JPH02194162A - Ｚｎ―Ｍｇ合金めっき金属材料の製造方法 - 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、めっき層の密着性が良く且つ加工性の優れた
Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき金属材料、並びにめっき層密着性
及び加工性に加えて耐食性にも優れたＺｎ−Ｍｇ合金め
っき金属材料の製造方法に関するものである。

尚本発明の通用対象となる金属材料としては、鉄、各種
合金鋼、アルミニウム等様々の金属材料が挙げられ、そ
の形状も板状、棒状、管状、波板状あるいは５字もしく
はＨ字断面等の異形棒状等様々の形状のものが対象とな
るが、本明細書では最も代表的な鋼板に適用する場合を
主体にして説明する。

［従来の技術］ 自動車や車輌のボディー材、家庭用電化製品の外板ある
いは各種建材等に用いられる防錆鋼板としては、これま
で主としてＺｎめっき鋼板が使用されてきた。しかしな
がら上記用途に求められる防錆レベルが高★るにつれて
、従来のＺｎめっき鋼板では要求を満たすことができな
くなり、防錆効果の向上を期して様々の複合めっきが検
討されている。

その中でＺｎ−Ｍｇ系のめつきは、Ｚｎ−Ａｌ系めっき
等と共に防錆効果の優れたものとして注目されている。

［発明が解決しようとする課題］ 蒸着法によってＺｎ−Ｍｇ系めっき鋼板を連続的に製造
しようとすれば第３図（概略縦断面説明図）に示す様な
蒸着めっき方法が考えられる。第３図において１は蒸着
室、２は鋼板、３．４はシールロール、５．６はめっき
金属用容器、７は真空排気口を夫々示す。この装置を用
いてＺｎとＭｇのめっきを行なうに当たっては、めっき
金属用容器５，６内にＺｎとＭｇを別々に入れ、表面の
清浄化された鋼板２を適当な速度で矢印方向へ走行させ
ながら、蒸着室１を真空引きすると共に図示しない加熱
手段によってＺｎとＭｇを加熱しこれらを蒸発させ、鋼
板２の表面にＺｎとＭｇの蒸着めっきを行なう、この様
な蒸着めっき法では、ＺｎとＭｇの両金属蒸気を均一な
混合状態にして鋼板上へ蒸着させるということが簡単に
はできず、鋼板２の走行方向に沿って、たとえば第４図
に断面を模式的に示す如くまずＺｎ（又はＭｇ）蒸着め
っき層が形成され、次いで蒸発領域が重なり合うＬ部分
（第３図）ではＺｎとＭｇの混合蒸着めっき層が形成さ
れた後、Ｍｇ（又はＺｎ）蒸着めっき層が形成されるこ
とになる。ところで純Ｚｎ層、Ｚｎ−Ｍｇ合金層及び純
Ｍｇ層の硬度はかなり異なるので、該めっき鋼板にプレ
ス成形加工等を施したと台には、上記めっき層の硬度差
に起因して当該めっき層がフレーキング等の眉間剥離現
象を起こし、剥離しためつき層がプレス金型に付着する
ことによる（ピックアップ現象）プレス傷がめつき表面
に生じ、外観を悪くするだけでなく耐食性等も悪くなる
。更に第４図のような構造では耐食性の発揮にも悪影響
が表われてくる。たとえばＭｇは活性の高い金属であっ
て塩素イオン等のハロゲンイオンの存在する環境下では
アノード反応（活性溶解）を起こし、ひいては水素の発
生を伴なうカソード反応を引き起こすが、純Ｍｇ層が素
地鋼板側に存在する場合は、めっき層のピンホール部や
加工傷等を起点として最下層の純Ｍｇ層が優先的に腐食
され、それに伴なう水素ガスの発生によってめっき層が
膨れ素地鋼板から剥離するという現象を屈発する。

他方、純Ｍｇ層が表層部に位置する場合は、該めっき鋼
板を塗装して使用するときに、塗膜とめっき層の界面で
表層側Ｍｇの活性溶解が起こり、それに伴なう水素の発
生による塗膜膨れ（アノード膨れ、カソード膨れ）及び
塗膜剥離を引き起こすので、塗装鋼板用のめつき鋼板素
材としての適性も失なわれる。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、Ｚｎ−Ｍｇよりなるめっぎ層を厚さ方向
全体に亘ってほぼ均一なＺｎ−Ｍｇ合金とし、めっき層
内の硬度差に起因する加工時の眉間剥離現象を防止する
と共に、純Ｍｇ層が形成されない様にすることによりＭ
ｇの活性溶解によるめっき層の剥離や塗膜剥離を防止す
ることのできる技術を確立しようとするものであり、さ
らに合金組成を工夫することによりＺｎ−Ｍｇ合金めっ
き層の耐食性を一層向上させようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決することのできた本発明に係るＺｎ−
Ｍｇ合金めつき金属材料とは、金属材料の表面に、Ｚｎ
−Ｍｇ相互拡散層が形成されたことを要旨とするもので
あり、当該相互拡散層を形成する為の手段は金属材料の
表面にＺｎめっき層とＭｇめっき層を蒸着法によって別
個に又はそれらの中間にＺｎ−Ｍｇ合金めっき層を介し
て両めっき層を形成し、次いで当該めっき層を加熱保持
することにより、ＺｎとＭｇを相互に拡散させて合金化
するところに要旨を有するものであり、特に耐食性の一
層の改善をはかるに当たっては、Ｚｎめつき層の上層に
積層するＭｇめっき層のめっき付着量をＺｎめっき量の
１７２０〜１／４に規定し、且つ相互拡散の為に当該め
っき層を１５０℃以上に加熱保持する点に要旨が存在す
る。

［作用及び実施例］ 本発明者らは従来技術に見られる前述の様な問題点を解
消するため、Ｚｎ−Ｍｇ系めっき層を厚さ方向全体に亘
って均一なＺｎ−Ｍｇ合金とすることのできる様なめっ
き法を開発すべく種々研究を行なった。しかしながら蒸
着めつ各法を採用する限りＺｎとＭｇの蒸気圧が異なる
ため均一なＺｎ−Ｍｇ合金層を得ることは困離であると
思われた。また電気めっき法を採用しようとしても、Ｍ
ｇの酸化還元電位がかなり卑であり、水溶液中からのＭ
ｇの電析は不可能で、たとえ水溶液中にＺｎイオンとＭ
ｇイオンの両者を混在させてもｚｎしか電析されない。

非水溶媒からのＺｎ−Ｍｇめっきの電析は原理的には可
能であるが、電流効率の低さ、安全上の問題等から工業
的製造法として採用するには無理がある。

溶融めっき法でＺｎ−Ｍｇ合金めっき層を形成するため
には、Ｚｎ−Ｍｇ合金の溶融浴に鋼板を浸漬する必要が
あるが、Ｍｇは酸素との親和力が極めて高く、該浴の表
面にはＭｇＯを主体とするドロス（トップドロス）が多
量に発生して原料の歩留りを低下させる他、得られため
つき鋼板の表面をドロスが汚染するという問題もあり実
用性を欠く。

よって電気めっき法や溶融めっき法でＺｎ−Ｍｇ合金め
っき鋼板を製造することは、工業的にみて不利な点が多
く、本発明者らは蒸着法の採用を前提として更に研究を
進めた。

ところがその後更に研究を進めるうち、ＺｎとＭｇが層
状に独立して又は一部ラップして形成されためつき層で
あっても、当該めっき層を加熱保持してやれば、Ｚｎ層
とＭｇ層の間で相互拡散が起こり、はぼ均÷なＺｎ−Ｍ
ｇ合金層が形成されることを知った。

即ち下記第１表は、蒸着めっき法によりＺｎ−Ｍｇ２層
めっき層（Ｚｎめっき付着量２０　ｇ／ｍ２）を形成し
た後、素材鋼板を加熱・保持したときの、各めっき層に
おけるＺｎとＭｇの存在状態並びに耐食性を調べた結果
を示したものである。この表からも明らかである様にＺ
ｎ−Ｍｇ２層めっき層を加熱保持することによりＺｎ層
とＭｇ層の間で相互拡散による合金化が進行してついに
は純Ｚｎ層及びＭｇ層が完全に消失し、はぼ均一なＺｎ
−Ｍｇ合金のみからなるめっき層を得ることができる。

第１表からも明らかである様に、当初ＺｎとＭｇが独立
して層状に形成されためっき層であっても、これを好ま
しくは１５０℃以上の温度に加熱保持すれば層状のめっ
き層内でＺｎとＭｇの相互拡散が起こり、最終的にはめ
っき層全体が当初のＺｎとＭｇの含有比率に対応する組
成のＺｎ−Ｍｇ合金となることが分かる。その結果、従
来法で指摘した様な純Ｍｇ層の存在によるＭｇの活性溶
解（アノード反応）やそれに伴なう水素発生（カソード
反応）に起因するめっき層の剥離や塗膜剥離が防止され
るほか、めっき層内における硬度差に起因する加工時の
層間剥離も防止され、品質の良好なＺｎ−Ｍｇ合金めっ
き鋼板を提供し得ることになった。

尚相互拡散のための加熱保持条件については、加熱保持
温度を１５０℃以上とすることが好ましく、最も好まし
いのは２００〜３５０℃の範囲である。即ち加熱保持温
度が１５０℃未満では相互拡散を十分に進めることが難
しく、Ｚｎ層やＭｇ層が合金化されずに残存する。一方
３５０℃を超えると下層Ｚｎめっき層と素地鋼板との間
で拡散が起こり易くなり、ＺｎとＦｅの金属間化合物が
生成し加工性が劣化する。

また加熱保持時間については加熱保持温度やめっき層厚
さによっても変わるので一律に規定することは適当でな
いが、最も一般的な範囲は１〜１０分程度である。又本
発明においては、Ｍｇが非常に酸化されやすい金属であ
ることから加熱処理時の雰囲気はＮ２等の非酸化性雰囲
気とすることが望ましい。

ところで前記アノード反応やカソード反応を防止するだ
けでなく、耐食性の一層の改善をはかる為にはＺｎ−Ｍ
ｇ合金の組成を適切に制御することが必要である。

即ち本発明者等の研究によれば、加熱拡散後のめっき組
成においてＭｇ含有量が５〜２０％であるＺｎ−Ｍｇ合
金めっき鋼板は耐食性においてもっとも優れた性質を示
し、この範囲をはずれるとＭｇ層が残存しない場合でも
耐食性の評価は若干低下する。そして上記Ｚｎ−５〜２
０％Ｍｇ組成の合金めつぎ層を得るにはＭｇめっき付着
量をＺｎめっぎ付着量の１７２０〜１／４の範囲となる
ように制御する必要がある。即ちＭｇめっき付着量が１
７２０未満では加熱処理後もＭｇ含有量が十分とは言え
ず耐食性の向上は期待で台ない。一方Ｍｇめっき付着量
が１７４を超えるとＭｇ含有量が多いために塗装後の耐
食性に問題が生じる。

また耐食性を改善するには上記の如くめっき付着量を制
御した上で加熱保持条件を第５図に示す様に１５０℃以
上とする必要があり、且つ保持時間を１分間以上に設定
することが必要であり、１５０℃未満では拡散不足によ
って十分な耐食性を得ることができず、また加熱時間が
１分未満でもやはり拡散が不十分となって耐食性向上効
果が得られない。

ところでＺｎとＭｇよりなる層状めっき層を形成する為
の手段として最も実用性が高いのは蒸着めっき法である
。たとえば第１図は層状めっきの形成に蒸着法を採用し
た本発明の実施例を示す概念図であり、ペイオフリール
８から繰り出した鋼板２をシールロール３を通して蒸着
室１内へ導き、めっき金属用容器５．６から蒸発するＺ
ｎとＭｇを鋼板２に蒸着させる。この場合、蒸着めっき
層は第４図に示した様に純Ｚｎ、Ｚｎ−Ｍｇ合金、純Ｍ
ｇが層状に形成された３層構造のものとなるが、本発明
においては加熱拡散によってＺｎ−Ｍｇ合金めっき層を
形成するのでＺｎ又はＭｇのめつき手段については限定
されず、Ｚｎ層とＭｇ層が形成されているもの全てを対
象とする。

そしてそれらの混合合金層の有無や内容等は本発明対象
を逸脱する理由とはならない。蒸着めっき層の形成され
た鋼板２はシールロール４から導出された後直ちに加熱
装置９へ送られ、この部分で１５０℃以上の温度に加熱
される。こうしてめっき層内における相互拡散により合
金化された後、冷却装置１０で冷却されて巻取りロール
１１に巻取られる。この場合、めっき層の厚さは鋼板２
の走行速度や各金属の蒸発量等によって調整すればよく
、まためっき層を構成するＺｎとＭｇの含有比率は各金
属用容器５，６からのＺｎ及びＭｇの蒸発量比率を変え
ることによって調整すればよい。また相互拡散のための
加熱保持時間は、鋼板２の走行速度あるいは加熱装置９
内における鋼板２の走行長さによってコントロールすれ
ばよい。

第２図は本発明の他の実施例を示したものであり、蒸着
室１を２つのブースに分割し、夫々のブースでＺｎとＭ
ｇを別々に蒸着めりきする様に構成したものである。こ
の場合蒸着めっき層は純Ｚｎと純Ｍｇよりなる２層構造
のものとなるが、これに所定の加熱処理を施すとこれら
が相互に拡散して合金化し、はぼ均一なＺｎ−Ｍｇ合金
層が形成される。

尚上記２つの実施例のうち特に第１図に示した方法であ
れば、前述の如く蒸着めっき工程中Ｚｎ蒸気とＭｇ蒸気
の蒸着領域が重なる部分でＺｎ−Ｍｇ合金めっき層が形
成されることになり、その分だけ相互拡散の為の所要時
間を短縮することができるので、生産効率を高めること
が可能となる。

ところで上記の実施例ではいずれも蒸着めっき後加熱装
置９を通すことにより合金化させる例を示したが、この
ほか蒸着めっき時の凝縮熱を利用して相互拡散を行なわ
せることもできる。即ち従来技術においても素材鋼板２
は蒸着に先立っである程度予熱されているが、このとき
の熱量と蒸着時の凝縮熱によって鋼板はかなり昇温する
ので、この昇温した蒸着めフぎ鋼板を従来法の如く強制
冷却又は放冷するのではなく、そのまま保温室に導入し
、必要により不足分の熱を補給するという方法をとれば
、相互拡散による合金化を遂行することができる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、少なくともＺｎ層
とＭｇ層が層状に形成されためつぎ層を加熱保持するだ
けで全体を均一なＺｎ−Ｍｇ合金めっき層とすることが
でき、次の様な効果を享受し得ることになった。

■めっき層の成分組成が均一であって硬度差がなく、成
形加工を施した場合でもめつき層に割れや剥離を起こす
ことがない。

■全体をほぼ均一なＺｎ−Ｍｇ合金層とすることができ
るので、純Ｍｇ層の存在に起因するアノード反応及びカ
ソード反応を無くすことができ、めっき層の剥離及び塗
装鋼板として用いたときの塗膜剥離を可及的に防止する
ことができる。その結果、Ｚｎ−Ｍｇ合金めっき層が有
する優れた防錆効果及び塗装下地としての耐アルカリ性
等が極めて有効に発揮される。

又金属材料の表面にＺｎめっき層を形成し、その上層に
めっき付着量がＺｎめっき量の１７２０〜１／４となる
ようにＭｇめっき層を積層した後、１５０℃以上で加熱
保持することにより、前記効果に加えて耐食性の一層優
れたＺｎ−Ｍｇ合金めっき金属材料を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示す概念図、第３図は従
来の蒸着めっき法を示す縦断面説明図、第４図は従来の
蒸着めっき法により得たＺｎ−Ｍｇ系めっき層を示す断
面説明図、第５図は加熱温度と耐食性の関係を示すグラ
フである。 １：蒸着室　　　　　２：鋼板 ３．４＝シールロール ５．６：めっき金属容器 ７：真空排気口　　　８：ペイオフリール９：加熱装置
　　　　１０：？４）却装置１１：巻取りロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料の表面にＺｎめっき層を形成し、その上
   層にＭｇめっき層を積層した後、当該めっき層を加熱保
   持することにより、ＺｎとＭｇを相互に拡散させて合金
   化することを特徴とするＺｎ−Ｍｇ合金めっき金属材料
   の製造方法。
2. （２）金属材料の表面にＺｎめっき層を形成し、その上
   層にめっき付着量がＺｎめっき量の１／２０〜１／４と
   なるようにＭｇめっき層を積層した後、当該めっき層を
   １５０℃以上に加熱保持することにより、ＺｎとＭｇを
   相互に拡散させて合金化することを特徴とするＺｎ−Ｍ
   ｇ合金めっき金属材料の製造方法。