JP4899030B2 - フラックス及び溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき法。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラックス及び溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきに関し、詳細には水溶性フラックス及びそれを用いた鋼材の溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼製の建築構造物、架線金物，及びボルトやナット等は、腐食防止のため、例えば表面に溶融亜鉛めっきをする。溶融亜鉛めっきによる腐食防止法は、亜鉛の犠牲防食作用を利用したものであるが、近年の海岸地域の開発，酸性雨、及び融雪材に含まれる塩化カルシウム等による腐食性の強い環境においては、溶融亜鉛めっき製品が長期間に渡り十分な耐食性を発揮できなくなってきている。
【０００３】
そこで、溶融亜鉛めっきに比べより耐食性のあるめっき技術の開発が検討されてきた。その中で、溶融亜鉛−アルミニウム系合金めっきが注目されている。鋼板のめっき法はすでに実用化され、非酸化性雰囲気中での連続めっきが行われている。
【０００４】
一般に溶融亜鉛めっきは、脱脂、酸洗、水洗、フラックス処理、亜鉛浴浸漬、後処理の順の工程で、バッチプロセスあるいは連続、半連続的に行なわれる。ここで、フラックス処理は、一般に塩化亜鉛、塩化アンモニウムまたはこの混合物(ZnCl₂：NH₄Cl＝87：13、第1共晶)の水溶液あるいは溶融状のものが用いられ、湿式法（1浴法：亜鉛浴上に直接溶融状態で浮かべ、これを通してめっきする）と乾式法（2浴法：フラックス槽を別に設け、これに浸漬後乾燥して亜鉛浴に浸漬する）とがある。このフラックスに関する従来技術を紹介すると、以下のようなものがある。
【０００５】
大気中で溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきを行う方法として、特開昭58−136759号公報には、アルカリ金属元素またはアルカリ土類元素の塩化物、フッ化物ないしは珪フッ化物と塩化亜鉛とからなるフラックス或はこれに加えて錫、鉛、インジウム、タリウム、アンチモン、ビスマス、カドミウムの塩化物の1種または2種以上及び／または塩化アンモニウムを含むフラックスは、大気中で1段階のめっき操作によって表面欠陥のない合金めっきが得られ、溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき用のフラックスとして好適であるとの記載がある。
【０００６】
また、同様に大気中における溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきを行う方法として、特開平3−162557号公報には、塩化亜鉛と塩化アンモニウムの配合割合を重量比で(10〜30)：1としているので、塩化亜鉛の配合割合を高めることにより、高アルミニウム−亜鉛合金めっき(Al：30wt％)のめっき温度(約500℃)でも充分なフラックス反応が行なわれ、不めっき、表面色相不良等めっき不良が発生しない表面欠陥の少ない高アルミニウム−亜鉛合金めっきを得ることができるとの記載がある。
【０００７】
さらに、大気中における溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきを行う方法として、特開平11−117052号公報には、NH₄Clを含まずZnCl₂等の塩化物を含む亜鉛−アルミニウム合金めっき用フラックスで鋼材を処理すると、1浴目の亜鉛めっき浴にアルミニウムを0.01〜0.1重量％添加しても不めっきもなく、2浴目の亜鉛−アルミニウム合金めっきを良好に行なえるとの記載がある。これは、鋼材に通常の溶融亜鉛めっきを行った後に、溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきを行ういわゆる2段めっき法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開昭58−136759号公報及び特開平3−162557号公報記載の方法は、以下に示すような問題がある。すなわち、フラックスはいずれも塩化アンモニウム、塩化亜鉛を含んでいるので、下記の反応式で示すようにめっき浴に加えたアルミニウムと塩化物フラックスの塩素イオンとが反応し、AlCl₃になってアルミニウムが消費される。この反応が原因となって、フラックス効果が低減したり、流動性が悪化して濡れ性が阻害され、そのため鋼材表面に不めっき、ざらつき等が生じると考えられる。
【０００９】
3ZnCl₂＋2Al → 3Zn＋2AlCl₃
6NH₄Cl＋2Al → 2AlNH₃Cl₃＋4NH₃＋3H₂
【００１０】
この反応は、通常の溶融亜鉛めっきに使用される塩化物主体のフラックスでも起きるので、このようなフラックスを用いることはできない。これが大気中で溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきをすることが難しい理由となっている。
【００１１】
さらに、特開平11−117052号公報に記載の2段めっきは、設備面及び品質面に問題がある。設備面については、めっき槽が2つあるため設置スペースは拡大し、設備の投資金額は大となる。また、めっきを2工程行うために作業効率は下がり、維持管理費は増加する。品質面については、1段目のめっき時にめっき面にやけが発生すると、2段目の合金めっき時にやけの部分が合金化しないため、不めっきになり易いという問題がある。
【００１２】
アルミニウム濃度が高い溶融亜鉛浴を用いてめっきすると、アルミニウムを添加しないものに比べ耐食性が向上することは公知である。そのため、前述の先行技術のように、高アルミニウム濃度亜鉛浴を用いるめっき法の実用化に向けて、様々な方法が検討されてきた。しかし、めっき時のポイントとなるフラックス効果を十分に発揮できるものは未だ開発されていない。このことが、高アルミニウム濃度亜鉛浴を用いるめっき法の、工業規模での実用化が遅れた最大の理由である。
【００１３】
そのため、本発明における課題は、前述の2段めっき法の問題を克服した1段めっき法を開発することであり、更に、工業規模でのめっきに用いて不めっきが無く、表面状態の良好な溶融亜鉛−アルミニウム合金めっきが得られる水溶性フラックスを開発することである。さらに、このフラックスを用いる最適の溶融亜鉛−アルミニウム浴組成を開発することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため種々の研究を重ねた結果、アルカリ金属元素の塩化物と弗化物を用いた水溶性フラックスを使用することにより解決できることがわかった。また、本発明のフラックスを用いる溶融亜鉛−アルミニウム合金浴には珪素を含有させることが望ましい。
【００２３】
本発明の第１の態様は、塩化カリウム及びフッ化カリウムからなり且つ前記塩化カリウムと前記フッ化カリウムのモル比が１：１〜４：１であるフラックスを水に溶解して前記フラックスの濃度が0.5〜50wt％に調整された水溶液状のフラックスに、鋼材を浸漬してフラックス処理を行う工程と、5〜55wt％のアルミニウム及び不可避不純物を含み、残余が亜鉛からなる溶融亜鉛−アルミニウム合金浴に、前記フラックス処理された鋼材を浸漬してめっき処理する工程と、を有することを特徴とする溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法である。
本発明の第２の態様は、前記水溶液状のフラックスは、前記塩化カリウムと前記フッ化カリウムのモル比が１：１であるフラックスを水に溶解して前記フラックスの濃度が5wt％に調整されたものであることを特徴とする溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法である。
【００２４】
本発明の第３の態様は、前記溶融亜鉛−アルミニウム合金浴は、更に0.5〜3.5wt％の珪素が添加されたものであることを特徴とする溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法である。
【００２５】
本発明の第４の態様は、前記溶融亜鉛−アルミニウム合金浴は、55wt％のアルミニウムを含み、且つ1.6wt％又は3.5wt％の珪素が添加されたものであることを特徴とする溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。本発明のフラックスはアルカリ金属元素の塩化物及びアルカリ金属元素の弗化物から選択される何れか1種又は2種以上からなる。さらに、アルカリ金属の塩化物の濃度とアルカリ金属のフッ化物の濃度のモル比は、１：２〜４：１の範囲が好ましい。１：２以下では不メッキを生じ、４：１以上では後述のフッ化物の効果が十分に得られないからである。また、アルカリ金属の塩化物は塩化カリウムであり、アルカリ金属のフッ化物はフッ化カリウムであることが更に好ましく、塩化カリウムとフッ化カリウムの重量比は１：１〜４：１の範囲が良い。
【００２８】
本発明のフラックスを構成するアルカリ金属の塩化物は、めっき温度においてフラックスが適性な粘度をもった溶融状態を維持するためのものである。フッ化物は、鉄材と合金浴の表面に発生する酸化被膜を溶解し浄化する。そのため、鋼材を溶融亜鉛−アルミニウム合金浴へ浸漬して、表面に亜鉛−アルミニウム合金めっきを施すことができる。
【００２９】
アルカリ金属の塩化物とアルカリ金属のフッ化物で構成されるフラックスの水溶液の濃度は、0．5wt%以下であれば、粘度が低くフラックスが鋼材表面に付着しない。また、50wt%以上であれば過剰に付着し、フラックスとしての効果が十分に得られない。
【００３０】
本発明では、本発明のフラックスで前処理後に、アルミニウムを1〜80wt％、珪素を0.5〜3.5wt％を含有し、残部が不可避不純物と亜鉛からなる溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき浴を用いてめっきを行なう。
【００３１】
アルミニウム濃度を1〜80wt％とした理由は、80wt%を超えると得られる耐食性に変わりがないが、濃度が高くなるとめっき浴の融点が上昇し作業性が悪くなる。1wt%を下回ると耐食性を維持する効果が薄れる。
【００３２】
珪素濃度を0.5〜3.5wt％とした理由は、3.5wt%を超えると加工性が圧下し、0.5wt%を下回ると加工性、密着性の効果が得られないからである。なお、Alは耐食性の向上に効果があり、Siは粒間腐食の抑制とめっき皮膜と鋼材との密着性向上、更にめっき鋼材の加工性を向上させる。
【００３３】
【実施例】
実施例及び比較例を図1としての第1表を用いて具体的に説明する。試験片として、SS材の鉄板(100×70×3.2mm)とSS材のアングル(100×25×3mm)を用いた。試験片を70℃のNaOH液に10分間浸漬して脱脂を行い、水洗後、HCl液に60分間浸漬して酸洗し、さらに水洗した。次に、フラックス処理を行った。フラックス処理は、図1の実施例1〜3に示したように、KCl及びKFの混合水溶液を用いた。試験片は、70〜80℃に加温したフラックス水溶液に2〜3分間浸漬後、液より引き上げて自然乾燥させた。
【００３４】
溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき浴を調整する際、亜鉛には電気亜鉛地金を、アルミニウムには4Nアルミニウム地金を、珪素には母合金を用いた。めっき浴に浸漬の際は、溶湯表面の酸化物を漉くって除去し、5〜10分浸漬した。浸漬後、再度溶湯表面の酸化物を除去した後、試験片をゆっくりと引き上げた。その後空冷して試験片を得た。得られた試験片の目視検査をしたところ、不めっきが無く良好であった。
【００３５】
【発明の効果】
塩化カリウム及びフッ化カリウムからなり且つ塩化カリウムとフッ化カリウムのモル比が１：１〜４：１であるフラックスを水に溶解して該フラックスの濃度が0.5〜50wt％に調整された水溶性フラックスに鋼材を浸漬してフラックス処理を行った後、5〜55wt％のアルミニウムを含む溶融亜鉛−アルミニウム合金浴、特に、5〜55wt％のアルミニウム及び珪素を含む溶融亜鉛−アルミニウム合金浴に鋼材を浸漬してめっき処理を行なう場合には、１段めっきで不めっきが無く表面状態が良好なめっき面が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例、比較例について、めっき浴組成、フラックス組成等を表１として示した。

Claims (4)

1. 塩化カリウム及びフッ化カリウムからなり且つ前記塩化カリウムと前記フッ化カリウムのモル比が１：１〜４：１であるフラックスを水に溶解して前記フラックスの濃度が0.5〜50wt％に調整された水溶液状のフラックスに、鋼材を浸漬してフラックス処理を行う工程と、
   5〜55wt％のアルミニウム及び不可避不純物を含み、残余が亜鉛からなる溶融亜鉛−アルミニウム合金浴に、前記フラックス処理された鋼材を浸漬してめっき処理する工程と、を有することを特徴とする溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法。
2. 前記水溶液状のフラックスは、前記塩化カリウムと前記フッ化カリウムのモル比が１：１であるフラックスを水に溶解して前記フラックスの濃度が5wt％に調整されたものであることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法。
3. 前記溶融亜鉛−アルミニウム合金浴は、更に0.5〜3.5wt％の珪素が添加されたものであることを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法。
4. 前記溶融亜鉛−アルミニウム合金浴は、55wt％のアルミニウムを含み、且つ1.6wt％又は3.5wt％の珪素が添加されたものであることを特徴とする請求項３に記載の溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき方法。

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