JP3119998B2

JP3119998B2 - 接着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP3119998B2
Application number: JP06139498A
Authority: JP
Inventors: 晃平谷; 豊文渡辺; 博史川口; 俊太郎須藤
Original assignee: JFE Engineering Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH07316769A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、接着性に優れた合金
化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、耐食性に
優れているので、自動車車体用表面処理鋼板として広く
使用されている。このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を使用した自動車車体の組立作業において、互いに重ね
合わされた２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を接合する
ために、従来、スポット溶接が行われていたが、近年、
溶接打点数の削減、耐食性および制振性の付与を目的と
して、スポット溶接の代わりに接着剤による接合が行わ
れるようになってきた。このような接合のための接着剤
として、一般に、次工程の電着塗料焼付け工程において
硬化する熱硬化型接着剤が使用されている。

【０００３】一方、塗料メーカーにおいては、コストの
低減を図り、且つ、地球環境対策の観点から C0₂排出量
を低減するために、低温焼付け型の電着塗料が開発され
ており、低温焼付け型の電着塗料の使用によって、従来
よりも塗料の焼付け温度が低温化しつつある。このよう
に、塗料の焼付け温度が低温化すると、合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の接着性が、冷延鋼板に比較して劣化する問
題が生ずる。

【０００４】上記問題を解決し、合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の接着性を向上させる方法として、例えば、特開平
４−131386号公報には、鋼板の表面上に形成された亜鉛
めっき層の上に、アルミニウムまたはアルミニウム合金
めっき層を形成し、次いで、合金化処理を施すことによ
って、鋼板の表面上にFe濃度が７〜20wt.%のZn−Fe−Al
系合金めっき層を形成する技術（以下、先行技術とい
う）が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先行技術の方法におい
ては、鋼板の表面上に形成された亜鉛めっき層の上に、
アルミニウムまたはアルミニウム合金めっき層が形成さ
れ、次いで合金化処理が施されて、めっき層の最表面に
Al系酸化被膜が形成され、このAl系酸化被膜によって、
接着性の向上が図られている。しかるに、Al系酸化被膜
は、高融点で且つ電気伝導性が低いために、スポット溶
接における連続打点数が劣るという問題がある。更に、
めっき層が２層構造であるために、製造コストが上昇
し、実用的ではない。

【０００６】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、互いに重ね合わされた２枚の合金化溶融亜鉛
めっき鋼板を、接着剤を使用して接合するに際し、低温
度で焼付けても十分な接着性を確保することができる、
接着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製
造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板が冷延鋼板に比較して接着性が劣る原
因について鋭意研究を重ねた。合金化溶融亜鉛めっき鋼
板を接着剤で接着する場合には、接着強度と共に接着部
分の剥離形態が問題となる。接着部分の剥離形態として
は、接着剤内部での剥離即ち凝集破壊、接着剤と鋼板表
面のめっき層界面との間の剥離即ち界面剥離およびめっ
き層と鋼板界面との間の剥離の３つの形態が考えられ
る。

【０００８】合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、鉄
−亜鉛合金溶融めっき層と鋼板界面との接着力は、接着
剤の凝集破壊強度よりも十分に高い。従って、接着部分
の剥離形態としては、接着剤内部での剥離即ち凝集破壊
か、または、接着剤と鋼板表面のめっき層界面との間の
剥離即ち界面剥離の何れかであり、接着剤内部での凝集
破壊強度に比べて、接着剤と鋼板表面のめっき層界面と
の間の剥離強度が低い場合には、界面剥離が生ずる。こ
のような界面剥離が生ずると、剥離面に鋼板が露出する
ために、耐食性が劣化する。

【０００９】合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、冷
延鋼板に比べて上記界面剥離が発生しやすく、従って接
着性が劣る。接着剤の凝集破壊強度は、接着剤自体の性
質に左右されるために、接着剤を選定することによっ
て、改善することができるが、上記界面剥離は、鋼板表
面に形成された鉄−亜鉛合金溶融めっき層の性質に左右
されるので、めっき層の表面性状自体を改善することが
必要になる。

【００１０】上述した観点から更に研究を進めた結果、
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の接着性は、鋼板の表面粗さ
及び表面酸化物の組成に支配され、表面粗さが大である
ほど接着性が低下し、更に、表面にAl酸化物が存在する
と接着性が低下することから、鉄−亜鉛合金溶融めっき
層の表面粗さ(Ra)を1.5 μm 以下に限定し、且つ、鉄−
亜鉛合金溶融めっき層表面のアルミニウムの原子濃度を
３０原子％以下に限定すれば、接着性に優れた合金化溶
融亜鉛めっき鋼板が得られることがわかった。

【００１１】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明は、鋼板の少なくとも１つの表
面上に合金化処理鉄−亜鉛合金溶融めっき層が形成され
た合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記鉄−亜鉛合
金溶融めっき層中の鉄含有量は７〜20wt.%の範囲内であ
り、前記鉄−亜鉛合金溶融めっき層の表面粗さ（Ra）は
1.5μm 以下であり、そして、前記鉄−亜鉛合金溶融め
っき層表面のアルミニウムの原子濃度は３０原子％以下
であることに特徴を有するものである。

【００１２】そして、この発明の方法は、鋼板に溶融亜
鉛めっき処理を施して、前記鋼板の少なくとも１つの表
面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜
鉛めっき層に合金化処理を施して、前記鋼板の少なくと
も１つの表面上に鉄−亜鉛合金溶融めっき層を形成し、
次いで、前記鉄−亜鉛合金溶融めっき層が形成された合
金化溶融亜鉛めっき鋼板を、0.5%以上の伸長率で調質圧
延し、次いで、前記調質圧延された合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を、pHが11以上のアルカリ溶液に２〜30秒間接触
させることに特徴を有するものである。

【００１３】

【作用】この発明において、合金化溶融亜鉛めっき鋼板
とは、鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施して、鋼板の少な
くとも１つの表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次い
で、溶融亜鉛めっき層に合金化処理を施して、鋼板の少
なくとも１つの表面上に鉄−亜鉛合金溶融めっき層が形
成された鋼板である。なお、めっき層中には、耐食性そ
の他の性能の向上のために、Mg, Mn, Ti, Si, Sb, Bi,
Pb等の元素が添加されていてもよい。

【００１４】合金化溶融亜鉛めっき鋼板における鉄−亜
鉛合金溶融めっき層の表面には、溶融亜鉛めっき層を合
金化処理することによって生成した鉄−亜鉛合金結晶の
ために、数μm ピッチの凹凸が存在しており、このよう
な凹凸のために、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面粗さ
は、冷延鋼板に比べて大になる。従って、接合時に接着
剤が回り込めず、実質的な接着面積が減少する結果、接
着性が劣化する。

【００１５】そこで、この発明においては、鉄−亜鉛合
金溶融めっき層の表面粗さRa（中心線平均粗さ）を 1.5
μm 以下に限定する。上記表面粗さ(Ra)が 1.5μm 超で
は接着剤と鋼板表面のめっき層界面との間の接着力を向
上させることはできない。上記表面粗さ(Ra)の、より好
ましい範囲は、0.3 〜1.2 μm である。表面粗さ(Ra)が
0.3 μm 未満では、あまりに細かすぎて、せん断ライン
においてコイルがスリップする等の問題が生ずるため好
ましくない。

【００１６】鉄−亜鉛合金溶融めっき層の表面粗さ(Ra)
を 1.5μm 以下にするためには、鉄−亜鉛合金溶融めっ
き層が形成された合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、0.5 ％
以上の伸長率で調質圧延すればよい。調質圧延の伸長率
が0.5 ％未満では、表面の平坦化効果が不十分で、鉄−
亜鉛合金溶融めっき層の表面粗さRaを 1.5μm 以下にす
ることができない。上記伸長率の、より好ましい範囲
は、0.6 〜2.0 ％である。伸長率が2.0 ％を超えると材
質上の問題が生ずるおそれがある。

【００１７】上記により、鉄−亜鉛合金溶融めっき層の
表面粗さ(Ra)を 1.5μm 以下に限定しただけでは、接着
性を十分に改善することはできない。即ち、合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の製造に当たって、合金化を制御するた
めに、めっき浴中に0.05〜0.3 wt.%程度のAlを添加する
が、この添加されたAlが、合金化処理の際に、めっき層
の最表面に偏析しそして酸化する。その結果、めっき層
の表面はAl酸化物によって覆われ、このAl酸化物のため
に、接着性が低下する。

【００１８】Al酸化物のために接着性が低下する原因
は、必ずしも明らかではないが、Al酸化物の場合には、
接着剤と鋼板界面との間における、水素結合力や分子間
力等のような化学結合力が、冷延鋼板の表面上に生成す
る鉄酸化物と異なるためであると考えられる。

【００１９】そこで、この発明においては、鉄−亜鉛合
金溶融めっき層表面のアルミニウムの原子濃度を３０原
子％以下に限定する。上記アルミニウムの原子濃度が３
０原子％超では、接着剤と鋼板表面のめっき層界面との
間の接着力を向上させることはできない。上述したよう
に、鉄−亜鉛合金溶融めっき層の表面粗さ(Ra)を 1.5μ
m 以下に限定し、更に、めっき層表面のアルミニウムの
原子濃度を３０原子％以下に限定することによって、界
面剥離が発生せず、冷延鋼板と同等の接着性が得られ
る。

【００２０】鉄−亜鉛合金溶融めっき層表面のアルミニ
ウムの原子濃度を３０原子％以下に限定するためには、
調質圧延された合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、pHが11以
上のアルカリ溶液に２〜30秒間接触させればよい。この
ようなアルカリ溶液との接触によって、めっき層表面に
存在するAl酸化物が溶解する結果、接着性が実用上問題
のないレベルまで改善される。

【００２１】アルカリ溶液のpHは１１以上であることが
必要である。pHが１１未満では、Al酸化物が溶解せず、
接着性の向上効果が得られない。アルカリ溶液との接触
時間は、２〜30秒間であることが必要である。アルカリ
溶液との接触時間が２秒未満では、Al酸化物が十分に溶
解せず、接着性の向上効果が得られない。一方、アルカ
リ溶液との接触時間が30秒を超えると、鉄−亜鉛合金め
っき層の溶出量が大になる。

【００２２】アルカリ溶液としては、一般に、水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸
化リチウム、オルソケイ酸ナトリウム等の水溶液が使用
される。また、鋼板との接触方法は、浸漬法、スプレー
法等が用いられる。

【００２３】鉄−亜鉛合金溶融めっき層中の鉄含有量は
７〜20wt.%の範囲内に限定すべきである。めっき層中の
鉄含有量が７wt.%未満では、めっき層表面に純亜鉛層
（η相）が残存するために、プレス成形時にめっき相の
フレーキングが生じ、摩擦係数が上昇する結果、プレス
成形性が劣化する。一方、めっき層中の鉄含有量が20w
t.%を超えると、めっき層と鋼板界面との間に脆いΓ相
が生成するため、プレス成形時にめっき層が剥離しやす
くなり耐パウダリング性が劣化する。鉄含有量のより好
ましい範囲は７〜13wt.%である。

【００２４】亜鉛めっき浴中のAl含有率は、0.05〜0.3
wt.%の範囲内であることが好ましい。Al含有率が0.05w
t.%未満または0.3 wt.%超では、合金化を均一に行うこ
とができず、耐食性およびプレス成形性等が劣化する問
題が生ずる。

【００２５】鋼板の少なくとも１つの表面上に形成され
た合金化処理鉄−亜鉛合金溶融めっき層のめっき量は、
20〜120 g/m²の範囲内であることが好ましい。めっき量
が20g/m²未満では、十分な耐食性が得られず、一方、め
っき量が120 g/m²を超えると加工性、溶接性等が劣化す
る問題が生ずる。

【００２６】

【実施例】次に、この発明を実施例に基づいて説明す
る。板厚0.8mm の低炭素アルミキルド鋼板に対し、溶融
亜鉛めっきラインにおいて下記条件で溶融亜鉛めっき処
理を施して、溶融亜鉛めっき鋼板を調製した。 (1) めっき浴の成分組成：アルミニウム：0.1 〜0.2 wt.%、亜鉛：残り。 (2) めっき浴の温度： 460℃

【００２７】次いで、ラボの高周波誘導加熱炉におい
て、溶融亜鉛めっき鋼板に対し 450〜550 ℃の温度で加
熱することによる合金化処理を施し、鋼板の表面上に所
定量の鉄を含有する鉄−亜鉛合金溶融めっき層が形成さ
れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を調製した。次いで、こ
のようにして得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板に対
し、ラボ圧延機により所定の伸長率によって調質圧延を
施した。

【００２８】次いで、調質圧延された合金化溶融亜鉛め
っき鋼板に対し、下記に示す何れかの方法によって、ア
ルカリ処理を施した。Ａ：鋼板をアルカリ溶液中に浸漬する。Ｂ：鋼板にスプレーによってアルカリ溶液を吹き付け
る。

【００２９】かくして、本発明の範囲内の表面粗さ(Ra)
およびアルミニウム原子濃度を有する鉄−亜鉛合金溶融
めっき層が形成された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の供試
体（以下、本発明供試体という）No.1〜26を調製した。
表１に、本発明供試体No.1〜26のめっき量、めっき層中
のFe含有量、調質圧延の伸長率、表面粗さ、アルカリ処
理条件を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】比較のために、上記と同じ条件で溶融亜鉛
めっき処理および合金化処理が施された合金化溶融亜鉛
めっき鋼板に対し、調質圧延を施さずまたは本発明の範
囲外の条件で調質圧延を施し、あるいは、アルカリ処理
を施さずまたは本発明の範囲外の条件でアルカリ処理を
施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の供試体（以下、比較
用供試体という）No.1〜15を調製した。表２に、比較用
供試体No.1〜15のめっき量、めっき層中のFe含有量、調
質圧延の伸長率、表面粗さ、アルカリ処理条件を示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】このようにして調製された本発明供試体お
よび比較用供試体の各々について、表面粗さ、表面Al濃
度、接着強度、プレス成形性および耐パウダリング性
を、以下に述べる条件によって調査し、その結果を、表
１および表２に併せて示す。

【００３４】(1) 表面粗さ(Ra) 測定長さ：2.5mm 、カットオフ：0.8mm 。 (2) 表面Al濃度オージェ電子分光装置により最表層の原子％を測定し
た。

【００３５】(3) 接着強度図１に示すように、 200×25mmのサイズの２枚の供試体
１の間に、0.15mmのスペーサ２を介して、接着剤３の厚
さが0.15mmとなるように試験体を調製し、150℃の温度
で10分間焼付けを行った。次いで、引張り試験機を使用
し、上記試験体を200 mm/minの速度で引張り、剥離時の
平均剥離強度を測定した。なお、接着剤としては塩ビ系
のヘミング用アトヒシブを使用した。

【００３６】(4) プレス成形性図２に示す装置を使用して、供試体の摩擦係数を測定し
た。即ち、29×220mmのサイズの供試体５を試料台６上
に載置し、ビード４とローラ７との間において、押し付
け荷重（Ｎ）：400Kgf、引き抜き速度：100cm/min で、
供試体５を引き抜いたときの抵抗力（Ｆ）から摩擦係数
μ（μ＝Ｆ／Ｎ）を算出し、得られた摩擦係数に基づい
て、下記により評価した。なお、図２において、８およ
び９はロードセル、10は駆動機構に連結された操作用ロ
ッドである。 ◎ ：摩擦係数 0.13未満 ○ ：摩擦係数 0.13〜0.15未満 × ：摩擦係数 0.15以上

【００３７】(5) 耐パウダリング性図３に示すドロービード試験機を使用して、供試体の耐
パウダリング性を測定した。即ち、被測定対象面のめっ
き被膜を希塩酸により剥離した供試体11を、ビード12と
ダイ13との間に垂直に挿入しそして押付け荷重Ｐを加え
た。次いで、供試体11を矢印で示すように上方に引き抜
いた。次いで、このようにして引き抜かれた供試体11の
めっき層に接着テープを貼り次いでこれを剥離し、この
試験前後の供試体11の重量差からめっき剥離量を測定
し、下記によって評価した。 ◎ ：剥離量５g/m²未満、 ○ ：剥離量５〜10g/m²未満、 × ：剥離量10g/m²以上。

【００３８】表２から明らかなように、鉄−亜鉛合金め
っき層中の鉄含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較
用供試体No.1〜４は、プレス成形性が悪かった。鉄−亜
鉛合金溶融めっき層の表面粗さ(Ra)が本発明の範囲を超
えて多い比較用供試体No.5〜７、表面アルミニウム原子
％が本発明の範囲を超えて多い比較用供試体No.8〜10、
12、および、鉄−亜鉛合金溶融めっき層の表面粗さ(Ra)
が本発明の範囲を超えて多い比較用供試体No.11 は、何
れも接着性が悪かった。鉄−亜鉛合金めっき層中の鉄含
有量が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体No.13 〜
15は耐パウダリング性が悪かった。

【００３９】これに対し、鉄−亜鉛合金溶融めっき層の
鉄含有量、表面粗さ(Ra)および表面アルミニウム原子濃
度が何れも本発明の範囲内である本発明供試体No.1〜26
は、接着強度、プレス成形性および耐パウダリング性の
総てにおいて優れていた。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
互いに重ね合わされた２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を、接着剤を使用して接合するに際し、低温度で焼付け
ても十分な接着性を確保することができる、工業上有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】接着強度測定用の試験体の概略斜視図である。

【図２】プレス成形性評価用の摩擦係数測定装置の概略
正面図である。

【図３】耐パウダリング性評価用のドロービード試験機
の概略正面図である。

【符号の説明】

１供試体、２スペーサー、３接着剤、４ビード、５供試体、６試料台、７ローラ、８ロードセル、９ロードセル、 10 操作用ロッド、 11 供試体、 12 ビード、 13 ダイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川口博史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者須藤俊太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平６−15302（ＪＰ，Ａ) 特開平５−331662（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の少なくとも１つの表面上に鉄−亜
鉛合金溶融めっき層が形成された合金化溶融亜鉛めっき
鋼板であって、前記鉄−亜鉛合金溶融めっき層中の鉄含有量は７〜20w
t.%の範囲内であり、前記鉄−亜鉛合金溶融めっき層の
表面粗さ（Ra）は 1.5μm 以下であり、そして、前記鉄
−亜鉛合金溶融めっき層表面のアルミニウムの原子濃度
は３０原子％以下であることを特徴とする、接着性に優
れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施して、前
記鋼板の少なくとも１つの表面上に溶融亜鉛めっき層を
形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層に合金化処理を
施して、前記鋼板の少なくとも１つの表面上に鉄−亜鉛
合金溶融めっき層を形成し、次いで、前記鉄−亜鉛合金
溶融めっき層が形成された合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を、0.5%以上の伸長率で調質圧延し、次いで、前記調質
圧延された合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、pHが11以上の
アルカリ溶液に２〜30秒間接触させることにより、請求
項１に記載の接着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を製造することを特徴とする、接着性に優れた合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の製造方法。