JP4778083B2 - 溶射被覆性に優れた溶融亜鉛めっき部材 - Google Patents

Description

本発明は、溶射被覆の密着性等に優れた溶融亜鉛めっき処理鉄鋼部材及びそれを用いた鉄鋼部材の接合構造に関する。

橋梁や建築物等の鉄鋼構造物においては、鉄鋼素材の長期防錆を目的に、Ｚｎ−Ａｌ系又はＡｌ−Ｍｇ系の合金からなる溶射材を用いて溶射被覆することが行われている。
鋼桁等の技術分野においても長期防錆を目的に溶射被覆が検討され、鋼桁本体は溶射被膜形成されているものの、桁の接合部に従来の溶融亜鉛めっきボルトが使用されているので接合部の長期防錆が不充分であった。
その最大の理由は、高力ボルトに予めＡｌ−Ｍｇ系合金等の溶射をすると、締め付け後に溶射膜によるレラクゼーションが生じ、締付軸力の低下が問題となるからである。
一方、従来の溶融亜鉛めっき高力ボルトで締め付け後に溶射被覆を行うと、めっき表面との密着性が悪いために、溶射膜が剥離し、良好な溶射被覆ができない。

特開２００６−３７２１７号公報には、溶融亜鉛めっきをした鉄製品の地際部分にサンドブラストをかけ、その後に亜鉛を溶射で厚く付ける方法を開示する。
しかし、やはり密着性に問題があり、上記のような接合部には適用できない。

特開２００６−３７２１７号公報

本発明は溶射被覆性に優れた溶融亜鉛めっき部材及びそれを用いた鉄鋼部材の接合方法の提供を目的とする。

従来の溶融亜鉛めっきをした表面に溶射被覆をすると、何故、溶射膜が剥離するのかを検討すべく、従来の溶融亜鉛めっき被膜の化学成分を分析調査した。
その結果、質量％で、Ｐｂ：１．０％，Ｃｄ：０．１２％，Ｓｎ：０．０５４％と低融点成分が比較的多く含有されていて、その面分析写真を図１２に示す。
Ｐｂ，Ｃｄ，ＳｎはＺｎと化合物を作らずに、局部的に濃度の高い状態で点在しているために、溶射時の熱でこれらの低融点成分がガス化し、溶射膜が剥離するものと推定された。

本発明は上記のような観点からなされたもので、本発明に係る溶射被覆性に優れた溶融亜鉛めっき部材は、鉄鋼素材に溶融亜鉛めっきを施した部材であって、溶融亜鉛めっき被膜中の［Ｐｂ＋Ｃｄ＋Ｓｎ＋Ｂｉ］合計成分量が０．１６質量％以下であることを特徴とする。
ここで溶融亜鉛めっき被膜中に含有する低融点成分のうち、Ｐｂ成分が０．００８質量％以下、Ｃｄ成分が０．００２質量％以下、Ｓｎ成分が０．００２質量％以下、Ｂｉ成分が０．１５質量％以下に制御されたものであることが好ましい。
低融点成分とは、Ａｌ−Ｍｇ系合金又はＺｎ−Ａｌ系合金の溶射材を用いて溶射をする際の温度上昇にてガス化する成分をいい、示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）にて概ね３８０℃以下で吸熱特性を示す成分をいう。

このような低融点成分の量を少なく抑えた溶融亜鉛めっきは、その上に溶射しても密着性に優れ、本発明に係る防錆力に優れた鉄鋼製品の表面被覆構造は、Ｐｂ成分が０．００８質量％以下、Ｃｄ成分が０．００２質量％以下、Ｓｎ成分が０．００２質量％以下、Ｂｉ成分が０．１５質量％以下で、Ａｌ成分が０．００１〜０．１質量％、Ｃｕ成分が０．００５〜０．４質量％、残部がＺｎと不可避的不純物であるめっき浴を用いて鉄鋼素材に溶融亜鉛めっきを施し、その上に、溶射により溶射被膜を形成したことを特徴とする。
これにより、上記溶融亜鉛めっきを施した接合部材で、他の鉄鋼部材を接合した後に、その接合部材を溶射により溶射被膜を形成することもできる。
なお、溶射前に溶融亜鉛めっきの表面をシンナーなどの溶剤で軽く拭くことがこのましく、軽度のブラスト処理をするのが望ましい。
さらにはブラスト処理後に化成被膜による一次防錆処理（化成被膜による短期防錆処理）すると、溶射前に屋外曝露しても密着性を維持できるので、現地で接合後、所定の日数以内に溶射をすれば良く、現場施工性に優れる。

本発明においては、溶融亜鉛めっき中の３８０℃以下で吸熱特性を示すような低融点成分を所定の濃度以下に抑えたので、その上に溶射する場合にガス化現象が発生しにくくなり、良好な溶射被覆構造が得られる。
これにより、鉄鋼製品及びその接合部の長期防錆が可能になる。
さらには、上記溶融亜鉛めっき後に、化成被膜による一次防錆処理（短期防錆）をすれば、めっき表面に屋外曝露による白錆発生を抑えることができる。

評価に用いた溶融亜鉛めっきの成分表を示す。 テストピースの大きさを示す。 テストピースの溶射条件及び評価方法を示す。 評価結果を示す。 ＤＳＣ測定結果を示す。 評価した溶射条件を示す。 溶射条件と溶射膜の密着性の評価結果を示す。 めっき後の処理条件と、その密着性の評価条件を示す。 １次防錆処理の有無による溶射膜の密着性評価結果を示す。 屋外曝露期間の影響を調査した結果を示す。 めっき被膜中の化学成分と溶射膜の密着性評価結果を示す。 従来の溶融亜鉛めっきの断面面分析結果を示す。

本発明の内容を以下、実施例に基づいて具体的に説明をする。
図１に示すような組成の溶融亜鉛めっき浴を用いて、図２に示すような大きさの鉄板に浴温４５０℃にて溶融亜鉛めっきをし、その後に図２に示したように右側はシンナー拭きを施し、左側はアランダム＃６０（三昌研磨材株式会社）にて軽くエアーブラスト処理を施した。
このテストピースにＡｌ−５％Ｍｇ，φ１．６の溶射材を用いてプラズマ溶射（ｐｗ溶射）にて溶射膜を被覆し、その溶射膜の外観評価と密着力測定（テクノテスターＲ−２０００Ｄを用いた）を実施した。
その条件を図３に表に示し、測定結果を図４に示した。
図４中、測定位置ａ，ｂ，ｃ，ｄは図２に示した部分であり、ａ，ｂは軽くブラスト処理した部分でｃ，ｄはシンナー拭きした部分に担当する。
ＴＰＮｏ．はめっき浴のＮｏ．に対応し、溶射膜の膜厚は、測定トータル膜厚からめっき被膜の膜厚を差し引いて求めた。
なお、従来の溶融亜鉛めっきによる比較例１（段落０００６に示しためっき被膜）は溶射膜が剥離し、溶射そのものが実施できなかった。
この結果、本発明品はシンナー拭きによる脱脂処理のみでも溶射時の焦や、溶射被膜の弾きが比較例に比べて格段に少なかった。
但し、ＮＯ．１及び２は脱脂のみでは不充分で軽くブラスト処理するのが好ましいことが明らかになった。
ＮＯ．３及び４が脱脂のみでもある程度の密着性が認められることから、Ｃｕ成分の影響もあることが推定され、Ｃｕ成分は高温酸化を抑え、ＮＯ．５からはＣｕ成分が０．５％では過剰であることが推定できた。

次に溶融亜鉛めっき被膜の示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）結果を図５に示す。
図５（ａ）は本発明ＮＯ．４に相当し、図５（ｂ）は比較例に相当する。
この結果、本発明は低融点成分による吸熱現象が認められなかった。

次に、図１に示しためっき浴Ｎｏ．４を用いて膜厚４５〜５５μｍの溶融亜鉛めっき処理した試験片を用いて溶射条件による密着性の違いを調査した。
その条件を図６の表に示す。
溶融亜鉛めっきの後に軽くブラスト処理を施した上にガスフレーム溶射、アーク溶射、及びプラズマ溶射による溶射した溶射膜の密着性を評価するに当たり、ブラスト処理後に所定の日数をおいてから現地にて溶射することが想定される。
そこで、屋外曝露を促進させる目的で、ブラスト処理しためっき板の上に、精製水を霧吹きにて吹きかけ、２４時間、屋外放置したものと、ブラスト処理後にすぐに溶射したものとを比較した。
その結果を図７の表に示す。
精製水を散布し、２４時間屋外放置したものは密着性が低下する恐れがあることが明らかになった。

次に屋外曝露後に溶射しても密着性が確保できるように、溶射前の処理条件について調査した。
その処理条件及び密着性の評価結果を図８の表に示す。
表中、「めっき板仕様」は溶射前の試験片の作製条件を示す。
めっき浴Ｎｏ．３は図１の表に示すＮｏ．３のめっき浴を用いたものであり、この浴にＢｉ成分を０．１５質量％添加したものを合せて評価した。
同様にめっき浴Ｎｏ．４とは図１の表のめっき浴Ｎｏ．４を用いたことを示し、この浴にＢｉ成分を０．２質量％添加したものと比較評価した。
表中、「水冷有り、無し」は溶融亜鉛めっき後に水冷したものと空中放冷によりめっき表面にヤケを生じさせたものを比較調査した。
表中、「サンドブラスト＋白錆防止処理」とは、めっき表面にエアー噴射によるサンドブラスト処理した後に濃度０．１〜１％程度のタンニン酸水溶液に浸漬して、有機化成被膜処理したことを示す。
従って表中、「そのまま」とはこのサンドブラスト処理も白錆防止処理もしていなく、「サンドブラスト」とはサンドブラスト処理のみしたことを示す。
これらのいずれの試験片も精製水を噴霧し、２４時間屋外放置後にＡｌ−５％Ｍｇ合金の溶射材を用いてガスフレーム溶射した。
図８に示した密着性の評価結果を考察すると、溶融亜鉛めっき後に防錆処理することなく散水、２４時間屋外放置すると密着性が低下することからめっき後に所定の期間、屋外放置される場合に一次防錆処理すると良いことが明らかになった。
なお、サンドブラスト＋白錆防止処理（一次防錆処理）すると、めっき表面のヤケもその影響が小さくなることも明らかになった。
また、Ｂｉ成分を添加する場合には、Ｂｉ：０．１５％では密着性への影響は少ないが、Ｂｉ：０．２％では、溶射膜の密着性がやや低下した。

次に、溶射膜の密着性に対する白錆防止処理（１次防錆処理）の影響を調査した。
その条件及び評価結果を図９の表に示す。
表中、「めっき仕様」におけるめっき浴及び水冷工程の有無は図８の表と同様であり、表中、「白錆防止処理」において「Ｅ」と表示したものは０．１〜１．０％のタンニン酸水溶液に浸漬処理したものを示し、「Ｃ」はクロム酸水溶液によるクロメート処理したものを示す。
図９の表中、いずれの試験片もブラスト材としてホワイトアランダム＃２４（三昌研磨材株式会社）を用いて、軽くエアーブラスト処理（平均表面粗さＲａ：５〜３０μｍ）し、その後にタンニン酸処理あるいはクロメート処理し、精製水噴霧後２４時間屋外放置したものにＡｌ−５％Ｍｇ溶射材をガスフレーム溶射した。
この結果、溶融亜鉛めっき後に軽くブラスト処理し、化成被膜による１次防錆処理すれば、２４時間の曝露放置した後であっても溶射膜の密着性に優れることが明らかになり、その場合にめっき浴にＢｉ：０．１５％添加しても浴中のＰｂ成分が０．００８％以下、Ｃｄ成分０．００２％以下、Ｓｎ成分０．００２％以下であれば密着性に問題がないことが明らかになった。

溶射膜の密着性を確保できる条件が明らかになったので、次に屋外曝露期間の影響を確認調査した。
その条件及び評価結果を図１０の表に示す。
表中、屋外曝露期間は精製水の散水後の屋外放置日数を示し、その他の条件は図９の表に示したものと同じである。
この結果、散水後に１４日間屋外放置しても密着性の低下が認められなかった。
なお、密着力が３ＭＰａ以上であれば実用上、全く問題がないとされている。

これまでの試験、評価検討により溶融亜鉛めっき後の処理条件が明確になったことから、溶融亜鉛めっき被膜中の低融点成分の影響を再調査した。
調査に供しためっき被膜中の化学成分を図１１（ａ）の表に示す。
いずれのサンプルも溶融亜鉛めっき後に水冷、サンドブラスト処理、タンニン酸水溶液による１次防錆処理（有機化成被膜）、精製水散水後に２４時間屋外放置した。
この結果、（ａ）のサンプル番号に対応した密着力測定結果を（ｂ）に示すように、低融点成分を低く抑え、Ｂｉ成分を０．１５％以下に制御した場合のみならず、このＢｉ成分を０．００１％レベルに抑えた場合に、他のＰｂ、Ｃｄ、Ｓｎのいずれかを０．１５％添加しても溶射膜の密着性が低下しなかったことから、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｂｉ成分の合計が概ね０．１６質量％以下に抑えためっき被膜であれば溶射膜の密着性を確保できることが確認できた。

Claims (3)

1. Ｐｂ成分が０．００８質量％以下、Ｃｄ成分が０．００２質量％以下、Ｓｎ成分が０．００２質量％以下、Ｂｉ成分が０．１５質量％以下で、Ａｌ成分が０．００１〜０．１質量％、Ｃｕ成分が０．００５〜０．４質量％、残部がＺｎと不可避的不純物であるめっき浴を用いて鉄鋼素材に溶融亜鉛めっきを施し、その上に、Ａｌ−Ｍｇ系合金又はＺｎ−Ａｌ系合金の溶射材を用いて溶射により溶射被膜を形成し、溶射時の熱でＰｂ，Ｃｄ，Ｓｎ及びＢｉのいずれか１つ以上の低融点成分のガス化による溶射膜の剥離を防止したことを特徴とする防錆力に優れた鉄鋼製品の表面被覆方法。
2. Ｐｂ成分が０．００８質量％以下、Ｃｄ成分が０．００２質量％以下、Ｓｎ成分が０．００２質量％以下、Ｂｉ成分が０．１５質量％以下で、Ａｌ成分が０．００１〜０．１質量％、Ｃｕ成分が０．００５〜０．４質量％、残部がＺｎと不可避的不純物であるめっき浴を用いて鉄鋼素材に溶融亜鉛めっきを施した接合部材で、他の鉄鋼部材を接合した後に、当該接合部材に溶射により溶射被膜を形成することを特徴とする鉄鋼部材の接合方法。
3. 溶融亜鉛めっきを施した接合部材は、さらにブラスト処理し、その後に１次防錆処理を施したものであることを特徴とする請求項２記載の鉄鋼部材の接合方法。