JP2006299408A

JP2006299408A - 金属帯板のめっき方法

Info

Publication number: JP2006299408A
Application number: JP2006078324A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Wakabayashi; 久幹若林; Makoto Katsube; 誠勝部; Masayuki Miyake; 昌幸三宅; Keisuke Hirose; 敬介廣瀬
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP4700537B2

Abstract

【課題】金属粉粒体の金属帯板への塗布前後に、接着剤の塗布、フラックスの塗布、圧着等の付帯工程の必要ない簡素な設備構成で、高速化へ対応可能なめっき方法を提供すること。
【解決手段】金属粉粒体塗布装置１３により被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて金属帯板１１に塗布し、塗布された粉粒体を金属帯板１１に圧着させることなく、誘導加熱装置１４により金属帯板１１を粉粒体の融点以上の温度に加熱することにより金属帯板１１の表面を異種金属又は合金でめっきする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属帯板の表面を異種金属又は合金でめっきする方法とそれに用いる誘導加熱装置に関するものである。

金属帯板へのめっき方法としては、電気めっき、溶融めっきが主に用いられている。しかし、電気めっきでは、厚めっきを行うことが難しく、廃液処理設備を必要とし、廃液処理コストも高い。また、溶融めっきでは、表面欠陥を回避するためにめっき浴中のドロス管理が厳しく、めっき塗布量制御のためのガスワイピングがネックとなり、高速化ができない等の課題がある。

これらの課題への対応として、金属粉粒体を使用しためっき方法がいくつか開示されている。特許文献１には、図４に示すように、ロールコータ１を利用して、溶剤に分散させたアルミニウムを含有した亜鉛粉粒体２を鋼板５に塗布し、加熱装置３によりめっき金属を溶融させ、冷却装置４で冷却する方法が開示されている。また、特許文献２には、金属粉粒体とリン酸塩水溶液のスラリーをロールコータにより塗布し、ロール圧着した後熱処理する方法が開示されている。特許文献３には、鋼板表面に接着剤としてポリメタリン酸塩水溶液をロールコータにて塗布し、粉粒体の粒径に応じた脂肪酸またはアミン類を添加した亜鉛または亜鉛合金粉粒体を振り掛け、加熱する方法が開示されている。特許文献４には、金属条材の表面にフラックス作用を有する液状あるいはペースト状物質と異種金属粉粒体をロールコータにて塗布し、加熱する方法が開示されている。

粉粒体材料の塗装方法として、ロールコータの他に静電塗装方法がある。特許文献５には、亜鉛粉粒体とアルミニウム粉粒体とエポキシ樹脂粉粒体を混含・加熱したものを粉砕し、摩擦帯電塗装機を使用して鋼板に塗布する方法が開示されている。しかし、特許文献５の方法は、塗布後の加熱が２００℃であり、エポキシ樹脂を接着剤として塗布するもので、亜鉛及びアルミニウムは溶解せず、鋼板への付着力は弱い。また、特許文献６には、金属粉粒体の被覆方法として、種々の方法を提案する中で静電塗布を適用することができることを開示している。しかし特許文献６の方法は、金属粉粒体を塗布後圧着することを要件としている。
特開平４−６６６７４号公報特開昭５１−１４３５３１号公報特開昭６３−１５７８８０号公報特開昭６０−２３８４８７号公報特開２００２−１８０２６６号公報特開昭６４−７３０８４号公報

上記特許文献１〜３のように、ロールコータを使用して金属粉粒体を含有した溶液あるいは接着材を塗布する方法では、以下に示す種々の課題がある。

（１）金属帯板とロールが直接接触するため、板端部のロールが磨耗し、狭幅の金属帯板から広幅の金属帯板への切替え時、金属帯板へロール磨耗部の転写がでる。

（２）板幅方向塗布量の均一性の制御及び塗布量変更時の制御が難しい。

（３）金属粉粒体塗布前に溶剤に金属粉粒体を分散させる工程が必要である。また、金属粉粒体塗布後に接着剤を塗布したり、圧着したりする工程等の付帯する工程が必要である。

また、上記特許文献４〜６にように、従来の静電塗装を用いた金属粉粒体の塗布方法においても、圧延ロール等による圧着工程が必要とされていた。

そこで、本発明は、金属粉粒体の金属帯板への塗布前後に、接着剤の塗布、フラックスの塗布、圧着等の付帯工程の必要ない簡素な設備構成で、高速化へ対応可能なめっき方法とそれに使用する誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係る金属帯板のめっき方法は、金属帯板の表面を異種金属又は合金でめっきする方法において、被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて金属帯板に塗布し、塗布された粉粒体を金属帯板に圧着させることなく、金属帯板を粉粒体の融点以上の温度に加熱することを特徴とする。

粉粒体を帯電させて塗布する方法としては、コロナ放電式あるいは摩擦帯電方式の塗装装置を用いることができる。

金属帯板としては、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕまたはこれらを主成分とする合金に適用できる。

粉粒体としては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｒまたはこれらを主成分とする合金に適用できる。また、粉粒体には樹脂コーティングすることができる。

粉粒体を塗布するに際しては、金属帯板を予熱しておくことが好ましい。

金属帯板に塗布する異種の粉粒体は多層に塗布することができる。

めっき雰囲気は、還元性雰囲気あるいは非酸化性雰囲気ガスであることが望まれる。

粉粒体を塗布した後の金属帯板の加熱は誘導加熱装置により行い、加熱後の金属帯板の冷却はガスジェットクーラまたは気水冷却により行うことができる。

本発明に係る金属帯板のメッキ方法に用いる誘導加熱装置は、誘導コイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、金属帯板の表面側と裏面側の誘導コイルを構成する導体をそれぞれ金属帯板へ垂直投影した際の垂直投影像において、表面側と裏面側の導体の垂直投影像が金属帯板の長手方向に対して互いにずれるように前記導体を配置するとともに、金属帯板の表面側と裏面側の少なくとも一方の導体の端部が金属帯板の板幅方向に対して斜めに横切るように、且つ、表面側と裏面側の導体の端部のずれ幅が金属帯板の板幅方向の中央部よりも板幅方向の両端部において小さくなるように、前記導体を配置することを特徴とする。

この誘導加熱装置においては、表面側と裏面側の導体の少なくとも一方の導体を金属帯板の進行方向に移動可能とすることが好ましい。

本発明に係る金属帯板のめっき方法によれば、その設備構成がきわめて簡素となり、設備投資費用が少なくてすむ。すなわち、めっき前の金属帯板に接着剤を塗布したり、めっきする異種金属粉粒体を溶剤に分散させたり、めっきする異種金属粉粒体とフラックスと混合したり、接着剤との濡れ性を抑制する添加材を加えたり、めっき後に圧着することが不要である。現在主流である溶融めっき設備・電気めっき設備と比べると、めっき槽が不要となり、めっき液の管理・制御も不要となる。

また、本発明に係る金属帯板のめっき方法では、めっき塗布量を供給する粉粒体の量により制御できるので、溶融めっきでは高速化のネックとなっていた塗布量を制御するガスワイピングが不要であり、高速化が可能である。

また、金属帯板の加熱に本発明に係る誘導加熱装置を使用すれば、金属帯板の厚みが薄い場合や、金属帯板がステンレスや、アルミ・銅等の非鉄金属の非磁性体であっても、被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて塗布した後の金属帯板の板幅方向に均一な加熱が可能となる。

本発明を適用した金属めっき設備の一例として亜鉛めっき設備１０を図１に示す。この亜鉛めっき設備１０は、鋼鈑１１を焼鈍する熱処理炉１２と、熱処理炉１２から排出された鋼板１１の表面にアルミニウムを含有した亜鉛粉粒体を塗布する金属粉粒体塗布装置１３と、亜鉛粉粒体が塗布された鋼板１１を加熱し亜鉛粉粒体を溶融させる誘導加熱装置１４と、誘導加熱装置１４を通過した鋼板１１を所定温度まで降温する冷却炉群１５を備えている。また、熱処理炉１２出側から誘導加熱装置１４の出側までは、還元性雰囲気あるいは非酸化性雰囲気であり、誘導加熱装置１４の出側には、シール装置１８が設けられている。

鋼板１１は熱処理炉１２で焼鈍されて矢印Ａの方向に通板され、スナウト１７を通過しデフレクターロール１６で上方へ向きを変え、金属粉粒体塗布装置１３に導入される。金属粉粒体塗布装置１３では、鋼板１１は金属粉粒体塗布装置１３から帯電した亜鉛粉粒体を吹き付けられる。鋼板１１に吹き付けられた亜鉛粉粒体は、それ自体の電荷により鋼板１１に付着する。亜鉛粉粒体に与える電荷を増やすことにより付着力を強化できるため、ロール圧着等の特別の処置は不要である。亜鉛粉粒体の塗布量は金属粉粒体塗布装置１３に供給する亜鉛粉粒体の供給量を制御することにより、所定の厚みに調整される。

亜鉛粉粒体を塗布された鋼板１１は、誘導加熱装置１４に装入され所定の温度まで加熱されることにより、亜鉛粉粒体が溶融し、めっき層が形成される。そして、めっき層が形成された鋼板１１は、デフレクターロール１６で進行方向を変えながら冷却炉群１５を通過しながら温度が下げられて、後方設備へと搬送される。

また、金属粉粒体塗布装置１３を、ライン方向に複数配列することにより多層めっきが可能となる。例えば、１層目にアルミニウム粉粒体を塗布し、２層目に亜鉛粉粒体を塗布することができる。また、金属粉粒体塗布装置１３を、ライン方向に複数配列することによりめっき厚みを厚くすることができる。

多種類の金属粉粒体を事前に混合したものを金属粉粒体塗布装置１３に供給することも可能である。例えば、亜鉛粉粒体に微量のアルミニウム粉粒体を混合したものを金属粉粒体塗布装置１３にて、塗布することにより、鋼板１１との密着性の良い亜鉛めっき鋼板ができる。また、粉粒体としては、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｒ又はこれらを主成分とする合金を適宜適用することができる。また、導電率の小さい粉粒体については、粉粒体を樹脂コーティングして電気的に絶縁することにより、粉粒体塗布装置の電極〜粉粒体間のスパーク発生を回避できる。樹脂コーティングの要否は粉粒体の導電率が２０×１０^６（１／ｍ・Ω）を超えるかどうかにより判断する。例えば、導電率が２０×１０^６（１／ｍ・Ω）よりも大きいＡｌ：３８．２×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｃｕ：５９．２×１０^６（１／ｍ・Ω）等の樹脂コーティングは不要であるが、導電率が２０×１０^６（１／ｍ・Ω）よりも小さいＺｎ：１６．６×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｎｉ１４．３×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｓｎ：９．０×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｃｒ：７．７４×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｐｂ：４．８１×１０^６（１／ｍ・Ω）、Ｍｎ：０．６９５×１０^６（１／ｍ・Ω）等は樹脂コーティングする。また、コーティングする樹脂には、アクリル樹脂・フェノール樹脂・エポキシ樹脂・シリコーン樹脂・ポリエステル樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリウレタン樹脂等の粉粒体塗布に通常用いられている樹脂を単独または混合して用いることができる。また、粉粒体の樹脂コーティングには、スプレードライ法等公知の粉粒体のコーティング方法を用いることができる。例えば、平均粒径６μｍのＳｎ粉粒体に１μｍ厚のアクリル樹脂コーティングを容易に実施することができる。

金属粉粒体塗布装置１３としては、コロナ放電式静電塗装装置を使用することができる。この方式の塗装装置では、コロナ放電により粉粒体を帯電させ、鋼板１１に塗布させる。幅方向の均一性が良い、ライン速度変化に対応して塗布量の調整が容易かつ精度が良いなどの特徴がある。また、帯電幅は板幅に追従し可変とすることも可能であり、逆に帯電幅を変える代わりに供給する粉粒体の幅方向の量を可変とすることも可能である。さらに、吸引ノズルを設けて粉粒体を回収・再利用することも可能である。また、金属粉粒体塗布装置１３として、摩擦帯電式塗装装置を使用することもできる。

図１の装置構成で、板厚０．５ｍｍ、板幅１０００ｍｍの鋼板をＮ_２雰囲気下で、１３０ｍ／ｍｉｎのライン速度で通板させた。金属粉粒体塗布装置１３には、コロナ放電式静電塗装装置を使用し、アルミニウム粉粒体０．２質量％、鉛粉粒体０．１質量％を含有し、残部が亜鉛粉粒体からなる金属粉粒体を供給した。スナウト１７出側のデフレクターロール１６での雰囲気温度を６５０℃、シール装置１８出側の板温度を７００℃、冷却装置１５としてエアジェットクーラを使用し、冷却装置１５出側の板温度を４００℃とした。上記条件で、金属粉粒体の供給量を変えて、めっき厚みを測定した結果を図２に示す。図２より、本発明によるめっき方法では、金属粉粒体の供給量に応じて、めっき厚みが制御できることが確認できた。また、幅方向のめっき厚みばらつきも３％以内と良好な結果を得た。

また、本発明では、誘導加熱装置の誘導コイルを構成する導体の配置を図３（ａ）に示す構成にすることで、金属帯板がステンレスや、アルミ・銅等の非鉄金属で非磁性体である場合にも加熱できる。すなわち、誘導コイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する誘導加熱装置において、金属帯板１１の表面側と裏面側の誘導コイルを構成する導体２１，２３をそれぞれ金属帯板１１へ垂直投影した際の垂直投影像において、表面側と裏面側の導体２１，２３の垂直投影像が金属帯板１１の長手方向に対して互いにずれるように導体２１，２３を配置する。そして、金属帯板１１の表面側と裏面側の少なくとも一方の導体の端部が金属帯板１１の鋼帯面を板幅方向に対して斜めに横切るように、且つ、表面側と裏面側の導体２１，２３の端部のずれ幅が金属帯板１１の板幅方向の中央部よりも板幅方向の両端部において小さくなるように、前記導体２１，２３を配置する（図３（ａ）の実施例では、前記ずれ幅が板幅方向の中央部において最も大きくなるように、導体２１，２３を配置している。）。ここで、導体２１，２３の端部とは、導体２１，２３の長手方向と直交する方向にある端部のことであり、図３では山型状あるいは逆山型状になっている部分のことである。導体２１，２３及び導体を接続する接続部材２０，２２の材質には銅や黒鉛等の電気伝導度の高い材料を選択し、電源１９に接続する。

誘導コイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱装置で加熱する際に、金属帯板の断面の表面側と裏面側とでは、逆向きに渦電流が流れる。したがって、電流浸透深さが深い場合、表裏の渦電流が互いに打ち消しあい電流が流れなくなる。このため、誘導コイルの内側を、金属帯板を通過させる従来の誘導加熱装置では、金属帯板の厚みが薄い場合や、非磁性体の金属帯板の加熱はできなかった。

そこで、本発明では、（１）表裏の導体をずらして打ち消しあうことのないようする。これにより、金属帯板の厚み及び温度によらず加熱でき、さらに、金属帯板が非磁性体であっても、加熱が可能となった。しかし、表裏の導体を金属帯板の板幅方向に対して平行にずらして設置すると、金属帯板の端面を導体が斜めに横切ることになり、金属帯板の端面の電流密度が高まり、金属帯板の端面の過加熱が発生する。この対策として、本発明では、（２）金属帯板の表面側と裏面側の少なくとも一方の導体の端部が金属帯板の鋼帯面を板幅方向に対して斜めに横切るように、且つ、表面側と裏面側の導体の端部のずれ幅が金属帯板の板幅方向の中央部よりも板幅方向の両端部において小さくなるように、導体を配置する。これにより、金属帯板の端面の過加熱が抑えられ、板幅方向に均等な加熱が可能となった。例えば、厚み０．２ｍｍ・幅６００ｍｍのステンレス鋼帯を５００℃まで昇温させた場合で、鋼帯中央と鋼帯端部との温度差を２℃以内とすることができた。

さらに、本発明では、（３）表面側と裏面側の導体の少なくとも一方の導体を金属帯板の進行方向に移動可能とすることで、金属帯板の板幅の変化に対応できる。例えば、図３（ａ）に示す板幅よりも広幅の金属帯板を通板する場合、図３（ｂ）に示すように、導体２１，２３を金属帯板１１の進行方向に互いに反対方向に移動させ、金属帯板１１の端面を流れる誘導電流を極力金属帯板表裏面に対して垂直方向に流すことにより、金属帯板端面の過加熱を防止することができる。導体を金属帯板の進行方向へ移動させる手段としては、ガイドレール上に導体を積載し、金属帯板の進行方向に移動させる等、一般的な直動案内方法が採用できる。

以上により、金属帯板の表面を異種金属又は合金でめっきする方法において、金属帯板の厚みが薄い場合や、金属帯板がステンレスや、アルミ・銅等の非鉄金属の非磁性体であっても、被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて塗布した後の金属帯板の板幅方向に均一な加熱が可能となった。

以上のように、本発明ではロールコータを使用せずに、被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて金属帯板に塗布するため、板幅方向塗布量の均一性の制御及び塗布量変更時の制御が容易である。また、金属帯板が非磁性体である場合を含め、簡素な設備構成で高速のめっき処理ラインを実現できる。

本発明による金属帯板のめっき装置の構成例を示す。本発明によるめっきの結果を示し、（ａ）は金属粉粒体供給量比とめっき層厚みとの関係、（ｂ）は板幅方向のめっき層厚みばらつきを示す。本発明による誘導加熱装置の実施例を示し、（ａ）と（ｂ）では金属帯板の板幅が異なり、（ｂ）の板幅が（ａ）の板幅よりも広い場合を示す。従来技術による金属帯板のめっき装置の構成例を示す。

符号の説明

１ロールコータ
２溶剤に分散させたアルミニウムを含有した亜鉛粉粒体
３加熱装置
４冷却装置
５鋼板
１０亜鉛めっき設備
１１鋼板
１２熱処理炉
１３金属粉粒体塗布装置
１４誘導加熱装置
１５冷却炉
１６デフレクターロール
１７スナウト
１８シール装置
１９電源
２０導電部材
２１金属帯体表面側の導体
２２導電部材
２３金属帯体裏面側の導体

Claims

金属帯板の表面を異種金属又は合金でめっきする方法において、被覆しようとする金属又は合金の粉粒体を帯電させて金属帯板に塗布し、塗布された粉粒体を金属帯板に圧着させることなく、金属帯板を粉粒体の融点以上の温度に加熱することを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１に記載の金属帯板のめっき方法において、コロナ放電式あるいは摩擦帯電方式の塗装装置を用いて粉粒体を帯電させて金属帯板に塗布することを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１又は２に記載の金属帯板のめっき方法において、金属帯板がＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、粉粒体がＺｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｒ又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、粉粒体が樹脂コーティングされていること特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、粉粒体を塗布する時点の金属帯板を予熱しておくことを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から６のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、異種の粉粒体を多層に塗布することを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から７のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、めっき雰囲気が還元性雰囲気あるいは非酸化性雰囲気ガスであることを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項１から８のいずれか１項に記載の金属帯板のめっき方法において、粉粒体を塗布した後の金属帯板の加熱を誘導加熱装置により行い、加熱後の金属帯板をガスジェットクーラまたは気水冷却により冷却することを特徴とする金属帯板のめっき方法。
請求項９に記載の金属帯板のめっき方法において用いられ、誘導コイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、金属帯板の表面側と裏面側の誘導コイルを構成する導体をそれぞれ金属帯板へ垂直投影した際の垂直投影像において、表面側と裏面側の導体の垂直投影像が金属帯板の長手方向に対して互いにずれるように前記導体を配置するとともに、金属帯板の表面側と裏面側の少なくとも一方の導体の端部が金属帯板の板幅方向に対して斜めに横切るように、且つ、表面側と裏面側の導体の端部のずれ幅が金属帯板の板幅方向の中央部よりも板幅方向の両端部において小さくなるように、前記導体を配置することを特徴とする誘導加熱装置。
表面側と裏面側の導体の少なくとも一方の導体を金属帯板の進行方向に移動可能としたことを特徴とする請求項１０記載の誘導加熱装置。