JP2018507320A - 密着性に優れためっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車、家電製品、建材などに用いられることができるめっき鋼板及びその製造方法に関するものである。

Description

本発明は、自動車、家電製品、建材などに用いられることができるめっき鋼板及びその製造方法に関するものである。

鉄鋼の腐食を防止することができる方法としては、めっきを行ってめっき鋼板に製造して用いることが一般的である。また、代表的なめっき鋼板として亜鉛めっき鋼板が挙げられる。上記亜鉛めっき鋼板は、亜鉛の犠牲防食の作用を利用したもので、その種類には電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板などがある。電気亜鉛めっき鋼板は、表面外観に優れ、自動車用外板として用いられているが、厚めっき作業時の作業性、製造コスト及び環境の側面において有利ではないため全体的にその使用量が減っている。そして、溶融亜鉛めっき鋼板は、製造コストの側面では電気亜鉛めっき鋼板と対比するとさらに安価であるが、厚めっきが原因で機械的性質、めっき密着性に関する成形性、及び連続打点時の電極寿命に関する溶接性などが電気亜鉛めっき鋼板と比較して有利ではない。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、素地鉄と亜鉛の合金化反応によりＦｅ−Ｚｎ系金属間化合物が形成されるため塗膜密着性の塗装性及び電極寿命に関する溶接性に優れているが、鋼板加工時にめっき層が剥離する粉化（ｐｏｗｄｅｒｉｎｇ）特性のため加工性が低下する。

上記亜鉛めっき鋼板は、犠牲防食を用いて耐食性を維持するが、必ずしも十分とは言えないため、亜鉛めっき鋼板の耐食性を向上させるために合金成分を添加した亜鉛合金めっき鋼板や多層めっき鋼板などが提案または開発されているのが実情である。最近では、亜鉛めっき層の厚さを減らすと耐食性が低下するため、耐食性を向上させるためにＭｇを添加して亜鉛−マグネシウム合金めっき鋼板を得る方法が開発されている。

しかし、上記亜鉛−マグネシウム合金めっき鋼板の場合、密着性が弱いため、加工して使用する製品で剥離が起こるなどの問題が発生した。これは、最終的にめっき鋼板の加工性を低下させる結果を招いた。かかる密着性の問題を解決するために、めっき層の組成を変えるなどの様々な方案が提案されたが、未だに完全に克服されてはいないのが実情である。

本発明の課題は、優れた密着性及び加工性を有するめっき鋼板及びその製造方法を提供することである。

本発明の一側面は、母材と、上記母材上に形成されためっき層と、上記母材とめっき層の間に形成された粘着層と、を含み、上記粘着層は、柱状構造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む密着性に優れためっき鋼板を提供する。

本発明の他の側面は、母材を設ける段階と、上記母材上に乾式めっき方式を用いて粘着層を形成する段階と、上記粘着層上にめっき層を形成する段階と、を含む密着性に優れためっき鋼板の製造方法を提供する。

本発明は、母材と耐食性を発揮するめっき層との間の密着性を向上させためっき鋼板を提供することができる。これにより、めっき鋼板の密着性及び加工性を増加させて、現在よりも遥かに多様な場所及び環境における応用を可能とする。

図１は、本発明のめっき鋼板の一例を図式化したものである。 図２は、本発明のめっき鋼板の粘着層の柱状構造を図式化したものである。 図３は、本発明の実施例におけるＥＭＬ−ＰＶＤ方法の概念を示す概略図である。 図４は、本発明の実施例において、比較例１によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図５は、本発明の実施例において、比較例２によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図６は、本発明の実施例において、比較例３によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図７は、本発明の実施例において、比較例４によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図８は、本発明の実施例において、発明例１によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図９は、本発明の実施例において、発明例２によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図１０は、本発明の実施例において、発明例３によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図１１は、本発明の実施例において、発明例４によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図１２は、本発明の実施例において、発明例５によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。 図１３は、本発明の実施例において、発明例６によるめっき鋼板の断面デザイン、微細組織、及び粉化試験後の曲げ面の表面を観察した写真である。

本発明の発明者らは、母材とめっき層、特に脆性が強いめっき層の間に独特な構造の延性を付与することができる層（以下、本発明では粘着層とする）を含ませることにより、母材とめっき層の密着性を向上させ、めっき鋼板の加工性を改善させることができるという点を認識し、本発明を導出した。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、いくつかの他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。

本発明のめっき鋼板の一例を模式化したものを図１に示し、粘着層をより詳細に模式化したのものを図２に示した。図１に示すように、本発明は、母材と、上記母材上に形成されためっき層と、上記母材とめっき層との間に形成された粘着層と、を含む。

本発明のめっき鋼板において、上記粘着層は、図２に示すように、柱状構造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する。上記柱状構造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とは、単結晶または多結晶構造で、横方向ではなく縦方向に結晶粒が成長して形成された構造のことである。本発明では、上記粘着層が縦方向の結晶粒成長による柱状構造を有するため、めっき鋼板の優れた密着性を確保することができる。

一方、上記粘着層は、柱状構造を有するとともに、気孔を多く含む多孔性（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）の構造を有する。これは、縦方向に成長する結晶粒の間に形成された気孔に起因する。本発明では、上記粘着層が多孔性の構造を有することから、加工のような変形（ｓｔｒａｉｎ）が発生したときに、バッファー（ｂｕｆｆｅｒ）の役割を果たすため、優れた密着性及び加工性を確保することができる。

上記粘着層は、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＭｏなどの物質を含むことで形成されることができる。

上記粘着層の厚さは、０．５μｍを超えることが好ましい。上記粘着層は、上述の柱状構造を有し、密着力を確保するために０．５μｍを超える厚さを有することが好ましい。上記柱状構造は、結晶の核生成後の成長によって形成されるため、上記厚さ未満では柱状構造を確保することが困難となる。一方、上記粘着層の厚さが厚ければ厚いほど密着力を確保することが有利となるため、本発明において、上記粘着層の厚さの上限は特に限定されず、めっき鋼板の種類、用途などの特性に応じて異なり得る。

上記めっき層は、耐食性を確保することができるめっき層であれば、本発明では特に限定しないが、上記めっき層の例としては、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｎｉめっき、Ｍｇめっきなどの単一の金属層であってもよく、Ｚｎ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金などの合金金属層を適用してもよい。

上記めっき層は、単一層で形成されることもでき、２以上の複合層で形成されることもできる。

上記母材は、本発明では特に限定されず、めっき素材に用いられることができる金属シート（ｓｈｅｅｔ）であればいずれも適用可能であり、一般に、鋼板を用いることができる。上記鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板、高張力鋼板、ステンレス鋼板、めっき鋼板などが挙げられ、Ａｌなどの通常の金属シートも母材として用いることができる。

以下、本発明のめっき鋼板を製造する方法について詳細に説明する。

本発明のめっき鋼板を製造する方法は、母材を設けた後、母材上に粘着層を形成し、形成された粘着層上にめっき層を形成する過程を含む。

上記母材上に粘着層を形成するためには、乾式めっき方式を用いることが好ましく、代表的には化学蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）や物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）などがある。本発明では、上記粘着層が、多孔性（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を有するとともに、柱状構造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を実現するために、上記乾式めっき方式で製造することが好ましい。すなわち、上記粘着層は、結晶粒の核生成及び成長によって形成されるため、乾式めっき方式で製造することが好ましい。

上記化学蒸着方式の例としてはプラズマＣＶＤなどが挙げられ、物理蒸着方式の例としては、スパッタリング、ＥＭＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ）−ＰＶＤなどが挙げられる。上記化学蒸着方式及び物理蒸着方式の種類は、特に限定されず、上記粘着層の構造を形成することができるものであればいずれも可能である。

一方、ＥＭＬ−ＰＶＤのコーティング方法は、電磁気浮上（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ）ソースを用いた蒸着技術で、これに対する概略図を図３に示した。図３に示すように、ＥＭＬ−ＰＶＤコーティング方法は、液滴（Ｄｒｏｐｌｅｔ）のコーティング物質に高周波電源（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｐｏｗｅｒ）を印加し、電磁気力によってコーティング物質を気化させた後、これを蒸気分配装置（Ｖａｐｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｂｏｘ、ＶＤＢ）に集めて、ＶＤＢのノズルを介してストリップ（ｓｔｒｉｐ）に噴射することで粘着層を形成する。

また、上記粘着層を形成した後、めっき層を形成する。上記めっき層は、電気めっき、溶融めっきなどに代表される湿式めっき方法だけではなく、化学蒸着、物理蒸着のような乾式めっき方法が適用されることができるため、本発明におけるめっき方法は、特に限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が認識することができる方法であれば十分である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるためのもので、本発明を限定するものではない。

本発明は、冷延鋼を設けた後、下記表１及び図４〜図１３に示すように、粘着層及びめっき層を形成した。

これらの各試験片に対して、ＴＥＭ顕微鏡を用いて断面を観察した結果、及び粉化試験（ｐｏｗｄｅｒｉｎｇ ｔｅｓｔ）後の曲げ面（ｂｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）の表面を観察した結果を図４〜図１３に示した。

図４〜図７はそれぞれ比較例１〜４を示したもので、図８〜図１３はそれぞれ発明例１〜６を観察した結果である。

上記図４〜図７の結果から分かるように、粘着層を形成していない比較例４、及び粘着層を形成しても粘着層が柱状構造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有しない比較例１〜３では、粉化試験後の曲げ面において多数のクラックが発生することが確認できた。特に比較例２及び３では、本発明が要求する粘着層の厚さを達成できず柱状構造を形成しないと判断されることから、曲げ面において多数のクラックが発生することが確認できた。

これに対し、図８〜図１３に示す発明例１〜６の場合は、粘着層が形成され、また、上記粘着層が柱状構造を有することが分かる。その結果、粉化試験後の曲げ面に発生したクラックの数が大幅に減ることが確認できた。

したがって、本発明によるめっき鋼板は、めっき層の密着性に優れ、これにより、優れた加工性を確保することができることが確認できる。

Claims (7)

1. 母材と、前記母材上に形成されためっき層と、前記母材とめっき層の間に形成された粘着層と、を含み、前記粘着層は、柱状構造を含む、密着性に優れためっき鋼板。
2. 前記粘着層は多孔性である、請求項１に記載の密着性に優れためっき鋼板。
3. 前記粘着層は厚さが０．５μｍを超える、請求項１に記載の密着性に優れためっき鋼板。
4. 前記粘着層は、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＭｏで構成される群より選択された一つ以上の物質を含む、請求項１に記載の密着性に優れためっき鋼板。
5. 前記めっき層は、Ｚｎめっき、Ａｌめっき、Ｎｉめっき、Ｍｇめっき、Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき、Ａｌ−Ｍｇ合金めっき、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき、Ｚｎ−Ｆｅ合金めっき、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金めっきからなる群より選択された１種以上のめっき層である、請求項１に記載の密着性に優れためっき鋼板。
6. 母材を設ける段階と、
   前記母材上に乾式めっき方式を用いて、柱状構造を含む粘着層を形成する段階と、
   前記粘着層上にめっき層を形成する段階と、
   を含む、密着性に優れためっき鋼板の製造方法。
7. 前記乾式めっき方式は化学蒸着方法または物理蒸着方法である、請求項６に記載の密着性に優れためっき鋼板の製造方法。