JP2617837B2 - 摺動性およびプレス加工性に優れた潤滑めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
摺動性およびプレス加工性に優れた潤滑めっき鋼板の製造方法Info
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Description
高速プレス加工性に優れた潤滑性および塗料密着性等の
汎用的性能を有する非脱膜型潤滑めっき鋼板の製造方法
に関する発明である。
製品に代わって、薄い有機皮膜を被覆した表面処理鋼板
が使用されている。この鋼板は下地に亜鉛系のめっき皮
膜を有し、その上に有機皮膜を被覆したもので、溶接が
でき、密着加工性および耐食性に良好な特性をもってい
る。
のめっき鋼板の上にクロメート皮膜処理を行い、水性樹
脂にシリカとガラス転移点(Tg点)が40℃以上のワ
ックスを分散した樹脂塗料をドライ膜厚で0.3〜3g
/m2 被覆したものが開示されている。また、特開平3
−28380号公報には、電気亜鉛めっき鋼板の上にク
ロメート処理を行い、カルボキシル化したポリエチレン
樹脂とテフロン潤滑剤からなる塗料をドライ膜厚で0.
5〜4.0g/m2 被覆して得られる潤滑鋼板が開示さ
れている。これらの表面処理鋼板は、めっき、クロメー
ト、有機皮膜の複合効果によって潤滑性、耐食性、溶接
性、塗料密着性を与えるもので、生産性や品質改良を目
的として現在も活発に開発が進められている。
は、プレス絞り加工性と摺動摩耗性の2つを改善するた
めに適用されていた。しかしながら、両性能を満足する
潤滑鋼板はいまだ完成されているとはいえない。プレス
加工性については、最近の家電製品が個性重視のためデ
ザインを複雑化し、プレス形状が複雑になっている上
に、プレス方法がクランクプレスであるため、高速で延
び、圧縮、しごき、曲げ、曲げ戻しを受ける加工が実施
されるようになり、より高水準の潤滑皮膜が必要になっ
ている。また、摺動摩耗性については硬質のニッケルや
クロムめっきが必要であった。
となくそのままプレコート塗装鋼板として使用する用途
に対して必要な一般性能、たとえば上塗り塗料密着性、
耐食性や溶接性が十分とはいえない。
る。即ち塗料を構成する水性樹脂、潤滑剤およびシリカ
ゾルがいずれも分散体であり、それぞれ単独では安定で
あるが、混合すると凝集しやすい問題がある。また、塗
装においては新たに設備化するとコストアップになるた
め、既存のめっきライン内で簡単な製造条件で生産でき
る塗料でなければならない。これらの問題を全て解決し
た潤滑めっき鋼板の製造方法はいまだ確立されていな
い。
鋼板の表面にCr換算で5〜100mg/m2 のクロメ
ート処理を行ったのち、その上層にシリカを水性樹脂1
00重量部に対して固形分で10〜70重量部、粒径が
3μm以下、軟化温度が150℃以下の下記ポリオレフ
ィンワックスディスパージョンと粒径が3μm以下、軟
化温度が250℃以上のテフロンディスパージョンを9
/1〜1/9の不揮発分重量比で混合したワックスを全
固形分が水性樹脂100重量部に対して2〜30重量部
となる割合で含有する潤滑塗料をドライ付着量として
0.5〜5.0g/m2 被覆し、ただちに到達板温90
〜200℃に焼付けて冷却することを特徴とする摺動性
およびプレス加工性に優れた潤滑めっき鋼板の製造方法
である。 記 〔ポリオレフィンワックスディスパージョン〕エチレン
系不飽和カルボン酸もしくはその無水物またはカルボキ
シル基含有誘導体を結合成分として含む極性基を有する
分子量が1000〜4000、酸価1〜20の球形ポリ
オレフィンワックスを水または水溶液に分散させたディ
スパージョン。
面を図1に示す。下層から鋼板1、めっき2、クロメー
ト3、そして潤滑皮膜4で構成される。潤滑皮膜4には
2種類の潤滑剤(○:ポリオレフィン、●:テフロン)
が分散されている。以下、各皮膜ごとに説明する。
っき、溶融めっき、蒸着めっきで製造される亜鉛めっき
鋼板、亜鉛合金めっき鋼板、分散めっき鋼板、重ねめっ
き鋼板、アルミニウムおよびアルミニウム合金めっき鋼
板を包含するものである。特に亜鉛合金めっき鋼板は、
摺動摩耗性とプレス性、耐食性について優れた性能が得
られる。めっき量は特に限定する必要がないが、本発明
では5〜100g/m2 が望ましい。
った後、クロメート処理を行う。クロメート付着量はC
r換算で5〜100mg/m2 である。クロメート処理
の種類は、電解クロメート、エッチングクロメート、塗
布クロメートのいずれも本発明に適用できるが、水性塗
料を塗装する時点でクロメート皮膜が溶解しにくく且つ
板温の低い電解もしくはエッチングクロメートが望まし
い。Cr付着量を限定した理由は、Crが5mg/m2
未満では耐食性が得られにくく、100mg/m2 超で
はクロメート自身の凝集破壊が生じ、密着性が得られな
いためである。
公知であるが、残念ながら、プレス性と摺動摩耗性の両
方を満足するものではない。また、ワックスの不活性な
化学的特性から汎用的な表面特性が得られず、高濃度の
乳化剤を用いて分散させた塗料を得るため皮膜中に乳化
剤が残存し、表面特性の良好な皮膜が得られない欠点が
あった。本発明はこの難しい問題を解決した。
を含まない水性樹脂、シリカゾル、および反応性に富む
粒径が3μm以下の球形ポリオレフィンワックスディス
パージョンと反応性に富む粒径が3μm以下のテフロン
ディスパージョンを混合した成分とする。水性樹脂とし
てはオレフィンアクリル樹脂、ポリオレフィンアイオノ
マー、エポキシ樹脂、ウレタンエポキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニール樹脂を用いるこ
とができる。特にオレフィンアクリル樹脂、ポリオレフ
ィンアイオノマー、ウレタンエポキシ樹脂、ポリエステ
ル樹脂が好ましい。
リカゾルを10〜70、および粒径が3μm以下で軟化
温度が150℃以下の球形ポリオレフィンワックス(P
OW)と粒径が3μm以下で軟化温度が250℃以上の
テフロンワックス(TFW)を混合したワックスを2〜
30重量部の範囲とする。
膜強度を改善し、摺動摩耗性を向上させることである。
また、プレス加工時においては、発熱に対する樹脂の耐
熱性が改善される。シリカゾルの樹脂100に対する重
量比が10未満では十分な耐食性、摺動摩耗性が得られ
ず、70超では皮膜が硬く伸びないため加工に追従でき
なくなり、プレス性が低下する。樹脂100に対するシ
リカゾルの好ましい重量比範囲は30〜60である。ま
た、シリカゾルの形状は細かい粒子が好ましく、直径5
〜50nmの球形シリカゾル、または直径5〜50nm
で長さ/太さ比が1〜5に化学的に結合させた線状シリ
カを使用する。シリカゾルの直径が5nm未満では塗料
の安定性が実用範囲を越えるため好ましくなく、50n
m超では耐摩耗性が低下する。
ックスは動摩擦係数を下げ、プレス加工性、摺動摩耗性
を向上させる。本発明に用いるポリオレフィンワックス
は、従来のワックスとは異なり、表面特性に優れ且つ水
性樹脂液に均一に分散しやすいワックスディスパージョ
ン、即ちエチレン系不飽和カルボン酸もしくはその無水
物またはカルボキシル基含有誘導体を結合成分として含
む極性基を有する分子量が1000〜4000、酸価1
〜20の粒径が3μm以下の球形ワックスを、乳化剤を
ワックスに対して5%以下、好ましくは乳化剤を用いる
ことなく水または水溶液に分散させたディスパージョン
である。テフロンワックスについては、分子量は数万か
ら数十万で、極性基グラフト重合処理テフロンが望まし
いが、密度が大きく、ポリオレフィンのように皮膜の表
面に濃化(ブリージングまたは浮きと呼ばれる)し難い
ため、従来の活性剤で分散したディスパージョンを使用
することができる。
の種類は、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワッ
クス、ポリブチレンワックスである。
パージョンは、ポリテトラフロロエチレン(PTF
E)、パーフロロアルコキシエチレン(PFE)、フッ
化エチレンプロピレン(FEP)等である。
化学的反応性を確保し、ワックスの滑り性を低下させる
ことなく水溶液に分散させて、真球に近い形状で軟化点
が低い。一方、テフロンは動摩擦係数を極端に下げる劈
開性に基づく潤滑性を有し、硬質で軟化点が高く、さら
に極性基をグラフト重合付与したものは化学的反応性に
優れる。これらの異なる性質と潤滑機能を持つワックス
を混合することにより、オレフィン自身の半溶融性滑り
性とテフロンの劈開性コロ潤滑の両性能を合わせ持った
ベアリング特性を有する高度の潤滑特性が得られる。ベ
アリング潤滑機構の観点からTFWは250℃以上の軟
化温度を、POWは滑り性の観点から150℃以下の低
い軟化温度を有するワックスとする必要がある。
水性樹脂100に対して2〜30重量の範囲で、且つP
OW/TFWが9/1〜1/9の範囲とする。POW/
TFWが9/1〜1/1の範囲で特に良好な性能が得ら
れる。樹脂100に対する濃度比が2未満では摺動摩耗
性、高速の深絞り加工に対する十分な特性が得られにく
い。また、30超では表面特性、特に上塗り塗料密着
性、耐食性が低下する。POW/TFWが(9超)/1
では摺動特性が低下し、1/(9超)ではプレス加工性
が低下する。
ンワックスを酸素、オゾンあるいは硝酸等の酸化剤で酸
化処理することによって得られる酸化ポリオレフィンワ
ックス、あるいはアクリル酸、メタクリル酸、クロトン
酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等のエチレン
系不飽和カルボン酸モノマーとポリオレフィンワックス
とをベンゾール等で溶解し、重合開始剤(パーオキサイ
ド、レドックス、重金属触媒等)と共に窒素気流中で加
熱してグラフト化して得る。
である。理想的には2000〜4000とする。変性ポ
リオレフィンの酸価は、表面特性および分散性から限定
する。酸価1未満では塗料密着性が得られず、酸価20
超では摩擦抵抗が大きくプレス性が劣化する。ポリオレ
フィンの好ましい酸価の範囲は3〜15である。
ってワックス自身が凝集破壊を起こし、密着加工性が低
下する。また、製造面においてもロールへのビルドアッ
プが生じ易い問題がある。皮膜の膜厚以下の細かい粒子
が望ましい。
べる。
ライ付着量として0.5〜5.0g/m2 塗布し、ただ
ちに到達板温90〜200℃に焼付けて皮膜化する。ド
ライ付着量を限定したのは、潤滑性、耐食性ともにドラ
イ付着量に比例して向上し、ドライ付着量0.5g/m
2 未満では潤滑性、耐食性が得られず、ドライ付着量
5.0g/m2 超では溶接できず、また生産面において
ロールへのビルドアップや、急速加熱による泡立ちが発
生しやすく実用的ではないからである。最も好ましいド
ライ付着量は1〜3g/m2 である。塗布方法はロール
コーター、エアーナイフコーター、静電塗装等の既存の
方法を採用できる。
ては、できるだけ短時間に焼き付ける急速加熱方法によ
り良好な結果が得られる。即ち、塗装後数秒以内に焼き
付け炉に入れ、10秒以内に到達板温90〜200℃に
焼き付ける方法が好ましい。その理由は、前述したよう
に本発明の目的とする表面特性の優れた潤滑皮膜を得る
ためワックスの表面濃化を抑制するためである。極性基
を付与せず乳化剤で分散する従来のワックス含有塗料は
表面に不活性なワックスが浮いて表面を占有し、上塗り
塗料密着性が得られない。焼付方法としては熱風、赤外
線、誘導加熱、ガス直火炉、電気炉等の公知の方法を採
用できるが、前述したように急速加熱焼付方法が望まし
い。
メラミン、アミン等の架橋剤やシランカップリング剤、
顔料等を加えることができる。
である。実施例の記号と内容は表1の通りである。粒径
はレーザー光散乱法もしくは透過電顕から判定し、分子
量はGPC、極限粘度から、軟化点は環球法(JISK
2531)で測定したものである。
8mm)の表面に市販のエッチングクロメート処理を行
い、水洗後表2に示す潤滑塗料をロールコーターにて塗
布したのち、2秒以内にガス直火炉に入れ5秒で到達板
温150℃に焼付け、水冷して潤滑めっき鋼板を作成し
た。
の摺動摩耗試験機で摺動摩耗性を評価した。ビデオケー
ス側面から打抜きプレスを使用して10mmφのプラス
チック片を打ち抜き、500gの荷重の端子に貼り付け
る。次に円盤上の試料表面に500gの荷重でプラスチ
ック片を圧下させ、試料を毎分60回転の速度で回転さ
せ、プラスチック片による試料への傷入りを50回毎に
観察し、めっきに傷が入った回数で評価した。プレス角
筒クランクプレスにて「かじり」を評価した。クランク
プレスの条件は、しわ抑え圧6トンで粗板(0.8×2
20×180mm)を65×115mm、高さ50mm
に成形し、粘着テープ(ニチバンセロテープ)にて側面
を剥離し、模造紙に貼り色差計にて明度(L)を測定
し、粘着テープを直接模造紙に貼付けたブランクの明度
(L2)との差(L2−L)をΔL値で示した。耐食性
は塩水噴霧試験で白錆が面積率5%発生した時間、塗料
密着性は市販のメラミンアルキッド樹脂塗料をドライ付
着量で20g/m2塗布し、熱風120℃20分焼付
け、エリクセン試験機で9mm絞ったのち粘着テープ
(ニチバンセロテープ)にて剥離し、目視評価(剥離面
積率)した。また、連続スポット溶接性は、試験板20
0×300mmを2枚合わせて20mm間隔で電流9k
A、加圧力250kgf、電極先端径4.5mm、通電
時間12サイクル条件でスポット溶接を行い、溶接可能
な点数で評価した。結果を表2に示す。
5、1.0、2.0、3.0g/m2 に変化させた本発
明例で、膜厚が厚いほど摺動摩耗性およびクランクプレ
スのかじりがなく良好な潤滑性を示す。耐食性は付着量
に比例して優れる。しかし、溶接性においてはNo.
1、2は良好な結果を得たが、高付着量のNo.3、4
は溶接しにくい。
せた本発明例で、塗布量の少ないNo.5は耐食性がや
や低下し、高付着量のNo.6は塗料密着性で少し剥離
するが、いずれも良好な結果を得た。
例で、率の低いNo.7は耐食性でやや低く、シリカの
含有率の高いNo.9は摩耗性に非常に優れる。しか
し、クランクプレスではかじりが発生した。No.8は
バランスの良い結果を得た。
本発明例で、良好な潤滑性、耐食性、塗料密着性を得
た。
た本発明例である。No.12はバランスの良い結果を
得た。TFW比の低いNo.13は摺動摩耗性能が多少
低下するがプレス性が良好である。全ワックス濃度の低
いNo.14は潤滑性能が低くなる。濃度の高いNo.
15は潤滑性が優れているが、塗料密着性で少し剥離し
た。しかし、いずれも実用可能な性能を得た。
潤滑性が劣る。No.17はTFWを含まない比較例
で、摺動摩耗性が劣る。No.18はPOWを含まない
比較例で、プレス性でのかじりがひどい。
g/m2の10%Ni−Zn合金電気めっきを行い、そ
の表面をクロム酸/硫酸=30/0.3g/l浴中で電
流密度10A/dm2、2秒間電解後水洗してCr付着
量60mg/m2被覆し、表1に示す水性樹脂の異なる
潤滑塗料をロールコーターにて塗布し、ただちに樹脂に
よって異なる板温120〜170℃にガス直火炉にて焼
き付け、水冷して潤滑めっき鋼板を作成した。評価は実
施例1に準じて行い、得た結果を表2及び表3に示す。
動摩耗性、耐食性が向上した。
ンモニア中和シリカの塗料に潤滑剤として酸価5のPO
WとPTFEを加えた本発明例で、バランスの良い良好
な結果を得た。No.20〜25はオレフィンアクリル
樹脂に異なる種類のPOWを配合した本発明例で、いず
れも良好な結果を得た。No.26はPOWとして高分
子量の樹脂を用いた比較例、No.27は低分子量のポ
リエチレンを用いた比較例で、いずれもクランクプレス
性が悪い。
酸グラフト重合させたテフロンを用いた本発明例、N
o.30はPFEを用いた本発明例であり、バランスの
良い良好な性能を示した。No.31は水性樹脂として
ポリエチレンアイオノマー、No.32はポリエステル
を使用した本発明例である。摺動廉耗性、プレス性、耐
食性に良好な結果が得られた。No.33は焼付板温が
170℃の本発明例で、摺動摩耗性がより改善された。
No.34は板温が低い100℃に焼き付けた本発明例
で、耐食性、摺動摩耗性で若干性能が低くなるが実用可
能水準であった。
0g/m2)に電解クロメート(No.35)を、溶融
亜鉛めっき鋼板(めっき量40g/m2)の表面に市販
の塗布クロメートを、夫々Cr付着量52mg/m
2 (No.36)で行い、表2に示すNo.2の条件で
潤滑めっき鋼板を作成した。
ランクプレスでかじりが殆ど無く(ΔL=−0.1)、
耐食性は1000時間、塗料密着性も良好な結果を得
た。No.36は摺動摩耗回数が300回、プレスかじ
りはΔL=−0.2、耐食性は500時間、塗料密着性
剥離は2%と略良好な結果を得た。
プレス油を塗布することなく摺動摩耗性に優れ、高速深
絞りができ、さらに皮膜を除去することなくそのまま耐
食性皮膜、塗装下地めっき鋼板として使用できることか
ら、脱脂工程の省略、脱脂用溶剤蒸発による環境破壊の
防止、職場の環境改善等のメリットがあり、幅広い分野
に適用可能な高品質表面処理鋼板であり、製品のトータ
ルコストをミニマム化できる。
の断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 めっき鋼板の表面にCr換算で5〜10
0mg/m2 のクロメート処理を行ったのち、その上層
にシリカを水性樹脂100重量部に対して固形分で10
〜70重量部、粒径が3μm以下、軟化温度が150℃
以下の下記ポリオレフィンワックスディスパージョンと
粒径が3μm以下、軟化温度が250℃以上のテフロン
ディスパージョンを9/1〜1/9の不揮発分重量比で
混合したワックスを全固形分が水性樹脂100重量部に
対して2〜30重量部となる割合で含有する潤滑塗料を
ドライ付着量として0.5〜5.0g/m2 被覆し、た
だちに到達板温90〜200℃に焼付けて冷却すること
を特徴とする摺動性およびプレス加工性に優れた潤滑め
っき鋼板の製造方法。 記 〔ポリオレフィンワックスディスパージョン〕エチレン
系不飽和カルボン酸もしくはその無水物またはカルボキ
シル基含有誘導体を結合成分として含む極性基を有する
分子量が1000〜4000、酸価1〜20の球形ポリ
オレフィンワックスを水または水溶液に分散させたディ
スパージョン。 - 【請求項2】 水性樹脂として揮発性溶剤を含まないオ
レフィンアクリル樹脂、ポリオレフィンアイオノマー、
エポキシ樹脂、ウレタンエポキシ樹脂、ポリエステル樹
脂、アクリル樹脂、または酢酸ビニール樹脂を用いる請
求項1記載の方法。 - 【請求項3】 シリカとして直径5〜50nmの球形シ
リカゾルまたは線形シリカゾルを用いる請求項1記載の
方法。 - 【請求項4】 めっき鋼板として亜鉛合金めっき鋼板を
用いる請求項1記載の方法。
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