JP2575719B2 - 成形加工用高耐食性ZnーMg合金めっき金属材 - Google Patents

成形加工用高耐食性ZnーMg合金めっき金属材

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JP2575719B2 JP62175393A JP17539387A JP2575719B2 JP 2575719 B2 JP2575719 B2 JP 2575719B2 JP 62175393 A JP62175393 A JP 62175393A JP 17539387 A JP17539387 A JP 17539387A JP 2575719 B2 JP2575719 B2 JP 2575719B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、優れた耐食性を有する成形加工用Zn−Mg合
金めっき金属材に関し、このめっき金属材は各種車輛や
家電製品の外板として、あるいは各種建材等として極め
て有用なものである。尚本発明に係るめっき対象となる
金属基材には、FeやFe基合金の他、CuやAl等の非鉄金属
やそれらの合金が含まれ、その形状については平板材や
波板材をはじめとして管材、棒材等の如何を問わない
が、以下の説明では最も代表的な鋼板を主体にして述べ
る。
[従来の技術] 鋼板等を防食加工する手段としては従来よりZnめっき
が汎用されている。しかし鋼板等の耐食性向上に対する
要請は更に高まる傾向にあり、従来のZnめっき鋼板では
需要者の要求を十分に満たすことができなくなってき
た。
この様な背景のもとで、電気めっき法を利用したZn−
Ni,Zn−Fe,Zn−Mn,Zn−Co等のZn合金めっき鋼板が開発
され、また溶融めっき法を利用したZn−Al−ミッシュメ
タル,Zn−Al−Si,Zn−Al−Mg,Zn−Al−Sn等のZn−Al系
多元合金めっき鋼板も開発されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、電気めっき法によって得られる上記Zn
合金めっき鋼板には次の様な問題が指摘されている。
Zn−Niめっき鋼板:めっき層が硬く、このめっき鋼板に
成形加工を施すとめっき層に亀裂が生じ、割れ目から露
出した素地鋼板に赤錆が発生する。
Zn−Feめっき鋼板:めっき層中にFeが含まれているた
め、比較的短期間の使用で赤錆が発生する。
Zn−Mnめっき鋼板:めっき層形成時に大量の水素が発生
するため電流効率が低く、生産性に問題がある。
Zn−Coめっき鋼板:Zn−Niめっき鋼板の場合と同様めっ
き層が硬くて加工性が乏しく、該めっき鋼板に成形加工
を施すとめっき層に亀裂を生じて割れ目から錆が発生し
てくる。
他方、溶融めっき法によって得られる上記Zn−Al系多
元合金めっき鋼板の場合、組合される合金元素が溶融Zn
と相溶するものでなければならないところから、ベース
金属はZn−Al系に限定されるばかりでなく他の合金元素
の種類や配合量等にも制限があり、期待されるほどの耐
食性改善効果は得られない。しかもこのめっき層はZnリ
ッチ層とAlリッチ層の2相が混在したものとなり、両相
の粒界が腐食され易いという問題もある。更に溶融めっ
き法においては、めっき浴の温度が高くなりすぎると、
めっき層と素地鋼板との境界部にFeを含む脆弱な合金層
が生成し、成形加工時にめっき層が簡単に剥離するとい
う問題も生じてくる。
この様に従来のZn系めっき鋼板は耐食性、成形加工
性、生産性等に問題点があり、これらの要求性能をすべ
て満足し得る様な成形加工用Zn系めっき鋼板の開発が待
たれている。
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、均質で成形加工性及び生産性に優れ且
つ耐食性についても市場の要求を十分に満たすことので
きる様な成形加工用Zn合金系めっき金属材を提供しよう
とするものである。
[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成することのできた本発明金属材の構
成は、金属基材の表面に、Mg:2.0超〜40重量%を含み残
部が実質的にZnからなる蒸着めっき層が形成され、且つ
蒸着めっき層の付着量が1g/m2以上であるところに要旨
を有するものである。
[作用] 本発明者らはZn系めっき鋼板に見られる前述の様な問
題点を解消すべく、様々のZn系合金やめっき手段等につ
いて研究を行なった結果、蒸着法によって形成され且つ
特定量のMgを含有するZn−Mg合金は鋼板等に対して優れ
た耐食性向上効果を発揮し、且つこのZn−Mg合金めっき
鋼板は成形加工性においても非常に優れたものであるこ
とを知った。
尚本発明では蒸着法によってZn−Mg合金めっきを施し
たものに限定しているが、これは次の様な理由によるも
のである。
即ちZn−Mg合金についても従来の溶融めっき法によっ
てめっき層を形成することが可能であり又一部実用化さ
れているのであるが、溶融めっき法の場合はめっき浴の
温度が高くなりすぎることもあり、後の成形加工時に悪
影響を及ぼす可能性があることは既に述べた通りであ
る。又通常の水溶液による電気めっき法を採用しようと
しても、ZnとMgの単極電位が違いすぎることから最適な
Zn−Mg合金めっき層を形成することがでない。
しかしながらたとえば真空蒸着法を採用し、ZnとMgを
夫々別個のるつぼで加熱蒸発させ、その上部に金属基材
を配置して該基材にZnとMgを蒸着させる方法を採用すれ
ば、各るつぼの加熱温度を適当にコントロールすること
によってZnとMgの蒸発量を任意に調節することができ、
それに伴ってめっき合金の成分組成を任意に変更するこ
とができる。尚蒸着は蒸着金属の酸化を防止するため真
空下で行なうのが通例であるが、本発明においても例外
ではなく、通常は圧力が10-2Torr程度以下の真空条件下
で行なわれる。Zn及びMgの加熱にはどの様な手段を採用
してもよく、特にZnは融点が低く(419℃)且つ蒸気圧
も低いので一般の電気抵抗加熱でも十分に目的を果たす
ことができるが、Mgは低融点(651℃)であるが蒸気圧
が高いので熱収束性に富んだ電子ビーム等の高エネルギ
ービームを採用して加熱蒸発を行なう必要がある。何れ
にしてもZnとMgの加熱温度を夫々コントロールすること
によって両金属の蒸発量の比率を自由に調節することが
でき、それに伴って蒸着めっき層を構成するZn/Mgの構
成比率等を自由に変えることができる。しかも蒸着めっ
きは前述の如く高真空条件下で行なわれるので鋼板のめ
っき層付着面に酸化物被膜が形成されて密着性が低下す
る様な恐れがなく、また鋼板の境界面に脆弱な合金層等
が形成されて層間接合力が低下する様な恐れもない。尚
蒸着めっきを行なう際の具体的な手法は格別特殊なもの
ではなく、たとえば真空室内で個別のるつぼからZnとMg
を同時に加熱蒸発させ、その上方部に適度に加熱した鋼
板を走行させながら連続的に蒸着めっきを行なう方法、
あるいは上記操作をバッチ方式で実施する方法等を採用
することができ、更には金属蒸気をイオン化させて基材
表面に付着させるイオンプレーティング法も本発明で採
用される蒸着めっき法の1種として適用可能である。
次にめっき層を構成するZn−Mg合金の成分組成である
が、目的達成のためには、当該成分組成がMg:2.0超〜40
重量%で残部が実質的にZnからなるものでなければなら
ない。しかしてMg量が2.0重量%以下である場合は、Mg
の添加効果が実質的に発揮されず、殊に耐食性において
Zn単独のめっき層と格別の差異が認められなくなる。一
方Mg量が40重量%を超えた場合は、めっき層の塗装跡の
耐食性が劣化する。この理由は、次の様に考えることが
できる。即ちZn−Mgめっき層に傷が生じた場合等に、傷
部が陽極部となり塗膜下が陰極部となり、陽極部では4M
→4M++4e-、陰極部では2H2O+4e-→4OH-の反応が進行
し、塗膜下のpHが上昇することに起因して、耐アルカリ
性に劣るMgの含有量が40%を超えると塗装後の耐食性が
急激に劣化する。
しかしMg量が2.0〜40重量%であるZn−Mg合金めっき
層は、純Znめっき層に比べて卓越した耐食性を示すと共
に、Zn系めっき本来の犠牲防食作用も有しており、更に
は鋼板等に対する密着性が非常に優れているという特性
とも相まって、めっき鋼板全体の耐食性を大幅に改善し
得るばかりでなく、優れた成形加工性も確保することが
できる。尚めっき層の厚さは、1g/m2以上とすることに
より防食の目的は十分に達成される。また後記実施例に
示す様に、Zn−Mg合金めっき層の耐食性はMg含有量によ
っても異なるものであり、Mg含有量が増加するにつれて
耐食性が向上する傾向を示し(後記第1表の実験No.1〜
4,9〜11)、従ってMg含有量を増加させるとめっき層厚
さを薄くできるのであるが、要求される耐食性に応じて
Mg含有量とめっき層厚さを適切に設定すれば良いことは
勿論である。
また最近自動車業界や建材業界においては軽量化を主
目的としてAl板やAl合金板の需要が急増しているが、こ
れらAl板やAl合金板は、耐食性向上あるいは塗料との接
着性向上のための化成処理として行なわれるりん酸塩被
膜の形成が困難であるばかりでなく、該処理工程でAl3+
のりん酸塩が溶出して処理液の寿命を著しく短縮させる
という問題があるが、本発明によりAl又はAl合金板をZn
−Mg合金めっき処理しておけばその様な問題を生ずるこ
ともなくなる。
[実施例] 実施例1 厚さ0.8mmの冷延鋼板を金属基材とし、その表面を電
解脱脂により清浄化した後、真空蒸着めっき法によって
Zn−Mg合金めっきを行なった。尚真空蒸着めっきを行な
うに当たっては、10-2Torr以下の圧力に減圧された装置
内に2個のるつぼを隣り合って配設して各るつぼにZnと
Mgを装入し、Zn及びMgを加熱して蒸発せしめつつ、その
上部に200℃に予熱された上記冷延鋼板を走行させなが
ら、該鋼板の下面にZn−Mg合金蒸着めっきを施した。尚
この蒸着めっき工程で、Zn及びMgの加熱温度によって夫
々の蒸発量を調整し、蒸着めっき層の成分組成がMg:0.5
〜60重量%,残部:実質的にZnとなる様にした。
得られた各めっき鋼板について、素地鋼板とめっき層
の間に形成される合金層の厚さを測定すると共に、めっ
き層の密着性試験、裸板及び塗装板の塩水噴霧試験(SS
T)による耐食性を評価した。
結果を第1表に一括して示す。尚比較のため上記と同
じ脱脂鋼板に電気Znめっき及び溶融Zn−Mgめっきを施し
たものについても同様の試験を行ない、結果を第1表に
併記した。
但し第1表における各評価方法は、裸板の耐食性はSS
Tによる赤錆発生時間によって、塗装板の耐食性はクロ
スカットSST後の傷部よりの塗膜膨れ幅によって、素地
鋼板とめっき層との間の合金層厚さは断面顕微鏡観察に
よって、めっきの密着性はOT180度曲げ試験によって夫
々行った。尚密着性に関してはいずれも優秀(○印)な
特性を示した。
第1表からも明らかである様に、従来の純Znめっき鋼
板はめっき付着量をかなり高めた場合でも赤錆発生防止
効果が乏しい、これは溶融Zn−Mg合金めっき鋼板の場合
でも同様である。
これに対し本発明の蒸着Zn−Mgめっき鋼板の場合、基
材鋼板とめっき層の間に合金層は全く認められず両者は
強固に密着しており、耐赤錆発生性も非常に優れたもの
であることが分かる。但し蒸着Zn−Mgめっき層中のMg量
が40重量%を超えると(実験No.13,14)、塗装後の耐食
性が劣化し塗膜ふくれ幅が急激に増加する。まためっき
材の付着量が1g/m2未満である場合(実験No.5)は、め
っき層が薄すぎるため防食効果が有効に発揮されにくく
なるので、該付着量は1g/m2以上にすることが必要であ
る。また蒸着Zn−Mgめっき中のMg量が0.5重量%,1.0重
量%の場合(実験No.1.2)は、従来材(実験No.15〜1
7)に比較すると優れた防食効果が発揮されるが、本発
明の特徴を最大限有効に活用しようとすれば、Mg量を2.
0%を超える量に設定するのがよい。
実施例2 厚さ0.8mmのAl板(A−1050)及びAl合金(A−505
2)を金属基材とし、その表面を電解脱脂により清浄化
した後、上記実施例1の方法に準じてZn−Mgの蒸着めっ
き処理を行なった。
得られた蒸着Zn−Mg合金めっきAl(又はAl合金)板に
対し通常のりん酸塩処理を施し、りん酸塩被膜の付着量
及び処理液中へのAl3+の溶出量を調べた。
結果を第2表に示す。尚比較のためめっき処理なしの
AlまたはAl合金板を用いた実験結果も第2表に併記し
た。
但し第2表において、Al3+溶出量とは、供試板1m2/
の処理により溶出したAl3+の濃度を表わし、また総合評
価は下記の通りとした。
○:優秀 ×:不良 第2表からも明らかである様に、めっきなしのAl及び
Al合金板(実験No.27,28)の場合、りん酸塩被膜が殆ん
ど形成されず、しかも処理液中に多量のAl3+が溶出して
いるのに対し、蒸着Zn−Mgめっきを施したものでは十分
な厚さのりん酸塩被膜を形成することができ、しかもAl
3+の溶出も殆んど認められない。但し蒸着Zn−Mgめっき
量が0.5g/m2と少ない場合、表面保護効果が不十分であ
ってりん酸塩被膜付着性及びAl3+溶出防止効果共に不足
気味であるので、めっき付着量は少なくとも1g/m2程度
以上にすることが必要である。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約
すると次の通りである。
(1)蒸着Zn−Mg合金層と基材金属の間に脆弱な合金層
が形成される様なことがなく且つ両者の密着性も非常に
良好であると共にめっき層の加工性も優れているので、
めっき金属材全体としても加工性の卓越したものとな
る。
(2)AlやAl合金板等に蒸着Zn−Mgめっき成形したもの
では、りん酸塩被膜の形成が容易になると共にAl3+の溶
出も効果的に防止することができ、また鋼やAl合金以外
の金属材に対しても優れた密着性、及び表面保護効果を
発揮するので、めっき層自体の加工性や耐食性が良好で
あることとも相まって広範な金属材に対して極めて優利
に適用することができる。
フロントページの続き (72)発明者 池田 貢基 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町2−3 −1 (56)参考文献 特開 昭53−111381(JP,A) 特開 昭61−167478(JP,A) 特開 昭62−136562(JP,A) 特公 昭61−33067(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属基材の表面に、Mg:2.0超〜40重量%を
    含み残部が実質的にZnからなる蒸着めっき層が形成さ
    れ、且つ蒸着めっき層の付着量が1g/m2以上であること
    を特徴とする成形加工用高耐食性Zn−Mg合金めっき金属
    材。
JP62175393A 1987-07-14 1987-07-14 成形加工用高耐食性ZnーMg合金めっき金属材 Expired - Lifetime JP2575719B2 (ja)

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