JP2006028581A - 黒色化鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Zn−Niめっき鋼板と、当該Zn−Niめっき鋼板の表面に形成される黒色化処理層と、当該黒色化処理層の外側に形成される有機樹脂層とを備える、黒色化鋼板であって、黒色化処理層に含まれる、金属ニッケル、酸化ニッケル、及び、酸化亜鉛の質量%を、それぞれ、A%、B%、及び、C%とするとともに、黒色化処理層の表面をP1、P1から0.1μm内側の黒色化処理層部位をP2とするとき、P1では、(A+B)/(A+B+C)≧0.01であるとともに、P2では、(A+B)/(A+B+C)≦0.15である、黒色化鋼板。
【選択図】 なし
Description
第1の本発明は、Zn−Niめっき鋼板と、当該Zn−Niめっき鋼板の表面に形成される黒色化処理層と、当該黒色化処理層の外側に形成される有機樹脂層とを備える、黒色化鋼板であって、黒色化処理層に含まれる、金属ニッケル、酸化ニッケル、及び、酸化亜鉛の質量%を、それぞれ、A%、B%、及び、C%とするとともに、黒色化処理層の表面をP1、P1から0.1μm内側の黒色化処理層部位をP2とするとき、P1では、(A+B)/(A+B+C)≧0.01であるとともに、P2では、(A+B)/(A+B+C)≦0.15であることを特徴とする、黒色化鋼板により、上記課題を解決する。
ここに、中心線平均粗さRaとは、JIS B0601附属書2「2RCフィルタを適用した場合の中心線平均粗さ」により定義される算術平均高さをいう。
1.黒色化鋼板
1.1.Zn−Niめっき鋼板
本発明の黒色化鋼板を構成するZn−Niめっき鋼板は、母材鋼板にZn−Niめっきが施された鋼板であれば特に限定されるものではないが、美麗かつ均一に黒色化された優れた黒色外観を有する黒色化鋼板を得るという観点から、Zn−Niめっき付着量が5〜40g/m2、Zn−Niめっき皮膜中のNi含有率が5〜30%であるZn−Niめっき鋼板であることが好ましい。Zn−Niめっき皮膜中のNi含有率は、より好ましくは10〜15%である。また、本発明の黒色化鋼板にかかる母材鋼板の種類も特に限定されるものではなく、JIS G 3141で規定されているSPCC、SPCD、SPCE等の一般用、絞り用、もしく深絞り用の冷間圧延鋼板はもとより、引張り強さが340MPa以上である高張力鋼板等、種々の鋼板を用いることができる。本発明の黒色化鋼板にかかるZn−Niめっきの組成及び付着量、並びに母材鋼板の種類は、目的とする黒色化鋼板の用途やグレード等に応じて適宜選択することができる。
黒色化鋼板の黒色外観は、黒色化処理されたZn−Niめっき皮膜表面における金属ニッケル、酸化ニッケル、及び酸化亜鉛の存在割合によって変化し、酸化亜鉛の存在割合が大きいほど鋼板の黒色度が低下するとともに色調がばらつく。一方で、黒色化処理層の状態は、黒色化鋼板の耐食性にも影響を及ぼす。そこで、本発明にかかる黒色化処理層に含まれる金属ニッケル、酸化ニッケル、及び、酸化亜鉛の質量%を、それぞれ、A%、B%、及び、C%とするとともに、黒色化処理層の表面をP1、当該P1から0.1μm内側の黒色化処理層部位をP2とするとき、P1では
(A+B)/(A+B+C)≧0.01 (1)
とし、P2では、
(A+B)/(A+B+C)≦0.15 (2)
とする。
本発明において、上記Raの下限値は特に限定されるものではないが、黒色化処理層表面が平坦になり過ぎて光った印象の黒色外観になることを防止するという観点から、0.4μm以上であることが好ましい。なお、Raがこのような値である黒色化処理層を得る方法は、特に限定されるものではないが、例えば、Zn−Niめっきを施される母材鋼板表面のRaを上記範囲程度としておく等の方法を挙げることができる。
本発明の黒色化鋼板では、黒色化処理層の外側(例えば、黒色化処理層の表面)に有機樹脂層が形成されている。本発明にかかる有機樹脂層を形成させる方法は特に限定されるものではないが、例えば、黒色化処理層の表面に有機樹脂を塗布し、その後、乾燥又は焼付けることで、有機樹脂層を形成させることができる。
本発明において、黒色化処理層の表面に塗布される有機樹脂層は特に限定されるものではなく、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、又はフェノール系樹脂等を好適に塗布することができる。
さらに、有機樹脂を塗布する際に使用する薬液も特に限定されるものではなく、例えば、上記樹脂を有機溶剤に溶解させた有機系薬液や、上記樹脂を水に分散させた水分散系の薬液等を好適に使用することができる。
加えて、本発明にかかる有機樹脂層は、主成分が有機樹脂であれば、その他に有機又は無機のインヒビター、防錆剤、界面活性剤、若しくはカップリング剤等を含んでいても良い。また、有機樹脂層には、カーボンブラック等の顔料成分が含まれていても良いが、黒色化処理層の色を活かす等の観点から、当該顔料成分は含まないことが好ましい。
なお、黒色化処理層の表面に形成されるべき有機樹脂層の厚さも特に限定されるものではないが、一般的に使用され易い黒色化鋼板を得るという観点から、0.1μm以上であることが好ましく、さらに、10μm以下であることが好ましい。
本発明の黒色化鋼板の製造方法は、第1工程、第2工程、及び第3工程を含んでいる。そこで、以下に、各工程の実施形態について説明する。
第1工程は、黒色化処理されたZn−Niめっき鋼板を、pH2〜4の酸性水溶液又はpH11〜14のアルカリ性水溶液により、5〜15秒間に亘って表面処理する工程である。
i)酸化亜鉛の方が酸化ニッケルよりも酸性溶液に対する溶解性が高いことを利用して、又は、
ii)酸化ニッケルがアルカリ性水溶液に溶解しない一方、酸化亜鉛はpHが11以上のアルカリ性水溶液に溶解することを利用して、
黒色化処理されたZn−Niめっき皮膜表面の酸化亜鉛を選択的に除去している。
本発明の第2工程は、上記第1工程でZn−Niめっき鋼板の表面に付着した酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を、水により洗い流す工程である。本発明の第2工程において使用される水は、上記酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を洗い流すことが可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、イオン交換水、上水、あるいは工業用水等を好適に使用することができる。また、水洗の方法も特に限定されるものではなく、例えば、浸漬や噴射等の方法を使用することができる。さらに、水洗に使用される水の温度及び流速も特に限定されるものではなく、適当な洗浄効果が得られる温度及び流速を適宜選択することができる。
本発明の第3工程は、上記第2工程を経たZn−Niめっき鋼板における黒色化処理層の表面に樹脂皮膜を形成する工程である。本発明の第3工程における樹脂皮膜形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、黒色化処理層の表面に有機樹脂を塗布し、その後、乾燥又は焼付ける等の方法により、有機樹脂層を形成させることができる。このようにして黒色化処理層の表面に有機樹脂層を形成させることで、鋼板表面の黒色外観が損なわれることを防止することができる。
1.試験材の作製
種々の表面粗度Raの冷延鋼板を母材鋼板とし、当該母材鋼板に、Ni含有率が12.5%であるとともに、めっき付着量が20g/m2であるZn−Niめっきを施して、Zn−Niめっき鋼板とした。そして、このZn−Niめっき鋼板に対して、以下の3つの方法で黒色化処理を行った。
(X)陽極電解酸化:硝酸ナトリウム30g/Lの水溶液中で、20A/dm2、130C/dm2の通電量にて陽極電解酸化を行うことにより、Zn−Niめっき鋼板表面に黒色化皮膜を生成させる。このようにして黒色化皮膜を生成させたZn−Niめっき鋼板を、その後、水洗し、引き続き乾燥させることにより、分析試験材とする。
(Y)交番電解:硝酸ナトリウム30g/Lの水溶液中で、20A/dm2、200C/dm2、60Hzの通電量にて交番電解を行うことにより、Zn−Niめっき鋼板表面に黒色化皮膜を生成させる。このようにして黒色化皮膜を生成させたZn−Niめっき鋼板を、その後、水洗し、引き続き乾燥させることにより、分析試験材とする。
(Z)硝酸浸漬:50℃の1N硝酸溶液中にZn−Niめっき鋼板を10秒間浸漬させることにより、当該めっき鋼板表面に黒色化皮膜を生成させる。このようにして黒色化皮膜を生成させたZn−Niめっき鋼板を、その後、水洗し、引き続き乾燥させることにより、分析試験材とする。
上記3通りの方法により黒色化処理を施した分析試験材を、酸性又はアルカリ性の水溶液に浸漬後、水洗・乾燥し、表面分析に供した。そして、上記乾燥後、さらに表面に樹脂を塗布し、鋼板温度が120℃となるようにオーブンで焼付後冷却することにより、表面粗度、色差、及び耐食性調査用の試験材(黒色化鋼板)とした。試験材作製時の黒色化処理方法(上記X、Y、及びZ)、使用した水溶液の種類(酸性:x、y、アルカリ性:z、使用なし:−)、母材鋼板の表面粗度Ra、表面処理時間、水溶液の濃度、温度及び流速、形成させた樹脂の種類及び厚さ、並びに、後述する表面分析結果、色差及び耐食性の結果を、表1にあわせて示す。
2.1.表面分析
上述の方法により作製した分析試験材を、島津製作所製島津X線光電子分光装置EACA3200を用いて分析した。ここに、黒色化処理層表面P1の分析は、Arによるスパッタリングを実施しないで分析した。一方、Arによるスパッタリングを120秒間実施した場合の値を、上記表面から0.1μm下の黒色化処理層P2における分析結果とした。なお、本分析において、ESCA分析装置附属のArスパッタリングは、SiO2換算で1秒当たり0.65nmのスパッタリング量であった。
上述の方法により作製した分析試験材を、株式会社ミツトヨ製SURF TEST SV−600を用いて、中心線粗さRaの測定を行った。測定結果を、表1に示す。
2.3.1.色差(黒色外観)
上述の方法により作製した試験材を、スガ試験機製色差計SM−7−IS−2Bにて色差(ハンターLab表色系におけるL値)を測定した。測定結果及び評価を、表1に示す。ここに、上記L値は、近隣の3点における測定結果の平均値とした。
なお、色差(黒色外観)の評価は、以下に示す基準に基づいて行った。
<評価基準>
L≦23 : ◎=優
23<L≦24 : ○=良
24<L≦25 : △=やや劣
25<L : ×=劣
耐食性評価面が70mm×150mmの大きさとなるように切断した試験材の裏面及び端面部をテープによりシールした後、上記表面処理液を塗布した面に、JIS Z2371「塩水噴霧試験方法」に規定されている塩水噴霧試験を120時間に亘って行い、耐食性評価面における白錆発生状況を観察した。耐食性評価は、以下に示す基準に基づいて行った。耐食性の評価結果を、表1に示す。
<評価基準>
評価面に占める白錆発生面積の割合が2%以下 : ◎=優
評価面に占める白錆発生面積の割合が2%を超え5%以下 : ○=良
評価面に占める白錆発生面積の割合が5%を超え20%以下 : △=やや不良
評価面に占める白錆発生面積の割合が20%を超える : ×=不良
表1に示すように、黒色化処理層に含まれる金属ニッケル、酸化ニッケル、及び酸化亜鉛の質量%をそれぞれA%、B%、及びC%とする時、実施例1〜16では、上記P1における「(A+B)/(A+B+C)」の値(以下において、「質量比」と記述する。)が0.01以上であるとともに、上記P2における質量比が0.15以下であった。そのため、これらの実施例1〜16にかかる試験材は、優れた黒色外観及び耐食性を有していた。なお、本実施例1〜16のうち、表面粗度Raが1.2以下であった実施例7〜12、14、及び16にかかる試験材では、特に、黒色外観が優れていた。これに対し、表1に示すように、比較例1〜10にかかる試験材では、少なくとも、上記P1における質量比が0.01未満であるか、又は上記P2における質量比が0.15を超えていたため、実施例1〜16にかかる試験材よりも黒色外観及び/又は耐食性が劣っていた。以上より、本発明によれば、優れた黒色外観及び耐食性を有する黒色化鋼板が得られることが確認された。
Claims (5)
- Zn−Niめっき鋼板と、該Zn−Niめっき鋼板の表面に形成される黒色化処理層と、該黒色化処理層の外側に形成される有機樹脂層とを備える、黒色化鋼板であって、
前記黒色化処理層に含まれる、金属ニッケル、酸化ニッケル、及び、酸化亜鉛の質量%を、それぞれ、A%、B%、及び、C%とするとともに、前記黒色化処理層の表面をP1、該P1から0.1μm内側の前記黒色化処理層部位をP2とするとき、
前記P1では、(A+B)/(A+B+C)≧0.01であるとともに、前記P2では、(A+B)/(A+B+C)≦0.15であることを特徴とする、黒色化鋼板。 - 前記黒色化処理層の中心線平均粗さRaが1.2μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の黒色化鋼板。
- 黒色化処理されたZn−Niめっき鋼板を、pH2〜4の酸性水溶液又はpH11〜14のアルカリ性水溶液により、5〜15秒間に亘って表面処理する第1工程と、
前記第1工程後に前記Zn−Niめっき鋼板を水洗する第2工程と、
前記第2工程後に前記Zn−Niめっき鋼板の表面に樹脂皮膜を形成する第3工程と、
を含むことを特徴とする、黒色化鋼板の製造方法。 - 黒色化処理されたZn−Niめっき鋼板を、クロム化合物を用いることなく調製されたpH2〜4の酸性水溶液又はpH11〜14のアルカリ性水溶液により、5〜15秒間に亘って表面処理する第1工程と、
前記第1工程後に前記Zn−Niめっき鋼板を水洗する第2工程と、
前記第2工程後に前記Zn−Niめっき鋼板の表面に樹脂皮膜を形成する第3工程と、
を含むことを特徴とする、黒色化鋼板の製造方法。 - 前記黒色化処理が、Zn−Niめっき鋼板を陽極酸化するものであることを特徴とする、請求項3又は4に記載の黒色化鋼板の製造方法。
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