JP3499544B2 - 耐白錆性に優れる電気Znめっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
耐白錆性に優れる電気Znめっき鋼板およびその製造方法Info
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Description
電気Znめっき鋼板及びその製造方法に関し、詳細には
最表面に無機系皮膜や有機系皮膜が形成される電気Zn
めっき鋼板における耐白錆性(更には耐黒変性)を改善
する技術に関するものである。
犠牲防食作用を有すると共に、Znの腐食生成物が優れ
た保護作用を有することに起因して優れた耐食性(耐赤
錆性)を発揮することから、自動車、建材、家電製品等
の広い分野で利用されている。
しては、鋼板の構造体としての強度が腐食により低下す
ることを防止するという観点から、鋼板自体の防食性
(即ち耐赤錆性)が重要視されていた。こうしたことか
ら、例えば自動車用鋼板等には、クロメート処理に代表
される化成処理が行われた後、塗装が施されている。
ケース部品にZnめっき鋼板が多用されるようになって
おり、Znめっき層の上に塗装を施すことなく使用され
る割合が非常に増加している。その結果、Znめっき鋼
板自身の外観も重要な特性となっており、Zn自身の錆
である白錆も問題視される様になっている。尚、クロメ
ート処理皮膜は、もともとZnの白錆防止を目的として
開発されたものであり、6価クロムの自己修復作用によ
りクロメート処理は白錆抑制効果も発揮する。
はZn系合金電気メッキ鋼板にクロメート処理を行う塗
装用鋼板の製造法として、圧延後の鋼板の表面粗さ(R
a)を0.25μm以下とし、続いて電気メッキする技術が提
案されているが、この技術は上記の様に電気メッキ鋼板
にクロメート処理をすることを前提とした技術である。
るだけ少なくするという観点から、6価クロムを含むク
ロメート処理を廃止する動きが強くなっており、クロメ
ート処理を施さないノンクロメート処理鋼板が開発され
ている。但し、このノンクロメート処理鋼板では、6価
クロムの有する白錆抑制効果が期待できないので、クロ
メート処理以外で電気Znめっき鋼板の白錆を防止する
ことが必要になってくる。
を図るという観点から、電気Znめっき皮膜の上に有機
系皮膜や無機系皮膜を形成する技術も提案されている
が、その耐白錆性は未だ十分と言えるものではなかっ
た。
ねてより研究を進めており、その研究の一環として例え
ば特許第3043336号の様な技術を提案している。この技
術では、Znを主成分とする電気めっき層の表面上に実
質的にCrを含有しない無機系皮膜及び/または有機系
皮膜が形成された電気Znめっき鋼板において、電気Z
nめっき層に含有される不純物量を制限することによっ
て、電気Znめっき鋼板の耐白錆性を優れたものとした
のである。この技術の開発においてZnめっき層自身の
耐白錆性が格段に向上し得ることとなったのであるが、
こうした電気Znめっき鋼板においても場合によっては十
分な耐白錆性が発揮できないという若干改良すべき問題
があった。
の下になされたものであって、その目的は、優れた耐白
錆性を安定して発揮することのできるノンクロメート処
理鋼板及びその製造方法を提供しようとするものであ
る。
のできた耐白錆性に優れる電気Znめっき鋼板とは、電
気Znめっき層の上に実質的にCrを含有しない無機系
皮膜及び/または有機系皮膜が形成された電気Znめっ
き鋼板において、前記電気Znめっき層の表面粗さ(R
a)が300nm以下である点に要旨を有するものであり、前
記電気Znめっき層に含有されるPb:15ppm以下、C
u:30ppm以下、及びAg:10ppm以下であり、且つこれら
の元素の総量が50ppm以下であることが好ましく、更に
Ni、Co、Inから選ばれる1種以上の金属元素を、
Niの場合は50〜700ppm、CoまたはInの場合は0.5
〜5ppmの範囲で前記電気Znめっき層中に含有させるこ
とにより耐黒変性も向上させることができる。尚、めっ
き付着量は40g/m2以下であることが好ましい。
めっき鋼板の製造方法とは、めっき浴中のPb:0.5ppm
以下、Cu:1ppm以下、及びAg:0.5ppm以下とすると共
に、電気Znめっき時の電流密度を130A/dm2以下とし、
且つめっき後水洗処理をするまでの時間を4秒以内とし
て電気Znめっき層を形成し、該めっき層上に無機系皮
膜及び/または有機系皮膜を形成する点に要旨を有す
る。更に、前記に加えてNi,Co,Inから選ばれる
1種以上の金属元素を、めっき浴中にNi:25〜300ppm、
Co:0.1〜0.5ppm、及びIn:0.1〜0.5ppmとして電気Z
nめっき層を形成すると好ましい。
理鋼板(クロメート処理を施さない電気Znめっき鋼
板)のZnめっき層における白錆発生防止について、様
々な角度から検討した。その結果、電気Znめっき鋼板
の表面粗さを適切に制御すれば、優れた耐白錆性を発揮
する電気Znめっき鋼板が得られることを見出し、本発
明を完成した。
(Ra)が300nm以下となる様に、鋼板に電気Znめっき
を施せば良好な耐白錆性が発揮できるのである。即ち、
電気Znめっき表面に、本発明要件を満足する様にZn
単結晶を微細に析出させると、Znめっき層表面の凹凸
が小さくなるので、該表面に実質的にCrを含有しない
無機系皮膜及び/または有機系皮膜で覆う際に、薄膜で
も表面を完全に覆うことができ、これによって露出した
Zn単結晶部分がなくなり耐白錆性が向上することにな
る。これに対し、めっき層表面粗さが規定より大きい場
合は、表面の凹凸が大きくなり、該表面に実質的にCr
を含有しない無機系皮膜及び/または有機系皮膜を施し
ても、めっき層表面全体が完全に覆われない場合があ
り、このような場合には皮膜で覆われていない露出部分
に白錆が発生しやすくなって、耐白錆性に劣ることにな
る。
には、(1)電気Znめっき浴中の不純物の量、(2)電
気Znめっき時の電流密度、(3)電気Znめっき後水
洗までに要する時間、を夫々制御すれば良く、下記に各
項目について詳細に説明する。
ついて 鋼板の表面の粗さを規定値以下となる様に電気Znめっ
きを施す際は、めっき浴中に含有する不純物の量を制御
する必要がある。つまり、Pb,Cu,Ag,(必要に
よりNi,Co,In等)の様なZnよりも貴な金属が
不純物としてめっき浴中に多く含有すると、該不純物元
素はZnに比べて標準電極電位が高いので、Znが表面
に析出するのを抑止する。
0.5ppm以下、Cu:1ppm以下、及びAg:0.5ppm以下であ
る酸性めっき液を用いて電気Znめっきを行うと良い。
好ましくは、Pb:0.3ppm以下、Cu:0.8ppm以下、及び
Ag:0.3ppm以下とするのが良い。
では、電気Znめっき層に含有されるPb,Cu,Ag
の量を制御することができる。例えば、めっき層に含有
されるPbを15ppm以下、Cuを30ppm以下、Agを10pp
m以下とすると共に、これらの元素の総量を50ppm以下に
できる。これによって優れた耐白錆性を得ることができ
る。より優れた耐白錆性を得るには、Pbは10ppm以
下、Cuは20ppm以下、及びAgは6ppm以下とすること
が望ましく、これらの元素の総量は30ppm以下とするこ
とが望ましい。
る電気Znめっき鋼板を得る上で、上記電気Znめっき
層において、Ni,Co,Inから選ばれる1種以上の
金属元素を、Niの場合は50〜700ppm、CoまたはIn
の場合は0.5〜5ppmの範囲で含有させることが望まし
く、Ni含有量は100〜600ppm、CoとInの場合の含
有量は1〜3ppmとすればより望ましい。また、この様な
電気Znめっき鋼板を得るには、上記めっき浴中のN
i:25〜300ppm、Co:0.1〜0.5ppm、及びIn:0.1〜0.5
ppmである酸性めっき液を用いれば良い。また、めっき
浴中のNiの好ましい下限は150ppmであり、好ましい上
限は250ppmである。Coの好ましい下限は0.2ppmであ
り、好ましい上限は0.4ppmである。Inの好ましい下限
は0.2ppmであり、好ましい上限は0.4ppmである。
ぽく(茶褐色)に変色する現象であって、比較的穏やか
な腐食環境で発生するものであり、白錆の発生前(初
期)の腐食現象である。黒っぽく見える理由は、Znの
酸化反応(腐食)の際、ZnxO 1-xという化学量論組成
から外れた不定形酸化物が生成するためである。上記不
定形酸化物ができるのは、Znの酸化反応が中途半端で
あることに起因している。従って黒変現象を抑制するに
は、酸化反応をある程度促進させてやれば良い。ところ
が、あまりに促進しすぎると、今度は耐白錆性が著しく
劣化するので、適度に酸化を促進する添加元素として、
Znより若干貴な元素であるNi,Co,Inを添加す
ることが効果的なのである。但し、添加量は、あくまで
Pb,Cu,Agとの微妙なバランスの上で決まるので
注意を要するものであり、前述の通りの範囲とすること
が重要である。
て 電気Znめっき時の電流密度に関しては、電流密度が低
い領域、すなわち金属元素の析出に要する過電圧が低い
状態でめっきを行うと、Znより“貴”な電位を有する
不純物(例えばPb.Cu,Ag)がZnに比べて優先
的に析出し、相対的にめっき層中の含有量が多くなり、
めっき層表面が粗くなる。よって、具体的には、30A/dm
2以上、より好ましくは50A/dm2以上でめっきを行うこと
が推奨される。上限値については、あまりに高電流密度
になると結晶がランダム成長し、個々のZn単結晶が大
きくなるため表面の凹凸が大きくなるので、本発明要件
を満足することはできない。具体的には130A/dm2以下、
より好ましくは120A/dm2以下が好ましい。
時間について 電気Znめっき後は、鋼板表面からめっき液(酸性)を
洗い流すために水洗しなければならならない。めっき層
表面の粗さを規定値以下に保ったままの状態で電気Zn
めっき鋼板を得るためには、該水洗までに要する時間を
制御することが重要であることに想到した。具体的に
は、水洗までに要する時間は4秒以内とし、好ましくは3
秒以内とする。4秒を超えると鋼板がめっき浴から出さ
れ水洗されるまでの間にZnめっきの溶解によりミクロ
欠陥が形成し、めっき層表面に凹凸が生じ、表面粗さを
規定値に保つことはできない。更に、めっき浴中のZn
よりも貴な不純物が置換析出し耐食性が極端に劣化す
る。これらは、白錆の原因になり、電気Znめっき時に
Znめっき表面の粗さを制御しても耐白錆性の効果は得
られない。
n単結晶の結晶サイズを考慮すると、めっき付着量を制
御することも有効であり、具体的には40g/m2以下にする
ことが好ましい。さらに好ましくは30g/m2以下である。
また、下限値に関しては、特に限定するものではない
が、犠牲防食効果を考慮すると3g/m2以上が好ましい。
さらに好ましくは10g/m2以上である。また、めっきは基
材である金属板の必要な面に施せばよく、片面だけに施
しても良いし両面に施しても良い。
しては、酸性浴(例えば硫酸塩浴、塩化物浴)が使用可
能であり、めっき焼け等の他の問題を起こさない条件を
適宜選択して行えば良い。
率およびめっき焼け現象との関係からpHは0.5〜4.0の範
囲とすることが好ましい。尚、めっき液には、導電性を
高めて電力消費量を低減させるために、Na2SO4,
(NH4)2SO4,KCl,NaCl等の導電性補助剤
を添加してもよい。
速については0.3〜5m/secの範囲が例示できる。ここ
で、相対流速とは液の流れ方向とめっき原板である鋼板
の通板方向を考慮した液流速と通板速度の差である。
るものでは無く、めっき母材は常法に従って脱脂や酸洗
等の前処理を施した後、縦型又は横型のめっきセルで電
気めっきを行えばよい。電気めっきの方法としても、特
に規定されるものではなく公知の直流(定電流)めっき
法やパルスめっき法が採用できる。
層、めっき液)について めっき層またはめっき液中の微量不純物を分析するにあ
たっては、原子吸光分析法や誘導結合プラズマ発光分光
分析法(ICP)又は誘導結合プラズマ質量分析法(I
CP−MS)等を採用すればよい。めっき層を溶解する
際に用いる溶液は、めっき層中に含まれるPb,Cu,
AgおよびNi,Co,Inを完全に溶解できる液であ
ればよく、塩酸や硝酸溶液等が例示できる。また、めっ
き液中の微量不純物元素を分析するに際しては、Zn、
Na、S等のマトリックス元素による妨害を避けるた
め、希釈後分析する方法が推奨される。希釈率について
は、マトリックス元素濃度や測定対象元素濃度によっ
て、適宜10〜1000倍程度の希釈率を採用すればよい。
ついて 薄膜皮膜処理については、皮膜が有機系樹脂を主体とす
る場合には、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂、エチレン性不飽和カルボン酸を重合
成分として含むエチレン共重合体樹脂、ポリビニル系樹
脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂等の有機樹脂成分
を主体とするもの、或いはこれらに耐食性、潤滑性、耐
疵付き性、加工性、溶接性、電着塗装性、塗膜密着性等
の品質を向上させるため、必要によりシリカ等の各種酸
化物粒子や各種りん酸塩等の無機顔料、およびワックス
粒子、有機シラン化合物、ナフテン酸塩等を含有せしめ
た処理液を塗布することが例示される。
は、ケイ酸ソーダ、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム等
のケイ酸塩を主体とするもの、或いはこれらに造膜性、
耐食性、潤滑性、耐疵付き性、加工性、溶接性、電着塗
装性、塗膜密着性等の品質を向上するため、必要により
コロイダルシリカ等の各種酸化物粒子や各種りん酸等の
無機顔料、およびワックス粒子、有機シラン化合物を含
有せしめた処理液を塗布することが例示される。
してもよく、或いは組み合わせて形成しても良い。組み
合わせ順序も任意に決定すれば良く、下層に無機系皮
膜、上層に有機系皮膜を配しても良いし、その逆であっ
ても良い。また、電気Znめっき層の上に3層以上の皮
膜を積層してもよい。有機系皮膜及び/または無機系皮
膜の好ましい付着量は、耐食性向上効果等を有効に発揮
させると共に経済性も考慮して、総膜厚で0.01〜10μm
の範囲が好ましい。より好ましい下限は0.05μmであ
り、上限は5μmである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に基づいて設計変更すること
はいずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものであ
る。
μm以下)をめっき母材として用いた。これを脱脂・酸
洗後、硫酸塩浴を用いて下記の条件で電気めっきを施し
た。 <電気めっき条件> ・めっき液組成A :ZnSO4・7H2O 350 g/L Na2SO4 70 g/L H2SO4 20 g/L ・めっき液組成B :上記めっき液A中に、Pbを0.3
ppm、Cuを0.3ppm、Agを0.1ppm、Niを100ppm、C
oを0.1ppm、Inを0.1ppmとなる様に添加したもの。 ・めっき液組成C:上記めっき液A中に、Pbを1.0pp
m、Cuを0.5ppm、Agを0.5ppm、Niを100ppm、Co
を0.1ppm、Inを0.1ppmとなる様に添加したもの。 ・めっき液組成D:上記めっき液A中に、Pbを0.3pp
m、Cuを5ppm、Agを1.0ppm、Niを300ppm、Coを1
ppm、Inを6ppmとなる様に添加したもの。 但し、Pbは酢酸鉛で、Cuは硫酸銅で、Niは硫酸ニ
ッケルで、Agは硝酸銀で、Coは硫酸コバルトで、I
nは硫酸インジウムで添加した。 ・電気Znめっき時の電流密度 : 50〜150 A/dm2 ・めっき浴温度 : 60±5 ℃ ・めっき液流速 : 1.2〜3.3 m/sec ・電極(陽極) : 白金電極 ・めっき付着量 : 10〜50 g/m2
POMETORIX社製TMX-2000原子間力顕微鏡(AFM)を用い、
50μm角で表面をスキャンし、JIS B-0601に準ずる面平
均粗さ(Ra)として求めた。測定にあたっては、大型ス
テージ(Universal)を用いて、サンプル測定面を下に
向けて測定した。また、SCAN RATEは300μm/secで行な
った。
理を実施すること無く、1層タイプ又は2層タイプの皮膜
を塗布した。
膜厚が1.0μmとなるように塗布する。
体とする無機系皮膜を付与し、さらに上層としてポリエ
ステル系樹脂を主体とする有機系皮膜を付与した。乾燥
後の層膜厚の合計は0.7μmである。
をJIS Z2371に準ずる塩水噴霧試験によって評価した。
塩水噴霧試験96時間経過後の白錆発生面積率を下記基準
で判定した。また、耐黒変性の評価には、50℃×相対湿
度95%以上の恒温恒湿試験装置内に該めっき鋼板を72時
間保管した後、試験前後の色差(△E)を求め下記基準
にて判定した。更に、外観むらのチェックも同時に実施
した。なお色差(△E)は、色調(ハンターのL,a,
b値)を日本電色製Σ80にて測定し、次式を用いて計算
した。 △E={(La−Lb)2+(aa−ab)2+(ba−bb)2}1/2 La:試験後のL値, Lb:試験前のL値 aa:試験後のa値, ab:試験前のa値 ba:試験後のb値, bb:試験前のb値 <白錆発生面積率> ◎:5%未満 ○:5%以上10%未満 ×:10%以上 <耐黒変性(色差)> ◎:△E 2未満 ○:△E 2以上3未満 △:△E 3以上5未満 ×:△E 5以上 <耐黒変性(外観むら)> ○:外観むら無し または ほとんど目立たない △:軽度の外観むらがある ×:外観むらが目立つ
す。また、電気Znめっき層の表面粗さと白錆面積率と
の関係を図1に示す。尚、図1では、本発明例を●で示
し、比較例を○で示した。
き層の表面粗さが300nm以下であるので、めっき層表面
の凹凸が小さく、無機系皮膜及び/または有機系皮膜に
よって表面が完全に覆われている。従って、白錆がほと
んど発生せず、耐白錆性に優れた電気Znめっき鋼板を
得ることができた。特に、No.4〜10の電気Znめっき鋼
板は、Znめっき時に使用した浴中に適量のNi,C
o,Inの元素が添加されているので、Znめっき層に
もNi,Co,Inを含んでおり、耐白錆性に加えて耐
黒変性(色差)にも優れていることがわかる。
14,16〜18の電気Znめっき鋼板は、表面粗さが300nm
を超えているので、表面の凹凸が大きく、無機系皮膜及
び/または有機系皮膜で表面を完全に覆うことができな
い。よって、皮膜で覆われていない部分に白錆が発生し
た。特に、No.17とNo.18は、めっき浴中に本発明の要件
を満足しない量のCoとInが含まれているので、耐黒
変性にも劣る。No.15の電気Znめっき鋼板の表面粗さ
は300nm以下であるが、めっき後水洗までに要した時間
が4秒を超えているので、Znめっきの溶解によってミ
クロ欠陥が生じ、白錆が発生した。
で、めっき層に含有する不純物の量が多くてもノンクロ
メート処理鋼板の耐白錆性を大幅に改善することができ
ることになった。
関係を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】 電気Znめっき層の上に実質的にCrを
含有しない無機系皮膜及び/または有機系皮膜が形成さ
れた電気Znめっき鋼板において、 前記電気Znめっき層の表面粗さ(Ra)が300nm
以下であることを特徴とする耐白錆性に優れる電気Zn
めっき鋼板。 - 【請求項2】 上記電気Znめっき層に含有されるP
b:15ppm以下、Cu:30ppm以下、及びA
g:10ppm以下であり、且つこれらの元素の総量が
50ppm以下である請求項1に記載の電気Znめっき
鋼板。 - 【請求項3】 Ni,Co,Inから選ばれる1種以上
の金属元素を、Niの場合は50〜700ppm、Co
またはInの場合は0.5〜5ppmの範囲で前記電気
Znめっき層中に含有させることにより耐黒変性を向上
させてなる請求項2に記載の電気Znめっき鋼板。 - 【請求項4】 めっき付着量が40g/m2以下である
請求項1〜3のいずれかに記載の電気Znめっき鋼板。 - 【請求項5】 請求項1または2に記載の電気Znめっ
き鋼板を製造するに当たり、 めっき浴中のPb:0.5ppm以下、Cu:1ppm
以下、及びAg:0.5ppm以下とすると共に、 電気Znめっき時の電流密度を130A/dm2以下と
し、 且つめっき後水洗処理をするまでの時間を4秒以内とし
て電気Znめっき層を形成し、該めっき層上に無機系皮
膜及び/または有機系皮膜を形成することを特徴とする
耐白錆性に優れる電気Znめっき鋼板の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5の方法で請求項3の電気Znめ
っき鋼板を製造するに当たり、 Ni,Co,Inから選ばれる1種以上の金属元素を、
めっき浴中にNi:25〜300ppm、Co:0.1
〜0.5ppm、及びIn:0.1〜0.5ppmとし
て電気Znめっき層を形成する電気Znめっき鋼板の製
造方法。
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