JP3009269B2 - 溶融亜鉛合金めっき被覆物 - Google Patents

溶融亜鉛合金めっき被覆物

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JP3009269B2 JP03267006A JP26700691A JP3009269B2 JP 3009269 B2 JP3009269 B2 JP 3009269B2 JP 03267006 A JP03267006 A JP 03267006A JP 26700691 A JP26700691 A JP 26700691A JP 3009269 B2 JP3009269 B2 JP 3009269B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼材料の溶融亜鉛合
金めっき被覆物に関し、特に外観が良好で、しかも良好
な耐食性を有する厚めっきを得る溶融亜鉛合金めっき被
覆物に係る。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】近年、亜鉛めっきに比
較して高耐食性であることから、亜鉛アルミニウム合金
めっきが注目され、建材、吊架線、架線金物等、屋外の
用途に広く使われることとなり、海洋、海岸地域、温泉
地帯を初めとする厳しい腐食環境において、またメイン
テナンスフリーが要求される場合の鋼材の防錆方法とし
て位置付けられている。
【0003】亜鉛アルミニウム合金めっきの方法として
は、鋼材を脱脂あるいは焼鈍し、酸洗あるいは還元を行
うことによって、表面の清浄化を行った後、フラックス
処理を実施した上で、あるいは還元雰囲気のまま、溶融
めっき浴に浸漬あるいは通過せしめる方法が一般的であ
る。溶融めっき浴への浸漬法は次の二つに大別できる。
すなわち、(1)直接浸漬法:溶融亜鉛アルミニウム合
金浴に直接浸漬する方法、(2)間接浸漬法:一旦亜鉛
めっき(溶融めっき法、電気めっき法のいずれも可)あ
るいは金属めっきを施し、その後に溶融亜鉛アルミ合金
浴に浸漬する方法、である。
【0004】通常、亜鉛めっきあるいは亜鉛アルミニウ
ム合金めっきのめっき厚さと耐食性の関係は比例関係に
あり、めっき厚さが厚いほど、素地の鋼材の錆出現まで
の時間は遅延化し、高耐食性となる。このため、亜鉛ア
ルミニウム合金めっきが同じめっき厚で亜鉛めっきの3
倍の耐食性があったとしても、亜鉛めっきの1/3のめ
っき厚さしかなければ、同じ耐食性となってしまう。従
って、高耐食性を発揮するには、亜鉛めっきと同様の厚
さが求められる。溶融亜鉛めっきあるいは亜鉛アルミニ
ウム合金めっきにおいて、めっき厚さを決定する因子は
めっき浴の濡れ付着力と粘度、鋼とめっき層の界面に生
成するFe−Zn,Fe−AlまたはFe−Al−Zn
といった金属間化合物層(合金層)厚さ、めっき浴から
の引上速度、溶融めっき層が冷え、凝固するまでのめっ
き層のワイピング条件、そして冷却条件である。
【0005】一般に、亜鉛めっきあるいは亜鉛アルミニ
ウム合金めっきにおいては、めっき浴の濡れ付着力と粘
度がめっき浴組成と温度でほぼ一義的に定まってしまう
ため、変更し難い。まためっき浴からの引上げ速度を上
げる(例えばラインスピードのアップ)ことによってあ
る程度までめっき厚さを厚くすることは可能であるが、
振動が生じたりして、厚さの均一性を得ることが難かし
くなる。また、鋼板、鋼線等の長尺材の連続めっきでは
引上げ速度の変更は容易であるが、バッチ式の浸漬めっ
きにおいては引上げ速度の変更は容易にはできない。ま
た、めっき浴引上げ後のワイピング、冷却条件は付随的
なもので、めっき厚さは引上げ時に決定され、これをワ
イピング、冷却条件により、めっき厚さを減じるか、厚
さを維持するために用いられる方法である。こうしたこ
とから、一般に鋼とめっき層界面に生成する合金層の厚
さをコントロールすることによって全体のめっき厚さを
コントロールしている。
【0006】例えば、亜鉛めっきにおいては、Fe−Z
n合金層が界面に生成する。鋼種とめっき浴温度とめっ
き浴中への鋼材の浸漬時間によって合金層厚さはほぼ決
定される。めっき浴温度を上げるか、浸漬時間を長めに
することによって合金層厚さを厚くすることができる。
従って、30μm以上の厚めっきも亜鉛めっきでは容易
に可能である。また、亜鉛めっき鋼板のように加工性を
要求される用途に用いる場合には、Fe−Zn合金層の
発達を抑える必要があり、このため、めっき浴中にアル
ミニウムを0.1〜0.5重量%程度含有させ、アルミ
ニウムのFe−Zn合金化反応抑制作用を利用し、めっ
き厚さを10〜30μmに抑えている。
【0007】一方、亜鉛アルミニウム合金めっきにおい
ては、浴中Al濃度によって大きく挙動が変化する。通
常よく用いられている3〜7重量%程度のアルミニウム
濃度の場合、最も一般的なめっき浴温度が比較的低い4
30〜460℃で浸漬時間も3分以内といった比較的短
い浸漬時間においては、先述のアルミニウムのFe−Z
n合金化反応抑制作用によってFe−Zn合金層の発達
が抑えられ、30μm未満の薄めっきとなってしまう。
このとき、めっき浴温度を460℃以上としたり、浸漬
時間を延長すると、Fe−Al合金層が急激に発達する
こととなり、厚めっきでは、ヤケ、表面ザラツキ、さら
には剥離といった外観不良を伴い、商品価値の無いめっ
きとなってしまう。
【0008】また、7〜60重量%アルミニウム濃度の
場合は、Fe−Al合金層の異常発達によってやはり商
品価値の無いめっきとなってしまうため、アルミニウム
含有量の3〜5重量%に相当するシリコンをめっき浴に
含有させ、Fe−Al合金層の発達を抑制することがで
きる。シリコンの抑制効果は3〜7重量%アルミニウム
においても発揮される。しかし、この抑制効果によって
Fe−Al合金層はほとんど成長せず、30μm未満の
薄めっきとなってしまう。
【0009】これまで、亜鉛めっきにおいて、Fe−Z
n合金層のコントロールを目的として1重量%以下の微
量のニッケルを亜鉛めっき浴中へ添加することは試みら
れている。しかし、亜鉛アルミニウム合金めっきにおい
てFe−Al合金層のコントロールを目的とした検討例
はシリコンを除くとほとんどないのが現状である。ま
た、亜鉛アルミニウム合金めっきにおいて耐食性の向上
を目的とした1重量%以下の微量の銅の添加例はある
が、この程度の添加量ではFe−Al合金層のコントロ
ールを行うことはできない。
【0010】以上のように、亜鉛アルミ合金めっきにお
いては、直接浸漬法で外観良好な30μm以上の厚めっ
きを得ることは困難であった。このため、従来、30μ
m以上の厚い亜鉛アルミニウム合金めっきを得ようとす
る場合には、一旦亜鉛めっきをし、Fe−Zn合金層を
発達させ、所要のめっき厚を確保した上で、亜鉛アルミ
ニウム合金めっき浴に浸漬し、めっき層の亜鉛と亜鉛ア
ルミニウム合金を置換させ、あるいはアルミニウムの拡
散によって、Zn−Fe−Al三元系合金層と亜鉛アル
ミニウム合金層からなるめっき層を形成させる間接浸漬
法に頼らざるを得なかった。しかしながら、間接浸漬法
では複数のめっき浴を必要とし、工程は複雑化する。例
えば亜鉛アルミニウム合金浴のアルミニウム濃度変化や
湯面レベルの変動対策が必要となる。また、亜鉛浴への
アルミニウム混入回避策が必要となる。このため、単純
でコストのかからない直接浸漬法によって30μm以上
の厚さを有し、かつ外観良好で商品価値の高い亜鉛アル
ミニウム合金めっきを得る方法が強く求められている。
【0011】本発明は、従来不可能とされていた直接浸
漬法によって30μm以上の厚さを有し、かつ外観良好
で商品価値の高い溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを得
ることができ、現状の間接浸漬法の欠点を克服し、単純
でコストのかからない高耐食性溶融亜鉛アルミニウム合
金めっき被覆物を提供することを目的とする。
【0012】
【問題点を解決するための手段】本発明の溶融亜鉛合金
めっき被覆物は、めっき浴中に、アルミニウム0.10
〜10重量%を含み、残部が不可避不純物を別として亜
鉛からなる亜鉛アルミニウム合金めっきにおいて、めっ
き浴中に1.5〜10重量%の銅を含有させることによ
り、30μm以上の厚さで、かつ外観良好な厚めっきを
形成することにより、前記問題点を解決したものであ
る。
【0013】このような本発明は、めっき浴中にアルミ
ニウム0.10〜10重量%を含み、残部が不可避不純
物を別にして亜鉛からなる亜鉛アルミニウム合金めっき
において、直接浸漬法で30μm以上のめっき厚の亜鉛
アルミニウム合金めっきを得るために、めっき浴へ種々
の添加元素を添加しその添加によるめっき厚への影響や
鋼素地界面での合金化反応について鋭意検討した結果得
られたものであり、その検討によれば、前記めっき浴中
に銅を1.5〜10重量%含有させることが、外観良好
で、均一な厚さの30μm以上の厚めっきが得るため
に、極めて有効であることが判った。
【0014】すなわち、銅1.5重量%未満では、Fe
−Al合金層のコントロールが行えず、30μm未満の
薄めっき、あるいはFe−Al合金層が異常発達を起こ
した不良厚めっきとなり銅添加の効果が現われず、逆に
銅10重量%を超えると、融点が高くなり、高温度に浴
を保たなくてはならない上、コストアップとなり無駄を
招く。
【0015】本発明において、めっき対象物は通常、亜
鉛アルミニム合金めっきの対象となる鋼材であれば特に
制約は無い。但し、鋼種によってめっき厚さは変動する
ので、事前に鋼種によってめっき条件を決めておく必要
がある。鋼材の前処理は公知の方法で行う。大気中でめ
っきをする場合には、フラックス処理を必要とするが、
この場合に用いるフラックスは特公昭64−5110号
にあるような亜鉛アルミニウム合金めっき用を用いる必
要がある。通常の亜鉛めっき用フラックスでは、めっき
時の濡れ性が無く、不めっきとなってしまう。
【0016】めっき浴は本発明の組成となればよく、調
合方法はいかなる方法であっても良い。例えば、亜鉛、
アルミニウム、銅を単独で混ぜてもよいし、亜鉛アルミ
ニウム合金と銅、あるいは亜鉛−銅合金を用いることも
できる。また、一般に亜鉛アルミニウム合金めっきで添
加されるマグネシウム、ナトリウム、ミッシュメタル、
ランタン又はセリウムの添加をさらに行っても良い。め
っき浴温度はめっき浴組成の融点が変化するので、一義
的には言えないが、融点+20〜50℃の範囲とするこ
とが望ましい。浸漬時間は一般の溶融めっきと同様で良
い。めっき浴温度と浸漬時間の組合せによってめっき厚
が決まるので、目標のめっき厚によって事前にめっき浴
温度と浸漬時間を定める必要がある。また、めっき後の
引上げ、冷却は公知の方法を適用できる。
【0017】なお、本発明において、めっき浴中のアル
ミニウムの範囲を0.10〜10重量%として理由は次
の通りである。すなわち、通常、アルミニウム0.10
重量%以下ではめっき層と鋼材界面に生成する合金層は
Fe−Zn金属間化合物(ζ、δ1相が代表的)からな
り、アルミニウム0.10重量%を超すとFe−Al金
属間化合物の合金層が生成する。このことから、本発明
においてはFe−Al合金層のコントロールを行ってい
るためにアルミニウムの下限を0.1重量%とした。ま
た、アルミニウム10重量%を超えると、銅のFe−A
l合金層のコントロールの効果は認められるものの、融
点が高くなり、高温めっきとなるため、実用面での利用
価値が薄らぐ。このため、アルミニウムの上限を10重
量%としたが、10重量%以上のAlにおいても本発明
を応用することは可能である。
【0018】また、本発明の実施例において用いためっ
き浴温度、浸漬時間はめっき素材の種類、形状、数量と
工業的な価値から選んでいるもので、より高い温度ある
いは浸漬時間の短縮、延長はめっき素材の種類、形状、
数量の変化によって適宜変わる因子であり、めっき浴温
度、浸漬時間が本発明の制約条件とはならない。
【0019】めっきに限らず、亜鉛アルミニウム合金を
使用する製錬、溶解、調合、合金製造、ダイカスト等鋳
造、金型への利用といった各過程で、鍋、治具、撹拌機
材料として鉄、ステンレス製のものを使用する機会も多
い。この場合、本発明において銅を添加しているため、
この銅が鉄、鋼材の亜鉛アルミニウム合金溶湯への溶
出、腐食反応を抑制する付随的効果を有する。
【0020】
【発明の効果】以上のような本発明によれば、めっき浴
の成分コントロールを行えば、亜鉛めっきと同様に1つ
のめっき浴(直接浸漬法)で、めっき浴温度と浸漬時間
とを一定化するだけで、高度な操作、特殊な操作を必要
とせず、しかも不均一あるいは外観不良も無く、耐食性
等めっき品質を損なうこと無く、亜鉛アルミニウム合金
めっきが得られる。また、均一な厚い亜鉛アルミニウム
めっきが得られる結果、アルミニウムの効果に加えて、
めっき厚さの増加による効果によって安定的に高耐食性
が得られる。
【0021】
【実施例】50W×100L×3.2Tmmの一般構造
用圧延鋼材(SS 41)と0.3mm厚さの低炭素S
PCC冷間圧延鋼板を素材とし、前処理として、アルカ
リ脱脂(オルトケイ酸ソーダ20wt%水溶液、80
℃、10分)−水洗−酸洗(塩酸10wt%水溶液、室
温、20分)−水洗−フラックス処理(特公昭64−5
110のZn−Alめっき用30wt%フラックス水溶
液、90℃、1分)−乾燥の各工程を順次実施した。
【0022】次に、次表に示した組成の浴を用いて、次
の条件で大気中でめっきを行った。 めっき浴温度 430〜500℃ 浸漬時間 0.5〜5分 引上げ速度 5〜10m/min 冷却速度 10〜20℃/秒
【0023】めっき後、めっき層厚さを磁力式膜厚計と
めっき層断面顕微鏡観察により測定した。また、めっき
外観を次の三段階評価によって肉眼で判定した。 ○:良好(ヤケ、ザラツキ無し) △:一部ヤケ、ザラツキ有り ×:全面ヤケ、不良
【0024】さらに、JISZ2371に基づき、塩水
噴霧試験を行い、鋼素地の赤錆が出現するまでの時間を
調べ、めっき層の耐食性を調査した。これらの結果も表
1に併記した。
【0025】
【表1】
【0026】上表の結果より、亜鉛アルミニウム合金め
っきにおいて安定した厚めっきが得られ、同時に高耐食
性も発揮されることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図1】銅を含有しない薄い正常めっきを倍率400倍
で示す顕微鏡写真である。
【図2】銅を含有しない厚い異常めっきを倍率400倍
で示す顕微鏡写真である。
【図3】銅を含有した本発明に係る厚い正常めっきを倍
率400倍で示す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−110658(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 めっき浴中に、アルミニウム0.10〜
    10重量%を含み、残部が不可避不純物を別として亜鉛
    からなる亜鉛アルミニウム合金めっきにおいて、めっき
    浴中に1.5〜10重量%の銅を含有させ、30μm以
    上の厚さで、かつ外観良好な厚めっきを形成してなるこ
    とを特徴とする溶融亜鉛合金めっき被覆物。
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