JP2020063516A - 電気亜鉛めっき金属シートからうねりの少ない部品を製造するための方法、対応する部品および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電気亜鉛めっき金属シートからうねりの少ない部品を製造するための方法を提供。【解決手段】ワーク面が３．６μｍ以下の粗さＲａ２．５を有するワークシリンダーを用いて基材（３）を冷間圧延する工程、アニーリングされた基材（３）の少なくとも一方の面（５）に電着によって金属コーティング（７）を析出して金属シート（１）を形成する工程、切断された金属シート（１）を変形して、部品を形成する工程であって、金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、変形工程の後に０．５μｍ以下のうねりＷａ０．８を有する方法。【選択図】図１

Description

本発明は、基材を含む金属シートを製造するための方法に関し、この基材の少なくとも１つの面は亜鉛系金属コーティングによって覆われる。

こうした金属シートは、より詳細には自動車のような地上用モーター付車両のための本体部品を製造するように設計される。

次いで金属シートは切断され、変形されて部品を製造し、これら部品を組み立てて本体またはシェルを形成する。

このシェルは次に、良好な表面外観を提供する塗料（または塗料システム）の膜で、および、腐食に対する保護に役立つ亜鉛系金属コーティングを用いてコーティングされる。

金属シートのための亜鉛系コーティングは、これらの外側表面のうねりと称されるものを有し、これは現在のところ、相当な塗料厚さによってのみ相殺でき、これがない場合には本体部品にとって許容できない「オレンジピール」外観が存在し得る。

コーティングの外側表面のうねりＷは、相対的に長い波長（０．８から１０ｍｍ）を有する穏やかな擬周期性の幾何学的な不整であり、短波長を有する幾何学的な不整に対応する粗さＲとは異なる。

本発明において、μｍで表現されるうねりプロファイルの算術平均Ｗａが、金属シートコーティングの外側表面のうねりを特徴付けるように選択されており、うねり測定は、特に０．８ｍｍのカットオフ閾値を用いて、２０１２年５月付けの規格ＳＥＰ１９４１第１版に従って行われている。これらの測定は、Ｗａ_０．８によってこの規格に準拠すると見なされる。

うねりＷａ_０．８の低減により、所定の塗装外観品質を達成するために使用される塗膜の厚さを低減し、または一定の塗膜厚さにおいて塗料外観の品質を改善することが可能となり得る。

故に本発明の目的は、金属シートを切断および形成することによって部品を製造するための方法を提供することであり、この金属シートは、基材を含み、この基材の少なくとも１つの面が亜鉛系金属コーティングでコーティングされており、この金属コーティングの外側表面が、変形後に低減したうねりＷａ_０．８を有する。

この目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載の方法に関する。

この方法はまた、単独でまたは組み合わせて考慮される請求項２から１２の特徴を含んでいてもよい。

本発明はまた、請求項１３に記載の部品に関する。

部品はまた、単独でまたは組み合わせて考慮される請求項１４から１７の特徴を含んでいてもよい。

本発明はまた、請求項１８に記載の車両に関する。

本発明は、情報提供の目的で、および非限定的に与えられる例によって、本発明に従う金属シートの構造を示す概略断面図である添付の図面を参照しながら例示される。

本発明に従う金属シートの構造を示す概略断面図である。

シート１は、鋼基材３を含み、この２つの面５のそれぞれは金属コーティング７によって覆われる。

図示を容易にするために、図１においては基材３およびこれを覆う異なる層の相対的な厚さは配慮されていないことを注記する。

２つの面５に存在するコーティング７はほぼ同様であり、一方のみを以下でより詳細に記載する。代替（図示せず）として、面５の一方のみがコーティング７を有する。

コーティング７は、一般に２５μｍ以下の厚さを有し、腐食から基材３を保護することを目的とする。

コーティング７は、亜鉛系コーティングである。例えば、亜鉛または亜鉛合金、例えば亜鉛−ニッケルまたは亜鉛−鉄または亜鉛−コバルトまたは亜鉛ポリマー複合体を使用してもよい。

以下の方法は、例えば金属シート１を製造するために使用されてもよい。

例えば熱間圧延によって得られるストリップ形態の基材３が使用される。

基材３は、まず冷間圧延工程を行う。

好ましくは冷間圧延に関して、例えば０．２と２ｍｍとの間に含まれる厚さを有する基材３を得るために、一般に６０と８５％との間に含まれる低減率で基材３を圧延することによって開始する。

少なくとも最後の冷間圧延パスが、低減した粗さを有するワークシリンダーを用いて行われるように注意することとなる。即ちこのシリンダーのワーク面は、３．６μｍ以下、好ましくは３．３μｍ以下またはさらには３．２μｍ以下の粗さＲａ_２．５（即ち、２．５ｍｍにおけるカットオフ閾値で測定される）を有する。

ワークシリンダーは、変形させるために基材３と直接接触したローラーのシリンダーであることに留意する。用語「ワーク面」は、基材３と接触するこれらの表面を指定する。

低減した粗さを有するワークシリンダーは、ローラーでの基材３の前進方向においてローラーの最後のケージに少なくとも存在する。

好ましくは、ワーク面はエッチングされず、または確率的に、即ち確率的テクスチャを創出する方法を用いてエッチングされる。こうした方法は、例えばＥＤＴ（放電テクスチャリング）方法であってもよい。ＥＢＴ（電子ビームテクスチャリング）方法は、これらが非確率的テクスチャを製造するので、この場合に除外される。

１つの代替において、ワークシリンダーはいわゆる「平滑な」ワークシリンダー、即ち直線的且つエッチングされていないシリンダーであり、このワーク面は、０．５μｍ以下またはさらには０．４μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有する。

基材３の両側に位置する、低減した粗さを有するワークシリンダーは、好ましくは同じ方法を用いて製造され、故に同じ特徴を有する。

冷間圧延された基材３は、冷間圧延操作の間に基材を硬化させる作業が行われた後に再結晶化させるために、次に適切な雰囲気下でアニーリング炉において従来通り行われるアニーリングを行うことができる。

再結晶化アニーリングはまた、後続の電着操作のために必要とされる化学反応を有利に行うために基材３の面５を活性化できる。

鋼のグレードに依存して、再結晶化アニーリングは、６５０と９００℃との間に含まれる温度において、鋼を再結晶化し、面５を活性化するために必要な時間行われる。

基材３は次に、スキンパス操作を行い、金属シート１の後続の成形を容易にするテクスチャを面５に与える。

実際、スキンパス操作により、面５、ひいては金属シート１のコーティング７の外側表面２１に十分な粗さを移すことができ、結果として良好な条件下で引き続いて成形できると同時に、成形の前に金属シート１に適用される油の良好な保持に有利である。

スキンパス操作中の基材３の伸び率は、一般に０．５と２％との間に含まれる。

１つの代替において、スキンパス操作は、ワーク面が１．６５と２．９５μｍとの間、好ましくは１．６５と２．３０μｍとの間に含まれる粗さＲａ_２．５を有するＥＤＴワークシリンダーを用いて行われる。

コーティング７は次に電着によって製造される。この目的のために、基材３を電解質浴に通す。

電解質浴中の基材３の進行速度は、一般に２０と２００ｍ／分との間に含まれる。

電解質は、例えば、亜鉛層または亜鉛合金層または亜鉛−ポリマー複合体の層のいずれかの基材３への電解析出に好適な硫酸塩、塩化物または塩化物−硫酸塩混合物タイプの水性アセチル電解質である。

故に、基材３に亜鉛コーティングを析出させるために、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）の形態の５０から１５０ｇ／ｌの亜鉛、２５０から４００ｇ／ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）を含み、４と５との間に含まれるｐＨを有する、塩化物系電解質浴を使用できる。この浴はまた、添加剤、例えば１と１．５ｍｌ／ｌとの間に含まれる濃度を有するグレインリファイナーを含むことができる。基材３に亜鉛層を析出させるために、電流密度は、好ましくは３０と１５０Ａ／ｄｍ^２との間に含まれる値に調節され、槽の温度は、好ましくは槽の蒸発を制限するために、４０と８０℃との間に含まれる値、好ましくは６０℃未満の値に調節される。

硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４）の形態の５０から１５０ｇ／ｌの亜鉛を含み、５未満のｐＨを有する硫酸塩系の電解質浴を使用することもできる。この槽はまた、添加剤、例えばＮａＣＯ_３を含むこともできる。好ましくは電流密度は、１０と１５０Ａ／ｄｍ^２との間に含まれる値に調節され、槽の温度は、槽の蒸発を制限するために、４０と８０℃との間に含まれる値、好ましくは６０℃未満の値に調節される。

亜鉛合金コーティング、例えば亜鉛−ニッケル、亜鉛−鉄または亜鉛−コバルトを析出させることが所望される場合、ニッケル、鉄またはコバルトイオンを、先に記載された硫酸塩系、塩化物系または塩化物−硫酸塩混合物系電解質浴に添加する。

同様に、亜鉛−ポリマー複合体コーティングを析出させるために、０．１から２重量％のポリマー、例えばポリエチレングリコールまたはポリアクリルアミドを、先に記載された硫酸塩系、塩化物系または硫酸塩−塩化物混合物系電解質浴に添加する。得られた複合コーティングは、優れた腐食耐性を付与し、さらに塗料を保持するために必要な毒性のクロメート処理またはホスフェート処理を回避することもできる。

コーティング７の表面２１は、好ましくは０．９と１．８μｍとの間、さらにより好ましくは０．９と１．５μｍとの間に含まれる粗さＲａ_２．５を有する。

こうして得られた金属シート１は次に切断でき、次いで例えばスタンプ加工、曲げ加工またはプロファイリングによって成形されて部品を形成し、この部品は次に塗装されることができ、塗膜（または塗料システム）（図示せず）を各コーティング７上に形成する。

家庭用用途のための部品の場合、塗膜はまた、これ自体既知の物理的および／または化学的手段によってアニーリングに供されてもよい。

この目的のために、塗装された部品は、熱風または誘導オーブンを通過させてもよく、またはＵＶランプ下もしくは電子ビームを拡散するデバイス下を通過させてもよい。

変形後、部品のコーティング７の外側表面２１は、０．５０μｍ以下、好ましくは０．４５μｍ以下、さらにより好ましくは０．４０μｍまたはさらに０．３５μｍのうねりＷａ_０．８を有する。

少なくとも最後の冷間圧延パスのために低減した粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーを使用することにより、一方では基材３をコーティングすることによって後に得られる金属シート１のうねりＷａ_０．８を良好に制御でき、他方で金属シート１を切断および変形することによって製造できる部品のうねりＷａ_０．８を良好に制御できる。

特に、こうした冷間圧延により、より高い粗さを有するシリンダーだけを用いる圧延に比べてうねりＷａ_０．８を低減できる。

故に、３．６μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーの使用により、コーティング析出工程の後またはいずれかの変形工程の後に、０．５０μｍ以下のうねりＷａ_０．８を達成できる。

例えば３．３μｍ以下またはさらに３．２μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーの使用により、コーティング析出工程の後またはいずれかの変形工程の後に、０．４５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を達成できる。

故に、例えば０．５μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有する平滑なワークシリンダーの使用により、コーティング析出工程の後またはいずれかの変形工程の後に、０．４０μｍ以下またはさらに０．３５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を達成できる。

自動車用途に関して、ホスフェート処理の後、各部品を電気泳動浴に浸漬し、プライマー層、ベース塗料層および場合により最終ワニス層を連続的に適用する。

部品上に電気泳動層を適用する前に、部品をまず脱脂し、次いで電気泳動の接着を確実にするためにホスフェート処理される。

次いで電気泳動層は、部品のために追加の腐食保護を提供する。一般にガンを用いて適用されるプライマー層は、部品の最終的な外観を整え、グリットおよびＵＶ線から保護する。ベース塗料層は、最終的な色および外観を部品に与える。ワニス層は、良好な機械的強度、攻撃的な化学剤に対する耐性、良好な表面外観を部品の表面に与える。

一般に、ホスフェート処理層の重量は、１．５と５ｇ／ｍ^２との間に含まれる。

部品の光学的表面外観を保護および保証するために使用される塗膜は、１５から２５μｍの厚さを有する電気泳動層、３５から４５μｍの厚さを有するプライマー層および４０から５０μｍの厚さを有するベース塗料層を含む。

塗膜層がさらにワニス層を含む場合、異なる塗料層の厚さは、一般に以下の通りである：
電気泳動層：１５と２５μｍとの間、好ましくは２０μｍ未満、
プライマー層：４５μｍ未満、
ベース塗料層：２０μｍ未満および
ワニス層：５５μｍ未満。

塗膜はまた、電気泳動層を含んでいなくてもよく、プライマー層およびベース塗料層ならびに場合によりワニス層のみを含む。

好ましくは塗膜の総厚さは、１２０μｍ未満、またはさらに１００μｍ未満である。

ここで本発明を、情報提供のために非限定的に与えられるトライアルによって説明する。

行われたトライアルは、ワーク面がより大きい粗さを有するシリンダーを用いて行われた圧延に比べて、低減した粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーを用いて行われる冷間圧延の正の影響を示すことを目指す。

この目的のために、ＥＤＴエッチングされたワークシリンダー（このワーク面は、３．１μｍ、３．５μｍおよび３．７５μｍの粗さＲａ_２．５を有する。）または平滑ワークシリンダー（このワーク面は、０．３μｍの粗さＲａ_２．５を有する。）を用いてグレードＤＣ−０６鋼基材を冷間圧延し、０．８ｍｍの厚さを得る。

７２０℃での再結晶化アニーリングの後、基材３は次に、ＥＤＴエッチングされたワークシリンダー（このワーク面は１．８５μｍの粗さＲａ_２．５を有する）を用いて行われる同じスキンパス操作を行う。

基材３を次に硫酸塩系の電解質浴中の電着によって亜鉛でコーティングする。こうして得られた金属シートを、切断し、Ｍａｒｃｉｎｉａｋツールを用いて３．５％の等二軸変形によって成形する。

コーティング７の外側表面２１のうねりＷａ_０．８および粗さＲａ_２．５値を、電着工程（ＥＧ）および変形工程（ＤＥＦ）の終了時に記録する。

Ｗａ_０．８およびＲａ_２．５についての測定結果を表Ｉに与える。トライアル２から４は、本発明の異なる実施形態に対応し、アスタリスクによって同定される。

特に、本発明に従う金属シートの変形後のうねりＷａ_０．８は、変形前のうねりレベルに近いもしくはこれ未満であることが観察される。この効果は、トライアル２および４については特に明らかである。

Claims (18)

1. 基材（３）を含む金属シート（１）から製造される部品を製造するための方法であって、前記基材の少なくとも１つの面（５）が、亜鉛系金属コーティング（７）でコーティングされており、前記方法が、少なくとも以下の工程：
   前記基材（３）を提供する工程、
   前記基材（３）を冷間圧延する工程であって、この工程の間に、少なくとも最後の冷間圧延パスが、ワーク面が３．６μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーで行われる工程、
   前記冷間圧延された基材（３）の再結晶化アニーリング工程、
   前記アニーリングされた基材（３）のスキンパス工程、
   前記アニーリングされた基材（３）の少なくとも１つの面（５）に電着によって金属コーティング（７）を析出させて、金属シート（１）を形成する工程、
   前記金属シート（１）を切断する工程および
   前記切断金属シート（１）を変形させて、前記部品を形成する工程であって、前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、前記変形工程の後に０．５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する工程
   を含む方法。
2. 少なくとも前記最後の冷間圧延パスが、ワーク面が３．３μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーを用いて行われる、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも前記最後の冷間圧延パスが、ワーク面が３．２μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有するワークシリンダーを用いて行われる、請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも前記最後の冷間圧延パスが、ワーク面が０．５μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有する直線的且つエッチングされていないワークシリンダーを用いて行われる、請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも前記最後の冷間圧延パスが、ワーク面が０．４μｍ以下の粗さＲａ_２．５を有する直線的且つエッチングされていないワークシリンダーを用いて行われる、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも前記最後の冷間圧延パスが、ワーク面がエッチングされていないか、または確率的にエッチングされているワークシリンダーを用いて行われる、請求項１から５の一項に記載の方法。
7. 前記スキンパス工程が、ワーク面が１．６５と２．９５μｍとの間に含まれる粗さＲａ_２．５を有するＥＤＴワークシリンダーを用いて行われる、請求項１から６の一項に記載の方法。
8. 前記スキンパス工程が、ワーク面が１．６５と２．３０μｍとの間に含まれる粗さＲａ_２．５を有するＥＤＴワークシリンダーを用いて行われる、請求項７に記載の方法。
9. 前記変形された部品を塗装する工程を含む、請求項１から８の一項に記載の方法。
10. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、前記変形工程後に０．４５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１から９の一項に記載の方法。
11. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、前記変形工程後に０．４０μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、前記変形工程後に０．３５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１から１２の一項に記載の方法を用いて得ることができる部品であって、前記金属コーティング（７）の前記外側表面（２１）が、０．５０μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、部品。
14. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、０．４５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１３に記載の部品。
15. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、０．４０μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１４に記載の部品。
16. 前記金属コーティング（７）の外側表面（２１）が、０．３５μｍ以下のうねりＷａ_０．８を有する、請求項１５に記載の部品。
17. 前記部品がさらに、前記金属コーティング（７）上に塗膜を具備する、請求項１３から１６の一項に記載の部品。
18. 本体を具備するモーター付地上用車両であって、前記本体が請求項１３から１７の一項に記載の部品を含む車両。

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