JP2000234180A - 表面処理鋼板およびその製造方法 - Google Patents

表面処理鋼板およびその製造方法

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JP2000234180A
JP2000234180A JP11035645A JP3564599A JP2000234180A JP 2000234180 A JP2000234180 A JP 2000234180A JP 11035645 A JP11035645 A JP 11035645A JP 3564599 A JP3564599 A JP 3564599A JP 2000234180 A JP2000234180 A JP 2000234180A
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acid
organic resin
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white rust
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JP11035645A
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Fuminori Mukohara
文典 向原
Chiyoko Tada
千代子 多田
Katsuhei Kikuchi
勝平 菊池
Shigeru Unno
茂 海野
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロムを全く含まず耐白錆性に優れた被膜を
有する表面処理鋼板を提供する。 【解決手段】 鋼板の少なくとも片面に亜鉛系めっき層
を有し、該亜鉛系めっき層上に、モリブデン酸、チタン
酸、ジルコン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、同
アルカリ土類金属塩および同アンモニウム塩から選ばれ
る1種以上と、金属酸化物とを含有する有機樹脂層を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛系めっきを表
面に有する表面処理鋼板、特に該亜鉛系めっき表面にお
ける白錆の生成を抑制した、耐白錆性に優れた表面処理
鋼板と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、亜鉛系めっき鋼板は、鋼板に電気
めっきや溶融めっきを施すことにより製造され、めっき
層の犠牲防食作用にて鋼素地の腐食を抑制することがで
きることから、広く使用されている。一方、亜鉛系めっ
き鋼板は、その使用過程において鋼素地に代わって亜鉛
が腐食するために、表面に白色の亜鉛錆、いわゆる白錆
が生じ、外観が著しく損なわれる不利がある。そこで、
この白錆を抑制するために、亜鉛系めっき処理後に、種
々の後処理が行なわれている。この後処理の代表例とし
ては、クロム酸またはその塩類を主成分として、各種の
添加剤を加えたクロメート処理方法が挙げられる。この
クロメート処理方法は耐食性に優れ、かつ比較的簡単に
処理を行うことができる経済的な手法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、クロメート
処理液は、水質汚染防止法に規定されている特別な廃水
処理を行う必要があるため、コストアップにつながると
いう欠点を有している。
【0004】従って、亜鉛系めっき鋼板の白錆の発生を
抑制する技術として、クロムを含有しない処理も数多く
提案されている。例えば、無機化合物、無機高分子化合
物、有機化合物、有機高分子化合物あるいはこれらを組
み合わせた処理溶液を用い、被膜を形成する方法であ
る。具体的には、以下に示す技術が提案されている。
【0005】(1) モリブデン酸またはモリブデン酸塩の
1種以上およびアルミニウムのりん酸塩に有機酸または
無機酸を添加した酸性溶液にて亜鉛被覆鋼材を処理する
方法(特開昭57−5875号公報)。 (2) タンニンまたはタンニン酸類の水溶液を塗布する方
法(特開昭51−2902号公報)。 (3) 水分散性シリカ、水溶性もしくは水分散性のアクリ
ル共重合体、およびシラン化合物からなる水溶液を塗布
する方法(特公昭54−34406 号公報)。
【0006】しかしながら、上記(1) の方法では、モリ
ブデン、タングステンなどポリ金属酸化物の腐食に対す
る安定領域が、クロムのそれよりも狭く、また形成した
被膜が緻密ではなく欠陥部を含みやすいため、白錆の生
成を抑制する効果に乏しい。また、耐食性の向上を意図
して、当該処理後にさらに被膜上に無機や有機の樹脂層
を形成すると、その樹脂層を形成する際の100 ℃以上の
加熱処理により、上記被膜にひび割れなどの欠陥が生じ
やすく、やはり耐白錆性に劣るという欠点がある。ま
た、被膜の付着量を増加させると耐食性を向上すること
が可能であるが、被膜に可撓性がないため、曲げ加工を
受けると割れなどの欠陥が入りやすく、結局は耐白錆性
を改善するには到らない。
【0007】次に、上記(2) の方法は、比較的分子量の
小さい低分子化合物による処理であるから、形成された
被膜に凝集力がなく、亜鉛めっきとの密着が不充分であ
るため、亜鉛と結合する極性基との接着点以外の場所で
は、水や酸素が透過して亜鉛めっきに白錆を早期に生じ
やすい問題が残る。
【0008】上記(3) の方法では、高分子化合物が主体
であるために、生成した膜の凝集力は改善されるが、亜
鉛と結合する極性基との接着点以外の場所では、水や酸
素が透過して亜鉛めっきに白錆を生じやすい問題点が依
然として残る。
【0009】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、耐白錆性に優れた被膜を有する表面処理鋼板
を、該被膜を形成するための処理液中にクロムを全く含
まず、特別な廃水処理などを必要としないために低コス
トで耐白錆性に優れた鋼板を製造する方法と併せて、提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的を
達成する手段について鋭意検討した結果、亜鉛系めっき
を、金属酸化物とモリブデン酸、チタン酸、ジルコン酸
およびバナジン酸の塩と有機樹脂とを含有する処理液に
て、表面処理を行うことが、極めて有利であることを見
出し、この発明を完成するに到った。
【0011】すなわち、この発明は、鋼板の少なくとも
片面に亜鉛系めっき層を有し、該亜鉛系めっき層上に、
モリブデン酸、チタン酸、ジルコン酸またはバナジン酸
のアルカリ金属塩、同アルカリ土類金属塩および同アン
モニウム塩から選ばれる1種以上と、金属酸化物とを含
有する有機樹脂層を設けて成る表面処理鋼板である。
【0012】また、上記の表面処理鋼板の製造には、鋼
板の少なくとも片面に亜鉛系めっき層を形成した後、モ
リブデン酸、チタン酸、ジルコン酸またはバナジン酸の
アルカリ金属塩、同アルカリ土類金属塩および同アンモ
ニウム塩から選ばれる1種以上と、金属酸化物と、有機
樹脂とを含有する処理液にて、上記亜鉛系めっき層を処
理し、亜鉛系めっき層上に、モリブデン酸、チタン酸、
ジルコン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、同アル
カリ土類金属塩および同アンモニウム塩から選ばれる1
種以上と、金属酸化物とを含有する有機樹脂層を形成す
ることを特徴とする方法が、有利に適合する。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明に従って表面処理が施さ
れる対象は、亜鉛系めっき鋼板であり、具体的には、電
気めっき法による亜鉛めっき鋼板、亜鉛−ニッケル合金
めっき鋼板および亜鉛−コバルト合金めっき鋼板、さら
に溶融めっき法による亜鉛めっき鋼板、亜鉛−アルミニ
ウム合金めっき鋼板およびアルミニウム−亜鉛合金めっ
き鋼板などが挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。なお、この亜鉛系めっき鋼板における亜鉛系め
っきの付着量は、用途に応じて5〜200 g/m2の範囲内
で調整することが好ましい。なぜなら、亜鉛系めっきの
付着量が5g/m2未満になると耐食性が損なわれ、一方
200g/m2をこえると、めっきの可撓性が低下してめ
っき層に割れが入りやすくなるためである。
【0014】そして、上記の亜鉛系めっき鋼板のめっき
層上に、モリブデン酸、チタン酸、ジルコン酸またはバ
ナジン酸のアルカリ金属塩、同アルカリ土類金属塩およ
び同アンモニウム塩から選ばれる1種以上と、金属酸化
物とを含有する有機樹脂層(以下、特定有機樹脂層と示
す)を設けることが、肝要である。
【0015】すなわち、めっき層上に設ける被膜を、金
属酸化物のみ、またはモリブデン酸、チタン酸、ジルコ
ン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、同アルカリ土
類金属塩または同アンモニウム塩のみの単独成分とする
と、形成された被膜が硬く割れやすくなる。そこで、金
属酸化物と上記塩とを混合することによって、両者の化
合物が相互に水素結合や配位結合を形成して、連続した
被膜を形成しやすい環境を整える必要がある。さらに、
これら無機物による被膜には欠陥が生じ易いから、この
欠陥部を充填し、かつ被膜に可撓性を持たせるために、
有機樹脂が必要になるから、金属酸化物および上記塩を
有機樹脂とともに含有させる。
【0016】ここで、特定有機樹脂層の付着量(固形
分)は、50〜600 mg/m2の範囲とすることが好ましい。
なぜなら、50mg/m2未満であると、ピンホール等の欠陥
が生じやすく、均一な膜が生成し難いため耐白錆性が劣
化し、一方600 mg/m2をこえると、被膜の形成が不安定
になり、ひび割れなどの欠陥が入り易くなって、やはり
耐白錆性が劣化するからである。
【0017】また、特定有機樹脂層における上記酸塩中
のMo、Ti、ZrまたはVに対する金属酸化物の重量比は、
1〜6の範囲とすることが好ましい。なぜなら、該重量
比が1未満であると、金属酸化物とMo、Ti、ZrまたはV
との配位結合が十分に形成されず、耐白錆性が悪化し、
一方同重量比が6をこえると、金属酸化物と酸塩中のM
o、Ti、ZrまたはVとの配位結合や水素結合が過剰に形
成される結果、被膜が脆くひび割れを生じ易くなって、
やはり耐白錆性が悪化するからである。
【0018】図1には、ポリアクリル酸10wt%と、シリ
カとモリブデン酸アンモニウムの配合比を変えた処理液
とによって、電気亜鉛めっき(片面当たり20g/m2) お
よび溶融亜鉛めっき(片面当たり60g/m2)をそれぞれ
施した鋼板に対して、付着量200mg /m2の有機樹脂層を
形成したのち、JIS Z 2371に準拠した塩水噴霧試験を実
施し、面積で5%の白錆が発生する時間を調べた結果に
ついて示す。同図から、SiO2/Mo重量比で1〜6の範囲
において、5%白錆発生時間が60時間をこえ、耐白錆
性に優れることがわかる。
【0019】さらに、特定有機樹脂層における有機樹脂
は、固形分中0. 5〜15wt%の範囲で含有することが好ま
しい。なぜなら、0.5wt %未満では、金属酸化物とモリ
ブデン酸、チタン酸、ジルコン酸またはバナジン酸のア
ルカリ金属塩、同アルカリ土類金属塩または同アンモニ
ウム塩の1種以上とから形成された被膜の欠陥部を十分
に充填できず、耐食性が低下するからである。一方15wt
%をこえると、被膜と亜鉛との界面に占める有機樹脂の
割合が多くなり、前述の亜鉛と有機樹脂中極性基との接
着点以外の場所では、水や酸素が透過して亜鉛系めっき
の耐白錆性が低下する。
【0020】なお、有機樹脂層中の金属酸化物として
は、Si、Sn、Ti、Sb、WおよびFeなどの金属酸化物が好
ましい。一方、有機樹脂層中のモリブデン酸、チタン
酸、ジルコン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、同
アルカリ土類金属塩および同アンモニウム塩としては、
モリブデン酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、モリ
ブデン酸マグネシウム、モリブデン酸アンモニウム、チ
タン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸マグネ
シウム、チタン酸アンモニウム、ジルコン酸カリウム、
ジルコン酸ナトリウム、ジルコン酸マグネシウム、ジル
コン酸アンモニウム、バナジン酸カリウム、バナジン酸
ナトリウム、バナジン酸マグネシウム、バナジン酸アン
モニウムなどが挙げられる。
【0021】また、有機樹脂としては、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等
を骨格とする樹脂に、アミノ基、イミノ基、カルボン酸
基、水酸基、チオール基、リン酸基等を付加した樹脂を
用いることができる。その分子量は、数千から数万のも
のが望ましい。
【0022】次に、上記表面処理鋼板の製造方法につい
て詳しく説明する。すなわち、亜鉛系めっき鋼板に、上
記の特定有機樹脂層を形成するには、ロールコーターを
用いる方法、めっき鋼板を溶液中に浸漬し、その後水洗
する方法またはめっき鋼板に処理液をスプレーした後
に、ロールにより過剰な処理液を除去する方法等によっ
て、鋼板のめっき層上に、表面に、モリブデン酸、チタ
ン酸、ジルコン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、
同アルカリ土類金属塩および同アンモニウム塩から選ば
れる1種以上と、金属酸化物と、有機樹脂とを含有する
処理液を付着させる。
【0023】このようにして、処理液をZnめっき層へ適
用した後に、加熱乾燥を行う処理を行うことが好まし
い。ここで、加熱温度が200 ℃をこえると、有機樹脂部
分の熱劣化や無機物に割れ等の欠陥が生じて耐白錆性が
低下し、一方加熱温度が50℃未満になると、水溶性有機
樹脂を含む水系処理の場合は水が残留し、溶剤分散樹脂
を含む溶剤系処理の場合はアルコール等の溶剤が残留す
る結果、耐白錆性が低下するため、加熱温度は50〜200
℃の範囲とすることが好ましい。
【0024】なお、上記特定有機樹脂層上に、さらに有
機樹脂または無機化合物の単独層、あるいはこれらの複
合層を設けてもよい。
【0025】
【実施例】鋼板の片面当たりの付着量が20g/m2の電気
亜鉛めっき鋼板(厚さ:0.8 mm)と、同片面当たりの付
着量が60g/m2の溶融亜鉛めっき鋼板(厚さ:0.8 mm)
とのめっき層上に、各種金属酸化物および各種酸塩と分
子量10,000のポリアクリル酸を含む水溶液を、ロールコ
ータで塗布し、次いで熱風乾燥炉により80℃で加熱乾燥
し、付着量40〜700mg /m2の有機樹脂層を形成した。
【0026】上記の処理を経た各鋼板について、JIS Z
2371に準拠した塩水噴霧試験を実施し、面積で5%白錆
が発生する時間を調べ、これにより耐白錆性を評価し
た。その結果を、処理液成分に併せて表1〜4に示す。
表1〜4から明らかなように、この発明に従って得られ
た表面処理鋼板はいずれも良好な耐白錆性を示したのに
対して、それ以外の比較例はいずれも耐白錆性に劣る結
果となった。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、クロムを全く含まない耐白錆性に優れた表面処理鋼
板を、特別な廃水処理などが不要な低コストの製造方法
に併せて、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】白錆の発生時間と金属酸化物(SiO2)/モリブ
デン酸アンモニウム中のMoの重量比との関係を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 勝平 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 海野 茂 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4K026 AA02 AA22 BB08 CA18 CA39 DA02 DA03 EB11 4K044 AA02 AB02 BA10 BA12 BA14 BA21 BB03 BB11 BC02 CA11 CA18 CA53 CA62

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板の少なくとも片面に亜鉛系めっき層
    を有し、該亜鉛系めっき層上に、モリブデン酸、チタン
    酸、ジルコン酸またはバナジン酸のアルカリ金属塩、同
    アルカリ土類金属塩および同アンモニウム塩から選ばれ
    る1種以上と、金属酸化物とを含有する有機樹脂層を設
    けて成る表面処理鋼板。
  2. 【請求項2】 鋼板の少なくとも片面に亜鉛系めっき層
    を形成した後、モリブデン酸、チタン酸、ジルコン酸ま
    たはバナジン酸のアルカリ金属塩、同アルカリ土類金属
    塩および同アンモニウム塩から選ばれる1種以上と、金
    属酸化物と、有機樹脂とを含有する処理液にて、上記亜
    鉛系めっき層を処理し、亜鉛系めっき層上に、モリブデ
    ン酸、チタン酸、ジルコン酸またはバナジン酸のアルカ
    リ金属塩、同アルカリ土類金属塩および同アンモニウム
    塩から選ばれる1種以上と、金属酸化物とを含有する有
    機樹脂層を形成することを特徴とする表面処理鋼板の製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006016676A (ja) * 2004-07-05 2006-01-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 表面処理鋼板及び表面処理薬剤並びに表面処理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006016676A (ja) * 2004-07-05 2006-01-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 表面処理鋼板及び表面処理薬剤並びに表面処理方法
JP4590952B2 (ja) * 2004-07-05 2010-12-01 住友金属工業株式会社 表面処理鋼板及び表面処理薬剤並びに表面処理方法

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