JP3190521B2 - アルミニウム帯の亜鉛系電気めっき装置と方法およびその製品 - Google Patents

アルミニウム帯の亜鉛系電気めっき装置と方法およびその製品

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸性亜鉛系めっき浴によ
るアルミニウム帯への亜鉛系電気めっきに関し、さらに
詳しくはめっき皮膜の密着性に優れ、高速連続めっきが
可能なアルミニウム帯への亜鉛系電気めっき装置、方法
およびその製品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム板は、その表面にアルミニ
ウムの不働態被膜が存在する。そのため、このようなア
ルミニウム板は、腐食し難い反面、表面が不活性であ
り、化成性が悪い、接触抵抗が大きい、溶融めっきが困
難である等の問題があり、その優れた特性を活かしきれ
ない。このような問題を解決するための手段の1つとし
て、アルミニウム板の表面に亜鉛等の金属を電気めっき
することが知られている。しかしながら、アルミニウム
板に電気めっきするに際しても、その表面の不働態被膜
が電気めっき性に悪影響を及ぼす。通常の軟鋼板にめっ
きするプロセスにおいて、アルミニウム帯に電気めっき
した場合、めっき密着不良などの問題を引き起こし易い
ことも良く知られている。
【0003】従って、この問題を解決するために、種々
のめっき前の下地処理方法が開発された。その主な方法
は、化学めっき法と陽極酸化皮膜法とに大別することが
できる。第1の化学めっき法は、ジンケート法とも呼ば
れ、アルミニウムが不働態化しない強アルカリ性の水酸
化ナトリウム中に亜鉛イオンを溶かした浴中へ、アルミ
ニウム板を浸漬し、アルミニウム板の表面を溶解しなが
ら亜鉛を析出させるめっき法である。ジンケート法の浴
組成、温度、浸漬時間の例を次に示す。浴組成:水酸化
ナトリウム 100g/l、酸化亜鉛 20g/l浴
温:室温 浸漬時間:30秒
【0004】第2の陽極酸化皮膜法は、アルミニウムを
適当な電解液中で陽極酸化することによって、多孔質の
酸化皮膜を生成するものであり、一般に知られているリ
ン酸浴陽極酸化法や、特開昭55−154599号公報
で提案されている硫酸浴陽極酸化皮膜法が行われてい
る。最近では、特開平5−279891号公報で数秒間
のアノード処理を行う下地処理が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、アル
ミニウム帯にめっきを施す前の下地処理方法が種々提案
されている。しかしながら、このような方法には以下に
示すような問題点がある。まず、化学めっき法には、 1) 強アルカリ性のめっき浴であるため、設備を痛め
やすい。 2) 強アルカリ性のめっき浴であるため、浴管理が難
しい。 3) 化学反応を使用しためっきであるため、付着速度
が小さい。 という問題があり、置換めっきを通常の連続電気めっき
設備で行うのは困難である。また、このような特殊な前
処理を施すことは、コストの面でも不利である。
【0006】また、陽極酸化皮膜法においては、陽極酸
化皮膜の多孔性、及びその孔の大きさに基づいてめっき
の下地として有効に機能すると一般的に考えられている
ので、その酸化被膜の厚さは、数十ミクロンにも達して
いた。そのため、陽極酸化処理に長時間を要し、作業性
が悪く、また陽極酸化皮膜自身の抵抗が大きいため、下
地処理にも、めっきにも多量の電力が必要であるという
欠点がある。さらには、特開平5−279891号公報
のアノード処理を行う下地処理方法によっても、下地処
理およびめっきに多量の電力が必要であるという欠点は
解消されない。本発明は、上記のめっき法によらず、通
常の鋼板に使用されている電気めっき設備によって実施
可能な方法でアルミニウム帯に密着性の良い電気めっき
をする手段(装置、方法)およびその製品を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題点を解決すべく、低コストでアルミニウム帯に密着性
の良い電気めっきを施す方法について鋭意研究を重ねた
結果、アルミニウム帯をめっき浴に浸漬した後に電気め
っきを行うことによって優れためっき密着性が得られる
ことを見いだして本発明をなした。すなわち、本発明の
アルミニウム帯へ亜鉛系電気めっきを施す装置は、前記
アルミニウム帯を酸性亜鉛系めっき浴に浸漬する手段
と、その後にカソード電解により亜鉛系めっきを施す手
段とをとを同一のめっきセル中に備えることを特徴とす
る。
【0008】または、アルミニウム帯を酸性亜鉛系めっ
き浴に浸漬する手段と、その後にカソード電解により亜
鉛系めっきを施す手段とが個別に構成され、それぞれの
手段は、縦型めっきセルどうしまたは横型めっきセルど
うしの組み合わせであってもよく、または縦型めっきセ
ルと横型めっきセルとの組み合わせであってもよい。
【0009】次に、本発明のアルミニウム帯への電気め
っき方法は、前記装置を用いてアルミニウム帯を酸性亜
鉛系めっき浴pH4以下、浸漬時間0.2〜120秒浸
漬した後、カソード電解を行ってめっきすることを特徴
とする。また、上記に特定した方法によって得られる亜
鉛系電気めっきアルミニウム帯は、アルミニウム帯とカ
ソード電解めっき層との間に、XPS(X線光電子分光
法)によって結合エネルギー74〜78eVに測定され
るAl 2p軌道のスペクトルピークが得られないことを
特徴とするものである。なお、本発明において、アルミ
ニウム帯とは、純アルミニウム帯とアルミニウム合金帯
をも含めた意味で称する。また、アルミニウム帯とは、
コイル状のものばかりでなく、板材をも包含する。
【0010】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の特徴
は、アルミニウム帯の亜鉛系電気めっきにおいて、めっ
き前に酸性亜鉛系めっき浴中にアルミニウム帯を浸漬す
ることにある。めっき前にこのめっき浴中にアルミニウ
ム帯を浸漬することにより、アルミニウム帯へのめっき
密着性が向上する。このめっき密着性が向上する理由を
明らかにするために、アルミニウム帯とめっき層界面に
ついてXPS(X線光電子分光法)を用いて解析を行っ
たが、結合エネルギー74〜78eVに測定されるAl
2p 軌道のスペクトルピークが得られず、酸化膜の存在
を確認することができなかった。このような分析結果か
ら、めっき密着性の向上要因として以下のことが推察さ
れる。
【0011】(1)めっき浴は強酸であるため、浸漬す
ることにより表面の自然酸化膜が溶解する。 (2)めっき浴によるアルミニウムの溶解に伴い、表面
の酸化膜が脱落する。つまり、めっき浴中にアルミニウ
ム帯を浸漬することにより表面に活性なアルミニウム金
属面が出現する。この活性な金属面が現れた表面へ、電
気めっきを行うことにより密着性が向上すると考えられ
る。本発明では、酸性亜鉛系めっきとは、純亜鉛めっき
及び亜鉛合金めっきの両方を含む。ここで亜鉛合金めっ
きとは、Fe、Ni、Co、Cr、Mnなどの1種また
は2種以上の合金元素を含有する亜鉛系合金めっきを指
すものであり、合金元素含有率は1〜90%である。
【0012】ここで酸性亜鉛系めっき浴とは、硫酸、塩
酸などの酸性浴中にZn2+の金属イオンを溶かしためっ
き浴及び硫酸、塩酸などの酸性浴中にZn2+の金属イオ
ンとFe2+、Ni2+、Co2+、Cr3+、Mn2+などの1
種または2種以上の金属イオンを溶かしためっき浴を指
すものである。ここで酸性亜鉛系めっき浴の浴組成は、
めっき条件によって決定されるが、浸漬処理に好ましい
浴温は、30〜70℃、pHは4以下、特に2.5以下
である。浸漬処理時間は特に限定されないが、めっき密
着性を向上させるために0.2秒以上が好ましい。一
方、本発明は高速連続めっきラインを使用することを目
的としているため、経済性を考慮して浸漬処理時間は1
20秒以下に制限する。望ましくは、0.5秒以上60
秒以下に管理するとよい。
【0013】上記のめっき浴中で浸漬処理を施されたア
ルミニウム帯は、次にカソード電解により亜鉛系電気め
っきを施される。カソード電解の条件は、目的とするめ
っきによって決定されるため、特に限定しないが、例え
ば、電流密度は10〜200A/dm2 、めっき付着量
は、0.1〜20g/m2 程度が好ましい。また、めっ
きされる亜鉛系めっきも特に限定はないが、例えば、自
動車用めっき鋼板用の電気めっきラインを使用する場
合、現在使用されているZnめっき、Zn−Feめっ
き、Zn−Niめっきなどをめっきすると、操業的に
も、コスト的にも有利である。
【0014】次に、アルミニウム帯を酸性亜鉛系めっき
浴に浸漬する手段と、その後にカソード電解により亜鉛
系めっきを施す手段との配置構成について述べる。前述
の浸漬手段とカソード電解めっき手段とは、同一のめっ
きセル中に配置する。前記の両手段を同一のめっきセル
中に備えることによって、安価にアルミニウム帯の電気
めっき装置が製造でき、場所もとらない。また、めっき
セル製造に伴う付帯設備も少なくてすむため、設備費が
比較的少なくてすむ。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例により本
発明の特徴を具体的に説明する。まず、図1に示す本発
明のめっき装置の例は、酸性亜鉛系めっき槽内に浸漬部
分と電気めっき部分を備えた電気めっき装置である。具
体的には、縦型めっきセルにおいて、そのダウンパスを
浸漬のみとし、アップパスでカソード電解を行ってめっ
きする電気めっき装置である。この電気めっき装置は、
アルミニウム帯1がデフレクターロール2を経た後、ダ
ウンパスで垂直下方向きに走行し、めっき槽中に通され
る。ここで、アルミニウム帯1はめっき浴6に浸漬され
る。次いで、アルミニウム帯1はシンクロール3を経て
アップパスで垂直上向きに走行する。このアップパス中
に配置された対極4によりカソード電解が行われ、アル
ミニウム帯にめっきが施される。
【0016】 また、図2に示すように、横型めっきセル
において、その前半を浸漬のみとし、後半でカソード電
解を行ってめっきする電気めっき装置を使用して本発明
を実施することができる。この電気めっき装置は、アル
ミニウム帯1がガイドロール8を経た後もすぐにはめっ
きが行われず、しばらくめっき浴6中に浸漬される。次
いでアルミニウム帯1は、対極4によりカソード電解が
行われ、めっきが施される。次に、本発明のめっき装置
は、例えば、図3〜図6に示すように、浸漬のみを目的
としたセルと、電気めっきセルとを隣り合わせて配置し
た装置でも十分である。
【0017】 このように電気めっきの前に、アルミニウ
ム帯をめっき浴中に数秒間浸漬することにより、高速連
続めっきが可能となる。また、一層目に密着性の良いめ
っきを行えば、その上にさらにめっきを行っても密着性
に問題はない。従って、最前列のめっきセルを本発明の
装置にしておけば、2列目以降は、通常の電気めっきセ
ルで問題はなく、いくらでも厚いめっきが得られる。
【0018】 次に、図1に示す電気めっき装置を用い
て、アルミニウム帯を電気めっきし、めっき密着性を評
価した。板厚1mmのアルミニウム帯を準備し、ダウン
パスにおいて、Zn2+の金属イオン40g/lとFe2+
の金属イオン35g/lを溶かした硫酸めっき浴中に5
秒間浸漬させた。引き続き、アップパスにおいて、この
めっき浴中で100A/dm2 の電流密度でカソード電
解を行い、Zn−Feめっきを5g/m2 めっきした。
その後、めっきされたアルミニウム帯から試料を採取
し、めっき密着性を評価した。めっき密着性は、めっき
面にニチバンのセロハンテープを張り付けた後、この面
を内側にして180度折り曲げ、開いた後テープをはが
し、テープに付着しためっきの量を調べて評価した。そ
の結果、めっきの剥離は認められず、良好なめっき密着
性を示した。
【0019】 次に、板厚1mmのアルミニウム帯を準備
し、これをZn2+の金属イオン40g/lとFe2+の金
属イオン35g/lを溶かした硫酸めっき浴中に表1に
示す時間浸漬した後、Zn−Feめっきを5g/m2
っきした。その後、めっきされたアルミニウム帯から試
料を採取し、めっき密着性を評価した。めっき密着性
は、めっき面にニチバンのセロハンテープを張り付けた
後、この面を内側にして180度折り曲げ、開いた後テ
ープをはがし、テープに付着しためっきの量を調べて評
価した。評価結果は、◎:めっき剥離なし、〇:めっき
剥離率10%以下、△:めっき剥離率10%超、×:め
っき全面剥離で表示した。密着性の評価結果は表1に示
すとおりであり、本発明材はいずれも良好な密着性が得
られた。表1に示す供試材のアルミニウム帯とめっき層
の界面をXPS((X線光電子分光法)を用いて解析し
たところ、本発明材は結合エネルギー74〜78eVに
測定されるAl 2p 軌道のスペクトルピークが認められ
なかった。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、めっき槽内に浸漬部分と電気めっき部分を備えた電
気めっき装置によって、密着性に優れた高速連続めっき
を行うことができる。しかも、本発明は、既存の鋼板用
の亜鉛系電気めっきラインにおいて、最前列のめっきセ
ルを浸漬のみとすることによって利用できる。従って、
本発明の装置により、亜鉛系電気めっきアルミニウム帯
が安価に製造できるとともに、高速に連続製造ができる
ため生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を縦型めっきセルに適用した概要図、
【図2】本発明を横型めっきセルに適用した概要図にあ
る。
【符号の説明】
1 アルミニウム帯 2 デフレクターロール 3 シンクロール 4 対極 5 コンダクターロール 6 めっき浴 7 電気めっきセル 8 ガイドロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C25D 3/56 C25D 3/56 Z (56)参考文献 特開 平5−279891(JP,A) 特開 平6−17286(JP,A) 特開 平4−297595(JP,A) 特開 平5−195282(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 5/30 C25D 5/44 G01N 23/227 C25D 3/22 101 C25D 3/56

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム帯へ亜鉛系電気めっきを施
    すに際し、前記アルミニウム帯を酸性亜鉛系めっき浴に
    浸漬する手段と、その後にカソード電解により亜鉛系め
    っきを施す手段とを同一のめっきセル中に備えることを
    特徴とするアルミニウム帯の亜鉛系電気めっき装置。
  2. 【請求項2】 前記めっきセルが、縦型めっきセルまた
    は横型めっきセルである請求項1記載のアルミニウム帯
    の亜鉛系電気めっき装置。
  3. 【請求項3】 アルミニウム帯へ亜鉛系電気めっきを施
    すに際し、前記アルミニウム帯を酸性亜鉛系めっき浴
    H4以下、浸漬時間0.2〜120秒浸漬した後、カソ
    ード電解を行ってめっきすることを特徴とするアルミニ
    ウム帯の亜鉛系電気めっき方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の方法によって製造され
    た亜鉛系電気めっきアルミニウム帯であって、アルミニ
    ウム帯とカソード電解めっき層との間に、XPS(X線
    光電子分光法)によって結合エネルギー74〜78eV
    に測定されるAl 2p軌道のスペクトルピークが得られ
    ないことを特徴とする亜鉛系電気めっきアルミニウム
    帯。
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