JP2672929B2 - グロー放電発光分析による二層型合金化溶融Znめっき鋼板の上層めっきの定量分析法 - Google Patents

グロー放電発光分析による二層型合金化溶融Znめっき鋼板の上層めっきの定量分析法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二層型合金化溶融Zn
めっき鋼板において上層のFe−ZnめっきのFe付着
量およびFe含有率をグロー放電発光分光分析により求
める方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車車体用として使用されているZn
−Fe系(Fe含有率約10%)の合金化溶融Znめっ
き鋼板は、塗装後の耐食性に優れているが、さらに慴動
性、化成処理性を改善するため、上層にFe系(Fe含
有率80%以上)電気めっきを行なった二層型合金化溶
融Znめっき鋼板が製造されている。この場合、品質
上、上層めっきの付着量、組成率が重要な要因になって
いる。
【0003】表面処理鋼板の深さ方向分析には、二次イ
オン質量分析法(SIMS)、オージェ電子分光分析法
(AES)、X線光電子分光法(XPS)等が適用され
ているが、これらはGDSに比べると、迅速性や分析範
囲の広さ(鋼板表面の平均的情報が得られる)で劣るた
め、付着量・組成率の管理分析にはほとんど利用されて
いない。
【0004】GDSは、放電管内にアルゴン等の希ガス
を導入し、試料を陰極として、異常グロー放電させ、生
じた希ガス元素のイオンで試料表面を連続的にスパッタ
リングし、スパッタリングされた試料成分の負グロー域
での原子発光ペクトルを分光分析することにより試料表
面層の組成を定量的に分析する方法である。
【0005】GDSを用いた表面処理鋼板の定量分析法
としては、例えば「製鉄研究」No.323(1986)27等で知ら
れる光強度積分法が利用されている。この方法は、めっ
き層での深さ方向のGDSの発光強度の変化を、発光効
率一定の条件下で、スパッタされるめっき成分の重量に
変換し、組成およびスパッタ深さを求める定量分析法で
ある。
【0006】二層めっきにこの方法を応用し、上層、下
層でのめっき付着量、成分率を求める場合、上下層の境
界を判定する必要がある。この境界判定法としては、上
層から下層にかけてのめっき成分の発光強度の変曲点を
境界とする方法や特開昭62−25241号で示される
ようにめっき成分の発光強度が、バックグランド強度と
一致したところを境界とする方法がしられている。ま
た、特開昭60−179633号のようなめっき成分の
発光強度曲線の半値巾の点、即ち最大強度の50%に相
当する点を境界と定める方法も知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の境界判
定の方法は、すべて合金電気めっき上への電気めっきの
2層めっきに適用された方法であって、本発明が適用し
ようとする合金化溶融亜鉛めっき上への電気めっきの2
層めっきには適用できない。その理由を以下に説明す
る。電気めっき上への電気めっきの場合は、図1に示す
ようにめっき間の界面が平滑で、めっき層間の境界は、
GDSの発光強度曲線からは明白で、その判定は容易で
ある。さらに境界の凹凸に起因するスパッタリングの試
料面内での不均一性による下層めっき成分の上層めっき
への影響は少ない。一方合金化溶融亜鉛めっき上への電
気めっきの場合は図2に示すように、めっき界面の凹凸
は、合金電気めっきに比べて著しく大きく、めっき層間
でのめっき成分の発光強度の変化はなだらかになり、上
下層めっき中にあって異なる成分率で存在する元素を定
量する場合は、下層で上層めっき成分が0にならないた
めその判定は困難になる。また界面の凹凸は、スパッタ
リングの不均一性を引き起こし、上層めっき元素の発光
に下層めっきの元素の発光が影響を及ぼして上層めっき
の成分率を変化させる。
【0008】本発明は、前記問題点を解決した、二層型
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の上層のFe−Znめっき中
の、Fe付着量およびFe含有率をグロー放電発光分析
により求める方法を提供するのを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、下層がZn−Fe合金、上層がFe−Z
n合金からなる二層型合金化溶融亜鉛めっき鋼板におい
て上層めっきのFe付着量および含有率をグリムグロー
型の放電管をもつグロー放電発光分光分析により分析す
るに当たり、Feの深さ方向での発光強度の変化を測定
するが、上層めっきと下層めっきとの境界は下層Zn−
Fe中に含まれるAlの強度変化から判定し、また上層
めっき中のFe付着量と含有率既知の標準試料におい
て、Fe発光強度の最大値と、その時のZnの強度の逆
数値とFe含有率の積との第1相関と、単位付着量当り
のFeの積算強度と先のZn強度の逆数値とFe含有率
の積との第2の相関を得て、未知試料に対して、第1の
相関より、Fe含有率を求め、第2の相関より得られた
補正された検量線よりFe付着量を求めるグロー放電発
光分析による二層型合金化溶融亜鉛めっき鋼板の上層め
っきの定量分析方法を提供する。
【0010】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明
によると、上層めっきと下層めっきの境界の判定は、下
層めっき中に含まれるAlの発光強度変化を利用する。
すなわち上層めっき中には、この元素は含まれてないた
め、Alの発光強度は、上層めっき中では0であり、上
層めっきと下層めっきのめっき界面で急に増加し、下層
めっき中で強度が一定値になる。従って上下層の境界の
判定はAlの強度変化に対して変曲点もしくは、最大強
度の50%となる点を求めることで、上下層の境界を精
度よく決めることができる。
【0011】また、本発明では、まず、上層めっきのF
e付着量およびFe含有率が既知の標準試料についてG
DSの発光強度曲線を得る。このとき図3に示すように
Alの発光強度変化から上下層めっきの境界を決定す
る。このときの上層めっき中でのFe強度の最大値(F
e−Max)とその時間でのZn強度(Zn−Int)
から図4に示す様な、Fe−Maxと(Fe含有率)/
(Zn−Int)との第1の相関を得る。
【0012】次に、境界点までのFe積算強度をI−F
e,Fe付着量をW−Feとすると、単位付着量当りの
Fe積算強度(I−Fe/W−Fe)と(Fe含有率)
/(Zn−Int)は図5に示されるような直線関係が
得られる。これを第2の相関とする。
【0013】図5の相関の意味するところは、Feの発
光強度は、Fe含有率とZnの発光強度に影響されるこ
とで、上層Feめっき中のFe含有率はほぼ一定(〜8
5%)であるため、実質的には、上層のZnの発光と下
層のZnの発光との和がFeの発光強度に、影響を与え
たことになる。最後にこの第2の相関を直線(y=ax
+b)で近似し、 f=a{(Fe含有率)/(Zn−Int)}+b …… の係数を計算し、この係数によりFe付着量(W−F
e)を補正し、I−Feとf×(W−Fe)の関係から
補正された検量線を得る。未知試料のFe付着量とFe
含有率の定量方法は以下の通りである。まずGDSの結
果から第1の相関によってFe含有率を求める。さら
に、式の関係から、f値を計算し、第2の相関からF
e付着量(W−Fe)を求める。
【0014】このように下層Znの発光の影響を補正し
た検量線を用いて定量分析を行なうようにしたため、精
度よく、上層Feのめっき付着量、Fe含有率が得られ
るようになった。
【0015】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 (実施例)本発明による境界判定によって得られた上層
めっき層の厚さと、従来のGDSのFeの深さ方向の発
光強度変化の変曲点から得られた上層めっき層の厚さ
を、相当するめっき鋼板を断面研磨し、その断面を走査
型原子顕微鏡(SEM)で観察し、上層めっきの平均的
な厚さを求めた結果に対してプロットして比較したもの
を図6および図7に示した。
【0016】このときのGDSによるめっき層の厚さ
は、同一Fe含有率の付着量既知の標準試料を測定した
ときのスパッタリング速度を用いて、測定開始から境界
点までの時間とスパッタリング速度との積から求めた。
【0017】このように、下層めっき中に含まれるAl
を使って、上下層めっきの境界の判定を行なったので、
上層めっきと下層めっきの区別を精度よくおこなえるよ
うになった。
【0018】図8は、本発明によって得られた、補正さ
れた上層Fe付着量の検量線で、境界判定はAlの発光
強度変化より行なっている。図9の従来の検量線(境界
判定はFeの強度変化)と比較すると、境界判定をAl
で行って、下層からのZnの発光の影響を補正している
ので、精度のよい上層めっきの付着量分析ができるよう
になった。
【0019】
【発明の効果】本発明は、上層めっきと下層めっきの境
界を下層めっき中のAlの強度変化から判定するように
したから、上下層の境界判定を精度よくできるようにな
った。さらに、上層Feの付着量をもとめるにあたり、
下層からのZnの発光の影響を補正した検量線を求め、
この検量線を用いることで、上層めっきの定量分析がグ
ロー放電発光分析法により、精度よく迅速にできるよう
になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電気Zn−Fe合金めっき上へ、電気Fe−
Znめっきを施した鋼板のGDS深さ方向プロファイル
を示す図である。
【図2】 合金化溶融亜鉛めっき上への電気Fe−Zn
めっきを施した鋼板のGDS深さ方向プロファイルを示
す図である。
【図3】 合金化溶融亜鉛めっき上への電気Fe−Zn
めっき鋼板の深さ方向プロファイルの上下層の境界と補
正された検量線を得るためのパラメータを示す図であ
る。
【図4】 Fe強度の最大値(Fe−Max)とFe含
有率(Fe%)とZn強度の逆算値(Zn−Int)-1
との関係(第1の相関)を示す図である。
【図5】 単位付着量当りのFeの積算強度とFe%・
(Zn−Int)-1との関係(第2の相関)を示す図で
ある。
【図6】 Alの境界判定によって得られた上層めっき
の厚さとSEMの断面観察結果の比較を示す図である。
【図7】 従来のFeによる境界判定によって得られた
めっき厚とSEMの断面観察結果の比較を示す図であ
る。
【図8】 本発明によって得られた補正された上層Fe
付着量の検量線(境界判定はAl)を示す図である。
【図9】 従来の上層Fe付着量の検量線(境界判定は
Fe)を示す図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下層がAlを含有する合金化溶融亜鉛めっ
    きであり、上層がFe−Zn合金からなる二層型合金化
    溶融亜鉛めっき鋼板において、上層のFeめっき付着量
    および含有率を、グリムグロー型の放電管をもつグロー
    放電発光分光分析により深さ方向で分析するに当たり、
    Feの深さ方向での発光強度の変化を測定し、上層と下
    層との境界を下層Zn−Fe中に含まれるAlの強度変
    化から判定し、また、上層めっき中のFe付着量と含有
    率既知の標準試料において、Fe発光強度の最大値と、
    その時のZnの強度の逆数値とFe含有率の積との第1
    の相関と、単位付着量当たりのFeの積算強度と、先の
    Zn強度の逆数値とFe含有率の積との第2の相関を得
    て、未知試料に対して、第1の相関よりFe含有率を求
    め、第2の相関より得られた補正された検量線よりFe
    付着量を求めることを特徴とするグロー放電発光分析に
    よる二層型合金化溶融亜鉛めっき鋼板の上層めっきの定
    量分析方法。
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