JP3149760B2 - 耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛系めっきの表
面に白錆発生を抑制し得る皮膜を施した亜鉛系めっき鋼
板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、従来から電気めっ
きあるいは溶融めっきにより製造され、そのめっき皮膜
の犠牲防食性により地鉄の腐食を大きく抑制することが
できるため、広く使用されてきている。
【0003】しかしながら、亜鉛系めっき鋼板はその腐
食過程において白色の亜鉛錆が生成するため、外観品質
が大きく低下してしまう。
【0004】そこで、この白錆を抑制するための後処理
が広く行われている。この後処理の代表的な方法として
は、クロム酸、重クロム酸またはその塩類を主体とした
クロメート処理が挙げられる。
【0005】このクロメート処理は耐食性に優れ、かつ
比較的簡単に行うことができる経済的な処理方法であ
る。
【0006】しかし、クロメート処理は公害規制物質で
ある6価クロムを使用するものであり、処理工程ではク
ロム酸塩が人体へ悪影響を与えることや、廃水処理後の
クロムスラッジの廃棄処理が困難であること、またクロ
メート処理後の製品から6価クロムが溶出するおそれが
あるなど種々の問題を有している。従って、クロム酸類
の使用管理基準が厳しくなると同時に、クロメート処理
工場の管理、廃水処理およびクロメート処理物による二
次汚染などの問題が進んでいる。各工場では廃水関係を
クローズド化し、クロムイオンが外部に排出するのを極
力防止して公害対策を講じているが、これらは膨大な設
備と費用が必要である。また、クロメート処理鋼板の防
錆油、プレス油の脱脂工程において、アルカリ系の脱脂
液を用いる際には、特にクロムの溶出がかなり多く、そ
の脱脂液中の脱クロム処理が必要である。
【0007】このようなことから、亜鉛系めっき鋼板の
白錆の発生を防止するためにクロメート処理によらな
い、無公害な処理技術が数多く提案されている。例え
ば、無機化合物、有機化合物、有機高分子材料、あるい
はこれらを組み合わせた溶液を用い、浸漬、塗布、電解
処理などの方法により薄膜を生成させる方法がある。
【0008】具体的には、 (1)モリブデン、タングステンなどポリ金属の酸化物
を用いる方法(例えば特開昭57−5875号公報) (2)タンニン酸を用いた方法(例えば、特開昭51−
71233号公報) (3)3価クロムで構成した6価クロムを含まない無公
害のクロメート処理方法(例えば特開昭61−587号
公報) などが知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記(1)の
方法ではモリブデン、タングステンなどのポリ金属の酸
化物の腐食に対する安定領域はクロムのそれよりも狭
く、クロメートと同程度の耐食性を得ることは不可能で
ある。
【0010】また、上記(2)の方法では十分な耐食性
を得ようとすると、タンニン酸による着色が生じてしま
う。
【0011】さらに、上記(3)の方法では、可溶性ク
ロムを使用している点から、クロムフリーのニーズには
根本的に応えられない。
【0012】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、製造工程上、さらに使用過程において安全
で無害な化成処理皮膜を有し、かつ耐白錆性に優れた亜
鉛系めっき鋼板を製造する方法を提供することを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ケイ酸エステルとアルミニウムの無機塩
とをAl/(Al+Si)がモル比で0.025〜0.
75の範囲になるように含有した溶液を、亜鉛系めっき
が施された鋼板上に塗布し、その後加熱乾燥することを
特徴とする耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方
法を提供するものである。
【0014】また、本発明は、前記処理液が、湿式タイ
プのコロイダルシリカを、ケイ酸エステルの添加モル数
に対し0.025倍から1.0倍の範囲で含有させたも
のであることを特徴とする耐白錆性に優れた亜鉛系めっ
き鋼板の製造方法を提供するものである。
【0015】さらに、本発明は、アルミニウムの無機塩
として硝酸アルミニウムを用いることを特徴とする耐白
錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法を提供するも
のである。
【0016】さらにまた、本発明は、前記加熱乾燥の温
度を200℃未満とすることを特徴とする耐白錆性に優
れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法を提供するものであ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。
【0018】本発明においては、ケイ酸エステルとアル
ミニウムの無機塩とをAl/(Al+Si)がモル比で
0.025〜0.75の範囲になるように含有した溶液
を、亜鉛系めっきが施された鋼板上に塗布し、その後加
熱乾燥する。
【0019】本発明では、このように、ケイ酸エステル
とアルミニウムの無機塩を混合した溶液を塗布すること
により、耐食性に優れた皮膜を得ることができる。その
理由は必ずしも明確ではないが、ケイ酸エステルを用い
ることで、その加水分解・縮合過程において、シロキサ
ン結合が形成され、それが薄膜化し、白錆抑制能が得ら
れ、さらにアルミニウムの添加により膜の均一性および
緻密性が向上し、もって耐食性が向上するものと考えら
れる。
【0020】ここで用いられるアルミニウムの無機塩と
しては、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸ア
ルミニウムなど種々のものを用いることができるが、中
でも硝酸アルミニウムが望ましい。その理由は、揮発性
の比較的高い硝酸根が加熱工程で皮膜から揮発し、皮膜
のネットワークの成長に悪影響を与えないことなどが考
えられる。
【0021】ケイ酸エステルとしては、Si(OCn
2n+14 で表される構造の化合物を使用することができ
る。例えば、メチルシリケート、エチルシリケート、n
−ブチルシリケート等が挙げられる。コスト面から考慮
すると、比較的安価であるエチルシリケートを用いるこ
とが望ましいが、これに限定されるものではない。
【0022】ケイ酸エステルとアルミニウムの無機塩と
の比率を、Al/(Al+Si)がモル比で0.025
〜0.75の範囲になるように規定したのは、モル比が
0.025よりも低い場合および0.75よりも高い場
合には、上記範囲内の場合よりも耐食性が大きく低下
し、白錆抑制能力が不十分であることが確認されたから
である。ここで、このようにAl/(Al+Si)によ
って耐食性が変化するメカニズムについては現状では明
らかではないが、得られたAl−Si系皮膜の皮膜構造
に依存するものと考えられる。
【0023】また、湿式タイプのコロイダルシリカをケ
イ酸エステルの添加モル数に対し0.025倍から1.
0倍の範囲で含有させることで、さらに耐食性を向上さ
せることができる。ここで、この添加量が0.025倍
未満であるとコロイダルシリカ添加による効果はほとん
どみられず、また、1.0倍を越えると白錆抑制効果が
みられなくなる。この理由は、過剰のコロイダルシリカ
が皮膜のネットワーク構造の形成を阻害するためと推定
される。また、効果が発揮されるメカニズムについて
は、現状では必ずしも明確ではないが、コロイダルシリ
カによるAl−Siネットワーク構造の強化や、腐食時
における緻密な腐食生成物(塩基性塩化亜鉛)の形成に
よる腐食抑制効果などが考えられる。
【0024】上記溶液に用いる有機溶媒は、特に限定さ
れるものではないが、例えば、メタノール、エタノー
ル、ブタノール、プロパノール、メチルセルソルブ、エ
チルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソル
ブ、エチレングリコール、ジホルムアルデヒドメトキシ
エタノールなど、ケイ酸エステル、アルミニウム塩を溶
解させ得るものを使用することができ、また、1,4ジ
オキサンのような非極性の溶媒でも、アルコールのよう
な極性溶媒との組み合わせにより使用することができ
る。また、水もアルコール等の組み合わせにより使用す
ることができる。
【0025】コロイダルシリカとしては、分散媒が有機
溶媒であるオルガノシリカゾル(例えば、日産化学
(株)製のオルガノシリカゾルIPA−ST)が望まし
いが、水性シリカゾルも使用することができ、特に限定
されるものではない。
【0026】溶液を塗布する方法としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、ロールコーターを用いる
方法、処理液に浸漬する方法、スプレーする方法などを
挙げることができる。
【0027】上記のようにして溶液を塗布した後、加熱
乾燥を行って皮膜を形成するが、この際の加熱温度は、
Al−Si系皮膜の耐食性に影響を与える。この温度が
200℃以上でも白錆抑制能は十分に高いが、この温度
以上に加熱温度を上げることにより耐食性が低下する傾
向にあるため、加熱温度は200℃未満が好ましい。こ
のように加熱温度を上げると耐食性が低下するのは、有
機溶媒の急激な蒸発に伴い生じるピンボール数の増加や
皮膜の硬質化に伴う加工部での皮膜剥離面積の増加によ
るものと推測される。いずれにせよ、本発明の処理は亜
鉛系めっき上の化成処理であるから、その処理温度の上
限は、亜鉛めっきおよびその基板である鋼板の熱拡散が
急速に生じる温度により規定され、約350℃がその上
限となると考えられる。
【0028】本発明の亜鉛系めっき鋼板としては、電気
めっき法による亜鉛めっき鋼板、亜鉛−ニッケル合金め
っき鋼板、溶融めっき法による亜鉛めっき鋼板、合金化
亜鉛めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛系めっき鋼板など
を挙げることができるが、これに限定されるものではな
い。
【0029】
【実施例】
(第1実施例)板厚が0.7mmでめっき付着量片面あ
たり20g/m2 の電気亜鉛めっき鋼板、板厚が0.7
mmでめっき付着量片面あたり20g/m2 の電気亜鉛
−ニッケル合金めっき鋼板(ニッケル含有率13%)、
板厚が0.7mmでめっき付着量片面あたり60g/m
2 の溶融亜鉛めっき鋼板、板厚が0.7mmでめっき付
着量片面あたり45g/m2 の合金化溶融亜鉛めっき鋼
板、板厚が0.7mmでめっき付着量片面あたり80g
/m2 の溶融アルミニウム−亜鉛めっき鋼板(アルミニ
ウム含有率55%)を準備し、これらに表1に示す組成
のケイ酸エチル、硝酸アルミニウムを溶解させたエタノ
ール溶液をロールコーターによって塗布した後に、熱風
乾燥炉により加熱温度を変化させて加熱乾燥処理を施
し、実施例1〜21および比較例1〜4の皮膜を形成し
た。その際の加熱温度を表1に併記した。この際の化成
処理皮膜の付着量は処理液の固形成分、またはロールコ
ーターの塗布条件によって変えることができるが、ここ
で作成したサンプルの付着量は実施例1〜13,16〜
21、および比較例1〜4については、SiおよびAl
の合計量で換算して100mg/m2 程度とした。また
実施例14では50mg/m2 、実施例15では140
mg/m2 程度とした。鋼板に関しては、上述の鋼板の
うち実施例1〜15と比較例1〜4については電気亜鉛
めっき鋼板、実施例16〜18は溶融亜鉛めっき鋼板、
実施例19は電気亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、実施
例20は溶融アルミニウム−亜鉛めっき鋼板、実施例2
1は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いた。
【0030】これらのサンプルについて塩水噴霧試験
(JIS−Z−2371)を実施し、48時間、72時
間後の白錆発生面積率を調べ、これにより耐白錆性を評
価した。その結果を表1に示す。
【0031】なお、表1の耐白錆性は、以下の基準によ
り評価した。
【0032】 白錆発生面積率 評価点 0〜 5% ◎ 5〜25% ○ 25〜50% △ 50〜80% × 80〜100% ×× 表1に示すように、本発明の範囲内である実施例1〜2
1はいずれも良好な耐白錆性を示したのに対し、比較例
1〜4はいずれも耐白錆性が悪いことが確認された。
【0033】
【表1】
【0034】(第2実施例)板厚が0.7mmでめっき
付着量片面あたり20g/m2 の電気亜鉛めっき鋼板上
に、ケイ酸エチル、硝酸アルミニウムをAl/(Al+
Si)のモル比が0.5の一定値となるようにして含有
し、溶媒として表2に示す種々のものを用いた溶液をロ
ールコーターによって塗布した後に、熱風乾燥炉により
加熱温度を変化させて加熱乾燥処理を施し、実施例22
〜31の皮膜を形成した。その際の加熱温度を表2に併
記した。ここで作成したサンプルの化成処理で皮膜の付
着量は、SiおよびAlの合計量で換算して100mg
/m2 程度とした。
【0035】これらのサンプルについて、第1実施例と
同様、塩水噴霧試験(JIS−Z−2371)を実施
し、48時間、72時間後の白錆発生面積率を調べ、こ
れにより耐白錆性を評価した。その結果を表2に示す。
なお、評価基準は第1実施例と同様とした。
【0036】表2に示すように、本発明の範囲内であれ
ば、溶媒の種類にほとんど影響されずに良好な耐食性を
示すことが確認された。
【0037】
【表2】
【0038】(第3実施例)板厚が0.7mmでめっき
付着量片面あたり20g/m2 の電気亜鉛めっき鋼板上
に、実施例32〜35としてケイ酸エチル、およびアル
ミニウムの無機塩を本発明の範囲内で溶解させた溶液を
ロールコーターによって塗布した後に、熱風乾燥炉によ
り150℃で加熱乾燥処理を施し、皮膜を形成した。比
較のために、Al源としてAlアセチルアセテートを用
いた比較例5、およびSi源としてリチウムシリケー
ト、ナトリウムシリケートを用いた比較例6,7につい
ても同様にして皮膜を形成した。ここで作成したサンプ
ルの化成処理で皮膜の付着量は、SiおよびAlの合計
量で換算して100mg/m2 程度とした。
【0039】これらのサンプルについて、第1実施例と
同様、塩水噴霧試験(JIS−Z−2371)を実施
し、48時間、72時間後の白錆発生面積率を調べ、こ
れにより耐白錆性を評価した。その結果を表3に示す。
なお、評価基準は第1実施例と同様とした。
【0040】表3に示すように、本発明の範囲内である
実施例32〜35では良好な耐白錆性が得られたが、ア
ルミニウムの無機塩の代わりにアルミニウムの有機塩を
用いた比較例5、およびケイ酸エステルの代わりにリチ
ウムシリケート、ナトリウムシリケートを用いた比較例
6,7は白錆抑制能はほとんど得られず、鋼板全面に白
錆が発生した。
【0041】
【表3】
【0042】(第4実施例)板厚0.7mmでめっき付
着量片面あたり20g/m2 の電気亜鉛めっき鋼板上
に、実施例36〜48としてケイ酸エチル、硝酸アルミ
ニウム、およびコロイダルシリカを本発明の範囲内で溶
解させた溶液をロールコーターによって塗布した後に、
熱風乾燥炉により100℃で加熱乾燥処理を施し、皮膜
を形成した。ここで作成したサンプルの化成処理で皮膜
の付着量は、SiおよびAlの合計量で換算して100
mg/m2 程度とした。
【0043】これらのサンプルについて、第1実施例と
同様、塩水噴霧試験(JIS−Z−2371)を実施
し、48時間、72時間後の白錆発生面積率を調べ、こ
れにより耐白錆性を評価した。その結果を表4に示す。
なお、評価基準は第1実施例と同様とした。
【0044】表4に示すように、コロイダルシリカを本
発明の範囲内で添加することにより良好な白錆性を示す
ことが確認された。
【0045】
【表4】
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ケイ酸エステルとアルミニウムの無機塩とを一定範
囲で含有した溶液を亜鉛系めっきが施された鋼板上に塗
布し、その後加熱乾燥するという方法により、耐白錆性
に優れた亜鉛系めっき鋼板が得られ、しかもこのように
して形成された化成処理皮膜は工業上安全で無公害であ
るという産業上極めて有意義な効果をもたらすものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−118989(JP,A) 特開 昭59−177377(JP,A) 特開 昭53−102934(JP,A) 特開 昭59−35682(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 22/00 - 22/86 C23C 2/06 C23C 2/26 C25D 5/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケイ酸エステルとアルミニウムの無機塩
    とをAl/(Al+Si)がモル比で0.025〜0.
    75の範囲になるように含有した溶液を、亜鉛系めっき
    が施された鋼板上に塗布し、その後加熱乾燥することを
    特徴とする耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記処理液が、湿式タイプのコロイダル
    シリカを、ケイ酸エステルの添加モル数に対し0.02
    5倍から1.0倍の範囲で含有させたものであることを
    特徴とする請求項1に記載の耐白錆性に優れた亜鉛系め
    っき鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 アルミニウムの無機塩として硝酸アルミ
    ニウムを用いることを特徴とする請求項1または請求項
    2に記載の耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 加熱乾燥の温度を200℃未満とするこ
    とを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項
    に記載の耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580935B (zh) * 2009-06-24 2010-09-15 昆明理工大学 一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺

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CN101580935B (zh) * 2009-06-24 2010-09-15 昆明理工大学 一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺

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