JP3111887B2 - 亜鉛系メッキ鋼板 - Google Patents
亜鉛系メッキ鋼板Info
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Description
板の改良に関するものであり、特に、プレス成形性、ス
ポット溶接性、接着性および化成処理性の内、少なくと
もプレス成形性に優れ、且つ、用途に応じて適宜、スポ
ット溶接性、接着性および化成処理性に優れた亜鉛系メ
ッキ鋼板に関するものである。
有するために、各種の防錆鋼板として広く使用されてい
る。この亜鉛系メッキ鋼板を自動車用防錆鋼板として使
用するためには、耐食性、塗装適合性等のほかに、車体
製造工程において要求される性能として、プレス成形
性、スポット溶接性、接着性および化成処理性に優れて
いることが重要である。
鋼板に比べてプレス成形性が劣るという欠点を有する。
これは亜鉛系メッキ鋼板とプレス金型との摺動抵抗が、
冷延鋼板の場合に比較して大きいことが原因である。即
ち、この摺動抵抗が大きいので、ビードと亜鉛系メッキ
鋼板との摺動抵抗が著しく大きい部分で、亜鉛系メッキ
鋼板がプレス金型に流入しにくくなり、鋼板の破断が起
こりやすくなる。
せる方法としては、一般に高粘度の潤滑油を塗布する方
法が広く用いられている。しかし、この方法では、潤滑
油の高粘性のために、塗装工程で脱脂不良による塗装欠
陥が発生したり、またプレス成形時の油切れにより、プ
レス性能が不安定になる等の問題がある。従って、亜鉛
系メッキ鋼板のプレス成形性が改善されることが強く要
請されている。
時に電極の銅と溶融した亜鉛が反応して脆い合金層を形
成しやすいために、銅電極の損耗が激しく、その寿命が
短く、冷延鋼板に比べて連続打点性が劣るという問題が
ある。
車体の防錆、制振等の目的で各種の接着剤が使用される
が、近年になって亜鉛系メッキ鋼板の接着性は冷延鋼板
の接着性に比較して劣ることが明らかになってきた。
昭53-60332号公報および特開平2-190483号公報は、亜鉛
系メッキ鋼板の表面に電解処理、浸漬処理、塗布酸化処
理、または加熱処理を施すことにより、ZnOを主体とす
る酸化膜を形成させて溶接性、または加工性を向上させ
る技術(以下先行技術1 という)を開示している。
板表面にMn酸化物、リン酸およびその他酸化物からなる
Mn系酸化物皮膜を被覆し、プレス成形性、化成処理性を
向上させる技術(以下先行技術2 という)を開示してい
る。
板の表面に電解処理、浸漬処理、塗布処理、塗布酸化処
理または加熱処理により、Ni酸化物を生成させることに
よりプレス成形性および化成処理性を向上させる技術
(以下、先行技術3 という)を開示している。
から選ばれた1 種または2 種以上の金属を亜鉛系メッキ
鋼板の表面に置換析出させる方法、特開昭58-67885号公
報は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、例えば、電気メッキ
または化学メッキにより、NiおよびFe等の金属を生成さ
せて耐食性を向上させる技術(以下、先行技術4 とい
う)を開示している。
た先行技術には下記の問題がある。
メッキ層表面にZnOを主体とする酸化物を生成させる方
法であるため、プレス金型とメッキ鋼板との摺動抵抗の
低減効果は少なく、プレス成形性の改善効果は少く、ま
た、ZnO主体の酸化物がメッキ表面に存在すると接着性
が劣化するという問題を有する。
亜鉛系メッキ鋼板の表面に形成する方法であるため、プ
レス成形性および化成処理性の改善効果は大きいが、ス
ポット溶接性、接着性が劣化するという問題を有する。
させる方法であるため、耐食性は向上するが、接着性が
低下するという問題がある。
る方法であるため、耐食性は向上するが、皮膜の金属的
性質が強いためプレス成形性の改善効果が十分ではな
い。更に、金属の接着剤に対する濡れ性が低く、十分な
接着性が得られないと言う問題がある。
を解決して、プレス金型との摺動抵抗が小さいことを基
本条件とし、且つ、融点が高く、しかも良好な接着性を
示す化学成分組成を有する皮膜を亜鉛系メッキ鋼板のメ
ッキ層表面に形成させることにより、プレス成形性に優
れていることを前提とし、用途に応じて適宜、スポット
溶接性、接着性および化成処理性に優れた亜鉛系メッキ
鋼板を提供することにある。
問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、亜鉛系メッ
キ鋼板のメッキ層の表面に、Fe-Ni-O系の適正な皮膜を
形成することによりプレス成形性、スポット溶接性、接
着性および化成処理性を改善できることを見出し、特願
平6-257499号により、プレス成形性に優れていることを
前提とし、用途に応じて適宜、スポット溶接性、接着性
および化成処理性に優れた亜鉛系メッキ鋼板について出
願した。
のプレス成形性をさらに改善すべく、鋭意研究を重ねた
結果、亜鉛系メッキ鋼板のメッキ層の表面に、Fe-Ni-P-
O系の適正な皮膜を形成することにより、プレス成形
性、スポット溶接性、接着性および化成処理性をさらに
改善できることを見出した。
成形性において、冷延鋼板に比較して劣る。それは、亜
鉛系メッキ鋼板とプレス金型との摺動抵抗が大きいから
である。その原因は、高面圧下において、低融点の亜鉛
と金型が凝着現象を起こすためである。これを防ぐため
には、亜鉛系メッキ鋼板のメッキ層の表面に、亜鉛また
は亜鉛合金メッキ層より硬質で、且つ高融点の皮膜を形
成することが有効である。
かつ高融点であるから、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、Fe
-Ni-P-O系皮膜を形成することにより、プレス成形時に
おけるメッキ層表面とプレス金型との摺動抵抗が低下
し、亜鉛系メッキ鋼板がプレス金型へ滑り込みやすくな
り、プレス成形性が向上する。また、この発明における
Fe-Ni-P-O系皮膜のNiは高面圧下での摺動時に新生面が
露出した場合に、プレス油の成分を吸着しやすい性質が
あり、その吸着膜により凝着現象を防ぐ効果がある。更
に、この発明におけるFe-Ni-P-O系皮膜のPはプレス油の
成分と反応して金属石鹸を形成し、摺動抵抗を大きく低
下させるという効果がある。
における連続打点性において、冷延鋼板に比較して劣
る。その原因は、溶接時に溶融した亜鉛が電極の銅に拡
散して脆弱な合金層を生成するために、合金層の剥離に
よる電極先端径の拡大を生じるためである。従って、亜
鉛系メッキ鋼板の連続打点性を改善する方法としては、
メッキ層表面に、高融点の皮膜を形成し、メッキ金属と
銅電極との反応を抑制することが有効である。本発明者
らは亜鉛系メッキ鋼板のスポット溶接性を改善するため
に、各種の皮膜について検討した結果、NiあるいはNi酸
化物皮膜が特に有効であることを見出した。この理由は
明らかでないが、非常に高融点のNi酸化物が亜鉛の銅電
極への拡散を抑制し、銅電極の損耗を低減する、あるい
は、NiがZnと反応し高融点のZn-Ni合金を形成し、亜鉛
と銅電極の反応を抑制することによるものと推定され
る。
鋼板に比較して劣ることは知られていたが、この原因は
明らかになっていなかった。そこで、本発明者らは、こ
の原因について調査した結果、鋼板表面の酸化皮膜の組
成により、接着性が支配されることが明らかになった。
すなわち、冷延鋼板の場合には鋼板表面の酸化皮膜はFe
酸化物主体となるのに対し、亜鉛系メッキ鋼板では主に
Zn酸化物が主体となる。この酸化皮膜の組成により接着
性が異なっており、Zn酸化物はFe酸化物に比べて接着性
が劣っていた。従って、本発明のように亜鉛系メッキ鋼
板の表面にFe酸化物皮膜を形成することによって、接着
性を改善することが可能である。
冷延鋼板に比較して劣るのは、鋼板表面のZn濃度が高い
ために、形成されるリン酸塩結晶が粗大で不均一となる
こと、および、リン酸塩結晶の質が異なることに起因す
る。鋼板表面のZn濃度が高い場合には、リン酸塩結晶は
ホパイトが主体となり、塗装後の温水2次密着性に劣
る。これは、リン酸塩結晶中のFe濃度が低いため、塗装
後湿潤環境下に曝されると、化成処理皮膜が復水し、鋼
板との密着力を失うことが原因である。
リン酸塩結晶中にFeおよびNi等の金属を含有させること
が有効である。この発明のFe-Ni-P-O系皮膜を形成する
ことにより化成処理の際に皮膜中のNiおよびFeがリン酸
塩結晶中に取り込まれ、良好な密着性を有する化成処理
皮膜となり、また、緻密で均一なリン酸塩結晶が形成さ
れ、温水2次密着のみならず、耐食性も向上することが
判明した。
に、少なくとも、NiならびにFeの金属、および、Ni、Fe
ならびにPの酸化物または水酸化物を含む混合物皮膜
(以下、Fe-Ni-P-O系皮膜という)が適性に形成されて
いることにより、亜鉛系メッキ鋼板は、プレス成形性、
スポット溶接性、接着性および化成処理性において優れ
たものとなることを知見した。即ち、上述のFe-Ni-P-O
系皮膜がメッキ層の表面に形成されていることが、この
発明の必須条件である。
れたものであって、この発明の亜鉛系メッキ鋼板は、少
なくとも1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜
を形成した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O
系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の範囲内にあ
り、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜のP含有量は、5〜1000m
g/m2の範囲内にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の
酸素含有率は、1〜50at%の範囲内にあることに特徴を有
するもの(以下、第1発明という)である。
も1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成
した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の範囲内にあり、更
に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/m2
の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含
有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に対する前記Fe含有率
(wt%)の比率は、0超〜0.9の範囲内にあり、且つ、前記F
e-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜50at%の範囲内に
あることに特徴を有するもの(以下、第2発明という)
である。
も1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成
した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の範囲内にあり、更
に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/m2
の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含
有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に対する前記Fe含有率
(wt%)の比率は、0.05〜1.0未満の範囲内にあり、且つ、
前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜50at%の範
囲内にあることに特徴を有するもの(以下、第3発明と
いう)である。
も1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成
した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の範囲内にあり、更
に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/m2
の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含
有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に対する前記Fe含有率
(wt%)の比率は、0.05〜0.9の範囲内にあり、且つ、前記
Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜50at%の範囲内
にあることに特徴を有する(以下、第4発明という)も
のである。
も1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成
した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の範囲内にあり、更
に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/m2
の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含
有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に対する前記Fe含有率
(wt%)の比率は、0.05〜0.9の範囲内にあり、且つ、前記
Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜20at%の範囲内
にあることに特徴を有する(以下、第5発明という)も
のである。
も1方の面のメッキ層表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成
した亜鉛系メッキ鋼板であって、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中のNi含有量は、10〜1200mg/m2の範囲内にあり、更
に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜800mg/m2
の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含
有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に対する前記Fe含有率
(wt%)の比率は、0.1〜0.3の範囲内にあり、且つ、前記F
e-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜20at%の範囲内に
あることに特徴を有する(以下、第6発明という)もの
である。
板のメッキ層の表面に形成されたFe-Ni-P-O系皮膜の付
着量およびその組成を上述したように限定した理由を述
べる。
たように、Fe-Ni-P-O系皮膜の形成により、プレス成形
性、スポット溶接性、接着性および化成処理性が向上す
る。しかしながら、Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量が10m
g/m2未満ではプレス成形性、スポット溶接性および化成
処理性の向上効果が得られない。
と、プレス成形性およびスポット溶接性の改善効果が飽
和し、更に、リン酸塩結晶の生成が抑制されて、化成処
理性が劣化する。化成処理性を良好にするためには、前
記Ni含有量は、1200mg/m2以下であることが望ましい。
従って、Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は10〜1500mg/m2
の範囲内、望ましくは10〜1200mg/m2の範囲内に限定す
べきである。
O系皮膜に適正量のPが含有されることにより、プレス成
形性が向上する。しかしながら、Fe-Ni-P-O系皮膜中のP
含有量は5mg/m2未満ではプレス成形性の向上効果が得ら
れない。
と、プレス成形性の改善効果が飽和し、更に、スポット
溶接性および接着性を劣化させ、また、化成処理性が劣
化することがあり好ましくない。前記諸効果を良好にす
るためには、前記P含有量は、800mg/m2以下であること
が望ましい。従って、Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は5
〜1000mg/m2の範囲内、望ましくは5〜800mg/m2のの範囲
内に限定すべきである。
-P-O系皮膜に適正量の酸素が含有されることにより、プ
レス成形性が向上する。しかしながら、Fe-Ni-P-O系皮
膜中の酸素含有率が1at%未満では、皮膜の金属的性質が
強くなるためプレス成形性の改善効果が発揮されない。
また、接着剤との濡れ性も低下する。
化物の量が多くなりすぎるため、リン酸塩結晶の生成が
抑制されて、化成処理性が劣化する。但し、化成処理性
に優れていることを要求しない用途には、その酸素含有
率の上限は高くなる。しかしながら、酸素含有率が50at
%を超えると、Fe-Ni-P-O系皮膜はほとんど酸化物で構成
されるようになり、皮膜中の金属単体の存在が僅かとな
る。この場合、酸化物の導電性が低いことから、溶接時
の電気抵抗が著しく上昇し、溶接中の電極先端温度が高
くなる。このため、電極が損耗しやすくなり、連続打点
数が低下する。従って、化成処理性を問題にしない場合
でも、スポット溶接性の観点から、皮膜の酸素含有率を
50at%以下にすべきである。
形性およびスポット溶接性、または、プレス成形性およ
び接着性、または、プレス成形性、スポット溶接性およ
び接着性を良好にするためには、Fe-Ni-P-O系皮膜の酸
素含有率を、1〜50at%の範囲内にすべきであり、また、
プレス成形性、スポット溶接性、接着性および化成処理
性を良好にするためには、Fe-Ni-P-O系皮膜の酸素含有
率を1〜20at%の範囲内にすべきである。
率の和に対するFe含有率の比率>Fe-Ni-P-O系皮膜に適
正量のFeが含有されることにより、接着性が改善され
る。接着性は、表面電位が高い金属ほど良好であり、Fe
は最も表面電位が高い金属に属する。従って、Feを多く
含有するほど、接着性は改善される。しかしながら、Fe
-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt%)との
和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率(以下、皮膜中Fe/
Fe+Niという)が、0.05未満では、接着性の改善効果が
発揮されない。また、安定して非常に優れた接着性を求
められる場合には、皮膜中に存在するFe含有率を確保す
るため、皮膜中Fe/Fe+Niを0.1以上とする事が望まし
い。
用途には、皮膜中Fe/Fe+Niの下限値は不要である。しか
しながら、皮膜中Fe/Fe+Niが、0 (零)では、Fe-Ni-P-
O系皮膜中にFeが存在しなくなり、Fe-Ni-P-O 系皮膜の
存在というこの発明の必須要件を満たさない。従って、
接着性を問題にしない場合であっても皮膜中Fe/Fe+Ni
を、0(零)超えにすべきである。
皮膜中に存在するNi含有量が減少するため、溶接時に形
成される高融点のZn-Ni合金の比率が低下し、そのため
電極の劣化が激しくなり、スポット溶接性の改善効果が
発揮されない。また、安定して非常に優れたスポット溶
接性を求められる場合には、皮膜中に存在するNi含有量
を確保するため、皮膜中Fe/Fe+Niを0.3以下とする事が
望ましい。
要しない用途には、皮膜中Fe/Fe+Niの上限値は不要であ
る。しかしながら、皮膜中Fe/Fe+Niは1.0では、皮膜中
にNiが存在しなくなり、Fe-Ni-P-O 系皮膜の存在という
この発明の必須要件を満たさない。従って、スポット溶
接を問題にしない場合であっても、皮膜中Fe/Fe+Niを、
1.0未満ににすべきである。
性を良好にするためには、皮膜中Fe/Fe+Niを、0(零)
超え0.9の範囲内にすべきであり、また、プレス成形性
および接着性を良好にするためには、皮膜中Fe/Fe+Niを
0.05〜1未満の範囲内にすべきであり、プレス成形性、
スポット溶接性および接着性を良好にするためには、皮
膜中Fe/Fe+Niを、0.05〜0.9の範囲内、好ましくは0.1〜
0.3の範囲内にすべきある。
き所定の特性(プレス成形性、スポット溶接性、接着性
および化成処理性の4 性質)を要する。従って、上述し
たFe-Ni-P-O系皮膜を表面に形成させた亜鉛系メッキ鋼
板の性質の内、どの性質を如何なる水準にするかに応じ
て、Fe-Ni-P-O系皮膜のNi含有量、P含有量並びにその酸
素含有率および皮膜中Fe/Fe+Niの適正な範囲を決定すべ
きである。この適正な範囲は、上述したところから、下
記の通りである。
i-P-O系皮膜のNi含有量、P含有量並びにその酸素含有率
および皮膜中Fe/Fe+Ni>Fe-Ni-P-O系皮膜を表面に形成
させた亜鉛系メッキ鋼板を, (1)プレス成形性に優れたものとするためには、 Ni含有量:10〜1500mg/m2、 P含有量:5〜1000mg/m2、 酸素含有率:1〜50at%、 (2)プレス成形性およびスポット溶接性に優れたもの
とするためには、 Ni含有量:10〜1500mg/m2、 P含有量:5〜1000mg/m2 、 酸素含有率:1〜50at%、 皮膜中Fe/Fe+Ni:0超〜0.9、 (3)プレス成形性および接着性に優れたものにするた
めには、 Ni含有量:10〜1500mg/m2、 P含有量:5〜1000mg/m2、 酸素含有率:1〜50at%、 皮膜中Fe/Fe+Ni:0.05〜1.0 未満、 (4)プレス成形性、スポット溶接性および接着性に優
れたものにするためには、 Ni含有量:10〜1500mg/m2、 P含有量:5〜1000mg/m2、 酸素含有率:1〜50at%、 皮膜中Fe/Fe+Ni:0.05〜0.9、 (5)プレス成形性、スポット溶接性、接着性および化
成処理性に優れたものにするためには、 Ni含有量:10〜1500mg/m2、 P含有量:5〜1000mg/m2、 酸素含有率:1〜20at%、 皮膜中Fe/Fe+Ni:0.05〜0.9、 を満たすべきである。 (6)上記(5)において、更に、プレス成形性、スポ
ット溶接性、接着性および化成処理性に優れたものにす
るためには、 Ni含有量:10〜1200mg/m2、 P含有量:5〜800mg/m2、 酸素含有率:1〜20at%、 皮膜中Fe/Fe+Ni:0.1 〜0.3、 を満たすべきである。
キ皮膜中に含まれるZn、Co、Mn、Mo、Al、Ti、Sn、W 、
Si、Pb、NbおよびTa等成分元素が取り込まれた酸化物、
水酸化物または金属単体が含まれていても、上述した効
果が奏される。
板とは、母材である鋼板上に溶融メッキ法、電気メッキ
法、気相メッキ法等の方法の1種以上の方法で亜鉛系メ
ッキ層を形成させた鋼板である。
のほか、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Al、Mo、Ti、Si、W 、S
n、Pb、NbおよびTa等の金属もしくは酸化物、水酸化
物、または、有機物等の内、一種または二種以上を所定
量含有する単層または複層のメッキ層からなるものであ
ればよい。また、前記メッキ層にSiO2、Al2O3 等の微粒
子を含有してもよい。その他、亜鉛系メッキ鋼板とし
て、メッキ層の成分元素は同じであって組成の異なる複
数の層からなる複層メッキ鋼板や、メッキ層の構成元素
は同じであってメッキ層の厚さ方向に組成を連続的に変
化させた機能傾斜メッキ鋼板を使用することも可能であ
る。
i-P-O系皮膜は、その形成方法により特に限定されるも
のではなく、置換メッキ、酸化剤含有の水溶液への浸漬
による方法、酸化剤含有の水溶液中での陰極または陽極
電解処理、所定の水溶液の吹き付け、ロール塗布法等、
レーザーCVD 、光CVD 、真空蒸着並びにスパッタ蒸着法
等の気相メッキ法を採用することができる。
キ鋼板の少なくとも1方の面のメッキ層表面に形成され
ているので、車体製造工程のどのような工程において、
どのような車体部分に使用される鋼板であるかに応じ
て、その皮膜を1方の面あるいは両面に形成させたもの
を適宜選択することができる。
面のみに形成する場合、前記の亜鉛系メッキ層は、必要
に応じて、鋼板の両面に形成してもよく、あるいは前記
皮膜を形成する鋼板の一方の面のみに形成してもよい。
する。
下、本発明供試体という)、および本発明の範囲外の亜
鉛系メッキ鋼板(以下、比較用供試体という)を、次に
述べる方法で調整した。
鉛系メッキ鋼板(以下、原板という)を調整した。調整
された原板は、下記の7つのメッキ種からなり、メッキ
の方法、メッキ組成およびメッキ付着量に応じて記号を
付した。なお、メッキを行うために用いた鋼板の板厚
は、何れも0.8mm である。
部Zn) であり、付着量は両面共に60g/m2である。 GI:溶融亜鉛メッキ鋼板であり、付着量は両面共に90g/
m2である。 EG:電気亜鉛メッキ鋼板であり、付着量は両面共に40g/
m2である。 Zn-Fe :電気Zn-Fe 合金メッキ鋼板(15%Fe) であり、付
着量は両面共に40g/m2である。 Zn-Ni :電気Zn-Ni 合金メッキ鋼板(12%Ni) であり、付
着量は両面共に30g/m2である。 Zn-Cr :電気Zn-Cr 合金メッキ鋼板(4%Cr)であり、付着
量は両面共に20g/m2である。 Zn-Al :溶融Zn-Al 合金メッキ鋼板(5%Al)であり、付着
量は両面共に60g/m2である。
表面に、Fe-Ni-P-O系皮膜を次の3種類の形成方法の何
れかにより形成した。
硫酸ニッケルおよびリン酸を含有する溶液中で、原板を
陰極電解処理することにより、原板の表面に所定のFe-N
i-P-O系皮膜を形成させた。ここで、硫酸ニッケル濃度
は100g/lで一定とし、硫酸鉄濃度を種々の所定値に変化
させ、リン酸濃度を種々の所定値に変化させ、また、pH
は2.5で一定、浴温は50℃で一定、酸化剤として過酸化
水素水を用い、濃度を種々の所定値に変化させて皮膜の
酸素含有率を調整した。
々の所定濃度の塩化鉄およびリン酸を含有する水溶液を
原板に噴霧し、空気とオゾンとの混合雰囲気中でFe-Ni-
P-O系皮膜の酸素含有率を調整しながら乾燥することに
より、原板の表面に所定のFe-Ni-P-O系皮膜を形成させ
た。
々の所定濃度の塩化鉄およびリン酸を含有し、pH=2.5〜
3.5、浴温が50℃の水溶液中に原板を浸漬処理した。浸
漬時間の調整により、Fe-Ni-P-O系皮膜のNi含有量およ
びP含有量を種々の所定値に変化させた。また、pHの調
整により、Fe-Ni-P-O系皮膜の酸素含有率を種々の所定
値に変化させた。また、酸素含有率を調整するために、
適宜水溶液中に所定の酸化剤を添加し、そして、所定の
酸化雰囲気中で加熱処理する等の方法で、原板の表面に
所定のFe-Ni-P-O系皮膜を形成させた。
系皮膜を、所定の原板の表面に形成させることにより、
本発明供試体を得た。
膜中のNiおよびPの含有量、皮膜中Fe/Fe+Ni、および、
皮膜の酸素含有率を下記のようにして測定した。
膜中Fe/Fe+Ni>メッキ種が、GI、EG、Zn-Cr 、Zn-Al の
供試体については、Fe-Ni-P-O系皮膜を、下層のメッキ
皮膜(亜鉛系メッキ、以下同じ)の表層部と共に希塩酸
により溶解剥離させ、ICP 法によりFe、NiおよびPの定
量を分析を行い、Fe-Ni-P-O系皮膜のFe、NiおよびP含有
量を測定した。次いで、皮膜中Fe/Fe+Niを算定した。メ
ッキ種がGI、EG、Zn-Cr、Zn-Alのものについては、皮膜
を下層のメッキ表層部と共に希塩酸により溶解剥離さ
せ、ICP法によりFe、Niおよび金属の定量分析を行い測
定した。
ては、下層のメッキ層中にFe-Ni-P-O 系皮膜中の成分元
素を含むので、ICP 法では上層のFe-Ni-P-O 系皮膜中の
成分元素と下層のメッキ層中の成分元素を完全に分離す
ることは困難である。従って、ICP 法により、Fe-Ni-P-
O 系皮膜中の元素の内、下層のメッキ層中に含まれてい
ない元素のみを定量分析した。更に、Arイオンスパッタ
した後、XPS 法によりFe-Ni-P-O 系皮膜中各成分元素の
測定を表面から繰り返すことによって、メッキ層の深さ
方向に対する各成分元素の組成分布を測定した。この測
定方法においては、下層のメッキ層中に含まれていない
Fe-Ni-P-O 系皮膜の元素が最大濃度を示す表面からの深
さ(xとする) に、その元素が検出されなくなる表面か
らの深さ(yとする)と上記最大濃度を示す表面からの
深さ(x)との差(y−x)の1/2を加えた表面から
の深さ(x+(y−x)/2)、即ち、最大濃度を示す
表面からの深さ(x)と、その元素が検出されなくなる
表面からの深さ(y)との、表面からの平均深さ((x
+y)/2)をFe-Ni-O 系皮膜の厚さと定義した。そし
て、ICP 法の結果とXPS 法の結果から、Fe-Ni-P-O 系皮
膜付着量および組成を決定した。次いで、皮膜中のFe/F
e+Niを算定した。
オージェ電子分光法(AES) の深さ方向分析結果から求め
た。
(本発明供試体および比較用供試体)についての、原板
の亜鉛系メッキ鋼板種類、および、原板へのFe-Ni-P-O
系皮膜の形成方法をそれぞれ符号で示し、Fe-Ni-P-O系
皮膜の、Ni含有量、P含有量、皮膜中Fe/Fe+Ni、および
酸素含有率を示す。
形性の評価を供試体とビードとの摩擦係数により、スポ
ット溶接性の評価を連続打点性試験における連続打点数
により、接着性の評価を供試体の表面同士を接着させた
後の剥離強度により、そして、化成処理性の評価をリン
酸塩結晶の形成状態により行なった。各評価試験方法は
下記の通りであり、その結果を、前記の各表に併記し
た。
るために、各供試体の摩擦係数を、下記装置により測定
した。
図である。同図に示すように、供試体から採取した摩擦
係数測定用試料1 が試料台2 に固定され、試料台2 は、
水平移動可能なスライドテーブル3 の上面に固定されて
いる。スライドテーブル3 の下面には、これに接したロ
ーラ4 を有する上下動可能なスライドテーブル支持台5
が設けられ、これを押上げることにより、ビード6 によ
る摩擦係数測定用試料1 への押付荷重N を測定するため
の第1 ロードセル7 が、スライドテーブル支持台5 に取
付けられている。上記押付力を作用させた状態で、スラ
イドテーブル3を水平方向に移動させるための摺動抵抗
力F を測定するための第2 ロードセル8が、スライドテ
ーブル3 の一方の端部に取付けられている。なお、潤滑
油として、日本パーカライジング社製ノックスラスト55
0HN を試料1 の表面に塗布して試験を行なった。
式: μ=F/Nで算出した。但し、押付荷重N:400kgf、試料
の引き抜き速度( スライドテーブル3 の水平移動速度):
100cm/min とした。
す概略斜視図である。ビード6 の下面が試料1 の表面に
押付けられた状態で摺動する。
で、その摺動方向両端部の底面は、図2 に示されるよう
に4.5mmRの曲面に構成されており、摺動方向長さ60mm、
幅10mmの平面部が試料1 に接する摺動面となる。
るため、各供試体について連続打点性試験を行った。同
じNo.の供試体を2 枚重ね、それを両面から1 対の電
極チップで挟み、加圧通電して電流を集中させた抵抗溶
接(スポット溶接)を、下記溶接条件で連続的に実施し
た。
ねた溶接母材(供試体)の接合部に生じた溶融凝固した
金属部(形状:碁石状、以下ナゲットという)の径が4
× t1/2 (t: 一枚の板厚(mm)) 未満になるまでに連続打
点溶接した打点数を用いた。なお上記打点数を以下、電
極寿命という。
用試験体を調製した。図3 は、その組み立て過程を説明
する概略斜視図である。同図に示すように、幅25mm、長
さ200mm の2 枚の供試体10を、その間に直径0.15mmのス
ペーサー11を介して、接着剤12の厚さが0.15mmとなるよ
うに重ね合わせて接着した試験体13を作成し、150 ℃×
10min の焼付けを行なう。このようにして調製された前
記試験体を図4 に示すようにT 型に折り曲げ、引張試験
機を用いて200mm/min の速度で引張試験をし、試験体が
剥離した時の平均剥離強度(n=3回) を測定した。剥離強
度は、剥離時の引張荷重曲線の荷重チャートから、平均
荷重を求め、単位:kgf/25mm で表した。図4 中、P は引
張荷重を示す。なお、接着剤は塩ビ系のヘミング用アド
ヒシブを用いた。
めに、次の試験を行なった。
ン酸亜鉛処理液( 日本パーカライジング社製PBL3080)で
通常の条件で処理し、その表面にリン酸亜鉛皮膜を形成
させた。このようにして形成されたリン酸亜鉛皮膜の結
晶状態を走査型電子顕微鏡(SEM) により観察した。その
結晶状態により3 段階に区分した。評価区分の符号とそ
の内容は、次の通りである。
明らかである。
〜1500mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮
膜のP含有量が5〜1000mg/m2の範囲内にあり、且つ、前
記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率が、1〜50at%の範囲
内にあるもの(本発明供試体No.4〜7、9〜11、
14〜19、21〜26、28〜39、43〜49、5
3、54、57、58、61、62、65、66、6
9、70、73、74)、即ち、この第1 発明の範囲内
の亜鉛系メッキ鋼板は、すべて、摩擦係数が小さく、従
って、プレス成形性に優れている。
〜1500mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮
膜中のP含有量が5〜1000mg/m2の範囲内にあり、更に、
前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt
%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率が、0超〜0.
9の範囲内にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素
含有率が、1〜50at%の範囲内にあるもの(本発明供試体
No.4〜7、9〜11、14〜19、21〜26、2
9〜38、43〜49、53、54、57、58、6
1、62、65、66、69、70、73、74)、即
ち、この第2 発明の範囲内の亜鉛系メッキ鋼板は、すべ
て、摩擦係数が小さく、しかも連続打点数が多く、従っ
て、プレス成形性およびスポット溶接性に優れている。
〜1500mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮
膜中のP含有量が5〜1000mg/m2の範囲内にあり、更に、
前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt
%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率が、0.05〜
1.0未満の範囲内にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中
の酸素含有率が、1〜50at%の範囲内にあるもの(本発明
供試体No.4〜7、9〜11、14〜19、21〜2
6、31〜39、43〜49、53、54、57、5
8、61、62、65、66、69、70、73、7
4)、即ち、この第3 発明の範囲内の亜鉛系メッキ鋼板
は、すべて、摩擦係数が小さく、しかも接着後剥離強度
が強く、従って、プレス成形性および接着性に優れてい
る。
に、Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であ
って、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量が10〜1500mg/
m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含
有量が5〜1000mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-
P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt%)との和に
対する前記Fe含有率(wt%)の比率が、0.05〜0.9の範囲内
にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率
が、1〜50at%の範囲内にあるもの(本発明供試体No.
4〜7、9〜11、14〜19、21〜26、31〜3
8、43〜49、53、54、57、58、61、6
2、65、66、69、70、73、74)、即ち、こ
の第4 発明の範囲内の亜鉛系メッキ鋼板は、すべて、摩
擦係数が小さく、連続打点数が多く、しかも接着後剥離
強度が強く、従って、プレス成形性、スポット溶接性お
よび接着性に優れている。
〜1500mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮
膜中のP含有量が5〜1000mg/m2の範囲内にあり、更に、
前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt
%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率が、0.05〜
0.9の範囲内にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸
素含有率が、1〜20at%の範囲内にあるもの(本発明供試
体No.4〜7、9〜11、14〜19、21〜26、
31〜38、43〜46、53、54、57、58、6
1、62、65、66、69、70、73、74)、即
ち、この第5 発明の範囲内の亜鉛系メッキ鋼板は、すべ
て、摩擦係数が小さく、連続打点数が多く、接着後剥離
強度が強く、しかも化成処理の皮膜の結晶が緻密で小さ
く、従って、プレス成形性、スポット溶接性、接着性お
よび化成処理性に優れている。
〜1200mg/m2の範囲内にあり、更に、前記Fe-Ni-P-O系皮
膜中のP含有量が5〜800mg/m2の範囲内にあり、更に、前
記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有率(wt%)
との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率が、0.1〜0.3
の範囲内にあり、且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素
含有率が、1〜20at%の範囲内にあるもの(本発明供試体
No.4〜7、9〜11、14〜18、21〜24、3
1〜38、43〜46、53、54、57、58、6
1、62、65、66、69、70、73、74)、即
ち、この第6 発明の範囲内の亜鉛系メッキ鋼板は、すべ
て、摩擦係数が小さく、連続打点数が多く、接着後剥離
強度が強く、しかも化成処理の皮膜の結晶が緻密で小さ
く、従って、プレス成形性、スポット溶接性、接着性お
よび化成処理性に優れており、特に、プレス成形性及び
接着性に優れている。
ぼすNi含有量の影響>Fe-Ni-P-O系皮膜のNi含有量量が本
発明の範囲内であれば、Ni含有量が増加するとともにプ
レス成形性およびスポット溶接性が良好になることがわ
かる。
着性に及ぼすP含有量の影響>Fe-Ni-P-O系皮膜のP含有量
量が本発明の範囲内であれば、P含有量が増加するとと
もにプレス成形性が良好になることがわかる。しかしな
がら、スポット溶接性および接着性に関しては付着量の
増加とともに劣化する傾向にある。
Fe+Niの影響>Fe-Ni-P-O系皮膜のFe/Fe+Niが本発明の範
囲内であれば、Fe/Fe+Niが増加するとともに接着性が良
好になることがわかる。しかしながら、スポット溶接性
に関してははFe/Fe+Niが増加するとともに劣化する傾向
にある。
ら、下記事項が明らかである。 (1)Fe-Ni-P-O系皮膜が形成されていないもの(比較
用供試体No.1、51、55、59、63、67、7
1)は、そのメッキ鋼板種類が、記号:GA、GI、Zn-Fe
、Zn-Ni 、Zn-Cr 、または、Zn-Al のいずれで表され
る場合であっても、同一メッキ鋼板種類でFe-Ni-P-O系
皮膜が形成されているものに比べて、プレス成形性、ス
ポット溶接性、接着性および化成処理性に劣っている。
内、NiおよびFeを含んでいないもの(比較用供試体N
o.2、3)は、スポット溶接性、接着性および化成処
理性に劣り、また、Niを含んでいないもの(比較用供試
体No.40)は、スポット溶接性に劣っている。
内、Pを含んでいないもの(比較用供試体No.12、
52、56、60、64、68、72)は、プレス成形
性にやや劣っている。
含有量が、本発明の範囲外に過少のもの(比較用供試体
No.8、13)は、プレス成形性にやや劣っている。
含有量が、本発明の範囲外に過多のもの(比較用供試体
No.20、27)は、化成処理性に劣っている。
本発明の範囲外に過少のもの(比較用供試体No.4
1、42)は、接着性に劣っている。
本発明の範囲外に過多のもの(比較用供試体No.5
0)は、スポット溶接性および化成処理性に劣ってい
る。
亜鉛系メッキ鋼板のメッキ層の表面に形成されたFe-Ni-
P-0 系皮膜が、亜鉛または亜鉛合金メッキ層に比べて硬
質、且つ、高融点であるために、亜鉛系メッキ鋼板のプ
レス成形時におけるメッキ層表面とプレス金型との摺動
抵抗が低下し、亜鉛系メッキ鋼板がプレス金型へ滑り込
み易くなる。また、Fe-Ni-P-0 系皮膜の存在、特に、Ni
が所定量含有されるために、溶接時に高融点のZn-Ni 合
金が形成されるために、電極の損耗が抑制され、その結
果スポット溶接における連続打点性が向上する。更に、
接着性の改善に有効な、表面電位の高いFeを所定量含有
するので、接着板の剥離強度が向上する。更に、化成処
理皮膜は、Fe-Ni-P-0 系皮膜中のNiおよびFeがリン酸塩
結晶中に取り込まれるので、密着性に優れ、且つ、緻密
で均一なリン酸塩の結晶形成により温水2 次密着性にも
優れたものとなる。
優れた亜鉛系メッキ鋼板、プレス成形性およびスポット
溶接性に優れた亜鉛系メッキ鋼板、プレス成形性および
接着性に優れた亜鉛系メッキ鋼板、並びに、プレス成形
性、スポット溶接性、接着性および化成処理性に優れた
亜鉛系メッキ鋼板のいずれをも提供することができる、
工業上極めて有用な効果がもたらされる。
示す概略斜視図である。
概略斜視図である。
の負荷を説明する概略斜視図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜のP含有量は、5〜1000mg/m2
の範囲内にあり、 且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜50at
%の範囲内にあることを特徴とする亜鉛系メッキ鋼板。 - 【請求項2】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/
m2の範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有
率(wt%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率は、0
超〜0.9の範囲内にあり且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の
酸素含有率は、1〜50at%の範囲内にあることを特徴とす
る亜鉛系メッキ鋼板。 - 【請求項3】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/
m2の範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有
率(wt%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率は、0.
05〜1.0未満の範囲内にあり且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜
中の酸素含有率は、1〜50at%の範囲内にあることを特徴
とする亜鉛系メッキ鋼板。 - 【請求項4】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/
m2の範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有
率(wt%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率は、0.
05〜0.9の範囲内にあり且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の
酸素含有率は、1〜50at%の範囲内にあることを特徴とす
る亜鉛系メッキ鋼板。 - 【請求項5】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1500mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜1000mg/
m2の範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有
率(wt%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率は、0.
05〜0.9の範囲内にあり且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の
酸素含有率は、1〜20at%の範囲内にあることを特徴とす
る亜鉛系メッキ鋼板。 - 【請求項6】 少なくとも1方の面のメッキ層表面に、
Fe-Ni-P-O系皮膜を形成した亜鉛系メッキ鋼板であっ
て、 前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のNi含有量は、10〜1200mg/m2の
範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のP含有量は、5〜800mg/m
2の範囲内にあり、 更に、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中のFe含有率(wt%)とNi含有
率(wt%)との和に対する前記Fe含有率(wt%)の比率は、0.
1〜0.3の範囲内にあり、 且つ、前記Fe-Ni-P-O系皮膜中の酸素含有率は、1〜20at
%の範囲内にあることを特徴とする亜鉛系メッキ鋼板。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08070748A JP3111887B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 亜鉛系メッキ鋼板 |
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