JP7724098B2 - Aluminum alloy plate - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金板に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy plate.
自動車の車体には、従来、鉄鋼材が用いられている。車体には、防錆や意匠性の向上等を目的として塗装が施されている。しかし、近年の自動車の電動化の進展や更なる燃費向上の要求の高まりに対応するため、自動車の車体をさらに軽量化することが強く望まれている。そこで、自動車の車体に、鉄鋼材に替えてアルミニウム合金材が用いられるようになってきている。 Automobile bodies have traditionally been made of steel. Car bodies are painted for the purposes of rust prevention and improved design. However, in recent years, with the advancement of electric vehicles and the growing demand for improved fuel efficiency, there is a strong demand for further weight reduction in car bodies. Therefore, aluminum alloys are increasingly being used in place of steel for car bodies.
自動車に用いられるアルミニウム合金材としては、アルミニウム合金の中でも比較的強度の高いAl-Mg系合金(例えば、特許文献1)や、Al-Mg-Si系合金(例えば、特許文献2)からなる板材が多用されている。 Aluminum alloys commonly used in automobiles include sheet materials made from Al-Mg alloys (e.g., Patent Document 1), which have relatively high strength among aluminum alloys, and Al-Mg-Si alloys (e.g., Patent Document 2).
自動車の走行中には、動力源から生じる振動や路面の凹凸による振動などの種々の振動が発生する。走行中の振動が車体等を介して車両の種々の部位に伝搬されると、振動に由来する問題が生じるおそれがある。そのため、車両に用いられるAl-Mg系合金やAl-Mg-Si系合金の制振性をさらに向上させることが望まれている。 When a vehicle is traveling, various vibrations are generated, including those generated by the power source and those caused by uneven road surfaces. If these vibrations are transmitted to various parts of the vehicle via the body, etc., problems may arise due to the vibrations. Therefore, there is a need to further improve the vibration-damping properties of Al-Mg alloys and Al-Mg-Si alloys used in vehicles.
また、アルミニウム合金材をボディパネル等に用いる場合には、塗膜とアルミニウム合金材との密着性に優れていることが望ましい。塗膜との密着性を向上させる方法としては、例えば、アルミニウム合金材に陽極酸化処理を施し、アルミニウム合金材の表面に陽極酸化皮膜を設ける方法が考えられる。しかし、Al-Mg系合金やAl-Mg-Si系合金からなるアルミニウム合金材の制振性を向上させるために化学成分を変更すると、合金中に存在する金属間化合物の種類等が変化し、アルミニウム合金材の表面に均一に表面処理を施すことが難しくなる場合がある。 Furthermore, when using aluminum alloy materials for body panels, etc., it is desirable for the paint film to have excellent adhesion to the aluminum alloy material. One possible method for improving adhesion to the paint film is to anodize the aluminum alloy material and form an anodized film on the surface of the aluminum alloy material. However, if the chemical composition of aluminum alloy materials made from Al-Mg alloys or Al-Mg-Si alloys is changed to improve the vibration damping properties, the types of intermetallic compounds present in the alloy will change, which may make it difficult to apply a uniform surface treatment to the surface of the aluminum alloy material.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、塗膜や樹脂との密着性及び制振性に優れ、高い強度を有するアルミニウム合金板を提供しようとするものである。 The present invention was made in light of this background, and aims to provide an aluminum alloy sheet that has excellent adhesion to coatings and resins, excellent vibration damping properties, and high strength.
本発明の一態様は、Fe(鉄):0.10質量%以上3.0質量%以下、Mn(マンガン):0.10質量%以上3.0質量%以下、Si(シリコン):0.10質量%以上0.40質量%以下、Cu(銅):0.005質量%以上0.100質量%以下、Cr(クロム):0.01質量%以上1.00質量%以下及びZn(亜鉛):0.01質量%以上0.50質量%以下(ただし、Zn:0.1質量%以下を除く)を含有し、残部がAl(アルミニウム)及び不可避的不純物からなる化学成分を有する基材と、
前記基材の少なくとも一方の面上に設けられた陽極酸化皮膜と、を有し、
250℃の温度で3時間加熱した後におけるヤング率が70GPa以上となり、0.2%耐力が100MPa以上となり、減衰自由振動における減衰率が1.5×10-3以上となる特性を有している、アルミニウム合金板にある。
One aspect of the present invention relates to a substrate having a chemical composition comprising Fe (iron): 0.10% by mass to 3.0% by mass , Mn (manganese): 0.10% by mass to 3.0% by mass, Si (silicon): 0.10% by mass to 0.40% by mass, Cu (copper): 0.005% by mass to 0.100% by mass, Cr (chromium): 0.01% by mass to 1.00% by mass, and Zn (zinc): 0.01% by mass to 0.50% by mass (excluding Zn: 0.1% by mass or less) , with the balance being Al (aluminum) and unavoidable impurities;
an anodic oxide coating provided on at least one surface of the substrate,
The aluminum alloy plate has the properties that after heating at a temperature of 250°C for 3 hours , the Young's modulus is 70 GPa or more, the 0.2% yield strength is 100 MPa or more, and the damping rate in damped free vibration is 1.5 × 10 -3 or more.
前記アルミニウム合金板は、前記特定の化学成分を有する基材と、前記基材の少なくとも一方の面上に設けられた陽極酸化皮膜と、を有している。前記アルミニウム合金板は、基材の化学成分を前記特定の範囲とすることにより、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することができる。そして、前記アルミニウム合金板は、基材上に陽極酸化皮膜を設けることにより、塗膜や樹脂との密着性を向上させることができる。 The aluminum alloy sheet has a substrate having the specific chemical composition and an anodized coating formed on at least one surface of the substrate. By adjusting the chemical composition of the substrate to fall within the specific range, the anodized coating can be formed uniformly on the substrate. Furthermore, by providing the anodized coating on the substrate, the aluminum alloy sheet can improve adhesion to paint films and resins.
また、前記アルミニウム合金板は、少なくとも前記特定の化学成分を有していることにより、100℃以上300℃以下の温度で0.5時間以上10時間以下加熱した後におけるヤング率、0.2%耐力及び減衰自由振動の減衰率をそれぞれ前記特定の範囲とすることができる。かかる特性を有するアルミニウム合金板は、例えば塗膜の焼付等のための熱処理を行った後に、高い強度及び優れた制振性を発現させることができる。 Furthermore, by containing at least the specific chemical components, the aluminum alloy plate can achieve the Young's modulus, 0.2% proof stress, and damping rate of damped free vibration within the specific ranges after heating at a temperature of 100°C to 300°C for 0.5 to 10 hours. Aluminum alloy plates with such properties can exhibit high strength and excellent vibration damping after undergoing heat treatment, for example, for baking a coating.
以上のように、前記の態様によれば、塗膜や樹脂との密着性及び制振性に優れ、高い強度を有するアルミニウム合金板を提供することができる。 As described above, the above-described embodiment makes it possible to provide an aluminum alloy sheet that has excellent adhesion to coatings and resins, vibration damping properties, and high strength.
(アルミニウム合金板)
前記アルミニウム合金板は、基材と、基材の片面上または両面上に設けられた陽極酸化皮膜とを有している。
(aluminum alloy plate)
The aluminum alloy plate has a substrate and an anodized film formed on one or both sides of the substrate.
[基材]
まず、前記アルミニウム合金板の基材の化学成分及びその限定理由について説明する。
[Base material]
First, the chemical composition of the substrate of the aluminum alloy plate and the reasons for limiting it will be explained.
・Fe(鉄):0.10質量%以上3.0質量%以下
基材は、必須成分として、0.10質量%以上3.0質量%以下のFeを含有している。Feは、主に、Al母相中にAl-Fe系金属間化合物等の第二相粒子として存在している。Al母相中のAl-Fe系金属間化合物は、アルミニウム合金板の制振性を向上させるとともに、分散強化によりアルミニウム合金板の強度を向上させる作用を有している。また、Feの残部は、Al母相中に固溶した固溶元素として存在しており、アルミニウム合金板の強度を向上させる作用を有している。
Fe (iron): 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less The base material contains 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less of Fe as an essential component. Fe is mainly present in the Al matrix as second-phase particles such as Al-Fe intermetallic compounds. The Al-Fe intermetallic compounds in the Al matrix improve the vibration damping properties of the aluminum alloy sheet and also improve the strength of the aluminum alloy sheet through dispersion strengthening. The remainder of Fe is present as a solid solution element in the Al matrix and has the effect of improving the strength of the aluminum alloy sheet.
Al-Fe系金属間化合物等の第二相粒子によってアルミニウム合金板の制振性が向上するメカニズムとしては、例えば、以下のようなメカニズムが考えられる。すなわち、外部からアルミニウム合金板に振動が加わると、Al母相と第二相粒子との界面において粘性流動が生じる。この粘性流動によって振動エネルギーが吸収される結果、振動が早期に減衰すると考えられる。 The mechanism by which second-phase particles such as Al-Fe intermetallic compounds improve the vibration-damping properties of aluminum alloy sheets is thought to be, for example, as follows: When external vibrations are applied to the aluminum alloy sheet, viscous flow occurs at the interface between the Al matrix and the second-phase particles. This viscous flow is thought to absorb the vibration energy, resulting in early damping of the vibrations.
基材中のFeの含有量を0.10質量%以上とすることにより、アルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させることができる。アルミニウム合金板の制振性をより向上させるとともに強度を高める観点からは、基材中のFeの含有量は、0.40質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。基材中のFeの含有量が0.10質量%未満の場合には、基材中に形成されるAl-Fe系金属間化合物等の第二相粒子の数が不足し、アルミニウム合金板の強度及び制振性の低下を招くおそれがある。 By setting the Fe content in the substrate to 0.10 mass% or more, the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet can be improved. From the perspective of further improving the vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet and increasing its strength, the Fe content in the substrate is preferably 0.40 mass% or more, and more preferably 1.0 mass% or more. If the Fe content in the substrate is less than 0.10 mass%, the number of second-phase particles such as Al-Fe intermetallic compounds formed in the substrate will be insufficient, which may result in a decrease in the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet.
また、基材中のFeの含有量を3.0質量%以下、好ましくは2.0質量%以下、より好ましくは1.7質量%以下とすることにより、基材上に均一な陽極酸化皮膜を容易に形成することができる。その結果、アルミニウム合金板と塗膜や樹脂との密着性を向上させることができる。基材中のFeの含有量が過度に多くなると、基材中に粗大なAl-Fe系金属間化合物が形成されやすくなる。基材中に粗大なAl-Fe系金属間化合物が存在すると、陽極酸化を形成する際に粗大なAl-Fe系金属間化合物の周辺の反応が促進されやすくなり、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しくなるおそれがある。 Furthermore, by setting the Fe content in the substrate to 3.0 mass% or less, preferably 2.0 mass% or less, and more preferably 1.7 mass% or less, a uniform anodic oxide film can be easily formed on the substrate. As a result, adhesion between the aluminum alloy sheet and the coating or resin can be improved. If the Fe content in the substrate is excessively high, coarse Al-Fe intermetallic compounds are likely to form in the substrate. If coarse Al-Fe intermetallic compounds are present in the substrate, reactions around the coarse Al-Fe intermetallic compounds are likely to be accelerated when anodizing is formed, which may make it difficult to form a uniform anodic oxide film on the substrate.
・Mn(マンガン):0.10質量%以上3.0質量%以下
基材は、必須成分として、0.10質量%以上3.0質量%以下のMnを含有している。Mnは、主に、Al母相中にAl-Mn系金属間化合物等の第二相粒子として存在している。Al母相中のAl-Mn系金属間化合物は、Al-Fe系金属間化合物と同様に、アルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させる作用を有している。また、Mnは、Feとともに基材中にAl-Fe-Mn系金属間化合物を形成することができる。Al-Fe-Mn系金属間化合物は、Al母相との電位差が小さいため、陽極酸化皮膜を形成する際の局部電池反応を抑制する作用を有している。陽極酸化皮膜を形成する際の局部電池反応を抑制することにより、基材上に均一な陽極酸化皮膜を容易に形成することができる。
Mn (Manganese): 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less The substrate contains 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less of Mn as an essential component. Mn is mainly present in the Al matrix as second-phase particles such as Al-Mn intermetallic compounds. The Al-Mn intermetallic compounds in the Al matrix, like the Al-Fe intermetallic compounds, have the effect of improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet. Furthermore, Mn can form Al-Fe-Mn intermetallic compounds in the substrate together with Fe. The Al-Fe-Mn intermetallic compounds have a small potential difference with the Al matrix, and therefore have the effect of suppressing local cell reactions during the formation of an anodic oxide film. By suppressing the local cell reactions during the formation of an anodic oxide film, a uniform anodic oxide film can be easily formed on the substrate.
基材中のMnの含有量を0.10質量%以上、好ましくは0.20質量%以上、より好ましくは0.40質量%以上とすることにより、アルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させるとともに、基材上に均一な陽極酸化皮膜を容易に形成することができる。基材中のMnの含有量が0.10質量%未満の場合には、基材中に形成されるAl-Mn系金属間化合物等の第二相粒子の数が不足し、アルミニウム合金板の強度及び制振性の低下を招くおそれがある。 By ensuring that the Mn content in the substrate is 0.10 mass% or more, preferably 0.20 mass% or more, and more preferably 0.40 mass% or more, the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet are improved and a uniform anodic oxide coating can be easily formed on the substrate. If the Mn content in the substrate is less than 0.10 mass%, the number of second-phase particles such as Al-Mn intermetallic compounds formed in the substrate will be insufficient, which may result in a decrease in the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet.
また、基材中のMnの含有量を3.0質量%以下、好ましくは2.0質量%以下、より好ましくは1.0質量%以下とすることにより、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することができる。その結果、アルミニウム合金板と塗膜や樹脂との密着性を向上させることができる。基材中のMnの含有量が過度に多くなると、基材中に粗大なAl-Mn系金属間化合物が形成されやすくなる。粗大なAl-Mn系金属間化合物は、Al-Fe系金属間化合物と同様に、陽極酸化皮膜を形成する際の反応を促進する作用を有している。そのため、この場合には、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しくなるおそれがある。 Furthermore, by setting the Mn content in the substrate to 3.0 mass% or less, preferably 2.0 mass% or less, and more preferably 1.0 mass% or less, it is possible to form a uniform anodized film on the substrate. As a result, it is possible to improve the adhesion between the aluminum alloy sheet and the coating or resin. If the Mn content in the substrate is excessively high, coarse Al-Mn intermetallic compounds are more likely to form in the substrate. Similar to Al-Fe intermetallic compounds, coarse Al-Mn intermetallic compounds have the effect of accelerating the reaction that occurs when forming the anodized film. Therefore, in this case, it may be difficult to form a uniform anodized film on the substrate.
基材は、Fe及びMnに加えて、更に、Si(シリコン)、Cu(銅)、Cr(クロム)、Zn(亜鉛)を含有している。基材は、Ti(チタン)、B(ホウ素)、V(バナジウム)及びNi(ニッケル)からなる群より選択される1種または2種以上の元素を任意成分として含有していてもよい。 The substrate further contains Si (silicon), Cu (copper), Cr (chromium), and Zn (zinc) in addition to Fe and Mn. The substrate may optionally contain one or more elements selected from the group consisting of Ti (titanium), B (boron), V (vanadium), and Ni (nickel).
・Si:0.10質量%以上0.40質量%以下
基材は、0.10質量%以上0.40質量%以下のSiを含有している。Siは、基材中にSi粒子等の第二相粒子を形成し、Al-Fe系金属間化合物等と同様にアルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させる作用を有している。また、Siは、Mnとともに基材中にAl-Si-Mn系金属間化合物を形成することができる。Al-Si-Mn系金属間化合物は、Al母相との電位差が小さいため、陽極酸化皮膜を形成する際の局部電池反応を抑制する作用を有している。陽極酸化皮膜を形成する際の局部電池反応を抑制することにより、基材上に均一な陽極酸化皮膜を容易に形成することができる。
Si: 0.10% by mass or more and 0.40% by mass or less The substrate contains 0.10 % by mass or more and 0.40% by mass or less of Si. Si forms second-phase particles such as Si particles in the substrate, and has the effect of improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet, similar to Al-Fe-based intermetallic compounds. Si can also form Al-Si-Mn-based intermetallic compounds in the substrate together with Mn. Al-Si-Mn-based intermetallic compounds have a small potential difference with the Al parent phase, and therefore have the effect of suppressing local cell reactions when forming an anodic oxide film. By suppressing local cell reactions when forming an anodic oxide film, a uniform anodic oxide film can be easily formed on the substrate.
基材中のSiの含有量を0.10質量%以上0.40質量%以下、より好ましくは0.15質量%以上0.30質量%以下とすることにより、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させるとともに、基材上に陽極酸化皮膜をより均一に形成することができる。 By setting the Si content in the substrate to 0.10% by mass or more and 0.40% by mass or less, and more preferably 0.15% by mass or more and 0.30% by mass or less, the strength and vibration damping properties of the aluminum alloy sheet can be further improved, and the anodized film can be formed more uniformly on the substrate.
・Cu:0.005質量%以上0.100質量%以下
基材は、0.005質量%以上0.100質量%以下のCuを含有している。Cuは、基材中にAl-Cu系金属間化合物等の第二相粒子を形成し、Al-Fe系金属間化合物等と同様にアルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させる作用を有している。しかし、Al-Cu系金属間化合物は、制振性を向上させる一方で、熱処理によってAl母相の粒界に析出し、粒界腐食の原因となることがある。基材中のCuの含有量を0.005質量%以上0.100質量%以下、より好ましくは0.010質量%以上0.070質量%以下とすることにより、粒界腐食の発生を抑制しつつ、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させることができる。
Cu: 0.005% by mass or more and 0.100% by mass or less The substrate contains 0.005 % by mass or more and 0.100% by mass or less of Cu. Cu forms second-phase particles such as Al-Cu intermetallic compounds in the substrate, and has the effect of improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet, similar to Al-Fe intermetallic compounds. However, while Al-Cu intermetallic compounds improve vibration-damping properties, they may precipitate at the grain boundaries of the Al matrix upon heat treatment, causing intergranular corrosion. By setting the Cu content in the substrate to 0.005% by mass or more and 0.100% by mass or less, more preferably 0.010% by mass or more and 0.070% by mass or less, the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet can be further improved while suppressing the occurrence of intergranular corrosion.
・Cr:0.01質量%以上1.00質量%以下
基材は、0.01質量%以上1.00質量%以下のCrを含有している。Crは、基材中にAl-Cr系金属間化合物等の第二相粒子を形成し、Al-Fe系金属間化合物等と同様にアルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させる作用を有している。
Cr: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less The base material contains 0.01 % by mass or more and 1.00% by mass or less of Cr. Cr forms second-phase particles such as Al-Cr intermetallic compounds in the base material, and has the effect of improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet, similar to Al-Fe intermetallic compounds and the like.
一方、基材中のCrの含有量が過度に多くなると、基材中に粗大なAl-Cr系金属間化合物が形成されやすくなる。粗大なAl-Cr系金属間化合物は陽極酸化皮膜を形成する際の反応を促進する作用を有しているため、基材中に粗大なAl-Cr系金属間化合物が過度に多く存在すると、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しくなるおそれがある。基材中のCrの含有量を0.01質量%以上1.00質量%以下、より好ましくは0.10質量%以上0.50質量%以下とすることにより、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させるとともに、基材中への粗大なAl-Cr系金属間化合物の形成を抑制し、基材上に陽極酸化皮膜をより均一に形成することができる。 On the other hand, if the Cr content in the substrate is excessively high, coarse Al-Cr intermetallic compounds are more likely to form in the substrate. Because coarse Al-Cr intermetallic compounds have the effect of accelerating the reaction that occurs when an anodic oxide film is formed, the presence of excessively large coarse Al-Cr intermetallic compounds in the substrate may make it difficult to form a uniform anodic oxide film on the substrate. By setting the Cr content in the substrate to 0.01 mass% or more and 1.00 mass% or less, and more preferably 0.10 mass% or more and 0.50 mass% or less, the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet are further improved, the formation of coarse Al-Cr intermetallic compounds in the substrate is suppressed, and a more uniform anodic oxide film can be formed on the substrate.
・Zn:0.01質量%以上0.50質量%以下(ただし、Zn:0.1質量%以下を除く)
基材は、0.01質量%以上0.50質量%以下(ただし、0.1質量%以下を除く)のZnを含有している。Znの一部は他の合金元素とともにAl母相中に第二相粒子を形成し、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させる作用を有している。また、Znの残部はAl母相中に固溶して基材の電位を卑化させることにより、陽極酸化皮膜を形成する際の反応性を向上させる作用を有している。しかし、Znの含有量が過度に多くなると、基材が腐食しやすくなるおそれがある。基材中のZnの含有量を0.01質量%以上0.50質量%以下(ただし、0.1質量%以下を除く)、より好ましくは0.10質量%以上0.40質量%以下(ただし、0.1質量%以下を除く)とすることにより、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させるとともに、基材の電位を適度に卑化させ、陽極酸化皮膜の形成をより促進することができる。
Zn: 0.01% by mass or more and 0.50% by mass or less (excluding Zn: 0.1% by mass or less)
The substrate contains 0.01 % by mass or more and 0.50% by mass or less (excluding 0.1% by mass or less) . A portion of the Zn forms second-phase particles in the Al matrix together with other alloying elements, further improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet. The remainder of the Zn dissolves in the Al matrix, thereby lowering the potential of the substrate and improving the reactivity during the formation of an anodized film. However, an excessively high Zn content may make the substrate more susceptible to corrosion. By setting the Zn content in the substrate to 0.01% by mass or more and 0.50% by mass or less (excluding 0.1% by mass or less) , more preferably 0.10% by mass or more and 0.40% by mass or less (excluding 0.1% by mass or less) , the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet can be further improved, and the potential of the substrate can be appropriately lowered to a lower potential, further accelerating the formation of an anodized film.
・Ti、B及びV:合計0.005質量%以上0.500質量%以下
基材は、任意成分として、Ti、B及びVからなる群より選択される1種または2種以上の元素を含有していてもよい。これらの元素は、前記アルミニウム合金板の製造過程において鋳塊の結晶粒を微細化する作用を有している。Ti、B及びVの含有量の合計を前記特定の範囲とすることにより、鋳塊の結晶粒を微細化するとともに、基材中に形成される第二相粒子の大きさのばらつきを低減することができる。その結果、アルミニウム合金板の制振性のばらつきを低減することができる。また、第二相粒子の大きさのばらつきが小さくなることにより、陽極酸化皮膜を形成する際の反応性のばらつきを低減し、基材上に陽極酸化皮膜をより均一に形成することができる。これらの作用効果をより高める観点からは、Ti、B及びVの含有量の合計は、0.20質量%以下であることがより好ましい。
Ti, B, and V: total of 0.005% by mass or more and 0.500% by mass or less. The substrate may contain, as an optional component, one or more elements selected from the group consisting of Ti, B, and V. These elements have the effect of refining the crystal grains of the ingot during the manufacturing process of the aluminum alloy sheet. By setting the total content of Ti, B, and V within the specific range, the crystal grains of the ingot can be refined and the variation in size of second-phase particles formed in the substrate can be reduced. As a result, the variation in vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet can be reduced. Furthermore, the reduced variation in size of second-phase particles reduces the variation in reactivity during the formation of an anodized film, allowing the anodized film to be formed more uniformly on the substrate. From the viewpoint of further enhancing these effects, the total content of Ti, B, and V is more preferably 0.20% by mass or less.
・Ni:0.10質量%以下
前記基材は、任意成分として、0.10質量%以下のNiを含有していてもよい。Niは、基材中にAl-Ni系金属間化合物等の第二相粒子を形成し、Al-Fe系金属間化合物等と同様にアルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させる作用を有している。しかし、Al-Ni系金属間化合物は、制振性を向上させる一方で、腐食性物質に曝された際にカソードサイトとなり、腐食を促進させるおそれがある。また、Al-Ni系金属間化合物は、陽極酸化皮膜を形成する際に反応を促進する作用を有しているため、基材の表面に存在するAl-Ni系金属間化合物の数が多くなると、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しくなるおそれがある。
Ni: 0.10% by mass or less The substrate may contain 0.10% by mass or less of Ni as an optional component. Ni forms second-phase particles such as Al-Ni intermetallic compounds in the substrate, and has the effect of improving the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet, similar to Al-Fe intermetallic compounds. However, while Al-Ni intermetallic compounds improve vibration-damping properties, they may become cathode sites when exposed to corrosive substances, accelerating corrosion. Furthermore, since Al-Ni intermetallic compounds have the effect of accelerating the reaction when forming an anodized film, if the number of Al-Ni intermetallic compounds present on the surface of the substrate increases, it may become difficult to form a uniform anodized film on the substrate.
基材中のNiの含有量を0.10質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下とすることにより、腐食の発生を抑制しつつ、アルミニウム合金板の強度及び制振性をより向上させることができる。また、この場合には、基材上に均一な陽極酸化皮膜をより容易に形成することができる。 By keeping the Ni content in the substrate to 0.10% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less, it is possible to further improve the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy plate while suppressing the occurrence of corrosion. In addition, in this case, it is easier to form a uniform anodic oxide film on the substrate.
・その他の元素
基材には、前述した元素の他に、製造過程において不可避的に混入する不可避的不純物が含まれる。不可避的不純物として含まれる元素には、例えば、Zr(ジルコニウム)、Pb(鉛)、Ga(ガリウム)及びSn(スズ)などがある。不可避的不純物としての各元素の含有量は、個々の元素について0.1質量%以下であり、かつ、不可避的不純物の含有量の合計が0.2質量%以下である。
Other Elements In addition to the elements described above, the base material contains unavoidable impurities that are inevitably mixed in during the manufacturing process. Elements contained as unavoidable impurities include, for example, Zr (zirconium), Pb (lead), Ga (gallium), and Sn (tin). The content of each element as an unavoidable impurity is 0.1% by mass or less for each individual element, and the total content of the unavoidable impurities is 0.2% by mass or less.
[陽極酸化皮膜]
前記基材上には、陽極酸化皮膜が設けられている。前記アルミニウム合金板は、基材の化学成分を前記特定の範囲とすることにより、基材中にAl-Fe系金属間化合物等の第二相粒子を形成することができる。そして、これらの第二相粒子により、アルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させることができる。また、前記アルミニウム合金板において基材中に形成される第二相粒子は、陽極酸化処理におけるアルミニウム酸化物の溶解反応及び成長反応の妨げになりにくい。それ故、基材の化学成分を前記特定の範囲とすることにより、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成するとともに、第二相粒子によって加熱後のアルミニウム合金板の強度及び制振性を向上させることができる。
[Anodic oxide film]
An anodized film is provided on the substrate. By adjusting the chemical composition of the substrate to fall within the specific range, second-phase particles such as Al-Fe intermetallic compounds can be formed in the substrate. These second-phase particles can improve the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet. Furthermore, the second-phase particles formed in the substrate of the aluminum alloy sheet are unlikely to interfere with the dissolution and growth reactions of aluminum oxide during anodizing. Therefore, by adjusting the chemical composition of the substrate to fall within the specific range, an anodized film can be uniformly formed on the substrate, and the second-phase particles can improve the strength and vibration-damping properties of the aluminum alloy sheet after heating.
前記アルミニウム合金板においては、基材上に陽極酸化皮膜を設けることにより、基材の酸化を抑制するとともに、アルミニウム合金板の表面に微細な凹凸を形成し、アンカー効果により塗膜や樹脂との密着性を向上させることができる。塗膜や樹脂との密着性を向上させる効果をより高める観点からは、陽極酸化皮膜の厚みは、2μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることがさらに好ましい。 In the aluminum alloy sheet, the provision of an anodized film on the substrate not only inhibits oxidation of the substrate, but also creates fine irregularities on the surface of the aluminum alloy sheet, improving adhesion to coatings and resins through an anchoring effect. From the perspective of further enhancing the effect of improving adhesion to coatings and resins, the thickness of the anodized film is preferably 2 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 10 μm or more.
前記アルミニウム合金板における陽極酸化皮膜は、多数の細孔を備えたポーラス型の陽極酸化皮膜であることが好ましい。この場合には、アルミニウム合金板に塗装を施した際に、陽極酸化皮膜の細孔に塗膜が進入しやすくなる。これにより、塗膜や樹脂との密着性をさらに高めることができる。また、この場合には、陽極酸化皮膜の細孔に染料を封入することにより、アルミニウム合金板を着色することも可能である。 The anodized film on the aluminum alloy plate is preferably a porous anodized film with numerous pores. In this case, when the aluminum alloy plate is painted, the paint easily penetrates into the pores of the anodized film. This further improves adhesion to the paint film and resin. In this case, it is also possible to color the aluminum alloy plate by enclosing a dye in the pores of the anodized film.
[アルミニウム合金板の物性]
前記アルミニウム合金板は、250℃の温度で3時間加熱した後におけるヤング率が70GPa以上となり、0.2%耐力が100MPa以上となり、減衰自由振動における減衰率が1.5×10-3以上となる特性を有している。ヤング率及び減衰自由振動における減衰率の高いアルミニウム合金板は、外部から加わった振動を効率よく減衰させることができる。また、0.2%耐力の高いアルミニウム合金板は、自動車の車体等の最終製品の剛性を向上させることができる他、成形加工時の割れやしわの発生を抑制することもできる。
[Physical properties of aluminum alloy sheet]
The aluminum alloy sheet has the properties that, after heating at a temperature of 250°C for 3 hours , the Young's modulus is 70 GPa or more, the 0.2% proof stress is 100 MPa or more, and the damping rate in damped free vibration is 1.5 × 10 -3 or more. An aluminum alloy sheet with a high Young's modulus and a high damping rate in damped free vibration can efficiently damp vibrations applied from the outside. Furthermore, an aluminum alloy sheet with a high 0.2% proof stress can improve the rigidity of final products such as automobile bodies, and can also suppress the occurrence of cracks and wrinkles during forming.
それ故、前記特定の条件で加熱した後のヤング率、0.2%耐力及び減衰自由振動の減衰率がそれぞれ前記特定の範囲内であるアルミニウム合金板は、例えば塗装に行う焼付などの熱処理の後に、優れた制振性を発現させることができる。また、このような特性を有するアルミニウム合金板は、特に、自動車の車体に好適である。 Therefore, aluminum alloy sheets whose Young's modulus, 0.2% proof stress, and damping rate of damped free vibration after heating under the specified conditions are each within the specified ranges can exhibit excellent vibration-damping properties after heat treatment, such as baking, performed after painting. Furthermore, aluminum alloy sheets with such properties are particularly suitable for automobile bodies.
アルミニウム合金板の制振性をさらに向上させる観点からは、前記アルミニウム合金板は、250℃の温度で3時間加熱した後における減衰自由振動の減衰率が2.0×10-3以上であることがより好ましい。なお、減衰自由振動の減衰率の具体的な測定方法は、実施例において詳説する。 From the viewpoint of further improving the vibration-damping property of the aluminum alloy plate, it is more preferable that the aluminum alloy plate has a damping rate of damped free vibration of 2.0 × 10 -3 or more after heating for 3 hours at a temperature of 250° C. A specific method for measuring the damping rate of damped free vibration will be described in detail in the Examples.
[用途]
前記アルミニウム合金板は、前述したように、基材の化学成分を前記特定の範囲内にするとともに、基材上に陽極酸化皮膜を設けることにより、塗膜や樹脂との密着性を向上させるとともに、加熱後において優れた制振性を有している。それ故、前記アルミニウム合金板は、例えば自動車のボディパネル材などの、塗装焼付後に優れた制振性が求められる用途に好適である。
[Application]
As described above, the aluminum alloy sheet has improved adhesion to paint films and resins and has excellent vibration-damping properties after heating, due to the chemical composition of the substrate being within the above-mentioned specific range and the anodized coating being provided on the substrate, and is therefore suitable for applications requiring excellent vibration-damping properties after paint baking, such as automobile body panel materials.
塗装焼付等の際に前記アルミニウム合金板を加熱する場合には、加熱温度を300℃以下とし、加熱時間を10時間以下とすることが好ましい。アルミニウム合金板の加熱温度が過度に高い場合、及び、加熱時間が過度に長い場合には、前記アルミニウム合金板の強度の低下を招くおそれがある。 When heating the aluminum alloy plate during paint baking or other processes, it is preferable to set the heating temperature to 300°C or less and the heating time to 10 hours or less. If the heating temperature of the aluminum alloy plate is excessively high or the heating time is excessively long, this may result in a decrease in the strength of the aluminum alloy plate.
(アルミニウム合金板の製造方法)
前記アルミニウム合金板を作製するに当たっては、前記特定の化学成分を有するアルミニウム合金からなる基材に冷間圧延を行って所望の厚みとした後、基材に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成すればよい。
(Method for manufacturing aluminum alloy plate)
In producing the aluminum alloy plate, a substrate made of an aluminum alloy having the specific chemical composition is cold-rolled to a desired thickness, and then the substrate is anodized to form an anodized coating.
基材の作製方法は特に限定されることはない。例えば、基材は、DC鋳造により前記特定の化学成分を有する鋳塊を作製した後、必要に応じて鋳塊を加熱して均質化処理を行い、次いで熱間圧延を行うことにより作製されていてもよい。 The method for producing the substrate is not particularly limited. For example, the substrate may be produced by DC casting an ingot having the specific chemical composition, optionally heating the ingot for homogenization, and then hot rolling it.
DC鋳造における鋳造後の鋳塊の冷却速度は、0.1℃/秒以上1000℃/秒以下の範囲であることが好ましい。均質化処理を行う場合には、鋳塊を500℃以上650℃以下の温度で0.5時間以上保持すればよい。 In DC casting, the cooling rate of the ingot after casting is preferably in the range of 0.1°C/sec to 1000°C/sec. When homogenizing, the ingot should be held at a temperature of 500°C to 650°C for 0.5 hours or more.
均質化処理を行わずに鋳塊に熱間圧延を行う場合、鋳塊の温度が300℃以上550℃以下の範囲内である間に圧延を開始することが好ましい。また、均質化処理を行った後に鋳塊に熱間圧延を行う場合、鋳塊の温度が300℃以上380℃未満の範囲内である間に圧延を開始することが好ましい。いずれの場合においても、熱間圧延完了時の基材の温度は、100℃以上380℃未満であればよい。 When hot rolling an ingot without homogenizing it, it is preferable to start rolling while the ingot temperature is in the range of 300°C or higher and 550°C or lower. Also, when hot rolling an ingot after homogenizing it, it is preferable to start rolling while the ingot temperature is in the range of 300°C or higher and lower than 380°C. In either case, the temperature of the substrate at the end of hot rolling should be in the range of 100°C or higher and lower than 380°C.
また、CC鋳造により作製した前記特定の化学成分を有する板材を基材として使用することもできる。CC鋳造における鋳造後の基材の冷却速度は、0.1℃/秒以上1000℃/秒以下の範囲であることが好ましい。 In addition, a plate material having the above-mentioned specific chemical composition produced by CC casting can also be used as the substrate. The cooling rate of the substrate after casting in CC casting is preferably in the range of 0.1°C/sec or more and 1000°C/sec or less.
このようにして得られた基材に冷間圧延を行うことにより、基材の厚みを所望の厚みまで減少させる。冷間圧延後の基材の厚みは、例えば、1.0mm以上2.0mm以下の範囲内から適宜設定すればよい。また、冷間圧延における総圧延率、つまり、冷間圧延前の基材の厚みに対する冷間圧延による基材の厚みの減少量の割合は、10%以上95%以下であることが好ましい。 The substrate thus obtained is then cold-rolled to reduce its thickness to the desired thickness. The thickness of the substrate after cold rolling may be set appropriately within the range of, for example, 1.0 mm to 2.0 mm. Furthermore, the total reduction ratio in cold rolling, i.e., the ratio of the reduction in thickness of the substrate due to cold rolling to the thickness of the substrate before cold rolling, is preferably 10% to 95%.
また、基材に冷間圧延を行う際に、必要に応じて、基材を加熱して焼鈍することもできる。焼鈍は、冷間圧延を行う前に行ってもよいし、冷間圧延の途中に行ってもよい。また、冷間圧延を行う前及び冷間圧延の途中の両方の時点で焼鈍を行ってもよい。焼鈍を行うに当たっては、バッチ式焼鈍炉を用いてもよいし、連続式焼鈍炉を用いてもよい。例えば、バッチ式焼鈍炉を用いて焼鈍を行う場合には、基材を200℃以上380℃未満の温度に0.1時間以上10時間以下保持することが好ましい。 When cold rolling the substrate, the substrate can also be heated and annealed, if necessary. Annealing can be performed before cold rolling or during cold rolling. Annealing can also be performed both before and during cold rolling. Annealing can be performed using a batch annealing furnace or a continuous annealing furnace. For example, when annealing using a batch annealing furnace, it is preferable to hold the substrate at a temperature of 200°C or higher but lower than 380°C for 0.1 hours to 10 hours.
冷間圧延が完了した基材に陽極酸化処理を施すことにより、基材上に陽極酸化皮膜を形成し、前記アルミニウム合金板を得ることができる。陽極酸化処理においては、硫酸やシュウ酸、リン酸等の酸性の電解液中に前記基材と対極とを浸漬し、基材と対極との間に直流電流を流すことにより、アルミニウム酸化物の溶解反応と成長反応とが並行して進行する。これにより、基材上に、多数の細孔を備えたポーラス型の陽極酸化皮膜を形成することができる。 The aluminum alloy sheet can be obtained by anodizing the substrate after cold rolling, forming an anodic oxide film on the substrate. In anodizing, the substrate and a counter electrode are immersed in an acidic electrolyte such as sulfuric acid, oxalic acid, or phosphoric acid, and a direct current is passed between the substrate and the counter electrode, causing the dissolution reaction and growth reaction of aluminum oxide to proceed in parallel. This allows a porous anodic oxide film with numerous pores to be formed on the substrate.
陽極酸化皮膜の厚みは、基材に印加する電気量によってある程度制御することができる。基材に印加する電気量は、基材と対極との間に印加する電圧の大きさ、基材と対極との間に流れる電流の大きさ及び通電時間によって制御することができる。陽極酸化処理においては、例えば、基材と対極との間に印加する電圧を一定の値として電流を変化させてもよいし、基材と対極との間に印加する電流を一定の値として電圧を変化させてもよい。また、陽極酸化処理において、電圧及び電流の両方を変化させることもできる。また、基材上にポーラス型の陽極酸化皮膜を形成しようとする場合、陽極酸化皮膜に形成される細孔の径及び単位面積当たりの数は、電解液の種類によってある程度制御することができる。 The thickness of the anodic oxide film can be controlled to some extent by the amount of electricity applied to the substrate. The amount of electricity applied to the substrate can be controlled by the magnitude of the voltage applied between the substrate and the counter electrode, the magnitude of the current flowing between the substrate and the counter electrode, and the duration of the current flow. In anodizing, for example, the voltage applied between the substrate and the counter electrode can be kept constant and the current can be varied, or the current applied between the substrate and the counter electrode can be kept constant and the voltage can be varied. It is also possible to vary both the voltage and the current in anodizing. Furthermore, when attempting to form a porous anodic oxide film on a substrate, the diameter and number of pores per unit area formed in the anodic oxide film can be controlled to some extent by the type of electrolyte.
陽極酸化処理は、冷間圧延が完了してから、塗装が行われるまでの間であれば、いつ行ってもよい。例えば、コイル状に巻き取られた状態の基材を、コイルから引き出しつつ対極とともに電解液と接触させ、直流電流を流すことにより陽極酸化処理が行われてもよい。また、所望の大きさに切断された基材や、成形加工後の基材を対極とともに電解液と接触させ、直流電流を流すことにより陽極酸化処理が行われてもよい。 Anodizing may be performed at any time between the completion of cold rolling and the application of coating. For example, anodizing may be performed by uncoiling a coiled substrate, bringing it into contact with an electrolyte together with a counter electrode, and passing a direct current through it. Alternatively, anodizing may be performed by bringing a substrate that has been cut to a desired size, or a substrate that has been formed and processed, into contact with an electrolyte together with a counter electrode, and passing a direct current through it.
前記アルミニウム合金板の実施例を、図1~図3を参照しつつ説明する。図1に示すように、本例のアルミニウム合金板1は、Fe:0.10質量%以上3.0質量%以下及びMn:0.10質量%以上3.0質量%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有する基材2と、基材2の少なくとも一方の面上に設けられた陽極酸化皮膜3と、を有している。また、表1に示すように、本例のアルミニウム合金板1は、100℃以上300℃以下の温度で0.5時間以上10時間以下加熱した後におけるヤング率が70GPa以上となり、0.2%耐力が100MPa以上となり、減衰自由振動における減衰率が1.5×10-3以上となる特性を有している。 An example of the aluminum alloy sheet will be described with reference to Figures 1 to 3. As shown in Figure 1, the aluminum alloy sheet 1 of this example includes a substrate 2 having a chemical composition containing 0.10 to 3.0 mass% Fe and 0.10 to 3.0 mass% Mn, with the balance being Al and unavoidable impurities, and an anodized coating 3 provided on at least one surface of the substrate 2. Furthermore, as shown in Table 1, the aluminum alloy sheet 1 of this example has properties such that after heating at a temperature of 100°C to 300°C for 0.5 to 10 hours, the Young's modulus is 70 GPa or more, the 0.2% proof stress is 100 MPa or more, and the damping factor in damped free vibration is 1.5 x 10-3 or more.
本例のアルミニウム合金板1を作製するに当たっては、まず、DC鋳造により表1に示す化学成分を有する鋳塊を作製する。なお、表1における記号「Bal.」は、当該元素が残部であることを示し、記号「-」は、当該元素が含まれていないことを示す。鋳塊の表面を面削して表面偏析層を除去した後、鋳塊を520℃の温度に1時間保持して均質化処理を行う。その後、鋳塊の温度が460℃である状態で熱間圧延を開始し、厚み3.0mmの基材2を作製する。なお、熱間圧延完了時の基材2の温度は280℃とする。次いで、基材2に冷間圧延を行うことにより、基材2の厚みを1.0mmとする。 To produce the aluminum alloy plate 1 of this example, first, an ingot having the chemical composition shown in Table 1 is produced by DC casting. In Table 1, the symbol "Bal." indicates that the corresponding element is the remainder, and the symbol "-" indicates that the corresponding element is not included. The surface of the ingot is ground to remove the surface segregation layer, and then the ingot is held at a temperature of 520°C for one hour for homogenization. Hot rolling is then initiated while the ingot temperature is still 460°C, producing a substrate 2 with a thickness of 3.0 mm. The temperature of substrate 2 at the completion of hot rolling is 280°C. Next, substrate 2 is cold-rolled to reduce the thickness of substrate 2 to 1.0 mm.
このようにして得られる基材2の片面をマスキングした後、基材2を対極とともに温度20℃の15質量%硫酸水溶液に浸漬する。そして、基材2をアノードとし、対極との間に電流密度10mA/cm2の直流電流を流すことにより、陽極酸化処理を行う。なお、陽極酸化処理における通電時間は、表1に示す通りである。これにより、基材2上にポーラス型の陽極酸化皮膜3を形成し、表1に示す試験材S1~試験材S3を得ることができる。電子顕微鏡を用いて各試験材の断面を観察し、陽極酸化皮膜3の厚みを計測した結果を表1に示す。 One side of the substrate 2 thus obtained is masked, and then the substrate 2 is immersed together with a counter electrode in a 15% by mass aqueous sulfuric acid solution at a temperature of 20°C. Anodizing treatment is then performed by passing a direct current at a current density of 10 mA/ cm2 between the substrate 2 as the anode and the counter electrode. The current application time in the anodizing treatment is as shown in Table 1. As a result, a porous anodic oxide film 3 is formed on the substrate 2, and test materials S1 to S3 shown in Table 1 can be obtained. The cross section of each test material was observed using an electron microscope, and the thickness of the anodic oxide film 3 was measured. The results are shown in Table 1.
なお、表1に示す試験材R1及び試験材R2は、試験材S1~試験材S3との比較のための試験材である。試験材R1は、基材の化学成分が表1に示すように変更されている以外は、試験材S1~試験材S3と同様の構成を有している。また、試験材R2は、基材の化学成分が表1に示すように変更されている。試験材R2については、基材に対して試験材S1~試験材S3と同様の条件で陽極酸化処理を行っても、基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しい。それ故、試験材R2については、表1の陽極酸化皮膜の厚み欄に記号「-」を記載した。 Note that test materials R1 and R2 shown in Table 1 are test materials for comparison with test materials S1 to S3. Test material R1 has the same structure as test materials S1 to S3, except that the chemical composition of the base material has been changed as shown in Table 1. Furthermore, test material R2 has a different chemical composition of the base material as shown in Table 1. For test material R2, even if the base material is anodized under the same conditions as test materials S1 to S3, it is difficult to form a uniform anodized film on the base material. Therefore, the symbol "-" is entered in the anodized film thickness column for test material R2 in Table 1.
本例のアルミニウム合金板1の加熱後のヤング率、0.2%耐力及び減衰自由振動の減衰率の測定方法は以下の通りである。 The methods for measuring the Young's modulus, 0.2% proof stress, and damping rate of damped free vibration of the aluminum alloy plate 1 in this example after heating are as follows.
・ヤング率及び減衰率
各試験材を表2に示す保持温度および保持時間で加熱して熱処理を行った後、試験材から、圧延方向と長手方向とが並行になるようにして縦80mm、横8mmの短冊状試験片を採取する。この試験片を自由共振式内部摩擦測定装置(日本テクノプラス株式会社製「JE-RT」)に取り付け、減衰法によりヤング率及び減衰率の測定を行う。本例において使用した測定装置4は、図2に示すように、駆動電極41と、駆動電極41に対面した振幅センサ42とを有している。駆動電極41と振幅センサ42との間に試験片Sを水平に配置し、振動の節となる位置において細線43により試験片Sを固定する。この状態で駆動電極41に交流電流を流して試験片Sにクーロン力を作用させることにより、試験片Sを振動させることができる。そして、振幅センサ42を用いて試験片Sの振幅を測定することにより、振動の波形を得ることができる。
Young's modulus and damping rate: After heat treatment by heating each test material at the holding temperature and holding time shown in Table 2, strip-shaped test pieces measuring 80 mm in length and 8 mm in width were taken from the test material with the rolling direction and longitudinal direction parallel. These test pieces were attached to a free-resonance internal friction measuring device ("JE-RT" manufactured by Nippon Technoplus Co., Ltd.), and the Young's modulus and damping rate were measured using the damping method. As shown in FIG. 2, the measuring device 4 used in this example has a driving electrode 41 and an amplitude sensor 42 facing the driving electrode 41. The test piece S is horizontally placed between the driving electrode 41 and the amplitude sensor 42, and the test piece S is fixed with a thin wire 43 at a vibration node position. In this state, an AC current is passed through the driving electrode 41 to apply a Coulomb force to the test piece S, thereby vibrating the test piece S. The amplitude of the test piece S is then measured using the amplitude sensor 42, thereby obtaining a vibration waveform.
本例では、駆動電極41に交流電流を流して試験片Sを強制的に振動させた後、交流電流を止め、試験片Sを復元力により自由に振動させる。試験片Sの振動は、図3に示す波形のように、周期Tで周期的に振動しながら振幅が指数関数的に減衰する、いわゆる減衰自由振動となる。なお、減衰自由振動においては、大気による抵抗や、試験片内部の転位や粒界等に由来する内部摩擦等によって振動エネルギーの損失が生じるために振幅が指数関数的に減少すると考えられている。 In this example, an AC current is passed through the driving electrode 41 to forcibly vibrate the test piece S, and then the AC current is stopped, allowing the test piece S to vibrate freely due to its restoring force. The vibration of the test piece S is so-called damped free vibration, in which the amplitude exponentially decays while oscillating periodically with a period T, as shown in the waveform in Figure 3. Note that in damped free vibration, the amplitude is thought to decrease exponentially due to losses of vibration energy caused by atmospheric resistance and internal friction due to dislocations and grain boundaries within the test piece.
減衰率δの値の算出方法は以下の通りである、まず、減衰自由振動の波形から、n周期目(但し、nは正の整数)及びn+m周期目(但し、mは2以上の整数)を任意に選択し、n周期目の振幅anの値と、n+m周期目の振幅an+mの値を取得する。減衰率δは、k周期目の振幅akと、その次の周期の振幅ak+1との比の値の自然対数ln(ak/ak+1)であるから、振幅anと、振幅an+mとの比の自然対数ln(an/an+m)は、下式のように展開することができる。
ln(an/an+m)=ln{(an/an+1)×(an+1/an+2)×・・・×(an+m-1/an+m)}=mδ
The method for calculating the value of the damping rate δ is as follows: first, the nth cycle (n is a positive integer) and the n+mth cycle (m is an integer of 2 or more) are arbitrarily selected from the waveform of the damped free vibration, and the value of the amplitude a n in the nth cycle and the value of the amplitude a n +m in the n+mth cycle are obtained. Since the damping rate δ is the natural logarithm ln(a k /a k +1 ) of the ratio between the amplitude a k in the kth cycle and the amplitude a k+1 in the next cycle, the natural logarithm ln(a n /a n+m ) of the ratio between the amplitude a n and the amplitude a n+ m can be expanded as shown in the following formula.
ln(a n /a n+m )=ln{(a n /a n+1 )×(a n+1 /a n+2 )×...×(a n+m-1 /a n+m )}=mδ
従って、減衰率δの値は、n周期目の振幅anの値と、n+m周期目の振幅an+mの値を用いて下式のように表すことができる。
δ=(1/m)・ln(an/an+m)
Therefore, the value of the attenuation rate δ can be expressed as follows using the value of the amplitude a n in the nth period and the value of the amplitude a n+m in the (n+m)th period:
δ=(1/m)・ln(a n /a n+m )
表2に、各試験材における加熱後のヤング率及び減衰自由振動の減衰率を示す。なお、試験材R2については、減衰率を算出していないため、減衰率欄に記号「-」を記載した。 Table 2 shows the Young's modulus and damping rate of damped free vibration for each test material after heating. Note that the damping rate for test material R2 was not calculated, so the symbol "-" is entered in the damping rate column.
・0.2%耐力
各試験材を表2に示す保持温度および保持時間で加熱して熱処理を行った後、試験材から、圧延方向と長手方向とが並行になるようにしてJIS5号試験片を採取する。この試験片を用い、JIS Z2241:2011に準拠した方法により引張試験を行う。そして、引張試験により得られた荷重-変位曲線に基づき、各試験材の0.2%耐力を算出する。表2に、各試験材の加熱後の0.2%耐力を示す。なお、試験材R2については、0.2%耐力を算出していないため、0.2%耐力欄に記号「-」を記載した。
0.2% Yield Strength After heat treatment by heating each test material at the holding temperature and holding time shown in Table 2, JIS No. 5 test pieces were taken from the test material so that the rolling direction and longitudinal direction were parallel. Using these test pieces, tensile tests were conducted using a method in accordance with JIS Z2241:2011. The 0.2% yield strength of each test material was then calculated based on the load-displacement curve obtained from the tensile test. Table 2 shows the 0.2% yield strength of each test material after heating. Note that the 0.2% yield strength of test material R2 was not calculated, so the symbol "-" is entered in the 0.2% yield strength column.
表1に示すように、試験材S1~試験材S3は、前記特定の化学成分を有する基材2と、基材2上に設けられた陽極酸化皮膜3と、を有しているため、塗膜や樹脂との密着性に優れている。また、試験材S1~試験材S3は、表2に示す温度及び時間で熱処理を行った後に、ヤング率、0.2%耐力及び減衰自由振動の減衰率がそれぞれ前記特定の範囲内となる特性を有している。かかる特性を有するアルミニウム合金板は、例えば、塗装焼付等の加熱を行った後に高い強度及び優れた制振性を発揮させることができるため、自動車の車体用として好適である。 As shown in Table 1, test materials S1 to S3 have a substrate 2 with the specific chemical composition and an anodized coating 3 formed on the substrate 2, resulting in excellent adhesion to paint films and resins. Furthermore, test materials S1 to S3 have properties such that after heat treatment at the temperatures and times shown in Table 2, their Young's modulus, 0.2% proof stress, and damping rate of damped free vibration are all within the specific ranges. Aluminum alloy sheets with such properties can exhibit high strength and excellent vibration damping after heating, such as paint baking, and are therefore suitable for use in automobile bodies.
試験材R1は、基材中のFeの含有量及びMnの含有量が前記特定の範囲よりも少ないため、基材中にAl-Fe系金属間化合物やAl-Mn系金属間化合物等の第二相粒子が形成されにくい。そのため、試験材R1は、加熱後のヤング率及び減衰率が低く、試験材S1に比べて制振性に劣る。 Because the Fe content and Mn content in the base material of test material R1 are lower than the specified ranges, second-phase particles such as Al-Fe intermetallic compounds and Al-Mn intermetallic compounds are less likely to form in the base material. As a result, test material R1 has a low Young's modulus and damping rate after heating, and is inferior in vibration damping properties to test material S1.
試験材R2は、基材中のFeの含有量及びMnの含有量が前記特定の範囲よりも少ない上、Siの含有量が過度に多いため、陽極酸化処理において基材上に陽極酸化皮膜を均一に形成することが難しい。 Test material R2 had a substrate with an Fe content and Mn content lower than the specified ranges, and an excessively high Si content, making it difficult to form a uniform anodized film on the substrate during anodizing.
以上、本発明に係るアルミニウム合金板の具体的な構成の例を説明したが、本発明に係るアルミニウム合金板の具体的な構成は、実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。 The above describes examples of specific configurations of aluminum alloy sheets according to the present invention, but the specific configurations of aluminum alloy sheets according to the present invention are not limited to the configurations in the examples, and the configurations can be modified as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.
1 アルミニウム合金板
2 基材
3 陽極酸化皮膜
1 Aluminum alloy plate 2 Base material 3 Anodic oxide film
Claims (4)
前記基材の少なくとも一方の面上に設けられた陽極酸化皮膜と、を有し、
250℃の温度で3時間加熱した後におけるヤング率が70GPa以上となり、0.2%耐力が100MPa以上となり、減衰自由振動における減衰率が1.5×10-3以上となる特性を有している、アルミニウム合金板。 a base material having a chemical composition containing Fe: 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less , Mn: 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less, Si: 0.10% by mass or more and 0.40% by mass or less, Cu: 0.005% by mass or more and 0.100% by mass or less, Cr: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less, and Zn: 0.01% by mass or more and 0.50% by mass or less (excluding Zn: 0.1% by mass or less) , with the balance being Al and unavoidable impurities;
an anodic oxide coating provided on at least one surface of the substrate,
An aluminum alloy plate having properties such that after heating at a temperature of 250°C for 3 hours , the Young's modulus is 70 GPa or more, the 0.2% proof stress is 100 MPa or more, and the damping rate in damped free vibration is 1.5 × 10 -3 or more.
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