JPH0196369A - 耐食性，加工性および耐熱性に優れたＡｌ合金蒸着めっき材料，及びその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は耐食性、加工性および耐熱性に優れたＡｌ合金
蒸着めっき金属材料に関するものである。

［従来の技術］ ＡＩめっき金属材料の中で現在段も汎用されているのは
ＡＩめっき鋼板であり、Ａｌのもつ優れた耐酸化性と耐
食性を利用している。ＡＩめっき鋼板はこのような特性
を生かして自動車のマフラー、家庭電化製品、建築材料
、ゴミ焼却炉等の過酷な条件下で使用される部材として
多用されている。

ところがＡｌめっき鋼板はＣ１−のような陰イオンの存
在する環境下においては該イオンによりＡｌめっき表面
の不動態酸化皮膜が破壊され、ＡＩめっき表面にＡＩ　
（ＯＨ）３を主成分とする白錆が発生したり、孔食（ｐ
ｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　）が発生したり、更
に孔食が進み素地鋼板の腐食にまで至り赤錆が発生する
こともある。

ところで前記ＡＩめっき鋼板は従来主に溶融めりき方法
で製造されているので、ＡＩめっき鋼板の上記欠点を改
善して耐食性を良好にするために、Ａｌ浴にＺｎ等の合
金化元素を添加することが検討されている。しかし現在
の溶融めっき法ではＡＩ溶融浴中に溶解し得る元素とそ
の量に制限があり、そのため十分な耐食性を有するもの
は得られていない。

また溶融めっき法では鋼板を溶融Ａｌ中へ供給通過させ
るプロセスが不可欠であるので鋼板表面温度が約７００
℃まで上昇し、鋼板とＡｌめっきとの界面にＦｅ２Ａｌ
５などのＦｅ−Ａｌ金属間化合物が生成する。該金属間
化合物は脆い上に成形加工時のめっき剥離等の原因とな
り加工性に劣るものとなる。

そこでめっきと素地金属との界面に生ずるＦｅ−Ａｌ金
属間化合物の生成を抑制するために、溶融ＡＩ洛中にＳ
ｉを９％程度添加してめっき時のＦｅ−Ａｌ金属間化合
物の生成の抑制を図るとともに高温下特に４００℃以上
での使用におけるＦｅ−Ａｌ金属間化合物の生成の抑制
（耐熱性）をも図っているが、必ずしも十分とは言えな
い。またＳｉを添加するとＡＩめっき自身の耐食性がか
えって低下する。そのためＳｔを合金化元素として添加
したＡｌめっｈａ板では、ＡＩめっきの耐食性を向上す
る目的でめっき表面にクロメート処理等の化成処理を行
なって薄い保護皮膜を形成させることが多い。しかしこ
の保護皮膜がいったん腐食等を受けて破壊または消失す
れば耐食性の不十分なＳｔ添加Ａｌめっき層の腐食が発
生するので十分な耐食性改善効果を有しているとは言え
ない。

また他のめっき方法として電気めっき法があるが、これ
はＺｎめっきに多用されているものであり、また該めっ
き法では水溶液中からのＡｌまたはＡｌ合金の鋼板等へ
の電析は不可能であり、非水溶液中からの電気めりきは
原理的には可能であるが電析時の電流密度が非常に小さ
いためめっぎ効率が低く、且つめっき液の電気的不安定
さ等から考えても工業的生産に電気めっき法を適用する
ことは難しい。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上のように従来のＡｌめっき鋼板は耐食性、加工性お
よび耐熱性に対して十分とはいえず、より高い耐食性、
加工性および耐熱性が望まれている。

そこで本発明においてはこれらの特性面において、より
優れたＡｌ合金蒸着めっき材料について検討した。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明とは素地金属
上にＣｒおよび／またはＴｉを含有するＡｌ合金蒸着め
っき層が形成されたものであって、該めっき層の深さ方
向に向けてＣｒおよび／またはＴｉの濃度が徐々に高く
なり、素地金属境界側ではＣｒおよび／またはＴｉの濃
度が５０〜９０％（重量％の意味、以下同じ）となるも
のであることを構成要旨とするものである。

［作用］ 本発明者らはＡｌめっき材料の耐食性、加工性および高
温環境下における耐食性即ち耐熱性を改善するためにＡ
Ｉに対する合金化元素、めっき方法、およびめっき構造
について種々検討した結果、次に述べる（１）　、　（
２）および（３）の結果が得られた。

（１）ＡＩに対してＣｒおよび／またはＴｉを含有させ
ると耐食性が向上する。

（２）真空蒸着めっきにより製造したＡｌ合金めっき材
料は加工時におけるめっき剥離等を生じることがなく加
工性に優れたものとなる。

（３）前記（１）および（２）で述べた改善効果は実用
面を考えるとまだ不十分である。しかし第１図（Ａ　Ｉ
−Ｃｒおよび／またはＴｉ合金めっき鋼板蒸着めっき層
深さ方向組成分布図）に示すようにＣｒおよび／または
Ｔｉの濃度がめつき深さ方向に向けて徐々に高くなり、
素地金属境界側で５０〜９０％になるように蒸着めっき
したものは十分な耐食性、耐熱性を有するものとなる。

この際５０％未満では耐食性、耐熱性に対する添加効果
が不十分であり、９０％を超えても効果はそれ以上変ら
ず、又合金化元素が９０％を超え１００％に近づくにつ
れて、めっき密着性が若干低下する。

前記結果（１）　、　（２）および（３）については次
のように考察される。尚ここでは素地金属として鋼板を
用いた場合について述べるが本発明が素地金属の種類を
選ばないことは言うまでもない。

耐食性 前述のように純ＡＩめっきの場合はＣＩ−イオン等が存
在すると第２図（ａ）の腐食進行模式図に示すように表
面の不動態皮膜が破壊され孔食が生ずるとともに白錆が
発生する。モして孔食が更に進むと、素地鋼板にまで達
する貫通孔となり赤錆が生じる。

本発明のＡｌ合金蒸着めっき材料の腐食進行状態を第２
図（ｂ）腐食進行模式図に示す。本発明のＡｌ合金蒸着
めっき材料に関しても純ＡＩめっき材料と同様に初めは
表面の不動態皮膜の破壊がおこり、孔食が発生する。し
かし、めっき深さ方向に順次Ｃｒおよび／またはＴｉの
含有量が増加する構造を有しているため、孔食がめつき
深さ方向に進むに従って、合金化元素の効果により電気
化学的に電位が責な方向にシフトする。

したがって孔食のめワき表面側とめつき底部側とでは電
位が異なり、表面側が卑で底部側が責であるため、ガル
バニック作用によりめっき表面側の方がアノードとなっ
て腐食されやすくなり、めっき底部側がカソードとなフ
て孔食の進行が抑制される。即ち本発明のＡｌ合金めっ
き材料ではめっき表面側からめっき底部側へかけて順次
電位が責となるような構造を有しているので孔食が発生
してもめっき表面側の電位が卑な部分が優先的に腐食さ
れ孔食の進行が抑制されることになる。

即ち第２図（ｂ）の腐食進行模式図に示すようにめっき
表面側から順次腐食が進行し、結果として腐食が素地金
属に及ぶ速度を抑制する。

加工性 本発明のＡｌ合金めっき材料は真空蒸着法によって製造
されるので溶融めっき法に比べてかなり低い温度条件で
めっきすることができる。したがってめっき層と素地金
属との境に溶融めっき法によるような金属間化合物が形
成されない。その為素地金属が鋼板の場合めっき層と鋼
板との境にはＦｅ−Ａｌ金属間化合物が生成せず加工時
のめっき剥離などを生ずることなく加工性の良いものと
なる。

肚然並 前述のように従来のＡＩめっき材料は主に溶融めっき法
で製造されており、素地金属が鋼板の場合には素地鋼と
めっき層との境に数μｍ程度のＦｅ−Ａｌ金属間化合物
が形成されている。このＡＩ溶融めっき鋼が高温環境下
に長時間曝されるとＦｅ−Ａｌ金属間化合物の層が成長
し最終的にはめっき層全体がＦｅ−Ａｌ金属間化合物と
なりＡＩめっき特有の光沢と清潔感を失なう。

本発明のＡｌ合金めっき材料は蒸着めっきであるので金
属間化合物層は存在せず、まためっき層における素地金
属側ではＣｒおよび／またはＴｉの濃度が高くなってお
り、この高濃度の合金化元素がめつき中のＡＩと素地金
属（素地金属が鋼の場合にはＦｅ）との相互拡散を効果
的に抑制し金属間化合物の生成を阻止する。すなわち高
濃度のＣｒおよび／またはＴｉがバリアのような働きを
するので耐熱性の良いものとなる。ちなみに溶融Ａｌめ
っき（Ｓ　ｉ　９％含有）鋼板と真空蒸着法で製造した
純ＡＩめっき鋼板に対して同一条件の加熱試験を行なっ
たところ、ＡＩめっきと素地鋼板との反応によってＦｅ
−Ａｌ金属間化合物が形成され、いずれの場合もめっき
層全体にＦｅが拡散しており、Ａｔめっ縫特有の光沢と
清潔感が損われていた（第４図Ｎｏ、２．Ｎｏ、７．Ｎ
ｏ、８参照）。

次に本発明に係るＡｌ合金蒸着めフき材料を得るための
めっき方法について述べる。まずＡｌ−Ｃｒ合金または
Ａ　Ｉ　−Ｔ　ｉ合金蒸着めっき材料を得る手段につい
て素地金属として鋼板を用いた場合について述べる。

第３図は本発明のＡＩ’合金蒸着めっき法を例示する概
略説明図であり、真空装置（図示せず）内を矢印方向へ
走行する鋼板１の下方部に２個の耐熱容器２ａ、２ｂを
配列し、走行方向上流側の容器２ａ内にはＣｒまたはＴ
ｉを装入すると共に、下流側の容器２ｂ内にはＡｌを装
入する。そしてＣｒまたはＴｉとＡｌを夫々加熱蒸発せ
しめ、図示する様に各蒸気：囲気を鋼板１の長手方向で
ラップさせながら蒸着を行う。そうすると鋼板１上には
まずＣｒまたはＴｉの蒸気比率の高い混合蒸気が蒸着さ
れ、その上へＡｌ蒸気比率が徐々に高くなった混合蒸気
が順次蒸着される。その結果めっき表面部ではＡＩ含有
量の最も多い（ＡＩが１００％の場合もあり得る）めっ
き層３が形成される。また各容器２ａ、２ｂの加熱条件
や真空度を調整すれば上記めっきＮ３を構成する成分の
含有量をコントロールすることができ、めっき厚さは鋼
板１の走行速度やＡＩ、ＣｒまたはＴｉの蒸発量を変え
ることによって調整することができる。またＡｌ−Ｃｒ
−Ｔｉ合金蒸着めっぎ材料についても各元素をそれぞれ
個別の容器に装入して容器配置等を適宜設定して前記と
同様にして蒸着めフきを行えば良い。

尚上記では蒸着めっき法を採用する場合について説明し
たが、金属蒸気に高周波等を印加して蒸着金属を陽イオ
ン化せしめ、素地金属には、マイナスのバイアス電圧を
かけて金属蒸気を素地に蒸着させる所謂イオンブレーテ
ィング法を採用すれば、めっき層と素地金属との密着が
一段と向上するばかりでなく、めっき層を構成する結晶
粒が微細となって、ピンホール低減効果も増進されるの
で好ましい。またスパッタリング法を採用する場合もめ
っき層の表層側へ行くにつれてＡｌのスパッタリング量
を徐々に増大していけばよい。

本発明に係るＡｌ合金蒸着めっきの対象となる素地金属
としては、前記鋼の他、ＡＩ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合
金やさらにステンレス鋼。

Ｔｉ、Ｔｉ合金等が非限定的に例示され、素地金属の形
状も板、棒、形材等制限はない。

［実施例］ 夫五里１ 冷延鋼板（０，６Ｘ７０ｘｌ　５０ｍｍ）をアルカリ脱
脂、後水洗乾燥し、該鋼板表面に真空雰囲気下で所定め
っき構造となるようにＡｔ−Ｃｒ合金。

Ａ　Ｉ　−Ｔ　ｉ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｔｉ合金蒸着めっ
籾を施し、塩水噴露テストを行い赤錆５％発生時間によ
り、めっきの耐食性を評価した。また比較のため本発明
で規制した組成外のＡｌ合金蒸着めっき鋼板、純ＡＩ蒸
着めっき鋼板、溶融Ａｌめっき（９％ＳＬ）鋼板および
上層Ａｔ／下層純Ｃｒめっき鋼板についても同様に試験
した。その結果咎鴫第１表に示す。尚めっき密着性（加
工性）はテープ剥離試験により評価した。

第１表より明らかなように、Ｎ０１１〜８は本発明の規
制要件を満足するものであり、耐食性およびめっき密着
性に優れていることがわかる。またＮｏ、９．１０は素
地鋼板との界面部において合金化添加元素であるＣｒま
たはＴｉが９０％を超えており、めっき密着性に劣る。

Ｎｏ、１１．１２は純Ａｌめっきあるいは溶融Ａｌめっ
き（Ｓｉ９％含有）鋼板の例であり、密着性に関しては
共に問題はないが、耐食性が悪く、特に溶融Ａｌめっき
鋼板の場合はＡＩめっき表面にクロメート処理を施し、
高耐食性の保護皮膜を付加させているにもかかわらず、
その効果が不十分である。さらにＮｏ、１３はＡｌの耐
食性を向上させる合金化元素であるＣｒめっきを鋼板に
施し、その上に純Ａｌめっきを施した２層めっき鋼板で
あるが、Ｃｒの電位がＦｅおよびＡｌに比べてかなり責
であるため、めっきピンホール等によりＡｌの腐食を加
速させ、ひいては鋼板の腐食の促進により、純Ａｌめっ
き鋼板の例に比べて赤錆発生時間を早め、めっきとして
の犠牲防食能を十分に発揮しないことがわかる。

表１自生主 実施例１と同様にして脱脂、洗浄後の冷延鋼板に所定め
っき構造となるように蒸着めっきを施し、下記の方法で
耐熱性を調べた。

耐熱性試験方法 大気中４５０℃×５時間、空冷１９時間を１サイクルと
して３サイクルの加熱処理を施し、加熱処理前後におけ
る素地鋼板とめっき層との界面でのＦｅ−Ａｌ金属間化
合物層の生成状態を断面の顕微鏡観察により評価した。

結果を第２表および第４図の各種めっき鋼板におけるめ
っき層深さ方向組成分布図に示す。また比較のためにＮ
ｏ、７゜８．９として純ＡＩ蒸着めっき、溶融ＡＩめっ
き、Ａｌ−２５％Ｃｒめっき（Ｃｒ濃度一定）を施しが
δで、同様に試験した結果を第２表および第４図に示す
。

第２表および第４図より明らかなように、Ｎｏ。

１〜６は本発明の規制要件を満たすものであり、苛酷な
耐熱性試験を行なった後でもＦｅ−Ａｌ金属間化合物層
は形成されていない。

Ｎｏ、７．８は純Ａｌ蒸着めっき、溶融Ａｌめっきを施
したものであり、Ｎｏ、７は蒸着めっきであるので耐熱
性試験前においてはＮｏ、１〜６と同様にＦｅ−Ａｌ金
属間化合物は存在しておらずＮｏ。

８は耐熱性試験前においてすでに数μｍの金属間化合物
が形成されており、この点では両者は異なっているが、
耐熱性試験後においてはいずれもＡｌのみのめっき層が
消失しており、めっき中に素地鋼板のＦｅが拡散してめ
っき表面部にまでＦｅが存在していた。

Ｎｏ、９はＣｒｆｌｉ度均−（２５％）のＡｌ合金蒸着
めっきを施したものであり、耐熱性試験前においては界
面部にＦｅ−Ａｌ金属間化合物は存在していないが耐熱
性試験後においては界面部に金属間化合物が形成されて
いる。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので本発明のＡｌ
合金蒸着めっき材料は耐食性にすぐれ、加工時において
めっき剥離等を生ずることがなく加工性に優れたもので
ある。また高温環境下においてもめっき層が変質するこ
となく耐熱性に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡｌ−Ｃｒおよび／またはＴｉ合金蒸着めっき
鋼板におけるめっき層深さ方向組成分布図、第２図（ａ
）　、　（ｂ）は腐食進行模式図、第３図はＡｌ合金蒸
着めっき法を例示する概略説明図、第４図は各種めっき
鋼板におけるめっき層深さ方向組成分布図である。 １・・・鋼板　　　　　　２ａ、２ｂ・・・容器３・・
・めっき層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 素地金属上にＣｒおよび／またはＴｉを含有するＡｌ合
   金蒸着めっき層が形成されたものであって、該めっき層
   の深さ方向に向けてＣｒおよび／またはＴｉの濃度が徐
   々に高くなり、素地金属境界側ではＣｒおよび／または
   Ｔｉの濃度を５０〜９０％（重量％の意味、以下同じ）
   としたものであることを特徴とする耐食性、加工性およ
   び耐熱性に優れたＡｌ合金蒸着めっき材料。