JP2977650B2 - 複層めっきアルミニウム及びアルミニウム合金板 - Google Patents

複層めっきアルミニウム及びアルミニウム合金板

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JP2977650B2 JP3226922A JP22692291A JP2977650B2 JP 2977650 B2 JP2977650 B2 JP 2977650B2 JP 3226922 A JP3226922 A JP 3226922A JP 22692291 A JP22692291 A JP 22692291A JP 2977650 B2 JP2977650 B2 JP 2977650B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】車両や建造物或いは家電製品等で
は、アルミニウム及びアルミニウム合金(以下、単にア
ルミニウムと称す)板に塗装を施して用いる場合が増え
つつあるが、これら塗装に適した表面処理を施したアル
ミニウム板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、鋼板とともにアルミニウム板が構
造材として使用される場合がしばしば見られるようにな
った。例えば、自動車車体の一部に、軽量化を目指して
アルミニウム板の使用が試みられている。このような場
合、アルミニウム板は鋼板と組み合わせて使用されるこ
とが多い。これらの板は成型後に電気スポット溶接など
によって接合され、その後に塗装の前処理としての化成
処理を施され、電着塗装等塗装を施して仕上げられる。
したがって、アルミニウム板には、成型性、溶接性、化
成処理性、電着塗装性、耐食性等が要求される。
【0003】元来、冷延鋼板や亜鉛めっき鋼板等鋼板類
の塗装前処理としては燐酸塩処理が推奨される場合が多
く、アルミニウム板にはクロメート処理が多く推奨され
る。そして、両者が組み合わされた物の場合には鋼板類
のプロセスにより燐酸塩処理を施すことが多い。この場
合、アルミニウム板の方に問題が生じ易いのは当然で、
先ず、酸化され易いアルミニウム板の表面に生じた酸化
物や水酸化物が燐酸塩処理皮膜の均一な形成を阻害す
る。更に、アルミニウムの処理液への溶出が、鋼板類表
面での燐酸塩生成をも妨げる等の問題が生じている。こ
のように化成処理性が劣った場合、塗膜の密着性が悪く
製品に塗膜膨れや塗膜剥離などが起きたり、塗膜の下に
糸状に錆が発生したりする。
【0004】従来、このような問題に対処して、燐酸塩
皮膜を容易に形成する金属をめっきしたアルミニウム板
が提案されていた。例えば、特開昭63−166964
号公報にはZnを薄くめっきしたアルミニウム板が、
又、特開昭61−157693号公報にはZnを主体と
し或いはFeを主体とするめっきを施したアルミニウム
板が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらの提案により、
アルミニウム板の化成処理性は改善されてきている。し
かしながら、燐酸塩処理に到るまでの工程で要求される
成型性や、燐酸塩処理の後で要求される電着塗装性など
については、充分な改善は見られていない。
【0006】この問題を解決するためにこの発明は行わ
れたもので、アルミニウム板上のめっき層を複層とする
ことによって、燐酸塩処理性ととも溶接性、成型性や電
着塗装性、言い換えれば加工性、耐食性に優れたアルミ
ニウム板の提供を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段は、表面に二層のめっき層を設けたアルミニウム
板であって、下層にFe含有率30wt% 以下のZn−F
e合金めっき層又はZnめっき層を1g/m2以上50g/m2
以下有し、その上にZn含有率50wt% 以下のFe−Z
n合金めっき層又はFeめっき層を0.5g/m2以上10
g/m2以下有する複層めっきアルミニウム板である。
【0008】なお、めっき層にはZnやFe以外に、不
可避的に僅か含まれる他の元素、Pb,Sn,Cd,F
e、Cu、Ni等が含まれる。
【0009】
【作用】鋼板の塗装使用については、長い経験を経てZ
nを中心とするめっき処理や、燐酸塩処理等の塗装前処
理が開発改良されているが、アルミニウム板については
未だその歴史は浅い。
【0010】一般に、アルミニウムは鋼よりも耐食性に
優れるが、これは、アルミニウムが酸化され易い金属で
通常の使用環境では表面に比較的安定な酸化皮膜を生成
し、金属を腐食から守るためである。したがって、緻密
な酸化皮膜の生成が困難な環境では、電極電位の低いア
ルミニウムはかなり不安定な状態にある。不安定さは合
金の種類や環境により異なるが、自動車のように塗装使
用する場合、塗膜下で発生する糸状腐食が問題視されて
いる。この糸状腐食は局部的に腐食し易い環境が出現し
たときに発生する。即ち、塗膜の密着が不充分な所や塗
膜欠陥箇所などにアルミニウムの腐食が起こり、これが
細い幅で進行する。この腐食の足跡が糸状に見えること
から糸状腐食と言われるが、例えばZnやZn合金の作
用でアルミニウムを防食している状況下では、この腐食
は起こりにくい。
【0011】アルミニウム板の表面を、ZnやZn−F
e合金(以下、Zn系と称す)めっきで覆うと、上記の
糸状腐食を防ぐことができる。即ち、特開昭63−16
6964号公報による亜鉛めっきや特開昭61−157
693 号公報によるZnを主体としためっきは糸状腐食
の防止には効果を有する。
【0012】しかしながら、これらのめっき層は成型時
にプレス型との摩擦が大きく、製品に割れを生ずること
があり、これが大きな欠点となっている。
【0013】自動車用に多用が予想されるMg入りアル
ミニウム板ついて表面の摩擦係数を調べると、アルミニ
ウム板は冷延鋼板より大きい。このアルミニウム板表面
にZn系めっき層を付すと、摩擦係数は更に大きくな
る。しかし、上層にFe含有率の多いFe系めっきを薄
く施すと、元のアルミニウム板よりも摩擦係数は小さく
なり、成型に際しての摩擦の問題は解消する。
【0014】Zn合金めっき層のもう一つの欠点は、電
着塗装を施すと塗膜にクレータリングと称される小さな
窪みが発生することである。クレータリングは更に塗装
を重ねても覆い隠すことが困難で、外観欠陥につなが
る。この欠陥はZnに少量のFeを含有するめっき層で
発生し易く、Feの含有率を大きくすることによってそ
の発生を防止することができる。
【0015】これら二つの欠点は、特開昭61−157
693 号公報によるFeを主体としためっき層では改善
されるが、他方Fe系めっき層のみでは防食効果に乏し
く、又成型時にパウダリングを起こし易い。パウダリン
グは、めっき層が脆い場合応力が集中した所に亀裂が発
生し、めっき層が粉状となって剥離するものであるが、
これが生じるとプレス型や製品を疵付けたりする。
【0016】このような欠点を同時に解決することので
きるめっき層がZn系及びFe系の複層めっき層であ
る。この複層めっきの考え方は、Feを含まないか又は
その含有率の小さいZn系めっき層によって、耐食性を
確保するとともにパウダリングを起こしにくくし、上層
にFe含有率の大きいFe−Zn合金又はFe(以下、
Fe系と称する)めっき層を薄く設けることによって、
摩擦係数を低減するとともに電着塗装性を高めようとす
るものである。
【0017】下層のZn系めっき層は、防食作用を高め
糸状腐食等の塗膜下腐食を防止し、且つこのめっき層自
身がパウダリングを起こさないように、Feの含有率を
30wt% 以下とする。塗膜下腐食を防止するためには、
燐酸塩処理後もアルミニウム板の表面をZn系めっきが
充分に覆い尽くしている必要があり、付着量は少なくと
も1g/m2を要する。付着量が多いほど防食性能は優れる
が、Fe系めっき層により電着塗装性に優れた均一な燐
酸塩皮膜が形成されるので、50g/m2の付着量があれば
十二分であり、これを超える付着量は経済性を損なうお
それがある。
【0018】更に、このZn系めっき層が存在すること
によって成型時に上層の応力集中が避けられ、パウダリ
ングが起こりにくくなる。
【0019】上層のFe系めっき層は、成型時にプレス
型との摩擦を小さくするためにFeの含有率を50wt%
以上とする。前述したように、上層にFe含有率の大き
いFe系めっきを薄く施すと表面の摩擦係数は小さくな
るが、この効果はFe含有率が50wt% 以上で顕著に現
れる。しかも、めっき層のFe含有率が大きくなるとク
レータリングは起こりにくくなり、Fe含有率が50wt
% 以上になると電着塗装時にもクレータリングが殆ど発
生せず、電着塗装性は極めて良好となる。摩擦係数を低
下する効果はこのようなFe系めっきの付着量が0.5
g/m2以上あれば確実に得られる。0.5g/m2未満の場合
は下層の影響を受ける。即ち、下層がZnめっきの場合
はZn−Fe合金めっきの場合に較べ摩擦係数が若干大
きくなる。更に、0.5g/m2以上の付着量があれば、電
着塗装性に対する効果も充分に得ることができる。
【0020】しかし、この上層のFe系めっき層は比較
的脆いので、層が厚過ぎると成型時にパウダリングを起
こすことがある。この問題を避けるためには、付着量を
10g/m2以下にするとよい。
【0021】この上層Feめっき層のもう一つの効果
は、電気スポット溶接の電極の消耗を抑制することであ
る。Cu電極はZnと容易に脆い合金を作り短命化する
が、Zn含有率の低いFe系めっき層はCu−Zn合金
の生成を抑制する。
【0022】
【実施例】Zn系めっき及びFe系めっきを施した厚さ
1.0mmの複層めっきアルミ板を作製し、これを成型し
成型性を調べるとともに、塗装を施し電着塗装性及び塗
装後の耐食性を調べた。アルミニウム板にはJIS−H
−A5182P、A1050P及びA6009Pを用い
た。
【0023】成型性については摩擦係数測定及びカップ
絞り試験により評価し、電着塗装性についてはクレータ
リングの発生度合いを観察し,耐食性については糸状腐
食の発生状況を調べた。
【0024】摩擦係数は、潤滑油を塗布後、工具鋼製の
圧子を用い面圧4kg/mm2をかけ,試験速度1000mm/m
inで測定した。測定結果は摩擦係数0.13未満を〇、
0.13以上0.16未満を△、0.16以上を×とし
て評価した。
【0025】カップ絞り試験は、試験片を60mmφに切
出し、ポンチ径30mm−5R,ダイス径33mm−5Rで
高さ25mmのカップに絞り、割れたカップの数を調べ、
更に加工部にスコッチテープを張り付けめっき層を強制
剥離し、パウダリングの程度を調べた。試験結果は、割
れについては30個の試験片の全てに割れが発生しなか
った場合を〇、1乃至4個に割れが発生した場合を△、
5個以上に割れが発生した場合を×として評価した。パ
ウダリングについては、テープの汚れの度合いを観察
し、僅かしか黒化していないものを〇、やや黒化したも
のを△、明らかに黒化したものを×として評価した。
【0026】電着塗装性は、燐酸塩処理の後、カチオン
電着塗料を240vで瞬時通電することによって20μ
m塗布し焼付硬化後、クレータリングの発生状況を観察
した。欠陥が全く見られなかったものを〇、1乃至9個
/dm2見られたものを△、10個/dm2以上見られたものを
×で評価した。
【0027】耐食性は、燐酸塩処理を施しカチオン電着
塗装後、更にメラミンアルキッド系塗料の中塗及び上塗
合わせて100μmを塗装して試験片とし、この試験片
にクロスカットを入れ、サイクル試験を5サイクル行い
糸状腐食を観察した。サイクル試験は、JIS−Z−2
371による塩水噴霧試験24時間後、湿潤試験(湿度
90%、温度50℃)240時間行うことを1サイクル
とした。サイクル試験後、塗膜下の糸錆状況を観察し、
良好な場合を〇、やや不良な場合を△、不良の場合を×
として評価した。
【0028】なお、これらの調査は、この発明の実施例
とともに、発明の条件範囲に入らない比較例及び従来技
術による従来例についても行い、これらを比較した。調
査の結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】実施例では、成型性、電着塗装性、耐食性
ともに満足な結果が得られた。これに対し、比較例及び
従来例ではいずれかの特性に不満が残る。即ち、下層め
っき層のFe含有率が高過ぎると、パウダリングが出易
く、耐食性に劣る。下層めっき層の付着量が少な過ぎる
と耐食性に劣る。上層めっき層のZn含有率が高過ぎる
と、摩擦係数がやや高くなりカップ絞りでの割れが防げ
ず、電着塗装性が低下する。上層めっき層の付着量が少
な過ぎる場合も同様の傾向である。上層めっき層の付着
量が多過ぎると、パウダリングが発生し、耐食性もやや
低下する。
【0031】めっき層が一層である従来例では、Zn系
めっきの場合は摩擦係数が大きく、カップ絞りでの割れ
の発生を防止する事は出来ない。又、Fe系めっきで
は、Zn系の防食作用が得られないので、糸状腐食を防
ぐことが出来ない。
【0032】
【発明の効果】以上述べてきたように、この発明によれ
ば、アルミニウム板の表面にZn系めっき層と薄いFe
系めっき層との複層を有している。上層は成型に際して
摩擦を低減し、良好な電着塗装を実現させる。そして下
層はアルミ板を塗膜下の腐食から保護するので、成型性
・耐食性共に優れた複層めっきアルミ板が得られる。こ
のように、アルミニウム板の塗装使用価値を高めたこの
発明の効果は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C25D 5/30 C25D 5/30 (72)発明者 小池 哲弘 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 井田 巌 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 来間 清志 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 新倉 正和 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 28/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム及びアルミニウム合金板の
    表面に、Fe含有率30wt% 以下のZn−Fe合金めっ
    き層又はZnめっき層を1g/m2以上50g/m2以下有し、
    その上にZn含有率50wt%以下のFe−Zn合金めっ
    き層又はFeめっき層を0.5g/m2以上10g/m2以下有
    することを特徴とする複層めっきアルミニウム及びアル
    ミニウム合金板。
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