JPH01210088A - クロメート処理メッキ鋼板とその製造方法 - Google Patents

クロメート処理メッキ鋼板とその製造方法

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JPH01210088A
JPH01210088A JP3559888A JP3559888A JPH01210088A JP H01210088 A JPH01210088 A JP H01210088A JP 3559888 A JP3559888 A JP 3559888A JP 3559888 A JP3559888 A JP 3559888A JP H01210088 A JPH01210088 A JP H01210088A
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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] 亜鉛めっきまたは、亜鉛系合金めっき鋼板上にクロメー
ト被膜を生成させた、表面処理鋼板に関するものである
[従来の技術および課題] 従来亜鉛めっき鋼板のクロメート処理としてクロムを主
成文として、Si、P、有機樹脂を含む被膜を生成させ
ることは既知である。
例えば、Siとしてシリカを添加したものとして特公昭
61−58552号公報、特公昭61−1508号公報
、特開昭60−13079号公報などがある。またPと
してリン酸を添加したものとして、特公昭53−411
i21号公報、またSiとPの双方を添加したものとし
て特公昭60−18751号公報がある。これらは従来
のCrのみのクロメート被膜の耐食性を更に向上させる
他、塗料との密着性を付与することを目的としたもので
ある。
一方、近年家電製品、事務機器などに用いられる鋼板は
、亜鉛または亜鉛系合金めっき鋼板を塗装せずに、また
は塗装して使用される。すなわち鋼板に必要な特性は、
無塗装での耐食性や外観(色調1色むら)、製品製作中
および使用中において指紋の着きにくいこと、更に塗装
した時の塗料の密着性等々である。
古くからクロム酸処理によるクロメート被膜は、単に耐
食性を付与するものであったが、上記の種々の特性が要
求されるに及んでSt、 P、金属イオンが処理液に添
加されるようになり、更に耐指紋性の向上のためには、
特開昭61−207579号公報、特開昭59−140
050号公報などに示されるように、有機樹脂が添加さ
れるようになった。
しかしながら、いずれも、要求される全ての性能を完全
に満たすことはできず、いくつかの性能のバランスをと
ることで対応しているに過ぎない。
特にPを含有するクロメート処理液を亜鉛又は亜鉛合金
メッキ被膜上に塗布して得られるクロメート被膜は優れ
た耐食性を有するが、上塗塗料を塗装し焼付けると、塗
料の密着性が塗料の種類によりて異り、無塗装の使用に
限定される問題がある。
[発明の目的] 本発明は上記の点に鑑み、亜鉛めっきおよび亜鉛系合金
めっき鋼板上のクロメート被膜の耐食性、塗料密着性、
耐指紋性1色むらの全てを向上させたクロメート被膜構
造を有する化成処理鋼板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は上述の如き問題点を有利に解決したものであり
、その要旨は、 亜鉛又は亜鉛合金メッキ鋼板を水溶性クロム化合物およ
び水溶性のリン酸化合物必要に応じシリカを含む処理液
で処理して、第一層としてCrおよびP換算でCr/P
比0.1〜10シリカを含む場合はCr/St比が0.
1〜10で付着量(Cr+P+Si)≧5 mg/m”
のクロメート被膜をメッキ表面に形成させたのち、CS
”/Cr”比が0.25〜1.0で且つ、Cr/St比
0.1〜10のクロム化合物およびシリカを含む第二層
のクロメート被膜を付着量(Crest)換算で0.5
〜50mg/ m2有することを特徴とするクロメート
処理メッキ鋼板亜鉛又は亜鉛合金メッキ鋼板の表面に水
溶性のクロム化合物をCr O、jh算で1〜100g
/j!、水溶性のリン酸化合物をCr/P比で0.1〜
10必要に応じシリカをCr/St比で0.1〜10含
有する水溶液を塗布したのち板温≧50℃に強制乾燥後
、Cr”/Cr”比0.25〜1.0の水溶性クロム化
合物をCry3換算で0.1〜50 gillおよびC
r/St比0.1〜10のシリカを含有させた処理液を
塗布し板温≧50℃に強制乾燥することを特徴とするク
ロメート処理メッキ鋼板の製造方法である。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明に当り、発明者らは上記の諸性能が被膜構成成分
によって如何なる影響を受けるかに関する詳細な検討を
行った。その結果、Crは耐食性に有効だが色むらの原
因になり易く、外観を損う。また塗料密着性、耐指紋性
に不利である。Siは特に塗料−次密着性に有効だが、
塗料二次密着性および耐指紋性に不利、またPは耐食性
と耐指紋性に有利だが塗料−次密着性に不利であること
が判明した。塗料−次密着性とは、塗料を塗布した直後
の鋼板表面と、塗料との密着性を意味し、塗膜にナイフ
で1 mmのゴバン目100ケ(IOXIO)の切込み
を入れ、接着テープで剥離したときの剥離したゴバン目
の数で評価したものである(ゴバン目テープ法)。
塗料二次密着性とは、塗装した鋼板をある環境下で経時
させた後の塗料密着性を示し、本発明では、100%の
湿気槽内に1週間保持した後、ゴバン目テープ法にて評
価したものである。
ここで諸性能の内容をよく考えてみると耐食性1色むら
などはクロメート被膜全体の性能であるのに対し、塗料
密着性や耐指紋性は、被膜の最表層部分が示す性能であ
ると考えられる。
つまり最表層は塗料密着性と耐指紋性に有利な構成とし
、内層は耐食性にすぐれた構成にすれば塗料密着性、耐
指紋性、耐食性の全てを充たすことが可能となるはずで
ある。また色むらの原−となり易いCr成分を内層のみ
に止めることにより、つまり最外層から除くことにより
外観上の問題を解決できることになる。
本発明はこのような考え方に基づき最外層(第二層)を
Pを含まないSiを含むクロメート被膜の構成とし、内
層(第一層)は耐食性に有効なCrおよびPを含有する
構成とすることにより、従来のクロメート被膜の問題点
を全て解決したものである。
本発明の第一層の被膜は耐食性を保持するためクロム酸
塩およびリン酸塩を主成分とするクロメート被膜である
。Cr/P比は0.1〜10であり、Cr/P比1〜4
が最も良好な耐食性能が得られる。 Cr/P比が0.
1未満ではCrによるリン酸塩の固定が不足するため水
に溶は易く、耐食性が悪くなる。又メッキ表面のエツチ
ング量が多く、外観むらが生じ易い。Cr/P比が10
を越えると、リン酸による耐食性向上効果が認め難い。
このような観点からCr/P比1〜4で最も良好な品質
を得ることができる。付着量はCr◆Pで第一層の品質
が決まり、5 mg/m”以上が必要である。 5 m
g/m”未満では耐食性能が不充分で実用的でない。C
r◆Pの上限付着量は使用用途によって異るが、無塗装
使用では200mg/m”以下が望ましい、塗装用途に
は、100 l11g/m”以下が望ましい。
第一層の被膜中のCr化合物は、Cr”単独もしくはC
r”とCr”の複合被膜を適用できる。
CS”/Cr”比を0.1〜2.0に制御することによ
り、高耐食性の水難溶性のクロメート被膜が得°られ、
後述する第二層のクロメートとの相互作用が発揮される
。即ちCr’1単独のクロメート被膜の場合はクロメー
ト被膜の付着量が高いと水に溶解し易く、第一層および
第二層共に影響を受ける。しかしCr”とCr”を複合
させることにより難溶化し改善できる。Cr”/Cr”
比0.1は以上の設定理由であり、2.0超はCr”の
不足により耐食性が劣化するのだ好ましくない。更に最
適なCr”/cr”比を0.25〜1.0に絞り込むこ
とができる。
第一層のCrおよびPで構成されるクロメート被膜にシ
リカゾルから形成されるシリカ(ここではStとして表
す)を必要に応じて複合させることによって更に優れた
耐食性および難溶性クロメート被膜を得ることができる
。Siの複合化量はCr/Si比で0.1〜10が本発
明の範囲である。Cr/Si比の好ましい範囲は0.2
〜1.0である。その理由は、Cr/Si比が0.1未
満ではCrによるシリカの固定割合が低いためシリカの
親水性の悪影響が出て塗料の二次密着性が劣化するため
好ましくない。
Cr/Sl比10超ではSiの効果が弱い。Siを含む
クロメート被膜の付着量は少くとも5mg/m’を必要
とする。好ましくは10〜200mg /+’が望まし
くその理由はCr+Pと同様である。
又、第一層の被膜中に水溶性又は水分散性の有機樹脂を
複合化させることによって被膜の難溶化を促進しより優
れた耐食性能が得られる。
第二層(外層)は塗料−次、二次密着性を向上させるこ
とを目的とするものである。第一層は前述した如く、耐
食性を中心としたCr十PもしくはCr十P+Siの構
成になっており、塗料密着性に有利なSi分子のシラノ
ール基が無いか他の分子に吸着された状態にある。従っ
て耐食性に優れているが塗料密着性に不利である。
第二層にCr”/Cr’+比0.25〜1.0で且つ、
Cr/Si比0.1〜10で且つ、Cr+Si O,5
〜50mg/m’の被膜を塗料焼付により付着させるこ
とによってバランスの良い適切なりロメート被膜を得る
ことができる。CS”/Cr” 0.25未満では、ク
ロメート被膜の耐水性が悪く1超では処理液中に水酸化
クロム(にr (OH) s)が沈澱し不均一な外観に
なる。Cr”/Cr”比の最も好ましい範囲は0.4〜
0.7である。Cr/Si比0.〕未満では塗料密着性
に有効なシラノール基が不足するため不利である。Cr
/Si比10超では、逆にシラノール基が過剰となり塗
料の二次密着性が劣化する。最も好ましいCr/St比
は0.2〜1.0である。更にCrestの付着量は0
.5〜50 mg/m2、好ましくは2〜20 mg7
m”の範囲である。0.5未満では第一層液膜の塗料密
着性を改善する効果が得られず、50 mg/m2超で
は逆にクロメート被膜の凝集破壊および塗料二次密着性
が劣化する。
即ち、本発明の第二層クロメート被膜は下にクロメート
被膜が存在するため通常亜鉛等の金属による還元反応が
生じない。従ってクロメート処理浴は乾燥によって自己
硬化する必要があり上述した浴組成および付着量に限定
される。
以下本発明の製造方法について述べる。
本発明が対象とするメッキ鋼材は電気メツキ、溶融メッ
キ、蒸着メッキおよび溶射等の方法で製造される亜鉛、
亜鉛−鉄属、亜鉛−アルミニウム、亜鉛−錫、亜鉛−マ
ンガン、亜鉛−クロム、亜鉛−マグネシウム等の金属メ
ッキ鋼板である。
これらのメッキ鋼板の表面に第1層のクロメート処理液
を塗布し板温≧50℃に強制乾燥する。クロメート処理
液は水溶性のクロム化合物およびリン酸化合物を主成分
とする。水溶性のクロム化合物は無水クロム酸、クロム
酸塩、重クロム酸塩を水に1〜100 g/11の濃度
で溶解することで容易に第一層形成6処理液に含有させ
、従って第一層被膜中に含有させることが可能である。
この際、前述した如<Crを3価に還元するために還元
剤を添加し、第一層被膜中の6価Crに対する3価Cr
の割合即ち、Cr”/Cr”の比を0.1〜2.0好ま
しくは0.25〜1.0の範囲に部分還元した無水クロ
ム酸水溶液を用いることによって前述のCr”/ cr
”比を有するクロメート被膜を得ることができる。部分
還元クロム酸はクロム酸水溶液に公知の方法で還元剤を
加えて作る。還元剤は分解反応生成物が残り難い有機化
合物が望ましい。例えばでん粉、糖類、アルコール類を
濃厚な無水クロム酸を溶解した水溶液に少量づつ添加し
水と炭酸ガスに分解しながら還元する。この時、あらか
じめ後述するリン酸化合物を無水クロム酸の水溶液に加
えておいた方が良い結果が得られる。
前述した如く、水溶性のクロム化合物の濃度はCrO3
換算でt −too g/iである。1g742未満で
は、適正な付着量が得られ難く、又メッキ表面との反応
速度が低く、良質の被膜が得られ難い。又、100 g
/fl超では逆にメッキ表面との反応速度が強く、クロ
メートの外観むらや溶出する金属イオンによる浴の老化
が速く、沈澱やゲル化が生じ易い。CrO3の濃度は適
正な付着量Cr+P≧5 mg/m2好ましくはGr+
P−10〜100mg/m’を得るための塗布方法によ
って決める。
水溶性のリン酸化合物はリン酸、縮合リン酸、リン酸塩
を用いることができる。その濃度は前述の被膜組成比即
ちCr/P比で0,1〜10の割合で添加する。乾燥温
度は板温として50℃以上、好ましくは200℃以下で
熱風、赤外線、電気ヒーター又はガス加熱によって強制
的に加熱する。50℃未満では第二層のクロメート被膜
を塗布する際に劣化し易い。又200℃超ではクロメー
ト被膜が熱によって劣化しクラックの発生やCr”の減
少によって性能が低下する。
又、第二層のクロメート液を塗布する際、冷却が間に合
わず高温への塗布によるむらや劣化につながり好ましく
は板温100℃以下が最適である。
引きつづいて第二層のクロメート処理を行うが以下その
処理方法について述べる。第二層のクロメート処理液は
前述した第二層のクロメート被膜組成になるように建浴
する。即ちに、3+/Cr”比が0.25〜1.0の前
述した方法でクロム酸を部分還元した水溶性クロム化合
物をCrO3換算で0.1〜50g/u、(:r/St
比が0.1〜10の割合で加えるシリカゾルで構成され
る。シリカゾルは、粒径1〜100mμの酸性タイプの
シリカゾルが好ましいが、ドライシリカ粉、シランカッ
プリング剤、アルコキシド化合物、各種ケイ酸塩を水に
溶解または分散させて使用することもできる。
Cr03の濃度は上下限をはずれると下層のクロメート
被膜を改善できずむしろ劣化させる。最も好ましい方法
は第一層のクロメート処理した後板温30〜60℃に制
御し、ロールにて第二層のクロメート液を塗布すること
が望ましい。
その理由は第一層のゲル状クロメート被膜に対して短時
間接触で素早く乾燥硬化させるためである。板温設定の
理由は30℃未満では第二層のクロメート液により、第
一層のクロメート液が溶解し、第二層の薄いクロメート
層の機能が劣化する。又60℃超では急速な乾燥による
クロメートむらが発生するため好ましくない。第≦ 二層の被膜の乾燥温度は第一層と同様の条件板温≧50
℃好ましくは200℃以下に強制乾燥する。
第一層のクロメート処理液に第二層に用いるSiをCr
/Si比で0.1〜10、好ましくは0.2〜1.0を
加えることによって前述したSiを複合させたクロメー
ト被膜を得ることがで牲る。
[実 施 例コ 以下実施例を示す。
実施例における条件は特に記述のない限り次の方法で評
価した。各付着量は第一層のみ付着量、第二層のみ付着
量および全付着量を蛍光X線で測定しff1g/l11
2単位で表示した。
性能評価は吹下の通りである。
!)耐食性・・・クロメート処理メッキ鋼板を75x 
150mmに切断し裏面および端面を密ろうでシールし
たのち、塩水噴露試験 (JIS Z−2371,連続法)で面積率5%の白錆
が発生するまで1日毎に観察し白錆発生化の時間で次の
ように評点づけし た。
7 : 220時間以上 6:196時間 5 : 168時間 4:96〜144時間 3:48−72時間 2:24時間 1:10時間以下 2)塗料密着性 塗装板は市販のメラミンアルキッド樹脂系のエナメル(
白)をバーコーターに てドライ膜厚25μ塗装し所定の条件 (90℃30分)焼付けて作成した。塗料−次密着性は
、塗料を塗布したメッキ鋼板の塗膜にナイフで1 mm
のゴバン目100ケ(IOX 10)の切込みを入れ、
接着テープで剥離したときの剥離したゴバン目の数で評
価したものである(ゴバン目テープ法)。塗料二次密着
性は、塗装したメツキ鋼板を本発明では相対湿度100
%の湿度槽内に1週間保持した後、ゴバン目 テープ法にて評価したものである。
評点は次の通りである。
5:O(剥離なし) 4:3以下 3:10以下 2:50未満 1:50以上 実施例1 電気亜鉛めっき鋼板(亜鉛付着量20 g/m”)を原
板として第1表に示す第一層のクロメート処理をスプレ
ー塗布したのち、エアーナイフで均一化し熱風で板温8
0℃に強制乾燥したのちエアーで板温30〜40℃に冷
却し、第1表に示す第二層のクロメート処理液をナチュ
ラルコーターで塗布し、板温60℃に乾燥しクロメート
処理メッキ鋼板を作成した。耐食性、塗料密着性を標準
の条件で評価した。
N o、 1〜5はでんぷんを用いて還元した無水クロ
ム酸の水溶液にリン酸を5g/i〜30g/lに変化さ
せた処理液をエアーナイフ方式で塗布し第一層を形成せ
しめ、次いで同じ部分遣元クロム酸とシリカゾル(平均
粒径20〜30mμ)の水溶液をロールコートして第二
層クロメート処理した結果である。リン酸の添加量に比
例して耐食性が向上し、第二層クロメートを施こさない
比較例R−1,R−2の一次塗料密着性の劣化を改善し
ている例である。
No、6.7は第一層、第二層の低い付着量の例で耐食
性がやや低下するが塗料密着性は一次、二次共に優れて
いる。
Nol、9.10は第二層のクロメートの付着量を変化
させた例で付着量の低いNo、8は一次密着性が低下し
、高付着量サイドのNo、10は二次密着性が低下する
。NO,9,No、2の適正な第二層の付着量のものが
最も良好な結果を示す。
No、11.12は第二層クロメートの還元率(Or3
°/Cr”)を変化させたものである。還元率を下げる
(NO,11)と二次密着性が低下する傾向にある。
無還元の比較例No、R−3,R−4は二次密着性が悪
く且つ第二層付着量の高いNo、R−4は一次密着性も
本発明に比し劣っている。
比較例のNo、R−5は第二層クロメート被膜中のシリ
カゾルを含まない例で一次塗料密着性共に不充分である
のに対しシリカゾルを順次増やしたNo、13. 14
. 15は改善している。No、15はシリカが多く二
次密着性が他に比べると劣る傾向にある。No、16.
17は板温を100℃および200℃に焼付けた例で、
第二層を200℃に焼付けたNo、17は耐食性および
一次密着性が劣化しているが100℃のものは良好な結
果を示した。
実施例2 電気亜鉛めっき鋼板(亜鉛付着量2037m2)を原板
として、第2表に示す第一層のクロメート処理をリバー
スコーターにて均一に塗布し、熱風で板温80℃に強制
乾燥したのちエアーで30〜40℃に冷却し、第2表に
示す第二層のクロメート処理液をナチュラルコーターで
塗布した板温80℃に強制乾燥した。評価は標準条件で
実施した。
No、18〜21は第一層のクロメート処理液にシリカ
ゾル(粒径lO〜20 mμ)を加えた処理液を塗布し
て得られるシリカを含むクロメート被膜の例で、No、
22はシリカを含まない例である。シリカの複合化によ
って耐食性が向上している。R−7は第二層(上層)ク
ロメートを施こさない比較例で一次密着性が悪く、ト8
はCry3単独の上層クロメート被膜比較例で、−次、
二次密着性が悪い。比較例R−9は第二層のクロメート
被膜の付着量が多すぎる場合の例である。−次、二次密
着性が劣化している。
実施例3 実施例2の第2表No、18の条件で溶融亜鉛メッキ鋼
板(0,2%A1.0.1%Pb含有、付着量8037
m2:記号G)、溶融亜鉛アルミニウム合金メッキ鋼板
(4,9%At、0.2%Mg含有、付着量60 g/
m’ :記号GA)に処理した。各付着量および組成比
はほぼNo、18と同じクロメート処理亜鉛メッキ鋼板
を得た。Gの処理材の耐食性は評点6、GAの処理材の
評点は7であった。
両者とも一次の塗料密着性は評点5、二次の塗料密着性
評点はG、GA共に5点であった。
実施例4 実施例2、第2表No、19の処理条件で熱拡散したガ
ルバニールド鉄亜鉛合金メッキ鋼板(10%Fe含有目
付4037m2) に処理した。クロメートの付着量お
よび組成比はほぼNo、19と同様のものが得られ、耐
食性は評点6、塗料密着性は一次、二次共に5点であっ
た。
実施例5 実施例2、第2表No、18の条件で10%Ni−Zn
合金電気メッキ鋼板(付着量2037m2:記号N)、
20%Fe−Zn合金電気メッキ鋼板(付着量20 g
/m’ :記号F)に処理した。
耐食性はN、Fともに評点7、塗−料密着性は一次、二
次共に評点5で優れた性能を得た。
[発明の効果] 本発明は、耐食性を目的とする第一層と、塗料密着性お
よび耐指紋性を目的とする第二層とに機能を分離、分担
させ、第二層(上層)にはCrを含む塗料密着性を向上
させたものである。
従って第一層と第二層を総合することにより、耐食性、
塗料密着性、耐指紋性の全てにすぐれた性能をする化成
処理メッキ鋼板を提供する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 亜鉛又は亜鉛合金メッキ鋼板を水溶性クロム化合物
    および水溶性のリン酸化合物必要に応じシリカを含む処
    理液で処理して、第一層としてCrおよびP換算でCr
    /P比0.1〜10シリカを含む場合はCr/Si比が
    0.1〜10で付着量(Cr+P+Si)≧5mg/m
    ^2のクロメート被膜をメッキ表面に形成させたのち、
    Cr^3^+/Cr^6^+比が0.25〜1.0で且
    つ、Cr/Si比0.1〜10のクロム化合物およびシ
    リカを含む第2層のクロメート被膜を付着量(Cr+S
    i)換算で0.5〜50mg/m^2有することを特徴
    とするクロメート処理メッキ鋼板。 2 亜鉛又は亜鉛合金メッキ鋼板の表面に水溶性のクロ
    ム化合物をCrO_3換算で1〜100g/l、水溶性
    のリン酸化合物をCr/P比で0.1〜10必要に応じ
    シリカをCr/Si比で0.1〜10含有する水溶液を
    塗布したのち板温≧50℃に強制乾燥後、Cr^3^+
    /Cr^6^+比0.25〜1.0の水溶性クロム化合
    物をCrO_3換算で0.1〜50g/lおよびCr/
    Si比0.1〜10のシリカを含有させた処理液を塗布
    し板温≧50℃に強制乾燥することを特徴とするクロメ
    ート処理メッキ鋼板の製造方法。
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