JP7307337B2 - Method for producing plating solution and method for producing plated steel sheet using the same - Google Patents
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Description
本発明は、めっき液の製造方法、めっき液およびそれを用いためっき鋼板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a plating solution, a plating solution, and a method for producing a plated steel sheet using the same.
亜鉛系めっき鋼板は、自動車、電機機器、建築などの種々の用途に使用されている。亜鉛系めっき鋼板は、通常、溶融めっき法や電気めっき法で得られる。中でも、電気めっき法では、めっき液の温度を、溶融めっき法よりも低くすることができ、熱歪みによる鋼板の変形を生じにくい点、厚みが薄くても均一なめっき層を形成しやすい点などから、電気めっき法で亜鉛系めっき鋼板を得ることが望まれている。そして、上記用途に用いられる亜鉛系めっき鋼板には、耐食性や加工性などの向上が要求されている。 Zinc-based plated steel sheets are used in various applications such as automobiles, electrical equipment, and construction. Zinc-based plated steel sheets are usually obtained by a hot-dip plating method or an electroplating method. In particular, the electroplating method allows the temperature of the plating solution to be lower than that of the hot-dip plating method, which makes it difficult for the steel sheet to deform due to thermal strain, and makes it easy to form a uniform plating layer even if the thickness is thin. Therefore, it is desired to obtain a zinc-based plated steel sheet by an electroplating method. Zinc-based plated steel sheets used for the above applications are required to be improved in corrosion resistance, workability, and the like.
耐食性や加工性などを向上させるために添加される成分として、ジルコニウム(Zr)、および、水酸化ジルコニウムや酸化ジルコニウムなどのジルコニウム酸化物(以下、Zr酸化物ともいう)が知られている。 Zirconium (Zr) and zirconium oxides such as zirconium hydroxide and zirconium oxide (hereinafter also referred to as Zr oxides) are known as components added to improve corrosion resistance and workability.
例えば、ジルコニウム源としてZrO2粒子を、Al2O3粒子やSiO2粒子とともに分散させためっき液を用いて、電気Zn-Mnめっきを行う方法(分散めっき法)が知られている(例えば特許文献1参照)。それにより、これらの粒子が分散したZn-Mnめっき層が得られるとされている。 For example, there is known a method (dispersion plating method) of electro-Zn—Mn plating using a plating solution in which ZrO 2 particles as a zirconium source are dispersed together with Al 2 O 3 particles and SiO 2 particles (for example, patent Reference 1). It is said that a Zn--Mn plating layer in which these particles are dispersed is thereby obtained.
しかしながら、特許文献1に示されるような分散めっき法では、ZrO2粒子は、密度が高く、水溶液中での分散に必要なイオン性や親水基を有しないため、沈降しやすいという問題があった。そのため、所望のめっき層が得られないだけでなく、タンク内の低流速部での堆積、バルブの開閉の障害が発生するおそれがあった。 However, in the dispersion plating method as shown in Patent Document 1, the ZrO 2 particles have a high density and do not have the ionic or hydrophilic groups necessary for dispersion in an aqueous solution, so there is a problem that they tend to settle. . As a result, not only is it impossible to obtain a desired plating layer, but there is also the danger that deposition will occur in the low-flow-velocity portion of the tank and that valve opening/closing problems will occur.
このような問題に対し、電気めっき時にカソード(陰極)となる鋼板のめっき面での水素発生によりpHを上昇させ、そのpH上昇により、めっき液中に溶解しているZr4+などの金属イオンを水酸化物として析出させる方法が提案されている(例えば、特許文献2および3参照)。当該文献では、硫酸ジルコニウムなどの硫酸塩(可溶性金属塩)を添加しためっき液を用いて、めっき面近傍のpH上昇により、Zrを、ジルコニウムイオン(Zr4+)の状態から水酸化物として析出させることが記載されている。 To solve this problem, the pH is raised by generating hydrogen on the plated surface of the steel sheet that serves as the cathode ( cathode ) during electroplating. A method of precipitating it as a hydroxide has been proposed (see Patent Documents 2 and 3, for example). In the document, a plating solution to which a sulfate (soluble metal salt) such as zirconium sulfate is added is used, and Zr is precipitated as a hydroxide from the state of zirconium ion (Zr 4+ ) due to the pH increase in the vicinity of the plating surface. is stated.
また、めっき液に溶解した金属イオンを水酸化物として析出させやすくする方法として、電気めっき中のpH上昇以外にも、硝酸イオンなどの酸化剤をさらに添加する方法も知られている(例えば特許文献2および3参照)。 In addition to increasing the pH during electroplating, there is also known a method of further adding an oxidizing agent such as nitrate ions as a method for facilitating precipitation of metal ions dissolved in the plating solution as hydroxide (for example, patent References 2 and 3).
また、ジルコニウム源として、硫酸ジルコニウム水和物(Zr(SO4)2・4H2O)を含むめっき液を用いて、pHが1または2の条件下でZn-Zr酸化物めっきを行う方法も知られている(例えば非特許文献1を参照)。 There is also a method of performing Zn—Zr oxide plating under conditions of pH 1 or 2 using a plating solution containing zirconium sulfate hydrate (Zr(SO 4 ) 2.4H 2 O) as a zirconium source. known (see, for example, Non-Patent Document 1).
前述の通り、特許文献2および3には、ジルコニウム源として、硫酸ジルコニウムなどの硫酸塩をめっき液に添加することで、Zrイオン(Zr4+)として溶解させることが示されている。しかしながら、実際にZrイオンとして溶解させるためには、めっき液のpHをゼロ以下まで低くしなければならず、鋼板や生成されためっき層の溶解が生じるおそれがあった。 As described above, Patent Literatures 2 and 3 disclose that a sulfate such as zirconium sulfate is added to the plating solution as a zirconium source to dissolve Zr ions (Zr 4+ ). However, in order to actually dissolve Zr ions, the pH of the plating solution must be lowered to zero or less, which may cause dissolution of the steel sheet and the formed plating layer.
また、特許文献2および3に示されるように、電気めっき時にZrイオンを析出させやすくするために、硝酸イオンなどの酸化剤を添加すると、酸化剤が電気めっき時に分解されて、有害な副生成物(例えば亜硝酸イオンやNOxガス、アンモニアガスなど)を発生しやすい。 Further, as shown in Patent Documents 2 and 3, when an oxidizing agent such as nitric acid ions is added in order to facilitate the deposition of Zr ions during electroplating, the oxidizing agent is decomposed during electroplating, resulting in harmful by-products. Substances (for example, nitrite ions, NOx gas, ammonia gas, etc.) are likely to be generated.
また、非特許文献1では、ジルコニウム源として、硫酸ジルコニウムを用いることから、補給によりめっき液中に硫酸が過剰に蓄積されやすい。めっき液中に硫酸が過剰に蓄積されると、硫酸は粘度が高いことから、めっき液の粘度が上昇し、めっき液の流動性の低下や、めっき液を流動させるために必要な動力が増大しやすい。また、めっき液中に硫酸が過剰に蓄積されると、めっき液のpHも低くなりやすい。それにより、めっき液を流動させながら、これらの硫酸ジルコニウムなどを補給すると、カソード電極の界面に水素イオンが連続的に供給されるため、カソード電極の界面のpHを高めにくくなり、カソードの界面のpH上昇によってZrの水酸化物を析出させることができなかった。すなわち、非特許文献1の方法でも、実際には、硫酸ジルコニウムと硫酸亜鉛とを含むめっき液では、Zr酸化物を含むめっき層を形成することはできなかった。 Further, in Non-Patent Document 1, since zirconium sulfate is used as the zirconium source, sulfuric acid tends to accumulate excessively in the plating solution due to replenishment. When sulfuric acid accumulates excessively in the plating solution, the viscosity of the plating solution increases due to the high viscosity of sulfuric acid, which reduces the fluidity of the plating solution and increases the power required to flow the plating solution. It's easy to do. Also, when sulfuric acid is excessively accumulated in the plating solution, the pH of the plating solution tends to be low. As a result, when zirconium sulfate or the like is replenished while the plating solution is flowing, hydrogen ions are continuously supplied to the interface of the cathode electrode, making it difficult to increase the pH of the interface of the cathode electrode. Zr hydroxide could not be precipitated by raising the pH. That is, even in the method of Non-Patent Document 1, a plating solution containing zirconium sulfate and zinc sulfate could not actually form a plating layer containing Zr oxide.
また、硫酸ジルコニウムでめっき液を作製すると、硫酸ジルコニウム自体が強酸性を示すため、pHを所定の範囲に調整するため、多量の水酸化ナトリウムなどのアルカリ薬剤を添加する必要がある。アルカリ薬剤のカチオン(例:Na)と硫酸イオンの塩の溶解度から、アルカリ薬剤の使用量が制限されるため、所定のpHに調整できない場合もあった。 In addition, when a plating solution is prepared from zirconium sulfate, zirconium sulfate itself exhibits strong acidity, so it is necessary to add a large amount of an alkali chemical such as sodium hydroxide in order to adjust the pH within a predetermined range. Since the solubility of the cation (eg, Na) of the alkaline chemical and the salt of the sulfate ion limits the amount of the alkaline chemical to be used, it has sometimes been impossible to adjust the pH to a predetermined value.
さらに、特許文献1~3および非特許文献1で示されるもの以外のジルコニウム源として、オキシ塩化ジルコニウム(ZrOCl2)やオキシ硝酸ジルコニウム(ZrO(NO3)2)も知られている。これらのジルコニウム化合物も、酸性水溶液には溶解するものの、連続的にめっき液に補給した場合は、前述と同様に、塩化物イオン、硝酸イオンがめっき液中に蓄積し、塩酸や硝酸分解生成物などの有害な副生成物を生じやすい。また、金属ジルコニウムをめっき液に溶解させる方法も考えられるが、ジルコニウムは耐酸性が極めて高い金属であることから、めっき液のpHをゼロ付近に低くしても溶解しない。 Furthermore, zirconium oxychloride (ZrOCl 2 ) and zirconium oxynitrate (ZrO(NO 3 ) 2 ) are also known as zirconium sources other than those disclosed in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1. These zirconium compounds are also soluble in an acidic aqueous solution, but when the plating solution is continuously replenished, chloride ions and nitrate ions accumulate in the plating solution, producing hydrochloric acid and nitric acid decomposition products. It is easy to produce harmful by-products such as A method of dissolving metallic zirconium in the plating solution is also conceivable, but since zirconium is a metal with extremely high acid resistance, it does not dissolve even if the pH of the plating solution is lowered to near zero.
このように、従来の方法では、実際には、有害な副生成物の発生や硫酸成分の過剰な蓄積を抑制しつつ、鋼板上にZr成分(ZrやZr酸化物)を含む亜鉛系めっき層を安定に形成することはできなかった。 Thus, in the conventional method, in practice, a zinc-based coating layer containing Zr components (Zr and Zr oxides) on the steel sheet can be obtained while suppressing the generation of harmful by-products and excessive accumulation of sulfuric acid components. could not be stably formed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有害な副生成物の発生や硫酸成分の過剰な蓄積を抑制しつつ、鋼板上にZr成分を含む亜鉛系めっき層を安定に形成することができるめっき液の製造方法、めっき液およびそれを用いためっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and stably forms a zinc-based plating layer containing a Zr component on a steel sheet while suppressing the generation of harmful by-products and excessive accumulation of sulfuric acid components. It is an object of the present invention to provide a method for producing a plating solution, a plating solution, and a method for producing a plated steel sheet using the same.
本発明は、以下のめっき液の製造方法、めっき液およびそれを用いためっき鋼板の製造方法に関する。 The present invention relates to the following method for producing a plating solution, a plating solution, and a method for producing a plated steel sheet using the same.
本発明のめっき液の製造方法は、亜鉛源と、塩基性炭酸ジルコニウムと、硫酸源と、水とを混合して、pHが3.0以下のめっき液を得る工程を含む。 A method for producing a plating solution of the present invention includes a step of mixing a zinc source, a basic zirconium carbonate, a sulfuric acid source, and water to obtain a plating solution having a pH of 3.0 or less.
本発明のめっき液は、本発明のめっき液の製造方法により得られる。 The plating solution of the present invention is obtained by the method for producing a plating solution of the present invention.
本発明のめっき液は、亜鉛源と、2以上のジルコニウム原子同士が水酸基を介して結合した重合体を含むコロイド粒子と、硫酸源と、水とを含み、前記コロイド粒子の動的光散乱法で測定されるキュムラント平均粒子径は、0.5~500nmである。 The plating solution of the present invention contains a zinc source, colloidal particles containing a polymer in which two or more zirconium atoms are bonded via hydroxyl groups, a sulfuric acid source, and water, and a dynamic light scattering method for the colloidal particles. The cumulant mean particle size measured at is between 0.5 and 500 nm.
本発明のめっき鋼板の製造方法は、本発明のめっき液を用いて電気めっきを行うことにより、鋼板上にめっき層を形成する工程を含む。 The method for producing a plated steel sheet of the present invention includes a step of forming a plated layer on the steel sheet by performing electroplating using the plating solution of the present invention.
本発明によれば、有害な副生成物の発生や硫酸成分の過剰な蓄積を抑制しつつ、鋼板上にZr成分を含む亜鉛系めっき層を安定に形成することができるめっき液の製造方法、めっき液およびそれを用いためっき鋼板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing a plating solution capable of stably forming a zinc-based plating layer containing a Zr component on a steel sheet while suppressing the generation of harmful by-products and excessive accumulation of sulfuric acid components, A plating solution and a method for producing a plated steel sheet using the same can be provided.
本発明者らは、鋭意検討した結果、ジルコニウム源として「塩基性炭酸ジルコニウム」を用いることで、当該塩基性炭酸ジルコニウムを所定のコロイド粒子として硫酸水溶液中に良好に分散させることができること、それを用いて電気めっきを行うことで、Zr成分を安定に含有するめっき層を形成できることを見出した。また、塩基性炭酸ジルコニウムは、塩化物イオンや硝酸イオンを構成成分として含まないため、電気めっき時に有害な副生成物を生じにくく、硫酸イオンを構成成分として含まないため、硫酸成分の過剰な蓄積も生じにくいことを見出した。以下、本発明の構成について説明する。 As a result of intensive studies, the present inventors found that by using "basic zirconium carbonate" as a zirconium source, the basic zirconium carbonate can be satisfactorily dispersed as predetermined colloidal particles in an aqueous sulfuric acid solution. It has been found that a plated layer stably containing a Zr component can be formed by performing electroplating using Zr. In addition, since basic zirconium carbonate does not contain chloride ions or nitrate ions as constituents, it is less likely to produce harmful by-products during electroplating. It was found that it is difficult to generate The configuration of the present invention will be described below.
1.めっき液の製造方法
本発明のめっき液の製造方法は、1)亜鉛源と、塩基性炭酸ジルコニウムと、硫酸源と、水とを混合して、めっき液を得る工程を含み、2)当該めっき液をエージングする工程をさらに含むことが好ましい。
1. Method for Producing Plating Solution The method for producing the plating solution of the present invention comprises: 1) mixing a zinc source, a basic zirconium carbonate, a sulfuric acid source, and water to obtain a plating solution; It is preferable to further include the step of aging the liquid.
1)の工程について
本工程では、亜鉛源と、塩基性炭酸ジルコニウムと、硫酸源と、水とを混合して、めっき液(水溶液)を得る。
About Step 1) In this step, a zinc source, a basic zirconium carbonate, a sulfuric acid source, and water are mixed to obtain a plating solution (aqueous solution).
(亜鉛源)
亜鉛源は、めっき層の主成分となる亜鉛(金属亜鉛(Zn))または亜鉛化合物である。亜鉛化合物の例には、硫酸亜鉛(ZnSO4・7H2O、ZnSO4、またはZnSO4・nH2O(n=1~6))、酸化亜鉛(ZnO)、塩化亜鉛((ZnCl2)、硝酸亜鉛(Zn(NO3)2またはZn(NO3)2・6H2O)が含まれる。中でも、硫酸源と兼用できるだけでなく、後述するモル比SO4/Zrを所定の範囲に調整しやすく、塩基性炭酸ジルコニウムに由来するコロイド粒子を生成しやすくする観点から、亜鉛源は、硫酸亜鉛(ZnSO4・7H2O、ZnSO4、またはZnSO4・nH2O(n=1~6))を含むことが好ましい。
(zinc source)
The zinc source is zinc (metallic zinc (Zn)) or a zinc compound that is the main component of the plating layer. Examples of zinc compounds include zinc sulfate ( ZnSO4.7H2O , ZnSO4 , or ZnSO4.nH2O (n=1-6) ) , zinc oxide (ZnO), zinc chloride (( ZnCl2 ), Zinc nitrate (Zn(NO 3 ) 2 or Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O) is included.In particular, not only can it be used as a sulfuric acid source, but also the molar ratio SO 4 /Zr described later can be adjusted within a predetermined range. From the viewpoint of facilitating the formation of colloidal particles derived from basic zirconium carbonate, the zinc source is zinc sulfate (ZnSO 4 .7H 2 O, ZnSO 4 , or ZnSO 4 .nH 2 O (n = 1 to 6). ) is preferably included.
亜鉛源は、一種類であってもよいし、二種類以上であってもよい。例えば、硫酸亜鉛七水和物(ZnSO4・7H2O)に加えて、めっき層の表面粗度をさらに小さくする観点などから、亜鉛源は、少量の塩化亜鉛(ZnCl2)や硝酸亜鉛(Zn(NO3)2)をさらに含んでもよい。 One zinc source may be used, or two or more zinc sources may be used. For example, in addition to zinc sulfate heptahydrate (ZnSO 4 .7H 2 O), the zinc source may be a small amount of zinc chloride (ZnCl 2 ) or zinc nitrate ( Zn(NO 3 ) 2 ) may further be included.
(塩基性炭酸ジルコニウム)
塩基性炭酸ジルコニウムは、Zr原子にOHとCO3とが配位した化合物、具体的には、2以上のZr原子が、配位したOHを介して結合した重合体(Zr-OH結合体)であって、当該重合体を構成するZr原子にCO3やOHがさらに配位したものでありうる。塩基性炭酸ジルコニウムは、水和物であってもよい。
(basic zirconium carbonate)
Basic zirconium carbonate is a compound in which OH and CO3 are coordinated to a Zr atom, specifically a polymer in which two or more Zr atoms are bonded via coordinated OH (Zr-OH bond). and CO 3 or OH may be further coordinated to the Zr atoms constituting the polymer. Basic zirconium carbonate may be a hydrate.
具体的には、塩基性炭酸ジルコニウムは、下記式(1)で表される組成を有しうる。
式(1):Zr(OH)x(CO3)y・zH2O
式(1)において、0<x≦6、0.1≦y≦4、0≦z≦10である。なお、x、yおよびzは、それぞれ小数であってもよいし、整数であってもよい。
Specifically, basic zirconium carbonate can have a composition represented by the following formula (1).
Formula ( 1): Zr(OH) x ( CO3 ) yzH2O
In formula (1), 0<x≦6, 0.1≦y≦4, and 0≦z≦10. Note that x, y and z may each be a decimal number or an integer.
塩基性炭酸ジルコニウムは、ハフニウム(Hf)を少量さらに含んでいてもよい。塩基性炭酸ジルコニウムのHf濃度は、Hf/Zrのモル比で、通常、0.05以下でありうる。塩基性炭酸ジルコニウムにHfが含まれるのは、工業的製造の原料にHfが含まれており、HfとZrとは化学的性質および電気化学的性質がほぼ同じであり、分離が難しいためである。 The basic zirconium carbonate may further contain small amounts of hafnium (Hf). The Hf concentration of the basic zirconium carbonate can be usually 0.05 or less in Hf/Zr molar ratio. The reason why basic zirconium carbonate contains Hf is that Hf is contained in raw materials for industrial production, and Hf and Zr have almost the same chemical and electrochemical properties and are difficult to separate. .
塩基性炭酸ジルコニウムの形態は、特に制限されないが、通常、粒子状でありうる。塩基性炭酸ジルコニウムの平均粒子径は、特に制限されないが、例えば0.5~100μmである。 Although the form of the basic zirconium carbonate is not particularly limited, it can usually be particulate. The average particle size of basic zirconium carbonate is not particularly limited, but is, for example, 0.5 to 100 μm.
ただし、塩基性炭酸ジルコニウムには、アンモニウム(NH4)は配位していないことが好ましい。すなわち、塩基性炭酸ジルコニウムは、炭酸ジルコニウムアンモニウムではないことが好ましい。アンモニウムが配位していると、ジルコニウム酸化物が析出するpH域が過剰に高くなるため、めっき面で水素発生によりpHを上昇させても、ジルコニウム酸化物が析出しにくくなるからである。また、このような水の構成元素以外の他の成分が配位していると、当該成分が電気めっき中の分解により、有害な副生成物の発生やめっき液の汚染、めっき設備への副生成物の付着などを生じる虞がある。また、そのような塩基性炭酸ジルコニウムをめっき液に補給すると、アンモニウムがめっき液中で蓄積して、めっき液の粘度を上昇させやすい。 However, it is preferable that ammonium (NH 4 ) is not coordinated to basic zirconium carbonate. That is, the basic zirconium carbonate is preferably not ammonium zirconium carbonate. This is because when ammonium is coordinated, the pH range in which zirconium oxide precipitates becomes excessively high, so even if the pH is raised by generating hydrogen on the plated surface, zirconium oxide is less likely to precipitate. In addition, if other components other than the constituent elements of water are coordinated, the components may be decomposed during electroplating to generate harmful by-products, contaminate the plating solution, or damage the plating equipment. Adhesion of products may occur. Further, when such basic zirconium carbonate is replenished to the plating solution, ammonium tends to accumulate in the plating solution and increase the viscosity of the plating solution.
(硫酸源)
硫酸源は、水に添加すると、硫酸イオン(SO4
2-)または硫酸水素イオン(HSO4
2-)(以下、これらをまとめて「硫酸イオン」という)を生成する化合物である。硫酸イオンは、水溶液中では以下のような平衡反応を生じる。
A sulfuric acid source is a compound that, when added to water, produces sulfate ions (SO 4 2− ) or hydrogen sulfate ions (HSO 4 2− ) (hereinafter collectively referred to as “sulfate ions”). Sulfate ions produce the following equilibrium reaction in an aqueous solution.
硫酸源の例には、硫酸、硫酸塩(硫酸亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸錫、硫酸鉄、硫酸バナジウムなど)が含まれる。これらの硫酸塩は、亜鉛源または導電助剤と兼用されうる。 Examples of sulfuric acid sources include sulfuric acid, sulfates (zinc sulfate, sodium sulfate, aluminum sulfate, magnesium sulfate, nickel sulfate, cobalt sulfate, tin sulfate, iron sulfate, vanadium sulfate, etc.). These sulfates can also be used as zinc sources or conductive aids.
硫酸源は、亜鉛源や導電助剤とは別に添加されてもよいし、亜鉛源や導電助剤を兼ねて添加されてもよい。中でも、pHを後述する範囲に調整しやすくする観点では、硫酸源は、硫酸を含むことが好ましい。 The sulfuric acid source may be added separately from the zinc source and the conductive aid, or may be added together with the zinc source and the conductive aid. Above all, the sulfuric acid source preferably contains sulfuric acid from the viewpoint of facilitating adjustment of the pH to the range described below.
(他の成分)
また、必要に応じて、上記以外の他の成分をさらに添加してもよい。他の成分の例には、亜鉛と合金化する合金成分や、導電助剤が含まれる。
(other ingredients)
In addition, if necessary, other components than those described above may be further added. Examples of other components include alloying components that alloy with zinc and conductive aids.
合金成分の例には、Niまたはその化合物、Coまたはその化合物、Snまたはその化合物、Feまたはその化合物が含まれる。 Examples of alloying components include Ni or its compounds, Co or its compounds, Sn or its compounds, Fe or its compounds.
導電助剤は、電気めっき時の電圧を下げ、電気めっき電源設備の低コスト化、めっき電力を低減する観点で、添加されうる。導電助剤の種類は、特に制限されないが、その例には、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムが含まれる。中でも、硫酸源と兼用できる観点などから、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウムなどの硫酸塩が好ましい。硫酸塩は、前述の硫酸亜鉛と同様に、後述するモル比(SO4/Zr)を所定の範囲に調整しやすく、コロイド粒子を生成しやすいためである。 The conductive aid can be added from the viewpoint of lowering the voltage during electroplating, reducing the cost of electroplating power supply equipment, and reducing the power required for plating. The type of conductive aid is not particularly limited, but examples thereof include sodium sulfate, aluminum sulfate, magnesium sulfate, ammonium sulfate, potassium chloride and sodium chloride. Among them, sulfates such as sodium sulfate, aluminum sulfate, and magnesium sulfate are preferable from the viewpoint of being able to be used as a sulfuric acid source. This is because, like zinc sulfate described above, sulfate facilitates adjustment of the later-described molar ratio (SO 4 /Zr) within a predetermined range, and facilitates formation of colloidal particles.
(混合)
そして、これらの亜鉛源、塩基性炭酸ジルコニウム、硫酸源、水および必要に応じて他の成分を混合する。
(mixture)
Then, these zinc source, basic zirconium carbonate, sulfuric acid source, water and, if necessary, other components are mixed.
硫酸イオンが存在する水溶液に塩基性炭酸ジルコニウムを添加すると、塩基性炭酸ジルコニウムのZr原子に配位しているCO3は、硫酸イオンが存在する水溶液中、好ましくは硫酸イオンが存在するpH3.0以下の水溶液中では不安定になり、当該塩基性炭酸ジルコニウムから脱離して二酸化炭素ガスとして、系外へ排出される。 When basic zirconium carbonate is added to an aqueous solution in which sulfate ions are present, the CO3 coordinated to the Zr atom of the basic zirconium carbonate is dissolved in the aqueous solution in which sulfate ions are present, preferably at pH 3.0 where sulfate ions are present. It becomes unstable in the following aqueous solutions, desorbs from the basic zirconium carbonate, and is discharged out of the system as carbon dioxide gas.
すなわち、塩基性炭酸ジルコニウムから、不安定化したCO3が脱離する。そして、脱離したCO3に代わって水溶液中の硫酸イオンがZr原子に配位(共有結合)するか、または、CO3の脱離によりイオン化した重合体(Zr-OH重合体)に静電気的に硫酸イオンが付加(イオン結合)するか、または、その両方により、重合体(Zr-OH重合体)である微小なコロイド粒子が安定化すると考えられる。このように、OHを介して2以上のZr原子が結合した重合体が、硫酸イオンによって安定化されたものを、水酸化硫酸Zrコロイド粒子(以下、単に「コロイド粒子」という)という。すなわち、コロイド粒子を構成する重合体は、水に添加する前の塩基性炭酸ジルコニウムを構成する重合体(2以上のZr原子が、配位したOHを介して結合した重合体)の構造を維持していると考えられる。 That is, destabilized CO 3 desorbs from basic zirconium carbonate. Then, sulfate ions in the aqueous solution are coordinated (covalently bonded) to Zr atoms in place of the desorbed CO3 , or electrostatically attached to the ionized polymer (Zr-OH polymer) due to the desorption of CO3 . It is thought that addition of sulfate ions (ionic bonding) to , or both, stabilizes the polymer (Zr—OH polymer) microscopic colloidal particles. Such a polymer in which two or more Zr atoms are bonded via OH and stabilized by sulfate ions is referred to as Zr hydroxide sulfate colloidal particles (hereinafter simply referred to as "colloidal particles"). That is, the polymer that constitutes the colloidal particles maintains the structure of the polymer that constitutes the basic zirconium carbonate (polymer in which two or more Zr atoms are bonded via coordinated OH) before being added to water. it seems to do.
コロイド粒子を構成するZr-OH重合体が2量体である場合、例えば以下のような構造を有すると考えられる。
このようにして生成したコロイド粒子は正に帯電するため、静電的な反発によりめっき液中で良好に分散しうる。また、正に帯電したコロイド粒子は、電気めっき中は、カソード(陰極)でマイナス電位になる鋼板のめっき面に吸着される。このとき、鋼板のめっき面近傍のめっき液のpHが水素発生により上昇していると、コロイド粒子の表面電荷が奪われるとともに硫酸イオンが脱離し、コロイド粒子を構成するZrがめっき層中に取り込まれる。コロイド粒子を構成するZrは、めっき層中に取り込まれる際に水素(H)が脱離すると、酸化Zrとしてめっき層中に取り込まれる。水素が脱離しない場合は水酸化Zrとしてめっき層に取り込まれる。これらにより、Zr酸化物(酸化Zrや水酸化Zr)または水和したZr酸化物が、めっき層中に取り込まれるようになる。 Since the colloidal particles thus produced are positively charged, they can be well dispersed in the plating solution due to electrostatic repulsion. Also, the positively charged colloidal particles are attracted to the plated surface of the steel sheet, which has a negative potential at the cathode during electroplating. At this time, if the pH of the plating solution in the vicinity of the plated surface of the steel sheet rises due to hydrogen generation, the surface charge of the colloidal particles is deprived and sulfate ions are detached, and Zr constituting the colloidal particles is taken into the plating layer. be Zr constituting the colloidal particles is incorporated into the plating layer as Zr oxide when hydrogen (H) is desorbed while being incorporated into the plating layer. When hydrogen is not desorbed, it is incorporated into the plating layer as Zr hydroxide. As a result, Zr oxide (Zr oxide or Zr hydroxide) or hydrated Zr oxide is incorporated into the plating layer.
なお、塩基性炭酸ジルコニウムがHfをさらに含む場合、生成するコロイド粒子には、Zr原子の一部がHf原子に置き換わったコロイド粒子も含まれると考えられる。すなわち、塩基性炭酸ジルコニウムがHfを含む場合であっても、Hfを含まない場合と同様に、コロイド粒子を生成する。その結果、得られるめっき層には、Zr酸化物とともにHf酸化物も含まれることがある。 In addition, when the basic zirconium carbonate further contains Hf, it is considered that colloidal particles produced include colloidal particles in which some of the Zr atoms are replaced with Hf atoms. That is, even when the basic zirconium carbonate contains Hf, it produces colloidal particles in the same way as when it does not contain Hf. As a result, the resulting plated layer may contain Hf oxide as well as Zr oxide.
そして、塩基性炭酸ジルコニウムのZr原子から脱離したCO3は、CO2ガスとして系外に排出されるとともに、塩基性炭酸ジルコニウムのZr原子に配位していたOHやH2Oは、Zr酸化物の構成元素(OHもしくはO)としてめっき層に取り込まれる。したがって、めっき液中に不要な成分が蓄積しにくいため、めっき液の組成の変化を少なくすることができ、めっき液の成分調整の作業を少なくできる。このように、塩基性炭酸ジルコニウムに由来するコロイド粒子を含むめっき液は、電気めっき時に、めっきに関与しない成分の分解や副生成物の生成を生じにくいため、めっき液の組成が安定する。 Then, the CO3 detached from the Zr atom of the basic zirconium carbonate is discharged outside the system as CO2 gas, and the OH and H2O coordinated to the Zr atom of the basic zirconium carbonate are converted into Zr It is taken into the plating layer as a constituent element (OH or O) of the oxide. Therefore, since unnecessary components are less likely to accumulate in the plating solution, changes in the composition of the plating solution can be reduced, and work for adjusting the components of the plating solution can be reduced. Thus, a plating solution containing colloidal particles derived from basic zirconium carbonate is less likely to cause decomposition of components not involved in plating or generation of by-products during electroplating, so that the composition of the plating solution is stable.
また、亜鉛源、塩基性炭酸ジルコニウム、硫酸源および水の混合は、めっき液の組成が以下を満たすように行うことが好ましい。 The zinc source, basic zirconium carbonate, sulfuric acid source and water are preferably mixed so that the composition of the plating solution satisfies the following.
すなわち、亜鉛源の添加量は、めっき液中のZn濃度が0.3~1.9mol/Lとなるように設定されることが好ましい。Zn濃度が0.3mol/L以上であると、電気めっきする際に、十分な量のZnイオンをめっき面に供給しやすいため、電気めっきを安定して継続しうる。Zn濃度が1.9mol/L以下であると、めっき液を常温(25℃程度)で保管する場合に、亜鉛源の析出を抑制しやすい。亜鉛源の添加量は、同様の観点から、めっき液中のZn濃度が0.5~1.6mol/Lとなるように設定されることがより好ましい。 That is, the amount of zinc source to be added is preferably set so that the Zn concentration in the plating solution is 0.3 to 1.9 mol/L. When the Zn concentration is 0.3 mol/L or more, it is easy to supply a sufficient amount of Zn ions to the plating surface during electroplating, so electroplating can be stably continued. When the Zn concentration is 1.9 mol/L or less, precipitation of the zinc source can be easily suppressed when the plating solution is stored at room temperature (about 25°C). From the same point of view, the amount of zinc source to be added is more preferably set so that the Zn concentration in the plating solution is 0.5 to 1.6 mol/L.
塩基性炭酸ジルコニウムの添加量は、めっき層に含有させるべき量に応じて設定されうる。具体的には、塩基性炭酸ジルコニウムの添加量は、めっき液中のZr濃度が0.02~1.6mol/Lとなるように設定されることが好ましい。めっき液中のZr濃度が0.02mol/L以上であると、めっき液のSO4/Zrのモル比を後述する範囲に調整しやすいだけでなく、コロイド粒子の平均粒子径を適度に大きくしやすく、得られるめっき層中に十分な量のZrを含有させやすい。めっき液中のZr濃度が1.6mol/L以下であると、めっき液のSO4/Zrのモル比を後述する範囲に調整しやすいだけでなく、めっき液のゲル化を避けることができる。また、粒子の平均粒子径が大きくなりすぎないため、沈殿を生じにくくしうる。塩基性炭酸ジルコニウムの添加量は、同様の観点から、めっき液中のZr濃度が0.1~1.2mol/Lとなるように設定されることがより好ましい。 The amount of basic zirconium carbonate to be added can be set according to the amount to be contained in the plating layer. Specifically, the amount of basic zirconium carbonate to be added is preferably set so that the Zr concentration in the plating solution is 0.02 to 1.6 mol/L. When the Zr concentration in the plating solution is 0.02 mol/L or more, not only is it easy to adjust the SO 4 /Zr molar ratio of the plating solution within the range described later, but also the average particle size of the colloidal particles can be appropriately increased. It is easy to obtain a sufficient amount of Zr in the resulting plating layer. When the Zr concentration in the plating solution is 1.6 mol/L or less, not only is it easy to adjust the SO 4 /Zr molar ratio of the plating solution within the range described below, but gelation of the plating solution can be avoided. In addition, since the average particle size of the particles does not become too large, precipitation can be prevented. From the same point of view, the amount of basic zirconium carbonate to be added is more preferably set so that the Zr concentration in the plating solution is 0.1 to 1.2 mol/L.
めっき液中のZn濃度またはZr濃度は、イオン、非イオンに関係なく、添加した亜鉛源または塩基性炭酸ジルコニウムの量に対応するZnまたはZrの体積当たりのモル数である。めっき液中のZn濃度またはZr濃度は、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により測定することができる。 The Zn concentration or Zr concentration in the plating solution is the number of moles of Zn or Zr per volume corresponding to the amount of added zinc source or basic zirconium carbonate, regardless of whether it is ionic or non-ionic. The Zn concentration or Zr concentration in the plating solution can be measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).
硫酸源は、めっき液のpHが所定の範囲内になるように添加される。 The sulfuric acid source is added so that the pH of the plating solution is within a predetermined range.
すなわち、めっき液のpHは、生成するコロイド粒子が安定に分散状態で存在しうるとともに、鋼板やめっき層の溶出を抑制しうる範囲であればよく、特に制限されないが、pHが3.0以下、好ましくは0.1~3.0である。めっき液のpHが0.1以上であると、鋼板からのFeの溶出を一層少なくしうるため、耐食性がより高いめっき層が得られやすい。例えば、めっき液に鋼板を浸漬した後、めっきが開始されるまでの間に、鋼板からめっき液にFeが溶出し、Fe2+イオンとなって一緒に電気めっきされてめっき層の耐食性を低下させるのを抑制しうる。一方、pHが3.0以下であると、塩基性炭酸ジルコニウムを水へ溶解させやすく、コロイド粒子を生成させやすい。また、生成するコロイド粒子が凝集または沈降しにくく、めっき液中に安定に分散させやすい。 That is, the pH of the plating solution is not particularly limited as long as the colloidal particles to be generated can exist in a stably dispersed state and the elution of the steel sheet and the plating layer can be suppressed, and the pH is 3.0 or less. , preferably 0.1 to 3.0. When the pH of the plating solution is 0.1 or more, the elution of Fe from the steel sheet can be further reduced, so that a plating layer with higher corrosion resistance can be easily obtained. For example, after the steel sheet is immersed in the plating solution, Fe is eluted from the steel sheet into the plating solution before plating is started, and becomes Fe 2+ ions that are electroplated together to reduce the corrosion resistance of the plating layer. can be suppressed. On the other hand, when the pH is 3.0 or less, the basic zirconium carbonate is easily dissolved in water, and colloidal particles are easily generated. In addition, the colloidal particles that are produced are less likely to aggregate or settle, and are easier to stably disperse in the plating solution.
pHを3.0以下にすることが好ましい理由としては、以下の点も挙げられる。すなわち、めっき液に、溶出したFeイオンが含まれていると、めっき液は流動しているため、空気中の酸素との接触は実質上大きく、2価のFeイオン(Fe2+)は、空気中の酸素で酸化されやすい。2価のFeイオン(Fe2+)は、酸素で酸化されると、3価のFeイオン(Fe3+)となる。3価のFeイオン(Fe3+)が多い状態でpHを高くしすぎると、3価Feイオンは、水酸化Fe(Fe(OH)3)やオキシ水酸化Fe(FeOOH)に変化しやすい。これらは溶解度が低いため、めっき液中で粒子として析出しやすく、析出した水酸化Fe(Fe(OH)3)やオキシ水酸化Fe(FeOOH)の粒子は、時間の経過とともに凝集してスラッジになりやすい。それにより、生成した水酸化硫酸Zrのコロイド粒子の分散が阻害され、めっき液中に分散できるコロイド粒子の量が実質的に少なくなりめっき層に入る量が低下する虞がある。そして、めっき層にスラッジが付着し、外観の低下や金型成形時の引っ掛かりなどによる成形不良を起こす虞もある。また、スラッジの沈降によるタンク、配管、バルブなどにスラッジが滞積したりして、作業性の低下を生じる虞がある。そのような不都合を生じ難くする観点でも、pHを3.0以下にすることが好ましい。 Reasons why the pH is preferably 3.0 or less include the following points. That is, when the plating solution contains eluted Fe ions, since the plating solution is fluid, the contact with oxygen in the air is substantially large, and the divalent Fe ions (Fe 2+ ) are in contact with the air. It is easily oxidized by the oxygen inside. Bivalent Fe ions (Fe 2+ ) become trivalent Fe ions (Fe 3+ ) when oxidized with oxygen. If the pH is too high in a state where there are many trivalent Fe ions (Fe 3+ ), the trivalent Fe ions are likely to change to Fe hydroxide (Fe(OH) 3 ) or Fe oxyhydroxide (FeOOH). Since these have low solubility, they tend to precipitate as particles in the plating solution, and the particles of precipitated Fe hydroxide (Fe(OH) 3 ) and Fe oxyhydroxide (FeOOH) aggregate over time to form sludge. Prone. As a result, the dispersion of the generated colloidal particles of Zr hydroxide sulfate is hindered, and the amount of colloidal particles that can be dispersed in the plating solution is substantially reduced, which may reduce the amount of colloidal particles entering the plating layer. In addition, sludge adheres to the plated layer, and there is a possibility that molding defects may occur due to deterioration of the appearance or catching during mold molding. In addition, sludge may accumulate in tanks, pipes, valves, etc. due to sedimentation of sludge, resulting in deterioration of workability. Also from the viewpoint of making such inconvenience less likely to occur, it is preferable to set the pH to 3.0 or less.
めっき液のpHは、同様の観点から、0.5~2.8であることがより好ましい。めっき液のpHは、ガラス電極と比較電極を一体化した複合電極、または、さらに温度補償電極も一体化した複合電極で測定することができる。 From the same viewpoint, the pH of the plating solution is more preferably 0.5 to 2.8. The pH of the plating solution can be measured with a composite electrode in which a glass electrode and a reference electrode are integrated, or a composite electrode in which a temperature compensation electrode is also integrated.
めっき液のpHは、例えば硫酸源の添加量や、硫酸イオンを含む亜鉛源の添加量で調整することができる。 The pH of the plating solution can be adjusted, for example, by adjusting the amount of sulfuric acid source added or the amount of zinc source containing sulfate ions added.
コロイド粒子を安定的にめっき液中に分散させるためには、めっき液中のSO4とZrのモル比(SO4/Zr)が1.5以上となるようにすることが好ましい。SO4/Zrが1.5以上であると、コロイド粒子の平均粒子径が過剰に大きくならないため、めっき液中で沈殿または沈降しにくく、めっきに寄与しないコロイド粒子の割合を少なくすることができる。SO4/Zrは、同様の理由から、2.0以上であることがより好ましく、2.5以上であることがさらに好ましい。なお、SO4/Zrの上限値は、特に制限されないが、めっき液の調製や配合のし易さの観点では、例えば200としうる。 In order to stably disperse the colloidal particles in the plating solution, it is preferable that the SO 4 and Zr molar ratio (SO 4 /Zr) in the plating solution is 1.5 or more. When the SO 4 /Zr ratio is 1.5 or more, the average particle size of the colloidal particles does not become excessively large, so that it is difficult to precipitate or settle in the plating solution, and the proportion of colloidal particles that do not contribute to plating can be reduced. . For the same reason, SO 4 /Zr is more preferably 2.0 or more, more preferably 2.5 or more. Although the upper limit of SO 4 /Zr is not particularly limited, it can be set to 200, for example, from the viewpoint of easiness of preparation and blending of the plating solution.
なお、SO4/ZrにおけるSO4は、イオン、非イオンに関係なく、めっき液中にSO4として存在するもの全てが含まれる。したがって、SO4/ZrにおけるSO4には、硫酸イオン(SO4 2-)だけでなく、硫酸水素イオンHSO4 2-や、解離していない硫酸亜鉛(ZnSO4)などの硫酸塩中のSO4も含まれる。解離していない硫酸亜鉛(ZnSO4)などの硫酸塩中のSO4も含むこととしたのは、めっき液中の硫酸イオンの濃度が低下した時に、当該硫酸塩が解離して硫酸イオンを生成するためである。 Note that SO 4 in SO 4 /Zr includes all those that exist as SO 4 in the plating solution regardless of whether they are ions or nonions. Therefore, SO 4 in SO 4 /Zr includes not only sulfate ions (SO 4 2− ) but also hydrogen sulfate ions HSO 4 2− and SO in sulfates such as undissociated zinc sulfate (ZnSO 4 ). 4 is also included. The reason why SO 4 in sulfate such as undissociated zinc sulfate (ZnSO 4 ) is included is that when the concentration of sulfate ions in the plating solution decreases, the sulfate dissociates to generate sulfate ions. It is for
めっき液のSO4/Zrは、めっき液のSO4濃度とZr濃度から算出することができる。めっき液中のSO4濃度は、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により測定することができる。 The SO 4 /Zr ratio of the plating solution can be calculated from the SO 4 concentration and Zr concentration of the plating solution. The SO 4 concentration in the plating solution can be measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).
SO4/Zrは、硫酸源の添加量や塩基性炭酸ジルコニウムの添加量によって調整することができる。SO4/Zrを大きくするためには、例えば、硫酸源の添加量を多くしたり、塩基性炭酸ジルコニウムの添加量を少なくしたりすることが好ましい。 SO 4 /Zr can be adjusted by the amount of sulfuric acid source added and the amount of basic zirconium carbonate added. In order to increase SO 4 /Zr, for example, it is preferable to increase the amount of the sulfuric acid source and decrease the amount of basic zirconium carbonate.
また、上記成分に加えて、導電助剤をさらに混合する場合、めっき液中の導電助剤の含有量は、その種類にもよるが、例えば硫酸塩を用いる場合、硫酸濃度で2.9mol/L以下であることが好ましい。硫酸濃度が2.9mol/L以下であると、常温(25℃程度)で保管しても、導電助剤が析出しにくく、休止後の次の電気めっきの際に障害となるのを抑制できる。なお、硫酸濃度とは、イオン、非イオンに関係なく、添加した硫酸塩に対応する硫酸の体積当たりのモル数であり、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により硫酸塩のカチオンの濃度(硫酸ナトリウムであればナトリウムの濃度)を測定し、硫酸塩の化学式によりアニオンとなる硫酸の濃度を求めることができる。 In addition to the above components, when a conductive additive is further mixed, the content of the conductive additive in the plating solution varies depending on the type. L or less is preferable. When the sulfuric acid concentration is 2.9 mol/L or less, the conductive aid is less likely to precipitate even when stored at room temperature (about 25°C), and it is possible to suppress hindrance during the next electroplating after rest. . The sulfuric acid concentration is the number of moles per volume of sulfuric acid corresponding to the added sulfate, regardless of whether it is ionic or nonionic. (In the case of sodium sulfate, the concentration of sodium) can be measured, and the concentration of sulfuric acid, which becomes an anion, can be obtained from the chemical formula of the sulfate.
なお、本工程では、コロイド粒子が良好に分散した水溶液、すなわち、めっき液を得ることができるが、めっき液中のコロイド粒子をより安定に分散させ、めっき層中にZr成分をより安定に含有させる観点では、2)の工程をさらに行うことが好ましい。 In this step, an aqueous solution in which colloidal particles are well dispersed, that is, a plating solution can be obtained. It is preferable to further perform the step 2) from the viewpoint of making the
2)の工程について
本工程では、上記1)で得られためっき液を、さらにエージングさせる。
2) Step In this step, the plating solution obtained in 1) above is further aged.
エージングは、上記1)の工程で生成したコロイド粒子の粒径が、適度に小さくなるように行うことが好ましい。具体的には、コロイド粒子は、配位したOHを介して2以上のZr原子が結合した重合体で構成されるが、時間の経過とともに当該重合体のジルコニウム原子間のOHが脱離してSO4と置換して、低分子量化する。その結果、生成直後よりもコロイド粒子が小粒径化するため、より高分散したコロイド粒子を含むめっき液を得ることができる。 Aging is preferably carried out so that the particle size of the colloidal particles produced in step 1) is appropriately reduced. Specifically, the colloidal particles are composed of a polymer in which two or more Zr atoms are bonded via coordinated OH. 4 to lower the molecular weight. As a result, the colloidal particles have a smaller particle size than immediately after generation, so that a plating solution containing highly dispersed colloidal particles can be obtained.
エージング後のめっき液中のコロイド粒子の平均粒子径は、めっき液中でより安定に分散させることができ、かつめっき層に安定にZr成分を含有させうる程度であればよく、特に制限されない。例えば、めっき層に安定にZr成分を含有させることができ、めっき液を流動させない状態で保管する場合でも、コロイド粒子が沈殿しないようにする観点では、動的光散乱法で測定されるコロイド粒子のキュムラント平均粒子径は、0.5~500nmであることが好ましい。コロイド粒子のキュムラント平均粒子径が0.5nm以上であると、コロイド粒子がめっき層に取り込まれやすく、500nm以下であると、めっき液を流動させなくても、コロイド粒子が沈殿しにくい。コロイド粒子のキュムラント平均粒子径は、同様の観点から、0.7~350nmであることがより好ましい。 The average particle size of the colloidal particles in the plating solution after aging is not particularly limited as long as it can be dispersed more stably in the plating solution and the Zr component can be stably contained in the plating layer. For example, from the viewpoint of stably containing the Zr component in the plating layer and preventing the colloidal particles from precipitating even when the plating solution is stored in a non-fluid state, the colloidal particles measured by the dynamic light scattering method The cumulant average particle size of is preferably 0.5 to 500 nm. When the cumulant average particle size of the colloidal particles is 0.5 nm or more, the colloidal particles are easily incorporated into the plating layer, and when it is 500 nm or less, the colloidal particles are less likely to precipitate without flowing the plating solution. From the same point of view, the colloidal particles preferably have a cumulant average particle size of 0.7 to 350 nm.
コロイド粒子のキュムラント平均粒子径は、JIS Z 8828:2019(ISO 22412:2017)に準拠する動的光散乱法により25℃においてキュムラント平均粒子径として測定することができる。なお、JIS Z 8828:2019は、ISO22412:2017に対応する。 The cumulant average particle size of colloidal particles can be measured as the cumulant average particle size at 25° C. by a dynamic light scattering method conforming to JIS Z 8828:2019 (ISO 22412:2017). JIS Z 8828:2019 corresponds to ISO22412:2017.
コロイド粒子の平均粒子径は、上記1)の工程における塩基性炭酸ジルコニウムの添加量や、本工程におけるエージング条件(温度、時間)により調整することができる。コロイド粒子の平均粒子径を小さくするためには、例えば上記1)の工程における塩基性炭酸ジルコニウムの添加量を少なくしたり、本工程におけるエージング温度を高くしたり、エージング時間を長くしたりすることが好ましい。 The average particle size of the colloidal particles can be adjusted by adjusting the amount of basic zirconium carbonate added in step 1) and the aging conditions (temperature, time) in this step. In order to reduce the average particle size of the colloidal particles, for example, the amount of basic zirconium carbonate added in step 1) above may be reduced, the aging temperature may be raised, and the aging time may be lengthened. is preferred.
エージングは、室温下で行ってもよいし、加温下で行ってもよい。比較的短時間でコロイド粒子を所望の平均粒子径とする観点では、エージングは、加温下で行うことが好ましい。 Aging may be performed at room temperature or under heating. From the viewpoint of making the colloidal particles have a desired average particle size in a relatively short time, aging is preferably carried out under heating.
具体的には、エージング温度は、生成したコロイド粒子の平均粒子径が所定の範囲内となるように設定されればよく、特に制限されないが、例えば40~100℃であることが好ましく、50~80℃であることがより好ましい。 Specifically, the aging temperature is not particularly limited as long as it is set so that the average particle size of the produced colloidal particles is within a predetermined range. 80° C. is more preferred.
エージング時間も、前述と同様に、生成したコロイド粒子の平均粒子径が所定の範囲内となるように設定されればよく、エージング温度にもよるが、例えば40℃でエージングを行う場合は、10~200時間であることが好ましく、50~70℃でエージングを行う場合は0.3~20時間であることが好ましい。 Similarly to the above, the aging time may be set so that the average particle size of the produced colloidal particles is within a predetermined range. It is preferably up to 200 hours, and in the case of aging at 50-70° C., it is preferably 0.3-20 hours.
エージングは、予めエージング条件(温度・時間)とコロイド粒子の平均粒子径との関係を調べておき、その結果に基づいて、所望の平均粒子径となるまで所定の条件で静置することによって行ってもよいし;所定の間隔おきに、めっき液中のコロイド粒子の平均粒子径を測定しながら、所望の平均粒子径になるまでエージングを続けることによって行ってもよい。 Aging is carried out by examining the relationship between the aging conditions (temperature and time) and the average particle size of the colloidal particles in advance, and allowing the colloidal particles to stand still under predetermined conditions until the desired average particle size is achieved. Alternatively, aging may be continued until the desired average particle size is reached while measuring the average particle size of the colloidal particles in the plating solution at predetermined intervals.
2.めっき液
本発明のめっき液は、本発明のめっき液の製造方法で得られるものである。すなわち、本発明のめっき液は、亜鉛源と、塩基性炭酸ジルコニウムと、硫酸源と、水とを混合して得られるものであり、亜鉛源と、ジルコニウム原子同士が水酸基を介して結合した重合体を含むコロイド粒子と、硫酸源と、水とを含む。
2. Plating Solution The plating solution of the present invention is obtained by the method for producing the plating solution of the present invention. That is, the plating solution of the present invention is obtained by mixing a zinc source, basic zirconium carbonate, a sulfuric acid source, and water. Contains colloidal particles containing coalescence, a source of sulfuric acid, and water.
コロイド粒子は、ジルコニウム原子同士が水酸基を介して結合した重合体で構成されており、塩基性炭酸ジルコニウムに由来するものである。めっき液中のコロイド粒子の平均粒子径は、前述と同様である。めっき液のZn濃度、Zr濃度、SO4/ZrおよびpHも、それぞれ前述と同様である。 Colloidal particles are composed of a polymer in which zirconium atoms are bonded together via hydroxyl groups, and are derived from basic zirconium carbonate. The average particle size of colloidal particles in the plating solution is the same as described above. The Zn concentration, Zr concentration, SO 4 /Zr and pH of the plating solution are also the same as described above.
本発明のめっき液は、種々の電気めっきに用いることができるが、好ましくは鋼板の表面に亜鉛系めっきを施す際の亜鉛系めっき液として好ましく用いることができる。 The plating solution of the present invention can be used for various electroplating, and is preferably used as a zinc-based plating solution for zinc-based plating on the surface of a steel sheet.
3.めっき鋼板の製造方法
本発明のめっき鋼板の製造方法は、本発明のめっき液を用いて、電気めっきを行うことにより、鋼板上にめっき層を形成する工程を含む。
3. Method for producing plated steel sheet The method for producing a plated steel sheet of the present invention includes a step of forming a plating layer on a steel sheet by performing electroplating using the plating solution of the present invention.
具体的には、めっき液中で、カソードである鋼板を、それと対向するように配置されたアノードとの間で通電させることにより、カソードである鋼板(被めっき材)の表面にめっき層を形成する。 Specifically, a plating layer is formed on the surface of the steel sheet (material to be plated), which is the cathode, by energizing the steel sheet, which is the cathode, with the anode arranged so as to face it in the plating solution. do.
カソードとなる鋼板の種類は、特に制限されないが、その例には、冷延鋼板、ステンレス鋼板(オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、フェライト・マルテンサイト二相系を含む)が含まれる。 The type of steel sheet used as the cathode is not particularly limited, but examples thereof include cold-rolled steel sheets and stainless steel sheets (including austenitic, martensitic, ferritic, and ferrite-martensite two-phase systems).
鋼板の厚みは、用途に応じて適宜設定されうる。例えば、めっき鋼板が電気機器の材料として用いられる場合は、鋼板の厚みは、例えば0.2~4.0mmであることが好ましく、軽量化の観点から、0.2~2.0mmであることが好ましい。 The thickness of the steel plate can be appropriately set according to the application. For example, when a plated steel sheet is used as a material for electrical equipment, the thickness of the steel sheet is preferably, for example, 0.2 to 4.0 mm, and from the viewpoint of weight reduction, it is 0.2 to 2.0 mm. is preferred.
アノードとしては、例えば酸化イリジウムをコーティングしたチタン電極が用いられる。 As the anode, for example, a titanium electrode coated with iridium oxide is used.
電気めっきは、鋼板(カソード)を固定して行ってもよいし(バッチ式)、鋼板(カソード)を搬送しながら行ってもよい(連続式)。また、電気めっきは、鋼板(カソード)とアノードとの間にめっき液を連続的に供給しながら行ってもよいし、供給せずに行ってもよい。さらに、電気めっきのセル構造は、横型(水平型)であってもよいし、縦型であってもよいし、ラジアル型であってもよい。 The electroplating may be performed with the steel sheet (cathode) fixed (batch type) or may be performed while the steel sheet (cathode) is conveyed (continuous type). Electroplating may be performed while continuously supplying a plating solution between the steel sheet (cathode) and the anode, or may be performed without supplying the solution. Furthermore, the electroplating cell structure may be horizontal (horizontal), vertical, or radial.
電気めっきは、めっき液を流動させることなく行ってもよいし、流動させながら行ってもよい。特にバッチ方式で電気めっきを行う場合、消費されるZnイオン、コロイド粒子、その他成分を鋼板のめっき面近傍に連続的に供給しやすくする観点では、めっき液を流動させることが好ましい。 Electroplating may be performed without flowing the plating solution, or may be performed while flowing. In particular, when electroplating is performed by a batch method, it is preferable to flow the plating solution from the viewpoint of facilitating continuous supply of consumed Zn ions, colloidal particles, and other components to the vicinity of the plated surface of the steel sheet.
具体的には、めっき液の鋼板に対する流速(相対速度)は、0.1~10m/sであることが好ましい。めっき液の相対速度が10m/s以下であると、めっき面近傍への水素イオンの供給速度が過剰になりにくいため、めっき面近傍のめっき液のpHを下げにくく、Zr酸化物の析出が阻害されにくい。また、相対流速が0.1m/s以上であると、めっき成分などをめっき面に安定に供給しうる。なお、鋼板とアノードとの間にめっき液が供給されるようなめっき装置では、電気めっき時に消費されるZn、コロイド粒子、その他成分はめっき面に連続的に供給されるため、めっき液と鋼板の相対速度はゼロでもよい。 Specifically, the flow velocity (relative velocity) of the plating solution to the steel sheet is preferably 0.1 to 10 m/s. When the relative velocity of the plating solution is 10 m/s or less, the supply rate of hydrogen ions to the vicinity of the plating surface is unlikely to be excessive, so it is difficult to lower the pH of the plating solution in the vicinity of the plating surface, and the precipitation of Zr oxide is inhibited. hard to be Further, when the relative flow velocity is 0.1 m/s or more, plating components and the like can be stably supplied to the plating surface. In addition, in a plating apparatus in which a plating solution is supplied between the steel plate and the anode, Zn, colloidal particles, and other components consumed during electroplating are continuously supplied to the plating surface, so the plating solution and the steel plate can be zero.
めっき液の温度は、鋼板のめっき面にめっき層を安定に形成できる温度であればよく、特に制限されないが、20~80℃であることが好ましい。めっき液の温度が20℃以上であると、Znイオンやコロイド粒子などのめっき成分のめっき面への拡散が低下しにくく、これらが十分に供給されやすいため、電気めっきを安定に継続しやすい。めっき液の温度が80℃以下であると、めっき液からの水の蒸発が過剰になりにくいため、めっき成分の濃化によるめっき液の組成変化が生じにくく、めっきの品質が安定しやすい。めっき液の温度は、同様の理由から、40~70℃であることがより好ましい。 The temperature of the plating solution is not particularly limited as long as it is a temperature at which a plating layer can be stably formed on the plated surface of the steel sheet, but is preferably 20 to 80°C. When the temperature of the plating solution is 20° C. or higher, diffusion of plating components such as Zn ions and colloidal particles to the plating surface is less likely to decrease, and these are easily supplied sufficiently, so that electroplating can be stably continued. When the temperature of the plating solution is 80° C. or lower, excessive evaporation of water from the plating solution is less likely to occur, so that changes in the composition of the plating solution due to thickening of the plating components are less likely to occur, and the quality of the plating is more likely to be stable. The temperature of the plating solution is more preferably 40 to 70° C. for the same reason.
電流密度は、特に制限されないが、電気めっき時の鋼板のめっき面のpHをZnと同時にZr酸化物を析出させやすくする観点、すなわち、水素発生によりめっき面のpHを上昇させやすくする観点では、10A/dm2以上であることが好ましい。電流密度が10A/dm2以上であると、鋼板のめっき面での水素の発生量が十分に増えるため、実質的にめっき面の直上でpHが適度に上昇しやすい。電流密度の上限は、pH上昇が大きくなりすぎることによる水酸化Znの発生、めっき層中への水酸化Znの混入、およびそれによる外観悪化を抑制する観点から、例えば500A/dm2以下としうる。 The current density is not particularly limited, but from the viewpoint of facilitating the deposition of Zr oxide at the same time as Zn on the plated surface of the steel sheet during electroplating, that is, from the viewpoint of facilitating the increase of the pH of the plated surface due to hydrogen generation, It is preferably 10 A/dm 2 or more. When the current density is 10 A/dm 2 or more, the amount of hydrogen generated on the plated surface of the steel sheet increases sufficiently, so that the pH tends to moderately rise substantially directly above the plated surface. The upper limit of the current density can be, for example, 500 A/dm 2 or less from the viewpoint of suppressing the generation of Zn hydroxide due to an excessive increase in pH, the contamination of the Zn hydroxide into the plating layer, and the resulting deterioration of the appearance. .
4.めっき鋼板
本発明のめっき鋼板の製造方法により得られるめっき鋼板は、鋼板と、その少なくとも一方の面に形成されためっき層とを有する。
4. Plated Steel Sheet The plated steel sheet obtained by the method for producing a plated steel sheet of the present invention has a steel sheet and a plating layer formed on at least one surface of the steel sheet.
めっき層は、Znと、Zrまたはその酸化物とを含む。 The plating layer contains Zn and Zr or its oxide.
めっき層におけるZrまたはその酸化物に由来するZrの含有量は、特に制限されないが、めっき層に対して0.1~30質量%であることが好ましく、0.2~15質量%であることがより好ましい。 The content of Zr or Zr derived from its oxide in the plating layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.2 to 15% by mass with respect to the plating layer. is more preferred.
めっき層におけるZrの含有量は、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)や一次線を電子線としたエネルギー分散型X線分光法により測定することができる。 The Zr content in the plating layer can be measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) or energy dispersive X-ray spectroscopy using an electron beam as the primary beam.
めっき層は、上記以外の他の成分、例えば合金成分や、導電助剤に由来する成分(Na、Al、Mgなど)をさらに含んでもよい。他の成分の合計含有量は、めっき層に対して好ましくは5質量%以下でありうる。 The plated layer may further contain components other than those described above, such as alloy components and components derived from conductive aids (Na, Al, Mg, etc.). The total content of other components may preferably be 5% by mass or less with respect to the plating layer.
めっき層の付着量は、特に制限されないが、片面あたり1~60g/m2であることが好ましく、2~30g/m2であることがより好ましい。 The coating weight of the plating layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 60 g/m 2 per side, more preferably 2 to 30 g/m 2 .
めっき鋼板は、例えば自動車、電気機器、建材、塗装鋼板の原板として好ましく用いることができる。 Plated steel sheets can be preferably used as base sheets for automobiles, electrical equipment, building materials, and coated steel sheets, for example.
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited by these examples.
1.めっき液の構成成分
(1)ジルコニウム源(Zr源)
塩基性炭酸Zr:塩基性炭酸ジルコニウム(Zr(OH)x(CO3)y・zH2O、x=3.1、y=0.45、z=7.2)、Zr(Hf)O2換算濃度40.3質量%、Hf/Zr=0.01(モル比)、平均粒子径12μm
水酸化Zr:水和水酸化ジルコニウム、Zr(OH)4・n(H2O)、Zr(Hf)O2換算濃度29.8質量%、平均粒子径3.0μm
酸化Zr:酸化ジルコニウム(ZrO2)、平均粒子径1.6μm
硫酸Zr:硫酸ジルコニウム四水和物(Zr(SO4)2・4H2O)、平均粒子径2.4μm
1. Components of plating solution (1) Zirconium source (Zr source)
Zr basic carbonate: basic zirconium carbonate (Zr(OH)x( CO3 ) yzH2O , x=3.1, y=0.45, z=7.2), Zr(Hf) O2 Converted concentration 40.3% by mass, Hf/Zr = 0.01 (molar ratio), average particle size 12 µm
Zr hydroxide: hydrated zirconium hydroxide, Zr(OH) 4.n ( H2O ), Zr(Hf) O2 conversion concentration 29.8% by mass, average particle size 3.0 μm
Zr oxide: zirconium oxide (ZrO 2 ), average particle size 1.6 μm
Zr sulfate: zirconium sulfate tetrahydrate (Zr( SO4 ) 2.4H2O ), average particle size 2.4 µm
Zr源の組成および平均粒子径は、それぞれ以下の方法で測定した。 The composition and average particle size of the Zr source were each measured by the following methods.
(Zr、Hf濃度)
Zr源のZr、Hfの濃度は、EDTA滴定法により測定し、Zr(Hf)O2濃度に換算した。
(Zr, Hf concentration)
The concentrations of Zr and Hf in the Zr source were measured by the EDTA titration method and converted to Zr(Hf)O 2 concentrations.
(塩基性炭酸Zrの組成)
1)まず、希硫酸に溶解した時のCO2発生による重量減少からCO3量(M1)を測定した。このとき、塩基性炭酸Zr溶解後も、希硫酸のpHはゼロ以下になるようにした。
2)次いで、塩基性炭酸Zrを600℃に加熱し、H2OとCO2を脱離させたときの重量減少から、H2O量とCO3量の合計量(M2)を測定した。
3)上記2)で得られた合計量(M2)から、上記1)で得られた希硫酸で求めたCO3量(M1)を差し引いて、H2O量を算出した。これらの量比とモル質量から、組成(式(1)のx、y、z)を特定した。
(Composition of basic Zr carbonate)
1) First, the amount of CO 3 (M1) was measured from the weight loss due to the generation of CO 2 when dissolved in dilute sulfuric acid. At this time, the pH of the dilute sulfuric acid was adjusted to be zero or less even after the basic Zr carbonate was dissolved.
2) Next, basic Zr carbonate was heated to 600° C., and the total amount of H 2 O and CO 3 (M2) was measured from the weight loss when H 2 O and CO 2 were desorbed.
3) The amount of H 2 O was calculated by subtracting the amount of CO 3 (M1) obtained with dilute sulfuric acid obtained in 1) above from the total amount (M2) obtained in 2 ) above. The composition (x, y, z in formula (1)) was identified from these quantitative ratios and molar masses.
(平均粒子径)
ジルコニウム源の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定した。分散媒は、エタノールとした。メジアン径を平均粒子径とした。
(Average particle size)
The average particle size of the zirconium source was measured by a laser diffraction/scattering method. Ethanol was used as the dispersion medium. The median diameter was defined as the average particle diameter.
(2)亜鉛源(Zn源)
硫酸Zn:硫酸亜鉛 七水和物(ZnSO4・7H2O、平均粒子径0.4mm)
金属Zn:金属亜鉛(Zn)、粒子径3~7mm
酸化Zn:酸化亜鉛(ZnO)、平均粒子径1μm
(2) Zinc source (Zn source)
Zn sulfate: zinc sulfate heptahydrate ( ZnSO4.7H2O , average particle size 0.4 mm)
Metal Zn: Metal zinc (Zn), particle size 3 to 7 mm
Zn oxide: Zinc oxide (ZnO), average particle size 1 μm
(3)硫酸源
硫酸(H2SO4)、硫酸亜鉛七水和物(亜鉛源で使用した場合)、導電助剤(導電助剤を使用した場合)
(3) Sulfuric acid source Sulfuric acid (H 2 SO 4 ), zinc sulfate heptahydrate (when used as zinc source), conductive aid (when conductive aid is used)
(4)導電助剤
硫酸Na:硫酸ナトリウム無水物、Na2SO4、固体(粉体)
硫酸Al:硫酸アルミニウム水和物、Al2(SO4)3・nH2O、Al濃度:Al2O3換算で16.5質量%、固体(粉体)
硫酸Mg:硫酸マグネシウム七水和物、MgSO4・7H2O、固体(粉体)
(4) Conductive agent Na sulfate: sodium sulfate anhydride, Na 2 SO 4 , solid (powder)
Al sulfate: aluminum sulfate hydrate, Al 2 (SO 4 ) 3.nH 2 O, Al concentration: 16.5% by mass in terms of Al 2 O 3 , solid (powder)
Mg sulfate: magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4.7H2O , solid ( powder )
(5)pH調整剤
硫酸、水酸化ナトリウム
(5) pH adjuster sulfuric acid, sodium hydroxide
2.めっき液の作製および評価
<試験1~2、4~6および10>
表1に示される組成およびpHとなるように、各成分およびイオン交換水を表1に示される温度で混合して、めっき液を得た(混合工程)。
2. Preparation and Evaluation of Plating Solution <Tests 1-2, 4-6 and 10>
Each component and ion-exchanged water were mixed at the temperature shown in Table 1 so as to have the composition and pH shown in Table 1 to obtain a plating solution (mixing step).
<試験3、7~9および11~31>
表1に示される組成およびpHとなるように、各成分およびイオン交換水を表1に示される温度で混合した(混合工程)。pHは、硫酸の添加量で調整した。次いで、得られた水溶液を、表1に示される温度で2時間静置させて(エージング工程)、めっき液とした。
<Tests 3, 7-9 and 11-31>
Each component and ion-exchanged water were mixed at the temperature shown in Table 1 so as to obtain the composition and pH shown in Table 1 (mixing step). The pH was adjusted by the amount of sulfuric acid added. Next, the resulting aqueous solution was allowed to stand at the temperature shown in Table 1 for 2 hours (aging step) to obtain a plating solution.
<評価>
得られためっき液のpH、コロイド粒子の平均粒子径およびその分散性を、以下の方法で測定した。
<Evaluation>
The pH of the obtained plating solution, the average particle size of the colloidal particles and the dispersibility thereof were measured by the following methods.
(pH)
得られためっき液のpHをガラス電極、比較電極および温度補償電極の3つを一体化した複合電極を用いて、エージング後に表1に記載の混合時と同じ温度で測定した。
(pH)
The pH of the resulting plating solution was measured after aging at the same temperature as during mixing shown in Table 1 using a composite electrode in which three electrodes, a glass electrode, a reference electrode and a temperature compensation electrode, were integrated.
(コロイド粒子の平均粒子径)
得られためっき液のコロイド粒子の平均粒子径(キュムラント平均粒子径)を、動的散乱法(JIS Z 8828)で測定した。測定は25℃で行った。
(Average particle size of colloidal particles)
The average particle size (cumulant average particle size) of the colloidal particles in the obtained plating solution was measured by the dynamic scattering method (JIS Z 8828). Measurements were made at 25°C.
(分散性)
得られためっき液を容器に入れて室温で48時間保管した後、コロイド粒子の分散性を目視観察した。そして、以下の基準で分散性を評価した。
◎:添加したZr源が全て沈殿することなく安定して分散し、めっき液を容器に入れて100mm高さにした場合に、容器の底の状態が判別できる。加えて、コロイド粒子の平均粒子径が10nm以下となり、めっき液の白濁度が、下記○の基準よりも低く、透明度が高い。
○:添加したZr源が全て沈殿することなく安定して分散し、めっき液を容器に入れ100mm高さにした場合に、白濁度が低く、容器の底の状態が判別できる。
△:添加したZr源が沈殿することなく安定して分散するが、めっき液を容器に入れ100mm高さにした場合に、白濁により容器の底の状態を判別できない。
×:添加したZr源の一部でも沈降もしくは凝集する。
(dispersibility)
The resulting plating solution was placed in a container and stored at room temperature for 48 hours, after which the dispersibility of the colloidal particles was visually observed. Then, the dispersibility was evaluated according to the following criteria.
A: All the added Zr source was stably dispersed without precipitating, and the state of the bottom of the container could be determined when the plating solution was placed in the container and raised to a height of 100 mm. In addition, the colloidal particles have an average particle size of 10 nm or less, and the plating solution has a lower degree of white turbidity than the criteria indicated by ◯ below and a high degree of transparency.
◯: All the added Zr source was stably dispersed without sedimentation, and when the plating solution was placed in a container and raised to a height of 100 mm, the degree of cloudiness was low and the state of the bottom of the container could be determined.
Δ: The added Zr source is stably dispersed without precipitating, but when the plating solution is placed in a container and raised to a height of 100 mm, the state of the bottom of the container cannot be determined due to cloudiness.
x: Even part of the added Zr source precipitates or aggregates.
試験1~31で得られためっき液の作製条件および評価結果を、表1に示す。なお、表1におけるZr、Zn、Na、Al、Mg、SO4の濃度は、各成分の添加量をモル濃度(mol/L)として記載した。すなわち、各成分について、分散しているかどうかに関係なく、各成分の添加モル数を溶液の体積で割った数値を記載した。亜鉛源および導電助剤は、いずれも全て溶解した。 Table 1 shows the preparation conditions and evaluation results of the plating solutions obtained in Tests 1 to 31. The concentrations of Zr, Zn, Na, Al, Mg, and SO 4 in Table 1 are expressed as molar concentrations (mol/L) of the added amounts of each component. That is, for each component, regardless of whether it is dispersed or not, the number of moles of each component added divided by the volume of the solution is listed. All of the zinc source and conductive aid dissolved.
表1に示されるように、ジルコニウム源として塩基性炭酸Zrを用いた試験1~26(本発明)では、室温でも良好に分散することがわかる。 As shown in Table 1, tests 1-26 (invention) using basic Zr carbonate as the zirconium source show good dispersion even at room temperature.
特に、SO4/Zrのモル比が1.5以上であると、平均粒子径が小さくなり、一層分散性が高まることがわかる(試験9と11の対比)。 In particular, when the molar ratio of SO 4 /Zr is 1.5 or more, the average particle size becomes small and the dispersibility is further enhanced (comparison between Tests 9 and 11).
また、pHが3.0以下であると分散し、pHが2.8以下であると粒子径が低下し、分散性が一層高まることがわかる(試験19と20の対比)。 Further, it can be seen that when the pH is 3.0 or less, the particles are dispersed, and when the pH is 2.8 or less, the particle size decreases and the dispersibility is further enhanced (comparison between Tests 19 and 20).
また、混合温度およびエージング温度を高くするほど、分散性が高くなることがわかる(試験5、12および16の対比)。 It can also be seen that the higher the mixing temperature and the aging temperature, the higher the dispersibility (compare Tests 5, 12 and 16).
これに対し、ジルコニウム源として水酸化Zrを用いた試験27~29(比較例)では、60℃に加熱しても分散せず、SO4/Zrを23付近まで高くしても、分散しない(沈降する)ことがわかる。また、ジルコニウム源として酸化Zrを用いた試験30~31では、SO4/Zrを3600付近まで高くしても、分散しない(沈降する)ことがわかる。 On the other hand, in Tests 27 to 29 (comparative examples) using Zr hydroxide as a zirconium source , dispersion did not occur even when heated to 60° C. sedimentation). In addition, in Tests 30 and 31 using Zr oxide as the zirconium source, even if SO 4 /Zr is increased to around 3600, it is found that the particles do not disperse (settle).
<試験32~35>
表2に示される組成およびpHとなるように、各成分およびイオン交換水を混合(混合工程)およびエージングした以外は試験1と同様にしてめっき液を得た。なお、試験35では、Zr源かつ硫酸源として(強酸性の)硫酸Zrを用いたため、pHの調整は、水酸化Naの添加により行った。
<Tests 32-35>
A plating solution was obtained in the same manner as in Test 1 except that each component and ion-exchanged water were mixed (mixing step) and aged so that the composition and pH shown in Table 2 were obtained. In Test 35, since Zr sulfate (strongly acidic) was used as both the Zr source and the sulfuric acid source, the pH was adjusted by adding Na hydroxide.
<評価>
試験32~35で得られためっき液のpH、コロイド粒子の平均粒子径およびその分散性を、前述と同様の方法で測定した。
<Evaluation>
The pH of the plating solutions obtained in Tests 32 to 35, the average particle size of colloidal particles and their dispersibility were measured in the same manner as described above.
試験32~35で得られためっき液の作製条件および評価結果を、表2に示す。 Table 2 shows the preparation conditions and evaluation results of the plating solutions obtained in Tests 32-35.
表2に示されるように、前述と同様、ジルコニウム源として塩基性炭酸Zrを用いた試験32~34(本発明)では、モル比(SO4/Zr)が低くても、分散性が高いことがわかる。 As shown in Table 2, in tests 32 to 34 (invention) using basic Zr carbonate as the zirconium source, the dispersibility was high even when the molar ratio ( SO /Zr) was low. I understand.
これに対し、ジルコニウム源として硫酸Zrを用いた試験35(比較例)では、コロイド粒子そのものがなく、粒径が計測されなかった。 In contrast, in Test 35 (comparative example) using Zr sulfate as the zirconium source, there were no colloidal particles themselves, and the particle size was not measured.
3.めっき鋼板の作製
<試験36~44>
(前処理)
鋼板として、焼鈍済みの冷延鋼板(低炭素アルミキルド鋼)を準備した。これを、2.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液中で電解脱脂した後、その後5質量%の硫酸水溶液中で酸洗した。
3. Preparation of plated steel sheet <Tests 36 to 44>
(Preprocessing)
An annealed cold-rolled steel sheet (low-carbon aluminum-killed steel) was prepared as the steel sheet. This was electrolytically degreased in a 2.5% by mass sodium hydroxide aqueous solution, and then pickled in a 5% by mass sulfuric acid aqueous solution.
(電気めっき)
そして、めっき装置として、矩形管を縦方向に配置し、その中にアノードとそれに対向するように鋼板をセット可能なタイプの縦型のめっき装置を準備した。そして、表3に示されるめっき液8Lを、上記めっき装置の矩形の管内に循環(投入および流動)させた。そして、当該めっき液中に、上記酸洗した鋼板を浸漬させた。アノード電極を、鋼板に対向するように10mmの間隔をおいて配置した。アノード電極としては、チタンに酸化イリジウムをコーティングしたものを用いた。そして、表3に示される電流密度およびめっき液の流速の条件下で、電気めっきを行い、めっき鋼板を得た。めっき付着量は20g/m2とした。
(Electroplating)
As a plating apparatus, a vertical plating apparatus was prepared in which a rectangular tube was arranged in the vertical direction and an anode and a steel sheet could be set therein so as to face the anode. Then, 8 L of the plating solution shown in Table 3 was circulated (thrown in and flowed) in the rectangular tube of the plating apparatus. Then, the pickled steel plate was immersed in the plating solution. The anode electrodes were arranged at intervals of 10 mm so as to face the steel plate. As the anode electrode, titanium coated with iridium oxide was used. Then, electroplating was performed under the conditions of the current density and the flow rate of the plating solution shown in Table 3 to obtain a plated steel sheet. The amount of plating deposited was 20 g/m 2 .
<評価>
得られためっき層中のZr濃度を、以下の方法で測定した。
<Evaluation>
The Zr concentration in the obtained plating layer was measured by the following method.
(Zr濃度)
Zr濃度は、一次線を15keVの電子線としたエネルギー分散型X線分光法により測定した。
(Zr concentration)
The Zr concentration was measured by energy dispersive X-ray spectroscopy using an electron beam of 15 keV as the primary beam.
試験36~44の評価結果を、表3に示す。 Table 3 shows the evaluation results of Tests 36-44.
表3に示されるように、試験32~34で作製しためっき液(本発明)を用いた試験36~43では、Zr、具体的にはZr酸化物がめっき層に1質量%以上含まれることがわかる。また、電流密度が高くなるにつれ、めっき層中のZr濃度がさらに高くなることがわかる。 As shown in Table 3, in Tests 36 to 43 using the plating solutions (present invention) prepared in Tests 32 to 34, Zr, specifically Zr oxide, was contained in the plating layer in an amount of 1% by mass or more. I understand. Also, it can be seen that the higher the current density, the higher the Zr concentration in the plating layer.
これに対し、試験35で作製しためっき液(比較例)を用いた試験44では、めっき層に含まれるZrの含有量は0.1質量%未満であり、ほとんど含まれないことがわかる。 On the other hand, in Test 44 using the plating solution (comparative example) prepared in Test 35, the content of Zr contained in the plating layer was less than 0.1% by mass, indicating that it is hardly contained.
本発明によれば、有害な副生成物の発生や硫酸成分の過剰な蓄積を抑制しつつ、鋼板上にZr成分を含む亜鉛系めっき層を安定に形成することができるめっき液の製造方法、めっき液およびそれを用いためっき鋼板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing a plating solution capable of stably forming a zinc-based plating layer containing a Zr component on a steel sheet while suppressing the generation of harmful by-products and excessive accumulation of sulfuric acid components, A plating solution and a method for producing a plated steel sheet using the same can be provided.
Claims (8)
前記めっき液を、前記塩基性炭酸ジルコニウムから生成したコロイド粒子の動的光散乱法で測定されるキュムラント平均粒子径が0.5~500nmとなるように加温してエージングする工程と、
を含み、
前記塩基性炭酸ジルコニウムは、下記式(1)で表され、且つアンモニウムが結合していない、
めっき液の製造方法。
式(1):Zr(OH) x (CO 3 ) y ・zH 2 O
(式(1)において、0<x≦6、0.1≦y≦4、0≦z≦10である) mixing a zinc source, a basic zirconium carbonate, a sulfuric acid source, and water to obtain a plating solution having a pH of 3.0 or less ;
A step of heating and aging the plating solution so that the colloidal particles generated from the basic zirconium carbonate have a cumulant average particle size measured by a dynamic light scattering method of 0.5 to 500 nm;
including
The basic zirconium carbonate is represented by the following formula (1) and ammonium is not bound,
A method for producing a plating solution.
Formula ( 1): Zr ( OH) x ( CO3 ) yzH2O
(In formula (1), 0 < x ≤ 6, 0.1 ≤ y ≤ 4, 0 ≤ z ≤ 10)
請求項1に記載のめっき液の製造方法。 the zinc source comprises zinc sulfate;
The method for producing the plating solution according to claim 1 .
請求項1又は2に記載のめっき液の製造方法。 the sulfuric acid source comprises sulfuric acid;
A method for producing a plating solution according to claim 1 or 2 .
請求項1~3のいずれか一項に記載のめっき液の製造方法。 The molar ratio SO 4 /Zr between SO 4 and Zr in the plating solution is 1.5 or more.
A method for producing a plating solution according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1~4のいずれか一項に記載のめっき液の製造方法。 The plating solution has a pH of 0.1 to 3.0.
A method for producing a plating solution according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1~5のいずれか一項に記載のめっき液の製造方法。 Further comprising a step of aging the plating solution at 40 to 100 ° C.
A method for producing a plating solution according to any one of claims 1 to 5 .
前記めっき液を用いて電気めっきを行うことにより、鋼板上にめっき層を形成する工程を含む、
めっき鋼板の製造方法。 A step of obtaining a plating solution by the method for producing a plating solution according to any one of claims 1 to 6;
A step of forming a plating layer on the steel sheet by performing electroplating using the plating solution,
A method for producing a plated steel sheet.
請求項7に記載のめっき鋼板の製造方法。 The electroplating is performed at a current density of 10 A / dm 2 or more,
A method for producing a plated steel sheet according to claim 7 .
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