JP2008133540A - リン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亜鉛系めっき鋼板を、Zn2+:2.0g/L超え5.0g/L以下、Mg2+:2.0〜5.0g/Lを含有し、かつ、前記Zn2+に対するMg2+の濃度の割合Mg2+/Zn2+が0.4〜2.5の範囲であり、前記処理液中における遊離酸度の全酸度に対する割合が0.020以上0.10未満であるリン酸塩処理液で処理して、亜鉛系めっき鋼板の表面に、Mg:0.2質量%以上2.0質量%未満を含有し、付着量が0.2〜3.0g/m2であるリン酸塩皮膜を形成することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(1)亜鉛系めっき鋼板をリン酸塩処理液で処理して、亜鉛系めっき鋼板の表面にリン酸塩皮膜を形成するリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法であって、前記リン酸塩処理液が、Zn2+:2.0g/L超え5.0g/L以下、Mg2+:2.0〜5.0g/Lを含有し、かつ、前記Zn2+に対するMg2+の濃度の割合Mg2+/Zn2+が0.4〜2.5の範囲であり、前記処理液中における遊離酸度の全酸度に対する割合が0.020以上0.10未満であることを特徴とするリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
本発明のリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板は、亜鉛系めっき鋼板の表面に、Mg:0.2質量%以上2.0質量%未満を含有し、付着量が0.2〜3.0g/m2であるリン酸塩皮膜を有することを特徴とする、後述する製造方法により製造したリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板である。
本発明の鋼板の下地鋼板となる亜鉛系めっき鋼板としては、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板(例えば、溶融亜鉛−55質量%アルミニウム合金めっき鋼板、溶融亜鉛−5質量%アルミニウム合金めっき鋼板)、鉄−亜鉛合金めっき鋼板、ニッケル−亜鉛合金めっき鋼板、黒色化処理後のニッケル-亜鉛合金めっき鋼板などの各種亜鉛系めっき鋼板等を用いることができる。また、基板である素地鋼板は、亜鉛系めっき鋼板として適用できる鋼板であれば特に限定はなく、用途に応じ適宜選択できる。さらにまた、亜鉛めっき層の付着量は、用途に応じて適宜選択できるが、1〜100g/m2以上とすることが好ましい。付着量が1 g/m2未満では耐食性が十分でなく、100 g/m2を超えると耐めっき剥離性が低下するためである。なお、より好適な付着量は5 〜70g/m2である。
前記亜鉛系めっき鋼板の少なくとも一方の表面に、Mg:0.2質量%以上2.0質量%未満を含有し、付着量が0.2〜3.0g/m2であるリン酸塩皮膜を有する。
Zn2+は、リン酸塩結晶を形成するには必須の成分であるため、リン酸塩処理液中のZn2+濃度を2.0g/L超え5.0g/L以下に制御する必要がある。より好ましくは3.0〜5.0g/Lの範囲に制御する。2.0g/L以下ではリン酸塩が析出しにくく、局所的にリン酸塩結晶が生成されていない不均一なリン酸塩皮膜を形成するためであり、5.0g/L超えでは、リン酸塩結晶が粗大化するため、リン酸塩皮膜による耐食性の十分な効果が得られなくなるためである。
Mg2+は、リン酸塩皮膜の耐食性を向上させるために必須の成分であるため、リン酸塩処理液中のMg2+濃度を2.0〜5.0g/Lに制御する必要がある。より好ましくは2.5〜5.0g/Lの範囲に制御する。2.0g/L未満ではマグネシウム成分の取りこみが少ないために前記リン酸亜鉛皮膜の耐食性が低下し、5.0g/L超えでは、マグネシウム成分の含有量が多すぎるために、前記リン酸亜鉛皮膜の耐黒変性が低下するためである。また、Mg2+の濃度は、後述するリン酸塩水溶液中のZn2+に対するMg2+の濃度の割合(Mg2+/Zn2+)によっても異なるため、Mg2+/Zn2+の適正範囲内において濃度を調整する必要がある。
前記リン酸塩皮膜に適量のMgを含有させるために、本発明では、前記リン酸塩処理液中の亜鉛イオン濃度に対するマグネシウムイオン濃度の割合Mg2+/Zn2+ を0.4〜2.5に規定する。より好適には0.8〜1.2である。Mg2+/Zn2+ が0.4未満では、処理液中のMg2+濃度は2.0g/L未満となるため、Zn2+が優先的に前記リン酸塩皮膜に取り込まれ、リン酸塩皮膜中のZnに対するMgの比率が低くなり、リン酸亜鉛皮膜の耐食性が低下する。また、Mg2+/Zn2+ が2.5を超えると、処理液中のMg2+濃度は5.0g/L超えとなるため、リン酸塩皮膜中のZnに対するMgの比率が適正範囲を外れ、リン酸亜鉛皮膜の耐黒変性が低下するからである。
前記リン酸塩皮膜の形成は、処理液の遊離オルトリン酸(遊離酸)のめっき面へのエッチング作用によって、処理液の固液界面のpHが上昇し、処理液中の第一リン酸亜鉛(Zn(H2PO4)2)とオルトリン酸(H3PO4)の濃度平衡に差異が生じるため、前記第一リン酸亜鉛がマグネシウムを含有するリン酸亜鉛結晶となって析出することにより行われる。したがって、前記リン酸塩皮膜の形成において、遊離酸は非常に重要な役割を担っている。そのため、本発明者らは、遊離酸のエッチング作用に着目し、均一な前記リン酸塩皮膜を、短時間(好ましくは3〜15秒)の処理で形成することができる方法について鋭意検討を重ねた。
なお、遊離酸(オルトリン酸)濃度としては、遊離酸度にして0.5〜3.4の範囲にすることが好ましい。さらに好ましくは、1.0〜3.0の範囲である。また、全酸度は20〜26の範囲とすることが好ましいが、後述する遊離酸度との割合となるようにする必要がある。
板厚1.0mmの冷延鋼板を、前処理として、オルソ珪酸ソーダ(60g/L)添加のアルカリ脱脂液(液温:70℃)中で、対極をステンレス板として電流密度:5A/dm2 で30秒間の電解脱脂を施した後、水洗し、30g/Lの硫酸水溶液(液温:30℃)中に5秒間浸漬して酸洗したのち、水洗した。前処理後、前記鋼板に電気亜鉛めっき処理を施し、前記鋼板片面に、付着量:20g/m2の亜鉛めっき層を形成した。電気亜鉛めっき処理は、440g/Lの硫酸亜鉛7水和物を添加した亜鉛めっき液を用いて亜鉛めっき浴とした。亜鉛めっき液は硫酸を添加してpH:1.5に調整した。なお、亜鉛めっき浴の浴温は50℃とし、電気亜鉛めっき浴中で、酸化イリジウム被覆Ti板電極を対極とし、試験板と極間距離10mmで平行に配置し、極間に流速1.5m/sでめっき液を循環させながら、電流密度70A/dm2で通電した。
このようにして鋼板表面に亜鉛めっき層を形成したのち、水洗し、ついでリン酸塩処理を施した。
実施例及び比較例に用いたリン酸塩処理液中のZn2+濃度、Mg2+濃度、Mg2+/Zn2+比、遊離酸度、全酸度、遊離酸度/全酸度比及びリン酸塩処理液のスプレー処理時間(処理液の接触時間)、ならびに作製したリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板のリン酸塩皮膜のMg含有量及び付着量を表1に示す。
(1)外観均一性
リン酸塩処理後の表面外観を目視して、リン酸塩皮膜の均一性を以下の評価基準に従って評価した。
○:外観均一
×:外観不均一
結晶形成状態は、リン酸塩皮膜を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、リン酸塩結晶が局所的に形成されていない箇所の有無を評価した。観察は、150×70mm2の試験片の端部から20mmの外縁範囲を除いた中央部分を、1000倍のSEMにより観察した。任意の10視野(視野面積:100μm×100μm)について、直径20μm以上の領域でリン酸塩結晶が形成されていない箇所の数を視野ごとにカウントした。10視野でカウントされた個数から算出される、1視野あたりの平均個数をもとに、以下の評価基準に従って評価した。
○:3箇所未満
△:3箇所以上10箇所未満
×:10箇所以上
耐食性は、作製したリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板から、試験片(大きさ:100×50mm)を切り出し、試験片の端部及び裏面をテープシールした後、JIS Z 2371-2000の規定に準拠して塩水噴霧試験を実施した。定期的に試験片表面を観察し、試験片の全評価面積に対し白錆発生面積が5%になるまでの時間(白錆発生時間)を調べ、以下の評価基準に従って評価した。
◎:24時間以上
○:8時間以上24時間未満
△:4時間以上8時間未満
×:4時間未満
耐黒変性は、作製したリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板から、試験片(大きさ:100×50mm)を切り出し、分光式色差計SQ2000(日本電色工業(株)製)を用いて、試験片の初期のL値(明度)を測定した。ついで、試験片を、温度80℃、相対湿度95%の恒温恒湿槽中に24時間放置後、試験片のL値を同様に測定し、初期のL値からの変化量ΔL(放置後のL値−初期のL値)を求め、以下の評価基準に従って評価した。
◎:ΔL≧−1
○:−1>ΔL≧−2
△:−2>ΔL≧−4
×:ΔL<−4
塗膜密着性は、試験片(70×150mm)に脱脂などの前処理なしで、アルキドメラミン系の塗装(大日本塗料(株)製,デリコン#700、乾燥130℃×30分、膜厚28±5μm)を施し、カッターで碁盤目(10×10個、1mm間隔)のカットを入れた後、エリクセン押し出し加工(高さ5mm)を行った。その後、碁盤目を入れてエリクセン押し出し加工を施した箇所に、ニチバン(株)製セロハン粘着テープ(タイプC LP−18)を貼り付け、ヘラで密着させた後、引き剥がし、塗膜残存率を計測し、以下の評価基準に従って評価した。
○:塗膜残存率100%
△:塗膜残存率90%以上100%未満
×:塗膜残存率90%未満
これによれば、実施例1〜16のリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板は、いずれも良好な外観均一性、結晶状態、耐食性、耐黒変性及び塗膜密着性を有している。また、短時間でリン酸塩皮膜を形成した場合でも十分な性能が得られていることがわかった。
Claims (3)
- 亜鉛系めっき鋼板をリン酸塩処理液で処理して、亜鉛系めっき鋼板の表面にリン酸塩皮膜を形成するリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法であって、
前記リン酸塩処理液が、Zn2+:2.0g/L超え5.0g/L以下、Mg2+:2.0〜5.0g/Lを含有し、かつ、前記Zn2+に対するMg2+の濃度の割合Mg2+/Zn2+が0.4〜2.5の範囲であり、前記処理液中における遊離酸度の全酸度に対する割合が0.020以上0.10未満であることを特徴とするリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法。 - 前記亜鉛系めっき鋼板を、前記処理液に3〜15秒接触させることを特徴とする請求項1に記載のリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 亜鉛系めっき鋼板の表面に、Mg:0.2質量%以上2.0質量%未満を含有し、付着量が0.2〜3.0g/m2であるリン酸塩皮膜を有することを特徴とする請求項1または2に記載のリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法により製造したリン酸塩処理亜鉛系めっき鋼板。
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