JP4258924B2

JP4258924B2 - 亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法

Info

Publication number: JP4258924B2
Application number: JP33730199A
Authority: JP
Inventors: 尚匡中小路; 京子浜原; 和美山下; 一雄望月
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001152356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法に関するものであり、より具体的には、耐食性に優れたりん酸塩皮膜を亜鉛めっき鋼板上に形成するためのりん酸塩化成処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板は自動車、家電製品、建材等の構造部材として大量に使用されている。鋼板は十分な強度を具備しているものの、使用環境下にも依るが一般に錆が生じやすいという性質を有する。耐食性を向上させた鋼板としては、例えば鋼板上に亜鉛めっきを形成した、いわゆる亜鉛めっき鋼板が広く知られている。
【０００３】
亜鉛めっき鋼板は、主に電気めっき法か又は溶融めっき法によって製造されるのが一般的である。亜鉛めっき鋼板は、主に亜鉛の鉄に対する犠牲防食能を利用することによって耐食性を向上させたものであり、より詳細には、鋼板表面にこれよりも卑な金属である亜鉛めっきを施すことにより、腐食環境下で鋼板（鉄）とめっき（亜鉛）との間で電池を形成させ、鉄に対し亜鉛を優先的に腐食（溶解）させることによって、鋼板の耐食性向上を図ったものである。
【０００４】
従って、亜鉛めっき鋼板の耐食牲を向上させるには、亜鉛の腐食をできるだけ抑制すること、即ち亜鉛の腐食速度を極力遅くすることが効果的であり、その抑制方法が種々検討されている。
【０００５】
亜鉛めっき鋼板の耐食性等を向上させるための手段としては、例えば亜鉛めっき鋼板にりん酸塩化成処理を施すのが有用であり、なかでもマグネシウムを含有する処理液を用いてりん酸塩化成処理を施すと、より一層の耐食性向上効果が認められることから種々の検討がなされている。
【０００６】
例えば、特開昭63−134673号公報には、0.005 〜0.3 g/L のマグネシウムイオンと0.015 〜0.9 g/L のアルミニウムイオンを所定の重量比で添加したりん酸塩処理液が、また、特開平１−263280号公報には、マグネシウムイオンを0.3 〜1.5 g/L 含有するりん酸塩化成処理液が、さらに、特開平７−138766号公報には、Fe、Ni、Mn、Co、Ca及びMgの各イオンのうち少なくとも１種の金属イオンを0.1〜8.0 g/L の範囲で含有する化成処理液が、さらにまた、特開平９−49086 号公報には、マグネシウムイオンとニッケルイオンとの合計量で2.1 〜4.2 g/L 含有する化成処理液が、加えて、特開昭64−68481 号公報には、Mgを0.4 〜5.0 g/L含有するりん酸塩処理水溶液が、加えてまた、特開平２−101175号公報には、マグネシウムを0.3 〜３g/L 含有するりん酸塩化成処理溶液が、それぞれ開示されている。
【０００７】
しかしながら、上掲公報に記載された処理液は、いずれも液中のマグネシウムイオン濃度が低く、この結果、これらの処理液を用いて亜鉛めっき鋼板上にりん酸塩処理を施すことによって形成したりん酸塩皮膜中に、十分な耐食性向上効果が得られるだけのマグネシウム量を安定して含有させることができなかった。
【０００８】
上述したように従来の技術では、亜鉛めっき鋼板にりん酸塩皮膜中に、十分な耐食性向上効果が得られるだけのマグネシウム量を含有させることは困難であり、上記処理液を用いてりん酸塩化成処理を行っても十分な耐食性向上効果が得られない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、特にりん酸塩処理液の組成の適正化を図ることにより、処理液中に高濃度のマグネシウムイオンを安定に存在させるとともに、りん酸塩皮膜中に所定量のマグネシウムを含有させることを可能にして、亜鉛めっき鋼板の耐食性を格段に向上させることができるりん酸塩化成処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に従う亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法は、Zn²⁺イオン：0.5 〜5.0 g/L 、Mg²⁺イオン：15〜30g/L 、PO₄ ^3- イオン：５〜20g/L 、Ｆ^- イオン：0.05〜0.50g/L 並びにNO₃ ^- イオン：75〜150 g/Lを含有し、液温が40〜70℃であるりん酸塩処理液を用いて、亜鉛めっき鋼板に浸漬処理またはスプレー処理を施すことにより、亜鉛めっき鋼板上に片面あたりの皮膜量にして0.5 〜3.0 g/m²のりん酸塩皮膜を形成することにある。
【００１１】
また、前記りん酸塩処理液は、上記組成成分に加えてNi²⁺イオン：７g/L 以下及びMn²⁺イオン：２g/L 以下をさらに含有することがより好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に従う亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法において、りん酸塩処理液等を限定した理由について説明する。
【００１３】
この発明が対象とする亜鉛めっき鋼板は、鋼板上に、亜鉛を公知の電気めっき法あるいは溶融めっき法によって形成することによって製造することができる。
【００１４】
この発明では、りん酸塩化成処理液として、Zn²⁺イオン：0.5 〜5.0 g/L 、Mg²⁺イオン：15〜30g/L 、PO₄ ^3- イオン：５〜20g/L 、Ｆ^- イオン：0.05〜0.50g/L 並びにNO₃ ^- イオン：75〜150 g/L を少なくとも含有する処理液を用いる。
【００１５】
・Zn²⁺イオン：0.5 〜5.0 g/L
Zn²⁺イオンは、りん酸塩結晶を形成するには必須のイオンであるので、りん酸塩処理液中のZn²⁺イオン濃度を適正に制御することが肝要である。Zn²⁺イオンは、0.5 g/L 未満であるとりん酸塩結晶の形成が不十分かつ不均一となり満足な皮膜が形成できず、また、5.0 g/L 超ではりん酸塩結晶が粗大化するため、りん酸塩皮膜による耐食性の十分な向上効果が得られなくなる。従って、Zn²⁺イオン濃度は0.5 〜5.0 g/L とする。
【００１６】
・PO₄ ^3- イオン：５〜20g/L
PO₄ ^3- イオンもまた、Zn²⁺イオンと同様、りん酸塩結晶を形成するには必須のイオンであるので、りん酸塩処理液中のPO₄ ^3- イオン濃度を適正に制御することが肝要である。PO₄ ^3- イオンは、５g/L 未満ではりん酸塩結晶の形成が不十分かつ不均一となり満足な皮膜が形成できず、また、20g/L 超にしても経済的にコスト高になるだけだからである。従って、PO₄ ^3- イオン濃度は５〜20g/L とする。
【００１７】
・Ｆ^- イオン：0.05〜0.50g/L
Ｆ^- イオンは、亜鉛めっき表面をエッチングし、りん酸塩皮膜の形成を促進するものである。Ｆ^- イオン濃度は、0.05g/L 未満ではりん酸塩結晶の形成が不十分かつ不均一となり満足な皮膜が形成できず、また、0.50g/L 超ではエッチングが激しすぎて皮膜形成が困難になる。従って、Ｆ^- イオン濃度は0.05〜0.50g/Lとする。
【００１８】
・Mg²⁺イオン：15〜30g/L 及びNO₃ ^- イオン：75〜150 g/L
化成処理液中に高濃度、より具体的には10g/L を超える濃度のMg²⁺イオンを安定して存在させることは、従来のりん酸塩化成処理液の組成では困難であり、このことは、前記公報記載の処理液中のMg²⁺イオン濃度がいずれも10g/L 以下であることからも明らかである。
【００１９】
そこで、発明者らは、化成処理液中に高濃度、より具体的には15g/L 以上の濃度のMg²⁺イオンを安定して存在させることができれば、この処理液を用いて形成したりん酸塩皮膜中に十分な耐食性の向上効果が得られるMg量を含有させることができると考え、鋭意検討を行ったところ、りん酸塩処理液中にNO₃ ^- イオンを多量に添加することにより、高濃度のMg²⁺イオンをりん酸塩処理液中で安定して存在させることができることを新規に見出した。
【００２０】
そして、この処理液を用いてりん酸塩化成処理を行うことによって、亜鉛めっき鋼板上に形成されるりん酸塩皮膜中に、これまでの技術では困難であるとされていた、耐食性の向上効果を十分に発揮できるだけのMg量を含有させることに成功したのである。
【００２１】
具体的には、Mg²⁺イオンを15〜30g/L としかつNO₃ ^- イオンを75〜150 g/L とする。Mg²⁺イオンが15g/L 未満又はNO₃ ^- イオンが75g/L 未満であると、十分な耐食性向上効果は得られず、また、Mg²⁺イオンが30g/L 超え又はNO₃ ^- イオンが150g/L超えにしても、経済的にコスト高になるだけで耐食性向上効果が飽和してしまうからである。
【００２２】
また、この発明では、前記りん酸塩処理液が上記組成成分に加えてNi²⁺イオン：７g/L 以下及びMn²⁺イオン：２g/L 以下をさらに含有することが以下に示す理由からより好適である。
【００２３】
・Ni²⁺イオン：７g/L 以下
りん酸塩化成処理後の塗料密着性を改善する必要がある場合には、りん酸塩処理液中にNi²⁺イオンを含有させることが好ましい。しかし、Ni²⁺イオン濃度が７g/L よりも高くなると、りん酸塩皮膜中へのMg含有を阻害するようになり、十分な耐食性を得るのに必要なMgがりん酸塩皮膜中に含有できなくなるおそれがある。従って、りん酸塩処理液中にNi²⁺イオンを含有させる場合には、その濃度を７g/L 以下とすることが好適である。
【００２４】
・Mn²⁺イオン：２g/L 以下
りん酸塩化成処理後の加工性を改善する必要がある場合には、りん酸塩処理液中にMn²⁺イオンを含有させることが好ましい。しかし、Mn²⁺イオン濃度が２g/Lよりも高くなると、りん酸塩皮膜中へのMg含有を阻害するようになり、十分な耐食性を得るのに必要なMgがりん酸塩皮膜中に含有できなくなるおそれがある。従って、りん酸塩処理液中にMn²⁺イオンを含有させる場合には、その濃度を２g/L以下とすることが好適である。
【００２５】
そして、この発明のりん酸塩化成処理方法は、上記組成を有しかつ液温が40〜70℃であるりん酸塩処理液を用いて、亜鉛めっき鋼板に浸漬処理またはスプレー処理を施すことにより、亜鉛めっき鋼板上に片面あたりの皮膜量にして0.5 〜3.0 g/m²のりん酸塩皮膜を形成することにある。
【００２６】
尚、りん酸塩処理液の温度を40〜70℃にしたのは、40℃未満では皮膜形成に長時間を要して不経済であり、また、70℃よりも高温では皮膜形成は十分に促進されるが温度維持のためのエネルギーを必要以上に消費するからである。
【００２７】
また、上記りん酸塩処理液を用いて、亜鉛めっき鋼板にりん酸塩化成処理を施すことによって形成したりん酸塩皮膜の片面あたりの皮膜量は、0.5 g/m²未満では、りん酸塩皮膜による耐食性向上効果が不十分であり、また、3.0 g/m²超えにしても、皮膜形成に長時間を要するとともにコスト高になるだけで、耐食性向上効果は飽和してしまうからである。
【００２８】
尚、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２９】
【実施例】
この発明の実施例について説明する。
板厚0.7 ｍｍの冷延鋼板に、表１に示す付着量及びめっき法によって亜鉛めっき皮膜を形成することによって、亜鉛めっき鋼板を製造した後、表２に示す脱脂処理、水洗処理、表面調整処理の各工程を経てから、表３に示す液組成、液温及び処理方法によりりん酸塩化成処理を行い、表３に示す皮膜量及び皮膜中のMg、Ni及びMnの含有量（wt％）のりん酸塩皮膜を形成した。表３中の実施例１〜６は、この発明に従ってりん酸塩化成処理を行ったものであり、比較例１〜６は、この発明とは異なる条件によってりん酸塩化成処理を行ったものである。そして、りん酸塩化成処理を行った各亜鉛めっき鋼板は、５％塩水噴霧試験（JIS-Z-2371準拠）を行い、赤錆発生までの時間を測定し、これにより耐食性を評価した。表３にその評価結果を示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
表３の評価結果から明らかなように、実施例１〜６はいずれも、比較例１〜６に比べ耐食性に優れていることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、特にりん酸塩処理液の組成の適正化を図ることにより、処理液中に、これまでは困難とされていた、高濃度のマグネシウムイオンを安定に存在させることが可能となり、それに伴って、りん酸塩皮膜中に十分な量のマグネシウムを含有させることができ、その結果、耐食性を格段に向上させた亜鉛めっき鋼板の製造を可能にした。

Claims

Zn²⁺イオン：0.5 〜5.0 g/L 、Mg²⁺イオン：15〜30g/L 、PO₄ ^3-イオン：５〜20g/L 、Ｆ^- イオン：0.05〜0.50g/L 並びにNO₃ ^- イオン：75〜150 g/L を含有し、液温が40〜70℃であるりん酸塩処理液を用いて、亜鉛めっき鋼板に浸漬処理またはスプレー処理を施すことにより、亜鉛めっき鋼板上に片面あたりの皮膜量にして0.5 〜3.0 g/m²のりん酸塩皮膜を形成することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法。
前記りん酸塩処理液は、上記組成成分に加えてNi²⁺イオン：７g/L 以下及びMn²⁺イオン：２g/L 以下をさらに含有する請求項１に記載した亜鉛めっき鋼板のりん酸塩化成処理方法。