JP2900638B2 - 耐食性に優れたZn−Ti合金蒸着めっき金属材料 - Google Patents

耐食性に優れたZn−Ti合金蒸着めっき金属材料

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JP2900638B2 JP13052691A JP13052691A JP2900638B2 JP 2900638 B2 JP2900638 B2 JP 2900638B2 JP 13052691 A JP13052691 A JP 13052691A JP 13052691 A JP13052691 A JP 13052691A JP 2900638 B2 JP2900638 B2 JP 2900638B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐食性に優れたZn−T
i合金蒸着めっき金属材料に関するものであって、該め
っき金属材料は自動車等の各種車輛や家電製品の外板或
は内板、更には各種建材等として有用である。
【0002】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
及びそれらの合金が含まれ、その形状については板材や
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。
【0003】
【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きた。しかし鋼板等の耐食
性向上に対する要望は益々高まる傾向にあり、従来のZ
n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。
【0004】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−C
o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。
【0005】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:めっき層が硬いため、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: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。
【0006】一方、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は、組合わされ
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
ばかりでなく併用される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
ていない。しかもこの溶融めっき層はZnリッチ層とA
l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。更に添加合金元素が高
融点のものであるときはめっき浴の温度を高くする必要
があり、めっき層と素地鋼板との境界部にFeを含む脆
弱な合金層が生成され、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。
【0007】この様に従来のZn系めっき鋼板は耐食
性、成形加工性、生産性等に問題があり、これらの要求
性能をすべて満足し得る様なZn系めっき鋼板の開発が
待たれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な事情
に鑑みてなされたものであって、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Zn合金系めっき金属材料を
提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明に係る耐食性に優れたZn−Ti合金蒸
着めっき金属材料とは、Zn−Ti合金めっき層を有す
る金属材料であって、該めっき層はTi:3〜30重量%(以
下特に断らない限り%と略す)を含み残部が実質的にZ
nからなり、且つ該めっき層のX線回折パターンが(2
θ:ターゲットにCu−Kαを使用した場合)26.5〜2
7.1度及び46.0〜46.6度の各領域のいずれにもピークを
有するものであるところに要旨を有するものである。
【0010】
【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、様々な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Tiを含有するZn−Ti合金は鋼
板等に対して優れた耐食性向上効果を発揮することを見
いだし先に出願した。今回更に研究を重ねた結果Zn−
Ti合金めっき層がTiを3〜30%含有し、且つX線
回折パターンが特定のピークを有する場合には更に優れ
た耐食性が得られることを見いだした。
【0011】以下更に詳しく説明する。まず本発明のZ
n−Ti合金めっき層は蒸着法により形成する。Zn−
Ti合金めっき層は従来の電気めっき法では形成するこ
とができず、また溶融めっき法を採用しようとしても、
ZnとTiの溶融温度が極端に違うのでやはり均質なZ
n−Ti合金めっき層を形成することはできない。しか
しながら例えば真空蒸着法を採用し、ZnとTi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Tiを蒸着させれば、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
Tiの蒸発量を任意に調節することができ、任意の成分
組成を有するZn−Ti合金めっき層を形成することが
できる。
【0012】尚本発明で言う蒸着めっきは広義の真空蒸
着法により形成された蒸着めっきを意味し、通常の蒸着
法以外に各種イオンプレーティング法及び各種スパッタ
リング法を包含するものである。特にイオンプレーティ
ング法を採用することはめっき層全体の結晶粒が微細と
なってピンホール欠陥が防止されるほか、幅方向の合金
組成が均一となり、また素地鋼板に対する密着性が向上
する等めっき層全体としての性能を一段と高めることが
できる。
【0013】Zn及びTiの加熱方法は特に限定される
ものではなく、特にZnは融点が低く且つ蒸気圧も高い
ので一般の電気抵抗加熱や高周波加熱でも十分に目的を
果たすことができるが、Tiは高融点で蒸気圧も低いの
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。
【0014】蒸着は1Pa以下、より好ましくは10-2
Pa以下の減圧下で実施することが好ましい。このこと
により、金属基材及び蒸着金属の酸化を防止することが
でき、金属基材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をなくすることができ
る。
【0015】以下の様にして得られためっき層を構成す
るZn−Ti合金のX線回折パターンは(2θ:ターゲ
ットにCu−Kαを使用した場合、以下同じ)26.5〜2
7.1度及び46.0〜46.6度の各領域のいずれにもピークを
有するものでなければならない。上記2つの範囲に同時
にピークが存在する時のみ、特に優れた耐食性を得るこ
とができる。Zn−Ti合金の状態図が明らかにされて
いないため確かでないが、金属間化合物としてTiZn
15,TiZn10,TiZn5 ,TiZn3 ,TiZn
2 ,TiZn等の存在が考えられており、本発明に係る
回折角26.5〜27.1度及び46.0〜46.6度の領域のピークは
夫々、TiZn15及びTiZn3 に由来すると考えられ
る。しかしこれらの金属間化合物の組成がどのような機
構で耐食性改善に寄与しているか等は本発明を制限する
ものではない。
【0016】またZn−Ti合金めっき層の成分組成
は、Ti含有量が3〜30%で残部が実質的にZnから
なるものでなければならない。Ti含有量が3%未満で
ある場合はX線回折パターンにおいて26.5〜27.
1度及び46.0〜46.6度の領域のいずれにもピー
クを有するものが得られず、したがって十分な耐食性が
得られない。一方Ti含有量が30%を超えた場合は同
時にピークを有するものが得られても、めっき密着性が
低下するため良好な成形加工性を確保することができな
くなる。また前述の様にTiは高融点、低蒸気圧である
ため、蒸気量を高めるためには加熱のためのエネルギー
量を増加させる必要があり、エネルギーコストの上昇を
伴うと共に、生産性を低下させることとなる。
【0017】尚めっき層の厚さは特に限定されないが、
1g/m2 程度以上とすることにより十分な耐食性を得るこ
とができる。しかし一般に耐食性はめっき付着量の増加
と共に向上するので、10g/m2以上とすることが望まし
い。
【0018】以下実施例によって本発明をさらに詳述す
るが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前
・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することはす
べて本発明の技術範囲に包含される。
【0019】
【実施例】
実施例1 冷延鋼板を金属基材とし、その表面に真空蒸着めっき法
によってZn−Ti合金めっきを行なった。即ち真空蒸
着めっき装置内に隣接して配置された2個のるつぼに夫
々ZnとTiを装入し、2×10-2Paの減圧下状態で、Z
n及びTiを電子ビーム加熱により加熱蒸発させた。そ
の上部に電解脱脂により清浄化し150〜250℃に予
熱された冷延鋼板(厚さ 0.7mm)を走行させ、該鋼板に
Zn−Ti合金蒸着めっきを施した。尚このときZn及
びTiの加熱温度を調整することにより夫々の蒸発量を
調整し、Ti含有量を1〜50%の範囲で変化させた。
得られた各めっき鋼板について、下記の方法で耐食性及
びめっき密着性を測定すると共にX線回折を実施した。
【0020】<耐食性>各めっき鋼板を塩水噴霧試験
(JIS Z2371)に供し、めっき鋼板表面への赤
錆発生時間により評価した。
【0021】<めっき密着性>各めっき鋼板に180°
密着曲げを行い、曲げ部に粘着テープを張りつけて剥し
た時のめっき層の剥離状態を目視で判定した。 :めっき層の剥離なし ×:めっき層が一部剥離
【0022】 <X線回折> 一次X線源:Cu−Kα線、Niフィルター、加速電
圧:35KV、記録紙のフルスケール:1000カウン
ト/秒 結果を表1に示す。尚比較例として従来の電気Znめっ
きについても同様の評価を行い、結果を表1に併記し
た。また代表的なもののX線回折パターンを図1(a)
〜(c)及び図2(d)〜(g)に示す。
【0023】
【表1】
【0024】表1及び図1(a)〜(c)より明らかな
様にTi含有量が3〜30%でありX線回折角が26.5〜
27.1度及び46.0〜46.6度の領域に同時にピークを有する
実施例1〜5は、いずれも非常に優れた耐食性及び密着
性を有している。一方、Ti含有量が3%未満である比
較例1は図2の(d)に示す通り、X線回折角が26.5〜
27.1度及び46.0〜46.6度の領域にピークが存在せず、耐
食性が悪い。またTi含有量が3〜30%の範囲を満足
するものであっても、X線回折角が26.5〜27.1度及び4
6.0〜46.6度のいずれかの領域にピークが存在しない比
較例2及び3[図2の(e)]は充分な耐食性が得られ
ていない。またX線回折角が26.5〜27.1度及び46.0〜4
6.6度の両方の領域に同時にピークを有するものであっ
ても、Ti含有量が30%を超える比較例4[図2の
(f)]は、めっき密着性に劣っている。またTi含有
量が30%を超え、X線回折角が26.5〜27.1度の領域に
ピークを有しない比較例5[図2の(g)]及び6は、
実施例に比べて耐食性が悪く、且つめっき密着性に劣っ
ている。更に従来の純Zn電気めっき鋼板(比較例7及
び8)では赤錆発生防止効果に乏しく、比較例8の如く
めっき付着量をかなり高めたとしても、その程度は変わ
らなかった。
【0025】実施例2 真空蒸着装置内の真空度を徐々に変化させた以外は上記
実施例1の方法に準じてZn−Tiの蒸着めっき処理を
行なった。得られた蒸着Zn−Ti合金めっき鋼板のめ
っき密着性を実施例1と同様の方法で調べた。尚めっき
付着量は20g/m2,Ti含有量は10%である。結果を
表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】真空度が1Paを超える場合は蒸着工程で
基材及び蒸着金属の酸化に起因すると思われる密着性不
良が確認されたのに対し、真空度を1Pa以下にした場
合はそのような問題は一切生じず、強固な密着状態が得
られた。
【0028】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、非
常に優れた耐食性及びめっき密着性を有するめっき材料
を提供することができる様になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例におけるX線回折パターンを示す図で
ある。
【図2】 比較例におけるX線回折パターンを示す図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川福 純司 神戸市東灘区魚崎中町1−1−24 (72)発明者 加藤 淳 神戸市東灘区北青木2−10−6 (72)発明者 木原 敦史 神戸市灘区篠原伯母野山町2−3−1 (56)参考文献 特開 昭64−42571(JP,A) 特開 昭64−247354(JP,A) 特開 昭64−25990(JP,A) 特開 昭64−47848(JP,A) 西本他、「各種蒸着Zn合金めっき鋼 鈑のめっき構造と耐食性」、材料とプロ セス、昭和63年9月28日発行、Vol. 1、No.5、1631頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Zn−Ti合金めっき層を有する金属材
    料であって、 該めっき層はTi:3〜30重量%を含み残部が実質的にZn
    からなり、 且つ該めっき層のX線回折パターンが(2θ:ターゲッ
    トにCu−Kαを使用した場合)26.5〜27.1度及び46.0
    〜46.6度の各領域のいずれにもピークを有するものであ
    ることを特徴とする耐食性に優れたZn−Ti合金蒸着
    めっき金属材料。
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