JP3132979B2 - 潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents
潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板Info
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Description
接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板に関するもので
ある。
Pの非結晶質酸化物を生成せしめて、プレス性、化成処
理性に優れた鋼板とすることが特開平3−249182
号公報に開示されている。このような表面処理鋼板はプ
レス成形において摺動性が鋼板以上に向上し、しかもボ
ンデ処理等の化成処理を均一に生成させることができ、
塗装も均一にできる等優れた機能を有するめっき鋼板で
ある。
記のごとき無機系酸化物を生成すると、プレス性、化成
処理性は向上するが、自動車、家電等で溶接の省略ある
いは補強に使用されている接着剤の接着強度を低下させ
る等の課題がある。本発明方法は、このような課題を有
利に解決するためなされたものであり、上記のごとく潤
滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき
鋼板を提供することを目的とするものである。
ろは、めっき層表面にMn−Zn−OH−PO4 酸化物をMn量と
して0.1 〜100mg/m2及びP量として1 〜100mg/m2生成せ
しめ、P/Mn比を0.3 〜50にしたことを特徴とする潤滑
性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼
板である。
を詳細に調査した結果、接着剤の剥離が無機系酸化物内
で層内剥離することを確認した。更に検討を重ねた結
果、剥離面がPリッチであることも明らかになった、こ
のP層はプレス等の加工時に細かく剥離し、コロガリ機
能により潤滑性が得られるものと推定されるが、接着に
対しては逆に剥離面になるものと考えられる。本発明者
等は、このように相反する機能を回避することを、上記
知見に基づき無機系酸化物中のP/Mnを制御することによ
り、潤滑性を高めるとともに、接着強度(密着性)も向
上せしめることを開発したものである。上記のごとき無
機系酸化物を生成せしめる亜鉛系めっき鋼板としては、
例えば、溶融めっき法、電気めっき法、蒸着めっき法、
溶射法などの各種の製造方法によるものがあり、めっき
組成としては純Znの他、ZnとFe、ZnとNi、Z
nとAl、ZnとMn、ZnとCr、ZnとTi、Zn
とMgなどZnを主成分として、あるいは耐食性など諸
機能の向上のためFe、Ni、Co、Al、Pb、S
n、Sb、Cu、Ti、Si、B、P、N、S、O等の
1種ないし2種以上の合金元素及び不純物元素を含み、
又SiO2 、Al2O3 などのセラミックス微粒子、T
iO2 、BaCrO4 などの酸化物、アクリル樹脂など
の有機高分子をめっき層中に分散させたものがあり、め
っき層の厚み方向で単一組成のもの、連続的あるいは層
状に組成が変化するものがあり、更に多層めっき鋼板で
は、最上層に、めっき組成としては純Znの他、Znと
Fe、ZnとNi、ZnとAl、ZnとMn、ZnとC
r、ZnとTi、ZnとMgなどZnを主成分として、
耐食性などの諸機能の向上のため1種ないし2種以上の
合金元素及び不純物元素を含み、またSiO2 、Al2
O3 などのセラミックス微粒子、TiO2 、BaCrO
4 などの酸化物、アクリル樹脂などの有機高分子をめっ
き層中に分散させたものがある。更にアルミニウムめっ
き鋼板のように亜鉛を含まない、あるいは亜鉛を主成分
としないめっき鋼板の表面に上記のごとき、亜鉛を主成
分としためっきを施した多層めっき鋼板でも、その表面
が亜鉛を主成分であれば、プレス性、化成処理性等の効
果は変わらない。
っき鋼板、鉄−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき鋼板、亜鉛を
主とするアルミニウム、鉄などの合金溶融亜鉛めっき鋼
板、めっき層断面方向で下層が合金化されている合金化
溶融亜鉛めっき鋼板(一般にハーフアロイと称する)、
片面−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき層、他面溶融亜鉛めっ
き層からなるめっき鋼板、これらのめっき層上に電気め
っき、蒸着めっき等により亜鉛、又は亜鉛を主成分と
し、鉄、ニッケルを含有する金属をめっきした鋼板、あ
るいは電気亜鉛めっき鋼板、亜鉛、ニッケル、クロム等
合金電気めっき鋼板等、更に単一合金層又は多層合金電
気めっき鋼板、亜鉛及び亜鉛含有金属の蒸着めっき鋼板
等がある。その他、SiO2 、Al2O3 などのセラミ
ックス微粒子、TiO2 酸化物微粒子及び有機高分子な
どを亜鉛又は亜鉛合金めっき中に分散させた分散めっき
鋼板がある。
層表面に生成するMn−Zn−OH−PO4系酸化物としては、
例えばプレス成形時に金型へのめっき金属の凝着防止機
能を酸化物中のMn金属酸化物がが主として機能し、プ
レス成形時の摺動に際し、潤滑機能をもつコロガリ潤滑
機能を有する酸化物としてPからなる酸素酸が上記結晶
質構造に酸素結合を媒介して結合している構造が主とし
て機能すると考えられる。しかしながら、皮膜の形成反
応は水溶液中から界面のpH上昇を利用して渾然一体と
して析出するので、厳密に作用機能を選別できるもので
はなく、皮膜の一部が凝着防止機能を担い、他の一部が
コロガリ潤滑機能を担うと解することができる。上記酸
化物の構成成分は、全て無機物であり、プレス後の脱脂
液には負荷をかけず、化成処理に際してはpHの低下に
よって溶解するので、化成皮膜は正常に形成できる。こ
れら皮膜形成成分は、化成処理液の含有成分でもあり化
成処理液を汚染しない。
酸化物成分とコロガリ潤滑機能を有する酸化物成分を含
有する酸性水溶液に亜鉛系めっき鋼板を浸漬するか、あ
るいは陰極電解処理するこにより、確実に皮膜形成でき
る。浸漬処理においては、Znが溶解する際に界面のp
Hが上昇し、その結果皮膜成分が水酸化物あるいは酸化
物となって析出する。溶解したZnその他のめっき層成
分も皮膜中に混入する酸化還元反応を利用することもで
きる。Znの溶解は酸化反応であり、それに対応して酸
化型の金属イオンは不溶解性の還元型酸化物となって析
出する、リン酸等の酸素酸アニオンも酸化物コロイドも
界面のpH上昇によって析出できる、陰極電解処理は界
面のpH上昇を促進する効果がある、スプレー処理、コ
ーティング処理等の水膜の厚さ調整で界面反応を制御す
ることもできる。
化量は、金属としてMnが0.1〜100mg/m2と少量
で十分効果が得られ、0.1mg/m2未満では明確な潤滑
効果が認知できず、100mg/m2を越えても効果は変わ
らず経済的に不利である。コロガリ潤滑機能をもつ酸化
物量は、元素としてPが1〜100mg/m2で確実な潤滑
機能が得られ、P量についても1mg/m2未満では十分な
潤滑効果が得られず、100mg/m2越えても効果は変わ
らず経済的に不利である。Mn−Zn−PO4 −OH酸化物は、
構造は明確ではないがアモルファス状の皮膜であると推
定されているが接着性の向上には、P/Mn比で決まり
P/Mn比は0.3〜50が接着剤適合性を良好にし、
その効果は従来の鋼板と同等以上の接着強度となる。特
にP/Mn比0.3〜30においては、従来鋼板以上の
格段と優れた接着強度となる。0.3未満では潤滑効果
が少量では十分発揮できず、50超では接着剤適合性が
低下する、P/Mn比が低い程、つまり皮膜中のMn比
がが高い程、接着強度が向上するように見られるが、こ
れはMn酸化物系(酸化物、水酸化物等)の皮膜の接着
剤及びめっき層との結合力が高いことと、この皮膜自身
の強度が高いためと、更に破壊されにくいものと推定で
きる。また、このことにより接着剤の剥離時のクラック
の層内伝播を抑制しているためと考えられる。このよう
な酸化物は、浸漬法や陰極電解処理法の如く界面の化学
反応で析出させる場合には、一般には混合皮膜として皮
膜生成される。しかるに、凝着防止機能を亜鉛めっきと
の界面により強く、コロガリ潤滑機能を皮膜の表面によ
り強く、傾斜機能的に皮膜形成させること可能である。
かくすることにより、難成形部品をプレス加工する場合
のように、亜鉛めっき鋼板の局部に高面圧がかかると
き、カジリが発生する限界面圧が向上する効果がある。
所謂プレス成形荷重範囲が広く採れるので、実用上は金
型設計が容易になり、プレス作業も安定するので大きな
利益を享受できる。
等の溶解度積の相違を利用して、各成分のイオン濃度、
流速、溶解温度、電解処理の場合には電流密度等を調整
することにより、界面のイオン濃度を制御することから
なる。例としてMn 、P系酸化物の場合には、処理溶液
に過マンガン酸カリウム、リン酸、硫酸を配合し、亜鉛
系めっき鋼板と反応を起こさせると、Znの溶解と過マ
ンガン酸イオンの還元により、界面のPHの急激な上昇
によりMn酸化物もしくは水酸化物主体の皮膜が形成さ
れ、その皮膜形成により上昇したPHが低下し、形成し
た皮膜の加水分解が起こり、より溶解度の低いリン酸塩
となり皮膜の再形成が行われる。この繰り返しが短時間
内に起こりPは表層に富み、Mnは下層に富んだ傾斜機
能になるものと考えられる。
P系酸化物は、分析できるがZn、OHは酸化物生成時
には存在量の分析は不可能である。P/Mn比を0.3 〜50
にすることによって、前記のごとく酸化物(皮膜) の剪
断効力が向上し、プレス成形にクラックが発生し難く、
またクラックが発生してもクラックの伝播をほとんど阻
止することができため、接着剤の密着性(接着剤適合
性)が優れている。
性、接着剤適合性(密着性)に障害とはならず、本質的
に変わらない元素としては、Li、Be、C 、F 、Na、Mg、
Al、Si、Cl、K 、Ca、Ni、Mo、V 、W 、Ti、Fe、Rb、S
r、Y 、Zn、Nb、Cs、Ba、ランタニド類のイオンや酸化
物、水酸化物、リン酸塩、硫酸塩硝酸塩等はある程度
(皮膜中に約10%以下)混入しても影響はない。さら
にCr、Cd、Pb、Sn、Asは微量であれば、化成処理性や化
成処理液への汚染に影響はなく本発明の効果は変わらな
い。
生成方法としては、例えば過マンガン酸カリウム濃度:
0.5〜50g/l、リン酸1カリウム0.5〜100
g/l、リン酸:0〜30g/l、硫酸:0〜10g/
lで浸漬、塗布等の接触、または電流密度5〜60A/
dm2 で電解することにより生成することができる。ま
た必要に応じて、無機系酸化物を生成する前にアルカリ
または酸あるいは、ブラシ等で前処理をほどこしてもよ
い。
げる。
板(Fe10%、Al0.2%、残Zn)、GI:溶融亜
鉛めっき鋼板、HA:半合金化溶融亜鉛めっき鋼板( Fe
5%、Al0.3%、残Zn)、Zn−Ni:亜鉛−ニ
ッケル合金電気めっき鋼板(Ni9%、残Zn)、Zn
−Mg:亜鉛マグネシウム合金蒸着めっき鋼板(Mg1
0%、残Zn)、Zn−Cr:Zn−Cr合金電気めっ
き鋼板(Cr14%、残Zn)、Zn−Mn:Zn−M
n合金電気めっき鋼板(Mn20%、残Zn)、Zn−
Al:亜鉛アルミニウム合金溶融めっき鋼板(Al5
%、Mg0.1%、残Zn)、Zn/Al−Zn:亜鉛
上層アルミニウム亜鉛合金溶融めっき鋼板(上層Zn2
g/m2 、下層Al55%、残Zn60g/m2 )、Z
n−Fe:亜鉛−鉄合金電気めっき鋼板(Zn85%、
Fe15%)、Zn−Cr−Ni:Zn−Cr−Ni合
金電気めっき鋼板(Zn85%、Cr13%、Ni2
%)、Zn/Al:亜鉛上層アルミニウムめっき鋼板
(上層Zn1g/m2、下層Al60g/m2 )。鋼板
厚はいずれも0.8mmの普通鋼。 注 2)前処理 活性化方法A:めっき鋼板を5%H2 SO4 溶液に1〜
10秒浸漬。 活性化方法B:めっき鋼板を陰極とし5%NaOH溶液
中で5〜10Adm2 の電解を施した。 活性化方法C:0.5mm径、毛足長さ20mm(ステ
ンレス製)を直径300mmのロール状に形成し、接触
圧10Kgで回転せいめめっき鋼板表面を活性化した。 注3)無機系酸化物の生成方法 過マンガン酸カリウム:0.5〜50g/l、リン酸1
カリウム0.5〜100g/l、リン酸0〜30g/
l、硫酸0〜10g/l溶液を作成した。浸漬:めっき
鋼板を1〜60秒浸漬した後水洗乾燥した。塗布:スプ
レーで めっき鋼板へ散布し、ロールで水膜を調整した
後乾燥した。電解:液中でめっき鋼板を陰極とし、電流
密度5〜60A/dm2 で生成した後水洗、乾燥した。
不純物元素は、炭酸塩等で添加した。生成量は何れも測
定元素量 注4)プレス性 サンプルサイズ:17mm×300mm、引張り速度:50
0mm/min 、角ビート肩R:1.0/3.0mm、摺動
長:200mm、塗油:ノックスラスト530F40(パ
ーカー興産株式会社製)40.1g/m2の条件で、面圧
を100〜600Kgf の間で数点試験を行い、引き抜き
加重を測定し、面圧と引き抜き加重の傾きから摩擦係数
を求めた。 注5)化成処理性 化成処理液にはSD5000(日本ペイント(株)製)を
用い、処方どおり脱脂、表面調整を行った後化成処理を
行った。化成処理皮膜の判定は、SEM(2次電子線像)に
より、均一に皮膜が形成されているものは○、部分的に
皮膜形成されているものは△、皮膜が一部形成されてい
ないるものは×と判定した。 注6)接着剤適合性 めっき鋼板を25mm巾の短冊状にし、防錆油(ノック
スラスト530F40、パーカー興産株式会社製)を1
g/m2塗油した後、エポキシ系接着剤(EP190、セ
メダイン社製、ヘミング用接着剤)を、ラップ代8m
m、接着剤厚み0.15mmで3枚重ねで接着し、17
0℃で20分焼付け硬化させた後、引張り試験機で剪断
剥離力を求め、片面の剪断力(kgf/cm2 )を算出
した。
成した亜鉛系めっき鋼板の潤滑性、化成処理性を向上す
るとともに、接着剤適合性も向上することができ亜鉛系
めっき鋼板の適用範囲を拡大することができる。また化
成処理液の汚染がなく、プレス−接着−化成処理の一連
の工程において生産性向上のみならず、化成処理液の劣
化もなく、しかも排水処理の低減によるコスト軽減がで
きる等優れた効果が得られる。
Claims (1)
- 【請求項1】 めっき層表面にMn−Zn−OH−PO4酸化物
をMn量として0.1 〜100mg/m2及びP量として1 〜100mg/
m2生成せしめ、P/Mn比を0.3 〜50にしたことを特徴とす
る潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系め
っき鋼板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07106118A JP3132979B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07106118A JP3132979B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08296065A JPH08296065A (ja) | 1996-11-12 |
JP3132979B2 true JP3132979B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=14425543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07106118A Expired - Lifetime JP3132979B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 潤滑性、化成処理性、接着剤適合性に優れた亜鉛系めっき鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3132979B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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-
1995
- 1995-04-28 JP JP07106118A patent/JP3132979B2/ja not_active Expired - Lifetime
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---|---|
JPH08296065A (ja) | 1996-11-12 |
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