JP2575720B2 - 高温耐食性に優れた表面処理鋼板 - Google Patents
高温耐食性に優れた表面処理鋼板Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車マフラー等の様に高温・腐食性環境
下で使用される部品に適用することのできる表面処理鋼
板に関し、特に高温下における耐酸化性及び耐食性に優
れ、成形加工時にめっき層の剥離等を起こすことのない
表面処理鋼板に関するものである。
下で使用される部品に適用することのできる表面処理鋼
板に関し、特に高温下における耐酸化性及び耐食性に優
れ、成形加工時にめっき層の剥離等を起こすことのない
表面処理鋼板に関するものである。
［従来の技術］ 自動車マフラー，各種ストーブの熱反射板，ゴミ焼却
炉構成部材等の機械部品は高温環境あるいは高温で腐食
性の強い環境に曝される為、高温下における耐酸化性及
び耐食性に優れた材料で形成することが必要とされてい
る。こうした用途に適用される材料としては耐酸化性及
び耐食性に問題のある普通鋼は使用できず、ステンレス
鋼が適用されてきたが、ステンレス鋼は高価である為経
済的理由から近年Alめっき鋼板が賞用されつつある。即
ちAlめっき鋼板はAlのもつ優れた耐酸化性及び耐食性を
利用したものであり、製造に際しては溶融めっき法が専
ら採用されている。
炉構成部材等の機械部品は高温環境あるいは高温で腐食
性の強い環境に曝される為、高温下における耐酸化性及
び耐食性に優れた材料で形成することが必要とされてい
る。こうした用途に適用される材料としては耐酸化性及
び耐食性に問題のある普通鋼は使用できず、ステンレス
鋼が適用されてきたが、ステンレス鋼は高価である為経
済的理由から近年Alめっき鋼板が賞用されつつある。即
ちAlめっき鋼板はAlのもつ優れた耐酸化性及び耐食性を
利用したものであり、製造に際しては溶融めっき法が専
ら採用されている。
しかるにAlめっき鋼板はCl-イオンの様なハロゲンイ
オンが存在する環境下においては、Al表面の不働態皮膜
がハロゲンイオンによって破壊されて孔食が発生し、素
地の鋼板が露出して赤錆を発生するという問題がある。
又孔食が発生するとAl表面に腐食生成物であるAl(OH)3
等を主成分とする白錆が発生し、外観を著しく悪化させ
るという問題がある。
オンが存在する環境下においては、Al表面の不働態皮膜
がハロゲンイオンによって破壊されて孔食が発生し、素
地の鋼板が露出して赤錆を発生するという問題がある。
又孔食が発生するとAl表面に腐食生成物であるAl(OH)3
等を主成分とする白錆が発生し、外観を著しく悪化させ
るという問題がある。
こうしたAlめっき鋼板の耐食性を改善する目的でZnや
Si等の元素を添加したAl合金溶融めっき鋼板が検討され
ているが、溶融めっき法ではAl浴中に溶解する元素及び
その溶解量に制限があり、十分な耐食性を得るまでには
至っていない。又溶融めっき法においては溶解状態のAl
浴中に鋼板を浸漬させつつ通過させるので鋼板表面温度
は約700℃まで上昇し、鋼板とAlめっき層との界面にFe2
Al5等のFe−Al金属間化合物が生成するという現象がみ
られ、この金属間化合物が脆弱で加工性に乏しいもので
ある為、Alめっき鋼板の成形加工時にめっき層の剥離を
起こすという別の問題をかかえている。
Si等の元素を添加したAl合金溶融めっき鋼板が検討され
ているが、溶融めっき法ではAl浴中に溶解する元素及び
その溶解量に制限があり、十分な耐食性を得るまでには
至っていない。又溶融めっき法においては溶解状態のAl
浴中に鋼板を浸漬させつつ通過させるので鋼板表面温度
は約700℃まで上昇し、鋼板とAlめっき層との界面にFe2
Al5等のFe−Al金属間化合物が生成するという現象がみ
られ、この金属間化合物が脆弱で加工性に乏しいもので
ある為、Alめっき鋼板の成形加工時にめっき層の剥離を
起こすという別の問題をかかえている。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであっ
て、高温下において優れた耐食性を示し、しかも成形加
工時等にもめっき層の剥離を起こすことがなく、自動車
マフラー素材等として最適な品質を備えた表面処理鋼板
を提供しようとするものである。
て、高温下において優れた耐食性を示し、しかも成形加
工時等にもめっき層の剥離を起こすことがなく、自動車
マフラー素材等として最適な品質を備えた表面処理鋼板
を提供しようとするものである。
尚めっき層剥離の原因となるFe−Al合金層の生成は高
温の鋼板−めっき層界面に起こる現象であるので界面温
度が高温とはならない電気めっき法を採用すればFe−Al
合金層の生成を防止することができるはずであるが、Al
又はAl合金に関しては水溶液相から電折が不可能であ
り、非水溶液相からの電折は理論的には可能であるが、
電折時の電流密度が非常に小さく、且つめっき液の電気
的不安定さ等と相まって工業的には実用化が困難であ
る。
温の鋼板−めっき層界面に起こる現象であるので界面温
度が高温とはならない電気めっき法を採用すればFe−Al
合金層の生成を防止することができるはずであるが、Al
又はAl合金に関しては水溶液相から電折が不可能であ
り、非水溶液相からの電折は理論的には可能であるが、
電折時の電流密度が非常に小さく、且つめっき液の電気
的不安定さ等と相まって工業的には実用化が困難であ
る。
［問題点を解決する為の手段］ しかして上記目的を達成した本発明鋼板とは、Al合金
めっきが施された表面処理鋼板であって、上記Al合金め
っきが Cr:1〜50％ Si:1〜20％ を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるAl−Cr−
Si系合金めっきを施してなることを要旨とするものであ
り、優れた高温耐食性を発揮する。
めっきが施された表面処理鋼板であって、上記Al合金め
っきが Cr:1〜50％ Si:1〜20％ を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるAl−Cr−
Si系合金めっきを施してなることを要旨とするものであ
り、優れた高温耐食性を発揮する。
また、Al−Cr−Si系合金めっき膜が物理的蒸着膜であ
る場合には、優れた耐めっき剥離性も得ることができ
る。
る場合には、優れた耐めっき剥離性も得ることができ
る。
［作用］ 以下本発明を研究の経緯に沿って説明する。
前述の如くAl合金めっき鋼板としては現在までにZnや
Siを合金元素とするAl合金めっき鋼板が知られている
が、これらはいずれも高温下における耐酸化性及び耐食
性を十分に備えたものと言うことはできない。
Siを合金元素とするAl合金めっき鋼板が知られている
が、これらはいずれも高温下における耐酸化性及び耐食
性を十分に備えたものと言うことはできない。
本発明者等はこのうちFe−Al合金層の生成をある程度
抑制する機能を備えているとされるAl−Si合金めっき鋼
板に注目し、Al−Si合金めっきにおけるSi含有量を種々
変化させてその耐酸化性及び耐食性を調べた。
抑制する機能を備えているとされるAl−Si合金めっき鋼
板に注目し、Al−Si合金めっきにおけるSi含有量を種々
変化させてその耐酸化性及び耐食性を調べた。
即ち真空蒸着法によってSiの濃度を変化させたAl−Si
蒸着めっき鋼板を作製し、加熱テストによる耐高温酸化
性評価及び塩水噴霧テストによる赤錆発生時間の評価
（耐食性評価）を実施したところ第１表に示す結果が得
られた。
蒸着めっき鋼板を作製し、加熱テストによる耐高温酸化
性評価及び塩水噴霧テストによる赤錆発生時間の評価
（耐食性評価）を実施したところ第１表に示す結果が得
られた。
第１表から明らかな様に、Al−Fe合金層の生成抑制効
果はSiを含まない純Alめっきが最も悪く、試験後にはめ
っき層はほぼ全体が脆弱なAl−Fe合金層に変化し、純Al
層は殆んど残っていなかった。これに対しAl−Si合金め
っきの場合Si含有量が高くなるにつれてAl−Fe合金層の
生成が抑制され、Si含有量が20％以上のものは抑制効果
がほぼ完全なものとなり、Al−Fe合金層の生成は殆んど
皆無となった。
果はSiを含まない純Alめっきが最も悪く、試験後にはめ
っき層はほぼ全体が脆弱なAl−Fe合金層に変化し、純Al
層は殆んど残っていなかった。これに対しAl−Si合金め
っきの場合Si含有量が高くなるにつれてAl−Fe合金層の
生成が抑制され、Si含有量が20％以上のものは抑制効果
がほぼ完全なものとなり、Al−Fe合金層の生成は殆んど
皆無となった。
しかしながら高温耐食性に関してはSiを含まない純Al
めっきが塩水噴霧テストにおいて赤錆発生時間が最も長
く、Si含有量が増加するに従って赤錆発生時間が短かく
なることが分かった。上記結果からAl合金めっき中のSi
は、Al合金めっきの耐酸化性改善に対しては有効な元素
であるが、耐食性には悪影響を及ぼし、Siは２つの性能
について相反する作用を及ぼす。この様にAl−Si合金め
っき鋼板は耐食性に関してはAlめっき鋼板よりむしろ後
退したものであり、そうしたこともあってAl−Si合金め
っき後クロメート処理を施すといった処理が加えられて
いたと思われるが、それでも耐食性に関しては到底満足
できるものではなかった。
めっきが塩水噴霧テストにおいて赤錆発生時間が最も長
く、Si含有量が増加するに従って赤錆発生時間が短かく
なることが分かった。上記結果からAl合金めっき中のSi
は、Al合金めっきの耐酸化性改善に対しては有効な元素
であるが、耐食性には悪影響を及ぼし、Siは２つの性能
について相反する作用を及ぼす。この様にAl−Si合金め
っき鋼板は耐食性に関してはAlめっき鋼板よりむしろ後
退したものであり、そうしたこともあってAl−Si合金め
っき後クロメート処理を施すといった処理が加えられて
いたと思われるが、それでも耐食性に関しては到底満足
できるものではなかった。
そこでこのAl−Si合金めっきの耐食性を向上させる為
に種々の第３成分元素を合金元素として添加して高温耐
食性を調べたところ後記実施例に示す様に合金元素とし
てAl−Si系に第３成分元素としてCrを１〜50％好ましく
は５〜30％添加したAl−Cr−Si3成分系合金めっきとす
ると耐食性を著しく向上させ得ること見出し、本発明を
完成するに至った。
に種々の第３成分元素を合金元素として添加して高温耐
食性を調べたところ後記実施例に示す様に合金元素とし
てAl−Si系に第３成分元素としてCrを１〜50％好ましく
は５〜30％添加したAl−Cr−Si3成分系合金めっきとす
ると耐食性を著しく向上させ得ること見出し、本発明を
完成するに至った。
即ち本発明においてCr含有量が１％未満の場合には耐
食性改善効果が認められず、一方Cr含有量が30％を超え
ると耐食性は却って悪化する傾向を示し、50％を超えた
場合には満足し得る耐食性を得ることができない。この
理由はAlの含有量が相対的に低下してAlめっきの優れた
耐食性効果が生かされない為であると考えられる。尚Si
含有量については第１表の実験結果及び後記実施例から
も明らかな様に１％未満では高温酸化性抑制効果が発揮
されず、一方20％を超えると酸化性抑制効果が飽和する
と共に耐食性に対する悪影響ばかりが大きくなって有害
であることから１〜20％とする必要がある。
食性改善効果が認められず、一方Cr含有量が30％を超え
ると耐食性は却って悪化する傾向を示し、50％を超えた
場合には満足し得る耐食性を得ることができない。この
理由はAlの含有量が相対的に低下してAlめっきの優れた
耐食性効果が生かされない為であると考えられる。尚Si
含有量については第１表の実験結果及び後記実施例から
も明らかな様に１％未満では高温酸化性抑制効果が発揮
されず、一方20％を超えると酸化性抑制効果が飽和する
と共に耐食性に対する悪影響ばかりが大きくなって有害
であることから１〜20％とする必要がある。
本発明の基本構成は上記の通りであり、要はCrとSiが
上記割合で含まれるAl合金めっき層であれば互いに補う
様にその添加効果が発揮されて目的を達成するのである
からAl−Cr−Si系合金めっき層の形成手段については特
に制限がない。即ち前後記の実験に見られる様に蒸着め
っき膜を採用し得る他、溶融めっき膜や化学めっき膜を
採用することができる。但し母材との密着性の観点から
最も好ましいのは蒸着めっき膜であり、殊に10-3Torr以
下の高真空下で蒸着めっきしたものが望ましい。さらに
Al,Cr,Siの１種又は２種以上の金属をEB方式やHCD方式
等によって加熱して蒸発させた後、高周波を印加してこ
れらをイオン化し、素地鋼板にマイナスのバイアス電圧
をかけて蒸着させる所謂イオンプレーティングによって
形成しためっき膜も有効である。殊にイオンプレーティ
ング膜はめっき結晶が微細でピンホールの少ないめっき
層が得られる点で卓れているが、本質的には真空蒸着膜
と同等の耐食性等を示す。
上記割合で含まれるAl合金めっき層であれば互いに補う
様にその添加効果が発揮されて目的を達成するのである
からAl−Cr−Si系合金めっき層の形成手段については特
に制限がない。即ち前後記の実験に見られる様に蒸着め
っき膜を採用し得る他、溶融めっき膜や化学めっき膜を
採用することができる。但し母材との密着性の観点から
最も好ましいのは蒸着めっき膜であり、殊に10-3Torr以
下の高真空下で蒸着めっきしたものが望ましい。さらに
Al,Cr,Siの１種又は２種以上の金属をEB方式やHCD方式
等によって加熱して蒸発させた後、高周波を印加してこ
れらをイオン化し、素地鋼板にマイナスのバイアス電圧
をかけて蒸着させる所謂イオンプレーティングによって
形成しためっき膜も有効である。殊にイオンプレーティ
ング膜はめっき結晶が微細でピンホールの少ないめっき
層が得られる点で卓れているが、本質的には真空蒸着膜
と同等の耐食性等を示す。
［実施例］ 冷延鋼板（0.6t×100×100mm）を、アルカリ溶液中で
脱脂後、水洗乾燥した。これを高真空雰囲気中に配置し
てAl,Cr,SiをEB加熱して蒸発させ、Al−Cr−Si系合金蒸
着めっきを施した。
脱脂後、水洗乾燥した。これを高真空雰囲気中に配置し
てAl,Cr,SiをEB加熱して蒸発させ、Al−Cr−Si系合金蒸
着めっきを施した。
得られたAl−Cr−Si系合金蒸着めっき鋼板について耐
熱性及び耐食性を調べた。
熱性及び耐食性を調べた。
耐熱性試験：大気中において450℃で５時間×３サイク
ルの加熱処理を行なった。加熱処理後のAl−Fe合金層の
量で耐熱性を評価した。
ルの加熱処理を行なった。加熱処理後のAl−Fe合金層の
量で耐熱性を評価した。
耐食性試験：塩水噴霧テスト（SST）によって素地鋼板
の赤錆発生時間を調べ評価した。
の赤錆発生時間を調べ評価した。
尚比較材として純Al蒸着めっき鋼板及びAl−Si合金溶
融めっき鋼板について同様の試験を行なった。結果は第
２表に示す通りであった。
融めっき鋼板について同様の試験を行なった。結果は第
２表に示す通りであった。
第２表から明らかな様に、本発明のAl−Cr−Si合金蒸
着めっき鋼板は、耐熱性（高温耐酸化性）及び耐食性が
共に優れた性能を示すものであるのに対し、Al−Si合金
溶融めっき鋼板は耐食性の面で十分とは言えず、又比較
例のAl合金蒸着めっき鋼板は耐熱性と耐食性のいずれか
一方を満足し得るものではなかった。
着めっき鋼板は、耐熱性（高温耐酸化性）及び耐食性が
共に優れた性能を示すものであるのに対し、Al−Si合金
溶融めっき鋼板は耐食性の面で十分とは言えず、又比較
例のAl合金蒸着めっき鋼板は耐熱性と耐食性のいずれか
一方を満足し得るものではなかった。
［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、高温耐食性
に優れた表面処理鋼板を提供することができることとな
った。更に、蒸着めっき法を採用すれば、めっき層と鋼
板の界面に脆弱なFe−Al合金層を生成することがないの
で、耐めっき剥離性にも優れた表面処理鋼板を得ること
が可能である。
に優れた表面処理鋼板を提供することができることとな
った。更に、蒸着めっき法を採用すれば、めっき層と鋼
板の界面に脆弱なFe−Al合金層を生成することがないの
で、耐めっき剥離性にも優れた表面処理鋼板を得ること
が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 川福 純司 兵庫県神戸市東灘区魚崎中町１−１−24 (56)参考文献 特開 昭62−149840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−272389（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】Al合金めっきが施された表面処理鋼板であ
って、上記Al合金めっきが Cr:1〜50％（重量％の意味、以下同じ） Si:1〜20％ を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるAl−Cr−
Si系合金めっきを施してなることを特徴とする高温耐食
性に優れた表面処理鋼板。 - 【請求項２】Al−Cr−Si系合金めっき層が物理的蒸着膜
である特許請求の範囲第１項に記載の表面処理鋼板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62177830A JP2575720B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 高温耐食性に優れた表面処理鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62177830A JP2575720B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 高温耐食性に優れた表面処理鋼板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6421061A JPS6421061A (en) | 1989-01-24 |
| JP2575720B2 true JP2575720B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=16037855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62177830A Expired - Lifetime JP2575720B2 (ja) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | 高温耐食性に優れた表面処理鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575720B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62149840A (ja) * | 1985-12-24 | 1987-07-03 | Alum Funmatsu Yakin Gijutsu Kenkyu Kumiai | 高力耐熱耐摩耗性ａ１合金 |
-
1987
- 1987-07-15 JP JP62177830A patent/JP2575720B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6421061A (en) | 1989-01-24 |
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