under the oxide film is also etched, the total etching amount of the oxide film and the base material is the above-mentioned etching amount.
また、シリケート処理段階として、酸化皮膜を有する基材を、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを含む水溶液(以下、シリケート水溶液、又は第1水溶液ともいう)で処理する。ここで、シリケート水溶液による処理には、シリケート水溶液の塗布の他、シリケート水溶液中への浸漬等も包含される。シリケート水溶液による処理を行うと、アルミニウムの酸化皮膜が緻密で耐食性の優れたものとなり、皮膜自体の強度が向上するとともに、耐食性も向上する。なお、シリケート処理段階は、皮膜形成工程の実質的な膜形成の最終段階として行われるものであり、シリケート水溶液による処理の後に酸洗は行わない。ただし、シリケート水溶液による処理の後に水洗及び/又は乾燥を行う場合には、当該水洗及び/又は乾燥も、当該シリケート処理段階に含まれるものであり、その順序は問わない。 In addition, in the silicate treatment step, the substrate having an oxide film is treated with an aqueous solution containing tetraalkyl silicate or an oligomer thereof (hereinafter, also referred to as a silicate aqueous solution or a first aqueous solution). Here, the treatment with the silicate aqueous solution includes application of the silicate aqueous solution, dipping in the silicate aqueous solution, and the like. When the treatment with the silicate aqueous solution is performed, the aluminum oxide film becomes dense and has excellent corrosion resistance, the strength of the film itself is improved, and the corrosion resistance is also improved. The silicate treatment step is performed as the final step of substantially forming a film in the film forming step, and pickling is not performed after the treatment with the silicate aqueous solution. However, when washing and/or drying is performed after the treatment with the aqueous silicate solution, the washing and/or drying is also included in the silicate treatment step, and the order thereof does not matter.
酸化皮膜に塗布するシリケート水溶液中のテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーの濃度は、0.005質量%以上2質量%以下であることが好ましい。シリケート水溶液中のテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーの濃度が0.005質量%以上であると、皮膜が緻密となり、強度と耐食性に優れた皮膜を形成することができる。同様の観点から、シリケート水溶液中のテトラアルキルシリケートまたはオリゴマーの濃度は、より好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.05質量%以上である。一方、シリケート水溶液中のテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーの濃度が過度に高いと、皮膜が厚くなりすぎ、接着耐久性が著しく低下するおそれがある。したがって、これを防止する観点から、シリケート水溶液中のシリケートの濃度は、2質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは1質量%以下であり、さらに好ましくは0.8質量%以下である。 The concentration of the tetraalkyl silicate or its oligomer in the aqueous silicate solution applied to the oxide film is preferably 0.005 mass% or more and 2 mass% or less. When the concentration of the tetraalkyl silicate or its oligomer in the silicate aqueous solution is 0.005 mass% or more, the film becomes dense and a film excellent in strength and corrosion resistance can be formed. From the same viewpoint, the concentration of the tetraalkyl silicate or oligomer in the aqueous silicate solution is more preferably 0.01% by mass or more, and further preferably 0.05% by mass or more. On the other hand, if the concentration of the tetraalkyl silicate or its oligomer in the silicate aqueous solution is excessively high, the film may become too thick and the adhesion durability may be significantly reduced. Therefore, from the viewpoint of preventing this, the concentration of silicate in the aqueous silicate solution is preferably 2% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and further preferably 0.8% by mass or less.
なお、シリケート水溶液を調整する際には、まずエタノールに所定量のテトラアルキルシリケートを加えた後、水で所定の濃度に薄めることが好ましい。このようにすることにより、均一な水溶液を調整しやすくなる。エタノールの量としては、水に対して5〜20vol%とすることが好ましい。 When preparing the silicate aqueous solution, it is preferable to first add a predetermined amount of tetraalkyl silicate to ethanol and then dilute it with water to a predetermined concentration. By doing so, it becomes easy to prepare a uniform aqueous solution. The amount of ethanol is preferably 5 to 20 vol% with respect to water.
また、テトラアルキルシリケートは塩基性条件下で過剰に重合するため、安定性の観点から、シリケート水溶液は中性〜酸性領域のpHとする必要がある。したがって、シリケート水溶液のpHは、7以下であり、好ましくは6.5以下であり、より好ましくは6以下である。一方、シリケート水溶液のpHの下限は特に限定されないが、例えば1以上である。また、pH調整剤としては特に限定されず、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸や、酢酸のようなカルボン酸を用いることができるが、揮発性や基材への腐食性を考慮すると、酢酸が望ましい。 Further, since tetraalkyl silicate is excessively polymerized under basic conditions, it is necessary to adjust the pH of the silicate aqueous solution to a neutral to acidic range from the viewpoint of stability. Therefore, the pH of the aqueous silicate solution is 7 or less, preferably 6.5 or less, and more preferably 6 or less. On the other hand, the lower limit of the pH of the aqueous silicate solution is not particularly limited, but is, for example, 1 or more. The pH adjuster is not particularly limited, and hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, or carboxylic acid such as acetic acid can be used. However, in consideration of volatility and corrosiveness of the base material, acetic acid is desirable.
シリケート水溶液に含まれるテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーとしては、反応後に皮膜の腐食や接着樹脂の劣化の原因となるような副生成物を生じないテトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーが好ましい。この観点からは、例えば、テトラメチルオルソシリケート、テトラエチルオルソシリケート、テトライソプロピルオルソシリケート等、またはそれらのオリゴマーが好ましく、中でも、経済性や安全性の観点からは、テトラエチルオルソシリケートまたはそのオリゴマーが好ましい。ここで、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーとしては、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The tetraalkyl silicate or its oligomer contained in the aqueous silicate solution is preferably a tetraalkyl silicate or its oligomer that does not produce by-products that may cause corrosion of the film or deterioration of the adhesive resin after the reaction. From this viewpoint, for example, tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, tetraisopropyl orthosilicate or the like, or an oligomer thereof is preferable, and among them, from the viewpoint of economy and safety, tetraethyl orthosilicate or an oligomer thereof is preferable. Here, as the tetraalkyl silicate or the oligomer thereof, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
また、シリケート水溶液は直径1nm以上の粒子状の無機化合物(粒子状無機化合物)を実質的に含まないことが好ましい。ここで、粒子状無機化合物としては、シリカやアルミナなどの無機酸化物ゾルなどが挙げられる。シリカなどの粒子状無機化合物はテトラアルキルシリケート皮膜の緻密化、膜厚均一化のために汎用的に用いられるが、生成する皮膜が肉厚となる。一方、本発明では薄肉の皮膜を形成するため、このような効果を及ぼすシリカゾル等の使用は望ましくない。なお、「シリケート水溶液が粒子状無機化合物を実質的に含まない」とは、粒子状無機化合物を全く含まない態様に限定されるものではなく、粒子状無機化合物を不純物レベルで含有することは許容される。具体的には、シリケート水溶液に、粒子状無機化合物が0.05質量%以下まで含有されることは許容される。 Further, it is preferable that the silicate aqueous solution does not substantially contain a particulate inorganic compound having a diameter of 1 nm or more (particulate inorganic compound). Here, examples of the particulate inorganic compound include sol of inorganic oxide such as silica and alumina. A particulate inorganic compound such as silica is generally used for densification of a tetraalkyl silicate film and for uniforming the film thickness, but the resulting film becomes thick. On the other hand, since a thin film is formed in the present invention, it is not desirable to use silica sol or the like which exerts such an effect. The phrase "the silicate aqueous solution does not substantially contain the particulate inorganic compound" is not limited to an embodiment in which the particulate inorganic compound is not contained at all, and it is acceptable that the particulate inorganic compound is contained at the impurity level. To be done. Specifically, it is permissible for the silicate aqueous solution to contain a particulate inorganic compound up to 0.05% by mass or less.
なお、シリケート水溶液は、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマー以外にも、所望により、安定剤、補助剤等の1つ以上をさらに含んでいてもよい。例えば、安定剤として、ギ酸、酢酸等の炭素数1〜4のカルボン酸や、メタノール、エタノール等の炭素数1〜4のアルコール等の有機化合物等を含んでいてもよい。 In addition to the tetraalkyl silicate or its oligomer, the aqueous silicate solution may further contain one or more stabilizers, auxiliary agents, etc., if desired. For example, as the stabilizer, a carboxylic acid having 1 to 4 carbon atoms such as formic acid and acetic acid, an organic compound such as alcohol having 1 to 4 carbon atoms such as methanol and ethanol, and the like may be contained.
シリケート水溶液の塗布方法としては、浸漬処理、スプレー、ロールコート、バーコート等が挙げられる。 Examples of the application method of the silicate aqueous solution include dipping treatment, spraying, roll coating, bar coating and the like.
また、酸化皮膜をシリケート水溶液で処理した後には、必要に応じて水洗(リンス)を行ってもよい。 Further, after treating the oxide film with the silicate aqueous solution, washing (rinsing) may be carried out if necessary.
シリケート水溶液による処理後には、シリケート水溶液を乾燥させる。乾燥温度は、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは90℃以上である。また、乾燥温度が高すぎると、アルミニウム合金の特性に影響を及ぼすため、当該乾燥温度は、好ましくは220℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは190℃以下である。また、乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、好ましくは2秒以上であり、より好ましくは5秒以上であり、さらに好ましくは10秒以上である。また、当該乾燥時間は、好ましくは20分以下、より好ましくは5分以下、さらに好ましくは2分以下である。 After the treatment with the silicate aqueous solution, the silicate aqueous solution is dried. The drying temperature is preferably 70°C or higher, more preferably 80°C or higher, even more preferably 90°C or higher. Further, if the drying temperature is too high, the characteristics of the aluminum alloy are affected, so that the drying temperature is preferably 220° C. or lower, more preferably 200° C. or lower, and further preferably 190° C. or lower. The drying time depends on the drying temperature, but is preferably 2 seconds or more, more preferably 5 seconds or more, and further preferably 10 seconds or more. The drying time is preferably 20 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, and further preferably 2 minutes or less.
シリケート水溶液の塗布量は、上記したFT−IRスペクトルを有する皮膜を形成し、十分な接着耐久性の向上効果を得る観点から、乾燥後の皮膜量が0.1mg/m2以上20mg/m2以下となるように調整することが好ましい。また、乾燥後の皮膜量が、より好ましくは1mg/m2以上15mg/m2以下、さらに好ましくは2mg/m2以上10mg/m2以下となるように調整する。シリケート水溶液の塗布量が少なすぎると、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーの量が少なくなりすぎ、良好な接着耐久性を得られない場合がある。また、シリケート水溶液の塗布量が多くなりすぎると、形成される皮膜が厚くなりすぎて皮膜内で剥離がおこり、接着耐久性が損なわれる場合がある。 The coating amount of the silicate solution is to form a film having a FT-IR spectrum as described above, from the viewpoint of obtaining a satisfactory improvement in adhesion durability, coating amount after drying 0.1 mg / m 2 or more 20 mg / m 2 It is preferable to make adjustments as follows. Further, the amount of the film after drying is adjusted to more preferably 1 mg/m 2 or more and 15 mg/m 2 or less, and further preferably 2 mg/m 2 or more and 10 mg/m 2 or less. If the coating amount of the aqueous silicate solution is too small, the amount of the tetraalkyl silicate or its oligomer may be too small, and good adhesion durability may not be obtained. Further, if the coating amount of the silicate aqueous solution becomes too large, the formed film becomes too thick and peeling occurs in the film, which may impair the adhesion durability.
なお、上記したステップS1の皮膜形成工程では、エッチング処理段階の後にシリケート処理段階を行っているが、これらを1回の処理で行ってもよい。具体的には、例えば、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを含む、中性又は酸性の水溶液を用いて酸化皮膜を処理してもよい。 Although the silicate treatment step is performed after the etching step in the film forming step of step S1 described above, these steps may be performed once. Specifically, for example, the oxide film may be treated with a neutral or acidic aqueous solution containing tetraalkyl silicate or an oligomer thereof.
<ステップS3:第2皮膜形成工程>
ステップS3では、第2皮膜形成工程として、加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に複数有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む皮膜2を形成する。皮膜2は、加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に複数有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を主に含む水溶液(以下、シラン化合物水溶液、又は第2水溶液ともいう)で皮膜1を処理することにより形成される。なお、シラン化合物水溶液は、シランカップリング剤、その加水分解物またはその重合体をさらに含有していてもよい。また、シラン化合物水溶液は、所望により、安定剤、補助剤等の1つ以上をさらに含んでいてもよい。例えば、安定剤として、ギ酸、酢酸等の炭素数1〜4のカルボン酸や、メタノール、エタノール等の炭素数1〜4のアルコール等の有機化合物等を含んでいてもよい。
<Step S3: Second film forming step>
In step S3, as the second film forming step, the film 2 containing a silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in its molecule, its hydrolyzate or its polymer is formed. The film 2 is an aqueous solution mainly containing a silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, its hydrolyzate or its polymer (hereinafter, also referred to as a silane compound aqueous solution or a second aqueous solution). 1 is formed by processing 1. The silane compound aqueous solution may further contain a silane coupling agent, its hydrolyzate, or its polymer. The silane compound aqueous solution may further contain one or more stabilizers, auxiliary agents, etc., if desired. For example, as the stabilizer, a carboxylic acid having 1 to 4 carbon atoms such as formic acid and acetic acid, an organic compound such as alcohol having 1 to 4 carbon atoms such as methanol and ethanol, and the like may be contained.
第2水溶液の塗布量は、接着耐久性向上の観点から、乾燥後の皮膜2の皮膜量が、片面あたり、0.01mg/m2以上30mg/m2未満となるようにすることが好ましい。皮膜2の皮膜量は、例えば、溶媒(水、有機溶媒、又はそれらの混合物)によりシラン化合物を希釈してその固形分濃度や粘度を低くしたり、コータ番手によるウエットでの塗工量を調整したりすることで、容易に制御することができる。第2水溶液中の加水分解可能なトリアルコキシシリル基を分子内に複数有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体の濃度は、特に限定されるものではないが、例えば0.005質量%〜5質量%、好ましくは0.01質量%〜2質量%、より好ましくは0.05質量%〜1質量%である。 The coating amount of the second aqueous solution, from the viewpoint of the adhesion durability, coating amount of the film 2 after drying, per side, it is preferable to be 0.01 mg / m 2 or more 30 mg / m of less than 2. The coating amount of the coating 2 is, for example, diluting a silane compound with a solvent (water, an organic solvent, or a mixture thereof) to reduce the solid content concentration and viscosity, or adjusting the wet coating amount with a coater count. It can be easily controlled by doing. The concentration of the silane compound having a plurality of hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the second aqueous solution, its hydrolyzate or its polymer is not particularly limited, but is, for example, 0.005 mass% to It is 5% by mass, preferably 0.01% by mass to 2% by mass, and more preferably 0.05% by mass to 1% by mass.
また、第2水溶液の塗布方法は、特に限定されるものではなく、既存の方法を適用することができる。具体的には、浸漬による塗布方法、ロールコータ、バーコータ、グラビアコータ、マイクログラビアコータ、リバースグラビアコータ、ディップコータ、静電塗布などの各種塗布機を用いる方法、スプレーコートによる方法などを適用することができる。 Moreover, the application method of the second aqueous solution is not particularly limited, and an existing method can be applied. Specifically, apply a coating method by dipping, a roll coater, a bar coater, a gravure coater, a micro gravure coater, a reverse gravure coater, a dip coater, a method using various coating machines such as electrostatic coating, or a spray coating method. You can
第2水溶液は塗布後、加熱により乾燥させる。熱を加えて乾燥させることにより、皮膜2中のシラン化合物に含まれるトリアルコキシシリル基と皮膜1中の金属元素との共有結合形成を促進し、更には溶媒の水を除去して皮膜2を緻密化、安定化させる。加熱温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは75℃以上、更に好ましくは90℃以上である。また、加熱温度が高すぎると、シラン化合物の官能基の分解やアルミニウム合金の特性に影響を及ぼすため、当該加熱温度は、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは150℃以下である。また、乾燥時間は、加熱温度にもよるが、好ましくは2秒以上であり、より好ましくは5秒以上であり、さらに好ましくは10秒以上である。また、当該乾燥時間は、好ましくは20分以下、より好ましくは5分以下、さらに好ましくは2分以下である。 After the second aqueous solution is applied, it is dried by heating. By heating and drying, the formation of a covalent bond between the trialkoxysilyl group contained in the silane compound in the film 2 and the metal element in the film 1 is promoted, and further water as a solvent is removed to form the film 2 Densify and stabilize. The heating temperature is preferably 60° C. or higher, more preferably 75° C. or higher, even more preferably 90° C. or higher. Further, if the heating temperature is too high, the functional groups of the silane compound are decomposed and the properties of the aluminum alloy are affected. Therefore, the heating temperature is preferably 250° C. or lower, more preferably 200° C. or lower, and further preferably 150° C. It is as follows. The drying time, which depends on the heating temperature, is preferably 2 seconds or more, more preferably 5 seconds or more, and further preferably 10 seconds or more. The drying time is preferably 20 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, and further preferably 2 minutes or less.
<その他の工程>
本実施形態のアルミニウム合金材10の製造工程では、前述した各工程に悪影響を与えない範囲において、各工程の間又は前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、第2皮膜形成工程S3後に、予備時効処理を施す予備時効処理工程を設けてもよい。この予備時効処理は、72時間以内に40〜120℃で、8〜36時間の低温加熱することにより行うことが好ましい。この条件で予備時効処理することにより、成形性及びベーキング後の強度向上を図ることができる。その他に、例えばアルミニウム合金材10の表面の異物を除去する異物除去工程や、各工程で発生した不良品を除去する不良品除去工程などを行ってもよい。
<Other processes>
In the manufacturing process of the aluminum alloy material 10 of the present embodiment, other steps may be included between or before and after each step as long as the above-mentioned steps are not adversely affected. For example, a preliminary aging treatment step of performing a preliminary aging treatment may be provided after the second film forming step S3. This preliminary aging treatment is preferably performed by heating at a low temperature of 40 to 120° C. for 8 to 36 hours within 72 hours. By performing the pre-aging treatment under these conditions, the formability and the strength after baking can be improved. In addition, for example, a foreign matter removing step of removing foreign matter on the surface of the aluminum alloy material 10 or a defective article removing step of removing defective articles generated in each step may be performed.
そして、製造されたアルミニウム合金材10は、接合体の作製前又は自動車用部材への加工前に、その表面にプレス油等の機械油が塗布される場合がある。プレス油は、エステル成分を含有するものが主に使用される。アルミニウム合金材10にプレス油を塗布する方法や条件は、特に限定されるものではなく、通常のプレス油を塗布する方法や条件が広く適用でき、例えば、エステル成分としてオレイン酸エチルを含有するプレス油に、アルミニウム合金材10を浸漬すればよい。なお、エステル成分もオレイン酸エチルに限定されるものではなく、ステアリン酸ブチルやソルビタンモノステアレートなど、様々なものを利用することができる。 Then, the manufactured aluminum alloy material 10 may be coated with a mechanical oil such as a press oil on the surface thereof before the production of the joined body or the processing into the automobile member. As the press oil, one containing an ester component is mainly used. The method and conditions for applying the press oil to the aluminum alloy material 10 are not particularly limited, and the method and conditions for applying a normal press oil can be widely applied. For example, a press containing ethyl oleate as an ester component. The aluminum alloy material 10 may be immersed in oil. The ester component is not limited to ethyl oleate, and various compounds such as butyl stearate and sorbitan monostearate can be used.
ここで、本実施形態のアルミニウム合金材10は、最表面に機械油の溶解性に富む皮膜2を備えているため、機械油が塗布された後でも、その上に接着樹脂を良好に接合することができる。 Here, since the aluminum alloy material 10 of the present embodiment is provided with the film 2 having a high solubility of mechanical oil on the outermost surface, the adhesive resin is satisfactorily bonded thereon even after the mechanical oil is applied. be able to.
以上詳述したように、本実施形態では、アルミニウム合金基材3の表面に形成された酸化皮膜をシリケート処理してケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる皮膜1を形成し、その後にシラン化合物水溶液で皮膜1を処理して皮膜2を形成することにより、アルミニウム合金材10を製造する。これにより、皮膜1と皮膜2の界面にシラン化合物と金属酸化物との共有結合が形成され、優れた接着耐久性を得ることができる。また、皮膜1中のMg量を特定の範囲に調整すれば、Mgを含んだ機械的に脆く、耐食性の低い酸化皮膜の生成を抑制でき、接着樹脂界面の劣化を抑制できる。さらに、皮膜1に特定量のSiを含有させるとともに、皮膜1中のCu量を特定量未満に規制すれば、皮膜1と皮膜2の接着性が向上する。その結果、本実施形態のアルミニウム合金材10は、高温湿潤環境に曝されても、界面剥離が抑制され、長期間に亘って接着強度の低下を抑制できる。 As described above in detail, in the present embodiment, the oxide film formed on the surface of the aluminum alloy substrate 3 is subjected to silicate treatment to form the film 1 made of aluminum oxide containing silicon, and then the silane compound aqueous solution. The aluminum alloy material 10 is manufactured by treating the coating 1 with the above to form the coating 2. Thereby, a covalent bond between the silane compound and the metal oxide is formed at the interface between the coating 1 and the coating 2, and excellent adhesion durability can be obtained. Further, if the amount of Mg in the film 1 is adjusted to a specific range, the formation of an oxide film containing Mg, which is mechanically brittle and has low corrosion resistance, can be suppressed, and deterioration of the adhesive resin interface can be suppressed. Furthermore, if the film 1 contains a specific amount of Si and the amount of Cu in the film 1 is controlled to be less than the specified amount, the adhesiveness between the film 1 and the film 2 is improved. As a result, the aluminum alloy material 10 of the present embodiment suppresses interfacial peeling even when exposed to a high temperature wet environment, and can suppress a decrease in adhesive strength over a long period of time.
(第1の実施形態の変形例)
次に、本発明の第1の実施形態の変形例に係る接着樹脂層付きアルミニウム合金材について説明する。図3は本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材の構成を模式的に示す断面図である。なお、図3においては、図1に示すアルミニウム合金材10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図3に示すように、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11は、前述した第1の実施形態のアルミニウム合金材の皮膜1及び皮膜2を覆うように、接着樹脂からなる接着樹脂層4が形成されている。
(Modification of the first embodiment)
Next, an aluminum alloy material with an adhesive resin layer according to a modified example of the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the aluminum alloy material with an adhesive resin layer of this modification. In FIG. 3, the same components as those of the aluminum alloy material 10 shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 3, the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer of the present modified example is an adhesive resin layer made of an adhesive resin so as to cover the coating 1 and the coating 2 of the aluminum alloy material of the first embodiment described above. 4 are formed.
[接着樹脂層4]
接着樹脂層4は、接着樹脂等からなり、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11は、この接着樹脂層4を介して他の部材と接合される。なお、他の部材には、接着樹脂層付きアルミニウム合金材11と同様に皮膜が形成されている別のアルミニウム合金材、酸化皮膜が形成されていないアルミニウム合金材、樹脂成形体等が包含される。
[Adhesive resin layer 4]
The adhesive resin layer 4 is made of an adhesive resin or the like, and the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer of the present modification is joined to other members via the adhesive resin layer 4. The other members include another aluminum alloy material having a film formed thereon like the aluminum alloy material 11 having an adhesive resin layer, an aluminum alloy material having no oxide film formed thereon, a resin molded body, and the like. ..
接着樹脂層4を構成する接着樹脂は、特に限定されるものではなく、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ニトリル系樹脂、ナイロン系樹脂、アクリル系樹脂など、従来からアルミニウム合金材を接合する際に用いられてきた接着樹脂を用いることができる。なかでも、接着強度の観点からは、エポキシ系樹脂が好ましい。また、接着樹脂は1種のみを用いてもよく、あるいは複数を組み合わせて用いてもよい。 The adhesive resin that constitutes the adhesive resin layer 4 is not particularly limited, and is conventionally used when joining aluminum alloy materials such as epoxy resin, urethane resin, nitrile resin, nylon resin, and acrylic resin. Adhesive resins that have been used can be used. Of these, epoxy resins are preferable from the viewpoint of adhesive strength. Further, the adhesive resin may be used alone or in combination of two or more.
接着樹脂層4の厚さも、特に限定されるものではないが、10〜500μmが好ましく、50〜400μmがより好ましい。接着樹脂層4の厚さが10μm未満の場合には、接着樹脂層付きアルミニウム合金材11と、他の接着樹脂層を備えていないアルミニウム合金材とを接着樹脂層4を介して接合する場合に、高い接着耐久性が得られないことがある。一方、接着樹脂層4の厚さが500μmを超える場合には、接着強度が小さくなる場合がある。 The thickness of the adhesive resin layer 4 is also not particularly limited, but is preferably 10 to 500 μm, more preferably 50 to 400 μm. When the thickness of the adhesive resin layer 4 is less than 10 μm, when the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer and an aluminum alloy material not provided with another adhesive resin layer are joined via the adhesive resin layer 4. , High adhesion durability may not be obtained. On the other hand, when the thickness of the adhesive resin layer 4 exceeds 500 μm, the adhesive strength may be reduced.
[製造方法]
次に、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の製造方法について説明する。図4は本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の製造方法を示すフローチャート図である。図4に示すように、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11を製造する際は、前述したステップS1〜S3に加えて、接着樹脂層形成工程S4を行う。
[Production method]
Next, a method of manufacturing the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer of the present modification will be described. FIG. 4 is a flow chart showing the method for manufacturing the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer of the present modification. As shown in FIG. 4, when manufacturing the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer of the present modification, an adhesive resin layer forming step S4 is performed in addition to steps S1 to S3 described above.
<ステップS4:接着樹脂層形成工程>
接着樹脂層形成工程S4では、皮膜1及び皮膜2を覆うように、接着樹脂層4を形成する。接着樹脂層4の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、接着樹脂が固体である場合には、熱を加えて圧着したり、これを溶剤に溶解させて溶液とした後に、また、接着樹脂が液状である場合にはそのまま、皮膜2の表面に噴霧したり塗布する方法が挙げられる。
<Step S4: Adhesive Resin Layer Forming Step>
In the adhesive resin layer forming step S4, the adhesive resin layer 4 is formed so as to cover the film 1 and the film 2. The method for forming the adhesive resin layer 4 is not particularly limited. For example, when the adhesive resin is a solid, heat is applied for pressure bonding, or this is dissolved in a solvent to form a solution, Further, when the adhesive resin is in a liquid state, a method of spraying or coating the surface of the film 2 as it is can be mentioned.
また、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材11においても、前述した第1の実施形態と同様に、第1皮膜形成工程S2、第2皮膜形成工程S3及び/又は接着樹脂層形成工程S4の後に、予備時効処理を施す予備時効処理工程を設けてもよい。 Further, also in the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer of the present modification, similar to the above-described first embodiment, the first film forming step S2, the second film forming step S3 and/or the adhesive resin layer forming step S4. After that, a preliminary aging treatment step for performing the preliminary aging treatment may be provided.
本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材においては、接着樹脂層をあらかじめ備えるため、接合体や自動車用部材を作製する際に、アルミニウム合金材の表面に接着樹脂を塗布するなどの作業を省略することができる。なお、本変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材における上記以外の構成及び効果は、前述した第1の実施形態と同様である。 In the aluminum alloy material with the adhesive resin layer of this modification, since the adhesive resin layer is provided in advance, the work such as applying the adhesive resin to the surface of the aluminum alloy material is omitted when manufacturing the joined body or the automobile member. can do. The configurations and effects of the aluminum alloy material with the adhesive resin layer of this modification other than the above are the same as those of the first embodiment described above.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る接合体について説明する。本実施形態の接合体は、前述した第1の実施形態のアルミニウム合金材又はその変形例の接着樹脂層付きアルミニウム合金材を用いたものである。図5〜8Bは本実施形態の接合体の構成例を模式的に示す断面図である。なお、図5〜8Bにおいては、図1及び3に示すアルミニウム合金材10、接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, a joined body according to the second embodiment of the present invention will be described. The joined body according to the present embodiment uses the above-described aluminum alloy material according to the first embodiment or a modified aluminum alloy material with an adhesive resin layer. 5 to 8B are cross-sectional views schematically showing a configuration example of the joined body of this embodiment. 5 to 8B, the same components as those of the aluminum alloy material 10 and the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[接合体の構成]
本実施形態の接合体は、例えば、図5に示す接合体20のように、図1に示す2枚のアルミニウム合金材10を、皮膜1及び皮膜2が形成されている面同士が対向するように配置し、接着樹脂5を介して接合した構成とすることができる。即ち、接合体20では、接着樹脂5は、一面が一方のアルミニウム合金材10の皮膜2側に接合され、その他面が他方のアルミニウム合金材10の皮膜2側に接合されている。
[Structure of bonded body]
In the joined body of the present embodiment, for example, like the joined body 20 shown in FIG. 5, the two aluminum alloy materials 10 shown in FIG. 1 are arranged so that the surfaces on which the coating 1 and the coating 2 are formed face each other. It is possible to adopt a configuration in which they are arranged at the same position and are bonded to each other via the adhesive resin 5. That is, in the bonded body 20, one surface of the adhesive resin 5 is bonded to the coating 2 side of the one aluminum alloy material 10 and the other surface is bonded to the coating 2 side of the other aluminum alloy material 10.
ここで、本実施形態の接合体における接着樹脂5は、前述した接着樹脂層4を構成する接着樹脂と同様のものを使用することができる。具体的には、接着樹脂5は、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ニトリル系樹脂、ナイロン系樹脂、アクリル系樹脂などを使用することができる。また、接着樹脂5の厚さは、特に限定されるものではないが、接着強度向上の観点から、10〜500μmが好ましく、より好ましくは50〜400μmである。 Here, as the adhesive resin 5 in the joined body of the present embodiment, the same adhesive resin as the above-described adhesive resin forming the adhesive resin layer 4 can be used. Specifically, the adhesive resin 5 may be an epoxy resin, a urethane resin, a nitrile resin, a nylon resin, an acrylic resin, or the like. The thickness of the adhesive resin 5 is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 μm, and more preferably 50 to 400 μm from the viewpoint of improving the adhesive strength.
接合体20では、前述したように、接着樹脂5の両面が、第1の実施形態のアルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2であるため、自動車用部材に用いた際、高温湿潤環境に曝されても、接着樹脂5と皮膜1や皮膜2との界面の接着強度が低下しにくく、接着耐久性が向上する。また、本実施形態の接合体20では、接着樹脂5の種類に影響されず、従来からアルミニウム合金材の接合に用いられている接着樹脂全般において界面での接着耐久性が向上する。 As described above, in the bonded body 20, since both surfaces of the adhesive resin 5 are the coating 1 and the coating 2 of the aluminum alloy material 10 of the first embodiment, when they are used for automobile members, they are exposed to a high temperature and humid environment. Even if this is done, the adhesive strength at the interface between the adhesive resin 5 and the film 1 or film 2 is unlikely to decrease, and the adhesive durability is improved. In addition, in the joined body 20 of the present embodiment, regardless of the type of the adhesive resin 5, the adhesive durability at the interface is improved in all the adhesive resins conventionally used for joining aluminum alloy materials.
また、図6Aに示す接合体21a又は図6Bに示す接合体21bのように、図1に示すアルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2が形成されている面に、接着樹脂5を介して、第1皮膜及び第2皮膜が形成されていない他のアルミニウム合金材6又は樹脂成形体7を接合した構成とすることもできる。 Further, like the bonded body 21a shown in FIG. 6A or the bonded body 21b shown in FIG. 6B, the surface of the aluminum alloy material 10 shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration in which another aluminum alloy material 6 or resin molded body 7 on which the first coating and the second coating are not formed is joined.
ここで、第1皮膜及び第2皮膜が形成されていない他のアルミニウム合金材6には、前述した基材3と同様のものを使用することができ、具体的には、JISに規定される又はJISに近似する種々の非熱処理型若しくは熱処理型アルミニウム合金からなるものを使用することができる。 Here, as the other aluminum alloy material 6 on which the first coating and the second coating are not formed, the same material as the above-mentioned base material 3 can be used, and specifically, it is defined in JIS. Alternatively, those made of various non-heat treatment type or heat treatment type aluminum alloys similar to JIS can be used.
また、樹脂成形体7としては、例えば、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、ボロン繊維強化プラスチック(BFRP)、アラミド繊維強化プラスチック(AFRP,KFRP)、ポリエチレン繊維強化プラスチック(DFRP)及びザイロン強化プラスチック(ZFRP)などの各種繊維強化プラスチックにより形成した繊維強化プラスチック成形体を用いることができる。これらの繊維強化プラスチック成形体を用いることにより、一定の強度を維持しつつ、接合体を軽量化することが可能となる。 Examples of the resin molded body 7 include glass fiber reinforced plastic (GFRP), carbon fiber reinforced plastic (CFRP), boron fiber reinforced plastic (BFRP), aramid fiber reinforced plastic (AFRP, KFRP), polyethylene fiber reinforced plastic ( Fiber reinforced plastic moldings formed of various fiber reinforced plastics such as DFRP) and Zylon reinforced plastic (ZFRP) can be used. By using these fiber-reinforced plastic molded products, it becomes possible to reduce the weight of the bonded product while maintaining a constant strength.
なお、樹脂成形体7は、前述した繊維強化プラスチック以外に、ポリプロピレン(PP)、アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)樹脂、ポリウレタン(PU)、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ナイロン6、ナイロン6,6、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフタルアミド(PPA)などの繊維強化されていないエンジニアリングプラスチックを使用することもできる。 In addition to the fiber reinforced plastics described above, the resin molded body 7 includes polypropylene (PP), acrylic-butadiene-styrene copolymer (ABS) resin, polyurethane (PU), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC). Fiber reinforced with nylon, nylon 6, nylon 6,6, polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), polyphenylene sulfide (PPS), polybutylene terephthalate (PBT), polyphthalamide (PPA), etc. It is also possible to use no engineering plastics.
図6A及び図6Bに示す接合体21a,21bでは、接着樹脂5の片面がアルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2側に接合されているため、前述した接合体20と同様に、自動車用部材に用いた際、高温湿潤環境に曝されても、接着樹脂の種類に影響されず、界面での接着耐久性が向上する。また、図6Bに示す接合体21bは、アルミニウム合金材10と樹脂成形体7とを接合しているため、アルミニウム合金材同士の接合体に比べて軽量であり、この接合体21bを用いることにより自動車の更なる軽量化を実現することができる。なお、図6A及び図6Bに示す接合体21a,21bにおける上記以外の構成及び効果は、図5に示す接合体20と同様である。 In the joined bodies 21a and 21b shown in FIGS. 6A and 6B, one surface of the adhesive resin 5 is joined to the coating 1 and the coating 2 sides of the aluminum alloy material 10, and therefore, as with the above-described joined body 20, a vehicle member. When it is used for, it is not affected by the type of the adhesive resin even if it is exposed to a high temperature and humid environment, and the adhesive durability at the interface is improved. Further, since the joined body 21b shown in FIG. 6B joins the aluminum alloy material 10 and the resin molded body 7, it is lighter than the joined body of aluminum alloy materials, and by using this joined body 21b. Further weight reduction of the automobile can be realized. The structures and effects of the bonded bodies 21a and 21b shown in FIGS. 6A and 6B other than the above are the same as those of the bonded body 20 shown in FIG.
更に、図7に示す接合体22のように、図3に示す接着樹脂層4を備えた接着樹脂層付きアルミニウム合金材11と、図1に示す接着樹脂層4を備えていないアルミニウム合金材10とを接合した構成とすることもできる。具体的には、接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の接着樹脂層4側に、アルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2側が接合されたものである。その結果、アルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2側と接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の皮膜1及び皮膜2側は、それぞれ接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の接着樹脂層4を介して、互いに対向するように配置された構成となっている。 Further, like the joined body 22 shown in FIG. 7, the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer 4 shown in FIG. 3 and the aluminum alloy material 10 without the adhesive resin layer 4 shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration in which and are joined. Specifically, the coating 1 and the coating 2 sides of the aluminum alloy material 10 are joined to the adhesive resin layer 4 side of the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer. As a result, the film 1 and film 2 sides of the aluminum alloy material 10 and the film 1 and film 2 sides of the aluminum resin material 11 with an adhesive resin layer are respectively bonded via the adhesive resin layer 4 of the aluminum alloy material 11 with an adhesive resin layer. It is arranged so as to face each other.
接合体22では、接着樹脂層4の両面がアルミニウム合金材10の皮膜1及び皮膜2側と接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の皮膜1及び皮膜2側にそれぞれ接合されているため、前述した接合体20と同様に、接合体22を自動車用部材に用いた際に、高温湿潤環境に曝されても、接着樹脂の種類に影響されず、界面での接着耐久性が向上する。なお、図7に示す接合体22における上記以外の構成及び効果は、図5に示す接合体20と同様である。 In the bonded body 22, since both surfaces of the adhesive resin layer 4 are bonded to the coating 1 and coating 2 sides of the aluminum alloy material 10 and the coating 1 and coating 2 side of the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer, respectively, the above-described bonding is performed. Similar to the body 20, when the joined body 22 is used for a vehicle member, even if it is exposed to a high temperature and humid environment, it is not affected by the type of the adhesive resin, and the adhesive durability at the interface is improved. The configuration and effects of the bonded body 22 shown in FIG. 7 other than the above are the same as those of the bonded body 20 shown in FIG.
更に、図8Aに示す接合体23a又は図8Bに示す接合体23bのように、図3に示す接着樹脂層4を備えた接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の接着樹脂層4側に、第1皮膜及び第2皮膜が形成されていない他のアルミニウム合金材6又は繊維強化プラスチック成形体などの樹脂成形体7を接合した構成とすることもできる。これら接合体23a,23bでは、接着樹脂層4の片面が接着樹脂層付きアルミニウム合金材11の皮膜1及び皮膜2側に接合されているため、前述した接合体20と同様に、接合体23を自動車用部材に用いる際、高温湿潤環境に曝されても、接着樹脂の種類に影響されず、界面での接着耐久性が向上する。 Further, as in the bonded body 23a shown in FIG. 8A or the bonded body 23b shown in FIG. 8B, the first resin layer is provided on the side of the adhesive resin layer 4 of the aluminum alloy material 11 with the adhesive resin layer having the adhesive resin layer 4 shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration in which another aluminum alloy material 6 on which the coating and the second coating are not formed or a resin molded body 7 such as a fiber reinforced plastic molded body is joined. In these bonded bodies 23a and 23b, one surface of the adhesive resin layer 4 is bonded to the coating 1 and coating 2 sides of the adhesive resin layer-attached aluminum alloy material 11, so that the bonded body 23 is bonded in the same manner as the bonded body 20 described above. When it is used as a member for automobiles, it is not affected by the type of adhesive resin even when exposed to a high temperature and humid environment, and the adhesive durability at the interface is improved.
また、図8Bに示す接合体23bは、接着樹脂層付きアルミニウム合金材11と樹脂成形体7とを接合しているため、アルミニウム合金材同士の接合体に比べて軽量であり、軽量化が求められている自動車や車両の部材に好適である。なお、図8A及び図8Bに示す接合体23a,23bにおける上記以外の構成及び効果は、図5に示す接合体20と同様である。 Further, since the joined body 23b shown in FIG. 8B joins the adhesive resin layer-attached aluminum alloy material 11 and the resin molded body 7, it is lighter than the joined body of aluminum alloy materials, and a reduction in weight is required. It is suitable for existing automobiles and vehicle members. The configurations and effects of the bonded bodies 23a and 23b shown in FIGS. 8A and 8B other than the above are the same as those of the bonded body 20 shown in FIG.
[製造方法]
前述した接合体20〜23の製造方法、特に接合方法は、従来公知の接合方法を用いることができる。そして、接着樹脂5をアルミニウム合金材に形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予め接着樹脂5によって作製した接着シートを用いてもよいし、接着樹脂5を皮膜2の表面に噴霧または塗布することによって形成してもよい。なお、接合体20〜23は、アルミニウム合金材10や接着剤層付きアルミニウム合金材11と同様に、自動車用部材への加工前に、その表面にプレス油を塗布してもよい。
[Production method]
As a method of manufacturing the above-described joined bodies 20 to 23, particularly a joining method, a conventionally known joining method can be used. The method for forming the adhesive resin 5 on the aluminum alloy material is not particularly limited, but, for example, an adhesive sheet prepared in advance with the adhesive resin 5 may be used, or the adhesive resin 5 may be formed on the surface of the film 2. It may also be formed by spraying or applying on. As with the aluminum alloy material 10 and the aluminum alloy material 11 with an adhesive layer, the joined bodies 20 to 23 may be coated with a press oil on the surface thereof before being processed into an automobile member.
また、図示しないが、本実施形態の接合体に、両面に皮膜1及び皮膜2が形成されたアルミニウム合金材を用いた場合、接着樹脂5又は接着樹脂層4を介して、これらのアルミニウム合金材、皮膜1及び皮膜2が形成されていない他のアルミニウム合金材又は樹脂成形体を、さらに接合することが可能となる。 Although not shown, when an aluminum alloy material having the coating 1 and the coating 2 on both surfaces is used for the joined body of the present embodiment, these aluminum alloy materials are provided via the adhesive resin 5 or the adhesive resin layer 4. It is possible to further join another aluminum alloy material or resin molded body on which the coating 1 and the coating 2 are not formed.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る自動車用部材について説明する。本実施形態の自動車用部材は、前述した第2の実施形態の接合体を用いたものであり、例えば、自動車用パネルなどである。
(Third Embodiment)
Next, an automobile member according to the third embodiment of the present invention will be described. The automobile member of the present embodiment uses the joined body of the second embodiment described above, and is, for example, an automobile panel or the like.
また、本実施形態の自動車用部材の製造方法は、特に限定されるものではないが、従来公知の製造方法を適用することができる。例えば、図5〜8Bに示す接合体20〜23bに切断加工やプレス加工などを施して所定形状の自動車用部材を製造する。 The method for manufacturing the automobile member of the present embodiment is not particularly limited, but a conventionally known manufacturing method can be applied. For example, the joined bodies 20 to 23b shown in FIGS. 5 to 8B are subjected to cutting, pressing, or the like to manufacture an automobile member having a predetermined shape.
本実施形態の自動車用部材は、前述した第2の実施形態の接合体から製造されるため、高温湿潤環境に曝されても、接着樹脂又は接着樹脂層と、酸化皮膜(第1皮膜)の水和の影響をほとんど受けることなく、アルミニウム合金基材の溶出も抑制できる。その結果、本実施形態の自動車用部材では、高温湿潤環境に曝された場合の界面剥離を抑制し、接着強度の低下を抑制することが可能となる。 Since the automobile member of the present embodiment is manufactured from the bonded body of the second embodiment described above, even if it is exposed to a high temperature wet environment, the adhesive resin or the adhesive resin layer and the oxide film (first film) The elution of the aluminum alloy substrate can be suppressed with almost no influence of hydration. As a result, in the automobile member of the present embodiment, it is possible to suppress interfacial peeling when exposed to a high temperature and humid environment and suppress a decrease in adhesive strength.
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、以下に示す方法及び条件でアルミニウム合金材を作製し、接着耐久性などを評価した。 Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. In this example, an aluminum alloy material was prepared under the following methods and conditions, and the adhesion durability and the like were evaluated.
<実施例1>
JIS6016(Mg:0.54質量%、Si:1.11質量%、Cu:0.14質量%)の6000系アルミニウム合金を用いて、板厚1mmのアルミニウム合金冷延板を作製した。そして、この冷延板を長さ100mm、幅25mmに切断して基材とし、実体到達温度550℃まで加熱処理し、冷却した。
続いて、基材を、水酸化カリウムを含むpH13の水溶液で50℃にて40秒アルカリ脱脂し、さらに、温度50℃、処理時間40秒として硫酸及びフッ酸を含むpH1の溶液で酸洗した後、水洗し、乾燥させた。その後、0.013質量%のテトラエチルオルソシリケート(TEOS)を含む水溶液(TEOS水溶液)をバーコーターで表面に均一に塗布し、100℃で1分間加熱乾燥させて、第1皮膜を形成させた。さらに、0.10質量%のビストリエトキシシリルエタン(BTSE)を含む水溶液(BTSE水溶液)をバーコーターで表面に均一に塗布し、100℃で1分間加熱乾燥させて、第2皮膜を形成させ、実施例1のアルミニウム合金材を作製した。
<Example 1>
A 6000 series aluminum alloy of JIS6016 (Mg: 0.54% by mass, Si: 1.11% by mass, Cu: 0.14% by mass) was used to produce an aluminum alloy cold-rolled plate having a plate thickness of 1 mm. Then, this cold-rolled sheet was cut into a length of 100 mm and a width of 25 mm to obtain a base material, which was heat-treated to a body temperature of 550° C. and cooled.
Subsequently, the base material was alkali degreased with an aqueous solution of pH 13 containing potassium hydroxide at 50° C. for 40 seconds, and further pickled with a solution of pH 1 containing sulfuric acid and hydrofluoric acid at a temperature of 50° C. and a treatment time of 40 seconds. Then, it was washed with water and dried. Then, an aqueous solution (TEOS aqueous solution) containing 0.013% by mass of tetraethyl orthosilicate (TEOS) was uniformly applied to the surface with a bar coater, and dried by heating at 100° C. for 1 minute to form a first film. Furthermore, an aqueous solution (BTSE aqueous solution) containing 0.10% by mass of bistriethoxysilylethane (BTSE) was uniformly applied to the surface with a bar coater, and dried by heating at 100° C. for 1 minute to form a second film, The aluminum alloy material of Example 1 was produced.
次に、プレス油をトルエンで希釈し濃度を調整した後、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように実施例1のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。 Next, the press oil was diluted with toluene to adjust the concentration, and then applied on the surface of the aluminum alloy material of Example 1 on the side of the second coating so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例2>
TEOS水溶液の濃度を0.325質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例2のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例2のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 2>
An aluminum alloy material of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.325% by mass. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 2 on the second coating side so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例3>
TEOS水溶液の濃度を0.065質量%とし、BTSE水溶液の濃度を1質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例3のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例3のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 3>
An aluminum alloy material of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.065 mass% and the concentration of the BTSE aqueous solution was 1 mass %. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 3 on the side of the second coating so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例4>
TEOS水溶液の濃度を0.065質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.01質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例4のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例4のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 4>
An aluminum alloy material of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.065 mass% and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.01 mass %. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 4 on the side of the second coating so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例5>
TEOS水溶液の濃度を0.065質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.025質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例5のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例5のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 5>
An aluminum alloy material of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.065 mass% and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.025 mass %. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 5 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例6>
TEOS水溶液の濃度を0.13質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.1質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例6のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例6のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 6>
An aluminum alloy material of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.13% by mass and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.1% by mass. Further, press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 6 on the side of the second coating so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例7>
TEOS水溶液の濃度を0.065質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.41質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例7のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例7のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 7>
An aluminum alloy material of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.065 mass% and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.41 mass %. Further, the press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 7 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例8>
TEOS水溶液を塗布後に基材を水洗し、100℃で1分間加熱乾燥させた後にBTSE水溶液を塗布した以外は実施例2と同様にして、実施例8のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例8のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 8>
An aluminum alloy material of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the base material was washed with water after applying the TEOS aqueous solution, heated and dried at 100° C. for 1 minute, and then applied with the BTSE aqueous solution. Further, press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 8 on the side of the second coating so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例9>
TEOS水溶液の濃度を0.013質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.025質量%とした以外は実施例1と同様にして、実施例9のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例9のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 9>
An aluminum alloy material of Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.013% by mass and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.025% by mass. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 9 on the side of the second coating so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例10>
BTSE水溶液に3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APS)を0.1質量%加えた以外は実施例9と同様にして、実施例10のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例10のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 10>
An aluminum alloy material of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 9 except that 0.1% by mass of 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) was added to the BTSE aqueous solution. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 10 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例11>
BTSE水溶液に3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(GPS)を0.1質量%加えた以外は実施例9と同様にして、実施例11のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例11のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 11>
An aluminum alloy material of Example 11 was obtained in the same manner as in Example 9 except that 0.1% by mass of 3-glycidoxypropyltriethoxysilane (GPS) was added to the BTSE aqueous solution. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 11 on the side of the second coating so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例12>
BTSE水溶液の代わりに0.1質量%のビストリエトキシシリルベンゼン(BTSB)を含む水溶液を用いた以外は実施例4と同様にして、実施例12のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例12のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 12>
An aluminum alloy material of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 4 except that an aqueous solution containing 0.1% by mass of bistriethoxysilylbenzene (BTSB) was used instead of the BTSE aqueous solution. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 12 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例13>
BTSE水溶液の代わりに0.1質量%のビストリエトキシシリルプロピルアミン(BTSA)を含む水溶液を用いた以外は実施例4と同様にして、実施例13のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例13のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 13>
An aluminum alloy material of Example 13 was obtained in the same manner as Example 4 except that an aqueous solution containing 0.1% by mass of bistriethoxysilylpropylamine (BTSA) was used instead of the BTSE aqueous solution. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 13 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<実施例14>
BTSE水溶液の代わりに0.1質量%のビストリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド(BTSS)を含む水溶液を用いた以外は実施例4と同様にして、実施例14のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、実施例14のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Example 14>
An aluminum alloy material of Example 14 was obtained in the same manner as in Example 4 except that an aqueous solution containing 0.1% by mass of bistriethoxysilylpropyl tetrasulfide (BTSS) was used instead of the BTSE aqueous solution. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Example 14 on the side of the second coating so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例1>
TEOS水溶液の濃度を2.3質量%とした以外は実施例1と同様にして、比較例1のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例1のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative Example 1>
An aluminum alloy material of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 2.3% by mass. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 1 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例2>
TEOS水溶液の濃度を0.0061質量%とし、BTSE水溶液の濃度を0.025%とした以外は実施例1と同様の手法と同様にして、比較例2のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例2のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative example 2>
An aluminum alloy material of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.0061% by mass and the concentration of the BTSE aqueous solution was 0.025%. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 2 on the second coating side so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例3>
0.12質量%のTEOSを含み、さらに粒径4nmのシリカゾルを0.1質量%加えたTEOS水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例3のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例3のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative example 3>
An aluminum alloy material of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous TEOS solution containing 0.1% by mass of TEOS and 0.1% by mass of silica sol having a particle diameter of 4 nm was added. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 3 on the second coating side so that the coating amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例4>
BTSE水溶液による処理を行わなかった以外は実施例1と同様にして、比較例4のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例4のアルミニウム合金材の第1皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative example 4>
An aluminum alloy material of Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the treatment with the BTSE aqueous solution was not performed. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 4 on the first film side so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例5>
TEOS水溶液の濃度を0.13質量%とし、TEOS水溶液による処理前の脱脂・酸洗処理を行わなかった以外は実施例1と同様にして、比較例5のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例5のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative Example 5>
An aluminum alloy material of Comparative Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.13 mass% and the degreasing/pickling treatment before the treatment with the TEOS aqueous solution was not performed. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 5 on the second coating side so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
<比較例6>
TEOS水溶液の濃度を0.13質量%とし、TEOS水溶液による処理前の酸洗処理を300秒行った以外は実施例1と同様にして、比較例6のアルミニウム合金材を得た。また、トルエンで希釈したプレス油を、乾燥後の塗布量が1g/m2となるように、比較例6のアルミニウム合金材の第2皮膜側の表面に塗布した。
<Comparative example 6>
An aluminum alloy material of Comparative Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the TEOS aqueous solution was 0.13% by mass and the pickling treatment before the treatment with the TEOS aqueous solution was performed for 300 seconds. Further, a press oil diluted with toluene was applied to the surface of the aluminum alloy material of Comparative Example 6 on the second coating side so that the applied amount after drying was 1 g/m 2 .
(IRスペクトル測定)
第2皮膜形成前の第1皮膜を有するアルミニウム合金材について、入射角75°の平行偏光を使用して、FT−IR(フーリエ変換式赤外分光光度計:Nicolet社製 Magna−750 spectrometer)分析することによりIRスペクトルを測定し、皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、波数1000〜1300cm−1の範囲に存在する吸収帯を読み取った。表1に、各吸収帯の吸収の極大点を示す。
(IR spectrum measurement)
FT-IR (Fourier transform infrared spectrophotometer: Nicona Magna-750 spectrometer) analysis was performed on the aluminum alloy material having the first coating before formation of the second coating using parallel polarized light with an incident angle of 75°. By doing so, the IR spectrum was measured, and the absorption band existing in the wave number range of 1000 to 1300 cm −1 was read in the difference spectrum before and after the film treatment. Table 1 shows the maximum points of absorption in each absorption band.
<第1の皮膜成分の測定>
第1皮膜について、高周波グロー放電発光分光分析法(GD−OES:ホリバ・ジョバンイボン社製型式JY−5000RF)により膜厚方向にスパッタしながら測定し、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、銅(Cu)、鉄(Fe)及びチタン(Ti)等の金属元素、及び酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、ケイ素(Si)及び硫黄(S)等の元素について、各成分量の測定を行った。マグネシウム(Mg)、銅(Cu)及びケイ素(Si)については、第1皮膜中の最大濃度を、その皮膜中の皮膜濃度とした。アルミニウム(Al)については、基材と第1皮膜との界面近傍では基材の影響を受けるため、最表面の濃度をアルミニウム(Al)の皮膜濃度とした。ここで、これら各元素の濃度の算出において、特に酸素(O)及び炭素(C)は最表面やその近傍でコンタミの影響を受けやすい。以上のことから、各元素の濃度計算では、酸素(O)及び炭素(C)を除いて、濃度を算出した。なお、酸素(O)は、最表面及びその近傍ではコンタミの影響を受ける可能性が高く、正確な濃度を測定することは難しいが、すべてのサンプルの皮膜1には酸素(O)が含まれていることは明確であった。
<Measurement of first film component>
The first coating was measured by high-frequency glow discharge emission spectroscopy (GD-OES: Horiba Jobin Yvon Co., Ltd. Model JY-5000RF) while sputtering in the film thickness direction, and aluminum (Al), magnesium (Mg), and copper were measured. Each component of metal elements such as (Cu), iron (Fe) and titanium (Ti) and elements such as oxygen (O), nitrogen (N), carbon (C), silicon (Si) and sulfur (S) The quantity was measured. Regarding magnesium (Mg), copper (Cu) and silicon (Si), the maximum concentration in the first coating was defined as the coating concentration in the coating. Regarding aluminum (Al), since the base material is affected in the vicinity of the interface between the base material and the first coating, the concentration of the outermost surface was defined as the aluminum (Al) coating concentration. Here, in the calculation of the concentrations of these elements, oxygen (O) and carbon (C) are particularly susceptible to contamination on the outermost surface and in the vicinity thereof. From the above, in the calculation of the concentration of each element, the concentration was calculated excluding oxygen (O) and carbon (C). Oxygen (O) is likely to be affected by contamination on the outermost surface and in the vicinity thereof, and it is difficult to measure an accurate concentration, but the film 1 of all samples contains oxygen (O). It was clear.
<エッチング量の測定>
エッチング量は、酸化皮膜や酸化皮膜を含む基材の溶解量であり、エッチング処理前後の重量の減少量を測定し、それを厚み(膜厚)として見積もった。なお、重量の減少量から膜厚への換算は、便宜上、アルミニウムの密度:2.7g/cm3を用い、アルミニウムの厚みとして計算することにより行った。
<Measurement of etching amount>
The etching amount is the amount of dissolution of the oxide film or the base material containing the oxide film, and the amount of reduction in weight before and after the etching treatment was measured and estimated as the thickness (film thickness). For the sake of convenience, the conversion of the weight reduction amount into the film thickness was performed by using the aluminum density: 2.7 g/cm 3 and calculating it as the aluminum thickness.
<第1および第2皮膜の皮膜量の測定>
シリケートおよびシラン化合物水溶液での処理により形成された第1および第2皮膜の皮膜量は、蛍光X線によって測定した。具体的には、蛍光X線によってシリケート処理後の第1皮膜およびシラン化合物処理後の第2皮膜のケイ素量をそれぞれ測定し、校正曲線を用いて、蛍光X線の強度と皮膜量の換算を行うことによりそれぞれ算出した。結果を表1に示す。
<Measurement of coating amount of first and second coating>
The coating amounts of the first and second coatings formed by the treatment with the silicate and silane compound aqueous solution were measured by fluorescent X-ray. Specifically, the amount of silicon in the first film after the silicate treatment and the amount of silicon in the second film after the silane compound treatment were measured by fluorescent X-rays, and the intensity of the fluorescent X-rays and the amount of the film were converted using the calibration curve. Each was calculated by carrying out. The results are shown in Table 1.
<凝集破壊率(接着耐久性)>
図9A及び図9Bは凝集破壊率の測定方法を模式的に示す図であり、図9Aは側面図であり、図9Bは平面図である。図9A及び図9Bに示すように、構成が同じ2枚の供試材31a,31b(25mm幅)の端部を、熱硬化型エポキシ樹脂系接着樹脂によりラップ長10mm(接着面積:25mm×10mm)となるように重ね合わせ貼り付けた。
ここで用いた接着樹脂35は熱硬化型エポキシ樹脂系接着樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂量40〜50質量%)である。また、接着樹脂35の厚さが250μmとなるように微量のガラスビーズ(粒径250μm)を接着樹脂35に添加して調節した。
重ね合わせてから30分間、室温で乾燥させて、その後、170℃で20分間加熱し、熱硬化処理を実施した。その後、室温で24時間静置して接着試験体を作製した。
<Cohesive failure rate (bonding durability)>
9A and 9B are diagrams schematically showing the method for measuring the cohesive failure rate, FIG. 9A is a side view, and FIG. 9B is a plan view. As shown in FIGS. 9A and 9B, the end portions of two test materials 31a and 31b (25 mm width) having the same structure are wrapped with a thermosetting epoxy resin adhesive resin in a wrap length of 10 mm (bonding area: 25 mm×10 mm). ) Was pasted and pasted.
The adhesive resin 35 used here is a thermosetting epoxy resin-based adhesive resin (bisphenol A type epoxy resin amount 40 to 50% by mass). Further, a small amount of glass beads (particle size 250 μm) was added to the adhesive resin 35 to adjust the thickness of the adhesive resin 35 to 250 μm.
After overlapping, they were dried at room temperature for 30 minutes and then heated at 170° C. for 20 minutes to carry out a thermosetting treatment. Then, it left still at room temperature for 24 hours, and produced the adhesion test body.
作製した接着試験体を、40℃、濃度5%の塩化ナトリウム水溶液に20日間浸漬後、引張試験機にて50mm/分の速度で引張り、接着部分の接着樹脂の凝集破壊率を評価した。凝集破壊率は下記数式1に基づいて算出した。なお、下記数式1においては、接着試験体の引張後の片側を試験片a、もう片方を試験片bとした。 The produced adhesion test body was immersed in an aqueous sodium chloride solution having a concentration of 5% at 40° C. for 20 days, and then pulled at a speed of 50 mm/min by a tensile tester to evaluate the cohesive failure rate of the adhesive resin in the bonded portion. The cohesive failure rate was calculated based on the following mathematical formula 1. In the following mathematical formula 1, one side of the adhesion test body after being pulled was designated as a test piece a and the other side was designated as a test piece b.
各試験条件とも3本ずつ作製し、凝集破壊率は3本の平均値とした。また、評価基準は、凝集破壊率が60%未満を不良(×)、60%以上70%未満をやや良好(△)、70%以上90%未満を良好(○)、90%以上を優れている(◎)とした。その結果を表1に示す。 Three pieces were produced under each test condition, and the cohesive failure rate was an average value of the three pieces. In addition, the evaluation criteria are that the cohesive failure rate is less than 60% is poor (x), 60% or more and less than 70% is slightly good (△), 70% or more and less than 90% is good (◯), and 90% or more is excellent. (◎). The results are shown in Table 1.
表1に示されるように、比較例1のアルミニウム合金材は、第1皮膜中のSi濃度が本発明に規定の範囲よりも高いものであり、接着耐久性に乏しかった。
また、比較例2のアルミニウム合金材は、第1皮膜中のSi濃度が本発明に規定の範囲よりも低く、また、吸収帯の一つが本発明に規定の波数の範囲外であり、接着耐久性に乏しかった。
また、比較例3のアルミニウム合金材は、第1皮膜の吸収帯の一つが本発明に規定の波数の範囲外であり、接着耐久性に乏しかった。
また、比較例4のアルミニウム合金材は、第2皮膜を形成せずに、プレス油の溶解性に乏しい第1皮膜の上にプレス油を塗布している。その結果、接着耐久性に乏しい結果となった。
また、比較例5のアルミニウム合金材は、第1皮膜中のMg濃度が本発明に規定の範囲よりも高いものであり、接着耐久性に乏しかった。
また、比較例6のアルミニウム合金材は、第1皮膜中のCu濃度が本発明に規定の範囲よりも高いものであり、接着耐久性に乏しかった。
As shown in Table 1, in the aluminum alloy material of Comparative Example 1, the Si concentration in the first coating was higher than the range specified in the present invention, and the adhesion durability was poor.
In the aluminum alloy material of Comparative Example 2, the Si concentration in the first coating was lower than the range specified in the present invention, and one of the absorption bands was out of the wave number range specified in the present invention, so that the adhesion durability was improved. I was poor in sex.
Further, in the aluminum alloy material of Comparative Example 3, one of the absorption bands of the first coating was out of the wave number range specified in the present invention, and the adhesion durability was poor.
Further, in the aluminum alloy material of Comparative Example 4, the press oil is applied on the first film, which has poor solubility in the press oil, without forming the second film. As a result, the adhesion durability was poor.
The aluminum alloy material of Comparative Example 5 had a Mg concentration in the first coating higher than the range specified in the present invention, and was poor in adhesion durability.
Further, the aluminum alloy material of Comparative Example 6 had a Cu concentration in the first coating higher than the range specified in the present invention, and was poor in adhesion durability.
一方、本発明に規定の各要件を満足する実施例1〜14のアルミニウム合金材は、高温高湿環境下での良好な湿潤耐久性を有していた。 On the other hand, the aluminum alloy materials of Examples 1 to 14 satisfying the requirements stipulated in the present invention had good wet durability in a high temperature and high humidity environment.
1 第1皮膜
2 第2皮膜
3 基材
4 接着樹脂層
5、35 接着樹脂
6、10 アルミニウム合金材
11 接着樹脂層付きアルミニウム合金材
7 樹脂成形体
20、21a、21b、22、23a、23b 接合体
31a、31b 供試材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st film 2 2nd film 3 Base material 4 Adhesive resin layer 5,35 Adhesive resin 6,10 Aluminum alloy material 11 Aluminum alloy material with an adhesive resin layer 7 Resin molded body 20, 21a, 21b, 22, 23a, 23b Bonding Body 31a, 31b Test material
Claims (16)
前記アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一部に形成された、ケイ素を含むアルミニウムの酸化物からなる第1皮膜と、
前記第1皮膜の少なくとも一部に形成された、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜を備えるアルミニウム合金材であって、
前記第1皮膜は、フーリエ変換式赤外分光法により入射角75°の平行偏光を入射して得られる皮膜処理前後の差スペクトルにおいて、波数1000〜1300cm−1の範囲に2つの吸収帯を有し、前記2つの吸収帯は波数1080〜1140cm−1および波数1180〜1240cm−1の範囲にあり、かつ、前記第1皮膜は、Siを15原子%以上70原子%未満及びMgを0.1原子%以上30原子%未満含有するとともに、Cuが0.6原子%未満に規制されているアルミニウム合金材。 Aluminum alloy base material,
A first coating formed on at least a part of the surface of the aluminum alloy substrate, the first coating including an oxide of aluminum containing silicon;
An aluminum alloy material having a second coating formed on at least a part of the first coating and containing a silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, a hydrolyzate thereof, or a polymer thereof. And
The first film has two absorption bands in the wave number range of 1000 to 1300 cm −1 in the difference spectrum before and after the film treatment, which is obtained by injecting parallel polarized light with an incident angle of 75° by Fourier transform infrared spectroscopy. However, the two absorption bands are in the ranges of wave numbers of 1080 to 1140 cm −1 and wave numbers of 1180 to 1240 cm −1 , and the first coating contains Si of 15 atomic% or more and less than 70 atomic% and Mg of 0.1 or less. An aluminum alloy material containing not less than 30 atomic% and not less than 30 atomic% and Cu regulated to less than 0.6 atomic %.
前記第1皮膜の少なくとも一部に、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2皮膜を形成する第2皮膜形成工程とを備え、
前記第1皮膜形成工程は、前記アルミニウム合金基材の表面に酸化皮膜を形成させる加熱処理段階と、前記加熱処理段階後のエッチング処理段階及びシリケート処理段階とを含み、前記シリケート処理段階は前記エッチング処理段階より後あるいは前記エッチング処理段階と同時であり、かつ、前記シリケート処理段階として、テトラアルキルシリケートまたはそのオリゴマーを0.005質量%〜2質量%含む第1水溶液で前記酸化皮膜を処理し、
前記第2皮膜形成工程では、分子内に加水分解可能なトリアルコキシシリル基を2つ以上有するシラン化合物、その加水分解物またはその重合体を含む第2水溶液で前記第1皮膜を処理する、アルミニウム合金材の製造方法。 A first film forming step of forming a first film made of an oxide of aluminum containing silicon on at least a part of the surface of the aluminum alloy substrate;
Second film forming step of forming a second film containing a silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, a hydrolyzate thereof or a polymer thereof on at least a part of the first film With and
The first film forming step includes a heat treatment step of forming an oxide film on the surface of the aluminum alloy base material, an etching treatment step and a silicate treatment step after the heat treatment step, and the silicate treatment step includes the etching. After the treatment step or at the same time as the etching treatment step, and as the silicate treatment step, the oxide film is treated with a first aqueous solution containing 0.005% by mass to 2% by mass of a tetraalkyl silicate or an oligomer thereof.
In the second film forming step, the first film is treated with a second aqueous solution containing a silane compound having two or more hydrolyzable trialkoxysilyl groups in the molecule, a hydrolyzate thereof, or a polymer thereof. Method for manufacturing alloy material.
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