JP6026334B2 - ヒューム除去方法、鋼板の塗装方法及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒューム除去方法、鋼板の塗装方法、及び鋼板の製造方法に関する。

自動車関連機器や家電製品では、耐食性に優れた亜鉛めっき鋼板が広く用いられている。亜鉛めっき鋼板に対して溶接を行うと、溶接時の熱影響により亜鉛めっき中の亜鉛が蒸発し、多量のヒュームが発生する。この原因は、亜鉛の沸点が鉄の融点よりも低いため、溶接時に鉄が溶融する時点では亜鉛が蒸発して、空気中で固化してしまうことに起因する。

ヒュームが付着した鋼板に塗装を行うと、防錆性能が劣化することが知られている。このため、溶接時に鋼板へのヒュームの発生を抑制するための様々な技術開発が行われている。例えば、特許文献１には、ヘリウムガスに酸素ガスが３容量％以上１０容量％以下を混合したシールドガス中でレーザ溶接を行うことを特徴とする、亜鉛めっき鋼板の溶接方法が記載されている。

特開２００２−１９２３６５号公報

特許文献１に記載の溶接方法を用いることで、溶接時におけるヒュームの発生を低減できる。しかし、ヒュームの発生を完全に防止できるわけではなく、ヒュームは少なからず鋼板に付着してしまうという問題点があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、鋼板に付着したヒュームを効果的に除去できるヒューム除去方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるヒューム除去方法は、カルボキシメチル基を有するキレート剤を添加した溶媒に、ヒュームが付着した亜鉛めっき鋼板を浸漬させる、ヒューム除去方法であって、
前記キレート剤としてクエン酸を用い、前記溶媒のｐＨを３〜６の範囲とするものである。

上述のヒューム除去方法においては、亜鉛めっき鋼板は溶接部を有してもよい。
また、上述のヒューム除去方法においては、キレート剤のキレート安定度定数が大きくなる範囲に前記溶媒のｐＨを調整してもよい。

本発明にかかる鋼板の塗装方法は、上述のヒューム除去方法により、亜鉛めっき鋼板からヒュームを除去する工程と、ヒュームを除去した後、前記亜鉛めっき鋼板に塗装を施す工程と、を有するものである。

本発明にかかる鋼板の製造方法は、亜鉛めっき鋼板を溶接する工程と、上述のヒューム除去方法により、溶接後の前記亜鉛めっき鋼板からヒュームを除去する工程と、ヒュームを除去した後、前記亜鉛めっき鋼板を塗装する工程と、を有するものである。

本発明により、鋼板に付着したヒュームを効果的に除去できるヒューム除去方法を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる鋼板の製造方法を示すフロー図である。 本発明の実施の形態にかかるヒューム除去方法の、ヒューム除去性の評価基準を示す図である。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態１にかかるヒューム除去方法は、カルボキシメチル基を有するキレート剤を添加した溶媒に、ヒュームが付着した亜鉛めっき鋼板を浸漬させ、ヒュームを溶媒に溶解させて除去するものである。

亜鉛めっき鋼板の溶接時に発生するヒュームは、主に、亜鉛めっき鋼板中の亜鉛が溶接時の熱により酸化された酸化亜鉛である。ヒュームは、溶接部の周囲に付着することが多い。本発明は、亜鉛イオンがキレート剤と反応することを利用して、ヒュームを除去する。

本発明にかかるヒューム除去方法では、キレート剤として、例えば、ＥＤＴＡ（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid：エチレンジアミン四酢酸）、ＤＴＰＡ（Diethylene Triamine Pentaacetic Acid：ジエチレントリアミン五酢酸）、クエン酸を用いることが好ましい。

キレート剤として用いられる、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、及びクエン酸は、ともにカルボキシメチル基を有する。これらのキレート剤が有するカルボキシメチル基が、亜鉛イオンに対してキレート効果を発揮して、安定な錯塩を亜鉛イオンと形成し、ヒュームを溶解して除去する。

ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、及びクエン酸の溶媒中の濃度は、１０〜５０ｍｍｏｌ／Ｌとするのが好ましい。溶媒中のキレート剤の濃度が薄くなると、鋼板上のヒュームを全てキレート化するには、キレート剤の絶対量が足りなくなるからである。
また、溶媒としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる鋼板の製造方法を示すフロー図である。
図１に従って、本発明の実施の形態１にかかる鋼板の製造方法を説明する。まず、亜鉛めっき鋼板を溶接する（溶接工程Ｓ１１）。次に、溶接した亜鉛めっき鋼板を、キレート剤を添加した溶媒に浸漬させることにより、溶接後の鋼板表面からヒュームを除去する（ヒューム除去工程Ｓ１２）。最後に、ヒューム除去後の前記亜鉛めっき鋼板を塗装する（塗装工程Ｓ１３）。これにより、本発明の実施の形態にかかる鋼板が製造される。

このように、鋼板表面のヒュームを除去してから塗装を行うことで、鋼板表面が滑らかになり、塗装が鋼板表面に均一に塗布される。均一に塗布された塗料ははがれにくいので、本発明にかかる鋼板の製造方法により、防錆性能の高い鋼板を製造することができる。

以下に、実施例に基づいて、本発明について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明にかかるヒューム除去方法の実施例１〜６及び比較例１〜５について、ヒューム除去性を評価した。
実施例１〜６及び比較例１〜５においては、濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液にキレート剤を添加したものを、溶媒として用いた。また、実施例１〜６及び比較例１〜５において、ヒュームが付着した亜鉛めっき鋼板を、液温４０℃とした溶媒中に２分間浸漬した。

実施例１、実施例２、及び比較例１では、キレート剤としてＥＤＴＡを溶媒に添加した。また、実施例３、実施例４、及び比較例２では、キレート剤としてＤＴＰＡを溶媒に添加した。さらには、実施例５、実施例６、及び比較例３では、キレート剤としてクエン酸を溶媒に添加した。そして、比較例７ではアジピン酸を、比較例８ではアミノヘキサン酸を、キレート剤として溶媒に添加した。

[実施例１〜６]
実施例１では、溶媒である水酸化ナトリウム水溶液に、ＥＤＴＡを、濃度が１０ｍｍｏｌ／Ｌとなるまで添加した。さらに、炭酸ガス又は水酸化ナトリウムを溶媒に添加することにより、溶媒のｐＨが９となるよう調整を行った。炭酸ガスを溶媒に添加するとｐＨは小さくなり、水酸化ナトリウムを溶媒に添加するとｐＨは大きくなる。
〈実施例１におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＥＤＴＡ
・キレート剤濃度：１０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

実施例２は、実施例１のＥＤＴＡ濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから５０ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈実施例２におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＥＤＴＡ
・キレート剤濃度：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

実施例３は、実施例１のキレート剤を、ＥＤＴＡからＤＴＰＡに変更したものである。
〈実施例３におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＤＴＰＡ
・キレート剤濃度：１０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

実施例４は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからＤＴＰＡに変更し、キレート剤の濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから５０ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈実施例４におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＤＴＰＡ
・キレート剤濃度：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

実施例５は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからクエン酸に変更し、あわせて、溶媒のｐＨを９から５に変更したものである。
〈実施例５におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：クエン酸
・キレート剤濃度：１０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：５

実施例６は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからクエン酸に変更して、溶媒のｐＨを９から５に変更し、さらに、キレート剤の濃度も１０ｍｍｏｌ／Ｌから５０ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈実施例６におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：クエン酸
・キレート剤濃度：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：５

[比較例１〜５]
比較例１は、実施例１のＥＤＴＡ濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから２ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈比較例１におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＥＤＴＡ
・キレート剤濃度：２ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

比較例２は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからＤＴＰＡに変更し、キレート剤の濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから２ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈比較例２におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＤＴＰＡ
・キレート剤濃度：２ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

比較例３は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからクエン酸に変更し、キレート剤の濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから２ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。あわせて、溶媒のｐＨを、９から５に変更した。
〈比較例３におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：クエン酸
・キレート剤濃度：２ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：５

比較例４は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからアジピン酸に変更し、キレート剤の濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから５０ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈比較例４におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：アジピン酸
・キレート剤濃度：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

比較例５は、実施例１のキレート剤をＥＤＴＡからアミノヘキサン酸に変更し、キレート剤の濃度を１０ｍｍｏｌ／Ｌから５０ｍｍｏｌ／Ｌに変更したものである。
〈比較例５におけるヒューム除去方法の実施条件〉
・キレート剤：ＥＤＴＡ
・キレート剤濃度：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
・溶媒のｐＨ：９

表１は、実施例と比較例について、ヒューム除去性を評価した結果を示す表である。ヒューム除去性は、ヒュームの付着残量を目視で評価した。ヒューム除去性の評価基準の一例は図２に示す。

図２は、本発明の実施の形態にかかるヒューム除去方法の、ヒューム除去性の評価基準を示す図である。図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかるヒューム除去方法を、溶接後の亜鉛めっき鋼板に実施した後の、亜鉛めっき鋼板の表面の写真である。（Ａ）は粉状ヒュームが残存している状態、（Ｂ）は粉状ヒュームが一部除去されている状態、（Ｃ）は粉状ヒュームが完全に除去されている状態の一例である。

実施例と比較例についての、ヒュームの付着残量の評価結果から、以下のことが推察できる。
亜鉛めっき鋼板に付着しているヒューム量に対して、キレート剤の絶対量が足りないと、ヒュームが十分に除去できないと推察される。キレート剤は、１：１の比率で金属イオンと反応して錯塩を形成することで、ヒュームを溶解していると考えられるからである。

比較例１〜３の評価結果では、キレート剤濃度が２ｍｍｏｌ／Ｌと低い場合は、ヒュームを十分に除去できていない。キレート剤は１：１の比率で金属イオンと反応するため、ヒューム量に対してキレート剤の絶対量が足りず、ヒュームを十分に除去できていないと推察される。

実施例１及び２の評価結果から、本実施例において発生するヒューム量では、ＥＤＴＡ濃度は１０〜５０ｍｍｏｌ／Ｌが好ましいと考えられる。
また、実施例３〜６の評価結果から、キレート剤としてＤＴＰＡ又はクエン酸を用いた場合も同様に、濃度は１０〜５０ｍｍｏｌ／Ｌが好ましいと考えられる。

なお、ヒュームを除去するために必要なキレート剤の濃度は、鋼板に付着したヒューム量によって変化するものであり、本実施例の濃度に限定されるものではない。
鋼板に付着したヒューム量が本実施例よりも少ない場合には、本実施例よりも低いキレート剤濃度でも、ヒュームを十分に除去できると考えられる。それに対して、鋼板に付着したヒューム量が本実施例よりも多い場合には、本実施例よりも高いキレート剤濃度であっても、ヒュームを十分に除去できないことがあると考えられる。

溶媒のｐＨは、添加するキレート剤の亜鉛とのキレート安定度定数が大きくなる範囲に調整する。
ＥＤＴＡ又はＤＴＰＡを添加した溶媒のｐＨは、８〜１１とするのが好ましく、さらには、９〜１０とするのがより好適である。キレート安定度定数は、ｐＨが８〜１１の範囲で大きくなり、ｐＨが９〜１０の範囲でさらに大きくなるからである。

また、溶媒のｐＨは、鋼板上の亜鉛めっきを必要以上に溶解しない範囲に調整する。クエン酸を添加した溶媒のｐＨは、３〜６とするのが好ましく、さらには、４〜５とするのがより好適である。ｐＨが３より小さいと、亜鉛めっきの溶解過多となるおそれがある。他方、ｐＨが６より大きいと、キレート安定度定数が十分に大きくならず、ヒューム除去性が悪化するおそれがある。

さらにまた、キレート剤として、アジピン酸やアミノヘキサン酸を用いた場合には、ヒュームは十分に除去できなかった。
ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、クエン酸はカルボキシメチル基を持っているのに対して、アジピン酸やアミノヘキサン酸はカルボキシメチル基を持たない。カチオン帯電している亜鉛イオンとキレート錯体を形成するためには、少なくとも一つのカルボキシメチル基が必要だと推察される。

表２は、鋼板の防錆性能評価結果を示す表であり、ヒューム除去性と鋼板の防錆性能との相関を示している。亜鉛めっき鋼板の試験片に対して、本発明にかかるヒューム除去方法でヒュームを除去した後に、化成処理及び電着塗装を行い、その後に防錆性能評価を行った。

表２における防錆性能評価は、ＣＣＴ−Ｃ試験を９０サイクルで行った。ＣＣＴとは、Cyclic Corrosion Testの略語であり、複合サイクル腐食試験のことである。ＣＣＴ試験の中でも、Ｃ法は、海塩粒子が飛来する一般的な大気環境を想定した試験法である。

ＣＣＴ−Ｃ試験では、まず、５％塩水を試験片に４時間連続で噴霧した後に、５時間で強制乾燥を行う。つづいて、湿潤雰囲気に試験片を１２時間保持し、２時間の強制乾燥の後に１時間の自然乾燥を行う。ＣＣＴ−Ｃ試験は、以上の２４時間１サイクルの処理を行う試験方法である。
このＣＣＴ−Ｃ試験を９０サイクル繰り返した後に、試験片の腐食面積率と最大浸食深さを測定する。

表２から、ヒューム除去性が高いほど、腐食面積率及び最大浸食深さが小さくなり、防錆性能が向上していることがわかる。
本発明にかかるヒューム除去方法でヒュームを除去した後に、塗装を施した鋼板は防錆性能が向上する。鋼板表面が滑らかになり、塗装が均一に塗布されるからである。均一に塗布された塗料ははがれにくいため、鋼板の防錆性能が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、溶媒に添加するキレート剤は一種に限定されるものではなく、二種以上を混合して用いてもよい。

Claims (5)

1. カルボキシメチル基を有するキレート剤を添加した溶媒に、ヒュームが付着した亜鉛めっき鋼板を浸漬させる、ヒューム除去方法であって、
   前記キレート剤としてクエン酸を用い、前記溶媒のｐＨを３〜６の範囲とするヒューム除去方法。
2. 前記亜鉛めっき鋼板は溶接部を有することを特徴とする、請求項１に記載のヒューム除去方法。
3. 前記キレート剤のキレート安定度定数が大きくなる範囲に前記溶媒のｐＨを調整することを特徴とする、請求項１又は２に記載のヒューム除去方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒューム除去方法により、亜鉛めっき鋼板からヒュームを除去する工程と、
   ヒュームを除去した後、前記亜鉛めっき鋼板に塗装を施す工程と、
   を有する、鋼板の塗装方法。
5. 亜鉛めっき鋼板を溶接する工程と、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒューム除去方法により、溶接後の前記亜鉛めっき鋼板からヒュームを除去する工程と、
   ヒュームを除去した後、前記亜鉛めっき鋼板を塗装する工程と、
   を有する、鋼板の製造方法。