JP2002256407A - 黒色を呈する溶融アルミニウムめっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

黒色を呈する溶融アルミニウムめっき鋼板及びその製造方法

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JP2002256407A
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Tadaaki Miono
忠昭 三尾野
Yasunori Hattori
保徳 服部
Fukio Yoshizaki
布貴男 吉崎
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境や周辺部材との調和性に優れ、熱吸収性
も良好な黒色色調が付与された溶融アルミニウムめっき
鋼板を提供する。 【構成】 Si:3〜15質量%,Fe:1.0〜5.
0質量%を含む溶融アルミニウムめっき層の上に明度L
値60以下の黒色皮膜が設けられている。溶融アルミニ
ウムめっき鋼板を熱水に浸漬することにより、Si及び
Feの化合物を含む皮膜が溶融アルミニウムめっき層の
表面に生成し、L値60以下の黒色色調が溶融アルミニ
ウムめっき鋼板に付与される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、環境や周囲の部材と調
和する黒色の色調が付与され、熱吸収性も良好な溶融ア
ルミニウムめっき鋼板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融アルミニウムめっき鋼板は、耐食
性,耐熱性に優れた溶融アルミニウムめっき層の特性を
活用し、過酷な腐食雰囲気に曝される構造部材,建築用
部材,加熱機器構造材,燃焼ガス排気系等、広範な分野
で使用されている。溶融アルミニウムめっき鋼板は、工
場や倉庫の屋根材,壁材等に広く使用されている。しか
し、溶融めっきしたままの状態では金属光沢のある銀白
色を呈するため、一般住宅用途では高い金属光沢や銀白
色が環境との調和に欠けることが嫌われ、防眩性の点で
も問題視されることがある。調理器具等の加熱機器に使
用する用途では、溶融アルミニウムめっき層表面の熱反
射率が高いことから加熱効率を低下させる原因になる。
マフラー等の燃焼ガス排気系に使用すると、溶融アルミ
ニウムめっき鋼板製鋼管の金属光沢が強く、嗜好性が要
求される自動車やオートバイにあっては商品価値を損な
いかねない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】黒色の塗膜を設けるこ
とによって溶融アルミニウムめっき鋼板の金属光沢及び
銀白色の色調を隠蔽できるが、紫外線照射等の環境に曝
されると塗膜の化学反応,光化学反応によって明度や色
調が劣化する。また、塗膜で色調を付与した溶融アルミ
ニウムめっき鋼板にあっては、塗膜の耐熱性から用途が
拘束される。塗膜によらず金属光沢を抑える方法として
サンドブラスト,ショットブラスト等があるが、これら
の方法では環境と調和しやすい色調を溶融アルミニウム
めっき鋼板に付与できない。基材がアルミニウムの場
合、沸騰水浸漬によって黒色色調を付与する方法も知ら
れているが、所定明度を得るために長時間の浸漬処理が
必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、溶融アルミニウ
ムめっき鋼板を熱水に浸漬するだけの簡単な処理で、明
度がL値60以下と低く、環境や周辺部材との調和性に
優れ、塗装製品では得られない高級感,重厚感があり、
熱吸収性も良好な黒色溶融アルミニウムめっき鋼板を提
供することを目的とする。
【0005】本発明の溶融アルミニウムめっき鋼板は、
その目的を達成するため、Si:3〜15質量%,F
e:1.0〜5.0質量%を含む溶融アルミニウムめっ
き層が鋼板表面に形成されており、熱水浸漬によって生
成した明度L値60以下の黒色皮膜が溶融アルミニウム
めっき層の表層に設けられていることを特徴とする。溶
融アルミニウムめっき鋼板を熱水に浸漬すると、Si及
びFeの化合物を含む皮膜を溶融アルミニウムめっき層
の表面に生成し、溶融アルミニウムめっき鋼板に黒色色
調が付与される。
【0006】
【作用】本発明が対象とする溶融アルミニウムめっき鋼
板は、Si:3〜15質量%,Fe:1.0〜5.0質
量%を含む溶融アルミニウムめっき層が鋼板表面に形成
されている。この溶融アルミニウムめっき鋼板を熱水に
浸漬すると、短時間で明度L値60以下の黒色色調が付
与される。沸騰水浸漬処理でアルミニウム材料に黒色を
付与すること自体は、特公昭55−36271号公報,
特開平3−236109号公報等で知られているところ
であるが、何れもアルミニウム材料を基材としている。
そのため、溶融アルミニウムめっき鋼板を熱水浸漬する
場合に比較して、必要な明度の色調を得るため長時間の
浸漬処理が必要になる。因みに、特公昭55−3627
1号公報では、Feイオンを含む沸騰水を使用すること
によってベーマイト(Al23・H2O)の生成を促進さ
せているが、この場合でも30分程度の長時間浸漬が必
要とされている。
【0007】これに対し、Si及びFeを含む溶融アル
ミニウムめっき層が形成されている溶融アルミニウムめ
っき鋼板を熱水に浸漬すると、アルミニウム水和酸化物
皮膜がめっき層の表層に形成される。このアルミニウム
水和酸化物皮膜が短時間で黒色化する理由は次のように
推察される。めっき層にSi及びFeを含む溶融アルミ
ニウムめっき鋼板は、めっき層の凝固過程でめっき浴と
の反応によって素地鋼板の表層部に形成されたAl−F
e−Si系合金層の上層で核発生が生じ、α−Al相が
樹枝状に成長すると共にFe系化合物も析出開始する。
更に凝固が進行すると、最終凝固部となるめっき層表層
部にSiが晶出し、Fe系化合物も表層部に押し出され
ながら凝固が完了する。したがって、めっき層表層部に
Si及びFe系の化合物が著しく濃化する。めっき層の
表層部に濃化している微細なSi及びFe系の化合物
は、水和酸化物皮膜の成長過程で皮膜に取り込まれる。
皮膜に取り込まれたSi及びFe系の化合物は、入射光
の散乱を促進させ、めっき層表層に黒色の色調を付与す
る。
【0008】
【実施の形態】溶融アルミニウムめっき層に含まれてい
るSi及びFe系化合物は、熱水浸漬によって形成され
るアルミニウム水和酸化物皮膜に混入し、皮膜の黒色度
を上げる。黒色度向上は、3質量%以上のSi及び1.
0質量%以上のFeで顕著になる。しかし、15質量%
を超える過剰量のSiが溶融アルミニウムめっき層に含
まれると、溶融状態の溶融めっき金属が凝固する際に粗
大な硬質の初晶Siが生成しやすく、溶融アルミニウム
めっき鋼板の加工性を著しく低下させる。黒色化に及ぼ
すFeの影響は、Fe含有量5.0質量%で飽和する。
5.0質量%を超える過剰量のFeを溶融アルミニウム
めっき層に含ませることは、却って溶融アルミニウムめ
っき鋼板自体の耐食性に悪影響を及ぼす。
【0009】溶融アルミニウムめっき層は、Si,Fe
以外にもMg,Mn,Cu,Ni,Cr,V,Ti,Z
r,P,Na,Sb,Sr等を含んでも良い。所定量の
Si及びFeを含む溶融アルミニウムめっき層を熱水に
浸漬処理するとき、Si及びFeの化合物混入によって
黒色度の高い皮膜が形成される。熱水としては、60℃
〜沸騰点の温度域に保持した水道用水,工業用水等が使
用される。なかでも、リン酸イオンPO4 3-やCa,M
g,Fe等の金属イオンを含む熱水を使用すると、浸漬
処理中に熱水から金属イオンがアルミニウム水和酸化物
皮膜に取り込まれ、生成した皮膜の明度が一層低下す
る。これらイオンが黒色化に及ぼす影響は、10ppm
以上の濃度で顕著になる。
【0010】熱水浸漬処理は、60℃〜沸騰点の温度域
で実施することが好ましい。浸漬温度が60℃を下回る
と、めっき層表層と熱水との反応が遅延し、必要な黒色
度をもつ皮膜の生成に長時間を要する。L値60以下の
黒色皮膜は、溶融アルミニウムめっき鋼板を熱水に5分
以上浸漬することによって生成する。黒色皮膜は浸漬時
間が長くなるほど厚く成長し、L値も低下する。皮膜が
膜厚0.05μm程度に成長すると、黒色色調が発現す
る。
【0011】黒色色調が付与された溶融アルミニウムめ
っき鋼板は、熱水浸漬処理後に乾燥される。乾燥条件
は、自然乾燥(換言すると、熱水から引き上げた溶融ア
ルミニウムめっき鋼板を放置)或いは温風を吹き付ける
強制乾燥の何れであってもよい。形成された黒色皮膜
は、通常の塗装製品と比較すると長期にわたってL値6
0以下の安定した黒色色調を維持する。熱水浸漬後の乾
燥だけで必要とする黒色色調が付与され、特公平55−
36271号公報のように沸騰水浸漬処理後の水蒸気雰
囲気下における加熱処理を必要としないことから、プロ
セス自体も簡略化される。
【0012】
【実施例】Si含有量及びFe含有量が種々異なる膜厚
30μmの溶融アルミニウムめっき層を設けた溶融アル
ミニウムめっき鋼板を用意した。浸漬処理用の熱水とし
ては、60〜100℃に加熱保持した水道水を使用し
た。溶融アルミニウムめっき鋼板を熱水に5分間浸漬し
た後、熱水から引き上げ、自然乾燥させた。自然乾燥し
た溶融アルミニウムめっき鋼板の表面を観察し、色差計
を用いて明度L値を測定した。また、各溶融アルミニウ
ムめっき鋼板に曲げ角度180度の2t曲げ試験を施し
た後、曲げ部外側のめっき層を観察し、クラックの発生
程度を調査した。僅かにクラックが発生したものを○,
クラックが発生したものを×として、溶融アルミニウム
めっき鋼板の加工性を評価した。
【0013】表1の調査結果にみられるように、本発明
で規定した範囲でSi及びFeを含む溶融アルミニウム
めっき層が形成されている溶融アルミニウムめっき鋼板
を熱水浸漬処理したものでは、何れもL値が60以下と
黒色度の高い色調が付与されていた。また、曲げ試験の
結果から、加工性も良好なことが判った。なお、めっき
層の組成は、NaOH水溶液を用いてめっき層を溶解
し、ICP発光分光法で測定した。これに対し、Fe含
有量が少ない溶融アルミニウムめっき層に形成された皮
膜(試験番号1,5,9,13)は、L値が60を下回
らず、明度低下が不充分な皮膜が形成されていた。
【0014】Si含有量が少ない溶融アルミニウムめっ
き層に形成された皮膜(試験番号17〜24)も、L値
が60を下回らず、明度低下が不充分な皮膜が形成され
ていた。また、Si含有量の低下に伴って下地鋼/溶融
アルミニウムめっき層の界面にAl−Fe−Siの合金
層が厚く成長したため、曲げ加工部に大きなクラックが
生じていた。逆にSi含有量が17.0質量%と多い試
験番号25では、粗大な硬質の初晶Siが溶融アルミニ
ウムめっき層に晶出したため、L値=56と明度は低い
ものの、加工性に劣っていた。
【0015】
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の溶融ア
ルミニウムめっき鋼板は、熱水浸漬処理でめっき層表層
に生成する皮膜にSi及びFeの化合物が混入している
ため、L値60以下の黒色色調を呈する。しかも、熱水
浸漬した後、放置しておくだけの簡単な操作によって黒
色色調が付与される。黒色色調が付与された溶融アルミ
ニウムめっき鋼板は、アルミニウムめっき本来の優れた
耐食性及び耐熱性に加えて環境や周辺部材との調和性に
優れ、熱吸収にも好適な皮膜をもっているので、各種構
造部材,建材,加熱機器部材,ガス排気系部材等として
広範な分野で使用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉崎 布貴男 大阪府堺市石津西町5番地 日新製鋼株式 会社技術研究所内 Fターム(参考) 4K027 AA05 AA22 AB48 AC82 4K044 AA06 AB02 BA10 BA13 BB01 BC09 CA11 CA62

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si:3〜15質量%,Fe:1.0〜
    5.0質量%を含む溶融アルミニウムめっき層が鋼板表
    面に形成されており、熱水浸漬によって生成した明度L
    値60以下の黒色皮膜が溶融アルミニウムめっき層の表
    層に設けられていることを特徴とする黒色を呈する溶融
    アルミニウムめっき鋼板。
  2. 【請求項2】 Si:3〜15質量%,Fe:1.0〜
    5.0質量%を含む溶融アルミニウムめっき層が鋼板表
    面に形成されている溶融アルミニウムめっき鋼板を熱水
    に浸漬し、溶融アルミニウムめっき層に含まれているS
    i及びFeの化合物が混入した明度L値60以下の黒色
    皮膜を溶融アルミニウムめっき層の表面に生成すること
    を特徴とする黒色を呈する溶融アルミニウムめっき鋼板
    の製造方法。
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