JP4894679B2 - 表面処理アルミニウム材及びアルミニウム材の表面処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、表面処理アルミニウム材、及びアルミニウム材の表面処理方法に関し、特に、低発塵性の表面処理アルミニウム材、及びアルミニウム材からの発塵を抑制することができるアルミニウム材の表面処理方法に関する。

コンピューターをはじめ、近年では種々の携帯機器にハードディスクドライブが搭載されるようになり、ハードディスクドライブの性能向上がますます要求されている。通常、ハードディスクドライブは、大気中の塵や埃からディスク（磁気ディスク）を保護するためにカバーケースによって覆われるが、このカバーケースには、ハードディスクドライブの小型化や軽量化の要請を受けて、軽量であると共に機械的強度に優れ、かつ、加工性及びコスト性等に優れるアルミニウム材が主に用いられている。また、ディスクに記録したり、ディスクから再生したりするための磁気ヘッドは、通常、アクチュエータアーム（スイングアーム）によって位置制御されるが、アクチュエータアーム自体が高速で、かつ、高精度で駆動する必要があることから、同様に、軽量かつ機械的強度に優れたアルミニウム材が使用されている。

一方、ハードディスクドライブの高性能化の要請が高まるにつれ、塵や埃等の微粒子による影響について検討されるようになっている。特にカバーケースやアクチュエータアーム等に使用されるアルミニウム材自体が発塵すると、ハードディスクドライブや周辺の他の精密機器で誤動作が生じるおそれがある。そこで、成形加工したアクチュエータアームの表面に無電解ＮｉＰめっきで処理して被膜を形成する方法（マグネシウム系合金からなるアクチュエータアームの例ではあるが、例えば特許文献１参照）や、カバーケースの外側にあたるアルミニウム材の表面に樹脂皮膜を設けたハードディスクドライブケース用樹脂被覆アルミニウム材等が提案されている（例えば特許文献２及び３参照）。

しかしながら、無電解ＮｉＰめっき処理は、発塵を抑制する効果では優れるものの、使用する無電解ＮｉＰめっき液のコストがハードディスクカバーケースの製造原価のおよそ半分を占め、また、前処理としてアルミニウム材の表面を亜鉛に置換するジンケート処理を、通常、酸洗を繰り返しながら複数回行う必要があり、処理工程数も多くコストがかかるといった問題がある。更には、無電解ＮｉＰめっきを施した後には、めっき皮膜を安定化させるためにクロメート処理を行う方法も試みられているが、このような処理は環境に影響を及ぼすおそれもある。一方、上記の樹脂被覆アルミニウム材では、ディスクを格納した際にディスク側にあたるアルミニウム材の表面には樹脂皮膜が設けられないことになることから、例えば外部からの衝撃によってディスク側のアルミニウム材の表面で発塵するおそれがある。仮に、ディスク側のアルミニウム材の表面に樹脂皮膜を形成したとすると、今度はディスクの回転駆動による温度上昇によって樹脂皮膜からガスが発生し、ハードディスクドライブの誤動作や故障を引き起こすおそれがある。更には、アルミニウム材の表面に樹脂皮膜が形成されていると、プレス加工等によって樹脂皮膜が剥離するおそれがあることから、カバーケースの形状や加工が制限されてしまうといった問題もある。

このような状況において、本発明者等は、ハードディスクドライブ等のような精密機器のカバーケースやアクチュエータアーム等のような精密機器部品の材料として好適な新たな低発塵性の表面処理アルミニウム材を提案している（特許文献４参照）。すなわち、本発明者等は、アルミニウム材の表面状態を詳細に観察し、アルミニウム材の表面に存在する第二相化合物が発塵源となり得ることを突き止めた。そして、アルミニウム材を特定元素のオキソ酸からなるオキソ酸処理液で処理することで、アルミニウム材の表面からの第二相化合物の離脱を防止する皮膜を形成して、低発塵性の表面処理アルミニウム材を得ることに成功している。ところが、ハードディスクカバーケースやアクチュエータアーム等の形状がより複雑になる場合には、発塵抑制の効果について更なる改良の余地があることが分った。

ところで、アクチュエータアームの成形加工によってコーナー部に生じたバリが、ディスクに組み込まれた後に微細な金属片として剥がれ落ち、読み取り障害等を引き起こす問題に対処すべく、アクチュエータアームをリン酸及び硝酸を含む混合水溶液で化学研磨する表面処理方法が提案されている（特許文献５及び６参照）。しかしながら、この表面処理方法は、比較的低濃度のリン酸及び硝酸を用いて（実施例は全てリン酸：40〜50重量％、硝酸：4重量％以下）、切削やプレスのような成形加工によって発生した数十μｍ程度のバリをコーナー部から除去するものであって、第二相化合物の離脱に起因するようなアルミニウム材の発塵を抑制するための技術とは異なる。
特開２００４−２７３０４号公報 特開平１０−２４９９９４号公報 特開平１１−２５６５３号公報 特開２００５−３３６６０５号公報 特開２００４−１３１７５７号公報 特開２００４−２１６４８０号公報

そして、本発明者等は、先に報告した低発塵性の表面処理アルミニウム材を得るアルミニウム材の表面処理方法とハードディスクカバーケースやアクチュエータアーム等の形状に由来するアルミニウム材の発塵量との関係について更に詳細に検討を加えた結果、切断、切削、プレス、穴あけ、打抜き等のような成形加工を施したアルミニウム材の切断部には、図１に示すようなＳＥＭ観察で確認できる微細な表面凹凸を有した破断面が生じ、このような表面凹凸を有した破断面では、破断面を有さないその他の場所に比べて第二相化合物の離脱が生じ易くなるという新たな知見を得た。すなわち、成形加工による破断面が多くなるにつれ、アルミニウム材は、破断面に存在する第二相化合物による発塵が増すことになる。

そこで、本発明者等は、いくつかの成形加工が求められ、なおかつ低発塵性が要求される精密機器のカバーケースや精密機器部品の材料として好適な表面処理アルミニウム材を得る方法について鋭意検討した結果、特定の表面平滑化処理液を用いて、破断面に現れた微細な表面凹凸を均一に取り除いて破断面のはだ荒れを処理し、更にオキソ酸処理液で処理することで、破断面からの第二相化合物の離脱を可及的に防止し、発塵抑制効果をより一層向上させることができることを見い出し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、例えば無電解ＮｉＰめっき処理したアルミニウム材と同等又はそれ以上のレベルの低発塵性能を備えた表面処理アルミニウム材を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、例えば無電解ＮｉＰめっき処理したアルミニウム材と同等又はそれ以上のレベルの低発塵性能を備えた表面処理アルミニウム材を、低コストで簡便にかつ確実に得ることができるアルミニウム材の表面処理方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、アルミニウム材の表面を表面平滑化処理液で処理し、超音波洗浄した後、オキソ酸処理液で処理し、更に８０〜４００℃の温度で加熱処理して得られる表面処理アルミニウム材であって、上記表面平滑化処理液が、リン酸を７０重量%超１００重量%未満の範囲で含有した表面平滑化処理液であり、上記オキソ酸処理液が、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸をオキソ酸構成元素総含有量１０〜１００００ppmの範囲で含有することを特徴とする表面処理アルミニウム材である。

また、本発明は、アルミニウム材の表面を表面平滑化処理液で処理し、超音波洗浄した後、オキソ酸処理液で処理し、更に８０〜４００℃の温度で加熱処理するアルミニウム材の表面処理方法であって、上記表面平滑化処理液が、リン酸を７０重量%超１００重量%未満の範囲で含有した表面平滑化処理液であり、上記オキソ酸処理液が、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸をオキソ酸構成元素総含有量１０〜１００００ppmの範囲で含有することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法である。

本発明では、先ず、リン酸を主成分とした溶液（表面平滑化処理液）でアルミニウム材の表面を化学的に平滑化することで、切断、切削、プレス、穴あけ、打抜き等の成形加工によって生じたアルミニウム材の破断面のはだ荒れ（微細な表面凹凸）を処理する。すなわち、破断面には、図１に示したように、ＳＥＭ観察で確認できるような微細な表面凹凸が発生し、この表面凹凸からは第二相化合物の離脱が生じ易くなってしまうことから、リン酸を主成分とした表面平滑化処理液で処理することで、この微細な表面凹凸を平滑化してアルミニウム材の発塵源を除去するようにする。このような表面平滑化処理液を用いた表面平滑化処理により、破断面の微細な表面凹凸からの第二相化合物の離脱を効果的に防止し、かつ微細な表面凹凸（破断面）自身が発塵源となり得る場合についてもこれを防止することができる。

表面平滑化処理液のリン酸濃度については、５０重量％以上１００重量％未満であり、好ましくは７０〜９０重量％である。リン酸の含有量が５０重量％より少ないと、下記式（１）で示されるように、平滑化に寄与するリン酸量が少なくなるため破断面の微細な凹凸が十分に平滑化されないおそれがある。さらに表面平滑化処理液の粘性も低くなるため、破断面の微細な表面凹凸において表面平滑化処理液が均一に拡散するため、破断面の表面凹凸がその凹凸を有したまま均一に溶解してしまい、破断面が平滑化されないおそれもある。５０重量％以上であれば、平滑化に寄与するリン酸量が十分確保され、さらに表面平滑化処理液の高い粘性により、表面平滑化処理液の破断面の凹部での拡散が遅くなり、凸部の溶解が優先的に進行するため破断面の微細な凹凸が平滑化される。なお、リン酸濃度の上限については、市販のリン酸溶液（85重量％）中の水分を蒸発させ濃縮すれば、理論上リン酸１００重量％は可能であるが、アルミニウム材の破断面の表面凹凸からの溶解により液中のアルミニウム成分量が増加するためリン酸１００重量％は建浴時以外には実現しない点、また建浴時においても下記式（２）に示されるようにリン酸の分子内脱水反応による水の生成によりリン酸１００重量％は実現しない点から、リン酸濃度の上限は１００重量％未満である。ただし、上記記載のリン酸の濃縮には時間がかかるため実用上好ましくは９０重量％以下である。
2Al ＋ 6H₃PO₄ → 2Al(H₂PO₄)₃ ＋3H₂ ・・・・・・（１）
2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ ＋H₂O ・・・・・・・・（２）

また、本発明の表面平滑化処理液については、表面凹凸を取り除いて破断面をより平滑にする観点から、好ましくは、リン酸のほかに、硝酸又は硫酸のいずれか又は両方を１〜３０重量％、より好ましくは２〜１０重量％、更に好ましくは２〜８重量％含有するのがよい。硝酸又は硫酸は表面に酸化性の不動態皮膜を形成し、この酸化性の不動態皮膜が特に凹部での溶解を抑制するため凸部の溶解が優先的に進行し、平滑化が促進される。硝酸又は硫酸の濃度が１重量％より少ないと、酸化性の不動態皮膜が生成しにくいため、不動態皮膜による凹部の溶解抑制効果が希薄となり、場合によっては表面凹凸がその凹凸を有したまま均一に溶解してしまうため、平滑化を向上させる作用が望めない。反対に３０重量％を超えると、酸化性の不動態皮膜が表面に厚く形成するため、リン酸による表面凹凸の溶解反応の進行が遅くなってしまう。また、硝酸のみを添加する場合については、その添加量が３０重量％を超えると有害な量のＮＯｘが発生するおそれがある。なお、硝酸及び硫酸の両方を含有する場合は、両者の合計が上記濃度範囲となるように、すなわち硝酸及び硫酸の合計濃度が１〜３０重量％、好ましくは２〜１０重量％、より好ましくは２〜８重量％となるようにする。

また、表面平滑化処理液が硝酸を含有する場合には、更に尿素を０．２〜１０重量％含有させるようにしてもよい。リン酸と硝酸とを含む表面平滑化処理液でアルミニウム材を処理すると、下記式（３）で示されるように亜硝酸性ガス（NOx）が発生するが、尿素を含有させた場合には、下記式（４）で示されるように亜硝酸性ガスの発生を抑制することができる。表面平滑化処理液が硝酸を含む場合は、上述の通り、硝酸の存在によって表面凹凸における凸部の優先的溶解が進行し、凹凸の平滑化が効果的になされるが、濃度が高くなると亜硝酸性ガスの発生が作業性を阻害するおそれがある。そのため、硝酸濃度が１重量％以上になる場合を目安に、尿素を含有させるようにするのがよい。
7Al＋7H₃PO₄＋5HNO₃ → 7AlPO₄＋2N₂＋NO₂＋13H₂O ……（３）
10Al＋10H₃PO₄＋6HNO₃ → 10AlPO₄＋3N₂＋18H₂O ……（４）

上記表面平滑化処理液を用いた処理の具体的な処理条件については、６０〜１１０℃、好ましくは６５〜１０５℃にした表面平滑化処理液中に、処理時間１０秒〜２０分、好ましくは３０秒〜５分でアルミニウム材を浸漬させるのがよい。処理温度が６０℃より低いと反応速度が遅くなり処理時間が長くなってしまい非効率的であり、反対に１１０℃を超えると表面平滑化処理液中の水分の蒸発量が多くなり、特に硝酸や硫酸を含んだ場合にはそれらの蒸発量も多くなるため浴組成の管理が困難になる。なお、破断面の微細な表面凹凸を平滑にするためには、反応速度が一定であることが望ましく、浴温度は一定であるのが望ましい。一方、処理時間が１０秒より短いとアルミニウム材の表面がほとんど平滑化されないため、破断面の微細な表面凹凸の除去が困難になる。反対に２０分を超えると溶解量が多くなり過ぎてアルミニウム材の寸法精度の維持が難しくなる。

表面平滑化処理液を用いた表面平滑化処理後のアルミニウム材については、超音波洗浄を行うようにする。表面平滑化処理液による処理後のアルミニウム材の表面には、除去しきれなかった微細な表面凹凸の一部や、第二相化合物が残存するおそれがあるため、超音波洗浄によってこれらのものを物理的に除去するようにする。また、アルミニウム材の表面に表面平滑化処理液が残存していると、後にアルミニウム材が腐食するおそれがあるため、超音波洗浄による表面平滑化処理液の除去が耐食性の向上により貢献するという効果も相乗される。超音波洗浄の具体的な処理条件については特に制限されず、公知の方法を用いることができるが、例えば４０ｋＨｚ、１００Ｗの条件で超音波水洗する場合には、１〜３分間程度処理するようにすればよい。このような洗浄処理を２回以上繰り返すようにしてもよい。

超音波洗浄後のアルミニウム材は、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸を含有したオキソ酸処理液で処理し、更に加熱処理して、表面に皮膜を形成するようにする。所定のオキソ酸処理液で処理して、更に加熱処理することで、アルミニウム材の表面に強固な皮膜（オキソ酸アルミニウム皮膜）を形成し、アルミニウム材の表面に存在する第二相化合物の離脱を防ぐと共に、優れた耐食性を付与せしめることができる。

このうち、オキソ酸処理液については、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸を含んだ水溶液であればよく、具体的にはホスフィン酸（HPH₂O₂）、亜リン酸（H₃PO₃）、ホスホン酸（H₂PHO₃）、リン酸（H₃PO₄）、二リン酸（H₄P₂O₇）、メタリン酸〔(HPO₃)_n〕、次リン酸〔(HO)₂OP-PO(OH)₂〕、オルトケイ酸（H₄SiO₄）、メタケイ酸〔(H₂SiO₃)_n〕、メタ二ケイ酸（H₂Si₂O₅）、クロム酸（H₂CrO₄）、及び二クロム酸（H₂Cr₂O₇）等の水溶液を例示することができ、好ましくはホスフィン酸、亜リン酸、ホスホン酸、リン酸、二リン酸、メタリン酸、及び次リン酸の水溶液であるのがよい。なお、オキソ酸はいずれか１種を用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

オキソ酸処理液中のオキソ酸構成元素の含有量については、その総量が１０〜１００００ｐｐｍ、好ましくは２５〜５００ｐｐｍであるのがよい。１０ｐｐｍより少ないと皮膜形成が不十分となってアルミニウム材の表面に存在する第二相化合物の離脱を効果的に防止することが難しくなり、また、オキソ酸アルミニウム皮膜によって耐食性を付与せしめる効果が十分に望めない。反対に１００００ｐｐｍを超えると、未反応のオキソ酸がアルミニウム材の表面に残存してしまい、酸による腐食のおそれがある。なお、オキソ酸構成元素の含有量が１０ｐｐｍ以上であれば、第二相化合物の離脱を防止できる皮膜を形成することが可能であり、２５ｐｐｍ以上であればより効果的であるが、コスト面を考慮する場合には５００ｐｐｍ以下であるのがよい。

また、オキソ酸処理液は、上記オキソ酸構成元素からなるオキソ酸以外の他のオキソ酸や、オキソ酸構成元素からなるオキソ酸の金属塩を実質的に含まないようにするのがよい。ここで、他のオキソ酸とは、リン、珪素及びクロム以外の元素を含むオキソ酸であり、また、オキソ酸構成元素からなるオキソ酸の金属塩とは、例えばリン酸亜鉛、リン酸ジルコニウム、リン酸クロム等のオキソ酸塩を挙げることができる。

オキソ酸処理液がオキソ酸構成元素からなるオキソ酸の金属塩を含むと、アルミニウム材の表面にリン酸亜鉛やリン酸ジルコニウムの皮膜を形成してしまい、これらの皮膜は素地のアルミニウム材との結合力が弱いため、アルミニウム材の表面に析出して発塵源となり、また、アルミニウム材の表面に存在する第二相化合物の離脱を十分に防ぐことができなくなる。一方、特定のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸以外の他のオキソ酸を含むと、素地となるアルミニウム材と強い結合を形成することがないため、処理したアルミニウム材の表面に析出して発塵源となってしまう。そのため、オキソ酸処理液については、オキソ酸構成元素からなるオキソ酸以外の他のオキソ酸、又はオキソ酸構成元素からなるオキソ酸の金属塩を実質的に含まないようにするのがよく、好ましくは、他のオキソ酸及びオキソ酸構成元素からなるオキソ酸の金属塩をいずれも実質的に含まないようにするのがよい。

また、上記と同様な理由から、オキソ酸処理液にはフッ化水素アンモニウム、フッ化カリウム等のフッ化物、ジルコニウム、チタン、亜鉛、ニッケル等の３〜１２族の金属及びこれらの塩、アルカリ金属やアルカリ土類金属及びこれらの塩、フッ化水素酸等が実質的に含まれないようにするのがよい。なお、実質的に含まれてはいけない上記の各物質であっても、例えばＩＣＰ発光分析法、原子吸光光度法、又はイオンクロマトグラフ法による金属元素、非金属元素、陰イオン物質の測定で検出されない１ｐｐｍ以下の物質については本発明におけるオキソ酸処理液に含まれていても特段支障はない。

オキソ酸処理液によってアルミニウム材の表面を処理する手段については、例えば浸漬処理、スプレー処理、刷毛等を用いた塗布等を用いることができるが、好ましくはオキソ酸処理液中にアルミニウム材を浸漬させる浸漬処理であるのがよい。浸漬処理での具体的な処理条件については、温度１０〜１００℃、好ましくは２５〜８０℃のオキソ酸処理液中に１０秒〜３０分、好ましくは１分〜１５分の間アルミニウム材を浸漬させるようにするのがよい。オキソ酸処理液の温度が１０℃より低いとオキソ酸とアルミニウム材との反応が起こり難く、反対に１００℃より高くなるとアルミニウム材の溶解量が多くなってしまう。浸漬時間が１０秒より短いとアルミニウム材の表面のオキソ酸付着量が不十分となり、加熱処理後の皮膜形成が不十分となって第二相化合物の離脱が起こるおそれがあり、反対に３０分より長くなるとアルミニウム材の溶解量が多くなってしまい、寸法精度の維持が難しくなる。

オキソ酸処理液での処理の後に行う加熱処理については、温度８０〜４００℃、好ましくは１００〜３００℃で行うようにする。加熱処理の温度が８０℃より低いとオキソ酸処理液によって処理したアルミニウム材の表面に皮膜が十分に形成されないおそれがあり、反対に４００℃より高くなると基材となるアルミニウム材が軟化して強度が低下するおそれがある。加熱処理の時間については０．５〜１２０分、好ましくは３〜６０分であるのがよい。加熱処理の時間が０．５分より短いとアルミニウム材の表面の皮膜形成が不十分となって第二相化合物の離脱が起きるおそれがあり、反対に１２０分より長くなると表面処理アルミニウム材としての材料強度が低下するおそれがある。なお、加熱処理の雰囲気については大気中で行うことができる。

本発明において、表面処理を行うアルミニウム材については、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであればよく、その大きさや形状等にも制限されず、用途に応じて適宜選択することができる。例えば高純度アルミニウム（JIS H4170; 1N99）のほか、A1100、A5052、A6063等の種々のアルミニウム合金からなるアルミニウム材を用いることができ、また、押出成形により形成された押出型材、圧延加工あるいは射出成形により形成された厚肉又は薄肉の板材、これらの板材を適宜折曲加工して得られた曲げ加工材等であってもよい。

また、本発明の表面処理方法については、基材となるアルミニウム材の表面全面について表面平滑化処理をはじめとした各処理を行うようにしてもよく、あるいはコスト性を考慮してアルミニウム材の表面を適宜選択して処理するようにしてもよい。処理する部分を選択するに際しては、アルミニウム材の表面を観察して、少なくとも切断、切削、プレス、穴あけ、打抜き等のような成形加工を施した領域を処理するようにするのがよい。

更に、本発明においては、表面平滑化処理液を用いた表面平滑化処理に先駆けて、脱脂処理、エッチング処理、デスマット処理又は電解研磨処理のいずれかを行うようにしてもよい。このうち、脱脂処理については、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、界面活性剤等からなる通常の脱脂浴を用いて行うことができ、処理条件としては、通常、浸漬温度が１５〜５５℃、好ましくは２５〜４０℃であって、浸漬時間が１〜１０分、好ましくは３〜６分であるのがよい。また、エッチング処理については、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ水溶液を用い、その濃度は２０〜２００ｇ／Ｌ、好ましくは５０〜１５０ｇ／Ｌであって、処理条件としては、浸漬温度が３０〜７０℃、好ましくは４０〜６０℃であって、浸漬時間が０．５〜５分、好ましくは１〜３分であるのがよい。

デスマット処理については、例えば１〜３０％硝酸からなるデスマット浴を用いて行うことができ、処理条件としては、通常、浸漬温度が１５〜５５℃、好ましくは２５〜４０℃であって、浸漬時間が１〜１０分、好ましくは３〜６分であるのがよい。また、電解研磨処理については、例えば過塩素酸２０重量％とエタノール８０重量％からなる混合処理液を用いて行うことができ、処理条件としては、電流密度１〜１０Ａ／ｄｍ²、浴電圧２０〜３０Ｖで１〜５分間の処理でおこなうようにするのがよい。

ところで、アルミニウム材に存在する第二相化合物とは、素材金属のアルミニウム(Al)以外の物質（Fe, Si, Cu, Mg, Znその他の不純物）によって相を形成している物質であり、例えばAl₃Fe、αAlFeSi、Al₃Mg₂、Mg₂Si、及びAl-Mg-Zn化合物等の化合物を挙げることができる。アルミニウム材の表面に存在するこれらの第二相化合物については、走査型電子顕微鏡（SEM）の反射電子像を利用してその大きさや分布状態を調べることができ、また、Ｘ線回折によってその物質を同定することもできる。

そして、本発明の表面処理方法を施した後の表面処理アルミニウム材は低発塵性を備え、好ましくは、走査型電子顕微鏡（SEM）の反射電子像を利用した場合に、アルミニウム材の表面に観察される長径１．０μｍ以上の第二相化合物の単位面積あたりの数が２０個／ｍｍ²以下である表面処理アルミニウム材を得ることができる。

本発明における表面処理方法によれば、アルミニウム材の表面に形成した特定のオキソ酸処理液による皮膜が発塵源と考えられる第二相化合物の離脱を効果的に防止し、皮膜自体が発塵源となるおそれもないため、低発塵性の表面処理アルミニウム材を得ることができる。特に切断、切削、プレス、穴あけ、打抜き等の成形加工によって形成された破断面をいくつか有するようなアルミニウム材であっても、所定の表面平滑化処理液を用いた表面平滑化処理により破断面の微細な表面凹凸を除去して第二相化合物の離脱を未然に防ぐことができる。そして、得られた表面処理アルミニウム材は、無電解ＮｉＰめっき処理したアルミニウム材と同等又はそれ以上のレベルの低発塵性を備えるため、作業性やコストの面でも有利である。また、得られた表面処理アルミニウム材は耐食性にも優れることから、様々な用途に適用することができる。

以下、実施例及び比較例等に基づいて、本発明をより具体的に説明する。

［試験用表面処理アルミニウム材の作製］
市販のＡ５０５２アルミニウム材（板厚1.0mm）の四方をシャーリングによって縦１００ｍｍ、横７０ｍｍに切り出した後、破断面を有したこのアルミニウム材の全体を９０℃に加熱したリン酸８０重量％、及び水２０重量％からなる表面平滑化処理液に２分間浸漬して表面平滑化処理を行った。次いで、表面平滑化処理後のアルミニウム材を洗浄容器に入れて周波数４０ｋＨｚ、出力１００Ｗでの超音波水洗（超音波洗浄）を３分間行った。更に、超音波洗浄後のアルミニウム材をリン酸０．２ｇ／Ｌ（Pの含有量63ppm）を含んだ２５℃の水溶液（オキソ酸処理液）に５分間浸漬させてオキソ酸処理を行い、そして、オキソ酸処理液から取り出したアルミニウム材を２００℃の空気中で５分間加熱保持して（加熱処理）、試験用表面処理アルミニウム材を得た。

［発塵性の評価］
試験液として６００ｍｌの超純水を市販のホウケイ酸ガラス製ビーカー（１L）に入れ、上記で得た試験用表面処理アルミニウム材を容器に接触しないように糸を用いて宙吊り状態で超純水中に浸漬し、洗浄槽下部に超音波発信源が備え付けてある超音波洗浄機を用いて、周波数４０ｋＨｚ、出力１００Ｗの超音波を発生させて、超純水中の試験用表面処理アルミニウム材に１分間照射した。その後、試験液中に存在する粒子径０.５μｍ以上の粒子数を液中パーティクルカウンター（日本電色工業社製NP 500T）を用いて測定し、超純水中の微粒子増加数から、試験用表面処理アルミニウム材の単位面積あたりの発塵量（発塵性）を評価し、１０００個／ｃｍ²以下を○とし、１０００個／ｃｍ²を超える場合を×として判定した。なお、試験用表面処理アルミニウム材を浸漬する前の試験液（超純水）中の粒子数については、予め上記と同様に液中パーティクルカウンターを用いて測定した。結果を表１に示す。

［耐食性の評価］
上記試験用表面処理アルミニウム材を温度８５℃及び湿度９０％の環境下に５００時間放置して耐食性試験を行い、試験用表面処理アルミニウム材の表面における変色の様子を評価した。評価については、○：変化なし、△：わずかに変化あり、×：著しく変化ありの３段階で行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いた以外は実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硫酸１０重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いた以外は実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、硫酸５重量％、尿素５重量％、及び水５重量％の表面平滑化処理液を用いた以外は実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、オキソ酸処理液として、リン酸０．５ｇ／Ｌ（Pの含有量158ppm）、及びケイ酸０．５ｇ／Ｌ（Siの含有量179ppm）を含んだ水溶液（オキソ酸構成元素の総含有量337ppm）を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用い、かつ、オキソ酸処理液として、リン酸０．５ｇ／Ｌ（Pの含有量158ppm）、及びケイ酸０．５ｇ／Ｌ（Siの含有量179ppm）を含んだ水溶液（オキソ酸構成元素の総含有量337ppm）を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硫酸１０重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用い、かつ、オキソ酸処理液として、リン酸０．５ｇ／Ｌ（Pの含有量158ppm）、及びケイ酸０．５ｇ／Ｌ（Siの含有量179ppm）を含んだ水溶液（オキソ酸構成元素の総含有量337ppm）を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、硫酸５重量％、尿素５重量％、及び水５重量％の表面平滑化処理液を用い、かつ、オキソ酸処理液として、リン酸０．５ｇ／Ｌ（Pの含有量158ppm）、及びケイ酸０．５ｇ／Ｌ（Siの含有量179ppm）を含んだ水溶液（オキソ酸構成元素の総含有量337ppm）を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、オキソ酸処理液として、リン酸０．０５ｇ／Ｌ（Pの含有量16ppm）を含んだ水溶液を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用い、かつ、オキソ酸処理液として、リン酸０．０５ｇ／Ｌ（Pの含有量16ppm）を含んだ水溶液を用いた以外は上記実施例１と同様にして、試験用表面処理アルミニウム材を得た。発塵性及び耐食性の評価についてもそれぞれ実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

［比較例１〜１０］
表１に示すように、上記実施例１の条件を次のように変えた以外は同様にして、比較例１〜１８に係る試験用表面処理アルミニウム材を得た。すなわち、リン酸３０重量％、及び水７０重量％の表面平滑化処理液を用いた場合（比較例１）、リン酸４０重量％、硝酸４０重量％、尿素１０重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いた場合（比較例２）、超音波水洗を行わなかった場合（比較例３）、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いて表面平滑化処理を行い、かつ、超音波水洗を行わなかった場合（比較例４）、オキソ酸処理を行わなかった場合（比較例５）、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いて表面平滑化処理を行い、かつ、オキソ酸処理を行わなかった場合（比較例６）、加熱処理の温度を５０℃にした場合（比較例７）、リン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いて表面平滑化処理を行い、かつ、加熱処理の温度を５０℃にした場合（比較例８）、超音波水洗及びオキソ酸処理を行わなかった場合（比較例９）、及びリン酸８０重量％、硝酸５重量％、尿素５重量％、及び水１０重量％の表面平滑化処理液を用いて表面平滑化処理を行い、かつ、超音波水洗及びオキソ酸処理を行わなかった場合（比較例１０）について、それぞれ試験用表面処理アルミニウム材を作製し、発塵性及び耐食性を実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。

［参考例１及び２］
実施例１で使用したアルミニウム材を無処理のまま、実施例１と同様に発塵性及び耐食性を評価した（参考例１）。また、実施例１で使用したアルミニウム材の表面に、メルテックス株式会社製メルプレートＮＩ−８７１からなるめっき浴を使用して温度９０度で１５分間無電解めっき処理を行い、表面に５μｍのＮｉＰめっきを形成したアルミニウム材について、実施例１と同様に発塵性及び耐食性を評価した（参考例２）。結果をそれぞれ表１に示す。

上述した実施例１〜１０で得られた試験用表面処理アルミニウム材は、いずれも低発塵性及び耐食性に優れ、特に、無電解ＮｉＰめっき処理したアルミニウム材（参考例２）と同等又はそれ以上の低発塵性を備えることが確認された。

本発明で得られる表面処理アルミニウム材は、優れた低発塵性能性を備えるため、コンピューターやワープロ等に記憶装置として搭載されるハードディスクドライブのカバーケースや、アクチュエータアーム等のハードディスクドライブ材料をはじめ、コンピューター関連装置、半導体製造装置、計測・分析器、電子・電気装置、光学装置、医療用装置等のような各種精密機器のカバーケースや精密機器部品の材料として好適に利用することができる。その他、塵や埃を嫌う環境下で使用される機器や部品等の材料やクリーンルーム等で使用される建材としても利用可能である。本発明におけるアルミニウム材の表面処理方法は、特に他の制限がない限り、アルミニウム材を使用するものであればよく、既存の機器や部品等に対しても適用することができる。

図１（ａ）は、アルミニウム材の破断面とせん断面の様子を示すＳＥＭ写真であり、（ｂ）は破断面の一部を拡大したものである。

Claims (11)

1. アルミニウム材の表面を表面平滑化処理液で処理し、超音波洗浄した後、オキソ酸処理液で処理し、更に８０〜４００℃の温度で加熱処理して得られる表面処理アルミニウム材であって、上記表面平滑化処理液が、リン酸を７０重量%超１００重量%未満の範囲で含有した表面平滑化処理液であり、上記オキソ酸処理液が、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸をオキソ酸構成元素総含有量１０〜１００００ppmの範囲で含有することを特徴とする表面処理アルミニウム材。
2. 表面平滑化処理液が、硝酸又は硫酸のいずれか又は両方を１〜３０重量%含有する請求項１に記載の表面処理アルミニウム材。
3. 表面平滑化処理液による処理が、６０〜１１０℃の表面平滑化処理液にアルミニウム材を１０秒〜２０分間浸漬する処理である請求項１又は２のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材。
4. オキソ酸処理液が、ホスフィン酸、亜リン酸、ホスホン酸、リン酸、二リン酸、メタリン酸、次リン酸、オルトケイ酸、メタケイ酸、メタ二ケイ酸、クロム酸、及び二クロム酸からなる群から選ばれた１種又は２種以上の水溶液からなる請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材。
5. 表面に観察される長径１．０μm以上の第二相化合物の単位面積あたりの数が２０個／mm²以下である請求項１〜４のいずれかに記載の表面処理アルミニウム材。
6. アルミニウム材の表面を表面平滑化処理液で処理し、超音波洗浄した後、オキソ酸処理液で処理し、更に８０〜４００℃の温度で加熱処理するアルミニウム材の表面処理方法であって、上記表面平滑化処理液が、リン酸を７０重量%超１００重量%未満の範囲で含有した表面平滑化処理液であり、上記オキソ酸処理液が、リン、珪素、及びクロムからなる群から選ばれた１種以上のオキソ酸構成元素からなるオキソ酸をオキソ酸構成元素総含有量１０〜１００００ppmの範囲で含有することを特徴とするアルミニウム材の表面処理方法。
7. 表面平滑化処理液が、硝酸又は硫酸のいずれか又は両方を１〜３０重量%する請求項６に記載のアルミニウム材の表面処理方法。
8. 表面平滑化処理液による処理が、６０〜１１０℃の表面平滑化処理液にアルミニウム材を１０秒〜２０分間浸漬する処理である請求項６又は７に記載のアルミニウム材の表面処理方法。
9. オキソ酸処理液が、ホスフィン酸、亜リン酸、ホスホン酸、リン酸、二リン酸、メタリン酸、次リン酸、オルトケイ酸、メタケイ酸、メタ二ケイ酸、クロム酸、及び二クロム酸からなる群から選ばれた１種又は２種以上の水溶液からなる請求項６〜８のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
10. 表面平滑化処理液での処理に先駆けて、脱脂処理、エッチング処理、デスマット処理又は電解研磨処理のいずれかを行う請求項６〜９のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。
11. 表面に観察される長径１．０μm以上の第二相化合物の単位面積あたりの数が２０個／mm²以下の表面処理アルミニウム材を得ることができる請求項６〜１０のいずれかに記載のアルミニウム材の表面処理方法。