JPH01147095A - 交番電解法による高光沢黒色鋼材の製造方法 - Google Patents

交番電解法による高光沢黒色鋼材の製造方法

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JPH01147095A
JPH01147095A JP30533387A JP30533387A JPH01147095A JP H01147095 A JPH01147095 A JP H01147095A JP 30533387 A JP30533387 A JP 30533387A JP 30533387 A JP30533387 A JP 30533387A JP H01147095 A JPH01147095 A JP H01147095A
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JP30533387A
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Hideo Ogishi
英夫 大岸
Sachiko Iwama
岩間 幸子
Shigeru Kobayashi
繁 小林
Koji Yamato
康二 大和
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は表面処理鋼材の製造方法に関し、特に交番電解
法により黒色化度が高く、光沢度の高い表面処理鋼材の
製造方法に関する。
〈従来技術およびその問題点〉 家電、複写機、情報通信器、自動車内装、内装建材等に
広く利用される素材は、メーカーで鋼板を加工後、塗装
またはクロメート処理等で黒色化処理を施し、製品とし
ている。しかし、近年、工程省略、コスト低減を目的と
して、スチールメーカーに対して、黒色化表面処理鋼板
の供給要求が高まっている。
特に、装飾品などの用途においては、光の反射を高揚す
るため上述の高黒色化度に加えて高光沢度の黒色化表面
処理鋼板が求められている。
黒色化表面処理鋼板に要求される性能は加工性、溶接性
、耐食性、黒色度等があげられ、更に詳しくは、 ■安価な処理法、処理が簡単であること■高速処理性(
数秒の処理時間であること)■現有のめつきラインの大
巾な改造を必要としないこと ■処理液の劣化がないこと ■均一な処理ができること ■黒色の色調が良いこと ■耐食性が良いこと ■溶接性が良好なこと ■加工性が良いこと [相]皮膜にキズのつきにくいこと 等があげられる。
従来の黒色化処理法としては、(i)黒色塗装法、(i
f)黒色クロメート法、(iil)化学処理法((a)
特開昭50−55546号、(b)特開昭52−762
37号、(c)特開昭52−76238号、(d)特開
昭60−121275号、(e)特開昭60−1812
77号)、(iV)加熱処理法(特開昭55−9199
3号、特開昭56−293号)、H陽極電解処理法(特
開昭58−151490号、特開昭58−151491
号)、(vi)陰極電解処理法(特開昭60−1905
88号)がある。
しかるに(i)黒色塗装法は塗装設備が必要であり、高
価な設備投資が必要となり、製造コストが高くなる。
(i i)黒色クロメート法は反応時間が長く、電気め
っきラインでの処理が不可能である。また薬剤も銀塩を
使用するために高価である。
(i i i)化学処理法の(a)〜(C)では銅イオ
ンを使用する置換めっきの一種であり、処理液の温度、
濃度が反応速度に影響し、かつ処理液中にZn等が溶解
するために高速ライン生産で均一な黒色処理をすること
ができない。また、黒化層も十分な皮膜強度が得られな
い。(d) 、  (e)は硝酸水溶液中で酸化反応さ
せるもので、基本的には、(a)〜(c)と同じであり
、処理液中に、Zn、 Ni等が溶解し、短期間で処理
液が劣化する。また、形成された黒化層も黒色度が低く
、青味を帯びた色調しか得られない。
(iv)加熱処理法は設備が高価になり、かつ均一な加
熱コントロールが難しく、着色コントロールが困難であ
る。
(V)陽極電解処理法は、特開昭58−151491号
、同58−151490号公報において黒色化を電気量
でコントロールできる点が良いとしている。しかし、電
解液中にめっき金属が溶解し、液劣化を生じること、お
よび、めっきした金属を再び溶解することになり、経済
的にも不利である。
(vi)陰極電解処理法は、(V)の欠点であるめっき
層の溶解を除いた点で優れた処理法であるが、黒化層が
比較的厚くならないと黒色度が得られず、黒化層が厚く
なると強度、密着性が悪くなるという欠点がある。
このような従来技術における種々の問題点を解決するた
めに、本願人は交番電解法を採用することによって黒色
化度の高い表面処理鋼板を製造する方法を特願昭61−
125356号として開示している。この方法によれば
満足できる黒色化度の高い表面処理鋼材を得ることがで
きる。しかし、前述したように、特に装飾品などの分野
においては、黒色化度に加えて光の反射を高揚するため
に高光沢度の黒色化表面処理鋼材が求められている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上述のように従来技術の欠点は、強固な黒色層を有する
処理は処理液の劣化が激しく、実ラインでの製造が困難
であった。他方、陰極処理で黒色層を形成させる技術は
、処理液の劣化が少ない反面、形成された黒色層の密着
性強度が不十分で折曲げ加工等で剥離するという不具合
があった。
従って、密着性、加工性に優れ、かつ処理液の劣化がな
く安定した黒色を得る処理方法を確立するために、さら
に応用分野によフて要求のある高光沢度を得る処理方法
を確立するために、本発明者らは、前記従来技術を詳細
に検討した結果、(V)陽極電解処理法と(vi)陰極
電解処理法におけるそれぞれの欠点を除き、長所のみを
得る方法として交番電解処理法での黒色化度が高く、光
沢度の高い表面処理法を見出した。
この交番電解処理法によれば、陽極電解処理と陰極電解
処理とが交互に行われるために、電解液中への金属の溶
解が減少し、電解液の劣化が著しく抑制される。
〈発明の目的〉 本発明の目的は、処理液の劣化が少なく、且つ安定した
高黒色度を有する加工性、溶接性および耐食性に優れた
交番電解法による黒色化度の高い、高光沢度の表面処理
鋼材の製造方法を提供することにある。
〈発明の構成〉 本発明の第1の態様によれば、鋼材に5〜20%Ni含
有のZn−Ni合金めっきを10〜40g/rr?施し
た後、該Zn−Ni合金めつき材を1〜100g/lの
硝酸イオンを含有する処理液中で、陽極と陰極に保持す
る時間を、陰極処理時間1に対して陽極処理時間比10
〜30の範囲とし、かつ交番周期を50Hz以下、全処
理時間を1〜30秒とすると共に、該Zn−Ni合金め
つき材の陽極電解電流密度を5〜100 A/dm’と
し、かつ陽極電流密度と陰極電流密度との比を0.1〜
1:1として電解処理を施すことを特徴とする交番電解
法による高光沢黒色鋼材の製造方法が提供される。
本発明の第2の態様によれば、鋼材に5〜20%Ni含
有のZn−Ni合金めフきを10〜40g/rr?施し
た後、該Zn−Ni合金めっき材を1〜100g/lの
硝酸イオンを含有する処理液中で、陽極と陰極に保持す
る時間を、陰極処理時間1に対して陽極処理時間比10
〜30の範囲とし、かつ交番周期を50Hz以下、全処
理時間を1〜30秒とすると共に、該Zn−Ni合金め
っき材の陽極電解電流密度を5〜100A/drr+’
とし、かつ陽極電流密度と陰極電流密度との比を0.1
〜1:1として電解処理を施した後、無水クロム酸を主
成分とするクロメート液でクロメート処理を行い、クロ
メート皮膜をCr換算で5〜100mg/rri’付着
させることを特徴とする交番電解法による高光沢黒色鋼
材の製造方法が提供される。
本発明の第3の態様によれば、鋼材に5〜20%Ni含
有のZn−Ni合金めっきを10〜40g/m’施した
後、該Zn−Ni合金めっき材を1〜100g/lの硝
酸イオンを含有する処理液中で、陽極と陰極に保持する
時間を、陰極処理時間1に対して陽極処理時間比10〜
30の範囲とし、かつ交番周期を50Hz以下、全処理
時間を1〜30秒とすると共に、該Zn−Ni合金めっ
き材の陽極電解電流密度を5〜100  A/drr?
とし、かつ陽極電流密度と陰極電流密度との比を0.1
〜1:1として電解処理を施した後、水分散性あるいは
水溶性樹脂またはケイ酸ゾルを乾燥重量で0.3〜3 
g/m’塗布することを特徴とする交番電解法による高
光沢黒色鋼材の製造方法が提供される。
本発明の第4の態様によれば、鋼材に5〜20%Ni含
有のZn−Ni合金めっきを10〜40g/rrx’施
した後、該Zn−Ni合金めっき材を1〜100g/l
の硝酸イオンを含有する処理液中で、陽極と陰極に保持
する時間を、陰極処理時間1に対して陽極処理時間比1
0〜30の範囲とし、かつ交番周期を50Hz以下、全
処理時間を1〜30秒とすると共に、該Zn−Ni合金
めつき材の陽極電解電流密度を5〜100 A/drn
’とし、かつ陽極電流密度と陰極電流密度との比を0,
1〜1:1として電解処理を施した後、無水クロム酸を
主成分とするクロメート液でクロメート処理を行い、ク
ロメート皮膜をCr換算で5〜100 mg/m”付着
させた後に、水分散性あるいは水溶性樹脂またはケイ酸
ゾルを乾燥重量で0.3〜3 g/rn”塗布すること
を特徴とする交番電解法による高光沢黒色鋼材の製造方
法が提供される。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明で対象とする5〜20%Ni含有のZn−Ni合
金めっき材は、電気めっき法、溶融めっき法、蒸着めっ
き法等のいずれのめっき法で製造したものでもよい。め
っきする基材は鋼板、アルミニウム板、ステンレス板等
のいずれでもよい。
また前記5〜20%Ni含有のZn−Ni合金めっき層
の下層に各種のめっきを行なフてもよく、表層に前記Z
n−Ni合金めっき層が10〜4087m2形成されて
いればよい。めフき層が10 37m2未満では耐食性
が悪くなり、40g/m2超では加工性が悪くなるから
である。
Zn−Ni合金めっきのNi含有率は5〜20%が良い
。Ni含有率が5%未満では、黒色が得られず、20%
超ではめっき層が硬く脆くなり、加工性が悪くなるから
であり、安定し、良好な黒色を得るには、Ni含有率は
7〜18%が良い。
本発明は前記Zn−Ni合金めっき材を硝酸イオンを1
〜100g/l含有する処理液中で交番電解法により黒
色化度の高い表面処理を行うものである。硝酸イオンが
1 g/1未満では青色が強く、十分な黒色を呈さなく
なり、100g/l超では経済的ではなくなるためであ
る。
交番電解法は、Zn−Ni合金めつき材を陽極と陰極に
保持する時間を陰極保持時間1に対して陽極保持時間を
10〜30の範囲とし、全処理時間を1〜30秒とすれ
ばよい。
交番電解での2n−Ni合金めつき材の陽極電解電流密
度を5〜100A/drr?の範囲とし、Zn−Ni合
金めっき材の陽極電解電流密度は陰極電解電流密度1に
対して0.1〜1とする。
交番周期は50)IZ以下の範囲がよい。
以下に、前記各条件の限定理由について記す。
交番電解時間については、陰極処理時間と陽極処理時間
の比が黒色度、及び光沢度に大きく影うしており、陰極
処理時間1に対して、陽極処理時間が、10〜30の範
囲で高光沢のものが得られる。さらに、この範囲におい
て陰極電流密度1に対して、陽極電流密度が0.1〜1
の範囲で黒色化度の良好なものが得られる。陰極処理時
間1に対して、陽極処理時間が10未満では高光沢でな
くなり、30超では黒色層が均一でなくなり、処理液の
劣化も大きくなる。又、陰極電流密度1に対して、陽極
電流密度が1超の場合も黒色層が均一でなくなり、処理
液の劣化も大きく、0.1未満ではL値が大きくなる。
交番周期は、50)+2を超えると電解平衡に達しない
うちに極性が変わるために、黒色層の生成速度が遅くな
り、黒色が得られなくなる。
次に、陽極電解電流密度は、5  A/dm’未満では
、めっき層の溶解が多くなり、黒色層の生成が遅くなり
、100  A/drr?を超えると、同様に黒色層の
生成効率が悪くなる。
前記条件下での交番電解処理後、耐食性向上のために、
クロメート処理を行い、クロメート皮膜をCr換算で5
〜100mg/m’付着させるとよい。
クロメート処理法は特に限定する必要がなく、公知の反
応型クロメート、塗布型クロメート、電解クロメート等
が使用できる。Cr付着量は5mg/m’未満ではクロ
メート処理効果がなく、耐食性の向上がない。100 
rng/rr?を超えても耐食性が飽和してしまうこと
、および樹脂被覆、塗装等を行う場合に、塗膜の密着性
が悪くなる。
前記交番電解処理後、あるいは交番電解処理後にクロメ
ート処理を施した後、水分散性あるいは水溶性樹脂また
はケイ酸ゾルを塗布することにより、黒色の深みを増し
、かつ、耐食性を著しく向上させることができる。これ
ら樹脂、ケイ酸ゾルの塗布量は0.3〜3 g/m2(
乾燥重量)の範囲が良い。0.3  g/m2未満では
、塗布による上記効果がない。3  g/m2を超える
と、外観は良好となるが、溶接性が極端に悪くなる。水
分散性あるいは水溶性樹脂としてはカルボキシル化ポリ
エチレン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂、メラミン系樹脂等がある。
なお、交番電解法と車なる陽極電解法との違いは以下の
通りである。
すなわち、陽極電解法では、金属面の溶解のみの反応し
かなく、溶解した金属イオンが電解液中に蓄積され、電
解液が劣化する。本発明の交番電解法では、陽極電解処
理時に溶解した金属イオンが陰極電解処理時に再び金属
面に電着されるために、電解液中への金属イオンの蓄積
が抑制でき、電解液の寿命が大幅に長くなるし、めっき
の金属の減少も最小にとどめられる。
また、交番電解法では、溶解−電着−溶解を繰り返すた
めに、溶解時に2n−Niめっき層に凹部が生じ、電着
時に凸部への電着が生じ、その結果として微細クレータ
の形成を容易にしており、短時間で少ない電気量で黒化
することができる。
本発明においては、陽極(溶解)IA処理時間陰極(電
着)処理時間よりも大幅に長くする。これにより溶解時
に生ぜしめたクレータ−状の凹凸部において電着時に凸
部への電着を少なくして表面の粗面化を少なくすること
により高黒色度を維持しつつ、光沢度を要求される高水
準にすることができる。
〈実施例〉 次に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。
〔実施例および比較例〕
表1に示す組成の処理液と処理条件で、Zn−Ni合金
めっき鋼板を処理し、種々の黒色化表面処理鋼板を得た
。得られた黒色化表面処理鋼板より試験片を採取して、
性能評価として黒色度、光沢度、耐食性、加工性、皮膜
の密着性、黒色耐久性、皮膜強度、溶接性試験を実施し
、表1に示すような結果を得た。
各性能試験方法およびその評価は下記の方法にて行った
〔試験方法〕
(1)黒色度 黒色化処理した鋼板表面の黒さを表わす指標として、ス
ガ試験機(株)製 3Mカラーコンピュータを利用して
色調り、a、b値を測定し、L値で評価した。L値は0
〜100段階に分れ、−船釣にL値の高いものが白く、
低いものが黒となることを示す。
(2)光沢度 黒色化処理した鋼板表面の光沢を表わす指標として、ス
ガ試験機■製SMカラーコンピューターを利用してG値
(60°光沢度)を測定し、これで評価した。このG値
は入射角60°とした反射光の強度の大小を表わしたも
ので、一般にG値が高い程高光沢、低い程低光沢となる
(3)耐食性試験 平板部および90”折曲げ部の塩水噴露試験を行なった
。塩水噴n試験はJIS−1−2371に準拠して行な
った。試験片は端面をシールして白錆の発生量が面積率
にして5%に達するまでの時間で評価した。
(4)加工性試験 (a)デュポン衝撃試験:直径12.7mm (1/ 
2インチ)ポンチに、重さIKgの重錘を50cmの高
さから落下させ、衝撃部にセロテープを密着させて皮膜
を剥離する。皮膜の剥離程度で評価した。
(b)エリクセン押出試験:エリクセン押出し試験機に
より鋼板を6mm押出し、凸にセロテープを密着させ皮
膜を剥離する。皮膜の剥離程度で評価した。
評価 ◎:剥離なし O:数%の剥離 6810〜30%の剥離 ×:31%以上の剥離 (5)皮膜の密着性 皮膜にカッターナイフで2mm四方のます目を100個
切込みを入れ、これら100個のます目にセロテープを
密着させて皮膜を剥離する。剥離したまず目の数で次の
ように評価した。
評価 5:剥離なし 評価 4:剥離まず目数  1〜10個評価 3:剥離
まず目数 11〜30個評価 2:剥離まず目数 31
〜50個評価 1:剥離まず目数    51個以上(
6)黒色耐久性試験 サンシャインウェザ−メーターで紫外線照射のみとし、
240時間試験した。試験前後の試験片表面の色調(L
、a、b値)を測定し、色差△Eを求め評価した。△E
値が0.5以下は耐久性にきわめて優れている。
△E; (7)皮膜強度試験 1010X20のろ紙面に荷重2Kgをかけ、10cm
の距離を100往復させ、この押圧による皮膜の剥離程
度を観察して評価した。
評価 ◎:剥離なし O:わずかに剥離 △:少し剥離 ×:著しく剥離 (8)溶接性試験 使用溶接機  ニスポット溶接機 (!1!同期式) %式% 定格容量   =35にVA 入力電圧   : 200V 加圧力    :150Kg 溶接時間   :10Hz 溶接電流   :5〜12KAまで0.5KAずつ変化
させる。
上記溶接条件で溶接を行ない、ナゲツト形成から電極と
の溶着までの溶接電流範囲および敗り発生程度で評価し
た。
評価 溶接電流範囲:範囲が広いほど良い 散り発生  :散り発生が始まった溶接電流値で評価 Aニアにへ以上で散り発生 B : 5.5〜6.5に^で敗り発生C:5にAで敗
り発生 〈発明の効果〉 従来の黒色化処理法では、Zn−Ni合金めっき材の黒
色度が不十分で灰色に近い黒色しか得られず、また、黒
色を増すためには、めっき中にポリビニルアルコール等
の有機物を入れる必要があった。また、陽極酸化での黒
化処理では、電解液中に溶解金属が蓄積されるために短
時間で電解液が劣化する。
本発明によれば、Zn−Ni合金めつきでも簡単に真黒
な黒色(L値13以下)が得られる。さらにめっき表面
の粗面化を少なくしているために高光沢度が得られる。
電解液の劣化を大幅に抑制できる点も大きなメリットと
なる。
さらには、溶接性、耐食性、黒色度、黒色耐久性等の優
れた性能を有するので、家電、複写機、自動車内装材等
に広く利用できる。特に、高光沢度を付与しているので
、光の反射が必要な装飾品などの分野に有用である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋼材に5〜20%Ni含有のZn−Ni合金めっ
    きを10〜40g/m^2施した後、該Zn−Ni合金
    めっき材を1〜100g/lの硝酸イオンを含有する処
    理液中で、陽極と陰極に保持する時間を、陰極処理時間
    1に対して陽極処理時間比10〜30の範囲とし、かつ
    交番周期を50Hz以下、全処理時間を1〜30秒とす
    ると共に、該Zn−Ni合金めっき材の陽極電解電流密
    度を5〜100A/dm^2とし、かつ陽極電流密度と
    陰極電流密度との比を0.1〜1:1として電解処理を
    施すことを特徴とする交番電解法による高光沢黒色鋼材
    の製造方法。
  2. (2)鋼材に5〜20%Ni含有のZn−Ni合金めっ
    きを10〜40g/m^2施した後、該Zn−Ni合金
    めっき材を1〜100g/lの硝酸イオンを含有する処
    理液中で、陽極と陰極に保持する時間を、陰極処理時間
    1に対して陽極処理時間比10〜30の範囲とし、かつ
    交番周期を50Hz以下、全処理時間を1〜30秒とす
    ると共に、該Zn−Ni合金めっき材の陽極電解電流密
    度を5〜100A/dm^2とし、かつ陽極電流密度と
    陰極電流密度との比を0.1〜1:1として電解処理を
    施した後、無水クロム酸を主成分とするクロメート液で
    クロメート処理を行い、クロメート皮膜をCr換算で5
    〜100mg/m^2付着させることを特徴とする交番
    電解法による高光沢黒色鋼材の製造方法。
  3. (3)鋼材に5〜20%Ni含有のZn−Ni合金めっ
    きを10〜40g/m^2施した後、該Zn−Ni合金
    めっき材を1〜100g/lの硝酸イオンを含有する処
    理液中で、陽極と陰極に保持する時間を、陰極処理時間
    1に対して陽極処理時間比10〜30の範囲とし、かつ
    交番周期を50Hz以下、全処理時間を1〜30秒とす
    ると共に、該Zn−Ni合金めっき材の陽極電解電流密
    度を5〜100A/dm^2とし、かつ陽極電流密度と
    陰極電流密度との比を0.1〜1:1として電解処理を
    施した後、水分散性あるいは水溶性樹脂またはケイ酸ゾ
    ルを乾燥重量で0.3〜3g/m^2塗布することを特
    徴とする交番電解法による高光沢黒色鋼材の製造方法。
  4. (4)鋼材に5〜20%Ni含有のZn−Ni合金めっ
    きを10〜40g/m^2施した後、該Zn−Ni合金
    めっき材を1〜100g/lの硝酸イオンを含有する処
    理液中で、陽極と陰極に保持する時間を、陰極処理時間
    1に対して陽極処理時間比10〜30の範囲とし、かつ
    交番周期を50Hz以下、全処理時間を1〜30秒とす
    ると共に、該Zn−Ni合金めっき材の陽極電解電流密
    度を5〜100A/dm^2とし、かつ陽極電流密度と
    陰極電流密度との比を0.1〜1:1として電解処理を
    施した後、無水クロム酸を主成分とするクロメート液で
    クロメート処理を行い、クロメート皮膜をCr換算で5
    〜100mg/m^2付着させた後に、水分散性あるい
    は水溶性樹脂またはケイ酸ゾルを乾燥重量で0.3〜3
    g/m^2塗布することを特徴とする交番電解法による
    高光沢黒色鋼材の製造方法。
JP30533387A 1987-12-02 1987-12-02 交番電解法による高光沢黒色鋼材の製造方法 Pending JPH01147095A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002127302A (ja) * 2000-10-27 2002-05-08 Kawasaki Steel Corp 黒色鋼板

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JP2002127302A (ja) * 2000-10-27 2002-05-08 Kawasaki Steel Corp 黒色鋼板

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