JP3828864B2 - 着色表面処理鋼板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田性に優れた有色の表面処理皮膜をめっき鋼板に形成させてなる着色表面処理鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属容器、電子部品基板、家電機器シャーシ、キャビネットなどの用途に適用する表面処理鋼板においては、装飾的観点から、黒色、白色、灰色などの無彩色、赤色、青色、黄色、緑色、茶色、ピンク色などの彩色に着色した表面処理皮膜を有する着色表面処理鋼板が用いられるようになってきている。これらの用途に用いられる表面処理鋼板は、所定の形状に成形加工した後の接着が必要な箇所、または他の部品や部材との接着に半田付けが行われる場合があるが、従来の着色表面処理鋼板においては着色した有色の表面処理皮膜の半田濡れ性が不良であり、半田付けが必要とされる用途に適用することができなかった。
【０００３】
従来技術として、鋼板上に錫めっきを施し、次いで錫めっき上に亜鉛、ニッケル、コバルトのいずれか１種以上を主成分とするめっき、または亜鉛、ニッケル、コバルトのいずれか１種以上に錫、鉄、鉛、銅のいずれか１種以上を含有してなる、錫の標準電極電位より卑な電位を示す合金めっきを施した、半田用二層めっき鋼板が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このめっき鋼板はクロメート処理皮膜のような耐食性に優れた保護皮膜層を有していないため、耐食性が十分ではなく、腐食生成物の皮膜が生成することにより、半田濡れ性も劣化するおそれがある。
【０００４】
また、鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層、または表面にＮｉめっきまたはＦｅ−Ｎｉ拡散層のいずれかからなる表面処理層を形成させた表面処理鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金層を形成させ、これらのＳｎ−Ｚｎ合金層上にリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜を形成させてなる環境対応型電子部品用表面処理鋼板が開示されている（例えば、特許文献２参照）。このリン酸マグネシウムを主体とする無機皮膜もＳｎ−Ｚｎ合金に対して高耐食性を付与することはできるが、その安定さ故に、特に塩素を含まない弱活性または非活性のフラックスを使用した場合の半田性に乏しい欠点を有している。
【０００５】
本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−２７７７８６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４９８８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半田付けが可能な優れた半田濡れ性を有する着色表面処理鋼板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の着色表面処理鋼板は、めっき鋼板上に、メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒未満であり、着色顔料、水溶性ロジン、酸化防止剤、防錆剤と水分散性シリカを含有させた水系ウレタン樹脂を塗布し乾燥してなる有色の表面処理皮膜または着色顔料、水溶性ロジン、酸化防止剤、防錆剤と水分散性シリカを含有させた水系アクリル樹脂を塗布し乾燥してなる有色の表面処理皮膜を形成したことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の着色表面処理鋼板においては、
めっき鋼板が、鋼板上に亜鉛層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上に錫層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上に亜鉛−錫合金層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上に鋼板側から順に錫層と亜鉛層の二層めっき層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上に鋼板側から順に亜鉛層と錫層の二層めっき層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上に銅層を形成させてなるめっき鋼板、または
めっき鋼板が、鋼板上にニッケル層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の着色表面処理鋼板においては、前記着色顔料が黒色顔料であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、半田濡れ性に優れる水系ウレタン樹脂や水溶化ロジンを含有する水系アクリル樹脂、またはこれらの樹脂にさらに防錆剤、水分散性シリカ、酸化防止剤などを含有させた樹脂に、無彩色や彩色の着色顔料をさらに含有させ、めっき鋼板に塗布し乾燥させて有色の表面処理皮膜を形成させることより、メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒未満の優れた半田濡れ性を有し、かつ色彩が鮮明で装飾性に優れた着色表面処理鋼板が得られた。
【００１４】
有色の表面処理皮膜を形成させるめっき鋼板のめっき層としては、亜鉛、錫、銅、ニッケル、ビスマスなどの純金属の単層、またはこれらの純金属を２層以上重ねて形成させた複層のめっき層、亜鉛−錫、亜鉛−銅、亜鉛−ニッケル、亜鉛−アルミニウム、亜鉛−鉄あるいは亜鉛−コバルトなどの亜鉛合金、錫−ニッケル、錫−銅あるいは錫−鉄などの錫合金、銅−ベリリウムや銅−ニッケルなどの銅合金などの合金めっき層など、用途に応じて選択可能である。鋼板上へのめっき層の形成は、溶融めっき、または電気めっきなどを適宜選択することができる。めっき層を形成させた鋼板は、そのままめっき層上に下記の有色の表面処理皮膜を形成させる基板としてのめっき鋼板としてもよいが、めっき層を形成させた後加熱して、単層のめっき層を溶融させて光輝化したり、また複層めっきのめっき層を溶融させて合金化して単層の合金層としたり、めっき層同士または鋼板とめっき層の間でそれぞれの金属を固相拡散させるなどして、表面処理皮膜を形成させる基板としてのめっき鋼板としてもよい。
【００１５】
次いで、これらの金属からなるめっき層を形成させためっき鋼板上に、着色顔料を含有させた表面処理皮膜を形成させる。表面処理皮膜としては、水系ウレタン樹脂または水溶化ロジンを含有させた水系アクリル樹脂を用いることが好ましい。これらの水系樹脂の濃度としては、１００〜９００ｇ／ｌの範囲であることが好ましい。着色顔料としては有機系、無機系のいずれも適用可能であり、黒色、白色などの無彩色、赤色、青色、黄色などの彩色の顔料を１種または２種以上添加して好みの色を発色させる。樹脂中へ添加する量は樹脂の固形分に対して１〜５０重量％であることが好ましい。含有量が１重量％未満では色によっては色調の鮮明性に乏しく、５０重量％を超えるとハンダ性が不良となり、また耐食性が著しく低下する。より好ましい添加量は３〜３０重量％である。
【００１６】
上記の着色顔料を含有させた水系ウレタン樹脂または水溶化ロジンを含有させた水系アクリル樹脂に、さらに防錆剤、水分散性シリカを含有させてめっき鋼板の耐食性を向上させ、その上さらに酸化防止剤などを含有させることにより、半田濡れ性を向上させることができる。水系ウレタン樹脂を用いる場合、防錆剤としては、有機アミン石けんの単独あるいは混合したものを使用する。有機アミン石けんにはドテシルアミン、オレオイルイミダゾリン、アミノプロピル牛脂アミン、ロジンアミンが含まれ、アミンはカルボン酸などと造塩して使用することが出来る。スチレン・無水マレイン酸共重合体としては、スチレン・無水マレイン酸共重合アルキルエステル・アンモニウム塩が好ましい。上記の濃度の樹脂液に添加する量は１０〜１００ｇ／ｌであることが好ましく、１０ｇ／ｌ未満では、耐食性向上に効果が認められず、１００ｇ／ｌを越えると耐食性向上効果は極めて良好であるが、半田性が低下するので好ましくない。
【００１７】
水分散性シリカは、上記の濃度の樹脂液に１０〜４００ｇ／ｌ添加するのが好ましい。１０ｇ／ｌ未満では、耐食性の向上に効果がなく、４００ｇ／ｌを越えると半田濡れ性が著しく低下する。半田濡れ性を重要視する場合には、めっき鋼板に付着した量を、シリコンとして１０〜４００ｍｇ／ｍ² の範囲にするのが好ましい。より半田濡れ性を重要視する場合は、１０〜１００ｍｇ／ｍ² の範囲が好ましい。水分散性シリカとしては、シリカの表面にアルミニウムをコーティングしたものが分散作用を有しており、特に好ましい。シリカの粒径としては、分散性の点で小さい方が好ましく、１００ｎｍ以下、より好ましくは６０ｎｍ以下である。
【００１８】
上記のように着色顔料を含有させ、さらに防錆剤と水分散性シリカを含有させた水系ウレタン樹脂に、またさらに酸化防止剤を含有させることにより、半田濡れ性を向上させることができる。酸化防止剤としては、硫黄系酸化防止剤などもあるが、フェノール系酸化防止剤またはリン系酸化防止剤が好ましく、両者を併用してもよい。添加量としては０．５〜１００ｇ／ｌであることが好ましい。０．５ｇ／ｌ未満では、耐酸化性向上に効果が認められず、１００ｇ／ｌを超えると液の粘度が上昇して塗布が困難になるので好ましくない。
【００１９】
水系アクリル樹脂を用いる場合、防錆剤としては、水系ウレタン樹脂に用いたものと同様の有機アミン石けんの単独あるいは混合したものを、水系ウレタン樹脂の場合と同様の添加量で上記の濃度の樹脂液に添加する。
【００２０】
水溶性ロジンは、ロジンの主成分であるアビエチン酸分子内のカルボン酸基をアミン塩などにより中和してロジン石鹸とする方法により得られたものを、特に経時後の半田濡れ性を向上させるために水系アクリル樹脂中に含有させる。上記の樹脂液中に５０〜６００ｇ／ｌの範囲で添加するのが好ましい。５０ｇ／ｌ未満では経時後の半田濡れ性が不十分であり、６００ｇ／ｌを越えると高粘度となり、ゲル化しやすく塗布が困難になる。
【００２１】
水分散性シリカは、水系ウレタン樹脂に用いたのと同様のものを、上記の濃度の樹脂液に１０〜２００ｇ／ｌ添加するのが好ましい。１０ｇ／ｌ未満では、耐食性の向上に効果がなく、２００ｇ／ｌを越えると、半田濡れ性が著しく低下する。
【００２２】
上記のように着色顔料を含有させ、さらに防錆剤と水分散性シリカ、さらに水溶性ロジンを含有させた水系アクリル樹脂に、またさらに酸化防止剤を含有させることにより、半田濡れ性を向上させることができる。酸化防止剤としては、硫黄系酸化防止剤などもあるが、フェノール系酸化防止剤またはリン系酸化防止剤が好ましく、両者を併用してもよい。添加量としては０．５〜１００ｇ／ｌであることが好ましい。０．５ｇ／ｌ未満では、耐酸化性向上に効果が認められず、１００ｇ／ｌを超えると液の粘度が上昇して塗布が困難になるので好ましくない。
【００２３】
上記のようにして得られた何れかの樹脂液を、上記のめっき鋼板の片面あるいは両面に塗布する。この場合、表裏面で塗布膜厚を変えてもよい。塗布する方法としては、浸漬法、ロールコート法、カーテンフローコート法、スプレーコート法など、公知の方法を用いることができる。しかし、両面塗布を行う場合、本処理液が水系であることを活かして、連続めっき工程の後工程において、浸漬・絞りによる塗布を行う方法が容易で経済的である。これらのいずれかの塗布方法を用いて塗布した後、乾燥させてめっき鋼板上に有色の表面処理皮膜を形成させ、着色表面処理鋼板とする。乾燥後の皮膜厚さは０．０５〜１０μｍであることが好ましい。皮膜の厚みが０．０５μｍ未満の場合は、十分な半田濡れ性が得られない。また、手指で触れた場合に指紋が付きやすく、耐食性が著しく劣る。１０μｍを越える場合は、これらの特性向上の効果が飽和し、コストメリットがなくなる。
【００２４】
このようにして得られる本発明の着色表面処理鋼板は、以下に示すメニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）による半田濡れ性が１０秒未満であることが好ましい。メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒を超える場合は、加熱溶融した半田が着色表面処理鋼板の表面に十分に広がらず、半田付けする相手材との十分な接着力が得られない。メニスコグラフ法による半田濡れ性の測定は、以下のようにして行う。すなわち、ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を使用し、上記の着色表面処理鋼板から切り出した幅１０ｍｍのサンプルをフラックスに浸漬し、その後２５０℃に保持した半田浴（ＪＩＳ Ｚ ３２８２：Ｈ６０Ａ）に前記のフラックスを塗布したサンプルを浸漬速度２ｍｍ／秒で、２ｍｍ浸漬させ、半田が濡れるまでの時間ゼロクロスタイムを測定し、半田濡れ性（秒）とする。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２６】
焼鈍および調質圧延を施した鋼板（板厚０．５ｍｍ）をめっき原板として、アルカリ脱脂、および硫酸酸洗による清浄化処理を行った後、表１に示す金属または合金を、表１に示すめっき法を用いて表１に示すめっき量でめっきし、めっき番号Ａ〜Ｋで示すめっき鋼板を作製した。これらのめっき鋼板の両面に、表２に示す黄、黒、赤系の着色顔料を含有する樹脂液を浸漬・絞り法を用いて塗布した後、９０℃の温度で乾燥し、試料番号１〜２０の試料を作製し、下記の特性評価を行い、表３にその評価結果を示した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
[特性評価]
１）半田濡れ性：
ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を用い、メニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）により評価した。すなわち、試料番号１〜２０の試料から幅１０ｍｍの試片を切り出し、表３に示すように塩素を含まない弱活性フラックス（ラピックスＲＭＡ、日本半田工業製）に浸漬し、その後２５０℃に保持した半田浴（ＪＩＳ Ｚ ３２８２：Ｈ６０Ａ）に前記のフラックスを塗布した試片を浸漬速度２ｍｍ／秒で、２ｍｍ浸漬させ、半田が濡れるまでの時間ゼロクロスタイムを測定し、下記に示す基準で半田濡れ性を評価した。濡れ時間は短い程半田付け性に優れることを示す。なお、試験は試料作製直後と恒温恒湿（６０℃、９５％ＲＨ）で５００時間経時後の２通りで行った。×以外を合格範囲とした。
◎：３秒未満
○：３〜５秒未満
△：５〜１０秒未満
×：１０秒以上
【００３１】
２）色彩鮮明性：
試料番号１〜２０の試料について分光測色計（ＭＯＤＥＬ：ＣＭ−３５００ｄ、ミノルタ（株）製）を用い、Ｌ値、ａ値、ｂ値を測定し、それぞれの測定値が表４に示すそれぞれの値の範囲内にあるものを合格基準とし○で示した。合格基準をはずれる値のものを不合格として×で示した。
【００３２】
【表４】

【００３３】
３）耐食性：
試料番号１〜２０の試料について、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて塩水噴霧試験を４８時間行い、赤錆の発生程度を肉眼観察し、下記に示す基準で耐食性を評価した。×以外を合格範囲とした。
○：赤錆の発生は認められない。
△：試料表面の一部にわずかな赤錆の発生が認められる。
×：試料全面に赤錆の発生が認められる。
【００３４】
４）耐ホイスカー性：
試料番号１〜２０の試料から３０ｍｍ角の試片を切り出し、温度：８５℃、湿度：８５％ＲＨの高温高湿の雰囲気中で３０日間暴露した後のホイスカーの発生状況を走査電子顕微鏡を用いて１５００倍の倍率で観察し、下記の評価基準で耐ホイスカー性を評価した。◎および○を合格範囲とした。
◎：ホイスカーの発生は認められない。
○：１０μｍ未満の長さのホイスカーがわずかに発生しているのが認められる。
△：１０〜３０μｍの長さのホイスカーが発生しているのが認められる。
×：３０μｍを超える長さのホイスカーが発生しているのが認められる。
【００３５】
表３に示すように、本発明の試料は何れも、半田濡れ性、特に経時後の半田濡れ性、色彩鮮明性、耐食性、および耐ホイスカー性の項目の何れにおいても良好な性状を示した。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の着色表面処理鋼板は、無彩色や彩色の着色顔料を含有させた水系ウレタン樹脂や水溶化ロジンを含有させた水系アクリル樹脂であって、これらの樹脂にさらに防錆剤、水分散性シリカ、酸化防止剤を添加してなる樹脂液をめっき鋼板に塗布し乾燥させることにより、有色の表面処理皮膜を形成させてたものである。そのため、本発明の着色表面処理鋼板は、メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒未満の優れた半田濡れ性を有し、色彩が鮮明で装飾性にも優れ、かつ耐食性にも優れたものとなる。

Claims (10)

1. めっき鋼板上に、メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒未満であり、着色顔料、水溶性ロジン、酸化防止剤、防錆剤と水分散性シリカを含有させた水系ウレタン樹脂を塗布し乾燥してなる有色の表面処理皮膜を形成したことを特徴とする着色表面処理鋼板。
2. めっき鋼板上に、メニスコグラフ法による半田濡れ性が１０秒未満であり、着色顔料、水溶性ロジン、酸化防止剤、防錆剤と水分散性シリカを含有させた水系アクリル樹脂を塗布し乾燥してなる有色の表面処理皮膜を形成したことを特徴とする着色表面処理鋼板。
3. めっき鋼板が、鋼板上に亜鉛層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
4. めっき鋼板が、鋼板上に錫層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
5. めっき鋼板が、鋼板上に亜鉛−錫合金層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
6. めっき鋼板が、鋼板上に鋼板側から順に錫層と亜鉛層の二層めっき層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
7. めっき鋼板が、鋼板上に鋼板側から順に亜鉛層と錫層の二層めっき層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
8. めっき鋼板が、鋼板上に銅層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
9. めっき鋼板が、鋼板上にニッケル層を形成させてなるめっき鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。
10. 着色顔料が黒色顔料であることを特徴とする請求項１または２に記載の着色表面処理鋼板。