JP2624261B2 - 成形加工用▲高▼耐食性Al―Ti合金めっき製品およびその製造方法 - Google Patents

成形加工用▲高▼耐食性Al―Ti合金めっき製品およびその製造方法

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英敏 西本
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は成形加工性及び耐食性の優れたAl−Ti合金め
っき製品およびその製造方法に関するものである。
[従来の技術] AlおよびAl合金(以下単にAl合金と記すことがある)
は、鋼に比べ耐食性に優れ、また清潔感があるため、建
材や容器に汎用されており、またAl合金を鋼材上にめっ
きした製品も実用化されている。
ところがAl合金めっき製品ではCl-イオンが存在する
環境下において、表面の不働態皮膜が破壊され易く、そ
の結果孔食が発生して極端な場合には貫通孔に発展し或
はめっき層表面に腐食生成物であるAl(OH)等を主成
分とする白錆が生じることがある。特に鋼板のAl合金め
っき製品では孔食が鋼板に及んでその結果赤錆を発生さ
せる原因となる。
[発明が解決しようとする問題点] そこでAl合金製品の耐食性を改善するためにAl合金の
改質、即ちZnやMgなどを添加することが検討されたがさ
ほどの効果はなく、またこれらの元素の過度の添加はAl
のもつ優れた成形加工性を損うことになり、添加量に制
限があった。特にAl合金めっき製品は溶融めっき法で製
造するために溶融浴中に溶解させる元素とその量に限り
があり、Al−Si合金めっき,Al−Zn合金めっき等が提案
されているが耐食性改善には至っていない。
このような状況に鑑み、本発明者らは耐食性の良好な
Al合金めっき製品を得るべくAlの合金化元素について種
々検討を行なった。すなわち本発明の目的は優れた成形
加工性及び高耐食性を有するAl合金めっき製品とその製
造方法の提供にある。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決することのできた本発明のAl合金め
っき製品とは素地金属上に、Tiを1〜50%含有する蒸着
Al−Ti合金めっき層が0.1μm以上の厚さで施されたも
のであることを構成要旨するものであり、該Al合金めっ
き製品を得るに当たっては、10-2Torr以下の真空度でAl
およびTiを個別に加熱蒸発させてTiを1〜50%含有する
ようにAl−Ti合金めっき層を素地金属上に0.1μm以上
の厚さで施す方法を推奨するものである。また素地金属
上にまず0.01μm以上の蒸着純Alめっき層(工業上許容
される不純物元素の共存は許される。以下同じ)を形成
させ更にその上に前記蒸着Al−Ti合金めっき層を形成さ
せたものは特に密着性の良好なめっき製品となる。尚素
地金属上に純Alめっき層を形成する方法としては10-2To
rr以下の真空度でAlを加熱蒸発させてめっき層を形成す
るのが有利であり、更にその上へ前述の方法でAl合金め
っき層を形成する。
[作用] Al合金めっき製品の耐食性を改善する目的で純Alに対
し種々の合金元素を含有させて各種のAl合金めっきを試
みた。その結果、Al−Ti合金めっき製品が高耐食性を示
すことを見出した。
Al−Ti合金めっきの対象となる素地金属としては鋼,A
l,Al合金,Cu,Cu合金やさらにステンレス鋼,Ti,Ti合金等
が非限定的に例示され、素地金属の形状も板,棒,形材
等制限はない。
次に本発明Al−Ti合金めっき製品におけるAl−Ti合金
めっき層について述べる。
(1)Al−Ti合金めっき組成:Al−Ti合金めっき中のTi
含有量はわずかでもその効果が表われるが、1%以上に
なれば耐食性改善の効果が顕著に表われる(第1図及び
第2図参照)。しかし素地金属が鋼,Al及びAl合金のよ
うな電気化学的に卑な金属である場合、Tiが50%を超す
と合金めっき層の電位が素地金属の電位より貴になり、
めっきの犠牲防食能が損なわれめっきピンホールから素
地金属の腐食が促進される(第3図参照)。従ってAl−
Ti合金めっき層中のTiの含有量は1〜50%で適当とな
る。
(2)めっき層の厚さ:Al−Ti合金めっき層の膜厚が0.1
μm未満では素地金属表面の被覆が不完全となり、めっ
きピンホール等の為さほどの防食能を示さないが0.1μ
m以上となるとほぼ完全な防錆能を示す(第4図参
照)。次にめっき方法について述べる。
めっき方法としては溶融めっき、電気めっき、化学め
っき、蒸着めっき等が知られているが、本発明の成形加
工用高耐食性Al−Ti合金めっき製品を得るには蒸着めっ
き方法を採用する必要がある。なぜならば溶融めっき法
ではAl溶湯中にTiを溶融添加しようとすれば溶融温度を
高くしなくてはならず、この様な高温めっきでは例えば
素地金属が鋼ではFe2Al5などの金属間化合物が生成して
加工性を損うほか、Al溶湯中に添加できるTiの量に限り
があり、Al−Ti合金めっき組成に制限がある等の短所が
あるからである。
また電気めっきおよび化学めっきでは水溶液からのAl
−Ti合金の析出は不可能である。尚原理的には非水溶液
めっきでも可能であるが、電流密度が小さくめっき効率
が悪い。さらにめっき液の不安定さおよび製造コスト等
からも工業的に適用するのは難しい。
これに対して真空蒸着めっきでは、任意の組成割合の
Al−Ti合金めっきが比較的容易にできる。ただし真空中
においてAlとTiを蒸発させる際にはAlとTiの蒸気圧に差
があるため、これらの混合物あるいは予め合金化させた
ものを単に加熱蒸着させたとしても、Alのみが優先的に
蒸発し任意の組成のものが得られない。従ってAlとTiの
地金を別個の容器に分けて入れ個々に加熱し、熱源の出
力をコントロールすることによりAlとTiの蒸気量をコン
トロールして目的の組成のAl−Ti合金めっきを得る。加
熱方法は電熱加熱や電子線加熱等が出力のコントロール
の点で好ましい。真空度は、以下の通り成形加工性の観
点から重要である。蒸着時の真空度が10-2Torrを超える
とAlとTiの蒸気が残存空気で酸化され、酸化された状態
のAl−Tiめっきが生成されることになる。このような状
態でのめっきは成形加工時に割れが入ったり剥離を起こ
し易く、めっき本来の性能が得られず、製品トラブルの
原因となる。従って真空蒸着の際の真空度は10-2Torr以
下にする必要があり、望ましくは10-3Torr以下が良い
(第2表参照)。
また真空蒸着めっきに際してはAl及びTiを蒸発後高周
波を印加してこれらの蒸気を陽イオン化し、一方素地金
属にマイナスのバイアスをかけてこれらをめっきする等
のいわゆるイオンプレーティング法も本発明の範疇に入
る。イオンプレーティングは素地金属とめっき層の密着
性を向上させると共にめっき層金属の結晶を微細化し、
ピンホール低減効果がある。
Al−Ti合金めっきは素地金属に対し、かなり強い密着
力を有しているが、強度の成形加工を施した際や過酷な
使用条件下では、若干剥離する可能性である。この為、
Al−Ti合金めっき層と素地金属との密着性をより強固に
するために、まず素地金属の上に蒸着法により下地めっ
きを施し、しかる後に前記したAl−Ti合金めっきを施す
ことが推奨される。この下地めっきとしては純Alめっき
が適しており、その厚さは0.01μm以上であれば、密着
性改善に十分な効果がある。この効果は素地金属の種類
を問わない。純Al下地めっきは、蒸着されたAlが素地金
属表面の極く薄い酸化物皮膜層を還元し、その表面を活
性にするためAlめっきと素地金属との密着性が良好とな
り、この純Al下地めっき層と上層のAl−Ti合金めっき層
との親和性は同じAl系であり当然のことながら高いた
め、両者の密着性も強固となる。したがって上層のAl−
Ti合金めっき層と素地金属との密着が強固なものとな
る。
また下地となる純Alめっき層は前記したAl−Ti合金め
っき層を得る場合と同じように10-2Torr以下の圧力で、
Alを単独加熱蒸発させて蒸着させる方法が推奨される。
[実施例] 板厚0.6mm,幅100mm,長さ150mmの軟鋼板、Al合金板お
よびCu合金板をアルカリ溶液中で脱脂後、水洗乾燥させ
たものを素地金属として、これらを真空チャンバ内に取
り付けると共に、2つのるつぼを用意して一方のるつぼ
にAl地金を、他方のるつぼにTi地金を投入して10-3Torr
に真空引きした後、電子線によりAlおよびTiを個別に加
熱蒸発させ各素地金属上へ所定のAl−Ti合金めっきを施
した。これらのめっき材に関し実施例1〜6に示す実験
を行なった。
実施例1 軟鋼およびCu合金表面にTi含有量を変えて厚さ5μm
のAl−Ti合金めっきを施したものについて塩水噴霧試験
を行った。白錆発生時間改善度とTiの含有量の関係を第
1図に示す。図では純Al蒸着めっき(Ti含有量なし)の
白錆発生時間を1としTi含有量の増加により白錆発生時
間が長くなる度合をパラメータとして示した(すなわち
第1図の白錆発生時間改善度はTi含有量の異なるAl−Ti
合金めっきの白錆発生時間を純Alめっきの白錆発生時間
で除したものである)。
第1図から明らかなように白錆発生時間改善度はTiを
含有させることにより向上し、Ti含有量≧1%で顕著な
効果が認められる。
実施例2 Al合金(5052)板上に実施例1と同様の方法でTi含有
量を変えて厚さ6μmのAl−Ti合金めっきを施し、2%
クエン酸+100ppm Cl-(NaClで添加)溶液中、25℃でめ
っき板の孔食発生電位Ecを測定した(Potentiostatic A
nodic Polarization法)。Al−Ti合金めっき中のTiの含
有量と孔食発生電位Ecとの関係を第2図に示す。Ti含有
物は純Alめっきに比べて貴な電位を示し、Ti含有量≧1
%で耐孔食改善の効果が認められ、50%程度でEcは平衡
状態に達した。
実施例3 軟鋼上に実施例1と同様の方法で厚さ5μmのAl−Ti
合金めっきをTi含有量を変えて施し、塩水噴霧試験を行
ない赤錆発生時間とTi含有量の関係について調べその結
果を第3図に示す。第3図における赤錆発生時間改善度
は純Alめっきにおける赤錆発生時間を1とし、赤錆発生
時間が長くなる度合をパラメータとして示した。第3図
より明かなようにTi含有により赤錆発生時間改善度は向
上し、Ti含有量が50%を超えるとその効果が低下する。
したがって上記実施例1,2および3の結果よりAl−Ti
合金めっき中のTi含有量は1〜50%にすれば良いことが
分かる。
実施例4 軟鋼上にAl−10%Ti合金めっきを施し、塩水噴霧試験
により、赤錆発生時間に及ぼすめっき膜厚の影響を調べ
た。このときAl−10%Ti合金めっき膜厚が0.1μmの場
合の赤錆発生時間を1とし、めっき膜厚の影響を第4図
に示した。0.01μm以上でその効果が表われ0.1μm以
上でその効果が十分になることがわかる。
実施例5 チャンバー内の真空度を変化させて軟鋼上にAl−15%
Ti合金めっき層を厚さ5μm施し、その密着性を調べ
た。密着性は蒸着めっきを施した試験片に粘着テープを
粘着させてそれをはがすことによって、また密着曲げを
行なったものについては曲げ頂点に粘着テープを粘着さ
せて、それをはがすことにより蒸着めっきの剥離程度を
調べた。その結果を第1表に示す。
第1表より明らかなようにAl−Ti合金めっきを蒸着に
て施す際の真空度は10-2以下が良いことがわかる。
実施例6 Al合金(5052)の下地めっきとして、10-3Torrの真空
度で純Al蒸着めっきを厚さを変えて施した後10-3Torrの
真空度でAl−5%Ti合金めっきを厚さ5μmに施しその
密着性を実施例5と同様にして調べた。その結果を第2
表に示す。
第2表より明らかなように純Al下地めっきを0.01μm
以上施すことにより上層のAl−Ti合金めっきの密着性が
改善される。
[発明の効果] 本発明は以上のように構成されているので、次のよう
な効果が得られる。
(1)本発明のAl−Ti合金は耐食性に優れたものであ
る。
(2)Al−Ti合金の成分組成の調節が容易でしかもめっ
きの密着性が良く成形加工性に優れためっき製品が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はAl−Ti合金めっきにおけるTi含有量と白錆発生
時間改善度との関係を示す図、第2図はAl−Ti合金めっ
きにおけるTi含有量と孔食発生電位Ecとの関係を示す
図、第3図はAl−Ti合金めっきにおけるTi含有量と赤錆
発生時間改善度との関係を示す図、第4図はAl−10%Ti
合金めっきにおけるめっき膜厚と赤錆発生時間改善度と
の関係を示す図である。
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61−261492(JP,A) 特開 昭53−119734(JP,A) 特開 昭62−136562(JP,A) 特開 昭58−197267(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素地金属上に、Tiを1〜50%含有する蒸着
    Al−Ti合金めっき層が0.1μm以上の厚さで施されたも
    のであることを特徴とする成形加工用高耐食性Al−Ti合
    金めっき製品。
  2. 【請求項2】10-2Torr以下の真空度でAlおよびTiを個別
    に加熱蒸発させてTiを1〜50%含有するようにAl−Ti合
    金めっき層を素地金属上に0.1μm以上の厚さで施すこ
    とを特徴とする成形加工用高耐食性Al−Ti合金めっき製
    品の製造方法。
  3. 【請求項3】素地金属上に0.01μm以上の蒸着Alめっき
    層が形成され、更にその上へTiを1〜50%含有する蒸着
    Al−Ti合金めっき層が0.1μm以上の厚さで施されたも
    のであることを特徴とする成形加工用高耐食性Al−Ti合
    金めっき製品。
  4. 【請求項4】10-2Torr以下の真空度で、Alを加熱蒸発さ
    せて素地金属上にAlめっき層を0.01μm以上の厚さで形
    成した後、AlおよびTiを個別に加熱蒸発させてTiを1〜
    50%含有するようにAl−Ti合金めっき層を0.1μm以上
    の厚さで形成することを特徴とする成形加工用高耐食性
    Al−Ti合金めっき製品の製造方法。
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