JP2005206870A - 研磨目模様を付けた溶融めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属光沢を損なうことなく視認性の高い研磨目模様によって意匠性を改善した表装材，内装材等に好適な素材を提供する。
【解決手段】 下地鋼１の上にある溶融めっき層２に研磨痕３を付けることにより、研磨目模様を付した溶融めっき鋼板である。研磨目模様は、ヘアライン研磨，Ｎo.４マット仕上げ等で形成される。研磨目模様を付けた後、溶融めっき層２の上にクリア塗膜４を積層しても良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、周辺機器や家具調度品に調和する美麗な外観をもち、耐食性，耐磨耗性に優れた溶融めっき鋼板に関する。

家電機器の表装材や内装建材に光沢のある金属板を使用すると、多様化した嗜好に応じて高級感が付与された製品が得られる。しかし、ステンレス鋼板，アルミニウム板等の金属光沢をそのまま利用したのでは無機質なメタリック感が強調され、周辺機器や家具調度品との違和感が目立つ。無機質なメタリック感は、金属板の表面にヘアライン等の模様を付けることで緩和される。たとえば、ヘアライン模様を付けた印刷層をアルミ塗膜に積層すると、ステンレス鋼板，アルミニウム板と同様なメタリック感で調和性のある表面となる（特許文献１）。
特開平11-207861号公報

アルミ塗膜にメタリック感を、印刷層にヘアライン模様を負担させる方式では、複雑な塗膜構成を必要とするため製品コストの上昇が避けられず、ヘアライン模様自体も変化に乏しい。ヘアライン模様を付けた金属板をクリア塗料で塗装すると、クリア塗膜を介してヘアライン模様が観察されるため、塗膜構成の簡略化，ヘアライン模様の多様化が可能となる。たとえば、鏡面研磨されたステンレス鋼板の一部表面をヘアライン研磨し、発色顔料を配合したクリア塗膜を設けると、意匠性が改善されたステンレス鋼板が得られる（特許文献２）。
特開平8-302482号公報

ステンレス鋼板は、強い金属光沢を長期間にわたって維持し耐食性に優れている点で好適な素材であるが鋼材コストが高い。そのため、ヘアライン模様を付したステンレス鋼板は、経済的な理由から用途に制約が加わる。また、一般的に普通鋼と比べて硬質であるため、必要なヘアライン模様を付ける研磨作業にかかる負担が大きい。ステンレス鋼に匹敵する耐食性をもち、研磨目模様を比較的容易に付けることが可能な素材が提供されると、意匠性に優れた安価な表装材，内装建材等が得られる。

本発明者等は、かかる観点から使用可能な鋼材を種々調査・検討した。ステンレス鋼板以外の耐食鋼板として溶融亜鉛めっき鋼板，溶融亜鉛合金めっき鋼板を選択し、研磨目模様の付き具合を調査した。その結果、溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を素材に使用すると、視認性が極めて高い研磨目模様が付けられることが判った。他方、溶融亜鉛めっき鋼板や他の溶融亜鉛合金めっき鋼板では、めっき層表面に残るスパングルによって研磨目模様の視認性が低下する。

本発明は、研磨目模様が付き易い溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板の特性に着目し、併せて溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層本来の優れた耐食性，耐磨耗性を活用することにより、視認性が高く変化に富んだ研磨目模様で意匠性を付与し、表装材，内装材等に好適な素材を提供することを目的とする。

本発明の溶融めっき鋼板は、初晶Ａｌ，Ｚｎ単相のＡｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織をもつ溶融めっき層が鋼板表面に形成されており、所定パターンの研磨痕が溶融めっき層に付けられている。研磨目模様は、ヘアライン研磨，Ｎo.４マット仕上げ，＃３２０仕上げ等で付けられる。研磨目模様を付けた後、溶融めっき層にクリア塗膜を積層しても良い。

Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層は、所定組成に調整された溶融めっき浴に鋼帯又は鋼板を浸漬して引き上げることにより形成されるが、溶融めっき金属が冷却・凝固して溶融めっき層となる過程で初晶Ａｌ，Ｚｎ単相が混在したＡｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織になる。この三元共晶組織は各相が微細に均一分散した組織であり、溶融亜鉛めっき鋼板，溶融Ａｌ-Ｚｎ合金めっき鋼板にみられるスパングルのない光沢表面を呈し、ステンレス鋼に近い硬さをもつ（特許文献３）。
特許第3179401号公報

Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層は、硬質であるにも拘わらず視認性の高い研磨目模様が付き易い。研磨目模様の付き易さは、軟質のＺｎ粒子が三元共晶組織に均一分散していることに由来すると推察される。すなわち、研磨作業時にＺｎ粒子が遊離砥粒又は固定砥粒で削られた跡が研磨痕となり、比較的硬質なＡｌ，Ｚｎ₂Ｍｇ粒子がそのまま残る。しかも、溶融めっき層自体が光沢度の高い表面状態であるので、研磨目模様をつける作業負担が軽減され、研磨目模様の視認性も向上する。

研磨によるＺｎ粒子の除去は、溶融めっき層の極表層に留まり、溶融めっき層内部には耐食性に必要な量のＺｎが確保される。また、硬質の溶融めっき層であるため、下地鋼に達する疵が付くこともない。したがって、Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層本来の高耐食性が損なわれず、視認性の高い研磨目模様により意匠性が付与される。
因みに、ミニマイズドスパングル処理した溶融亜鉛めっき鋼板をヘアライン研磨すると、視認性に限っては満足できるヘアライン模様が付けられるが、軟質の溶融亜鉛めっき層に疵が付き、疵付き部から露出した下地鋼が腐食されやすくなる。軟質の溶融亜鉛めっき層から除去されためっき成分が研磨材を目詰りさせることも難点である。溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき鋼板では、Ｚｎリッチ相，Ａｌリッチ相が混在した表面になるため研磨目模様の視認性が低く、研磨作業の負担も大きくなる。
研磨目模様を付けた後、溶融めっき層にクリア塗膜を設けると、耐食性，耐変色性が改善されると共に研磨目模様がクリア塗膜で保護され、長期にわたって視認性の高い研磨目模様が維持される。

本発明で使用される原板は、Ａｌ：４〜１０質量％，Ｍｇ：１〜４質量％，Ｚｎ：残部の組成をもつＺｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層が形成された溶融めっき鋼板が好ましい。Ａｌは、溶融めっき鋼板の耐食性を向上させる成分であり、４質量％以上で耐食性向上効果がみられる。しかし、過剰量のＡｌは溶融めっき層／下地鋼の界面でＦｅ-Ａｌ合金層の成長を促進させめっき密着性を低下させるので、Ａｌ含有量の上限を１０質量％に規定する。Ｍｇは、溶融めっき層の表面に均一な腐食生成物を生成させ、溶融めっき鋼板の耐食性を著しく向上させる。耐食性向上に有効な腐食生成物の均一生成は１質量％以上のＭｇ含有量でみられるが、４質量％を超えてもＭｇによる耐食性向上効果が飽和する。

所定量のＡｌ，Ｍｇを含むＺｎ-Ａｌ-Ｍｇの三元組成において金属間化合物Ｚｎ₂Ｍｇを生成させることにより、溶融めっき層の表面硬さが高くなり、優れた耐疵付き性が付与される。なかでも、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織のマトリックスに初晶Ａｌ，Ｚｎ単相が混在している溶融めっき層は、光沢度が高くスパングルのない表面を呈する。溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板は、ステンレス鋼板に近い表面硬さをもち、耐疵付き性にも優れている（表１）。

溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板は、常法に従った脱脂，洗浄後に研磨目模様が付けられる。研磨には、ヘアライン研磨，Ｎo.４マット仕上げ，＃３２０仕上げ等を採用可能であるが、風合いのある研磨目模様を出す上ではヘアライン研磨，Ｎo.４マット仕上げが好ましい。ヘアライン研磨では、８０〜３２０番を用いて連続した研磨目が付くように仕上げる。Ｎo.４マット仕上げでは、１５０〜１８０番を用いる。研磨目模様を付けた後、必要に応じてクロメート処理，クロムフリー処理，無機被覆，有機被覆等の後処理を施しても良い。

研磨された溶融めっき鋼板の断面を観察すると、下地鋼１の上にある溶融めっき層２に多数の研磨痕３が付けられている（図１）。研磨痕３は、研磨により除去された軟質Ｚｎ単相の痕跡であり、下地鋼１に達することなく溶融めっき層２の内部までの深さに留まっている。通常の研磨条件下で形成される研磨痕３の最大深さは数μｍ程度であるので、溶融めっき層２の厚みを研磨痕３の最大深さ以上とすることにより、下地鋼１に達する研磨痕３が確実になくなる。

研磨痕３を除く溶融めっき層２の表面は、研磨前の表面状態に維持されている。したがって、研磨後においても溶融めっき層２は金属光沢が高く、研磨目模様の視認性も高い。意外にも、研磨目模様を付けた溶融めっき層２の表面は、ヘアライン研磨したステンレス鋼板に比較して白色度が高く、無機質なメタリック感の緩和に効果的な状態になっている。研磨痕３を介した下地鋼１の露出がなく、犠牲防食作用を呈するＺｎも必要量確保されるため、Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層本来の高耐食性は損なわれない。

研磨にはステンレス鋼用の研磨機をそのまま転用でき、表面硬さ等の特性から研磨材の寿命もステンレス鋼の研磨と同等である。因みに、同じ研磨機を用いて溶融亜鉛めっき鋼板や溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき鋼板を研磨すると、ステンレス鋼の研磨に比較して研磨材の寿命が１０〜５０％低下する。

研磨目模様を付けた溶融めっき層２にクリア塗膜４を積層すると、腐食性雰囲気と溶融めっき層２との直接接触が避けられ、耐食性，耐変色性が更に向上する。クリア塗膜４は、単層コート一層又はアンダー４u，トップ４tの二層コートの何れでも良い。研磨痕３のある溶融めっき層２にクリア塗膜４が設けられるため、溶融めっき層２／クリア塗膜４の機械的噛合いによる塗膜密着性の向上も期待できる。
クリア塗料としては、ポリエステル樹脂，エポキシ変性ポリエステル樹脂，アクリル樹脂，シリコーンポリエステル樹脂，アクリルシリコーン樹脂，アクリルフッ素樹脂，ポリシロキサン無機系樹脂，ポリシロキサン無機・有機ハイブリッド樹脂等をベースにした透明度の高い樹脂塗料が使用される。

クリア塗膜４の形成に先立って、研磨目模様を付けた溶融めっき層２を化成処理すると塗膜密着性，耐食性が向上する。化成処理には、常用のクロメート処理，リン酸塩処理の他に、環境負荷の少ないクロムフリー処理（特許文献４，５）も採用できる。
特許第3280080号号公報 特許第3234056号号公報

クリア塗料には、必要に応じて着色顔料，発色顔料，防錆顔料等が配合されるが、溶融めっき層の金属光沢や研磨目模様の視認性が低下しない程度に配合量を設定する。着色顔料には、酸化鉄，カーボンブラック，アルミニウム粉末，酸化チタン，シアニンブルー，シアニングリーン等がある。発色顔料は、透明又は半透明の鱗片状基質を透明又は半透明金属酸化物皮膜で被覆した顔料であり、光の干渉作用によって発色する。具体的には、チタニア，シリカ，酸化鉄，チタン，銀，銅，ハステロイ等の薄膜で被覆したマイカ，タルク，ガラスフレーク，アルミナフレーク等が使用される。防錆顔料には、クロム酸ストロンチウム，クロム酸亜鉛，クロム酸バリウム等のクロム酸塩系やリン酸アルミニウム，リン酸亜鉛等のリン酸塩系がある。

二層コートのクリア塗膜４を設ける場合、アンダーコート４uに顔料を配合し、顔料無添加のクリア塗料でトップコート４tを形成することが好ましい。トップコート４t形成用のクリア塗料には、透明又は半透明の粒状艶消し剤を配合しても良い。また、ポリアクリロニトリル樹脂粒子，シリカ粒子等を添加したクリア塗料でトップコート４tを形成すると、明度が調整され落ち着いた色調の表面になる。クリア塗膜４又はトップコート４tに有機又は無機潤滑剤を分散させると、塗装溶融めっき鋼板の加工性が向上する。

クリア塗料は、研磨後の或いは更に化成処理後の溶融めっき層２に塗布され、ベース樹脂に応じた温度で焼き付けられる。単層コートではクリア塗膜４の乾燥膜厚が０.３〜３０μｍとなるように、二層コートではアンダーコート４u，トップコート４tの乾燥膜厚がそれぞれ０.３〜１５μｍ，０.３〜２９μｍ（合計膜厚：０.６〜３０μｍ）となるようにクリア塗料の塗布量が調整される。乾燥膜厚：０.３μｍ未満のクリア塗膜４ではピンホール，未塗装部等の塗膜欠陥が生じやすく、３０μｍを超える乾燥膜厚では後工程で加工したとき塗膜剥離が生じやすくなる。

クリア塗膜４を設けた溶融めっき鋼板は、クリア塗膜４の密着性に優れているため、製品形状に加工した後でも溶融めっき層２からクリア塗膜４が剥離せず、溶融めっき層２の金属光沢，研磨目模様の視認性を活かした表面を呈する。この点、プレコート鋼板としての要求特性を満足しているが、所定形状に成形した後でクリア塗膜４を形成するポストコート用途に使用可能なことも勿論である。しかも、研磨目模様によって溶融めっき層２の白色度が高くなっているので、無機質なメタリック感が緩和され、落ち着いた色調の外観となる。

片面当りめっき付着量：９０ｇ／ｍ²，板厚：０.８ｍｍの溶融めっき鋼板から試験片を切り出し、１５０番の研磨材を用いてヘアライン研磨した。ヘアライン研磨で研磨目模様を付けた試験片の表面を観察すると共に、耐食性を調査した。

表面観察では、研磨目模様の視認性が良好で、ステンレス鋼のヘアライン仕上げ材と同等の外観を呈する試験片を○，研磨目模様の視認性が低く外観の劣る試験片を×と評価した。腐食試験では、JIS Z2371の塩水噴霧試験を５００時間継続した後で試験片表面の錆発生状況を調査した。錆がほとんど発生しておらず美麗な外観が維持されている試験片を○，錆が発生して外観が若干損なわれた試験片を△，錆発生により外観が大きく劣化した試験片を×として耐食性を評価した。

表２の調査結果にみられるように、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織に初晶Ａｌ，Ｚｎ単相が混在しているＺｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層をもつ溶融めっき鋼板では、白色度の高い良好な外観が塩水噴霧試験後にも維持されていた。ヘアライン研磨でつけた研磨目模様は、ステンレス鋼のヘアライン仕上げ材を凌駕する視認性であった。優れた外観，耐食性は、同じ溶融めっき鋼板をＮo.４マット仕上げ，＃３２０仕上げした場合でも同様であった。他方、溶融亜鉛めっき鋼板では研磨後の外観，耐食性共に劣り、ミニマイズド処理した溶融亜鉛めっき鋼板では研磨目模様の視認性が高いものの耐食性に劣っていた。また、Ｚｎ-５５％Ａｌ合金めっき鋼板では、研磨目模様の視認性が低く、ヘアライン研磨による意匠性改善効果が不十分であった。

片面当りめっき付着量：８０ｇ／ｍ²，板厚：０.５ｍｍのＺｎ-６Ａｌ-３％Ｍｇ合金めっき鋼板に１５０番の研磨材でヘアライン模様を付与し、更にクリア塗料を塗布・焼成した乾燥膜厚：１０μｍのクリア塗膜を設けた。そして、実施例１と同じ条件下で塗装溶融めっき鋼板の外観，耐食性を調査した。
その結果、ポリエステル樹脂，エポキシ変性ポリエステル樹脂，アクリル樹脂，シリコーンポリエステル樹脂，アクリルシリコーン樹脂，アクリルフッ素樹脂，フッ素樹脂，ポリシロキサン無機系樹脂，ポリシロキサン無機・有機ハイブリッド系樹脂の何れをベース樹脂とするクリア塗料を用いた場合でも、外観，耐食性共に良好な塗装溶融めっき鋼板であった。また、クリア塗膜の透明度が高いことから、研磨目模様の視認性がクリア塗膜によって低下することもなかった。

片面当りめっき付着量：７５ｇ／ｍ²，板厚：０.４ｍｍのＺｎ-６Ａｌ-３％Ｍｇ合金めっき鋼板に２２０番の研磨材でヘアライン模様を付与した後、乾燥膜厚：０.３μｍ，５μｍ，２０μｍ，３０μｍのクリア塗膜を形成した。得られた塗装溶融めっき鋼板の外観，耐食性は、クリア塗膜の膜厚に拘わらず何れも良好であった。
更に、酸化鉄（着色顔料）１質量％，チタン被覆マイカ（発色顔料）を配合したクリア塗料を用い、（アンダーコート，トップコート）の組合せを乾燥膜厚で（０.３μｍ，０.３μｍ），（０.３μｍ，１０μｍ），（５μｍ，２５μｍ），（１５μｍ，１５μｍ），（２５μｍ，５μｍ），（１５μｍ，０.３μｍ），（１μｍ，２９μｍ）と種々変更した二層構成のクリア塗膜をヘアライン仕上げ材に設けた。この場合にも、外観，耐食性に優れた塗装溶融めっき鋼板が得られた。

以上に説明したように、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織をもつ溶融めっき層をヘアライン研磨，Ｎo.４マット仕上げ等で研磨すると、金属光沢を損なわずに視認性の高い研磨目模様が付けられる。研磨目模様によって溶融めっき層の白色度も高くなるので、周辺機器や家具調度品と調和しやすい表装材や内装建材として使用される。しかも、研磨作業にかかる負担も軽減されるため、ヘアライン研磨したステンレス鋼板に比較して安価に提供できる。

本発明に従った溶融めっき鋼板の断面を示す模式図

符号の説明

１：下地鋼 ２：溶融めっき層 ３：研磨痕 ４：クリア塗膜 ４u：アンダーコート ４t：トップコート

Claims (3)

1. 鋼板表面に形成されている溶融めっき層が初晶Ａｌ，Ｚｎ単相の混在したＡｌ／Ｚｎ／Ｚｎ₂Ｍｇの三元共晶組織をもち、溶融めっき層の表面に所定パターンの研磨痕があることを特徴とする研磨目模様を付けた溶融めっき鋼板。
2. ヘアライン加工又はＮo.４マット仕上げで研磨痕が形成されている請求項１記載の溶融めっき鋼板。
3. 研磨痕を付けた溶融めっき層がクリア塗膜で覆われている請求項１記載の溶融めっき鋼板。

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