JP4163232B2

JP4163232B2 - 溶融亜鉛メッキ

Info

Publication number: JP4163232B2
Application number: JP2006531485A
Authority: JP
Inventors: 関蔵川崎; 信一藪田; 美治上坂
Original assignee: シーケー金属株式会社
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: WO2006025176A1; JPWO2006025176A1

Description

本発明は、溶融亜鉛メッキに関し、特に鉛レス、カドミウムレスの溶融亜鉛メッキ及びそのメッキ浴に係る。

溶融亜鉛メッキは耐食性及び密着性に優れ、また安価であることから鉄鋼材料への適用が普及している。

従来から使用されている溶融亜鉛メッキ用の亜鉛地金は、蒸留亜鉛地金（ＪＩＳＨ２１０７、一種）であり、この地金には通常Ｐｂ成分が１〜２質量％、Ｃｄ成分が１０００ｐｐｍレベルのオーダーで含有している。
それは、溶融亜鉛メッキにおいては、ある程度Ｐｂ成分を含有していないとメッキにタレ不具合が生じやすく、また密着性も劣るからである。
また、溶融亜鉛メッキ用の蒸留亜鉛地金には、Ｃｄ成分が不純物として多く含まれている。
最近、環境負荷物質低減要求の観点から、溶融亜鉛メッキ中の鉛（Ｐｂ）レス化及びカドミウム（Ｃｄ）レス化が要求されている。

そこで、本願発明者らは亜鉛の溶融メッキ操業温度で溶融状態になるビスマス（Ｂｉ）を鉛（Ｐｂ）の替わりに用いることを検討した結果、本発明に至ったものである。
なお、特開２００４−１１０１９号公報には、溶融亜鉛メッキ層と鋼材の間にＢｉのメッキ層を介在させる技術を開示するが、亜鉛メッキ層中にＢｉを含有するものではない。

特開２００４−１１０１９号公報

本発明は、背景技術に有する技術的課題に鑑みて、溶融亜鉛メッキ層中のＰｂレス化及びＣｄレス化が可能で、メッキ品質に優れたＢｉ含有溶融亜鉛メッキ技術の提供を目的とする。

本発明の技術的要旨は、溶融亜鉛メッキにおいて、メッキ層中にビスマス（Ｂｉ）成分が０．５〜５．００質量％含有していることを特徴とする。
メッキ層中にＢｉ成分を所定の割合含有させることにより、Ｐｂ成分を添加しなくても耐食性に優れ、外観品質のよいメッキ層が得られる。
メッキ層中のＢｉ成分含有量は、メッキ浴組成、溶融メッキ条件等の制御によりコントロールでき、溶融亜鉛中に溶け込むことができる最大のＢｉ成分量は浴温によって定まり過剰のＢｉは、メッキ釜の釜底に溶融ビスマス層を形成して鉄製の釜を亜鉛の浸食から保護する作用もある。
また、被メッキ材（鉄鋼材料等）のメッキ浴中の浸漬時間やメッキ浴から取り出した後の冷却速度によってもメッキ層中のＢｉ成分量が異なり、一般的には被メッキ材のメッキ浴への投入温度が浴温よりも低いのでメッキ浴中のＢｉ成分よりもメッキ層中のＢｉ成分量の方が低い値を示す場合が多く、メッキ浴中のＢｉ成分は０．５〜７質量％の範囲で含有するようにするのがよい。
メッキ浴中にＢｉ成分を所定の割合含有させることにより、メッキのつき廻り性がよくなることも明らかになった。
環境負荷物質の低減の観点から、鉛レス化、カドミウムレス化を図るべく、溶融亜鉛メッキ層中のＰｂ成分が０．１質量％以下、Ｃｄ成分が１００ｐｐｍ以下であることが望ましく、理想的にはメッキ層中のＰｂ成分が０．０１質量％以下、Ｃｄ成分が１０ｐｐｍ以下であるのがよい。
そのためには、メッキ浴のＰｂ成分が０．１質量％以下、Ｃｄ成分が１００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
このように、Ｐｂ及びＣｄ成分を低く抑えるには、亜鉛（Ｚｎ）地金として純度の高い電気亜鉛地金を用いるのが良い。
なお、電気亜鉛地金とは電気分解による精製工程を経た亜鉛地金をいう。
また、メッキ処理時のメッキタレを抑える観点からＡｌ又はＳｎ成分を０．００１〜０．１質量％（０．１を除く。）添加するとよく、耐食性のさらなる向上の観点からＣｕ成分を０．０１〜０．１質量％添加してもよい。

従来の溶融亜鉛メッキにおいては、メッキ品質の確保やメッキ操業装置（鉄釜）の保護の観点からＰｂ成分を含有させることが不可欠とされていたのに対して、本願に係る発明においては、メッキ層中のＢｉ成分を添加制御することでＰｂ成分を特に含まなくてもメッキ外観及び耐食性が優れ、メッキ浴中にＢｉ成分を所定量含有させることでメッキのつき廻り性がよい。

メッキ浴の浴組成の例を示す。図１に示したメッキ浴を用いて得られた溶融亜鉛メッキ層中の成分分析結果を示す。塩水噴霧試験結果を示す。メッキ皮膜の硫酸銅試験結果を示す。メッキ皮膜の断面写真例を示す。

鉄製の鍋に電気亜鉛地金を溶融し、所定の割合にビスマス（Ｂｉ）を添加して図１の表に示す各メッキ浴を建て、この各メッキ浴のＮＯ．及び浴温にて肉厚１．２ｍｍ鋼板を１分間浸漬処理し、得られた溶融亜鉛メッキ層中の各成分をメッキ浴のＮＯ．に対応して分析した値を図２の表に示す。
ここで、メッキ浴組成は亜鉛に溶けている浴中の分析値であり、鍋の釜底にはビスマス層が形成されていてもよい。
特に釜底の保護も目的にする場合には、釜底に積極的にビスマス層を形成させた方がよい。
分析方法としては、メッキ被覆層を酸溶液に溶解し、フレームレス原子吸光法にて測定した。
なお、比較のために従来の蒸留亜鉛地金を用いて、鉛（Ｐｂ）成分を含有したメッキ浴を比較例１として表中にそれぞれ示す。
溶融亜鉛メッキにおいては、浴温やメッキ後の冷却条件によりメッキ層中に含有するＢｉやＰｂ成分は異なる。
従って、本発明にて重要なのはメッキ層中のＢｉ、Ｐｂ、Ｃｄ等の成分量である。

図３に、３種類の形状の異なる鋼板製のサンプル品に対してＮＯ．２のメッキ浴条件を用いて溶融亜鉛メッキを施し、従来のメッキ浴を用いた比較品とともにＪＩＳＺ２３７１に基づいて塩水噴霧試験をした評価結果を示す。
本発明に係るメッキ処理品は塩水噴霧２４０時間赤錆が発生しなかったが、比較品では２４０時間でサンプルｃに赤錆が点状に発生し、本発明品はその後の赤錆の発生の進行が比較品より遅かった。
これにより、本発明に係る溶融亜鉛メッキ処理品（メッキ被覆物）は従来品よりも耐塩水噴霧性に優れていることが明らかになった。

図４に、鉄製の管継手（エルボ）を図１の表に示す各浴にてメッキ厚９０〜１００μｍネライの溶融メッキを施し、比較例１の浴による比較品とともに硫酸銅試験をした結果を示す。
なお、図４の表中、本発明の番号はメッキ浴の番号を示す。
硫酸銅試験とは、ＪＩＳＨ０４０１に基づくメッキ性態試験で、所定の試験液に１分間浸漬後、直ちに水中洗浄し、光輝のある金属銅が析出するまで試験を繰り返し、その回数を測定したものである。
なお、６回以上が製品品質上合格と判定できる。
表中、平均膜厚は、電磁膜厚計を用いてサンプル（エルボ管継手）毎にその外側表面５点測定した平均値の範囲を示す。
また、図５にメッキ層の断面写真例を示す。
この結果、図２のメッキ層の分析結果と合わせて考察すると、溶融亜鉛メッキ層中にＢｉ成分が０．０４質量％以上〜５．００質量％以下の範囲にて含有している場合に、Ｐｂ成分０．１質量％以下の鉛レスであっても充分なメッキ品質を有することが明らかになった。
この範囲では従来の鉛含有メッキよりも優れている。
また、安定したメッキ操業の観点からは、浴温約４６０°前後が好ましいのでメッキ層中のＢｉ成分は１．０〜２．５質量％の範囲になると推定される。
また、Ｂｉ成分は比較的高価であるのでＢｉ成分を低くする場合でもＢｉ成分を０．０５〜１．５質量％の範囲を確保するのが好ましく、品質の安定性の観点からはＢｉ成分を０．５〜２．５質量％の範囲にするのがよい。

本発明の特徴は、鉛レスにしてＢｉ成分を含有させた溶融亜鉛メッキにあるが、メッキのつき廻り性、メッキのタレ防止の観点からＡｌ（アルミニウム）成分０．００１〜０．１質量％、あるいはＳｎ成分０．００１〜０．１質量％程度添加してもよい。
例えば、図１に示すＮＯ．１０のメッキ浴にＡｌ又はＳｎを０．０１質量％添加し、鉄製の管継手を溶融メッキした結果、管継手の端部のメッキタレを抑えることができた。
また、Ｂｉ成分を含有したことにより従来品よりも耐食性に優れるが、耐食性のさらなる改善としてＣｕ成分０．０１〜０．１質量％添加してもよい。

本発明は、メッキ層中に実質的に鉛を含有しない溶融亜鉛メッキであり、耐食性及び密着性に優れているので、各種、鉄製材料及び鉄製製品のメッキとして利用できる。

Claims

メッキ層中にＢｉ成分が０．５〜５．００質量％含有し、Ａｌ成分の含有量が０．１質量％未満で、Ｐｂ成分が０．１質量％以下及びＣｄ成分が１００ｐｐｍ以下で、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする溶融亜鉛メッキ被覆物。
メッキ層中にＢｉ成分が０．５〜５．００質量％含有し、Ａｌ成分の含有量が０．１質量％未満で、Ｐｂ成分が０．１質量％以下及びＣｄ成分が１００ｐｐｍ以下で、Ｓｎ成分０．００１〜０．１質量％とＣｕ成分０．０１〜０．１質量％のうち、どちらか一方又は両方を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする溶融亜鉛メッキ被覆物。
浴中に溶けているＢｉ成分が０．５〜７．００質量％の範囲で、Ａｌ成分が０．１質量％未満で、Ｐｂ成分が０．１質量％以下及びＣｄ成分が１００ｐｐｍ以下で、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする溶融亜鉛メッキ浴。
浴中に溶けているＢｉ成分が０．５〜７．００質量％の範囲で、Ａｌ成分がが０．１質量％未満で、Ｐｂ成分が０．１質量％以下及びＣｄ成分が１００ｐｐｍ以下で、Ｓｎ成分０．００１〜０．１質量％とＣｕ成分０．０１〜０．１質量％のうち、どちらか一方又は両方を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物であることを特徴とする溶融亜鉛メッキ浴。