JP4872602B2 - 錫めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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このように、昨今の環境問題からクロムを規制する動きが各分野で進行しており、前記錫めっき鋼板においてもクロムを使わない化成処理の必要性が増大している。
[1]鋼板の少なくとも片面に錫を含むめっき層を形成した後、前記鋼板のめっき面を、pHが1.0〜4.0であり、かつ、0.1〜3g/LのSnイオン、0.1〜4g/LのSO4 2−イオン、2〜20g/LのPO4 3−イオン、および酸化剤を含む化成処理液中で、実質的に塩素ガスを発生させることなく陰極電解処理し、次いで、前記陰極電解処理後の鋼板を60〜200℃に加熱する錫めっき鋼板の製造方法。
[2]前記[1]において、前記酸化剤は、Snイオンに対して0.5〜2当量の過酸化水素である錫めっき鋼板の製造方法。
なお、本発明において、「実質的に塩素ガスを発生させることなく」とは、作業環境上の安全確保のために排気設備等を設置する必要がない程度の、例えば、発生量が検出限界以下の塩素ガスの発生を含むものである。
本発明の製造方法で得られる錫めっき鋼板は、鋼板の少なくとも片面に錫を含むめっき層を有し、前記めっき層上にリンと錫を含む化成処理皮膜を有した鋼板である。
そして、前記錫めっき鋼板を製造するにあたっては、鋼板の少なくとも片面に錫を含むめっき層を形成した後、前記鋼板のめっき面を、pHが1.0〜4.0であり、かつ、0.1〜3g/LのSnイオン、0.1〜4g/LのSO4 2−イオン、2〜20g/LのPO4 3−イオン、および酸化剤を含む化成処理液中で陰極電解処理した後、鋼板を60〜200℃に加熱する。このように、本発明では、陰極電解処理時にpHが1.0〜4.0であり、かつ、0.1〜3g/LのSnイオン、0.1〜4g/LのSO4 2−イオン、2〜20g/LのPO4 3−イオン、および酸化剤を含む化成処理液を用いることを特徴とする。このような化成処理液で陰極電解処理することで、実質的に塩素を発生させることなくめっき層上にリンと錫を含む化成処理皮膜を有した鋼板を得ることが可能となる。なお、本発明において、「実質的に塩素ガスを発生させることなく」とは、上述したように、作業環境上の安全確保のために排気設備等を設置する必要がない程度の、例えば、発生量が検出限界以下の塩素ガスの発生を含むものである。すなわち、本発明では、化成処理液中への意図的な塩素の添加は行わないため作業環境上で問題となる程度の塩素ガスは発生しないが、例えば、水道水を化成処理液に用いた場合に、その水道水に含まれる不可避的な塩素に由来してごく微量な塩素ガスが発生する場合がある。しかし、本発明においては、このようなごく微量な塩素ガスの発生は、実質的に発生していないとみなすこととする。
まず、本発明の化成処理皮膜について説明する。
リン酸と錫の化合物には、リン酸第一錫(Sn(H2PO4)2)、リン酸第二錫(SnHPO4)、リン酸第三錫(Sn3(PO4)2)が存在し、水溶液中において式(1)(2)に示す平衡関係にある。
Sn(H2PO4)2⇔SnHPO4+H3PO4 ・・・(1)
3SnHPO4⇔Sn3(PO4)2+H3PO4 ・・・(2)
ここで、化成処理皮膜は缶の内面にも適用されるため、水分を含む内容物に対して化成処理皮膜は安定に存在する必要がある。リン酸第一錫は水に対して可溶性があり、内容物中に容易に溶出し、皮膜の安定性が失われる恐れがある。したがって化成処理皮膜はリン酸第二錫もしくはリン酸第三錫、あるいはそれらの混合物とする必要がある。
本発明において、重要な要件の一つである。下限の0.1(g/L)より少ないと、エッチング力が弱く、錫の溶出量が少なくなる。一方、上限の4(g/L)を超えると、エッチング力が強すぎて錫の表面光沢が失われるので好ましくない。
本発明において、重要な要件の一つである。浴中における錫イオンの溶解量を確保するのに必要であり、4価の錫イオンから2価の錫イオンへの還元を防止する。含有量は、Snイオンのモル数に対し0.5〜2当量である事が好ましい。0.5当量より少ないと酸化剤の効果が小さい場合がある。一方、2当量を超えると液中への過剰で不必要な添加となる可能性がある、また、浴中Feイオンの酸化など、浴の状態に不要な変化を及ぼす可能性がある。酸化剤としては、酸化した後に水となる過酸化水素が化成処理液の状態を安定に保つ上で最も好ましい。その他の酸化剤としては、酸素ガス、過マンガン酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、硝酸、過酢酸などであり、塩素酸塩、過塩素酸塩など分子中に塩素を含む化合物は好ましくない。
下限の0.1(g/L)より少ないと、上記(1)の左辺におけるSn(H2PO4)2の生成量が少なくなり、(1)の反応が進みにくくなり適正な皮膜が形成されない。一方、上限の3(g/L)を超えると、リン酸イオンおよび液中に溶解したFeとの反応により、沈殿が形成される。沈殿発生は、適正な付着量を確保が困難となり好ましくない。好ましくは、0.1〜1(g/L)である。
下限の2(g/L)より少ないと、上記(1)の左辺におけるSn(H2PO4)2の生成量が少なくなり、(1)の反応が進みにくくなり適正な皮膜が形成されない。一方、上限の20(g/L)を超えると、錫イオンおよび液中に溶解したFeとの反応により、沈殿が形成される。好ましくは、2〜10(g/L)である。
まず、鋼板の少なくとも片面に錫を含むめっき層を形成する。次いで、鋼板のめっき面を、上述した組成からなる化成処理液中で陰極電解処理することにより化成処理皮膜を形成する。次いで、60〜200℃に加熱する。
実施例1
板厚0.2mmの低炭素鋼からなる冷延鋼板の両面に、市販の錫めっき浴を用い、錫めっき層を片面当り10g/m2の付着量で形成した後、錫の融点(231.9℃)以上で加熱溶融(リフロー)処理を行った。次に、リフロー処理後に表面に生成した錫酸化膜を除去するため、浴温50℃、10g/Lの炭酸ナトリウム水溶液中で1C/dm2の陰極処理を行った。
その後、上記により得られた供試材の一部を、陰極電解処理により発生する塩素ガスを測定するために、サンプルとして取り出し、以下に示す方法にて塩素ガス量を測定した。
一方、供試材の残りのサンプルについては、水洗し、3.0g/Lの硫酸第一錫、0.5g/LのH2SO4、6.0g/Lのオルトリン酸、1.0g/Lの30%過酸化水素水を添加した水溶液中で、浴温60℃、10A/dm2の電流密度で1秒間陰極電解処理を行った。更にその後、リンガーロールで絞り、赤外線加熱装置により、鋼板温度が70℃となる条件で加熱乾燥を行い、水洗し、冷風乾燥することにより、P換算で付着量6.5mg/m2の、リンと錫を含有する化成処理皮膜をめっき層上に形成した。なお、P付着量の測定は予め付着量を湿式分析して求めた検量板との比較による蛍光X線分析により測定した。
<塩素ガス測定方法>
100cm3のヘッドスペースとガス抜き孔を有し、残りは表1に示す化成処理液で満たされた腐食測定用フラスコ(セイコーEG&G G0096)内で、陰極にぶりき板を用いて、電極面積20cm2、5A/dm2の電解条件で、200分間陰極電解した。次いで、(株)ガステック製の採取器と塩素検知管(8LL)を用いて、ガス抜き孔より、ヘッドスペースのガスを採取し、塩素検知管の塩素濃度を読み取った。この読み取った塩素濃度を、連続操業した場合の塩素ガス発生量とみなした。なお、上記塩素検地管における測定範囲は、0.1〜1.0ppmである。得られた結果を表1に条件と併せて示す。
板厚0.2mmの低炭素鋼からなる冷延鋼板の両面に、実施例1と同様の方法により、めっき処理を行い、錫めっき層を形成した。次いで、表1に示す組成の化成処理液中で、表1に示す電流密度と時間の条件で陰極電解処理を行った。薬液の調整には、硫酸第一錫、硫酸、オルトリン酸および30%過酸化水素水を使用した。更にその後、リンガーロールで絞り、赤外線加熱装置もしくは誘導加熱装置により鋼板温度が表1に示す温度になる条件で加熱乾燥を行い、水洗し、冷風乾燥することにより、リンと錫を含む化成処理皮膜を形成した。なお、実施例2〜9においては、陰極電解処理により発生する塩素ガスを測定するために、陰極電解処理前の供試材の一部をサンプルとして取り出し、実施例1と同様の方法にて塩素ガス量を測定した。得られた結果を表1に条件と併せて示す。
板厚0.2mmの低炭素鋼からなる冷延鋼板の両面に、実施例1と同様の方法により、めっき処理を行い、錫めっき層を形成した。次いで、表1に示す組成の化成処理液中で、表1に示す電流密度と時間の条件で陰極電解処理を行った。薬液の調整には、硫酸第一錫、硫酸、リン酸ナトリウムおよび30%過酸化水素水を使用した。更にその後、リンガーロールで絞り、赤外線加熱装置もしくは誘導加熱装置により鋼板温度が表1に示す温度になる条件で加熱乾燥を行い、水洗し、冷風乾燥することにより、リンと錫を含む化成処理皮膜を形成した。なお、実施例10〜14においては、陰極電解処理により発生する塩素ガスを測定するために、陰極電解処理前の供試材の一部をサンプルとして取り出し、実施例1と同様の方法にて塩素ガス量を測定した。得られた結果を表1に条件と併せて示す。
板厚0.2mmの低炭素鋼からなる冷延鋼板の両面に、実施例1と同様の方法により、めっき処理を行い、錫めっき層を形成した。次いで、表1に示す組成の化成処理液中で、表1に示す電流密度と時間の条件で陰極電解処理を行った。薬液の調整には、硫酸第一錫、硫酸およびオルトリン酸をベースに酸化剤として、過マンガン酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、硝酸、過酢酸を使用した。更にその後、リンガーロールで絞り、赤外線加熱装置もしくは誘導加熱装置により鋼板温度が表1に示す温度になる条件で加熱乾燥を行い、水洗し、冷風乾燥することにより、リンと錫を含む化成処理皮膜を形成した。なお、実施例15〜18においては、陰極電解処理により発生する塩素ガスを測定するために、陰極電解処理前の供試材の一部をサンプルとして取り出し、実施例1と同様の方法にて塩素ガス量を測定した。得られた結果を表1に条件と併せて示す。
比較のため、塩素源を含有した化成処理液中を使用して同様の化成皮膜を形成し、塩素ガスの測定を行った。
板厚0.2mmの低炭素鋼からなる冷延鋼板の両面に、実施例1と同様の方法により、めっき処理を行い、錫めっき層を形成した。次いで、表2に示す組成の化成処理液中で、表2に示す電流密度と時間の条件で陰極電解処理を行った。薬液の調整において、比較例1〜4は、塩素源として塩化第二錫・五水和物を添加し、その他に硫酸およびオルトリン酸を使用した。一方、比較例5・6は塩素源として酸化剤である塩素酸ナトリウムを添加し、その他に硫酸第一錫、硫酸およびオルトリン酸を使用した。更にその後、リンガーロールで絞り、赤外線加熱装置により鋼板温度が表1に示す温度になる条件で加熱乾燥を行い、水洗し、冷風乾燥することにより、リンと錫を含む化成処理皮膜を形成した。なお、比較例1〜6においては、陰極電解処理により発生する塩素ガスを測定するために、陰極電解処理前の供試材の一部をサンプルとして取り出し、実施例1と同様の方法にて塩素ガス量を測定した。ただし、腐食測定用フラスコ(セイコーEG&G G0096)内の化成処理液としては、表2に示す組成からなる処理液とし、塩素検知管としては8H(測定範囲:50〜500ppm)もしくは8La(測定範囲:0.5〜16ppm)を使用した。得られた結果を表2に条件と併せて示す。
実施例の各錫めっき鋼板について、60℃、相対湿度70%の環境下で10日間保管し、表面に形成された錫酸化膜の量を、電気化学的還元に要した電気量で評価した。電解液には1/1000NのHBr溶液を用い、電流密度25μA/cm2で電解を行った。
○・・・還元電気量 3mC/cm2未満、外観 優 (クロメート処理材同等)
△・・・還元電気量 3mC/cm2以上5mC/cm2未満 、外観 やや黄色み
×・・・還元電気量 5mC/cm2以上、外観 はっきりとわかる黄色み
(塗料密着性の評価)
実施例の各錫めっき鋼板の表面に、付着量50mg/dm2のエポキシフェノール系塗料を塗布した後、210℃で10分間の焼付を行った。次いで、上記塗布・焼付を行った2枚の錫めっき鋼板を、塗装面がナイロン接着フィルムを挟んで向かい合わせになるように積層した後、圧力2.94×105Pa、温度190℃、圧着時間30秒の圧着条件下で貼り合わせ、その後、これを5mm幅の試験片に分割し、この試験片を引張試験機を用いて引き剥がし、強度測定を行った。
○・・・3.92N(0.4kgf)以上 (クロメート処理材同等)
△・・・1.96N(0.2kgf)以上、3.92N(0.4kgf)未満
×・・・1.96N(0.2kgf)未満
(耐食性の評価)
実施例の各錫めっき鋼板の表面に、付着量50mg/dm2のエポキシフェノール系塗料を塗布した後、210℃で10分間の焼付を行った。次いで、市販のトマトジュースに60
℃、10日間浸漬し、塗膜の剥離、錆の発生の有無を目視で評価した。
○・・・塗膜剥離、錆の発生 なし (クロメート処理材同等)
△・・・塗膜剥離なし、微小な錆の発生
×・・・塗膜剥離あり、錆発生あり
Claims (2)
- 鋼板の少なくとも片面に錫を含むめっき層を形成した後、前記鋼板のめっき面を、pHが1.0〜4.0であり、かつ、0.1〜3g/LのSnイオン、0.1〜4g/LのSO4 2−イオン、2〜20g/LのPO4 3−イオン、および酸化剤を含む化成処理液中で、実質的に塩素ガスを発生させることなく陰極電解処理し、次いで、前記陰極電解処理後の鋼板を60〜200℃に加熱する錫めっき鋼板の製造方法。
- 前記酸化剤は、Snイオンに対して0.5〜2当量の過酸化水素である請求項1記載の錫めっき鋼板の製造方法。
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