JPH1018050A - 耐白錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents

耐白錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板

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JPH1018050A
JPH1018050A JP17031396A JP17031396A JPH1018050A JP H1018050 A JPH1018050 A JP H1018050A JP 17031396 A JP17031396 A JP 17031396A JP 17031396 A JP17031396 A JP 17031396A JP H1018050 A JPH1018050 A JP H1018050A
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JP
Japan
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steel sheet
bonds
film
bond
galvanized steel
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Pending
Application number
JP17031396A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichiro Yamanaka
洋一郎 山中
Yoshiharu Sugimoto
芳春 杉本
Hisato Noro
寿人 野呂
Shinya Okude
進也 奥出
Kaoru Sato
馨 佐藤
Masaru Sagiyama
勝 鷺山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造工程上、および使用過程において安全で無
害な化成処理皮膜を形成することにより、耐白錆性に優
れる亜鉛系めっき鋼板を提供すること。 【解決手段】亜鉛系めっき皮膜が施された下地鋼板と、
その上の化成処理層とを有し、化成処理層が、Si−O
結合、Al−O結合、OH基を有し、Si−R(R:ア
ルキル基)結合をもたない皮膜であり、Al/(Al+
Si)がモル比で0.025〜0.75の範囲である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛系めっきの表
面に白錆発生を抑制し得る皮膜を施した亜鉛系めっき鋼
板に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、従来から電気めっ
きあるいは溶融めっきにより製造され、そのめっき皮膜
の犠牲防食性により地鉄の腐食を大きく抑制することが
できるため、広く使用されてきている。
【0003】しかしながら、亜鉛系めっき鋼板はその使
用過程において亜鉛が腐食して白色の亜鉛錆が生じ、外
観品質が大きく低下してしまう。
【0004】そこで、この白錆を抑制するため、亜鉛系
めっき後、種々の後処理が広く行われている。この後処
理の代表的な方法としては、クロム酸またはその塩類を
主成分として、その他種々の添加剤を加えたクロメート
処理法が挙げられる。
【0005】このクロメート処理は耐食性に優れ、かつ
比較的簡単に行うことができる経済的な処理方法であ
る。
【0006】しかし、クロメート処理は公害規制物質で
ある6価クロムを使用するものであり、処理工程ではク
ロム酸塩が人体への悪影響や、廃水処理後のクロムスラ
ッジの廃棄処理の問題、またクロメート処理後の製品か
らの6価クロムの溶出など種々の問題を有している。従
って、クロム酸類の使用管理基準が厳しくなると同時
に、クロメート処理工場の管理、廃水処理およびクロメ
ート処理物による二次汚染などの問題が進んでいる、各
工場では廃水関係をクローズド化し、クロムイオンが外
部に排出するのを極力防止して公害対策を講じている
が、これらは膨大な設備と費用が必要である。また、ク
ロメート処理鋼板の防錆油、プレス油の脱脂工程におい
て、アルカリ系の脱脂液を用いる際には、特にクロムの
溶出がかなり多く、その脱脂液中の脱クロム処理が必要
不可欠となっている。
【0007】このようなことから、亜鉛系めっき鋼板の
白錆の発生を防止するためにクロメート処理によらな
い、無公害な処理技術が数多く提案されている。例え
ば、無機化合物、有機化合物、あるいはこれらを組み合
わせた溶液を用い、浸漬、塗布などの方法により薄膜を
形成する方法およびそのような薄膜を形成した表面処理
鋼板を提供する技術が提案されている。
【0008】この中で、Si化合物を利用して皮膜形成
を行う技術としては、 (1)Si、Ti、Zr、Al、W、Ce、Sn、Yの
アルコキシドもしくはアセチルアセトナートを用い、め
っき鋼板上に金属酸化物皮膜を形成する方法(特開平1
−104783号公報) (2)ジもしくはトリアルコキシシランのモノマーまた
はオリゴマーを用い、めっき鋼板上にシロキサン結合を
骨格とする皮膜を有する表面処理鋼板(特開昭60−2
08480号公報) (3)有機高分子塗布鋼板において、下地膜がSi−R
結合、M−O結合(R:アルキル基、M:金属元素)の
重合体からなる皮膜である被覆鋼板(特開平7−−20
5366) などが提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記(1)の
処理方法では、皮膜形成時におけるアルコキシドの脱水
縮合反応が著しく、過度の体積変化が生じてしまうた
め、皮膜が破壊しやすく、成形後も可とう性が乏しいた
め、耐食性・加工性が不十分である。また、上記
(2)、(3)の技術では、皮膜中にSi−R結合が残
存するため、重合度が乏しく細孔の多い皮膜となり耐食
性が不十分である。
【0010】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、製造工程上、および使用過程において安全
で無害な化成処理皮膜を形成することにより、耐白錆性
に優れる亜鉛系めっき鋼板を提供することを課題とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、亜鉛系めっき皮膜が施された下地鋼板
と、その上の化成処理層とを有し、化成処理層が、Si
−O結合、Al−O結合、OH基を有し、Si−R
(R:アルキル基)結合をもたない皮膜であり、Al/
(Al+Si)がモル比で0.025〜0.75の範囲
であることを特徴とする耐白錆性に優れる亜鉛系めっき
鋼板を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。
【0013】本発明の亜鉛系めっき鋼板は、めっき皮膜
上に形成された化成処理層が、Si−O結合、Al−O
結合、OH基を有し、Si−R(R:アルキル基)結合
をもたない皮膜であり、Al/(Al+Si)がモル比
で0.025〜0.75の範囲である。
【0014】ここでいう、Si−O結合、Al−O結合
は、骨格としてSi−O−Si結合、Al−O−Al結
合、Si−O−Al結合をもつ酸素結合による架橋体で
ある。なお、これらの結合はFT−IR(フーリエ変換
赤外吸収スペクトル法)、XANES(X線吸収端微細
構造法)等の手法により確認することができる。
【0015】Si−O結合は、出発原料として、例えば
ケイ酸エステルを用いることができ、これらを加水分解
・重縮合反応させることにより形成される共有結合性の
強固な結合である。しかし、重縮合過程での脱水反応に
よる体積変化が著しいため、成膜過程で皮膜が破壊しや
すく、Si−O結合単独で構成される皮膜は欠陥を多数
含んだものとなり耐食性に乏しい。また、皮膜も脆性的
であり、加工に耐えないものである。
【0016】そこで、本発明者らは、これらの問題点を
解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Si−O結合を主骨
格とした皮膜中へ、Al−O結合、OH基を導入するこ
とにより、Si−O結合単独では達成することができな
い優れた耐食性が得られることを見出した。
【0017】この皮膜の詳細な解析を行ったところ、A
l−O結合は皮膜の骨格成分であるSi−O結合を補間
して皮膜の緻密性を向上させる効果があると考えられ、
OH基は水素結合を介して皮膜に柔軟性を付与するとと
もに、Si−O結合の形成過程における脱水縮合を抑制
し、もって体積変化による皮膜破壊を抑制する効果があ
ると考えられる。
【0018】一方、皮膜中にSi−R(R:アルキル
基)結合が存在すると、耐食性が劣化する。その理由と
しては、アルキル基を介した架橋は生じないため、アル
キル基の部分で皮膜が不連続となる結果、皮膜に欠陥が
生じ、耐食性が劣化するためと考えられる。
【0019】皮膜組成をAl/(Al+Si)がモル比
で0.025以上0.75以下の範囲になるように規定
したのは、モル比が0.025よりも低い場合、Si−
O結合の凝集破壊を抑制することができず、また0.7
5よりも高い場合には、皮膜の骨格成分であるSi−O
結合が乏しくなり皮膜の緻密性が大きく低下してしまう
ため、いずれも耐食性が大きく低下し、白錆抑制能が不
十分となってしまうからである。
【0020】化成処理層の付着量は、10mg/m2
上10g/m2 以下であることが望ましい。付着量が1
0mg/m2 未満の場合は、皮膜のバリア性が乏しく耐
食性が不十分となる傾向となり、10g/m2 を超える
場合には、折り曲げ等の緩やかな加工変形時においても
クラック等が発生する傾向にあるためである。なお、皮
膜付着量は皮膜中のAlおよびSiの合計量である。
【0021】本発明に用いられる下地鋼板としては、各
種亜鉛系めっき鋼板を使用することができ、特に限定さ
れるものではない。このような亜鉛めっき鋼板として
は、例えば、電気めっき法による亜鉛めっき鋼板、亜鉛
−ニッケル合金めっき鋼板、溶融めっき法による亜鉛め
っき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛
系合金めっき鋼板などが本発明に提供することができ
る。なお、鋼板上に直接上記化成処理層を形成すると、
赤錆の発生を抑制する効果が奏される。
【0022】以上のような本発明の亜鉛系めっき鋼板は
以下のようにして製造される。
【0023】すなわち、ケイ酸エステルとアルミニウム
の無機塩とをAl/(Al+Si)がモル比で0.02
5〜0.75の範囲になるように含有した溶液を、亜鉛
系めっきが施された下地鋼板上に塗布し、その後加熱乾
燥する。
【0024】ケイ酸エステルとアルミニウムの無機塩を
用いるのは、ケイ酸エステルの加水分解・縮合過程にお
いて、シクロキサン結合が形成され、それが薄膜化し、
白錆抑制能が得られ、さらにアルミニウムの添加により
膜の均一性および緻密性が向上し、もって耐食性が向上
するものと考えられるためである。
【0025】アルミニウムの無機塩としては、硝酸アル
ミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなど種
々のものを用いることができるが、中でも硝酸アルミニ
ウムが望ましい。その理由は、揮発性の比較的高い硝酸
根が加熱工程で皮膜から揮発し、皮膜のネットワーク構
造の形成を促進する、または障害とならないことなどが
考えられる。
【0026】ケイ酸エステルとしては、例えば、メチル
シリケート、エチルシリケート、n−ブチルシリケート
を使用することができる。コスト面から考慮すると、比
較的安価であるエチルシリケートを用いることが望まし
いが、これに限定されるものではない。
【0027】上記溶液に用いる有機溶媒は、特に限定さ
れるものではないが、例えば、メタノール、エタノー
ル、ブタノール、プロパノール、メチルセロソルブ、エ
チルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ、エチレングリコール、ジホルムアルデヒドメトキシ
エタノールなど、ケイ酸エステル、アルミニウム塩、樹
脂を溶解させ得るものを使用することができ、また、
1,4ジオキサンのような非極性の溶媒でも、アルコー
ルのような極性溶媒との組み合わせにより使用すること
ができる。また、水もアルコール等の組み合わせにより
使用することができる。
【0028】溶液を塗布する方法としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、ロールコーターを用いる
方法、処理液に浸漬する方法、スプレーする方法などを
挙げることができる。
【0029】上記のようにして溶液を塗布した後、加熱
乾燥を行って皮膜を形成するが、皮膜中のOH間での脱
水縮合による皮膜破壊を抑制するため、その際の乾燥温
度は200℃未満が望ましい。加熱温度は用いた溶媒が
揮発可能であれば問題なく、その下限は溶剤の揮発度に
より決定される。
【0030】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0031】表1に示すSi源およびAl源をエタノー
ル中へ添加し、処理液とした。その後、表1に示す各種
亜鉛系めっき鋼板上へ処理液をロールコーターによって
塗布し、熱風乾燥炉により加熱温度を変えて加熱処理を
施し、実施例および比較例の皮膜を形成した。皮膜中の
Al,Siの結合状態、OH基の確認、皮膜組成比、皮
膜付着量は、以下に示す(1)〜(3)の方法にて測定
を行った。その結果を表2に示す。
【0032】(1)皮膜中のAl、Siの結合状態およ
びOH基の同定 XPS(X線光電子分光法)、FT−IR(フーリエ変
換赤外吸収スペクトル法)、XANES(X線吸収端微
細構造法)等の解析手法により分析を行った。その一例
として、FT−IRによる分析結果を図1に示す。10
00〜1100cm-1の吸収帯に相当するピークはSi
−O結合によるものであり、Al添加によって低波数側
にシフトしているが、これは参考文献(例えば窯業協会
誌、93(1)1985 41)にも示されているよう
に、Si−O−Si結合中に、Si−O−Al結合が導
入されたことを示している。3400cm-1吸収帯に相
当するピークはOH基によるものであり、Al添加にと
もない吸収ピークが出現することから、Alとともに皮
膜中へ導入されるものと考えられる。
【0033】(2)皮膜付着量の測定 蛍光X線分析法(FX)の検量線法により、皮膜中のA
l、Si量を定量した。
【0034】(3)皮膜組成比の測定 蛍光X線分析法(FX)の検量線法により、皮膜中のA
l、Si量を定量し、Al/(Al+Si)のモル比を
計算した。
【0035】作成したサンプルについて、塩水噴霧試験
(JIS−Z−2371)を実施し、48時間後の白錆
発生面積率を調べ、これにより耐白錆性を評価した。そ
の結果も表1に併記する。なお、評価基準は以下の通り
とした。
【0036】 なお、本実施例では種々の亜鉛系めっき鋼板を使用した
が、表1の「めっき鋼板」の欄中の記号は以下の通りで
ある。
【0037】EG:電気亜鉛めっき鋼板;めっき付着量
片面あたり20g/m2 Zn−Ni:電気亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板(Ni
含有量13%);めっき付着量片面あたり20g/m2 GI:溶融亜鉛めっき鋼板;めっき付着量片面あたり1
20g/m2 GA:合金化溶融亜鉛めっき鋼板;めっき付着量片面あ
たり45g/m2 Al−Zn:5%Al−Zn合金めっき鋼板;めっき付
着量片面あたり60g/m2
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】表2に示すように、本発明の範囲内である
実施例1〜22はいずれも良好な耐白錆性を示したのに
対し、比較例1〜6はいずれも耐白錆性が悪いことが確
認された。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
亜鉛系めっき皮膜の上に形成された化成処理層が、Si
−O結合、Al−O結合、OH基を有し、Si−R結合
をもたない皮膜からなり、Al/(Al+Si)がモル
比で0.025〜0.75の範囲とすることで、耐白錆
性に優れた亜鉛系めっき鋼板が提供される。このような
化成処理層を有する本発明の亜鉛系めっき鋼板は、工業
上安全で無害であるという産業上極めて有意義な効果を
もたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】皮膜のFT−IRによる分析結果を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥出 進也 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 佐藤 馨 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 鷺山 勝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜鉛系めっき皮膜が形成された下地鋼板
    と、その上の化成処理層とを有し、化成処理層が、Si
    −O結合、Al−O結合、OH基を有し、Si−R
    (R:アルキル基)結合をもたない皮膜であり、Al/
    (Al+Si)がモル比で0.025〜0.75の範囲
    であることを特徴とする耐白錆性に優れる亜鉛系めっき
    鋼板。
  2. 【請求項2】 前記化成処理層の付着量が、10mg/
    2 以上10g/m2 以下であることを特徴とする請求
    項1に記載の耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
JP17031396A 1996-06-28 1996-06-28 耐白錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板 Pending JPH1018050A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101696115B1 (ko) * 2015-12-22 2017-01-13 주식회사 포스코 후처리 피막이 형성된 아연계 도금강판 및 그 후처리 방법
WO2018117759A3 (ko) * 2016-12-23 2018-08-23 주식회사 포스코 실러 접착성이 우수한 아연계 도금 강재 및 후처리 피막 형성용 조성물

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US11255010B2 (en) 2015-12-22 2022-02-22 Posco Zinc-based plated steel sheet having post-treated coating formed thereon
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