JPH0617288A - スポット溶接性に優れた積層めっきアルミニウム板 - Google Patents

スポット溶接性に優れた積層めっきアルミニウム板

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JPH0617288A
JPH0617288A JP17575592A JP17575592A JPH0617288A JP H0617288 A JPH0617288 A JP H0617288A JP 17575592 A JP17575592 A JP 17575592A JP 17575592 A JP17575592 A JP 17575592A JP H0617288 A JPH0617288 A JP H0617288A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】塗装後の耐食性とめっき皮膜の密着性に優れて
いると同時にスポット溶接性においても亜鉛系めっき鋼
板に近い性能を有する表面処理Al板の提供。 【構成】母材表面に形成された亜鉛系置換めっきの第1
層と、その上に形成された1層以上の電気めっき層とを
有し、最表層のめっき層は融点が 500℃以上で付着量が
1〜40g/m2であることを特徴とするスポット溶接性に優
れた積層めっきアルミニウム板またはアルミニウム合金
板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、表面処理を施したア
ルミニウムまたはその合金の板に関し、特にスポット溶
接で組み立てられる自動車の車体等に用いるのに好適な
アルミニウムまたはアルミニウム合金の板に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用材料には寒冷地における
凍結防止剤散布による腐食対策および燃費向上のための
軽量化対策の要求がますます強くなってきており、亜鉛
めっき、亜鉛系合金めっき(以下、「亜鉛系めっき」と
総称する)等の表面処理鋼板、高張力鋼板等の利用が進
められている。このような鋼板を用いる自動車の車体製
造ラインにおいては、プレス加工により所定の形状に成
形し、抵抗溶接 (スポット溶接) で各部品を組み立て、
その後りん酸亜鉛処理、電着塗装、スプレー塗装が施さ
れるのが一般的である。
【0003】他方、最近では、特に車体軽量化を狙って
アルミニウムまたはアルミニウム合金の板(以下、「Al
板」と総称する) を車体に使用することが多くなってい
る。
【0004】Al板は一般には鋼材と併用するのが通常で
ある。この場合、Al板加工用の別の製造ラインを新設せ
ず、鋼材加工のラインを兼用して部品を製造するのが望
ましい。設備新設の費用が節約でき、工程の連続性を維
持できるからである。
【0005】しかし、例えば前記のめっき鋼板とAl板と
を同一ラインで処理する場合、りん酸亜鉛処理工程にお
いて次のような問題を生じる。すなわちAl板にりん酸亜
鉛処理を施した場合、Al板表面に良好なりん酸亜鉛皮膜
が形成されないばかりでなく、Al板表面が溶解して、り
ん酸亜鉛処理浴中にAlイオンが溶出してしまう。その結
果、りん酸亜鉛処理浴中のAlイオン濃度がわずか数ppm
になっただけでも鋼板表面に良好なりん酸亜鉛処理皮膜
が形成されなくなる。
【0006】上記の問題を解決する方法として、本出願
人は先に「りん酸亜鉛処理性に優れたAl板」を開発して
先に特許出願を行った(特開昭61-157693 号公報)。即
ち、Al板表面に亜鉛めっき層、亜鉛系合金めっき層、ま
たは鉄系合金めっき層のいずれかを1g/m2以上の付着量
で形成しておくことによって、後のりん酸亜鉛処理時に
おけるAl板からのAlイオンの溶出を防ぎ、それによって
鋼板とAl板を同一ラインで交互に処理した場合でも両者
に良好なりん酸亜鉛皮膜を生成させることができる。
【0007】Al板は鋼板に比較すると、電気伝導度およ
び熱伝達率が高く、かつその表面に強固な酸化皮膜が形
成され易いためにスポット溶接性とくに連続打点性が悪
い。
【0008】鋼板の場合には3000点以上の連続スポット
溶接が可能にあるのに対しAl板の場合は 300〜500 点程
度しか連続打点性がない。そのためAl板を用いる場合に
は 300〜500 点程度の連続打点ごとにラインを停止させ
て電極の研磨あるいは交換をしなければならず、生産効
率が著しく低下する。
【0009】前記特開昭61-157693 号公報に開示されて
いる亜鉛系めっきAl板は、連続打点が 800〜1000点の程
度まで溶接性が向上するが、鋼板並の連続打点溶接性は
得られない。そこでこのスポット溶接性を向上させる対
策として特開平3-146693 号の発明が提案されている。
すなわち、Al板の表面に最下層として、フッ化水素酸を
含む酸性塩化物浴で置換めっきをするか、または硫酸酸
性浴で電気めっきすることによりNi (ニッケル) めっき
層を形成させ、その上に亜鉛系めっきを施すという発明
である。
【0010】しかしながら実際に特開平3-146693 号公
報に開示された方法を適用すると次のような大きな3つ
の問題を生じることがわかった。第1に、同公報の実施
例にも示されているように、連続打点は高々1300点程度
までしか改善されない。これは、表層が亜鉛等の低融点
金属のめっきの場合、めっき層の低融点金属が電極中に
拡散し、電極の主成分である銅と脆い合金を作って電極
先端の損耗を助長するからである。
【0011】第2に、一般に自動車車体用材料はその性
能の一つとして塗装後の耐食性、特に塗装後に塗膜に疵
が付いた場合の耐食性が要求されるが、特開平3-146693
号に開示されるAl板では、第1層のNiめっき層とAl母材
との密着性が劣り、十分な耐食性が得られない。Alは本
来、電気化学的に卑な金属であり、イオン化しやすい。
一方、Niは貴な金属でイオン化しにくい。この2つの金
属が接触するとAlが陽極(アノード)、Niが陰極(カソ
ード)となりガルバニックセルを構成してAlがイオン化
して溶出する。そのために母材(Al)とめっき層(Ni)
との間に層間剥離が生じ、ひいてはNiめっき層の上の亜
鉛系めっき層および塗装皮膜が浮き上がってブリスター
となるのである。
【0012】第3に、Niめっき層の上に亜鉛系めっきを
施したAl板をプレス成形すると、Niが固いために変形の
過程で剥離したNi片がAl母材に食い込み、そのために生
じたノッチに応力が集中し、ここから亀裂が発生して板
の破断がおきる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、塗装後の耐
食性とめっき皮膜密着性に優れていると同時に、スポッ
ト溶接性においても亜鉛系めっき鋼板に近い性能を有す
る表面処理Al板を提供することを目的とするものであ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は『母材表
面に形成された亜鉛系置換めっきの第1層と、その上に
形成された1層以上の電気めっき層とを有し、最表層の
めっき層は融点が500℃以上で付着量が 1〜40g/m2であ
ることを特徴とするスポット溶接性に優れた積層めっき
アルミニウム板またはアルミニウム合金板』にある。
【0015】母材となるAl板は、例えば1000系、5000
系、6000系のもので、主に自動車ボデーに使用されるも
のである。第1層の亜鉛系めっきは、Znめっき、ZnとN
i、Fe、Co、Cr、Mn等の合金の置換めっきである。この
第1層の上には、1層またはそれ以上の上層めっき層が
あるが、その最表層のめっきは、融点が 500℃以上の金
属または合金のめっきでなければならない。
【0016】上記のように母材表面に接する最下層に亜
鉛系置換めっき層があり、最表層に融点が 500℃以上の
めっき層があることが必須であるが、これらの中間にそ
の他のめっき層が存在していてもよい。融点が500 ℃以
上のめっき層は、後述する溶接性改善機構からわかるよ
うに、最外層にあることが必須である。
【0017】
【作用】本発明のAl板は、母材表面の第1層として亜鉛
系置換めっきの層を持つ。この層は、母材のAl板を一般
的な方法で脱脂した後、塩基性亜鉛系置換めっき浴中で
処理することによって施される。Alは両性金属であり塩
基性条件下では酸化皮膜が溶解し、新鮮な金属Alの表面
上で浴中の亜鉛または亜鉛合金と置換反応を起こし金属
−金属結合の強固な密着力の高い亜鉛または亜鉛系合金
めっき層が形成される。塩基性亜鉛系置換めっき浴は、
操作性、経済性の面から水酸化ナトリウムと酸化亜鉛な
らびに合金成分の酸化塩または水酸化塩を含むものであ
ることが望ましい。また、第1層の置換めっきは、1度
置換めっきした後、硝酸水溶液あるいは硫酸水溶液中で
一旦めっき層を溶解除去した後、再度置換めっきを施す
操作を2回以上繰り返すと、より緻密なめっき層が形成
され、その性能がさらに良くなる。
【0018】塗装後の耐食性、塗膜密着性は前述のよう
にガルバニックセルの形成に支配される。本発明のAl板
のように第1層が亜鉛系めっきであれば、Alとこの亜鉛
系めっきの電位が近接しているためにガルバニック電流
が分散される。すなわち、Al母材と第1層のめっき層間
で全て流れていたガルバニック電流が第2層以降のめっ
き層間のガルバニック電流に置き換えられる。その結
果、全体的に層間のガルバニック電流が減少し、層間剥
離がなくなる。これによって塗装後耐食性および塗膜密
着性が大きく改善される。
【0019】また、プレス成形においても、亜鉛は軟質
であり、亜鉛系合金も一般に金属間化合物を形成しその
脆性のために自己潤滑作用を示すため、本発明の積層め
っきAl板では、前記のNiめっきを第1層とするAl板のよ
うにAl母材に硬いNiの剥離片が食い込んでノッチを形成
することがなく、プレス成形時の母材破断は全く起こら
ない。
【0020】一方において本発明者は、スポット溶接の
際の電極の損耗を防止して連続打点性を高める具体的方
法を探究した。その結果、これまでに述べた第1層の置
換めっきを施したAl板の最外層に、融点の高いめっき層
をある程度以上の厚さで設けることによって、スポット
溶接中にめっき層の金属が電極中に拡散して脆い合金を
形成することがなくなり、電極先端の損耗が少なくな
り、連続打点性が著しく向上することを確認した。
【0021】本発明のAl板は、前記置換めっき層の上
に、少なくとも1層以上のめっき層を持つものである
が、その最外層のめっきは、融点が 500℃以上で付着量
が1g/m2以上のめっき層である。このめっき層の融点が
500℃よりも低いと、溶接の際にめっき層の金属が電極
中に拡散して前記のように脆い合金を形成し、電極先端
の損耗が甚だしくなる。
【0022】融点が 500℃以上のめっきとしては、亜鉛
系めっきでは、ZnとNi、Fe、Co、Cr、Mn等との合金めっ
きがある。更に高融点のめっきとしては、Fe、Ni、Cr、
Co、Ti等の金属やそれらの合金のめっきがある。
【0023】上記の融点が 500℃以上のめっきの付着量
が1g/m2より少ない場合は、めっき層がスポット溶接時
に溶融除去されるため、この層を最外層に設ける効果が
認められない。ただし、付着量を40g/m2より多くしても
溶接性向上の効果はほとんど変わらず、製造コストだけ
が嵩んでしまう。
【0024】融点が 500℃以上のめっき層は、前記の置
換めっき層の上に直接設けてもよいが、それらの中間に
他のめっき層があってもよい。3層以上の積層めっきを
行う場合、中間層として亜鉛めっき、または亜鉛系合金
めっきを使用すれば耐食性の改善効果が一層大きくな
る。
【0025】
【実施例】以下、実施例によって本発明の効果を説明す
る。
【0026】5000系のAl板(1mm厚、100 mm×150 mm)
を母材として、次の処理を施し、表1に示すめっきAl板
を作製した。
【0027】(A) 第1層のめっき(塩基性亜鉛系合金置
換めっき) 水酸化物ナトリウム水溶液 (濃度: 300〜600 g/リット
ル) に酸化亜鉛を10〜200 g/リットル溶解し、合金成分
となる金属塩を酸化物または水酸化物の形で 0〜100 g/
リットル添加した。処理液温度を10〜50℃に設定し、付
着量は反応時間により制御した。
【0028】(B) 第2層以降のめっき めっき浴:硫酸塩浴 (pH 1.5〜2.5)。浴組成は表1記載
のめっき組成になるように調整 浴温度 :50〜60℃ 電流密度:20〜100 A/dm2 上記の処理によって得られたAl板の塗装後の耐食性、プ
レス成形性およびスポット溶接性を下記の方法で評価し
た。
【0029】(a)塗装後耐食性 めっきAl板にカチオン電着塗装 (厚さ:20μm)およびメ
ラミンアルキッド塗料によるスプレー塗装 (2回塗り。
厚さ:各35μm)を施した後、その表面にクロスカットを
入れ、図1に示すサイクルの複合腐食試験を30サイクル
実施し、その後、カット部のブリスター幅を測定した。
評価基準は下記のとおりである。
【0030】 1: ブリスター幅が 0.5mm未満 (合格) 2: ブリスター幅が 0.5mm以上で 1.0mm未満 (合格) 3: ブリスター幅が 1.0mm以上で 2.0mm未満 (不合格) 4: ブリスター幅が 2.0mm以上で 3.0mm未満 (不合格) 5: ブリスター幅が 3.0mm以上 (不合格) 。
【0031】(b)めっき皮膜密着性(プレス成形性) めっきしたAl板を曲げ戻し、曲げ部に粘着テープを貼っ
て剥がし、粘着テープに付着して剥げためっき皮膜の金
属片の量によって評価した。評価基準は下記のとおりで
ある。
【0032】 ○:剥離片がほとんど見られない。 △:剥離片がテープに10〜50%の面積率で付着。 ×:剥離片がテープに50%を超える面積率で付着。
【0033】(c)スポット溶接性 次の連続打点溶接条件で評価。
【0034】 電 流 :27000 A 加圧力 :300 kgf 通電時間:6 cycles(at 60Hz) 電極形状:ドーム形 溶接方法:「1点/2秒で20点連続打点溶接後、40秒以
上の休止」というサイクルを繰り返す。100 点毎に3個
のせん断試験片を採取し、引張り試験を行い、溶接部の
剪断荷重が 200kgf を満足しなくなるまでの連続打点回
数を求めた。
【0035】判定基準:1500点以上所定の剪断荷重を満
足するものを良好とする。
【0036】以上の評価を表1にまとめて示す。表1の
比較例1は、第1層の置換めっきを施さず、亜鉛の電気
めっきだけを施したものである。当然のことながら、全
ての特性が劣る。比較例2は最表層めっきが融点の低い
純亜鉛であるため、また、比較例3は最外層のめっき付
着量が不足しているため、いずれも溶接性が悪い。比較
例4は置換めっき層(第1層)がないために特に塗装後
耐食性とめっき皮膜密着性に劣る。
【0037】本発明の実施例に相当するものは、溶接性
をはじめ全ての特性において満足すべきものであり、特
に中間層のめっきを持つものでは、塗装後耐食性も著し
く改善されている。なお、従来例として掲げたのは、前
述のNiめっきを第1層とするものである。これは、溶接
性はやや向上しているが、塗装後耐食性において著しく
劣り、皮膜密着性も悪く、プレス成形に不適当である。
【0038】
【表1(1)】
【0039】
【表1(2)】
【0040】
【発明の効果】実施例にも示したとおり、本発明のめっ
きAl板は、塗装後耐食性およびめっき皮膜の密着性に優
れている。また、りん酸亜鉛処理工程でもAlイオンの溶
出問題を生じない。しかも、スポット溶接の連続打点性
にも優れているので軽量化が課題とされる自動車用の材
料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合腐食試験の工程と試験条件を説明する図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 洋 東京都港区新橋5丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 相武 隆男 東京都港区新橋5丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 難波 圭三 東京都港区新橋5丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材表面に形成された亜鉛系置換めっきの
    第1層と、その上に形成された1層以上の電気めっき層
    とを有し、最表層のめっき層は融点が 500℃以上で付着
    量が1〜40g/m2であることを特徴とするスポット溶接性
    に優れた積層めっきアルミニウム板またはアルミニウム
    合金板。
JP4175755A 1991-12-18 1992-07-02 スポット溶接性に優れた積層めっきアルミニウム板 Expired - Lifetime JP2706597B2 (ja)

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