JP6004521B2 - 加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する配管 - Google Patents

加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する配管 Download PDF

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Description

本発明は、加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する自動車の配管に係り、より詳しくは母材鋼管の外表面に耐熱・耐食性めっき層としてZnNi合金めっき層を有する加工性に優れた配管に関するものである。
従来、自動車の例えば燃料配管では鋼管表面にZnめっき層を形成した後にクロメート皮膜を形成した製品が多用されている。しかしながら、めっき層皮膜処理後の製品加工は加工部の耐食性が著しく損なわれ、耐熱性も十分とはいえない。又、低燃費、環境対策面から自動車のエンジンダウンサイジング化(小型化)によるエンジンルーム内の温度の上昇や、それに伴いエンジンルーム内で使用される配管についてもより高耐熱・高耐食性の要求が高まってきている。
ところで、加工性に優れる耐熱・耐食性めっきとしては、基材の表面に第一層としてNiめっき層を形成し、ついで前記Niめっき層上に被着したZnNi合金めっき層の表面にクロメート皮膜処理を施した耐熱・耐食性重層メッキ鋼材(特許文献1、特許文献2等参照)や、第一層としてNiめっき層を形成し、ついで中間層として酸性浴使用のZnNi合金めっき層を形成し、第三層としてアルカリ性浴使用のZnNi合金めっき層を形成する鋼材(特許文献3参照)が提案されている。
しかしながら、燃料配管等の自動車用配管の製造工程としては、生産性やコスト等の観点から長尺の直管鋼管の状態でめっき及びクロメート処理をした後に製品曲げ加工を行うことが望ましいため、前記した従来技術のようなNiめっき層上にZnNi合金めっき層を単独で形成する場合は、端部のめっき膜厚が厚くなり加工性が悪化することや、Niめっき層とZnNi合金めっき層間の密着性が曲げ加工時に低下し、耐熱性・耐食性が低下しやすいという問題がある。又、Niめっき層上にZnNi合金めっき層を複数形成する場合も浴管理の煩雑さやコストアップの要因となるという問題がある。
特開平2−120034号公報 特開平10−121267号公報 特開平8−134685号公報
本発明は、前記した従来技術の問題、即ち、Niめっき層上にZnNi合金めっき層を単独で形成した配管の場合の加工性悪化の問題、曲げ加工時におけるNiめっき層とZnNi合金めっき層間の密着性の低下による耐熱性・耐食性の低下の問題、及び、Niめっき層上にZnNi合金めっき層を複数形成する場合のコストアップの問題を解決すべくなされたもので、第一層Niめっき層を必要とせず低コストで優れた加工性を備えた高品質の、耐熱・耐食性めっき層を有する配管を提供しようとするものである。
本発明者は、加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層に関して鋭意研究を重ねた結果、ZnNi合金めっき層のNi含有率を適正に定めることにより、第一層Niめっき層を形成することなく、曲げ加工部でも優れた耐熱・耐食性を示す複層ZnNi合金めっき層の構成を見出した。
ZnNi合金めっき層は、耐熱・耐食性に優れる一方、加工性は乏しいが、例えば燃料噴射管の曲げ加工部ではめっき膜厚とNi含有率の影響を大きく受けることが知られている。即ち、ZnNi合金めっき層は、未加工部(直管部等)ではめっき膜厚とNi含有率が大きい場合耐食性に有利に作用するが、曲げ加工部ではめっき膜厚が大きくなれば“めっき剥がれ”の危険性が増大し耐食性が低下する可能性が高まり、加工性を考慮しためっき膜厚では所望の耐食性が得られないこと、又、Ni含有量についても同様で、Ni含有量が高すぎると加工性が悪化し、加工性を考慮してNi含有量を低くした場合には所望の耐食性が得られないこと、そしてかかる技術的知見に基づいて、基材表面に第一層として形成したZnNi合金めっき層上に、当該第一層のNi含有率よりも高いNi含有率のZnNi合金めっき層を形成することにより、Niめっき層を形成しなくても燃料噴射管の曲げ加工部で同等の耐食性を有する複層ZnNi合金めっき層の構成を見出したのである。
即ち、本発明に係る加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する配管は、母材鋼管の表面に第一層として形成した低Ni含有率のZnNi合金めっき層と、該第一層の低Ni含有率のZnNi合金めっき層上に第二層として被着した高Ni含有率のZnNi合金めっき層と、該第二層の高Ni含有率のZnNi合金めっき層上に形成したクロメート皮膜とからなる複層めっき層を有することを特徴とするものである。
さらに、本発明に係る加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する配管は、母材鋼管の表面に第一層として形成したNi含有率5〜9%、層厚3〜9μmのZnNi合金めっき層と、該第一層のZnNi合金めっき層上に第二層として被着したNi含有率10〜15%、層厚1〜3μmのZnNi合金めっき層と、該第二層のZnNi合金めっき層上に形成したクロメート皮膜とからなる複層めっき層を有することを特徴とするものである。
本発明は、母材鋼管の表面に形成する第一層を加工性に有利な低Ni含有率のZnNi合金めっき層とし、該第一層の上に被着する第二層には耐食性を重視した、前記第一層より高Ni含有率のZnNi合金めっき層としたことにより、表層の第二層が初期防錆性能に優れ、かつ加工時に下層の第一層への悪影響を軽減できるので、例えば複層めっき層形成後の燃料配管の加工工程にも耐えることが可能となり、第一層にNiめっき層が存在しなくても燃料配管の曲げ加工部で同等の耐熱・耐食性を得ることができ、生産工程で使用するめっき浴種や製品被覆層数も少なくできることによりめっき液管理の煩雑さやコスト面でも有利である。
本発明において、母材鋼管の表面に形成する第一層のZnNi合金めっき層の層厚を3〜9μmと限定したのは、層厚が3μm未満では十分な耐熱・耐食性が得られず、他方、層厚が9μmを超えると曲げ加工部で目視確認できるめっき剥離が発生するおそれがあり外観品質上問題となるためである。又、第二層のZnNi合金めっき層の層厚1〜3μmと限定したのは、第一層のZnNi合金めっき層と同様に、層厚が1μm未満では十分な耐熱・耐食性が得られず、他方、層厚が3μmを超えると曲げ加工部で目視確認できるめっき剥離が発生するおそれがあり外観品質上問題となるためである。
さらに、前記第一層と第二層のZnNi合金めっき層のNi含有率をそれぞれ、5〜9%、10〜15%に限定したのは、以下に記載する理由による。
即ち、第一層と第二層のNi含有率は、加工性と耐食性を考慮すると第二層が第一層より高Ni含有率とする必要がある。これは、表層側に耐食性に優れる高Ni含有のZnNi合金めっき層があるため、曲げ加工部でも初期の防錆性能に優れ、かつ加工による悪影響を受けても第一層の上に耐食性に優れる第二層が存在するため第一層の低Ni含有のZnNi合金めっき層が悪影響を受けにくいためである。逆に、第一層が第二層より高Ni含有率である場合は、加工性および表層側の初期防錆性能に劣るため、低Ni含有率の第一層Niめっき層を形成した上に高Ni含有率の第二層ZnNiめっき層を形成したものに劣る耐食性しか得られない。このため、第一層と第二層のNi含有率は、第二層が第一層より高Ni含有率である必要がある。具体的には、第一層のZnNi合金めっき層のNi含有率が5%未満では、十分な耐熱・耐食性が得られず、他方、9%を超えると曲げ加工部でめっき剥離が発生するおそれがあり、外観品質上問題であるため、第一層のZnNi合金めっき層のNi含有率を5〜9%と規定したのである。又、第二層のZnNi合金めっき層のNi含有率を10〜15%と規定したのは、前記第一層の場合と同様に、10%未満では、十分な耐熱・耐食性が得られず、他方、15%を超えると曲げ加工部でめっき剥離が発生するおそれがあり、外観品質上問題となるためである。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で変更・実施することは、全て本発明の技術的範囲に含まれる。
直径8mmの燃料配管用鋼管を使用し、該鋼管の表面に第一層として、液温15〜25℃、電流密度5A/dmでNi含有率5%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層として液温15〜25℃、電流密度5A/dmでNi含有率10%、層厚1μmのZnNi合金めっき層を形成し、さらに第二層の上にPH4.0、液温30℃で60秒間、クロメート皮膜処理を施した。
なお、本実施例における第一層のZnNi合金めっき層の形成には、Zn:9.0g/L、Ni:2.2g/L、NaOH:125.6g/L、錯化剤及び光沢剤を適量含むめっき液を、同第二層のZnNi合金めっき層の形成には、Zn:8.0g/L、Ni:1.4g/L、NaOH:130.0g/L、錯化剤及び光沢剤を適量含むめっき液を、それぞれ使用した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管をR15で曲げ加工を施し、当該曲げ加工部の外観剥離を目視で観察した。次いで、曲げ加工後の試料を150℃で24時間加熱した後、JISZ2371に基づく塩水噴霧試験で耐食性を評価した。これらの試験結果を表1に示す。
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率5%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率10%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に示す。
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率10%、層厚1μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に示す。
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率10%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に示す。
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率9%、層厚9μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率15%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に示す。
(比較例1)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率4%、層厚2μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率9%、層厚0.8μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(比較例2)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率10%、層厚10μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率16%、層厚4μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験を行った結果を表1に併せて示す。
(比較例3)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率10%、層厚1μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率5%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(比較例4)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率10%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率5%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(比較例5)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率10%、層厚1μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(比較例6)
実施例1と同様のめっき層形成方法により、直径8mmの燃料配管用鋼管の表面に第一層としてNi含有率10%、層厚3μmのZnNi合金めっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第二層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(従来例1)
実施例1と同じ燃料配管用鋼管の表面に第一層として層厚0.5μmのNiめっき層を形成し、次いで第二層としてNi含有率8%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成し、さらに第三層として実施例1と同様の方法によりNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第三層の上にクロメート皮膜を形成した。
本従来例における第一層のNiめっき層は、ワット浴を使用し、液温52〜57℃、電流密度5A/dmで形成した。又、第二層のZnNi合金めっき層は、100g/LのZnCl、130g/LのNiCl・6HO、200g/LのNHCl、pH5.7の酸性浴を使用し、液温34〜36℃、電流密度3A/dmで形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
(従来例2)
実施例1と同じ燃料配管用鋼管の表面に従来例1と同様の方法により、第一層として層厚3μmのNiめっき層を形成し、同じく第二層としてNi含有率8%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成し、さらに第三層として実施例1と同様の方法によりNi含有率5%、層厚5μmのZnNi合金めっき層を形成した後、第三層の上にクロメート皮膜を形成した。
得られた複層ZnNi合金めっき層を有する燃料配管用鋼管について、実施例1と同様の方法で曲げ加工部の外観剥離試験と塩水噴霧試験を行った結果を表1に併せて示す。
表1の結果より、以下のように考察することができる。
(1).第一層に加工性に有利な低Ni含有率のZnNi合金めっき層を層厚3〜9μm、第二層に耐食性を重視した第一層より高Ni含有率のZnNi合金めっき層を層厚1〜3μm形成した実施例1〜5の本発明の燃料配管用鋼管は、いずれも曲げ加工部のめっき剥離現象は皆無であり、かつ当該曲げ加工部の赤錆発生までの時間より明らかなように耐食性にも優れることから、第一層にNiめっき層が存在しなくても同等の耐熱・耐食性が配管の曲げ加工部で得られる。
(2).第一層及び第二層のZnNi合金めっき層の層厚が本発明の規定値より外れた比較例1(規定層厚以下)のものは、塩水噴霧試験の結果(曲げ加工部の赤錆発生までの時間)より明らかのように、本発明の実施例1〜5に比べ大きく劣っていることから好ましくない。
(3).第一層及び第二層のZnNi合金めっき層の層厚が本発明の規定値より外れた比較例2(規定層厚以上)のものは、曲げ加工部でめっき剥離が生じたことにより燃料配管用鋼管として採用できない。
(4).第一層のNi含有率が第二層のNi含有率より高い比較例3〜6は、塩水噴霧試験の結果(曲げ加工部の赤錆発生までの時間)より明らかのようにいずれも本発明の実施例1〜5に比べ大きく劣っていることから好ましくない。
(5).第一層をNiめっき層、第二層及び第三層をZnNi合金めっき層で構成した従来例1、2は、曲げ加工には耐え得るものの、塩水噴霧試験の結果(曲げ加工部の赤錆発生までの時間)が本発明の実施例1〜5より劣ることから、複層めっきの構成に問題があることがわかる。
なお、ここでは燃料配管用鋼管のみの実施例について説明したが、本願発明は燃料配管用鋼管のみならず、自動車の各種配管に適用しても同様の作用効果が得られることはいうまでもないため、燃料配管用鋼管以外の他の自動車用配管については実施例を省略した。
Figure 0006004521

Claims (1)

  1. 母材鋼管の表面に第一層として形成した低Ni含有率のZnNi合金めっき層と、該第一層の低Ni含有率のZnNi合金めっき層上に第二層として被着した高Ni含有率のZnNi合金めっき層と、該第二層の高Ni含有率のZnNi合金めっき層上に形成したクロメート皮膜とからなる複層めっき層を有する配管において、前記第一層として形成するZnNi合金めっき層のNi含有率を5〜9%、層厚を3〜9μmとし、前記第二層として被着するZnNi合金めっき層のNi含有率を10〜15%、層厚を1〜3μmとすることを特徴とする加工性に優れた耐熱・耐食性めっき層を有する配管。
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