JPH01225790A

JPH01225790A - プレス加工性および塗装後の特性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板

Info

Publication number: JPH01225790A
Application number: JP63050155A
Authority: JP
Inventors: Shingo Nomura; 伸吾野村; Hirohiko Sakai; 堺　裕彦; Masatoshi Iwai; 正敏岩井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1989-09-08

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］本発明はプレス加工性および塗装後の特性、即ち、耐衝
撃剥離性、塗装密着性、塗装後の庇部がらの塗膜膨れ、
赤錆発生等に対する耐蝕性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金め
っき鋼板に関するものである。

［従来の技術］一般に、Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板は未塗装状態にお
ける耐蝕性（課耐蝕性）が純Ｚｎめっき鋼板に比べて優
れているため、自動車用を始めとして広く使用されてい
る。この場合のＮｉ含有量は１０〜１５ｗｔ％が最適で
あるとされてきている。

近年、自動車車体外面部の塗膜欠陥部からの錆、塗膜膨
れ等の、所謂、外面錆対策のためＺｒｒ−Ｎｉ系合金め
っき鋼板が車体外面にも使用されるようになってきた。

このようにＺｎ−Ｎｉ系合金めっきの外面に使用する用
途に対しては、塗装後の諸特性、即ち、塗膜密着性、飛
石等の衝突に対する耐衝撃剥離性、塗膜欠陥部の端面か
らの赤錆や塗膜膨れに対する耐蝕性が優れている必要が
ある。

即ち、本発明者がＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板の自動車
車体外面等に使用することに対する適合性を調査したと
ころ、従来のＮｉ含有量１０〜ｌ　５ｗｔ％のＺｎ−Ｎ
ｉ系合金めっき鋼板は、耐衝撃剥離性や屋外暴露試験に
おける塗装欠陥部や端面からの外層等が良好であるとは
いえず、逆にこのような観点からはＮｉ含有量が３〜１
０ｗｔ％と低いＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板の方が良好
であることがわかった。しかし、このＮｉ含有量が３〜
ｌｏｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板を実際に自動
車車体外板に適用するためにプレス加工を行なったとこ
ろ、割れが発生し、従来のＮｉ含有量１０〜１５ｖｔ％
のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板に比べて、プレス加工性
が劣ることが判明した。この理由としては、Ｎｉ含有量
が３〜〜ｔｏｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層はＮｉ
含有量が１０〜１５ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層
より軟かいため、プレス加工の際、めっき層と金型との
摺動によりめっき層の剥離（フレーキング）が起こり、
これが型かじりとなって摺動抵抗が大きくなり、鋼板の
成形性に悪影響を及ぼしたためである。また、剥離した
めっき層は型に焼き付き、型の手入れの頻度を増加した
り、星目あるいはピンプルと呼ばれるプレス欠陥をも引
き起こすのである。

［発明が解決しようとする課題］本発明は上記に説明したように、従来のＺｎ−Ｎｉ系合
金めっき鋼板の問題点と本発明者が種々調査したところ
から、Ｎｉ含有量が３〜１０ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金
めっき層のプレス加工性の問題点を解決するため、鋼板
上に、Ｚｎ含有量の低いＺｎＮｔ系合金めっき層の上に
、さらに、Ｚｎ含有量の多いＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層
を設けることにより、プレス成形性および塗装後の諸特
性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板を開発したので
ある。

［課題を解決するための手段］本発明に係るプレス加工性および塗装後の諸特性に優れ
たＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板は、（１）鋼板上に、第
１層として、Ｎｉ３〜ｌｏｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、その上に、第２
層として、Ｎｉ　１１〜２ｏｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層の２層構造を何しており、かつ、第１層付着量と第２層
付着量の比率が１　　：、０．０５〜ｌであり、さらに
、第１層と第２層の合計めっき付着量が１０〜８０ｇ／
ｍ”であることを特徴とするプレス加工性および塗装後
の特性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板を第１の発
明とし、（２）鋼板上に、第１層として、Ｎｉ３〜ｌｏｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、その上に、第２
層として、Ｎｉ１１〜２０ｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、さらに、その上
に、第３層として、付着量０．１〜４．０ｇ／が、Ｎ１５Ｐの１種または２種　３〜１０ｗｔ％を含有する
燐酸亜鉛結晶層の３層構造を有しており、かつ、第１層付着量と第２層
付着量の比率がｌ：０．０５〜！であり、さらに、第１
層と第２層の合計めっき付着量が１０〜８０ｇ／ｍ”で
あることを特徴とするプレス加工性および塗装後の特性
に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板を第２の発明とす
る２つの発明よりなるも　。

のである。

本発明に係るプレス加工性および塗装後の特性の優れた
Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板（以下、単に本発明に係る
鋼板ということがある。）について、以下詳細に説明す
る。

先ず、本発明に係る鋼板のように、鋼板上に［Ｎｉ含有
量２〜９ｗｔ％、（η＋γ）２相からなる０、０５〜２
μｍ］のＺｎ−Ｎｉ系合金めっきの第１層、［Ｎｉ含有
重１０〜２０ψｔ％、γ単相からなる０、２〜ＩＯμｍ
」の高いＺｎ−Ｎｉ系合金めっきの第２層の２層構造と
し、第１層と第２層とのめっき厚膜比がｌ　；５〜１０
０となるようにした加工後の密着性の優れた亜鉛−ニッ
ケル合金めっき鋼板について示されている特開昭５８−
００６９９５号公報（以下、単に公開公報という。）と
、本発明に係る鋼板とについて説明する。

本発明に係る鋼板は公開公報と比較すると第１眉および
第２層のＮｉ含有量は重複するところがあるが、第１層
と第２層のめっき層の付着量が本発明に係る鋼板におい
ては１　　：　０．０５〜１であって第１層が主体であ
るのに対し、公開公報においてはｌ　：５〜１００であ
って第２層が主体となっていて、そのめっき付着単にお
いて全く相異している。そして、これは本発明に係る鋼
板は公開公報とその目的とするところが相違しているた
めであり、即ち、本発明に係る鋼板では塗装後の塗膜底
部や端面からの塗膜膨れおよび赤錆発生という塗装後の
耐蝕性および耐衝撃剥離性を良好にするためであり、公
開公報では単に塗装しない裸における耐蝕性を良好にす
るためである。

この塗装後耐蝕性と裸耐蝕性とは何れも耐蝕性ではある
が、腐蝕機構は塗膜の有無によって異なっている。即ち
、腐蝕反応はアノード反応　Ｍ−＞Ｍ””＋ｎｅ　　（Ｍは金属元素
）カソード反応　Ｈ，Ｏ＋１／２０ｔ＋２ｅ−２０Ｈ−
が等量起こることにより腐蝕が進行するが、塗膜のない
採材ではアノード反応により生成した金属イオンとカソ
ード反応により生成した水酸基は容易に混合して金属の
水酸化物を生成し、そして、表面の局所的まｐＨの差異
は大きくない。

これに対して、塗膜が存在する場合には塗膜底部がアノ
ード部となり金属イオンが発生し、これは次式の水和反
応により水素イオンを発生して強酸性となる。

Ｍ”＋Ｈ２０→Ｍ（ＯＨ）、＋ｎＨ” 一方、庇部周辺の塗膜下はカソード部となり強アリカリ
性となる。

これらのアリカリ部、カソード部の強酸、強アリカリは
塗膜が存在する１こめ互いに混合し難く、局所的まｐＨ
の大きな差異は解消されない。

このように塗膜の有無は、実際に腐蝕反応が起こってい
る所の環境、特にｐｔ（を大きく変化させることになり
、従って、課耐蝕性の範囲の良好な材料が必ずしも塗装
後耐蝕性が良好でないということがおこる。

そして、Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき層にも上記の説明が当
てはまり、裸耐蝕性では公開公報でのＺｎ−Ｎ　１（１
０〜１５ｗｔ％）系合金めっき層が主体となるときに良
好になるのに対し、本発明に係る鋼板での塗装後耐蝕性
はＺｎ−Ｎ１（３〜Ｌｈｔ％）系合金めっき層が主体と
なるときに良好となるのである。

また、本発明に係る鋼板においては、後記するように第
１層と第２層を設けることにより塗装後の耐衝撃剥離性
が第１層単層および第２層単層の何れよりも一段と良好
になることも、公開公報に示されたものより優れている
ものである。

次に、本発明に係るプレス加工性および塗装後の特性に
優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板の各構成について説
明する。

鋼板上に第１層として、Ｎｉ含有量が３〜ｌｏｗｔ％の
Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき層は塗装後の耐蝕性を良好に保
つためであり、Ｎｉ含有量が３ｗｔ％未満では塩水噴霧
等のような環境の湿潤度が高い場合、塗膜底部からの塗
膜膨れが大きくなり、また、Ｎｉ含有量がｌｈｔ％を越
えると屋外暴露等比較的乾燥度が高い環境で塗膜底部か
ら赤錆発生が著しく、従って、自動車のドア外面等のよ
うに塗装して使用する部分に対しては、Ｚｎ−Ｎｉ系合
金めっき層のＮｉ含有量は裸耐蝕性が良好である１０〜
１５ｗｔ％ではなく、Ｎｉ含有量が３〜１０ｗｔ％の方
か耐蝕性の点からは良好である。

また、このＮｉ含有量が３〜１０ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系
合金めっき層は、Ｎ１含有量が１０〜１５ｗｔ％のＺｎ
−Ｎｉ系合金めっき層はどめっき層が硬くないので、道
路走行時飛んでくる石等による疵つき（チッピング）に
よる塗装およびその下のめつき層の剥離、即ち、塗装後
の耐衝撃剥離性がＺｎ含有量が１０〜１５ｗｔ％のＺｎ
−Ｎｉ系合金めっき層より良好である。

よって、第１層のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層のＺｎ含有
量は３〜ＬＯｗｔ％とする。

しかし、Ｚｎ含有ｍ３〜ｌｏｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金
めっき層は軟かいので、プレス成形の際、型とめっき層
との摺動によりめっき層の剥Ｍ（フレーキング）を起こ
し、型が焼き付き鋼板の成形性を損なうと共に型の手入
れ頻度が増加し、星目あるいはピンプルというフレーク
滓による欠陥が発生する。

この第１層の問題を解決するために、Ｚｎ含有１３〜１
０ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層の上に、これより
硬い第２層のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層を設けるのであ
る。

第１層より硬度を高くするために、Ｎｉ含有量をＩｆ〜
２（ｈｔ％としたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層とする必要
かあり、Ｎｉ含有量は１１ｗｔ％以上とすることにより
塗膜の耐水密着性が良好になり、また、耐蝕性、特に塗
装後の耐蝕性を良好にするためにＮｉ含有量が２０ｗｔ
％を越えろような多量になるとと明らかに劣化する傾向
が認められる。

よって、第２層のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層のＮｉ含有
量は１１〜２０ｗｔ％とする。

そして、上記した第１層と第２層の付着量の比は、耐蝕
性の面から第１層が第２層と同等またはそれ以上である
ことが必要であり、また、プレス成形性の而からは第２
層の付着量はＩｇ／ｍ’以上としなければ、耐剥離性（
フレーキング性）を改善する効果は少ない。

さらに、本発明に係る鋼板においては、Ｎｉ含有量が３
〜１０ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層の第１層、Ｎ
ｉ含有量が１１〜２０ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき
層の第２層とする２層構造とすることによりて、塗装後
の耐衝撃剥離性がＮｉ含有量が３〜１０ｗｔ％のＺｎ−
Ｎｉ系合金めっき層重層よりも、−段と良好になること
は重要なことである。

このことについて、さらに第１図により詳しく説明する
。

第１図は第１層がＺｎ含有量９ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合
金めっき層および第２層がＺｎ含有ｌ　１３ｗｔ％のＺ
ｎ−Ｎｉ系合金めっき層の２層のそれぞれの付着量を、
２層合計付着量が２０ｇ／ｍ”と一定の条件において種
々に変化さ仕た場合に塗装後の耐衝撃剥離性の変化につ
いて実験した結果を示しである。

この耐衝撃剥離性は、鋼板に自動車用の３コート塗装を
行なった後、−２０℃の条件下で直径７．９〜１１．１
ｍｍの御影石１００ｇを空気圧４ｋｇ／Ｃｍ”で吹き付
け、疵部周辺の塗膜剥離径のうち最大のもので評価した
。

この場合、−２０℃の環境下で試験を実施するのは、低
温においては塗膜が硬化するため室温における試験に比
べて、塗膜剥離径が大きくなるためであり、また、Ｚｎ
−Ｎｉ系合金めっき層は塗膜剥離はめっき層と素地鋼板
の界面に発生するのが通常である。

第２層付着量がｔ　−ｔ　Ｏｇ／ｍ”において、第１層
に対する第２層の比が０．０５〜１．０の範囲で塗装後
の耐衝撃剥離性が第２層のＺｎ含有備が１３ｗｔ％のＺ
ｎ−Ｎｉ系合金めっき層の単層およびＺｎ含有奄が９ｗ
ｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層の単層に比較しても塗
装後の耐衝撃剥離性は良好であることがわかる。

この理由は必ずしも明らかではないが、めっき層の硬さ
が異なる２層構造とすることにより、この２層の界面が
優先的に破壊を起こし、そのため塗膜に加わる衝撃力を
緩和していることも一因と考えられる。

よって、第１層付着量と第２層付着量の比はｌ：　Ｑ、
０５〜ｌとする。

この第１層と第２層の付着量の合計は自動車等の塗装下
地としての耐蝕性の面からは、最低ｔｏｇ／がは必要で
あり、また、付着量が多くなり過ぎるとＺｎＮｉ系合金
而層は面いので加工によるめっき層の剥離が著しく増加
し、また、硬いめっき層が素地間板の変形を拘束するた
め鋼板自体の成形性をも劣化させるようになるので、付
着量は８０ｇ／　ｍ　２以下とする。

上記した２層めっきは優れたプレス加工性を有している
が、この上にさらに燐酸亜鉛処理層を付着量として０．
１〜４．０ｇ／ｍ２を設けた後、プレス加工を行なうと
型かじりがさらに減少する。そして、この燐酸亜鉛処理
層の付着量が０．１ｇ／ｍ”未満では型かじり減少効果
が少なく、また、４．０ｇ／ｍ２を越える′と燐酸亜鉛
結晶が粗大となるので塗装密着性が劣化する。

また、この燐酸亜鉛処理層中にＮｉおよびＭｎの１種ま
たは２種を３ｗｔ％以上含有させる必要があり、これは
燐酸亜鉛しＺｎ５（ＰＯ２）ｔ−４Ｈ１Ｏ］中にＮｉお
よびＭｎの１種または２種が含有されることにより、塗
装後説イオン水中に浸漬し、塗膜を劣化させた後の密着
性により評価する耐水密着性が向上するためである。な
お、ＮｉおよびＭｎは燐酸亜鉛の結晶が生成するために
は、最大的１０ｗｔ％しか含有されない。よって、Ｎｉ
およびＭｎの１種または２種の含有量は３〜１Ｏｔｖｔ
％とする。

また、第３層として燐酸亜鉛処理層の外に、プレス加工
、塗装工程に悪影響をおよぼさないものであれば、クロ
メート処理層、樹脂層等を使用することができる。

本発明に係るプレス加工性および塗装後の特性に優れた
Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板の製造法について、簡単に
説明する。

Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき層のＮｉ含有量を変化させるに
は、浴のＮｉ”　　／Ｚｎ”比率、電流密度、温度等を
制御することが必要であり、本発明に係る鋼板の第１層
と第２層においては、上記した制御条件の１または２以
上を変化させることにより可能であり、電流密度および
温度の１つまたは２つを適宜制御すれば、単一のめっき
浴により本発明に係る鋼板を製造することができる。

［実　施　例コ本発明に係るプレス加工性および塗装後の特性に優れた
Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板の実施例を説明する。

実施例１Ｏ０８ｔのアルミキルド冷間圧延鋼板を脱酸酸洗後第１
表に示すようにＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層を施した。

Ｎｉ含有量の制御は主として浴のＮｉ”　　／Ｚｎ”比
率を変化させ、一部電流密度、温度を変化させろことを
併用した。

これらのめっき屓仮に、以下説明する各種の試験を行な
った。

■摺動抵抗プレス加工時の型かじりをシュミレートするため、サン
プルを５０Ｘ２００ｍｍに切断、防錆浦塗布後、第２図
に示す装置により摺動抵抗（引張荷重）を測定した。型
かじりの発生しない場合の摺動抵抗は１５０ｋｇｆ程度
となる。第２図において、引張速度５００　ｍｍ／ｍｉ
ｎ、摺動長１５０ｎ＋ｍ、金型手入れは１枚毎＃８００
サンドペーパーにより手入れを行なう。Ｈは引張方向、
Ｓはサンプル、Ｐは油圧（面圧１７８　ｋｇ／　ａｍ”
）、Ｋは摺動金型である。

■塗装後の塩水噴霧試験サンプルを浸漬法により燐酸亜鉛処理（付着量２ｇ／ｍ
リーカチオン電着塗装（膜厚２０μｍ）後、塗膜にカッ
ターナイフにより疵をつけ、塩水噴霧試験を８００時間
実施した時の塗膜の疵からの膨れ幅により評価した。膨
れ幅は２ｎ＋ｎ＋以下であることが望ましい。

■塗装後の暴露試験サンプルを浸漬性燐酸亜鉛処理（付着量２ｇ／ｍリーカ
チオン電着塗装（膜厚２０μｍ）−中塗（膜厚４０μｍ
）−上塗（膜厚４０μｍ）からなる自動車用塗装を行な
った後、塗膜にカッターによりめっき層に達する疵を付
け、暴露試験を６ケ月実施した。

サンプルには毎週１回の塩水を散布した。評価は６ケ月
後の疵からの赤錆発生の程度により評価した。

評価　　　　程度 ◎　　　赤錆発生せず ○　　　疵の一部に赤錆発生 △　　　疵全体に赤錆発生 ×　　　疵より赤錆が流出 ■塗装後の耐衝撃剥離性サンプルを上記■と同様に塗装を行なった後、−２０℃
の環境で直径７．９〜１１．１ｍｍの御影石１００ｇを
圧力４ｋｇｆ／ｃｍ’の空気噴射により塗膜表面に吹き
付けた。

石の衝突により生じた塗膜剥離部の径を測定し、その最
大のものを塗膜最大剥離径とし、この径より耐衝撃剥離
性を評価した。最大剥離系が５ｍｍ以下では実用上問題
にはなならない。

第１表に結果を示す。

本発明に係る鋼板においては、摺動抵抗、塗装後の塩水
噴霧試験、暴露試験、耐衝撃剥離性のすべてに良好な性
能を示している。

比較例は上記何れかの特性に問題が発生してい実施例２０．８ｔアルミキルド綱仮に第１層Ｎｉ含有量８ｗｔ％
のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、付着量１５ｇ／ｍ２、第
２層Ｎｉ含有量１３ｗｔ％のＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層
、付着ｆｆｉ　５　ｇ／ｍ”をそれぞれ電気めっきによ
り施した後、さらに、スプレー法燐酸亜鉛処理（付着量
２．１ｇ／ｍ’、皮膜中のＮｉ＋Ｍｎ　７．２ｗｔ％）
を行なった。

この鋼板に防錆油を塗布した後、第２図に示す措置によ
り摺動抵抗を測定した。この場合には同一種の鋼板を連
続１０枚金型を手入れせず摺動を行ない、′実施例１の
場合より型かじりが起こり易い状態にした。

この実施例における本発明に係る鋼板においては１０枚
の加工時の摺動抵抗は、１５０ｋｇｆで−・定であった
のに対し、燐酸亜鉛処理層のない場合には４枚目より摺
動抵抗の増加が始まり、型かじりが発生していることが
わかる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るプレス加工性および
塗装後の特性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板は上
記の構成であるから、摺動抵抗は一定で、かつ、型かじ
りがなく、塗装後の塩水噴霧試験、塗装後の暴露試験お
よび塗装後の耐衝撃剥離性等の耐蝕性に優れており、さ
らに、プレス加工性に優れているという効果を有してい
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１層と第２層の比率と塗装後の耐衝撃剥離性
の関係を示す図、第２図は摺動抵抗測定装置の概略図で
ある。夛１　図１２漕Ｚ？Ｌ−４；　（ｔ３　＝／、ハ町盈ｔ　とｙ／
、、”）”４　ｒ４ｔｚン丁了３啄λメ旨のに１１矛２
ｒｉｌ ↑

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼板上に、第１層として、Ｎｉ３〜１０ｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、その上に、第２層として、Ｎｉ１１〜２０ｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層の２層構造を有しており、かつ、第１層付着量と第２層
付着量の比率が１：０．０５〜１であり、さらに、第１
層と第２層の合計めっき付着量が１０〜８０ｇ／ｍ＾２
であることを特徴とするプレス加工性および塗装後の特
性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板。
（２）鋼板上に、第１層として、Ｎｉ３〜１０ｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、その上に、第２層として、Ｎｉ１１〜２０ｗｔ％を含有するＺｎ−Ｎｉ系合金めっき層、さらに、その上に、第３層として、付着量０．１〜４．０ｇ／ｍ＾２、Ｎｉ、Ｐの１種または２種３〜１０ｗｔ％を含有する燐酸亜鉛結晶層の３層構造を有しており、かつ、第１層付着量と第２層
付着量の比率が１：０．０５〜１であり、さらに、第１
層と第２層の合計めっき付着量が１０〜８０ｇ／ｍ＾２
であることを特徴とするプレス加工性および塗装後の特
性に優れたＺｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板。