JP5206809B2

JP5206809B2 - 電磁波シールド性および耐食性に優れる黒色鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP5206809B2
Application number: JP2011015673A
Authority: JP
Inventors: 紀彦中村; 裕樹中丸; 和美山下; 千昭加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: JP2011088148A

Description

本発明は、黒色外観に優れると共に、電磁波シールド性および耐食性に優れる黒色鋼板の製造方法に関するものである。

従来から、パソコン、複写機などの事務機器、エアコンなどの家電製品、自動車部品および内装建材等において、表面を黒色化処理した黒色鋼板が広く使用されている。かかる黒色鋼板は、通常、亜鉛系めっき鋼板の表面に黒色塗料を塗布したり、Zn−Niめっき鋼板のめっき面に黒色化処理（例えば、陽極電解、陰極電解、交番電解、陽極酸化）を施したのち、１層以上の被覆層を形成して製造されている。後者の方法において、被覆層を形成する理由は、黒色化処理のままでは十分な耐食性が得られないからである。

しかしながら、前者の黒色鋼板の場合には、黒色塗料で下地を完全に隠蔽するために塗膜厚を厚くする必要があることから、電磁波シールド性の面で問題があった。
一方、後者の黒色鋼板の場合は、黒色化処理により黒色化処理層を形成したのち、有機および／または無機系被覆層を形成するため、やはり十分な電磁波シールド性が得難いという問題があった。

しかしながら、後者の黒色鋼板において、黒色化処理後、有機および／または無機系被覆層で覆う場合に、金属イオン、水溶性有機樹脂、水分散性有機樹脂、グリコールウリル樹脂および酸が添加された塗料組成物を利用することにより、薄膜化を可能ならしめて電磁波シールド性を高め、かつ薄膜でありながら優れた黒色外観および耐食性を得ることができる方法が提案された（例えば、特許文献１）。

また、有機および／または無機系皮膜を有する表面処理鋼板において、皮膜形成後の表面の中心線平均粗さRaと皮膜厚を適正な範囲に組み合わせることで、電磁波シールド性と耐食性に優れた表面処理鋼板を得る方法が提案された（例えば、特許文献２）。

特開2004−188976号公報特開2004−156081号公報

近年、電子・電気機器の分野では、機器から漏れ出た不要電磁波が他の機器に入り込み、何らかの機能障害や誤動作を引き起こすという電磁波障害（ＥＭＩ：Electricmagnetic Interference)の問題が顕在化している。また、機器以外にも、電磁波の人体に及ぼす影響も懸念されている。
その一対策として、ノイズ発生源を金属板(導体)で取り囲む方法がある。しかしながら、筐体には、継ぎ目もしくは接合部などが存在するため、その隙間部分から電磁波が漏洩してしまう。従って、表面処理鋼板を筐体に用いた場合には、継ぎ目もしくは接合部での十分な電磁波シールド性が必要となる。このためには、継ぎ目もしくは接合部で接触している表面処理鋼板同士の間で接触導通領域を接触面の全面にわたって多数形成させることが必要となる。

特許文献１では、黒色外観、耐食性および電磁波シールド性に優れた黒色鋼板を提案している。これは、黒色化処理されたZn−Niめっき鋼板上の被覆層を薄膜化することで電磁波シールド性を向上させたものである。
しかしながら、依然として、十分な電磁波シールド性を確保することができないため、さらなる薄膜化が要求されている。

また、特許文献２では、被覆層形成後の表面の中心線平均粗さRaと皮膜厚を適正な範囲に組み合わせることで、電磁波シールド性と耐食性に優れた表面処理鋼板を提供する方法を提案している。
しかしながら、この方法では、鋼板表面の凹凸、換言すると単位長さ当たりの山数PPIについて考慮が払われていないため、PPIが低い場合には、やはり継ぎ目もしくは接合部において導通領域数が減少する結果、十分な電磁波シールド性が得られないという問題があった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、黒色化処理層の耐食性を効果的に向上させることにより、黒色化処理層の上に形成する被覆層の薄膜化を可能ならしめ、もって電磁波シールド性と耐食性の両者を兼備させた黒色鋼板の有利な製造方法を提案することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
すなわち、黒色化処理を施した後に加熱処理を施すと、黒色化処理層の耐食性が向上する。従って、黒色化処理層の上に形成する被覆層を薄膜化することが可能になる。その結果、耐食性の劣化を招くことなしに、継ぎ目もしくは接合部における電磁波漏洩を効果的に抑制できる優れた電磁波シールド性が得られる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明は、Zn−Niめっき鋼板の表面に、黒色化処理を施したのち、さらに被覆層を形成することによって黒色鋼板を製造するに際し、黒色化処理後、被覆層用処理液を塗布するまでの間に、200〜300℃の温度域で加熱処理を施すことを特徴とする、電磁波シールド性および耐食性に優れる黒色鋼板の製造方法である。

本発明においては、黒色化処理後のZn−Niめっき鋼板の表面粗さを、算術平均粗さRaで0.7〜2.0μm、かつ１インチ当たりの山数PPIが180以上とすることにより、電磁波シールド性を一層向上させることができる。

さらに、本発明において、被覆層としては、クロメートおよび有機皮膜から構成される被覆層、あるいは有機および／または無機皮膜から構成される被覆層などがとりわけ有利に適合する。
なお、かような被覆層の付着量は、耐食性と電磁波シールド性の両立のために、片面当たり0.5g/m²以上、2.0g/m²以下とすることが好ましい。

本発明によれば、黒色化処理を施した後に加熱処理を加えることで、黒色化処理層の耐食性が向上するので、黒色化処理層の上に形成する被覆層の薄膜化が可能になり、その結果、電磁波シールド性および耐食性が共に優れた黒色鋼板を得ることができる。

電磁波シールド性を評価するための漏洩ノイズ測定装置の模式図である。被覆層を有しないZn−Niめっき鋼板（参考例）を供試材とした場合の漏洩ノイズの電界強度と周波数との関係を示すチャートである。電磁波シールド性が劣ると考えられる絶縁層を10μm形成させたZn−Niめっき鋼板を供試材とした場合の漏洩ノイズの電界強度と周波数との関係を示すチャートである。発明例７を供試材とした場合の漏洩ノイズの電界強度と周波数との関係を示すチャートである。図１に示す装置のアルミ製筐体に供試材を載せずに、開口状態で測定した場合の漏洩ノイズの電界強度と周波数との関係を示すチャートである。図１に示す装置のアルミ製筐体に供試材を載せずに、開口状態で、かつ高周波を発信出力させないで外来ノイズを測定した場合の漏洩ノイズの電界強度と周波数との関係を示すチャートである。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、まず、鋼板の表面にZn−Niめっきを施す。このめっき処理に関しては特に制限はなく、従来公知の方法で行えばよい。なお、めっき層の厚みは、優れた耐食性とめっき密着性を確保するために１〜５μm 程度とするのが好適である。

ついで、Zn−Niめっき鋼板の表面に黒色化処理を施す。この黒色化処理手段についても特に制限はなく、従来から使用されてきた処理液中での陽極電解処理、陰極電解処理、交番電解処理、陽極酸化処理などいずれもが適合する。
また、黒色化処理層の厚みを制御する方法としては、処理液の酸化剤の種類、濃度およびpH、ならびに電流密度、電解時間、電気量密度等の処理条件を調整する方法が有効である。
なお、黒色化処理層の厚みは、0.01〜1.0μm程度とすることが好ましい。というのは、黒色化処理層は良導電体ではないため、層厚が1.0μmを上回ると電磁波シールド性の劣化を招き、一方0.01μmを下回ると十分な黒色外観が得られないからである。

さて、本発明では、上記のようにしてZn−Niめっき鋼板の表面に黒色化処理層を形成した後、加熱処理を施す。この加熱処理により黒色化処理層の耐食性が向上するが、そのメカニズムは、形成された黒色化処理層が、物理的および化学的な障壁となるため酸素イオンや塩化物イオンなどの腐食因子の侵入を防止することによると考えられる。

ここに、上記の加熱処理は、鋼板の温度として200〜300℃の温度域で行うことが重要である。というのは、加熱温度が200℃に満たないと、上記した酸素イオンや塩化物イオンなどの腐食因子の侵入を防止するに足る障壁とすることができず、また加熱処理に長時間を要して操業性の劣化を招き、一方300℃を超えると下地鋼板とZnが合金化するおそれが生じるからである。なお、加熱時間は特に限定されないが、５秒〜60分程度が好適である。また、加熱雰囲気については、大気中で行うことが好適である。

また、黒色化処理後のZn−Niめっき鋼板の表面粗さは、算術平均粗さRaで0.7〜2.0μm程度で、かつ１インチ当たりの山数PPIが180以上程度とすることが好ましい。
というのは、鋼板表面を上記したような比較的激しい凹凸形状にすることにより、その上に形成される被覆層が局部的に薄膜化し、導通領域が形成され易くなるからである。
ここに、Raが0.7μmを下回ると、凹凸が小さくなり被覆層を形成したときに局部的な薄膜領域が形成され難くなり、一方2.0μmを上回ると、黒色化処理されたZn−Niめっき鋼板の表面を100％被覆層で覆って耐食性を発現させるために被覆層の付着量を増加させなくてはならず、コストアップとなるからである。

また、１インチ当たりの山数PPIが180を下回ると、局部的な薄膜領域数が少なく、十分な電磁波シールド性が得られにくくなる。このため、黒色化処理したZn−Niめっき鋼板の表面粗さ特性について、PPIが180以上とすることが好ましい。より好ましくはPPI：200以上である。
一方、PPI値の上限は特に限定されることはないが、PPIが400を上回ると局部的な薄膜領域が多数形成される結果、耐食性の低下が懸念される。このため、PPIは400以下とすることが好ましい。

上記した加熱処理後、黒色化処理層の表面に、耐食性の向上を目的として被覆層用処理液を塗布し被覆層を形成する。かかる被覆層としては、黒色化処理後の耐食性を向上させ、かつ黒色外観を損なわないものであればいずれもが適合するが、クロメートおよび有機皮膜から構成される被覆層、あるいは有機および／または無機皮膜から構成される被覆層などがとりわけ有利に適合する。

かかる被覆層の付着量は、0.5 g/m²以上とすることが好ましい。というのは、付着量が0.5 g/m²に満たないと、Zn−Niめっき鋼板を黒色化処理した後、加熱処理を施したとしても、まだ十分な耐食性が得られないからである。とはいえ、付着量があまりに多すぎると、やはり電磁波シールド性が劣化するので、付着量の上限は2.0g/m²程度とするのが好適である。

黒色化処理後の表面粗さを制御する方法としては、原板として用いる冷延鋼板の表面粗さを調整する方法、Zn−Niめっき後の鋼板の表面粗さを調整する方法、黒色化処理後の鋼板の表面粗さを調整する方法等が使用できる。原板として用いる冷延鋼板の表面粗さを調整する方法としては、原板のタンデム圧延又は調質圧延のロールをショットブラスト加工法、放電加工法、レーザー加工法、エッチング法その他の表面加工法でダル加工を施したロールとしてタンデム圧延又は調質圧延する方法などが使用できる。また、原板を直接ショットブラスト加工法で加工する方法も使用できる。

また、Zn−Niめっき後および黒色化処理後の鋼板の表面粗さを調整する方法としては、粗度を調整した調質圧延ロールを用いて調質圧延する方法が使用できる。
この場合、調質圧延ロールの粗度パターンは調質圧延しても100％そのまま鋼板に転写されず、Ra値はロール表面の値の40〜50％前後程度の値として鋼板側に転写され、PPI値はロール表面の値の80％前後程度の値として鋼板側に転写される。従って、算術平均粗さRaが0.7〜2.0μm、１インチ当たりの山数PPIが180以上である表面粗さ特性を有する黒色化処理したZn−Niめっき鋼板を得るためには、調質圧延ロールの表面粗さとしてRaを1.4〜5.0μm、PPIを220以上とするのが好ましい。

なお、本発明の電磁波シールド性は、好ましくは図１に示すような装置を用い、漏洩ノイズを測定することによって評価する。
板厚：２mmのアルミ板により作製した外形100mm×100mm×100mmのアルミ製筐体３の中に発信源として20MHzのクロック４を置き、20〜1000MHzの高周波を20MHz毎に出力する。アルミ製筐体３の上面は、80mm×80mmの開口となっており、内側に10mmのフチ５を突き出し、フチ５の上に100mm×10mm×1mmのガスケット（ウレタンスポンジに導電布（銅とニッケルをめっきした繊維）を巻き付けたもの）６を設置する。試料１は100mm×100mmに切り出し、評価面２を下面としてアルミ製筐体３の上面に設置したガスケット６に接触させる。そして試料１には垂直方向へ19.6Ｎ（２kgf）の荷重をかける。このようにガスケット６と試料１が接触している額縁状の合わせ面から漏洩してくる電磁波を、直径：30mmのループアンテナ７で、フチ５から50mm離れた位置で受信し、25dBのプリアンプ８で増幅したのち、スペクトラムアナライザー（アドバンテスト（株）製R3162）９を用いて分析する。

表１にNo.1〜13で示す供試材を、焼鈍した冷延鋼板→調質圧延（表面粗度調整）→電気Zn−Niめっき→陽極電解（黒色化処理）→加熱処理→被覆層形成、あるいは焼鈍した冷延鋼板→ブラスト加工（表面粗度調整）→電気Zn−Niめっき→陽極酸化（黒色化処理）→加熱処理→被覆層形成の工程に従い、加熱処理条件、黒色化処理後のRa, PPIおよび被覆層の付着量を種々に変化させて製造した。なお、電気Zn−Niめっき処理により形成したZn−Niめっき層の厚みは２μm 、また黒色化処理層の厚みは0.1μmとなるように調整した。
被覆層は、金属イオン、水溶性有機樹脂、水分散性有機樹脂、グリコールウリル樹脂および酸が添加された塗料組成物を、バーコーターで塗布後、21秒後の到達板温が190℃になるようにオーブンで加熱し、乾燥・硬化させて所定の付着量とした。
かくして得られた各供試材の表面粗さ特性、被覆層付着量、黒色外観、平面部耐食性および電磁波シールド性について調べた結果を、表１に示す。

各特性の評価方法は次のとおりである。
＜表面粗さ特性＞
黒色化処理後の供試材について、触針の先端曲率半径：１μmの触針式粗度計（東京精密(株)製）を用い、走査速度：0.3mm/sにて、JIS B 0601−1994で規定される算術平均粗さRaはカットオフ値：0.8mmで、また１インチ当たりの山数PPIは0.635 μmを超える山数として測定した。

＜被覆層付着量＞
被覆層の形成前後の供試材の質量の変化を単位面積に換算して求めた。

＜黒色外観＞
被覆層形成後の供試材の色調（Ｌ*値）を分光式色差計（SQ2000、日本電色(株)製）を用いて測定し、次の基準に従って評価した。
○：Ｌ*値が25以下
×：Ｌ*値が25超

＜平面部耐食性＞
被覆層形成後の供試材を、50mm×100mmの大きさに剪断後、端面部をシールし、中性塩水噴霧試験（JIS Z 2371−2000）に準拠した塩水噴霧試験を48時間行った後の白錆発生面積率を測定し、次の基準に従って評価した。
◎：５％以下
○：５％超 10％以下
△：10％超20％以下
×：20％超

＜電磁波シールド性＞
電磁波シールド性は、図１に示す装置を用いて供試材の評価面と筐体との接合部からの漏洩ノイズをスペクトラムアナライザーで測定し、図２〜６に示すようなチャートを得た。
発明例および比較例の評価は、周波数20Mhzから1000Mhzまで20Mhzごとにピーク値を読み取り、下記式(1)にて換算した値をノイズ評価値（Ｉ）とした。
Ｉ＝10×log(10^0.1d1＋10^0.1d2＋・・・＋10^0.1dn) --- (1)
ｎ：ピーク数
d1、d2、…dn：ピーク値
評価基準として、筐体の継ぎ目もしくは接合部において電磁波シールド性が優れると考えられる、被覆層を有しないZn−Niめっき鋼板（参考例）を供試材とした場合の測定例を図２に、電磁波シールド性が劣ると考えられる絶縁層を10μm形成させたZn−Niめっき鋼板を供試材とした場合の測定例を図３に、発明例７の測定例を図４に示す。また、供試材なしの状態で測定した例を図５に、高周波を発信出力させないで供試材なしの状態で測定した例を図６に示す。図６は外来ノイズを示している。ここで、図２〜６から読み取ったピーク値を上記式(1)に代入し、算出結果をＩとした。なお、図２〜６中の×をつけた場所のピークは図６に示す外来ノイズ由来であるため、上記式(1)の対象外とした。
発明例の供試材について、それぞれ漏洩ノイズを測定し得られたノイズ評価値をＩ、図５（供試材なし、高周波出力あり）から得られたノイズ評価値をＩa、図６（供試材なし、高周波出力なし）から得られたノイズ評価値をＩbとしたとき、
(Ｉ−Ｉb)/(Ｉa−Ｉb)＞0.35を×、
0.35≧(Ｉ−Ｉb)/(Ｉa−Ｉb)＞0.25を△、
0.25≧(Ｉ−Ｉb)/(Ｉa−Ｉb)＞0.15を○、
0.15≧(Ｉ−Ｉb)/(Ｉa−Ｉb)≧０を◎
で評価した。

表１から明らかなように、本発明に従い、黒色化処理後に加熱処理を施した場合には、良好な黒色外観、耐食性および電磁波シールド性が得られている。特に黒色化処理後の算術平均粗さRaを0.7〜2.0μm、１インチ当たりの山数PPIを180以上に調整したものについては、とりわけ優れた電磁波シールド性および耐食性が得られている。

１試料
２評価面
３アルミ製筐体
４ 20MHzクロック
５フチ
６ガスケット
７ループアンテナ
８プリアンプ
９スペクトラムアナライザー

Claims

Zn−Niめっき鋼板の表面に、黒色化処理を施したのち、さらに被覆層を形成することによって黒色鋼板を製造するに際し、黒色化処理後、被覆層用処理液を塗布するまでの間に、200〜300℃の温度域で加熱処理を施すことを特徴とする、電磁波シールド性および耐食性に優れる黒色鋼板の製造方法。