JP4238117B2 - 着色表面処理ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハンダ性、耐食性、および熱放射性に優れた有色の表面処理皮膜をめっきステンレス鋼板に形成させてなる着色表面処理ステンレス鋼板およびその製造方法に関する。

近年、金属容器、家電機器シャーシ、キャビネット、電子部品基板などの各種の筐体用途に適用する表面処理金属板においては、鋼板を基板として、装飾的観点から黒色、白色、灰色などの無彩色、赤色、青色、黄色、緑色、茶色、ピンク色などの彩色に着色した表面処理皮膜を鋼板上に形成させた着色表面処理鋼板が用いられている。これらの用途に用いられる表面処理鋼板は、所定の形状に成形加工した後の接着が必要な箇所、または他の部品や部材との接着にハンダ付けが行われる場合があるが、従来の着色表面処理鋼板においては着色した有色の表面処理皮膜のハンダ濡れ性が不良であり、ハンダ付けが必要とされる用途に適用することができなかった。

また、特に電子部品基板用の筐体用途においては、電子機器の小型化や高密度化にともなって、狭い筐体内部や間隙が殆ど無い状態で装填された部品の温度上昇を抑制する必要が生じている。そのため筐体用途においては、放熱性を有する材料が必要とされる。また、電子機器の小型化や高密度化にともなって筐体材料をゲージダウンして軽量化することも求められており、そのため、高強度が要求される用途には厚さが薄くても十分な強度を有し、切断端面に錆を生じることのないステンレス鋼板が用いらているが、ステンレス鋼板はハンダ濡れ性が不良であり、ハンダ付けが必要とされる用途に適用することができなかった。

ハンダの濡れ性に優れた鋼板の従来技術として、鋼板上に錫めっきを施し、次いで錫めっき上に亜鉛、ニッケル、コバルトのいずれか１種以上を主成分とするめっき、または亜鉛、ニッケル、コバルトのいずれか１種以上に錫、鉄、鉛、銅のいずれか１種以上を含有してなる、錫の標準電極電位より卑な電位を示す合金めっきを施した、ハンダ用二層めっき鋼板が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このめっき鋼板はクロメート処理皮膜のような耐食性に優れた保護皮膜層を有していないため、耐食性が十分ではなく、腐食生成物の皮膜が生成することにより、ハンダ濡れ性も劣化するおそれがある。

また、鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層、または表面にＮｉめっきまたはＦｅ−Ｎｉ拡散層のいずれかからなる表面処理層を形成させた表面処理鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層を形成させ、これらのＳｎ−Ｚｎ合金層上にリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜を形成させてなる環境対応型電子部品用表面処理鋼板が開示されている（例えば、特許文献２参照）。このリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜もＳｎ−Ｚｎ合金に対して高耐食性を付与することはできるが、その安定さ故に、特に塩素を含まない弱活性または非活性のフラックスを使用した場合のハンダ性に乏しい欠点を有している。

さらに、これらのハンダ用二層めっき鋼板や電子部品用表面処理鋼板は、表面処理皮膜を形成させる基板として鋼板を用いているため、切断面では鋼が露出するので、赤錆が発生しやすい欠点も有している。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。

特開昭６３−２７７７８６号公報 特開２００２−２４９８８５号公報

本発明は、優れたハンダ濡れ性、耐食性、および優れた熱放射性を有する着色表面処理ステンレス鋼板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明の着色表面処理ステンレス鋼板は、板側からめっきの厚さが皮膜量で０．０５〜１．０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルストライクめっき、めっきの厚さが皮膜量で０．２〜５０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルめっきを順に形成させてなるめっきステンレス鋼板上にメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒未満である有色の表面処理皮膜を形成してなり、熱放射率が０．１〜０．９であることを特徴としており、
上記（請求項１）の着色表面処理金属板において、めっきステンレス鋼板が、前記ニッケルめっきの上に、さらにめっきの厚さが皮膜量で１〜２０ｇ／ｍ ^２ である錫めっきを形成させてなること（請求項２）、または
上記（請求項１または２）の着色表面処理ステンレス鋼板において、有色の表面処理皮膜が、着色顔料とロジンを含有する水系ウレタン樹脂を塗布し乾燥してなる皮膜であること（請求項３）を特徴とし、または
有色の表面処理皮膜が、着色顔料とロジンを含有する水系アクリル樹脂を塗布し乾燥してなる皮膜であること（請求項４）を特徴とし、さらに
上記（請求項３または４）の着色表面処理金属板において、着色顔料が黒色顔料であること（請求項５）を特徴とする。

そして本発明の着色表面処理ステンレス鋼板の製造方法は、ステンレス鋼板にめっきの厚さが皮膜量で０．０５〜１．０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルストライクめっきをする工程、その上にめっきの厚さが皮膜量で０．２〜５０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルめっきをする工程、その上にメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒未満である有色の表面処理皮膜をする工程を有する、熱放射率が０．１〜０．９であることを特徴としており、
上記（請求項６）の着色表面処理ステンレス鋼板の製造方法において、前記ニッケルめっきの上にめっきの厚さが皮膜量で１〜２０ｇ／ｍ ^２ である錫めっきをする工程をさらに有することを特徴とする。

本発明においては、強度および耐食性に優れたステンレス鋼板を基板とし、基板との密着性に優れるとともにハンダ濡れ性を有するめっき層を施してなるめっきステンレス鋼板に、ハンダ濡れ性に優れる水系ウレタン樹脂や水溶化ロジンを含有する水系アクリル樹脂に、無彩色や彩色の着色顔料をさらに含有させて塗布し乾燥して有色の表面処理皮膜を形成させているので、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒未満の優れたハンダ濡れ性、および熱放射率が０．１〜０．９の優れた熱放射率を有し、かつ色彩が鮮明で装飾性に優れている。そのため、優れた耐食性、ハンダ性および熱放射性を必要とする薄肉の電子機器筐体や電子部品基板として好適に適用できる。

以下、実施形態によって本発明を詳細に説明する。

めっき基板となるステンレス鋼板としては、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４１０、４１６、４２０、４３１、４４０などのマルテンサイト系ステンレス鋼板、ＳＵＳ４０５、４３０、４３４などのフェライト系ステンレス鋼板、ＳＵＳ３０１、３０４、３０９、３１０、３１６、３２１、３２９、３４７などのオーステナイト系ステンレス鋼板のいずれのステンレス鋼板も用いることができる。これらのステンレス鋼板に通常の脱脂および酸洗の前処理をそれぞれ施した後、ステンレス鋼板上に施すニッケルめっきの密着力を向上させるために、ウッド浴などを用いてストライクニッケルめっきを行う。ストライクニッケルめっきの厚さは皮膜量で０．０５〜１．０ｇ／ｍ^２ であることが好ましい。０．０５ｇ／ｍ^２ 未満であるとステンレス鋼板に対するニッケルめっきの密着力に乏しくなり、１．０ｇ／ｍ^２ を越えるてもニッケルめっきの密着力向上の効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

引き続いてストライクニッケルめっき上にニッケルめっきを形成させる。ニッケルめっきは電解めっき法、または無電解めっき法のいずれのめっき法を用いて形成させてもよいが、予め電解法によるストライクニッケルめっきを行うので、ワット浴などを用いて電解めっき法で行うことが好ましい。このニッケルめっきの厚さは皮膜量で０．２〜５０ｇ／ｍ^２ であることが好ましい。０．２ｇ／ｍ^２ 未満では十分なハンダ強度が得られない。一方、皮膜量が５０ｇ／ｍ^２ を越えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

また、ニッケルめっき上にさらに錫めっきを形成させることにより、ハンダ濡れ性をさらに向上させることができる。錫めっきはフェロスタン浴やハロゲン浴などを用いて電解めっき法で行うことが好ましい。錫めっきの厚さは皮膜量で１〜２０ｇ／ｍ^２ であることが好ましい。１ｇ／ｍ^２ 未満ではハンダ濡れ性の向上効果が不十分である。一方、皮膜量が２０ｇ／ｍ^２ を越えるとハンダ濡れ性の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

このように、ステンレス鋼板上にストライクニッケルめっきを介してニッケルめっき、またはニッケルめっきと錫めっきを形成させることにより、ハンダ性に優れためっきステンレス鋼板が得られる。

以上のようにして得られるめっきステンレス鋼板は切断しても切断端面に錆が生じることがなく、耐食性に優れており、上記のようにニッケルめっきやニッケルめっき上にさらに錫めっきを形成させているので、ハンダ性にも優れており、家電機器シャーシ、キャビネットなどの筐体用途に好適に適用することができる。また、下記に示す熱放射性を向上させる着色表面処理皮膜を形成させることにより、熱放射率を０．１〜０．９程度まで向上させることができる。熱放射性を向上させる着色表面処理皮膜は、以下のようにしてこれらのめっきステンレス鋼板のめっき上に形成させる。

皮膜を構成する樹脂としては、水系ウレタン樹脂または水溶性ロジンを含有させた水系アクリル樹脂を用いることが好ましい。これらの水系樹脂の濃度としては、１００〜９００ｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。これらの水系ウレタン樹脂または水溶性ロジンを含有させた水系アクリル樹脂に着色顔料を含有させて上記めっき金属板のめっき上に塗布し乾燥して着色表面処理皮膜とする。着色顔料としては有機系、無機系のいずれも適用可能であり、黒色、白色などの無彩色、赤色、青色、黄色などの彩色の顔料を１種または２種以上添加して好みの色を発色させる。熱放射性を重視する場合は、黒色顔料を用いることが好ましい。樹脂中へ添加する量は樹脂の固形分に対して１〜５０重量％であることが好ましい。含有量が１重量％未満では色によっては色調の鮮明性に乏しく、５０重量％を越えるとハンダ性が不良となる。より好ましい添加量は３〜３０重量％である。また、顔料に替えて有色のセラミック粉末を用いてもよい。有色のセラミック粉末としては、炭化チタン、窒化チタン、硼化チタン、炭化タングステン、窒化モリブデンおよびこれらのセラミック粉末を２種以上混合してなる混合粉末を用いることが好ましい。

水系アクリル樹脂に含有させる水溶性ロジンは、ロジンの主成分であるアビエチン酸分子内のカルボン酸基をアミン塩などにより中和してロジン石鹸とする方法により得られたものを、特に経時後のハンダ濡れ性を向上させるために水系アクリル樹脂中に含有させる。水系アクリル樹脂液中に５０〜６００ｇ／Ｌの範囲で添加するのが好ましい。５０ｇ／Ｌ未満では経時後のハンダ濡れ性が不十分であり、６００ｇ／Ｌを越えると高粘度となり、ゲル化しやすく塗布が困難になる。

上記のようにして得られた何れかの樹脂液を、上記のめっきステンレス鋼板の片面あるいは両面に塗布する。この場合、表裏面において塗布膜厚を変えてもよい。塗布する方法としては、浸漬法、ロールコート法、カーテンフローコート法、スプレーコート法など、公知の方法を用いることができる。しかし、両面塗布を行う場合、本処理液が水系であることを活かして、連続めっき工程の後工程において、浸漬・絞りによる塗布を行う方法が容易で経済的である。これらのいずれかの塗布方法を用いて塗布した後、乾燥させてめっき金属板上に有色の表面処理皮膜を形成させ、着色表面処理金属板とする。乾燥後の皮膜厚さは０．０５〜１０μｍであることが好ましい。皮膜の厚みが０．０５μｍ未満では均一な着色外観が得られず、手指で触れた場合に指紋が付きやすくなる。１０μｍを越える場合はこれらの放熱性性向上の効果が飽和し、またハンダ濡れ性が低下するので好ましくない。

このようにして得られる本発明の着色表面処理ステンレス鋼板は、以下に示すメニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）によるハンダ濡れ性が１０秒未満であることが好ましい。メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒を越える場合は、加熱溶融したハンダが着色表面処理金属板の表面に十分に広がらず、ハンダ付けする相手材との十分な接着力が得られない。メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性の測定は、以下のようにして行う。すなわち、ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を使用し、上記の着色表面処理金属板から切り出した幅７ｍｍのサンプルを塩素を含まない弱活性フラックスに浸漬し、その後２５０℃に保持したハンダ浴（ＪＩＳ Ｚ ３２８２：Ｈ６０Ａ）に前記のフラックスを塗布したサンプルを浸漬速度２ｍｍ／秒で、２ｍｍ浸漬させ、ハンダが濡れるまでの時間ゼロクロスタイムを測定し、ハンダ濡れ性（秒）とする。

また、めっきステンレス鋼板に着色表面処理皮膜を形成させて着色表面処理ステンレス鋼板とすることにより、熱放射率は０．１〜０．９まで向上する。

（供試板の作成）
[めっきステンレス鋼板]
ステンレス鋼板（ＪＩＳ ３０４、板厚０.２ｍｍ）をめっき基板として、アルカリ水溶液中で電解脱脂し、次いで硫酸中に浸漬して酸洗した後、ウッド浴を用いて下記に示す条件でストライクニッケルめっきを施し、引き続いてワット浴を用いて下記に示す条件でニッケルめっきを施してニッケルめっきステンレス鋼板とした。このようにして得られたニッケルめっきステンレス鋼板の一部は、さらにフェロスタン浴を用いて下記に示す条件で錫めっきを施してニッケル・錫めっきステンレス鋼板とした。

<ストライクニッケルめっき>
浴組成
塩化ニッケル ２４０ｇ／Ｌ
塩酸 １００ｍＬ／Ｌ
浴温 ５０
電流密度 ５Ａ／ｄｍ^２
電解時間 ７秒

<ニッケルめっき>
浴組成
硫酸ニッケル ３００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル ４５ｇ／
ホウ酸 ４５ｇ／
浴温 ５５℃
ｐＨ ３．０
電流密度 ５Ａ／ｄｍ^２

<錫めっき>
浴組成
硫酸第一錫 ３０ｇ／Ｌ
フェノールスルホン酸 ３０ｇ／Ｌ
エトキシ化−αナフトール ２ｇ／Ｌ
浴温 ４０℃
ｐＨ ２．０
電流密度 ５Ａ／ｄｍ^２

以上のようにして表１にめっき番号Ａ〜Ｅで示すめっきステンレス鋼板を作成した。

これらのめっき番号Ａ〜Ｅのめっきステンレス鋼板に、表２に示す水系ウレタン樹脂または水溶性ロジンを含有させた水系アクリル樹脂に、表２に示す含有量で黄、黒、または赤系の着色顔料もしくは炭化チタンを含有する樹脂液を浸漬・絞り法を用いて塗布した後、９０℃の温度で乾燥し、試料番号１〜１０の試料を作成して下記の特性評価を行った。表３にその評価結果を示した。

[特性評価]
<ハンダ濡れ性>
ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を用い、メニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）により評価した。すなわち、試料番号１〜１０の試料から幅７ｍｍの試片を切り出し、表３に示すように塩素を含まない弱活性フラックス（ラピックスＲＭＡ、日本半田工業製）に浸漬し、その後２５０℃に保持したハンダ浴（ＪＩＳ Ｚ ３２８２：Ｈ６０Ａ）に前記のフラックスを塗布した試片を浸漬速度２ｍｍ／秒で２ｍｍ浸漬させ、ハンダが濡れるまでの時間ゼロクロスタイムを測定し、下記に示す基準で半田濡れ性を評価した。濡れ時間は短い程半田付け性に優れることを示す。なお、試験は試料作製直後と恒温恒湿（６０℃、９５％ＲＨ）で５００時間経時後の２通りで行った。×以外を合格範囲とした。
◎：５秒未満
○：５〜７秒未満
△：７〜１０秒未満
×：１０秒以上

[特性評価]
<ハンダ強度>
試料番号１〜１０の試料から幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍで切り出してＬ字型に折り曲げた試片２個を、評価面を向かい合わせてＴ字状になるように重ね、Ｔ字の縦棒の部分の間に厚さ０．５ｍｍの鋼板を挟み、Ｔ字の縦棒の下部に０．５ｍｍの空隙部を形成させた試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同一のフラックスを塗布した後、ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を用い、２５０℃に保持したハンダ浴（ＪＩＳ Z ３２８２：Ｈ６０Ａ）に試片の空隙部を１０ｍｍの深さまで浸漬して５秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出してＴピール試験片とした。次いでテンシロンを用いて、Ｔピール試験片のＴ字の横棒部をチャックで挟んで引張ってＴ字の縦棒部のハンダ充填部を引き剥がしてハンダ強度を測定し、下記に示す基準でハンダ強度を評価した。
◎：４ｋｇｆ／７ｍｍ以上
○：３〜４ｋｇｆ／７ｍｍ未満
△：１〜３ｋｇｆ／７ｍｍ未満
×：１ｋｇｆ／７ｍｍ未満

<めっき密着性>
試料番号１〜１０の試料から幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍで試片を切り出して９０°に折り曲げ、折り曲げ部（外側）にスコッチテープを貼り付け、次いで引き剥がした後、めっき皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記に示す基準でめっき密着性を評価した。
○：剥離は認められない。
×：剥離が認められる。

<放熱性>
試料番号１〜１０の試料から１００ｍｍ×１００ｍｍの試片を切り出し、放射率計（Ｄａｎｄ Ｓ ＡＥＲＤ放射率計、京都電子工業製）を用いて熱放射率を測定し、下記の基準で放熱性を評価した。
◎：熱放射率０．５〜０．９
○：熱放射率０．１〜０．５未満
△：熱放射率０．０５〜０．１未満
×：熱放射率０．０５未満

<色彩鮮明性>
試料番号１〜１０の試料について分光測色計（ＭＯＤＥＬ：ＣＭ−３５００ｄ、ミノルタ（株）製）を用い、Ｌ値、ａ値、ｂ値を測定し、それぞれの測定値が表４に示すそれぞれの値の範囲内にあるものを合格基準とし○で示した。合格基準をはずれる値のものを不合格として×で示した。

これらの特性評価結果を前記表３に示す。

本発明の着色表面処理ステンレス鋼板は耐食性に優れるとともに、表３に示すように、ハンダ濡れ性に優れ、ハンダ強度が大きく、また放熱性に優れている。また、着色ステンレス鋼板として色彩鮮明性にも優れている。そのため、本発明の着色表面処理ステンレス鋼板は、ハンダ付けが可能な放熱性に優れた各種筐体として好適に適用できる。

本発明の着色表面処理ステンレス鋼板は、強度および耐食性に優れるているので切断端面に錆を生じることがなく、また、ハンダ濡れ性に優れ、ハンダ強度が大きく、また放熱性にも優れており、色彩鮮明性にも優れているので、ハンダ性が必要とされる薄肉軽量の電子機器筐体等の各種筐体に好適に適用できる。

Claims (7)

1. 板側からめっきの厚さが皮膜量で０．０５〜１．０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルストライクめっき、めっきの厚さが皮膜量で０．２〜５０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルめっきを順に形成させてなるめっきステンレス鋼板上にメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒未満である有色の表面処理皮膜を形成してなり、熱放射率が０．１〜０．９であることを特徴とする着色表面処理ステンレス鋼板。
2. 前記めっきステンレス鋼板が、前記ニッケルめっきの上に、さらにめっきの厚さが皮膜量で１〜２０ｇ／ｍ ^２ である錫めっきを形成させてなることを特徴とする請求項１に記載の着色表面処理金属板。
3. 有色の表面処理皮膜が、着色顔料とロジンを含有する水系ウレタン樹脂を塗布し乾燥してなる皮膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理金属板。
4. 有色の表面処理皮膜が、着色顔料とロジンを含有する水系アクリル樹脂を塗布し乾燥してなる皮膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理金属板。
5. 着色顔料が黒色顔料であることを特徴とする請求項３または４に記載の着色表面処理金属板。
6. ステンレス鋼板にめっきの厚さが皮膜量で０．０５〜１．０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルストライクめっきをする工程、
   その上にめっきの厚さが皮膜量で０．２〜５０ｇ／ｍ ^２ であるニッケルめっきをする工程、
   その上にメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒未満である有色の表面処理皮膜をする工程を有する、熱放射率が０．１〜０．９であることを特徴とする着色表面処理ステンレス鋼板の製造方法。
7. 前記ニッケルめっきの上にめっきの厚さが皮膜量で１〜２０ｇ／ｍ ^２ である錫めっきをする工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の着色表面処理ステンレス鋼板の製造方法。