JP4500132B2 - 耐食性、加工性及び外観品質が優れたクロメートフリー表面処理Al−Zn系合金めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記(d)の方法は、皮膜の耐アルカリ性(耐水性)を向上させることを目的として、主として2〜4価のバナジウム化合物とZr、Ti、Mo、W、Mn等との複合皮膜を形成させるものであるが、特に2価または3価のバナジウム化合物を用いた場合には、5価のバナジウム化合物を用いた場合よりもさらに溶解性が高い皮膜となり、また、酸化或いは分解反応が進みやすいため処理液が不安定となり、安定した皮膜品質が得られにくいという問題もある。
したがって本発明の目的は、クロメート処理皮膜による表面処理材に匹敵する優れた耐食性、外観品質、加工性等の性能を有するAl−Zn合金めっき鋼板のクロメートフリー表面処理材及びその製造方法を提供することにある。
[1]Alを25〜75mass%含有するAl−Zn系合金めっき皮膜を有するAl−Zn系合金めっき鋼板の前記めっき皮膜表面に、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)と、水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)とを主成分とし、金属成分(C)が、第一リン酸亜鉛、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、フッ化物、硝酸塩からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属化合物の一部として含有される金属成分であり、有機樹脂(D)が、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、該共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である有機樹脂であり、バナジウム化合物(A)の金属V換算での付着量が1〜100mg/m2、有機樹脂(D)の付着量が0.5〜5g/m2 である表面処理皮膜を有することを特徴とする、耐食性、加工性及び外観品質が優れたクロメートフリー表面処理Al−Zn系合金めっき鋼板。
以下に述べるように、本発明による特性改善効果は、めっき皮膜中のAl含有量が25〜75mass%のAl−Zn系合金めっき鋼板において顕著に得られるものであるが、そのなかでも上記高Al−Zn系合金めっき鋼板において特に顕著な特性改善効果が得られる。
本発明において、Al−Zn系合金めっき皮膜の表面に形成する表面処理皮膜は、クロム化合物を含まず、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)と、特定の水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)とを主成分とするものである。なお、この表面処理皮膜には、上記成分(A)〜(D)を主成分とする処理液を塗布して乾燥させて得られる皮膜のほか、上記成分(A)〜(C)を主成分とする処理液を塗布して乾燥させた後、その上に上記成分(D)を主成分とする処理液を塗布して乾燥させて得られる皮膜も含まれる。
上記リン酸及びリン酸系化合物としては、例えば、オルトリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、メタリン酸などのほか、リン酸とMg、Zn、Ni、Co等の1種以上の金属との金属塩、その他のリン酸化合物(いずれも処理液中に溶解可能なもの)の1種又は2種以上を用いることができる。
しかし、4価のバナジウム化合物(A)とリン酸又は/及びリン酸系化合物(B)とからなる皮膜は耐溶解性が不十分であり、例えば、濡れた状態でスタックされていると、皮膜の一部が溶解して外観ムラが生じたり、濡れることにより皮膜の密着性が低下して皮膜が剥離しやすくなるという問題があることが判った。また、これらの現象は、加工性を向上させるために有機樹脂を用いた皮膜系で特に顕著に生じることが判った。
4価のバナジウム化合物としては、バナジウムの酸化物、水酸化物、硫化物、硫酸物、炭酸物、ハロゲン化物、窒化物、フッ化物、炭化物、シアン化物(チオシアン化物)及びこれらの塩などが挙げられる。このようにバナジウムの供給源は特に制限はなく、これらの1種を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。但し、4価のバナジウム化合物の中でも、特に優れた耐食性を発現できるという点でバナジウムの硫酸物が特に望ましい。
有機樹脂(D)は、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)(アクリル酸又は/及びメタクリル酸)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)(アクリル酸エステル又は/及びメタクリル酸エステル)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、この共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である有機樹脂である。
前記(メタ)アクリル酸(b)は、エマルジョンの分散安定性及び金属表面との密着性を高める効果がある。共重合樹脂の固形分100mass%に対する(メタ)アクリル酸の固形分割合は0.5〜10mass%、好ましくは0.5〜7mass%、より好ましくは1〜4mass%とする。(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5mass%未満では、エマルジョンの安定性および金属表面との密着性が低下するので好ましくなく、一方、10mass%を超えると皮膜の親水性が強くなり耐水性が低下するので好ましくない。
また、バナジウム化合物(A)の付着量は、金属V換算で1〜100mg/m2とする。バナジウム化合物の付着量が1mg/m2未満では耐食性向上効果が認められず、一方、100mg/m2を超えて付着させても耐食性向上効果が飽和し、逆に、皮膜の加工性が低下する傾向が認められる。また、以上の観点からバナジウム化合物(A)の金属V換算での付着量のより好ましい範囲は3〜50mg/m2、さらに望ましくは5〜40mg/m2である。
さらに、Zn,Al,Mgからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)の付着量は、その各金属換算(Zn換算,Al換算,Mg換算)の合計量[Zn+Al+Mg]と上記リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)のPO4換算量[PO4]との質量比[Zn+Al+Mg]/[PO4]で0.05〜0.5、好ましくは、0.1〜0.3とすることが適当である。上記金属成分(C)の付着量が過少であると耐水性向上効果が十分に得られず、一方、付着量が過剰であると処理液安定性が劣る。
本発明の第1の製造方法では、上述したようなAl−Zn系合金めっき鋼板のめっき皮膜表面に、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)と、水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)とを主成分し、該有機樹脂(D)が、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、該共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である処理液を塗布した後、到達板温60〜250℃で乾燥する。
また、上記第2の製造方法においては、有機樹脂(D)を主成分とする処理液中に、バナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)のうちの1種以上を添加することも可能である。
処理液は、水に対して各成分(A)〜(D)を添加することにより調整される。各成分(A)〜(D)の種類、各成分を添加する際の化合物の形態や添加方法は先に述べたとおりである。また、処理液には、上記成分(A)〜(D)以外に、必要に応じて先に述べたSiO2などの添加成分を添加することができる。
処理液の乾燥温度については、乾燥温度が60℃未満では、皮膜形成が不十分となり耐食性等に劣る皮膜となる。一方、250℃を超える板温で乾燥させても耐食性等の品質を高める効果が得られず、逆に低下する場合がある。これは、特に有機樹脂の耐熱限界を超えているために皮膜が熱により損傷されるためであると考えられる。
上記各性能評価は、以下のような試験により行った。
(1)耐白錆性
表面処理材の各サンプルについて、塩水噴霧試験(JIS−Z−2371)を実施し、240時間後の白錆面積率で評価した。その評価基準は以下のとおりである。
◎ :白錆面積率5%未満
○ :白錆面積率5%以上、10%未満
○−:白錆面積率10%以上、25%未満
△ :白錆面積率25%以上、50%未満
× :白錆面積率50%以上
表面処理材の各サンプルについて、同一条件のサンプル処理面を合わせてスタック状態とし、50℃>98%RHの環境下で28日間放置した後の外観を目視評価した。その評価基準は以下のとおりである。
◎:黒変部なし
○:斜めから見て確認できる程度のうすい黒変部有り(表面積の10%未満)
△:斜めから見て確認できる程度のうすい黒変部有り(表面積の10%以上)或いは明らかな黒変部有り(表面積の10%未満)
×:明らかな黒変部有り(表面積の10%以上)
(3)耐水試験後着色外観ムラ
表面処理材の各サンプルについて、同一条件のサンプル処理面を合せてスタック状態とし、50℃>98%RHの環境下で5日間放置した後の外観を目視評価した。その評価基準は以下のとおりである。
○:ムラが全く無い均一な外観
△:ムラが若干目立つ外観
×:ムラが目立つ外観
表面処理材の各サンプルについて、同一条件のサンプル処理面を合せてスタック状態とし、50℃>98%RHの環境下で5日間放置した後、碁盤目試験、テープ剥離を行い、皮膜の剥離の有無により評価した。その評価基準は以下のとおりである。
○:皮膜の剥離なし
×:皮膜の剥離有り
(5)加工性(耐かじり性)
各表面処理材のサンプルについて、先端が5mmRのビードを100Kgfで表面に押付けた状態でサンプルを一定速度で引き抜く試験を7回繰り返して実施し、表面の黒化又は皮膜の剥離の程度を評価した。その評価基準は以下のとおりである。
◎ :黒化部10%未満,剥離無
○ :黒化部10%以上25%未満,剥離10%未満
△ :黒化部25%以上,剥離10%未満
△−:剥離10%以上25%未満
× :剥離25%以上
Claims (3)
- Alを25〜75mass%含有するAl−Zn系合金めっき皮膜を有するAl−Zn系合金めっき鋼板の前記めっき皮膜表面に、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)と、水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)とを主成分とし、金属成分(C)が、第一リン酸亜鉛、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、フッ化物、硝酸塩からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属化合物の一部として含有される金属成分であり、有機樹脂(D)が、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、該共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である有機樹脂であり、バナジウム化合物(A)の金属V換算での付着量が1〜100mg/m2、有機樹脂(D)の付着量が0.5〜5g/m2 である表面処理皮膜を有することを特徴とする、耐食性、加工性及び外観品質が優れたクロメートフリー表面処理Al−Zn系合金めっき鋼板。
- Alを25〜75mass%含有するAl−Zn系合金めっき皮膜を有するAl−Zn系合金めっき鋼板の前記めっき皮膜表面に、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸系化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)と、水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)とを主成分とし、金属成分(C)が、第一リン酸亜鉛、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、フッ化物、硝酸塩からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属化合物の一部として含有される金属成分であり、有機樹脂(D)が、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、該共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である処理液を塗布した後、到達板温60〜250℃で乾燥することを特徴とする、耐食性、加工性及び外観品質が優れたクロメートフリー表面処理Al−Zn系合金めっき鋼板の製造方法。
- Alを25〜75mass%含有するAl−Zn系合金めっき皮膜を有するAl−Zn系合金めっき鋼板の前記めっき皮膜表面に、4価の価数を有する少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、リン酸又は/及びリン酸化合物(B)と、Al,Mg,Znからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属成分(C)(但し、上記リン酸系化合物の一部として含有される金属及びその他の金属化合物の一部として含有される金属を含む)とを主成分とし、金属成分(C)が、第一リン酸亜鉛、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、フッ化物、硝酸塩からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属化合物の一部として含有される金属成分である処理液を塗布した後、到達板温60〜250℃で乾燥し、さらにその上部に、水溶性有機樹脂又は/及び水分散性有機樹脂(D)を主成分とし、該有機樹脂(D)が、スチレン(a)と、(メタ)アクリル酸(b)と、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)と、これら成分(a)〜(c)と共重合可能なビニルモノマー(d)とから得られる共重合樹脂であって、該共重合樹脂の固形分100mass%に対するスチレン(a)の固形分割合が20〜60mass%、(メタ)アクリル酸(b)の固形分割合が0.5〜10mass%、炭素数1〜6のアルキル鎖を持つ(メタ)アクリル酸エステル(c)の固形分割合が20〜60mass%である処理液を塗布した後、到達板温60〜250℃で乾燥することを特徴とする、耐食性、加工性及び外観品質が優れたクロメートフリー表面処理Al−Zn系合金めっき鋼板の製造方法。
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