JP2018090861A - 溶融亜鉛めっき用フラックスおよびそれを用いた溶融亜鉛めっき材の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスは、第2族元素の塩化物としてMgCl2(塩化マグネシウム)を含む。本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスは、MgCl2を含むため、発煙が抑制されるとともに不めっき部分の発生が抑制される溶融亜鉛めっきが可能となる。本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスは、NH4Cl(塩化アンモニウム)を含まないため、溶融亜鉛めっきの際の発煙が抑制され、作業環境に優れる。また、本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスは、ZnCl2(塩化亜鉛)を含まないか、または、少なくとも主要成分として含まないため、有害なヒュームの発生が抑制され、作業環境に優れ安全性が高い。また、本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスは、腐食性の高いフッ化物を含まないため、作業環境に優れる。また、ZnCl2とKClとを主要成分として含む従来の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いた溶融亜鉛めっきの際にしばしば現われる不めっき部分の発生が抑制される。
MgCl2は、以下の式(1)
MgCl2 → Mg2+ + 2Cl- (1)
に示すように、水溶液中で電離して、2価のMgイオンと塩化物イオンとを生成する。さらに、生成した2価のMgイオンの一部は、以下の式(2)
Mg2+ + H2O → Mg(OH)+ + H+ (2)
に示すように、水の電離により生成する水酸化物イオンと結合するため、水溶液中の水素イオン(ヒドロニウムイオンの意味。以下同じ。)が水酸化物イオンより過剰になる。MgCl2は、水溶液中で電離して、上記のように、水素イオン過剰による酸と塩化物イオンとが生成するため、溶融亜鉛めっき用フラックスとして高い機能を有する。すなわち、MgCl2は、水溶液中における酸および塩化物イオンの生成のため、被めっき材の表面の錆などを除去するとともに表面を活性化させて溶融亜鉛めっきを促進するという溶融亜鉛めっき用フラックスとしての機能を発揮することができる。さらに、MgCl2は、ZnCl2のような劇物に指定されておらず加熱により有害なヒューム(粉塵)を発生することもない。
本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスにおいては、NaCl(塩化ナトリウム)およびKCl(塩化カリウム)の少なくとも1種類をさらに含むことが好ましい。かかる溶融亜鉛めっき用フラックスは、溶融亜鉛めっきの際のカス抜けを良くする。溶融亜鉛めっき用フラックスにMgCl2とともに含まれるNaClおよびKClは、MgCl2の反応性を抑制することにより、カス抜け不良を抑制する。また、NaClおよびKClは、水溶液にすると塩化物イオンを放出する塩化物であるため、溶融亜鉛めっきの際の不めっきの発生を抑制できる。さらに、NaClおよびKClは、めっき温度よりも高い沸点を有するため、溶融亜鉛めっきの際の発煙を抑制する。ここで、MgCl2に対するNaClおよびKClの少なくとも1種類のモル比(Na+K)/Mgは、カス抜けを良くする観点から、0.01以上が好ましく、1以上がより好ましく、不めっきの発生を抑制する観点から、55以下が好ましく、45以下がより好ましい。ここで、カスとは、溶融亜鉛めっき表面に付着する酸化亜鉛および/またはフラックスカスをいう。
本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスにおいては、界面活性剤をさらに含むことが好ましい。かかる溶融亜鉛めっき用フラックスは、被めっき材のフラックス付着量を低減することにより、溶融亜鉛めっきの際にスプラッシュを抑制する。かかる溶融亜鉛めっき用フラックスに含まれる界面活性剤は、スプラッシュを抑制する観点から、カチオン系界面活性剤が好ましく、アルキル第4級アンモニウム型界面活性剤がより好ましい。アルキル第4級アンモニウム型界面活性剤としては、たとえば、中央化学株式会社製ギルデオンKBBなどが好適に挙げられる。界面活性剤の含有量は、溶融亜鉛めっきの際にスプラッシュを抑制する観点から、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。界面活性剤の含有量の上限は、特に制限はないが、界面活性剤が高価なため、コスト低減の観点から、15質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。ここで、スプラッシュとは、溶融亜鉛めっきの際に溶融亜鉛浴に被めっき材を浸漬するときに発生する溶融亜鉛の飛散をいう。
本実施形態の溶融亜鉛めっき用フラックスにおいては、水溶液にすると塩化物イオンを放出する塩化物であって、水溶液にしたときのpHがMgCl2(塩化マグネシウム)に比べて低い塩化物をさらに含むことが好ましい。かかる溶融亜鉛めっき用フラックスにおいては、フラックスの活性が高く、溶融亜鉛めっきの際に不めっき部分を発生させにくい。水溶液にすると塩化物イオンを放出する塩化物であって、水溶液にしたときのpHが塩化マグネシウムに比べて低い塩化物としては、たとえば、FeCl3(塩化第二鉄)、HCl(塩酸)、塩化亜鉛(ZnCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)などが好適に挙げられる。フラックスの活性を高める観点から、上記塩化物の中でpHの低いFeCl3、HClが好ましい。これらの塩化物について、たとえば0.1モル/Lの水溶液におけるpH実測値は、MgCl2の6.1に対して、FeCl3が1.6、HClが1.0、ZnCl2が5.6、CaCl2が6.0であった。それらの塩化物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。水溶液にしたときのpHが塩化マグネシウムに比べて低い塩化物の含有量は、不めっき部分の発生を抑制する観点から、0.1質量%以上20質量%以下が好ましく、0.4質量%以上12質量%以下がより好ましい。また、これらの塩化物は、溶融亜鉛めっき用フラックスの活性を高めるため、使用後の溶融亜鉛めっき用フラックスを再活性化させるために後添加することもできる。特に、HClおよびその水溶液は室温(25℃)で液体状であるため、後添加するのに好適である。
本実施形態の溶融めっき用フラックスにおいては、溶融亜鉛めっきの際の不めっき部分の発生の抑制、カス抜けの良さ、外観の良さ、発煙の抑制、およびスプラッシュの発生の抑制の特性を有する限り、他の成分を含むことができる。
図1を参照して、本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法は、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて被めっき材を処理するフラックス処理工程S20と、溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて処理された被めっき材を溶融亜鉛めっきすることにより溶融亜鉛めっき材を形成する溶融亜鉛めっき工程S40と、を含む。本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法は、溶融亜鉛めっきの際の発煙を抑制して優れた作業環境および高い安全性を確保するとともに不めっき部分の発生を抑制して溶融亜鉛めっき材を製造することができる。なお、上記のように、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスは、小型の被めっき材をめっきする小物めっきの場合でも、大型の被めっき材をめっきする大物めっきの場合でも、好適に用いることができる。
本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、溶融亜鉛めっきの際に不めっき部分を発生しにくくする観点から、フラックス処理工程S20の前に、前処理工程S10をさらに含むことが好ましい。前処理工程S10は、特に制限はないが、溶融亜鉛めっきの際の不めっき部分の発生を抑制する観点から、脱脂工程S11、第1水洗工程S12、酸洗工程S14、および第2水洗工程S15を含むことが好ましく、さらに、第1水洗工程S12と酸洗工程S14との間に、ショットブラスト工程S13を含むことが好ましい。小物めっきの場合は、ショットブラスト工程S13が含まれる場合が多い。大物めっきの場合は、ショットブラスト工程S13が含まれない場合が多い。
ショットブラスト工程S13では、第1水洗後の被めっき材の表面の酸化物、スラグおよび塗料などを除去する。これにより、めっき付着性を高めることができる。
(フラックス処理工程)
本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、上記の前処理工程S10の後に、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて被めっき材を処理するフラックス処理工程S20を含む。フラックス処理工程S20は、酸洗工程S14後からフラックス処理工程S20前までに被めっき材に発生した錆を除去し、フラックス処理工程S20後から溶融亜鉛めっき工程S40前まで被めっき材の錆の発生を抑制するとともに、溶融亜鉛めっき工程S40において、被めっき材と亜鉛との合金化反応を促進して、被めっき材と亜鉛との付着性を高めるために行なう。フラックス処理工程S20では、素地が露出した被めっき材を、たとえば30℃以上80℃以下(大物めっきの場合)または80℃以上(小物めっきの場合)に加熱した実施形態1のフラックスに浸漬して、被めっき材の素地表面にフラックス皮膜を形成する。
本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、溶融亜鉛めっきの際のスプラッシュを抑制するために、フラックス処理工程S20の後に、乾燥工程S30を含むことが好ましい。乾燥工程S30では、被めっき材の素地表面に形成されたフラックス皮膜を乾燥する。乾燥時間は、特に制限はないが、スプラッシュを抑制する観点から、1分以上が好ましい。なお、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスの成分および組成によっては、吸湿性の高いものがあるため、スプラッシュを抑制する観点から、大気中での自然放置ではなく、室温(たとえば25℃)より高温を保持する乾燥装置内で放置することが必要になる場合がある。また、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックス(特に界面活性剤を含むもの)を用いることにより、フラックス処理工程S20の後、乾燥工程S30を省略して(たとえば、フラックス処理工程S20の後連続してまたは1分未満内で)、溶融亜鉛めっき工程S40を行うことができる。
本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、上記の乾燥工程S30の後(上記の乾燥工程S30が省略される場合には上記のフラックス処理工程S20後)に、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて処理された被めっき材を溶融亜鉛めっきすることにより溶融亜鉛めっき材を形成する溶融亜鉛めっき工程S40を含む。溶融亜鉛めっき工程S40では、フラックス皮膜が形成された被めっき材を溶融亜鉛に浸漬して、被めっき材の表面に形成されたフラックス皮膜を脱離させるとともに被めっき材の表面にめっき皮膜を形成する。これにより、溶融亜鉛めっき材が得られる。本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、実施形態1の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いてフラックス処理しているため、溶融亜鉛めっき工程S40において、発煙を抑制して優れた作業環境および高い安全性を確保するとともに不めっき部分の発生を抑制して溶融亜鉛めっき材を製造することができる。めっき温度は、亜鉛の融点以上であれば特に制限はないが、高作業性およびめっき装置保護の観点から、一般に、大物めっきの場合が430℃〜475℃程度、小物めっきの場合が475℃〜540℃程度である。本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法において、製造される溶融亜鉛めっき材のめっき厚さは、従来の製造方法の場合と同様の厚さであり、従来の製造方法と同様にしてその厚さを調節することができる。ここで、小物めっきの場合、被めっき材が入った治具を作業員が手作業で近距離にあるめっき槽に浸漬する。また、大物めっきの場合、被めっき材が入った治具を作業員がクレーンなどを用いた機械作業により遠距離にあるめっき槽に浸漬する。
本実施形態の溶融亜鉛めっき材の製造方法においては、溶融亜鉛めっき材の外観をより高くする観点から、後処理工程(図示せず)をさらに含むことが好ましい。後処理工程は、特に制限はなく、小物めっきの場合、一般的に、たれ切り工程(余剰亜鉛除去工程)、後フラックス処理工程、冷却工程、仕上げ工程、および検査工程などを含む。ここで、たれ切り工程では、手払い仕上げおよび/または遠心分離機により余剰亜鉛を除去する。後フラックス処理工程では、NH4Cl(塩化アンモニウム)によりめっき表面を平滑にする。かかる後フラックス処理工程では、処理温度が80℃〜100℃程度とめっき温度に比べて著しく低いため、たとえば5質量%程度の低濃度のNH4Cl水溶液が用いられる。冷却工程では、後フラックス処理後の溶融亜鉛めっき材をたとえば20℃程度の室温の水で冷却することにより、被めっき材と亜鉛との合金化反応を終了させる。仕上げ工程では、たれ切り作業で除去できなかった使用上問題のある余剰亜鉛の固まりをグラインダーや手ヤスリなどで除去する。検査工程では、溶融亜鉛めっき材の上記のめっき特性について評価する。大物めっきの場合、一般的に、たれ切り工程および後フラックス処理工程が省略され、冷却工程、仕上げ工程、および検査工程が含まれるにすぎない。
本実施例は、被めっき材としてJIS B1180:2014に規定する型番M16で長さ45mmの普通鋼(SS400相当)製ボルトを溶融亜鉛めっきしたときの実施例である。
被めっき材を、以下のようにして前処理した(前処理工程)。まず、80℃に加熱した10質量%のNaOH水溶液からなるアルカリ脱脂液に20分間浸漬することにより、被めっき材を脱脂した(脱脂工程)。次いで、脱脂した被めっき材を、30℃の水に5分間浸漬することにより、被めっき材の脱脂液を洗い流した(第1水洗工程)。脱脂水洗後の被めっき材を、60℃に加温した10質量%の硫酸水溶液からなる酸洗液に15分間浸漬することにより、被めっき材の素地を露出させた(酸洗工程)。次いで、酸洗した被めっき材を、30℃の水に5分間〜15分間浸漬することにより、被めっき材の酸洗液を洗い流した(第2水洗工程)。
前処理した被めっき材を、表1〜表4に示す組成を有する溶融亜鉛めっき用フラックスを用いてフラックス処理した。表1〜表4に示す界面活性剤とは、中央化学株式会社製ギルデオンKBBであった。具体的には、前処理した被めっき材を、90℃に加熱したフラックスに1分間浸漬することにより、被めっき材にフラックス皮膜を形成した。
フラックス皮膜が形成された被めっき材を温度15℃〜30℃および相対湿度30%〜90%の大気雰囲気中で20分間静置することにより、被めっき材に形成されたフラックス皮膜を乾燥した。
フラックス皮膜が形成された被めっき材を、手作業で、500℃に加熱された溶融亜鉛に1分間浸漬することにより、被めっき材のフラックス皮膜表面にめっき皮膜を形成した。こうして、溶融亜鉛めっき材を得た。溶融亜鉛めっきの際の発煙の発生の有無および程度、スプラッシュの発生の有無および程度を観察した。
めっき皮膜が形成された被めっき材を、たれ切り工程として、遠心分離機で1400rpmで2秒間回転させた。その後、速やかに後フラックス処理工程として、80℃以上に加熱した3〜8質量%の塩化アンモニウム水溶液に1秒以内浸漬し、その後、30℃の冷却水に約15秒浸漬させ、検査工程において、後述のめっき特性を評価した。
上記のようにして得られた溶融亜鉛めっき材について、めっき特性として、不めっき部分の発生量、カス抜けの不良量、外観、発煙の有無および程度、ならびにスプラッシュの有無および程度を評価して、表1〜表4にまとめた。ここで、不めっき部分の発生量の評価は、被めっき材に発生した最大の不めっき部分の最大径が2mm未満のものを小、2mm以上のものを大として、不めっき部分が発生した被めっき材の個数で評価した。すなわち、不めっき部分が発生した被めっき材の個数が少ないほど、また、不めっき部分が小さいほど、良い。また、カス抜けの不良量は、カス抜けの不良が発生した被めっき材の個数で評価した。すなわち、カス抜けの不良が発生した被めっき材の個数が少ないほどカス抜けが良い。また、外観の評価は、不めっき部分の有無、大小および個数、カス抜けの良否、ならびに表面状態を総合的に観察して、1(めっき不可)、2(外観不可)、3(外観可)、4(外観良)、および5(外観優)の5段階で評価した。また、発煙の有無および程度は、有無で評価した。また、スプラッシュの有無および程度は、有無で評価するとともに、程度は、めっき作業に支障を及ぼす可能性がないものを少量、めっき作業に支障を及ぼす可能性が有るものを多量とした。結果を表1〜表4にまとめた。なお、めっき厚さは、株式会社ケット化学研究所製の電磁膜厚計LE373により測定したところ、各例の平均値が50μm〜80μmであった。
本実施例は、被めっき材としてJIS G3101:2010に規定するアングルの一辺の長さが100mmおよびアングルの別の一辺の長さが80mmで幅100mm×厚さ4.5mmの大きさの一般構造用圧延鋼材SS400製L型アングルを溶融亜鉛めっきしたときの実施例である。被めっき材として上記L型アングルを用いたこと、表5に示す組成を有する溶融亜鉛めっき用フラックスを用いたこと、例II−R1および例II−1については、上記の被めっき材を1個用いたこと、フラックス皮膜が形成された被めっき材の乾燥における静置時間を10分間とし、かつ、後処理のたれ切りを手払いでしたこと、例II−2〜例II−4については、上記の被めっき材を3個用いたこと、フラックス皮膜が形成された被めっき材の乾燥における静置時間を6分間とし、乾燥後の被めっき材をクレーンを用いて456℃に加熱された溶融亜鉛に3分間浸漬し、かつ、後処理においてたれ切りおよび後フラックス処理工程を省略したこと以外は、実施例Iと同様にして、溶融亜鉛めっき材を得た。得られた溶融亜鉛めっき材のめっき特性として、不めっきの有無およぼ発煙の有無のみを評価した。実施例Iと同様に評価して、表5にまとめた。なお、めっき厚さは、各例の平均値が70μm〜100μmであった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
S11 脱脂工程
S12 第1水洗工程
S13 ショットブラスト工程
S14 酸洗工程
S15 第2水洗工程
S20 フラックス処理工程
S30 乾燥工程
S40 溶融亜鉛めっき工程
Claims (5)
- 第2族元素の塩化物として塩化マグネシウムを含む溶融亜鉛めっき用フラックス。
- 塩化ナトリウムおよび塩化カリウムの少なくとも1種類を含む請求項1に記載の溶融亜鉛めっき用フラックス。
- 界面活性剤を含む請求項1または請求項2に記載の溶融亜鉛めっき用フラックス。
- 水溶液にすると塩化物イオンを放出する塩化物であって、前記水溶液にしたときのpHが塩化マグネシウムに比べて低い塩化物を含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき用フラックス。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて被めっき材を処理するフラックス処理工程と、
前記溶融亜鉛めっき用フラックスを用いて処理された前記被めっき材を溶融亜鉛めっきすることにより溶融亜鉛めっき材を形成する溶融亜鉛めっき工程と、を含む溶融亜鉛めっき材の製造方法。
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