JP5292927B2 - Metal surface treatment method and surface-treated steel sheet - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal surface treatment method and a surface-treated steel plate formed by the method capable of suppressing irregular coating even when executing the chromate-free surface treatment of the steel plate having large surface unevenness, and ensuring sufficient corrosion resistance while preventing any increase in the coating film thickness. <P>SOLUTION: In the metal surface treatment method, water-based metal surface treatment agent containing at least silane coupling agent and surfactant is applied on a surface of a galvanized steel plate having the surface roughness of &ge;1 &mu;m and &le;10 &mu;m in terms of Ra, and the steel plate is dried to form a coating film on the surface of the galvanized steel plate. The water-based metal surface treatment agent is formed of liquid particles having the particle diameter of &ge;10 &mu;m and &le;30 &mu;m, the liquid particles are blown to the galvanized steel plate, and the wetting angle of the liquid particles with respect to the surface of the galvanized steel plate is &le;90&deg;. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、金属表面処理方法及び表面処理鋼板に関し、特に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の表面粗度の大きな鋼板に対して、クロムフリー表面処理を施す方法及びクロメートフリー表面処理が施された表面処理鋼板に関する。   The present invention relates to a metal surface treatment method and a surface-treated steel sheet, and in particular, a method of performing a chromium-free surface treatment and a chromate-free surface treatment on a steel sheet having a large surface roughness such as an alloyed hot-dip galvanized steel sheet. It relates to a surface-treated steel sheet.

金属材料表面への密着性に優れ、金属材料表面に耐食性、耐熱性、耐指紋性、塗装性等の特性を付与する技術として、クロム酸、重クロム酸またはそれらの塩を主成分として含有する処理液を用いて、金属材料表面に表面処理を施すクロメート処理が、従来から広く行われている。   Contains chromic acid, dichromic acid or their salts as the main component as a technology that provides excellent adhesion to the metal material surface and imparts characteristics such as corrosion resistance, heat resistance, fingerprint resistance, and paintability to the metal material surface. Background Art Conventionally, chromate treatment in which a surface treatment is performed on a metal material surface using a treatment liquid has been widely performed.

一方、近年、クロメート処理は環境負荷が大きい等の理由で、クロム酸等のクロメートを用いないクロメートフリー処理の開発が活発に行われている。このようなクロメートフリー処理としては、リン酸塩処理を施す方法、シランカップリング剤による処理を施す方法、有機樹脂皮膜処理を施す方法などがある(例えば、特許文献1を参照)。   On the other hand, in recent years, a chromate-free treatment that does not use chromate such as chromic acid has been actively developed because the chromate treatment has a large environmental load. Examples of such chromate-free treatment include a method of performing a phosphate treatment, a method of performing a treatment with a silane coupling agent, and a method of performing an organic resin film treatment (see, for example, Patent Document 1).

ここで、従来、鋼板等の金属材料表面にクロメート処理を施す場合には、ロールコータ塗布、表面処理液中への金属材料の浸漬塗布(所謂どぶづけ)、スプレー塗布等により行われていた。   Here, conventionally, when a chromate treatment is performed on the surface of a metal material such as a steel plate, it has been carried out by roll coater coating, dip coating (so-called dobbling) of the metal material in a surface treatment solution, spray coating, or the like.

特開2007−51365号公報JP 2007-51365 A

しかしながら、クロメート処理と同様に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の表面の凹凸が大きな鋼板に対して、ロールコータ塗布、浸漬塗布、通常のスプレー塗布等によりクロメートフリー処理を行うと、耐食性が低下したり、塗りムラが発生したり、塗膜厚みが増大したりする、という問題があった。   However, as with the chromate treatment, corrosion resistance decreases when chromate-free treatment is applied to steel plates with large surface irregularities such as galvannealed steel plates by roll coater coating, dip coating, or normal spray coating. Or coating unevenness occurs or the thickness of the coating film increases.

具体的には、ロールコータ塗布は、余剰の表面処理液の量をなるべく減らして塗りムラの発生を抑えるという点では好適である。しかし、ロールコータ塗布の場合は、例えば電気めっき鋼板程度の十分な耐食性を持たせるために、鋼板表面の凸部における塗膜厚みを確保しようとすると、凹部の塗膜の厚みが大きくなりすぎるため、コストの増大や加工性の低下等の問題が生じる。逆に、コストの増大や加工性の低下等を抑えるために、塗膜の厚みを薄くすると、耐食性の低下の問題が生じる。   Specifically, roll coater coating is preferable in terms of reducing the amount of surplus surface treatment liquid as much as possible and suppressing the occurrence of coating unevenness. However, in the case of roll coater coating, for example, in order to provide sufficient corrosion resistance as in the case of an electroplated steel sheet, when trying to secure the coating film thickness at the convex part on the steel sheet surface, the thickness of the coating film at the concave part becomes too large. Problems such as an increase in cost and a decrease in workability occur. On the other hand, if the thickness of the coating film is reduced in order to suppress an increase in cost, a decrease in workability, etc., a problem of a decrease in corrosion resistance occurs.

さらに、ロールコータ塗布を合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の凹凸の大きな鋼板表面への塗布に使用すると、表面の大きな凹凸のためにロールの磨耗が生じ、これに対する対策が必要になる、という問題もある。   Furthermore, when roll coater coating is used to apply to uneven steel sheet surfaces such as alloyed hot-dip galvanized steel sheets, there is a problem in that roll wear occurs due to the large unevenness of the surface, and countermeasures against this are required. is there.

また、浸漬塗布の場合も、ロールコータ塗布の場合と同様に、耐食性と塗膜厚みの増大のみならず、塗膜の塗りムラの発生の問題が生じる。   Also, in the case of dip coating, as in the case of roll coater coating, not only the corrosion resistance and the coating film thickness increase, but also the problem of occurrence of coating unevenness occurs.

一方、従来のスプレー塗布の場合には、塗膜に塗りムラが発生しやすい。また、スプレー塗布の後にリンガーロール等で余剰の処理液を除去しようとすると、ロールコータ塗布の場合と同様に、耐食性と塗膜厚みの増大の問題が生じる。   On the other hand, in the case of conventional spray coating, uneven coating tends to occur on the coating film. Further, if an excess of the processing liquid is removed with a ringer roll or the like after spray coating, the problem of increase in corrosion resistance and coating thickness occurs as in the case of roll coater coating.

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、金属表面処理方法及びこの方法により形成される表面処理鋼板において、表面の凹凸の大きな鋼板に対してクロメートフリー表面処理を施した場合であっても、塗りムラの発生を抑制するとともに、塗膜厚みを増大させないようにしつつ十分な耐食性を確保することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and in the metal surface treatment method and the surface-treated steel sheet formed by this method, a chromate-free surface treatment was performed on a steel sheet having large surface irregularities. Even if it is a case, it aims at ensuring sufficient corrosion resistance, suppressing generation | occurrence | production of a coating nonuniformity and not increasing a coating-film thickness.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、水系の表面処理剤を粒径の小さな液体粒子の形状にして鋼板に付着させることで、表面処理剤が鋼板表面の凹凸に沿って均一に付着し、塗りムラの発生を抑制できることを見出した。本発明者らは、さらに追究した結果、鋼板表面に表面処理剤を均一に付着させるためには、鋼板に対する液体粒子の濡れ角が90度以下になると、塗りムラが発生しにくくなることを見出した。本発明者らは、以上のような知見に基づいて、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have made the surface treatment agent adhere to the steel sheet in the form of a liquid particle having a small particle diameter and attached to the steel sheet. It was found that the film uniformly adheres along the unevenness and can suppress the occurrence of uneven coating. As a result of further investigation, the present inventors have found that in order to uniformly attach the surface treatment agent to the steel sheet surface, coating unevenness is less likely to occur when the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet is 90 degrees or less. It was. Based on the above findings, the present inventors have completed the present invention.

すなわち、本発明のある観点によれば、Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有する亜鉛めっき鋼板の表面に、シランカップリング剤及び界面活性剤を少なくとも含有する水系金属表面処理剤を塗布した後に乾燥させることにより、前記亜鉛めっき鋼板の表面に皮膜を形成する金属表面処理方法において、前記水系金属表面処理剤を粒径が10μm以上30μm以下の液体粒子とした後に、前記亜鉛めっき鋼板に向けて前記液体粒子を吹き付け、前記亜鉛めっき鋼板の表面に対する前記液体粒子の濡れ角を90度以下とし、前記水系金属表面処理剤は、pHが3〜6であり、前記界面活性剤は、ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤であり、前記界面活性剤の含有量は、前記水系金属表面処理剤100質量部に対して、0.001質量部以上5質量部以下であり、前記水系金属表面処理剤は、さらに亜鉛を100ppm以上500ppm以下含有することを特徴とする、金属表面処理方法が提供される。
That is, according to an aspect of the present invention, an aqueous metal surface treatment agent containing at least a silane coupling agent and a surfactant is applied to the surface of a galvanized steel sheet having a surface roughness Ra of 1 μm or more and 10 μm or less. In the metal surface treatment method for forming a film on the surface of the galvanized steel sheet by drying it later, the water-based metal surface treatment agent is changed to liquid particles having a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less, and then directed to the galvanized steel sheet. The liquid particles are sprayed, the wetting angle of the liquid particles with respect to the surface of the galvanized steel sheet is 90 degrees or less , the aqueous metal surface treatment agent has a pH of 3 to 6, and the surfactant is nonionic. It is a surfactant or a cationic surfactant, and the content of the surfactant is 0.00 with respect to 100 parts by mass of the aqueous metal surface treatment agent. Not more than 5 parts by mass or more parts by weight, the aqueous metal surface treatment agent is further characterized by containing zinc 100ppm or 500ppm or less, the metal surface treatment method is provided.

このような構成を有することにより、本発明の金属表面処理方法によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の凹凸の大きな鋼板の表面に対してクロメートフリー処理を行った場合でも、塗膜の塗りムラの発生を抑制するとともに、塗膜が十分な耐食性を有することができる。   By having such a configuration, according to the metal surface treatment method of the present invention, even when a chromate-free treatment is performed on the surface of a steel plate having large irregularities such as an alloyed hot-dip galvanized steel plate, While suppressing the occurrence of unevenness, the coating film can have sufficient corrosion resistance.

また、前記金属表面処理方法において、前記液体粒子の粒径を、前記皮膜の乾燥後の平均膜厚に応じて調整してもよい。具体的には、例えば、皮膜の乾燥後の平均膜厚が比較的大きな場合には、液体粒子の粒径を比較的大きなものに調整し、逆に、皮膜の乾燥後の平均膜厚が比較的小さな場合には、液体粒子の粒径を比較的小さなものに調整することなどにより、塗りムラ発生の抑制効果をさらに向上させることができる。   Further, in the metal surface treatment method, the particle size of the liquid particles may be adjusted according to the average film thickness after drying of the film. Specifically, for example, when the average film thickness after drying of the film is relatively large, the particle size of the liquid particles is adjusted to be relatively large, and conversely, the average film thickness after drying of the film is compared. If the particle size is small, the effect of suppressing uneven coating can be further improved by adjusting the particle size of the liquid particles to be relatively small.

また、前記金属表面処理方法において、前記亜鉛めっき鋼板の表面と50mm以上離隔した位置から、前記液体粒子を吹き付けることが好ましい。   Moreover, in the said metal surface treatment method, it is preferable to spray the said liquid particle from the position spaced apart 50 mm or more from the surface of the said galvanized steel plate.

また、前記金属表面処理方法において、前記液体粒子が前記亜鉛めっき鋼板に接触する時の速度を0.1m/s以上5m/s以下とすることが好ましい。   Moreover, in the said metal surface treatment method, it is preferable that the speed | rate when the said liquid particle contacts the said galvanized steel plate shall be 0.1 m / s or more and 5 m / s or less.

また、前記金属表面処理方法において、前記水系金属表面処理剤の塗布を、気体と液体とを混合して外部へ吐出する気液混合スプレーを用いて行ってもよい。   In the metal surface treatment method, the water-based metal surface treatment agent may be applied using a gas-liquid mixed spray in which a gas and a liquid are mixed and discharged to the outside.

このとき、前記気液混合スプレーにおける前記水系金属表面処理剤の吐出口の断面積は、3mm以上であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the cross-sectional area of the discharge port of the aqueous metal surface treatment agent in the gas-liquid mixed spray is 3 mm 2 or more.

また、前記気液混合スプレーは、前記水系金属表面処理剤の吐出口を含む当該吐出口近傍にフッ化物によるコーティングが施されていてもよい。   Further, the gas-liquid mixed spray may be coated with fluoride in the vicinity of the discharge port including the discharge port of the aqueous metal surface treatment agent.

また、本発明の他の観点によれば、Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有する亜鉛めっき鋼板の表面に、前述した金属表面処理方法により形成された皮膜を有し、前記皮膜は、乾燥後の平均膜厚Tが0.1μm以上2μm以下であり、前記皮膜の厚みの標準偏差σは、下記式(I)を満足する表面処理鋼板が提供される。
σ≦0.21T+0.78 ・・・(I)
Further, according to another aspect of the present invention, the surface of a galvanized steel sheet having a surface roughness Ra of 1 μm or more and 10 μm or less has a film formed by the metal surface treatment method described above, A surface-treated steel sheet having an average film thickness T after drying of 0.1 μm to 2 μm and a standard deviation σ of the film thickness satisfying the following formula (I) is provided.
σ ≦ 0.21T + 0.78 (I)

本発明によれば、金属表面処理方法及びこの方法により形成される表面処理鋼板において、水系金属表面処理剤を微細な液体粒子にして塗布し、かつ、当該液体粒子の濡れ角を調整することにより、表面の凹凸の大きな鋼板に対してクロメートフリー表面処理を施した場合であっても、鋼板表面の凹凸に沿って均一な厚みの皮膜を形成することができ、塗りムラの発生を抑制できるとともに、塗膜厚みを増大させないようにしつつ十分な耐食性を確保することができる。   According to the present invention, in the metal surface treatment method and the surface-treated steel sheet formed by this method, the aqueous metal surface treatment agent is applied as fine liquid particles, and the wetting angle of the liquid particles is adjusted. Even when a chromate-free surface treatment is applied to a steel sheet with large surface irregularities, it is possible to form a film with a uniform thickness along the irregularities on the surface of the steel sheet and to suppress the occurrence of uneven coating. Sufficient corrosion resistance can be ensured while not increasing the coating film thickness.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

<クロメートフリー処理の場合に塗りムラ等が生じやすい理由>
まず、本発明の内容について詳細に説明する前に、その前提として、クロメート処理を施す場合には、表面の凹凸の大きな合金化溶融亜鉛めっき鋼板であっても塗りムラの発生、耐食性の低下、塗膜厚みの増大等の問題が生じない一方で、クロメートフリー処理の場合は、前記各問題が生じる理由について、本発明者らが検討した結果について説明する。
<Reason for uneven coating due to chromate-free treatment>
First, before explaining the details of the present invention in detail, as a premise, when performing chromate treatment, even if it is an alloyed hot-dip galvanized steel sheet with large irregularities on the surface, the occurrence of uneven coating, a decrease in corrosion resistance, While problems such as an increase in the thickness of the coating film do not occur, in the case of chromate-free treatment, the results of the study by the present inventors will be described as to why each problem occurs.

クロメート処理の場合は、クロム酸等のクロメートは強酸であるため、亜鉛めっき鋼板表面の亜鉛がクロメートに溶解する。しかし、クロメートと亜鉛との反応(クロメートによる亜鉛の溶解)により、亜鉛めっき鋼板上にクロメートと反応しない(クロメートに溶解しない)不動態皮膜が形成される。これにより、亜鉛めっき鋼板表面の亜鉛は、不動態皮膜により保護されるため、クロメートは、それ以上亜鉛を溶解させることができなくなり、必要以上の亜鉛を溶解せずに、クロメートと亜鉛との反応が停止する。このように、クロメート皮膜の場合は、不動態膜の形成によりクロメートと亜鉛とが必要以上に反応することが防止されるため、浸漬塗布や従来のスプレー塗布を使用して合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の表面の凹凸の大きな鋼板に処理を施しても、塗りムラが発生しにくい。   In the case of chromate treatment, since chromate such as chromic acid is a strong acid, zinc on the surface of the galvanized steel sheet is dissolved in chromate. However, the reaction between chromate and zinc (dissolution of zinc by chromate) forms a passive film on the galvanized steel sheet that does not react with chromate (does not dissolve in chromate). As a result, the zinc on the surface of the galvanized steel sheet is protected by a passive film, so chromate can no longer dissolve zinc, and the reaction between chromate and zinc without dissolving more zinc than necessary. Stops. Thus, in the case of a chromate film, the formation of a passive film prevents the chromate and zinc from reacting more than necessary, so an alloyed hot dip galvanized steel sheet using dip coating or conventional spray coating is used. Even if the steel sheet having a large unevenness on the surface is processed, uneven coating is less likely to occur.

一方、クロメートフリー処理の場合は、浸漬塗布や従来のスプレー塗布では塗りムラが発生しやすい。本発明者らがこの理由を検討した結果、次のような知見が得られた。クロメートフリー処理に使用する表面処理剤には、表面処理剤と反応しない(表面処理剤に溶解しない)不動態皮膜が形成されるのが、クロメートと比べて遅い。そのため、クロメートフリーの表面処理剤を長時間亜鉛めっき鋼板に接触させていると、不動態皮膜が形成される前に亜鉛の溶解反応が進み、形成されたクロメートフリー皮膜層の上に不安定な層(剥離しやすい層)が積層される傾向にある。この不安定な層が部分的に剥離すると、表面処理剤と亜鉛との反応にムラが生じて塗りムラが発生しやすい、ということが判った。   On the other hand, in the case of chromate-free treatment, uneven coating tends to occur in dip coating or conventional spray coating. As a result of studying the reason by the inventors, the following knowledge was obtained. The surface treatment agent used for chromate-free treatment forms a passive film that does not react with the surface treatment agent (does not dissolve in the surface treatment agent) and is slower than chromate. Therefore, if the chromate-free surface treatment agent is kept in contact with the galvanized steel sheet for a long time, the dissolution reaction of zinc proceeds before the passive film is formed, and it is unstable on the formed chromate-free film layer. Layers (layers that are easy to peel) tend to be laminated. It was found that when this unstable layer partially peels, unevenness occurs in the reaction between the surface treatment agent and zinc, and uneven coating tends to occur.

さらに、前述のように、クロメートフリーの表面処理剤を使用する場合には、不動態皮膜が形成される前に亜鉛の溶解反応が進むため、過剰の亜鉛が溶出し、皮膜が膨潤したり、表面処理剤中にスラッジが大量に発生したりする場合がある、ということも判った。   Furthermore, as described above, when a chromate-free surface treatment agent is used, since the zinc dissolution reaction proceeds before the passive film is formed, excess zinc is eluted and the film swells, It has also been found that a large amount of sludge may be generated in the surface treatment agent.

すなわち、クロメートフリーの表面処理剤(水溶液)は、一度水を蒸発させて固形分だけを取り出しても再度水に溶解することができる。一方、クロメートフリーの表面処理剤(水溶液)は、亜鉛と反応すると、亜鉛に溶解させることができない生成物(不動態皮膜)を形成する。しかし、クロメートフリー処理の場合は、この不動態皮膜の形成がクロメート処理の場合よりも遅く、そのことが、クロメート皮膜と比べて、過剰な亜鉛の溶解を抑制しにくい原因であることが判った。   That is, the chromate-free surface treatment agent (aqueous solution) can be dissolved in water again even if the water is once evaporated and only the solid content is taken out. On the other hand, when the chromate-free surface treatment agent (aqueous solution) reacts with zinc, it forms a product (passive film) that cannot be dissolved in zinc. However, in the case of chromate-free treatment, the formation of this passive film was slower than in the case of chromate treatment, which was found to be the reason that it was difficult to suppress the dissolution of excess zinc compared to the chromate film. .

<塗りムラの発生等を抑制するための表面処理方法の検討>
以上の知見を基に、本発明者らは、過剰な亜鉛の溶解を抑制することにより、塗りムラの発生等を抑制するための表面処理方法の検討を行った。具体的には、本発明者らは、まず、従来のスプレー塗布の場合には、亜鉛と表面処理剤との反応により皮膜を形成するための必要量以上に表面処理剤を付着させた後に、余分な処理剤を除去するために、亜鉛と表面処理剤との反応が過剰に進んでしまうと考えた(この場合、鋼板表面に点状や線状の塗りムラの発生が認められる。)。従って、本発明者らは、予め必要最低限の量の表面処理剤を亜鉛めっき鋼板表面に付着させる方法が有効であると考えた。このように予め必要最低限の量の表面処理剤を付着させる方法としては、例えば、ロールコータを用いた塗布が考えられる。しかし、ロールコータ塗布の場合は、平滑なロール表面に厚みが均一な皮膜(クロメートフリー皮膜)を形成し、この皮膜を鋼板表面に転写する。そのため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の表面の凹凸が大きな鋼板上にクロメートフリー皮膜を形成する場合には、鋼板表面の凹凸に応じて皮膜の膜厚にバラつきが生じてしまう(凹部の膜厚が厚くなり、凸部の膜厚が薄くなる)。すなわち、ロールコータ塗布の場合には、ロールの表面と鋼板の表面の凸部とが接触することになるので、この凸部の面が基準になり、クロメートフリー皮膜の表面になる。この場合、鋼板表面の凹部には、表面処理剤が圧入され、充填されるので、厚みが不均一な皮膜が形成されてしまう。また、従来のスプレー塗布の場合には、液体粒子の粒径が数百μmから数mmと大きく、例えば、乾燥後の膜厚で0.1μm〜2μmの厚みの皮膜を鋼板上に形成するためには、表面処理剤中の固形分量をかなり少なくする必要があるので、表面処理剤と鋼板表面の亜鉛との反応が著しく遅れ、表面処理剤が流れ出してしまうことから、塗りムラが発生しやすい。なお、静電塗装という技術もあるが、この技術を水系塗料に用いることは困難である。
<Examination of surface treatment method for suppressing occurrence of uneven coating>
Based on the above knowledge, the present inventors examined a surface treatment method for suppressing the occurrence of uneven coating by suppressing the dissolution of excessive zinc. Specifically, in the case of conventional spray application, the present inventors first attached the surface treatment agent more than the necessary amount for forming a film by the reaction between zinc and the surface treatment agent, It was considered that the reaction between zinc and the surface treatment agent would proceed excessively in order to remove the excess treatment agent (in this case, occurrence of spotted or linear coating unevenness was observed on the steel sheet surface). Therefore, the present inventors thought that a method in which a necessary minimum amount of a surface treatment agent was previously attached to the surface of a galvanized steel sheet was effective. As a method for attaching the minimum necessary amount of the surface treatment agent in advance, for example, application using a roll coater is conceivable. However, in the case of roll coater coating, a film having a uniform thickness (chromate-free film) is formed on a smooth roll surface, and this film is transferred to the steel sheet surface. Therefore, when a chromate-free film is formed on a steel sheet having a large surface unevenness such as an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, the film thickness varies depending on the surface unevenness of the steel sheet (thickness of the recess). Becomes thicker and the film thickness of the convex portion becomes thinner). That is, in the case of roll coater application, the surface of the roll and the convex portion of the surface of the steel sheet come into contact with each other, so the surface of this convex portion becomes the reference and becomes the surface of the chromate-free film. In this case, since the surface treatment agent is press-fitted and filled in the recesses on the steel plate surface, a film having a non-uniform thickness is formed. In the case of conventional spray coating, the particle size of the liquid particles is as large as several hundred μm to several mm, for example, to form a film having a thickness of 0.1 μm to 2 μm on the steel sheet after drying. Since the amount of solid content in the surface treatment agent needs to be considerably reduced, the reaction between the surface treatment agent and zinc on the steel sheet surface is significantly delayed, and the surface treatment agent flows out, so that uneven coating tends to occur. . Although there is a technique called electrostatic coating, it is difficult to use this technique for water-based paints.

そこで、本発明者らは、クロメートフリーの表面処理剤を微細な液体粒子の形状にして鋼板表面に付着させることで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の表面の凹凸が大きな鋼板上にクロメートフリー表面処理剤を塗布した場合でも、表面処理剤を鋼板表面の凹凸に沿って均一に付着させることができ、これにより塗りムラの発生を抑制できることを見出した。このような微細な液体粒子をスプレー塗布する場合、鋼板表面の凹部の面が基準となり表面処理剤が接触し、ロールコータ塗布の場合のように凹部に表面処理剤が圧入されることがないので、鋼板表面の凹凸に沿って均一な皮膜を形成しやすくなる。このような皮膜は、従来のロールコータ塗布、浸漬塗布、スプレー塗布等によっては形成することができないものである。   Therefore, the present inventors have made a chromate-free surface treatment agent on a steel plate with a large surface irregularity such as an alloyed hot-dip galvanized steel plate by attaching a chromate-free surface treatment agent in the form of fine liquid particles to the steel plate surface. It has been found that even when a treatment agent is applied, the surface treatment agent can be uniformly adhered along the unevenness of the steel sheet surface, thereby suppressing the occurrence of coating unevenness. When spraying such fine liquid particles, the surface of the concave portion on the surface of the steel sheet is used as a reference, and the surface treatment agent is in contact, and the surface treatment agent is not pressed into the concave portion as in the case of roll coater application. It becomes easy to form a uniform film along the unevenness of the steel sheet surface. Such a film cannot be formed by conventional roll coater coating, dip coating, spray coating, or the like.

また、本発明者らは、さらに追究した結果、凹凸の大きな表面を有する鋼板上に、クロメートフリー表面処理剤を均一に付着させるためには、鋼板に対する液体粒子の濡れ角を90度以下にすることにより、鋼板と鋼板に付着した液体粒子の表面との距離をほぼ一定にできるため、塗りムラが発生しにくくなることを見出した。   Further, as a result of further investigation, the present inventors have set the wetting angle of the liquid particles to the steel sheet to 90 ° or less in order to uniformly attach the chromate-free surface treatment agent on the steel sheet having a large uneven surface. Thus, the distance between the steel plate and the surface of the liquid particles adhering to the steel plate can be made almost constant, and it has been found that uneven coating is less likely to occur.

<本発明に係る金属表面処理方法について>
すなわち、本発明に係る金属表面処理方法は、表面の凹凸の大きな亜鉛めっき鋼板の表面に、クロメートフリーの水系金属表面処理剤を塗布した後に乾燥させることにより、亜鉛めっき鋼板の表面にクロメートフリーの皮膜を形成する方法である。本発明の金属表面処理方法では、水系金属表面処理剤を塗布する際、水系金属表面処理剤を微細な(粒径が10μm以上30μm以下の)液体粒子とした後に、亜鉛めっき鋼板表面に向けて液体粒子を吹き付け、亜鉛めっき鋼板上に液体粒子を付着させる。このとき、亜鉛めっき鋼板の表面に対する液体粒子の濡れ角を所定範囲(90度以下)に調整することにより、表面処理剤を亜鉛めっき鋼板表面の凹凸に沿って均一な厚みを有する皮膜を形成することができる。
<About the metal surface treatment method according to the present invention>
That is, in the metal surface treatment method according to the present invention, a chromate-free aqueous metal surface treatment agent is applied to the surface of a galvanized steel sheet with large irregularities on the surface, and then dried, so that the chromate-free surface is applied to the surface of the galvanized steel sheet. This is a method of forming a film. In the metal surface treatment method of the present invention, when the water-based metal surface treatment agent is applied, the water-based metal surface treatment agent is made into fine liquid particles (particle size of 10 μm or more and 30 μm or less) and then directed toward the surface of the galvanized steel sheet. Liquid particles are sprayed to adhere the liquid particles onto the galvanized steel sheet. At this time, by adjusting the wetting angle of the liquid particles with respect to the surface of the galvanized steel sheet to a predetermined range (90 degrees or less), the surface treatment agent is formed into a film having a uniform thickness along the unevenness of the surface of the galvanized steel sheet. be able to.

(亜鉛めっき鋼板について)
本発明で使用する亜鉛めっき鋼板としては、Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有するものを使用し、例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等が挙げられる。ここで、Raは、表面粗さ測定器(例えば、(株)小坂研究所製)などを用いて測定することができる。
(About galvanized steel sheet)
As the galvanized steel sheet used in the present invention, one having a surface roughness of Ra of 1 μm or more and 10 μm or less is used, and examples thereof include galvannealed steel sheets. Here, Ra can be measured using a surface roughness measuring instrument (for example, manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.).

また、亜鉛めっき鋼板の通板時の温度は、塗布する際に、表面処理剤と亜鉛との反応を促進するという観点から、60℃〜90℃とすることが好ましい。60℃未満では、膜厚が2μm程度では、液体粒子内に反応しない部分が残ることが有る。一方、90℃超では、膜厚が0.1μm程度の領域で、反応する前に乾燥する恐れがある。この亜鉛めっき鋼板の温度は、例えば、表面処理剤を塗布するスプレーの前面に熱風ブロアなどを設置して調整することができる。   Moreover, it is preferable that the temperature at the time of passing of a galvanized steel plate shall be 60 to 90 degreeC from a viewpoint of accelerating | stimulating reaction with a surface treating agent and zinc, when apply | coating. Below 60 ° C., when the film thickness is about 2 μm, a non-reactive portion may remain in the liquid particles. On the other hand, if it exceeds 90 ° C., the film may be dried before reacting in the region where the film thickness is about 0.1 μm. The temperature of the galvanized steel sheet can be adjusted, for example, by installing a hot air blower or the like on the front surface of the spray for applying the surface treatment agent.

(水系金属表面処理剤について)
本発明の水系金属表面処理剤は、少なくともシランカップリング剤及び界面活性剤が、溶媒としての水中に含有されている水溶液であり、さらに、リン酸、バナジウム化合物、フルオロ化合物などを必要に応じて含んでいてもよい。
(About water-based metal surface treatment agent)
The aqueous metal surface treatment agent of the present invention is an aqueous solution in which at least a silane coupling agent and a surfactant are contained in water as a solvent. Further, phosphoric acid, a vanadium compound, a fluoro compound, and the like are used as necessary. May be included.

シランカップリング剤の一般式は、R−Si(OR’)で表される(ここで、Rは官能基で、アミノプロピル基、グリシドキシ基、メタクリロキシ基、N−フェニルアミノプロピル基、メルカト基、ビニル基等であり、R’は、メチル基またはエチル基である。このシランカップリング剤は、下記式に示すように、水と接すると加水分解してシラノール基を生成する。
R−Si(OR’)+3HO → R−Si(OH)+3R’OH
また、シラノール基は自己縮合によって高分子化すると同時に、金属表面の水酸基と酸塩基反応で化学結合する。一方、官能基Rは、塗料成分と化学結合又は架橋して強固に結合する。このようなシランカップリング剤としては、例えば、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどを使用することができる。
The general formula of the silane coupling agent is represented by R—Si (OR ′) 3 (where R is a functional group, aminopropyl group, glycidoxy group, methacryloxy group, N-phenylaminopropyl group, mercato group) R ′ is a methyl group or an ethyl group, and this silane coupling agent is hydrolyzed to form a silanol group upon contact with water, as shown in the following formula.
R—Si (OR ′) 3 + 3H 2 O → R—Si (OH) 3 + 3R′OH
Silanol groups are polymerized by self-condensation and at the same time chemically bonded to hydroxyl groups on the metal surface by acid-base reaction. On the other hand, the functional group R is firmly bonded to the coating component by chemical bonding or crosslinking. As such a silane coupling agent, for example, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and the like can be used.

界面活性剤としては、ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤を使用でき、具体的には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド付加物やアセチレングリコール化合物などが挙げられる。また、界面活性剤の含有量は、水系金属表面処理剤100質量部に対して、0.001質量部以上5質量部以下であることが好ましい。界面活性剤の種類や界面活性剤の含有量を前記のように規定することにより、液体粒子の濡れ角を90度以下とすることができる。   As the surfactant, a nonionic surfactant or a cationic surfactant can be used, and specific examples include polyethylene oxide, polypropylene oxide adducts, and acetylene glycol compounds. Moreover, it is preferable that content of surfactant is 0.001 mass part or more and 5 mass parts or less with respect to 100 mass parts of aqueous metal surface treatment agents. By defining the type of surfactant and the content of the surfactant as described above, the wetting angle of the liquid particles can be 90 degrees or less.

本発明において、水系金属表面処理剤のpHは3〜6程度(弱酸性)であることが好ましい。処理剤のpHを前記範囲にすることにより、本発明の水系金属表面処理剤が鋼板表面の亜鉛めっき層と反応性を有し、弱酸性の水系金属表面処理剤が亜鉛めっき層を溶解させ、当該処理剤中に亜鉛を濃化させることでクロメートフリー皮膜を形成する。ただし、亜鉛は両性金属であるので、表面処理剤のpHを酸やアルカリ(亜鉛は両性金属なのでpHを酸性側かアルカリ性側にすることにより水溶性となる)にしたり、過剰のアンモニアを併用(アンミン錯体を生成して亜鉛が水溶性となる)したりして用いても良い。pH調整剤としては、例えば、酢酸、乳酸、フッ化水素酸、アンモニウム塩、アミン類等を使用することができる。   In the present invention, the pH of the aqueous metal surface treatment agent is preferably about 3 to 6 (weakly acidic). By setting the pH of the treatment agent in the above range, the aqueous metal surface treatment agent of the present invention has reactivity with the galvanized layer on the steel sheet surface, the weakly acidic aqueous metal surface treatment agent dissolves the galvanized layer, A chromate-free film is formed by concentrating zinc in the treatment agent. However, since zinc is an amphoteric metal, the pH of the surface treatment agent can be acid or alkali (since zinc is an amphoteric metal, it becomes water-soluble by changing the pH to the acidic side or alkaline side), or excessive ammonia is used in combination ( An ammine complex may be formed to make zinc water-soluble). As the pH adjuster, for example, acetic acid, lactic acid, hydrofluoric acid, ammonium salt, amines and the like can be used.

また、水系金属表面処理剤中に、さらに亜鉛を100ppm以上500ppm以下含有させることが好ましい。このように、水系金属表面処理剤中に亜鉛を微量含有させることにより、液体粒子の濡れ角を調整しやすくなる。この場合、亜鉛の含有量が100ppm未満であると、濡れ角を調整しやすくなる効果が得られず、500ppmを超えると、水系金属表面処理剤中のシランカップリング剤と亜鉛とが反応して、処理剤が変質するため好ましくない。   Moreover, it is preferable to further contain 100 ppm or more and 500 ppm or less of zinc in the aqueous metal surface treatment agent. Thus, it becomes easy to adjust the wetting angle of the liquid particles by containing a small amount of zinc in the aqueous metal surface treatment agent. In this case, if the zinc content is less than 100 ppm, the effect of easily adjusting the wetting angle cannot be obtained, and if it exceeds 500 ppm, the silane coupling agent in the aqueous metal surface treatment agent reacts with zinc. , Because the treatment agent is altered.

本発明では、亜鉛めっき鋼板表面に吹き付ける液体粒子の粒径を、10μm以上30μm以下としている。この液体粒子の大きさ(粒径)は、乾燥後のクロメートフリー皮膜の平均膜厚の目標値、金属表面処理剤中の不揮発成分の割合、鋼板に衝突する金属表面処理剤の液体粒子の単位時間及び単位面積当たりの個数等に応じて定める。具体的には、例えば、乾燥後の平均膜厚が0.1μm〜2μmのクロメートフリー皮膜を形成させる際には、金属表面処理剤中の不揮発成分が10%程度の場合を例に挙げると、乾燥後の平均膜厚が0.1μm〜0.5μm程度の場合には、液体粒子の粒径を10μm±5μm程度、乾燥後の平均膜厚が0.5μm超〜1.5μm程度の場合には、液体粒子の粒径を20μm±10μm程度、乾燥後の平均膜厚が1.5μm超〜2μm程度の場合には、液体粒子の粒径を30μm±10μm程度と調整すればよい。なお、液体粒子の大きさ(平均粒径)は、ノズルのタイプと、圧力及び流量との関係より、実験で求めることができる。   In the present invention, the particle size of the liquid particles sprayed on the surface of the galvanized steel sheet is 10 μm or more and 30 μm or less. The size (particle size) of this liquid particle is the target value of the average film thickness of the chromate-free film after drying, the proportion of non-volatile components in the metal surface treatment agent, and the unit of liquid particles of the metal surface treatment agent that collides with the steel sheet. It is determined according to time and the number per unit area. Specifically, for example, when forming a chromate-free film having an average film thickness after drying of 0.1 μm to 2 μm, the case where the nonvolatile component in the metal surface treatment agent is about 10% is taken as an example. When the average film thickness after drying is about 0.1 μm to 0.5 μm, the particle size of the liquid particles is about 10 μm ± 5 μm, and when the average film thickness after drying is about 0.5 μm to about 1.5 μm If the particle size of the liquid particles is about 20 μm ± 10 μm and the average film thickness after drying is more than 1.5 μm to about 2 μm, the particle size of the liquid particles may be adjusted to about 30 μm ± 10 μm. Note that the size (average particle size) of the liquid particles can be experimentally determined from the relationship between the nozzle type, pressure, and flow rate.

このように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のような凹凸が大きい鋼板表面にクロメートフリー皮膜を形成させる際には、乾燥後の平均膜厚に応じて液体粒子の径を調整すると、金属表面処理剤を乾燥させた後に、鋼板表面の凹凸に沿って均一な厚みの皮膜を形成することができる。すなわち、本発明の金属表面処理方法においては、液体粒子の粒径をクロメートフリー皮膜の乾燥後の平均膜厚に応じて調整してもよい。具体的には、例えば、皮膜の乾燥後の平均膜厚が比較的大きな場合には、液体粒子の粒径を比較的大きなものに調整し、逆に、皮膜の乾燥後の平均膜厚が比較的小さな場合には、液体粒子の粒径を比較的小さなものに調整することなどにより、塗りムラ発生の抑制効果をさらに向上させることができる。   Thus, when forming a chromate-free film on the surface of a steel sheet with large irregularities such as an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, the metal surface treatment agent is adjusted by adjusting the diameter of the liquid particles according to the average film thickness after drying. After drying, a film having a uniform thickness can be formed along the irregularities on the surface of the steel sheet. That is, in the metal surface treatment method of the present invention, the particle size of the liquid particles may be adjusted according to the average film thickness after drying the chromate-free coating. Specifically, for example, when the average film thickness after drying of the film is relatively large, the particle size of the liquid particles is adjusted to be relatively large, and conversely, the average film thickness after drying of the film is compared. If the particle size is small, the effect of suppressing uneven coating can be further improved by adjusting the particle size of the liquid particles to be relatively small.

これは、前記のように、皮膜の乾燥後の膜厚が薄い場合に液体粒子の粒径を小さくすることにより、鋼板表面と反応しない領域が液体粒子内にできなくなるため、塗りムラが発生しにくくなるものと考えられる。逆に、皮膜の乾燥後の膜厚が薄い場合に液体粒子の粒径を大きくすると、鋼板表面と反応しない領域が液体粒子内にできてしまうため、塗りムラが発生しやすくなるものと考えられる。   This is because, as described above, when the film thickness after drying of the film is thin, by reducing the particle size of the liquid particles, an area that does not react with the steel sheet surface cannot be formed in the liquid particles, and thus uneven coating occurs. It is thought that it becomes difficult. On the contrary, when the film thickness after drying of the film is thin, if the particle size of the liquid particles is increased, an area that does not react with the surface of the steel sheet is formed in the liquid particles, which is considered to cause uneven coating. .

一方、皮膜の乾燥後の膜厚が薄い場合に液体粒子の粒径を小さくすると、金属表面処理剤の塗装効率が悪くなる場合がある。このような場合には、液体粒子の存在密度を高くするように(液体粒子間の距離が近くなるように)操作すると、液体粒子同士が凝集しやすくなり、その結果、液体粒子の粒子径が大きくなるため、塗装効率を改善することができる。   On the other hand, if the particle size of the liquid particles is reduced when the film thickness after drying is small, the coating efficiency of the metal surface treatment agent may be deteriorated. In such a case, if the operation is performed so as to increase the density of the liquid particles (so that the distance between the liquid particles is close), the liquid particles tend to aggregate, and as a result, the particle diameter of the liquid particles is reduced. Since it becomes large, the painting efficiency can be improved.

以上のようにして水系金属表面処理剤を表面の凹凸の大きな亜鉛めっき鋼板上に塗布すると、鋼板表面の凹凸に沿って均一な膜を形成して、乾燥後の皮膜の膜厚を最小限に抑えることができる。   When the water-based metal surface treatment agent is applied onto the galvanized steel sheet with large unevenness on the surface as described above, a uniform film is formed along the unevenness on the surface of the steel sheet, and the film thickness after drying is minimized. Can be suppressed.

ただし、液体粒子の粒径の調整方法は、前述したような皮膜の乾燥後の膜厚に応じた液体粒子の粒径の調整方法に限られず、乾燥後のクロメートフリー皮膜の平均膜厚の目標値、金属表面処理剤中の不揮発成分の割合、鋼板に衝突する金属表面処理剤の液体粒子の単位時間及び単位面積当たりの個数等に応じて適宜定めることができる。   However, the method for adjusting the particle size of the liquid particles is not limited to the method for adjusting the particle size of the liquid particles according to the film thickness after drying of the film as described above, but the target of the average film thickness of the chromate-free film after drying. It can be appropriately determined according to the value, the ratio of the non-volatile component in the metal surface treatment agent, the unit time of the liquid particles of the metal surface treatment agent that collides with the steel plate, the number per unit area, and the like.

本発明においては、液体粒子が鋼板に衝突した際の鋼板に対する液体粒子の濡れ角を90度以下としている。これは、本発明者の検討の結果、凹凸の大きな表面を有する鋼板上に、クロメートフリー表面処理剤を均一に付着させるためには、鋼板に対する液体粒子の濡れ角を90度以下にすることにより、鋼板と鋼板に付着した液体粒子の表面との距離をほぼ一定にできるため、塗りムラが発生しにくくなるという知見が得られたためである。   In the present invention, the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet when the liquid particles collide with the steel sheet is 90 degrees or less. As a result of the inventor's investigation, in order to uniformly deposit the chromate-free surface treatment agent on the steel sheet having a large uneven surface, the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet is set to 90 degrees or less. This is because the distance between the steel plate and the surface of the liquid particles adhering to the steel plate can be made almost constant, so that the knowledge that coating unevenness hardly occurs is obtained.

また、鋼板に対する液体粒子の濡れ角は60度以下であることが好ましい。この場合には、鋼板の処理面(塗装面)が地面に対して略垂直の場合に、鋼板両面の塗装面で塗りムラを減少させる効果を有することが、本発明者らにより確認されている。さらに、鋼板に対する液体粒子の濡れ角が30度以下であると、塗装面が地面に対して水平な場合に、下面側の塗装面においても、点状や線状の塗りムラを減少させる効果を有することが、本発明者らにより確認されている。   The wetting angle of the liquid particles with respect to the steel plate is preferably 60 degrees or less. In this case, when the treated surface (painted surface) of the steel sheet is substantially perpendicular to the ground, the present inventors have confirmed that it has an effect of reducing coating unevenness on the coated surfaces on both surfaces of the steel sheet. . Furthermore, when the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet is 30 degrees or less, when the painted surface is horizontal to the ground, the effect of reducing spot-like or linear coating unevenness is also achieved on the painted surface on the lower surface side. It has been confirmed by the present inventors.

一方、鋼板に対する液体粒子の濡れ角が90度を超えると、液体粒子の一部が鋼板と接触している(例えば、液体粒子の中央部側の面が鋼板表面と接触し、液体粒子の端部側の面が鋼板表面と離隔している)状態になる。従って、表面処理剤と亜鉛めっき鋼板表面の亜鉛との反応による皮膜の形成が、液体粒子と鋼板とが接触している部分のみに限られるので、皮膜が鋼板表面に不均一に形成され、塗りムラが発生することとなる。また、鋼板を地面に対して垂直方向に通板している領域で表面処理剤の塗布を行うと、表面処理剤が下方に垂れることもあり、鋼板に対する液体粒子の濡れ角が90度を超える状態では、線状の塗りムラが顕著になることもある。   On the other hand, when the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel plate exceeds 90 degrees, some of the liquid particles are in contact with the steel plate (for example, the surface on the center side of the liquid particles is in contact with the steel plate surface, and the end of the liquid particles The surface on the part side is separated from the steel plate surface). Therefore, since the formation of the film by the reaction between the surface treatment agent and zinc on the surface of the galvanized steel sheet is limited only to the portion where the liquid particles and the steel sheet are in contact with each other, the film is formed unevenly on the surface of the steel sheet. Unevenness will occur. In addition, when the surface treatment agent is applied in a region where the steel plate is passed through in a direction perpendicular to the ground, the surface treatment agent may hang downward, and the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel plate exceeds 90 degrees. In the state, the linear coating unevenness may become remarkable.

また、鋼板に対する液体粒子の濡れ角を調整するためには、例えば、濡れ角が小さくなるような界面活性剤を選択して、表面処理剤中に所定量添加すればよい。具体的には、前述の通りである。さらに、表面処理剤中に予め亜鉛を微量含有させておくと濡れ角を調整しやすくなることも前述の通りである。   Moreover, in order to adjust the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel plate, for example, a surfactant having a small wetting angle may be selected and added to the surface treatment agent in a predetermined amount. Specifically, as described above. Furthermore, as described above, it is easy to adjust the wetting angle if a small amount of zinc is previously contained in the surface treatment agent.

ここで、鋼板に対する液体粒子の濡れ角は、例えば、地面に対して水平に載置した亜鉛めっき鋼板上に、表面処理剤の液滴を滴下して、真横から液滴の状態を観察することにより測定することができる。   Here, the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet is, for example, that a droplet of a surface treatment agent is dropped on a galvanized steel sheet placed horizontally with respect to the ground, and the state of the liquid droplet is observed from the side. Can be measured.

なお、表面処理剤の表面張力を40mN/m以下にする(望ましくは20mN/m未満)にすると、本発明の亜鉛めっき鋼板とノズルとの間隔が50mm以上の場合には、微細粒子化した表面処理剤が再凝集し難いので、好ましい。   When the surface tension of the surface treatment agent is set to 40 mN / m or less (preferably less than 20 mN / m), when the distance between the galvanized steel sheet and the nozzle of the present invention is 50 mm or more, the surface is made fine particles. The treatment agent is preferable because it is difficult to reaggregate.

(水系金属表面処理剤の塗布方法について)
以上、本発明の金属表面処理方法に用いる水系金属表面処理剤について詳細に説明したが、続いて、このような水系金属表面処理剤の具体的な塗布方法について説明する。
(About application method of water-based metal surface treatment agent)
The water-based metal surface treatment agent used in the metal surface treatment method of the present invention has been described in detail above. Subsequently, a specific method for applying such a water-based metal surface treatment agent will be described.

本発明においては、亜鉛めっき鋼板の表面と50mm以上、好ましくは200mm以上離隔した位置から、水系金属表面処理剤を微粒子化した液体粒子をスプレーにより吹き付けることが好ましい。これは、鋼板は張力変動があると、その厚み方向(スプレーのノズル方向)に容易に振動するため、スプレーのノズルを損壊しないように、ノズルを鋼板に近接して設置することはできないためである。   In the present invention, it is preferable to spray the liquid particles obtained by atomizing the water-based metal surface treatment agent by spraying from a position separated from the surface of the galvanized steel sheet by 50 mm or more, preferably 200 mm or more. This is because the steel plate vibrates easily in the thickness direction (spray nozzle direction) when there is a fluctuation in tension, so the nozzle cannot be installed close to the steel plate so as not to damage the spray nozzle. is there.

ただし、ノズルと鋼板との間隔を広げ過ぎると、塗りムラが発生しやすい傾向となる。これは、ノズルと鋼板との間隔が広がることで、鋼板に衝突する液体粒子に速度の低いものが含まれてくるので、鋼板に対する液体粒子の濡れ角が90度超と大きい場合には、鋼板と液体粒子と接触状態が悪い割合が多くなるためである。従って、鋼板とノズルとの間隔を50mm以上にする場合には、濡れ角を90度以下とすることが特に望まれる。   However, if the interval between the nozzle and the steel plate is too wide, uneven coating tends to occur. This is because when the gap between the nozzle and the steel plate is widened, the liquid particles impinging on the steel plate include low-velocity liquid particles. This is because the ratio of bad contact with liquid particles increases. Therefore, when the distance between the steel plate and the nozzle is 50 mm or more, it is particularly desirable that the wetting angle be 90 degrees or less.

また、本発明においては、水系金属表面処理剤を微粒子化した液体粒子が亜鉛めっき鋼板に接触する時の速度を0.1m/s以上5m/s以下とすることが好ましい。液体粒子の速度が5m/sを超えると、水系金属表面処理剤が鋼板表面に衝突して液体粒子が広がる際に、鋼板と液体粒子との間に空気を残存させる確率が大きくなるので、乾燥の際に発泡が起きるおそれがある。このような観点から、液体粒子の速度が1m/s以下であると、鋼板と液体粒子との間の空気の巻き込みがほとんど起こらないため、さらに好ましい。一方、液体粒子の速度が0.1m/s未満であると、液体粒子の速度が変動したときに、液体粒子が鋼板に付着できない場合があるため、好ましくない。なお、液体粒子の流速は、スプレー等から液体粒子を吐出する際の気体(エアー等)の圧力を調整することにより制御可能である。   Moreover, in this invention, it is preferable that the speed | velocity when the liquid particle which atomized the water-system metal surface treating agent contacts a galvanized steel plate shall be 0.1 m / s or more and 5 m / s or less. If the speed of the liquid particles exceeds 5 m / s, when the aqueous metal surface treatment agent collides with the steel plate surface and the liquid particles spread, the probability that air remains between the steel plate and the liquid particles increases, so that the drying is performed. There is a risk that foaming may occur during the process. From such a point of view, it is more preferable that the speed of the liquid particles is 1 m / s or less, since air is hardly involved between the steel plate and the liquid particles. On the other hand, if the speed of the liquid particles is less than 0.1 m / s, the liquid particles may not adhere to the steel sheet when the speed of the liquid particles fluctuates. The flow rate of the liquid particles can be controlled by adjusting the pressure of the gas (air or the like) when discharging the liquid particles from a spray or the like.

なお、本発明者らが予備実験として行った水を用いた水系金属表面処理剤の液体粒子の塗布実験では、前記のような速度範囲では、液体粒子(すなわち、本実験では水滴)は
合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面にまばらに付着し、均一には付着しないことがわかった。この際、水の表面張力は50〜70mN/m程度であった。この理由は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面に凹凸がある場合には、鋼板表面に水粒子が衝突する実効の速度は、測定した水粒子が鋼板表面に垂直に衝突する速度より、例えば、10%〜50%程度とかなり小さいために、10〜30μmの水粒子が鋼板表面から弾かれたものと考えられる。一般的に、内圧の変化(P−P’)は表面張力σに比例して、粒子の半径rに反比例するので(P−P’=2σ/r)、小さい液体粒子の方が鋼板表面から弾かれやすいと考えられる。また、表面張力に内圧変化は比例するだけなので、表面張力を変えても鋼板への付着の影響は小さいと考えられる。一方、鋼板表面に対する液体粒子の濡れ角が90度以下と小さい場合には、液体粒子が鋼板に一旦接触すると、濡れ角を小さくすることでエネルギーを最小化するので、鋼板表面から弾かれることはなく、液体粒子が鋼板に塗布されるものと考えられる。
In addition, in the application experiment of the liquid particles of the water-based metal surface treatment agent using water as a preliminary experiment conducted by the present inventors, the liquid particles (that is, water droplets in this experiment) are alloyed in the above speed range. It was found that it adhered to the surface of the hot-dip galvanized steel sheet sparsely and not uniformly. At this time, the surface tension of water was about 50 to 70 mN / m. The reason for this is that when the surface of the galvannealed steel sheet is uneven, the effective speed at which the water particles collide with the steel sheet surface is, for example, 10 It is considered that 10 to 30 μm of water particles were repelled from the surface of the steel sheet because it was as small as about 50% to 50%. In general, the change in the internal pressure (PP ′) is proportional to the surface tension σ and inversely proportional to the particle radius r (PP ′ = 2σ / r). It is considered easy to play. Further, since the change in internal pressure is only proportional to the surface tension, it is considered that the influence of adhesion to the steel sheet is small even if the surface tension is changed. On the other hand, when the wetting angle of the liquid particles with respect to the steel sheet surface is as small as 90 degrees or less, once the liquid particles come into contact with the steel sheet, energy is minimized by reducing the wetting angle. The liquid particles are considered to be applied to the steel sheet.

ここで、例えば、特開2006−341144号公報、特開2004−906号公報、特開2004−122705号公報等には、インクを微細な粒子として紙上へ塗布する技術が開示されている。しかし、これらの技術は、紙上への塗布であるので、このまま鋼板上への塗布に適用することはできない。これは、インクジェットの場合には、粒子の吐出速度が早いため、同じ速度で表面処理剤を鋼板上に塗布すると、空気の巻き込みが起こり、塗りムラが生じてしまうためである。   Here, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-341144, 2004-906, and 2004-122705 disclose techniques for applying ink on paper as fine particles. However, since these techniques are application on paper, they cannot be applied to application on a steel sheet as they are. This is because in the case of inkjet, since the discharge speed of the particles is high, if the surface treatment agent is applied onto the steel plate at the same speed, air entrainment occurs and coating unevenness occurs.

また、本発明の金属表面処理方法においては、水系金属表面処理剤として、シランカップリング剤、界面活性剤、シリカ、水溶性の有機樹脂、及び溶媒としての水を含む水性ベースの液体使用しているため、水系金属表面処理剤の塗布を、気体と液体とを混合して外部へ吐出する気液混合スプレーを用いることが好ましい。   In the metal surface treatment method of the present invention, an aqueous base liquid containing a silane coupling agent, a surfactant, silica, a water-soluble organic resin, and water as a solvent is used as an aqueous metal surface treatment agent. Therefore, it is preferable to use a gas-liquid mixed spray for applying the water-based metal surface treatment agent by mixing gas and liquid and discharging them to the outside.

このとき、表面処理剤が金属との反応性を有することから、気液混合スプレーにおける水系金属表面処理剤の吐出口の断面積は、3mm以上であることが好ましい。 At this time, since the surface treatment agent has reactivity with the metal, the cross-sectional area of the discharge port of the aqueous metal surface treatment agent in the gas-liquid mixed spray is preferably 3 mm 2 or more.

さらに、気液混合スプレーのノズルの材質によっては濡れ角が小さくなると微細な液体粒子が生成しにくくなる場合は、ノズル吐出口を含む先端部の材質を濡れ角が90度以上確保できる材質、例えば、フッ化物によるコーティングが施すことが好ましい。   Furthermore, depending on the nozzle material of the gas-liquid mixed spray, when it becomes difficult to generate fine liquid particles when the wetting angle becomes small, a material that can ensure a wetting angle of 90 degrees or more for the material of the tip including the nozzle discharge port, for example, It is preferable to apply a fluoride coating.

<本発明に係る表面処理鋼板について>
以上、本発明に係る金属表面処理方法について詳細に説明したが、以下に、前述したような金属表面処理方法による処理後の表面処理鋼板について説明する。
<About the surface-treated steel sheet according to the present invention>
Although the metal surface treatment method according to the present invention has been described in detail above, the surface-treated steel sheet after the treatment by the metal surface treatment method as described above will be described below.

本発明に係る表面処理鋼板は、Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有する亜鉛めっき鋼板の表面に、前述した金属表面処理方法により形成されたクロメートフリー皮膜を有する。本発明の表面処理鋼板では、形成されたクロメートフリー皮膜は、乾燥後の平均膜厚Tが0.1μm以上2μm以下であり、皮膜厚みの標準偏差σは、下記式(I)を満足する。
σ≦0.21T+0.78 (μm) ・・・(I)
The surface-treated steel sheet according to the present invention has a chromate-free film formed by the above-described metal surface treatment method on the surface of a galvanized steel sheet having a surface roughness Ra of 1 μm to 10 μm. In the surface-treated steel sheet of the present invention, the formed chromate-free film has an average film thickness T after drying of 0.1 μm to 2 μm, and the standard deviation σ of the film thickness satisfies the following formula (I).
σ ≦ 0.21T + 0.78 (μm) (I)

(膜厚の測定方法について)
ここで、皮膜の乾燥後の平均膜厚Tは、例えば、鋼板の断面試料を作成し、高分解能の走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて厚みを10点程度測定した結果の平均値として求めることができる。また、皮膜厚みの標準偏差σは、平均膜厚Tと同様にして10点程度測定した結果を用いて標準偏差を算出して求めることができる。
(About film thickness measurement method)
Here, the average film thickness T after drying of the film is obtained as an average value of, for example, a result of measuring a thickness of about 10 points using a high-resolution scanning electron microscope (SEM) by preparing a cross-sectional sample of a steel plate. be able to. Further, the standard deviation σ of the film thickness can be obtained by calculating the standard deviation using the result of measuring about 10 points in the same manner as the average film thickness T.

また、膜厚の他の測定方法としては、例えば、皮膜中の成分が既知の場合には、蛍光X線を用いた測定を行い、例えば、SiやPなどの特定成分の量と乾燥後の表面処理剤の重量との関係を予め求めておく。そして、この関係に基づいて検量線を作成した後に、蛍光X線を用いた測定で、鋼板表面に存在するSiやPなどの特定成分の量を測定し、付着重量を求める。この重量を蛍光X線の測定領域(この場合には35mm径)の面積で除することで、単位面積当たりの付着重量が求められる。さらに、乾燥後の表面処理剤の体積と重量との関係から予め比重を求めておくことで、単位面積当たりの付着重量を膜厚に換算することができる。   In addition, as another method for measuring the film thickness, for example, when the components in the film are known, measurement using fluorescent X-rays is performed, for example, the amount of a specific component such as Si or P and after drying The relationship with the weight of the surface treatment agent is obtained in advance. Then, after creating a calibration curve based on this relationship, the amount of specific components such as Si and P existing on the steel sheet surface is measured by measurement using fluorescent X-rays to determine the adhesion weight. By dividing this weight by the area of the fluorescent X-ray measurement region (in this case, 35 mm diameter), the adhesion weight per unit area is obtained. Furthermore, by obtaining the specific gravity in advance from the relationship between the volume and weight of the surface treatment agent after drying, the adhesion weight per unit area can be converted into a film thickness.

(膜厚の標準偏差と平均膜厚との関係について)
続いて、図1及び図2を参照しながら、膜厚の標準偏差σと平均膜厚Tとの関係(式(I))について詳細に説明する。なお、図1は、表面の凹凸の大きな鋼板上にクロメートフリー表面処理を施すことにより形成された皮膜の状態の一例を示す説明図である。また、図2は、本発明に係る表面処理鋼板膜厚における標準偏差σと平均膜厚Tとの関係の一例を示すグラフである。
(Relationship between standard deviation of film thickness and average film thickness)
Next, the relationship between the standard deviation σ of the film thickness and the average film thickness T (formula (I)) will be described in detail with reference to FIGS. In addition, FIG. 1 is explanatory drawing which shows an example of the state of the film | membrane formed by performing chromate free surface treatment on the steel plate with the large unevenness | corrugation of the surface. FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the standard deviation σ and the average film thickness T in the surface-treated steel sheet thickness according to the present invention.

図1に示すように、亜鉛めっき鋼板1上にクロメートフリー表面処理を施すことにより、皮膜2が形成された表面処理鋼板においては、一般に、表面の凸部11の膜厚が限界値以下になると、その部分から腐食が発生する(図1の丸で囲んだ部分Sを参照)。また、皮膜2の膜厚にバラつきが有ると、腐食の限界値以下になる部分が生じる場合がある。   As shown in FIG. 1, in the surface-treated steel sheet on which the coating 2 is formed by performing chromate-free surface treatment on the galvanized steel sheet 1, generally, when the film thickness of the convex portion 11 on the surface becomes a limit value or less. Corrosion occurs from that portion (see the circled portion S in FIG. 1). Moreover, when the film thickness of the film 2 varies, there may be a portion where the corrosion is below the limit value.

一方、膜厚の薄い分の厚みTthinは、膜厚のバラつきを考慮すると、以下の式(II)で表される。
T−α×σ = Tthin ・・・(II)
On the other hand, the thickness T thin corresponding to the thin film thickness is expressed by the following formula (II) in consideration of variations in the film thickness.
T−α × σ = T thin (II)

従って、この厚みTthinが腐食発生の限界値Tlimit以下になると、腐食が発生する。すなわち、以下の式(III)が成立する。
T−α×σ < Tlimit ・・・(III)
Accordingly, when the thickness T thin becomes equal to or less than the limit value T limit for occurrence of corrosion, corrosion occurs. That is, the following formula (III) is established.
T−α × σ <T limit (III)

逆に、以下の式(III)’が成立すれば、腐食が発生しない。
T−α×σ ≧ Tlimit ・・・(III)’
Conversely, if the following formula (III) ′ holds, corrosion does not occur.
T−α × σ ≧ T limit (III) ′

本発明者らは、JIS Z2371に準拠して塩水噴霧試験(SST)を72時間実施した結果、前記式(III)及び(III)’におけるα=0.21、腐食発生の限界値の厚みTlimit=0.078μmとすると、平均膜厚Tと膜厚の標準偏差σとが、図2に示すように関係になることを見出した。なお、図2における「○」は、錆発生が全面積の10%以上であった場合の例を示し、「×」は、錆発生が全面積の10%未満であった場合の例を示している。その結果、十分な耐食性を確保するための膜厚の標準偏差σと平均膜厚Tとの関係が前記式(I)になることが判った。 As a result of carrying out the salt spray test (SST) for 72 hours in accordance with JIS Z2371, the present inventors have found that α = 0.21 in the above formulas (III) and (III) ′, the thickness T that is the limit value for occurrence of corrosion. It was found that when limit = 0.078 μm, the average film thickness T and the standard deviation σ of the film thickness are related as shown in FIG. In addition, “◯” in FIG. 2 indicates an example when rust generation is 10% or more of the entire area, and “X” indicates an example when rust generation is less than 10% of the total area. ing. As a result, it was found that the relationship between the standard deviation σ of the film thickness and the average film thickness T for ensuring sufficient corrosion resistance is the above formula (I).

さらに、本発明者らは、特に表面の凹凸が大きい合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、膜厚の小さい範囲(2μm以下)では、従来の塗布方法では、前記式(I)の関係を実現することができず、本発明に係る微細な液体粒子を用いた塗布方法で、前記式(I)の関係を満足できることを見出した。   Furthermore, the present inventors realize the relationship of the above formula (I) in the conventional coating method in the range where the film thickness is small (2 μm or less) particularly in the alloyed hot-dip galvanized steel sheet having a large surface irregularity. It was found that the relationship of the formula (I) can be satisfied by the coating method using fine liquid particles according to the present invention.

以上説明したような本発明に係る金属表面処理方法及び表面処理鋼板によれば、塗りムラはわずかに観察される場合があるものの、従来のロールコータ塗布、浸漬塗布、従来のスプレー塗布等に比べて、顕著に塗りムラを改善することができる。具体的には、後述する実施例に示すように、鋼板表面の単位面積当たりの付着量(g/m)を75%程度減少させても、同等の耐食性が得られることが確認された。 According to the metal surface treatment method and the surface-treated steel sheet according to the present invention as described above, coating unevenness may be slightly observed, but compared with conventional roll coater coating, dip coating, conventional spray coating, etc. Thus, uneven coating can be remarkably improved. Specifically, as shown in the examples described later, it was confirmed that equivalent corrosion resistance was obtained even when the adhesion amount per unit area (g / m 2 ) on the steel sheet surface was reduced by about 75%.

また、本発明のように、クロメートフリー表面処理剤を微細な液体粒子の形状にして鋼板に付着させる方法の優れている点は、主に以下の3点である。
(1)合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の場合には、表面の凹凸がRaで1μm〜10μm程度と大きいが、この場合でも、凹部、凸部ともに同程度の厚みで皮膜が形成されるように、表面処理剤を塗布することができる。すなわち、本発明によれば、従来の塗布法では実現できなかった、鋼板表面の凹部でも凸部でも膜厚が均一であるクロメートフリー皮膜を形成することができる。
(2)鋼板に付着しない微細な液体粒子状の表面処理剤は、亜鉛との反応をしないまま回収されるので、浸漬塗布や従来のスプレー塗布などで見られた、回収液内における亜鉛濃度の増加が見られない。
(3)微細な液体粒子状の表面処理剤を付着させた後は、放置して乾燥させることで、クロメートフリー皮膜を形成することができる。また、表面処理剤の塗布後にリンガーロール等で膜厚を均一化する必要がないので、塗りムラが生じない。
Moreover, the point which is excellent in the method of making a chromate free surface treating agent the shape of a fine liquid particle and making it adhere to a steel plate like this invention is mainly the following three points.
(1) In the case of alloyed hot-dip galvanized steel sheets, etc., the unevenness of the surface is as large as 1 μm to 10 μm in Ra, but even in this case, the film is formed with the same thickness on both the concave and convex portions. A surface treatment agent can be applied. That is, according to the present invention, it is possible to form a chromate-free film having a uniform film thickness on both the concave and convex portions of the steel sheet surface, which could not be realized by the conventional coating method.
(2) Since the fine liquid particle surface treatment agent that does not adhere to the steel plate is recovered without reacting with zinc, the concentration of zinc in the recovered liquid as seen in dip coating or conventional spray coating is reduced. There is no increase.
(3) After attaching the surface treatment agent in the form of fine liquid particles, the chromate-free film can be formed by leaving it to dry. Moreover, since it is not necessary to make the film thickness uniform with a ringer roll or the like after application of the surface treatment agent, coating unevenness does not occur.

次に、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

本実施例では、まず、亜鉛めっき鋼板として、下記の表1に示すような鋼板表面の凹凸及びRaを有し、Feを8質量%〜12質量%程度含む合金化溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。   In this example, first, as the galvanized steel sheet, an galvannealed steel sheet having irregularities and Ra on the steel sheet surface as shown in Table 1 below and containing about 8% by mass to 12% by mass of Fe was used. .

また、水系金属表面処理剤としては、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを2:1に混合した有機ケイ素化合物と、数%のZrフルオロ化合物、リン酸、オキシ硫酸バナジウム、界面活性剤としてのポリエチレンオキサイドを含む薬液を表1に示す不揮発成分割合として含む様に調整したものを薬剤Aとして用いた。   Further, as the water-based metal surface treatment agent, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, an organosilicon compound in which 3-glycidoxypropyltriethoxysilane is mixed 2: 1, several percent of a Zr fluoro compound, phosphorus A drug A containing a chemical solution containing acid, vanadium oxysulfate, and polyethylene oxide as a surfactant as a non-volatile component ratio shown in Table 1 was used.

また、水系金属表面処理剤は、亜鉛との反応を促進させる(成膜速度を早める)ために、pHが3〜6となるように酢酸を用いて調整した。   The aqueous metal surface treatment agent was adjusted with acetic acid so that the pH was 3 to 6 in order to promote the reaction with zinc (accelerate the film formation rate).

また、濡れ角は、酢酸濃度と、ポリエチレンオキサイド及びエタノールの添加量を調整することにより、下記表1に示した濡れ角となるように調整した。また、比較例として、ポリエチレンオキサイド及びエタノールの添加量を調整することにより、濡れ角が100程度の表面処理剤も調製した(比較例2,4)。   In addition, the wetting angle was adjusted to the wetting angle shown in Table 1 below by adjusting the acetic acid concentration and the addition amount of polyethylene oxide and ethanol. Further, as a comparative example, a surface treatment agent having a wetting angle of about 100 was prepared by adjusting the addition amounts of polyethylene oxide and ethanol (Comparative Examples 2 and 4).

前述のようにして調製した表面処理剤を図3に示すような塗布装置を用いて亜鉛めっき鋼板の表面に塗布した。図3に示すように、表面処理剤を塗布する際における通板方向を地面に対して垂直方向とし、表面処理剤の塗布には複数の2流体ノズルを使用した。具体的には、本実施例では、垂直方向(通板方向)に2段、水平方向(鋼板の幅方向)に9本の2流体ノズルを設置した。2流体ノズルの下方には、処理剤の飛散防止のためのエアノズルを設置し、2流体ノズルの上方には、処理剤の飛散防止のためのフードを設置して、飛散した処理剤を吸引した。なお、本実施例では鋼板の片面に表面処理剤の塗布を行ったが、鋼板の両面に塗布することも可能である。また、入り側の鋼板の温度は、表面処理剤の反応を促進するという観点から、60℃〜90℃となるように制御した。この温度は、ノズルの前面に熱風ブロアを設置して調整した。   The surface treatment agent prepared as described above was applied to the surface of a galvanized steel sheet using a coating apparatus as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the plate-passing direction when applying the surface treatment agent was perpendicular to the ground, and a plurality of two-fluid nozzles were used for applying the surface treatment agent. Specifically, in the present example, two two-fluid nozzles were installed in the vertical direction (through plate direction) and in the horizontal direction (steel plate width direction). An air nozzle for preventing scattering of the processing agent is installed below the two-fluid nozzle, and a hood for preventing scattering of the processing agent is installed above the two-fluid nozzle to suck the scattered processing agent. . In this embodiment, the surface treatment agent is applied to one side of the steel plate, but it can also be applied to both sides of the steel plate. Further, the temperature of the steel sheet on the entry side was controlled to be 60 ° C. to 90 ° C. from the viewpoint of promoting the reaction of the surface treatment agent. This temperature was adjusted by installing a hot air blower in front of the nozzle.

液体粒子の粒径は、2流体ノズルを用いて、空気の圧力(1〜3kg/cm)と液体の量(5〜10L/hr)を調整することにより、10μm〜30μmとなるように制御した。鋼板とノズル口との距離は、鋼板が張力変動によりその厚み方向に振動することを考慮して、ノズルを損壊しないように200mmとした。また、ノズル口の断面積も、鋼板とノズル口との距離(200mm)や表面処理剤とノズルとの反応を考慮して、5mm(1mm×5mm)とした。さらに、ノズル口と表面処理剤との反応を抑制するために、ノズル先端部にテフロン(登録商標)加工を施した。なお、ノズルからの表面処理剤の塗布量は、不揮発成分の量が10%程度であるとして、所定の塗膜ができるように調整した。 The particle size of the liquid particles is controlled to be 10 μm to 30 μm by adjusting the air pressure (1 to 3 kg / cm 2 ) and the amount of liquid (5 to 10 L / hr) using a two-fluid nozzle. did. The distance between the steel plate and the nozzle port was set to 200 mm so as not to damage the nozzle, considering that the steel plate vibrates in the thickness direction due to tension fluctuation. The cross-sectional area of the nozzle port was also 5 mm 2 (1 mm × 5 mm) in consideration of the distance (200 mm) between the steel plate and the nozzle port and the reaction between the surface treatment agent and the nozzle. Furthermore, in order to suppress the reaction between the nozzle opening and the surface treatment agent, Teflon (registered trademark) processing was applied to the nozzle tip. In addition, the coating amount of the surface treatment agent from the nozzle was adjusted so that a predetermined coating film was formed on the assumption that the amount of nonvolatile components was about 10%.

以上のようにして表面処理剤を鋼板表面に塗布した後に自然乾燥させて、鋼板上にクロメートフリー皮膜を形成し、皮膜形成後の鋼板について、液体粒子の鋼板表面への衝突速度(m/s)、乾燥前の平均膜厚(μm)、乾燥後の平均膜厚(μm)、膜厚のばらつき(μm)、式(I)の計算値を、前述した方法によって測定または算出した。さらに、この鋼板について、耐食性を評価するために、JIS Z2371に準拠して塩水噴霧試験(SST)を72時間及び120時間実施し、錆発生面積が全体の10%未満の場合を合格とした。また、鋼板の表面の外観について、塗りムラの発生の有無を観察し、塗りムラが発生した場合を×、わずかに塗りムラが発生した場合を△、塗りムラがほとんど発生しなかった場合をと評価した。その結果を下記表1に示す。
After the surface treatment agent is applied to the steel sheet surface as described above, it is naturally dried to form a chromate-free film on the steel sheet, and the impact speed (m / s) of the liquid particles on the steel sheet surface with respect to the steel sheet after the film formation. ), Average film thickness before drying (μm), average film thickness after drying (μm), variation in film thickness (μm), and calculated values of formula (I) were measured or calculated by the methods described above. Furthermore, in order to evaluate corrosion resistance about this steel plate, the salt spray test (SST) was implemented for 72 hours and 120 hours based on JISZ2371, and the case where the rust generation | occurrence | production area was less than 10% of the whole was set as the pass. In addition, regarding the appearance of the surface of the steel sheet, the presence or absence of uneven coating was observed, and × when the uneven coating occurred, Δ when the slight coating unevenness occurred, and when almost no uneven coating occurred It was evaluated. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0005292927
Figure 0005292927

表1に示すように、膜厚のばらつきが増加すると、SSTでの錆発生の面積が増加することがわかった。これは、膜厚の薄い部分が生じて、この部分の耐食性が悪化したと考えられる。特に、膜厚が0.5μm以上では、120時間のSSTで錆発生の面積が増加することがわかった。また、表面処理剤と鋼板との濡れ角が大きなもの(比較例2、4、8)については、塗りムラが発生(あるいはわずかに発生)することがわかった。   As shown in Table 1, it was found that when the variation in film thickness increases, the area of rust generation in SST increases. This is thought to be due to the occurrence of a thin film thickness and a deterioration in the corrosion resistance of this film. In particular, when the film thickness was 0.5 μm or more, it was found that the area of rust generation increased with SST for 120 hours. In addition, it was found that uneven coating occurs (or slightly occurs) for those having a large wetting angle between the surface treatment agent and the steel sheet (Comparative Examples 2, 4, and 8).

図4に、ロールコータ塗布によりクロメートフリー皮膜が形成された表面処理鋼板((a))、本発明の微細な液体粒子を用いたスプレー塗布によりクロメートフリー皮膜が形成された表面処理鋼板((b)及び(c))の走査型電子顕微鏡(SEM)写真の一例を示す。図4では、最も下方の層が鋼板、その直上の層が亜鉛めっき層、その上の黒い部分がクロメートフリー皮膜層を示している。図4に示すように、従来のローラコータ塗布の場合は、亜鉛めっき層表面の凸部が基準になって皮膜が形成され、凹部に表面処理剤が圧入された結果、皮膜の厚みに大きなバラつきがあることがわかる(凹部の厚みが大きく、凸部の厚みが小さい)。一方、本発明の微細な液体粒子を用いたスプレー塗布によれば、亜鉛めっき層表面の凹凸に沿って、均一な厚みの皮膜を形成できることがわかる。   FIG. 4 shows a surface-treated steel plate ((a)) on which a chromate-free coating is formed by roll coater coating, and a surface-treated steel plate ((b) on which a chromate-free coating is formed by spray coating using fine liquid particles of the present invention. ) And (c)) are examples of scanning electron microscope (SEM) photographs. In FIG. 4, the lowermost layer is a steel plate, the layer immediately above it is a galvanized layer, and the black portion above it is a chromate-free coating layer. As shown in FIG. 4, in the case of conventional roller coater coating, a film is formed on the basis of the convex part on the surface of the galvanized layer, and the surface treatment agent is press-fitted into the concave part, resulting in a large variation in the film thickness. It can be seen that the thickness of the concave portion is large and the thickness of the convex portion is small. On the other hand, according to the spray coating using the fine liquid particles of the present invention, it can be seen that a film having a uniform thickness can be formed along the unevenness of the surface of the galvanized layer.

また、図5に、皮膜の付着量(QM付着量)とSSTを72時間実施した後の錆発生面積率(SST72h−WR)との関係を示した。図5中、◇はロールコータの塗布の場合、□は本発明の微細な液体粒子を用いたスプレー塗布の場合を示している。図5に示すように、式(I)以下の膜厚のバラつきで表面処理剤を塗布すると、平均付着量0.3g/mでSST72時間の耐食性が確保できた。しかし、式(I)を満たさないロール塗布方法では、平均付着量0.45g/mでSST72時間の耐食性が確保できた。従って、表面処理剤の使用量を25%以上削減することが出来た。また、表面の凹凸の大きい鋼板に塗装する際には、ロール磨耗対策の工夫がいるロールコータ塗布と比較すると、微細な液体粒子を用いるスプレー塗布はロール交換の手間も無く簡便である。
FIG. 5 shows the relationship between the coating amount (QM adhesion amount) and the rust generation area ratio (SST72h-WR) after SST was performed for 72 hours. In FIG. 5, ◇ indicates the case of roll coater application, and □ indicates the case of spray application using the fine liquid particles of the present invention. As shown in FIG. 5, when the surface treatment agent was applied with a variation in film thickness of the formula (I) or less, the corrosion resistance for SST 72 hours could be secured with an average adhesion amount of 0.3 g / m 2 . However, in the roll coating method not satisfying the formula (I), the corrosion resistance for SST 72 hours was secured at an average adhesion amount of 0.45 g / m 2 . Therefore, the amount of the surface treatment agent used can be reduced by 25% or more . In addition, when coating a steel sheet with large irregularities on the surface, spray coating using fine liquid particles is simple and easy without any roll replacement, as compared with roll coater coating, which has a measure for preventing roll abrasion.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

表面の凹凸の大きな鋼板上にクロメートフリー表面処理を施すことにより形成された皮膜の状態の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state of the film | membrane formed by performing chromate free surface treatment on the steel plate with the large unevenness | corrugation of the surface. 本発明に係る表面処理鋼板膜厚における標準偏差σと平均膜厚Tとの関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the standard deviation (sigma) and the average film thickness T in the surface-treated steel sheet thickness which concerns on this invention. 本発明の実施例で使用した表面処理剤の塗布装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the coating device of the surface treating agent used in the Example of this invention. ロールコータ塗布によりクロメートフリー皮膜が形成された表面処理鋼板((a))、本発明の微細な液体粒子を用いたスプレー塗布によりクロメートフリー皮膜が形成された表面処理鋼板((b)及び(c))の一例を示す走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。Surface-treated steel sheet ((a)) on which a chromate-free film is formed by roll coater coating, and surface-treated steel sheets ((b) and (c) on which a chromate-free film is formed by spray coating using fine liquid particles of the present invention. )) Is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing an example. 皮膜の付着量(QM付着量)とSSTを72時間実施した後の錆発生面積率(SST72h−WR)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the adhesion amount (QM adhesion amount) of a membrane | film | coat, and the rust generation | occurence | production area ratio (SST72h-WR) after implementing SST for 72 hours.

符号の説明Explanation of symbols

1 亜鉛めっき鋼板
2 クロメートフリー皮膜
11 凸部
13 凹部
1 Galvanized steel sheet 2 Chromate-free coating 11 Convex part 13 Concave part

Claims (8)

Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有する亜鉛めっき鋼板の表面に、シランカップリング剤及び界面活性剤を少なくとも含有する水系金属表面処理剤を塗布した後に乾燥させることにより、前記亜鉛めっき鋼板の表面に皮膜を形成する金属表面処理方法において、
前記水系金属表面処理剤を粒径が10μm以上30μm以下の液体粒子とした後に、前記亜鉛めっき鋼板に向けて前記液体粒子を吹き付け、
前記亜鉛めっき鋼板の表面に対する前記液体粒子の濡れ角を90度以下とし、
前記水系金属表面処理剤は、pHが3〜6であり、
前記界面活性剤は、ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤であり、
前記界面活性剤の含有量は、前記水系金属表面処理剤100質量部に対して、0.001質量部以上5質量部以下であり、
前記水系金属表面処理剤は、さらに亜鉛を100ppm以上500ppm以下含有することを特徴とする、金属表面処理方法。
By applying an aqueous metal surface treatment agent containing at least a silane coupling agent and a surfactant to the surface of a galvanized steel sheet having a surface roughness of 1 μm or more and 10 μm or less at Ra, the surface of the galvanized steel sheet is dried. In the metal surface treatment method for forming a film on the surface,
After making the water-based metal surface treatment agent liquid particles having a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less, the liquid particles are sprayed toward the galvanized steel sheet,
The wetting angle of the liquid particles with respect to the surface of the galvanized steel sheet is 90 degrees or less ,
The aqueous metal surface treatment agent has a pH of 3 to 6,
The surfactant is a nonionic surfactant or a cationic surfactant,
The content of the surfactant is 0.001 part by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aqueous metal surface treatment agent.
The water-based metal surface treatment agent further contains 100 ppm or more and 500 ppm or less of zinc .
前記液体粒子の粒径を、前記皮膜の乾燥後の平均膜厚に応じて調整することを特徴とする、請求項記載の金属表面処理方法。 Wherein the particle diameter of liquid particles, and adjusting in response to the average film thickness after drying of the coating, according to claim 1 a metal surface treatment method according. 前記亜鉛めっき鋼板の表面と50mm以上離隔した位置から、前記液体粒子を吹き付けることを特徴とする、請求項1または2に記載の金属表面処理方法。 From a position spaced surface 50mm or more of the galvanized steel sheet, characterized in that spraying the liquid particles, metal surface treatment method according to claim 1 or 2. 前記液体粒子が前記亜鉛めっき鋼板に接触する時の速度を0.1m/s以上5m/s以下とすることを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の金属表面処理方法。 The liquid particles are characterized by less speed 0.1 m / s or more 5 m / s when in contact with the galvanized steel sheet, the metal surface treatment method according to any one of claims 1-3. 前記水系金属表面処理剤の塗布を、気体と液体とを混合して外部へ吐出する気液混合スプレーを用いて行うことを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の金属表面処理方法。 The metal surface treatment according to any one of claims 1 to 4 , wherein the water-based metal surface treatment agent is applied using a gas-liquid mixed spray in which a gas and a liquid are mixed and discharged to the outside. Method. 前記気液混合スプレーにおける前記水系金属表面処理剤の吐出口の断面積は、3mm以上であることを特徴とする、請求項に記載の金属表面処理方法。 The metal surface treatment method according to claim 5 , wherein a cross-sectional area of a discharge port of the aqueous metal surface treatment agent in the gas-liquid mixed spray is 3 mm 2 or more. 前記気液混合スプレーは、前記水系金属表面処理剤の吐出口を含む当該吐出口近傍にフッ化物によるコーティングが施されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の金属表面処理方法。 7. The metal surface treatment method according to claim 5 , wherein the gas-liquid mixed spray is coated with fluoride in the vicinity of the discharge port including the discharge port of the water-based metal surface treatment agent. . Raで1μm以上10μm以下の表面粗度を有する亜鉛めっき鋼板の表面に、請求項1〜のいずれかに記載の金属表面処理方法により形成された皮膜を有し、
前記皮膜は、乾燥後の平均膜厚Tが0.1μm以上2μm以下であり、
前記皮膜の厚みの標準偏差σは、下記式(I)を満足することを特徴とする、表面処理鋼板。
σ≦0.21T+0.78 ・・・(I)
On the surface of the galvanized steel sheet having 10μm or less surface roughness than 1μm in Ra, has a film formed by the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 7
The film has an average film thickness T after drying of 0.1 μm or more and 2 μm or less,
The surface-treated steel sheet characterized in that the standard deviation σ of the thickness of the film satisfies the following formula (I).
σ ≦ 0.21T + 0.78 (I)
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