JPH024983A - スポット溶接性に優れた亜鉛メッキ鋼板 - 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、スポット溶接性に優れた亜鉛メッキ鋼板に関
するものである。

（従来の技術） 亜鉛メッキ鋼板の溶接性を向上させる方法としては、例
えは、特開昭５５−１１０７８３号、特開昭６０５３３
９４号のこと〈メッキ鋼板表面にへｔ２０３等の酸化物
皮膜を生成せしめ、該酸化物の高融点、高電気抵抗を利
用し、溶接性を向上させるとともに電極チップとメッキ
金属との接触を妨げ、チップの溶損を防止して寿命延長
をはかることが開示されている。

しかしながら、抵抗皮膜を介しての溶接性向上は、電極
チップと板間の発熱をも犬きくすることになり、チップ
の軟化−変形を促進することから、未だ工業的規模では
満足すべきチップ寿命改善が得られていない。

又特開昭５９−１０４４６３号のごとく、メッキ鋼板の
表面に加熱処理により、ＺｎＯ／Ｚｎ比を０．１〜０．
７０にした酸化膜を生成させ同様に溶接性等を向上させ
ることが開示されている。

しかしながら、このような方法においても、未だ工業規
模では満足すべき結果が得られ難く、メッキ鋼板におけ
る溶接性の向上が強く要求されている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこのような要求を有利に満足するためなされた
ものて、スポット溶接においてチップを取替えることな
く長時間溶接がてきる亜鉛メッキ鋼板を提供するもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴とするところは、亜鉛メッキ鋼板のメッキ
層表面に、ＺｎＯを主体とする酸化膜をｌｎｏ量で３０
〜３０００ｍｇ／ｍ２（片面当り）形成せしめたスポッ
ト溶接性に優れた亜鉛メッキ鋼板、及び電極デツプ先端
表面の５０％以上の面積に電極保護金属を生成させるＺ
ｎＯをメッキ層表面に被覆せしめた、スポット溶接性に
優れた亜鉛メッキ鋼板に関するものである。

即ち、本発明においては上記のごとき、ＺｎＯ皮膜を亜
鉛メッキ鋼板に被覆せしめ、スポット溶接することによ
り、その溶接熱によってまずメッキ金属か溶融状態とな
るか、このメッキ金属か電極チップに直接接触１−ると
、チップ組成の銅とメッキ組成の亜鉛が選択的に反応し
、硬く脆い銅−亜鉛合金層を形成して、電極チップが損
耗し寿命を短命にすることになる。

この溶融状態のメッキ金属は、上記メッキ鋼板表面に被
覆せしめたＺｎＯ皮膜により、チップとの接触を断たれ
、メッキ金属のチップとの直接接触による溶損等を防止
するとともに、更に溶融状態のメッキ金属が鋼板の鉄と
合金化され、主として鉄−亜鉛合金となり、これがＺｎ
Ｏ皮膜の亀裂部等を通して、あるいはＺｎＯ皮膜と一緒
に電極チップ先端部へ移行し、堆積してチップの保護膜
、即ち電極保護金属層となり、溶接を継続しても保護膜
の厚み、形状には大きな変化がなく、常時良好な溶接が
できる。このチップ保護皮膜は、チップ先端形状を凸型
に保つ効果をもち、チップが同程度に軟化損傷した場合
でも、低電流で溶接ができ、然して電極チップ寿命を延
長することがてきる。

即ち、電極チップ先端部にＦｅ、７．ｎを主成分とする
電極保護金属を生成させるＺｎ［）皮膜を亜鉛メッキ表
面に被覆せしめ、溶接熱によりメッキ金属と鋼板との合
金を上記ＺｎＯ皮膜を通して、あるいは皮膜と一緒に電
極チップ上に生成させつつ、溶接するものである。

本発明では第１図及び第２図（実施例１の条件て５００
打点連続溶接したときの状態）に示すごとく、チップ先
端部には、Ｆ層にＣｕ−Ｚｎ合金層が存在しているか、
チップ先端表面の大部分にＦｅ　−Ｚｎ合金層か生成し
、電極保護金属としての機能を発揮している。しかし、
第３図及び第４図（比較例１の条件で５００打点連続溶
接したときの状態）に示す場合には亜鉛−銅合金の生成
にとどまり、かつその脱落も著しい。

このように本発明者等は亜鉛メッキ鋼板のスポット溶接
現象に関する詳細な検討の結果、電極チップ先端表面の
一定面積以上を電極保護金属で覆うことにより、チップ
寿命を大幅に改善できること、そして亜鉛メッキ鋼板の
表面にＺｎＯ皮膜を被覆させることにより、必要な電極
保護金属をチップ先端に生成せしめることを見出した。

しかして、亜鉛メッキ鋼板としては、溶融メッキ法、電
気メッキ法、蒸着メッキ法、溶射法なと各種の製造方法
によるものがあり、メッキ組成としては、純Ｚｎの他、
ＺｎとＦｅ、Ｚｎと旧、ＺｎとＡＩ、ＺｎとＭｎなどＺ
ｎを主成分として耐食性など諸機能の向上のため１種な
いし２種以上の合金元素及び不純物元素を含み、また５
ｉ０２．Ａｌ２Ｏ３なとのセラミックス微粒子、ＴｉＯ
□などの酸化物、有機高分子をメッキ中に分散させたも
のがあり、メッキ層の厚み方向て単一組成のもの、連続
的あるいは層状に組成が変化するものがあり、ざらに複
層メッキ鋼板では最上層がＦｅやＮｉを主成分としてＺ
ｎ、　Ｐなど各種合金元素を含むものがある。

例えば、溶融亜鉛メッキ鋼板、鉄−亜鉛合金化溶融亜鉛
メッキ鋼板、亜鉛を主とするアルミニウム、鉄などの合
金溶融メッキ鋼板、メッキ層断面方向で下層が合金化さ
れている合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（一般にハーフアロ
イと称す）、片面鉄亜鉛合金化溶融亜鉛メッキ層、他面
溶融亜鉛メッキ層からなるメッキ鋼板、これらのメッキ
層上に電気メッキ、蒸着メッキ等により亜鉛、鉄、ニッ
ケルを主成分とする金属をメッキした鋼板、あるいは、
電気亜鉛メッキ鋼板、亜鉛、ニッケル。

クロム等合金電気メッキ等、更に単一合金層又は複層合
金電気メッキ鋼板、及びこれらのメッキ層上に有機皮膜
を被覆したメッキ鋼板、亜鉛及び亜鉛含有金属の蒸着メ
ッキ鋼板等かある。その他、５ｉｎ２．Δ１２０３．Ｔ
ｉＯ２等のセラミックス微粒子及び有機高分子などを亜
鉛又は亜鉛合金メッキ中に分散させた分散メッキ鋼板が
ある。

木発明者らは、亜鉛メッキ鋼板の種類の如何によらず、
メッキかＺｎを主成分とする限り、メッキ鋼板の表面に
ＺｎＯを形成させることにより、スポット溶接において
電極チップ先端にＦｅ、７．ｎを主成分とする電極保護
金属を生成させ、似って電極チップ寿命を大幅に改善す
ることを見出した。

次に、このようなメッキ鋼板の表面に形成せしめるＺｎ
Ｏを主体とする酸化膜としては、酸化物中にＺｎＯの他
、例えばメッキ層中に含有する成分元素又はそれらの酸
化物なとの化合物等を含有するものてもよい。また、陽
極酸化なとの化学処理において、処理液が含有する成分
あるいは化合物を含んてもよい。

このような酸化膜の生成量としては、酸化膜中のＺｎＯ
量（片面当り）として、３０〜３０００ｍｇ／■２必要
である。ＺｎＯ量が３０ｍｇ／ｍ２未満では効果がなく
、又３０００ｍｇ／ｍ２超になると化成処理が困難にな
るため好ましくない。

上記のとときＺｎＯ皮膜は、メッキ鋼板片面のみに形成
し重ね合せに際し、形成面を外側に位置せしめて、チッ
プの接触面に形成面を位置させて溶接してもよく、又両
面に形成しても溶接には差支えない。

即ち、前記のごとく、特開昭５５−１１０７８３号、特
開昭６０−６３３９４号にて、メッキ表面に酸化物皮膜
を生成せしめ、チップ寿命を延長することが開示されて
いるが、木発明者等の研究結果、前記のことく、酸化皮
膜が溶接中にチップ先端部に保護金属を生成せしめる機
能を発揮する場合に限って、チップ寿命を大幅に延長す
ることを見出したものである。そして、このときのチッ
プ先端部に生成せしめる電極保護金属は、チップ先端部
表面の面積にして約５０％以北にわたって生成する場合
に初めてチップ寿命を改善することができるのであり、
生成面積が７０％以上になれば、さらに著しいチップ寿
命改善効果がある。

また、電極保護金属が生成するときは、一般にチップ先
端表面の中心部に厚く周辺部に薄く生成するか、この厚
みか２０μ以下の場合は電極保護機能が劣るので、これ
以上の厚みとすることが好ましい。

さらに、生成する電極保護金属は、メッキ金属と地鉄と
の合金を主体とするもので、平均濃度として　Ｆｅ：２
０〜６０Ｌ　Ｚｎ：４８〜８０９６程度の場合が多いが
、一般にＦｅ濃度の高い方が好ましく、特に高濃度Ｚｎ
部分が局在するような場合は好ましくない。

また、電極保護金属はメッキ金属と鋼板との反応生成物
であるので、Ｆｅ、７．ｎ以外にＮｉ、　Ｐ等メッキ金
属の成分、Ｍｎ、　Ｓ等の鋼板の成分、Ｃｒ等のメッキ
鋼板の化成処理等、表面処理生成物の成分及びＣｕ等電
極チップの成分を含むこともある。

しかして、前記のごとき酸化膜の生成方法としては、メ
ッキ後、メッキ最表面が固相状態または、メッキ層を合
金化する場合は、合金化が進行し、表面の粗面化が完了
した後（最表面がζ又はδ相となった状態）、加熱処理
によりＺｎＯを主体とする酸化膜が確実に生成する。

その具体的な方法としては、例えば、連続溶融メッキの
場合には、ライン内に合金化炉かあり、この合金化炉で
露点調整などを加味して加熱することにより、又合金化
処理する場合は、合金化完了後同様に加熱することによ
って、確実に生成させることが出来る。加熱処理条件と
しては、露点０℃の場合、加熱温度３５０℃以上で２秒
以上の加熱、当然のことながら露点がさらに高く維持て
きる場合は、低温又は短時間処理で十分な酸化膜量を得
ることが出来る。

さらに、酸化膜形成法としては、メッキ後アルカリ又は
酸性溶液中に浸漬酸化する方法、その他アルカリ、中性
又は酸性溶液中で電気化学的に酸化する方法なども有効
な手段となる。

（実施例） 本発明の実施例を比較例とともに表に示す。

注１：メッキ鋼板の種類は、へＳ：溶融鉄−亜鉛合金化
メッキ鋼板（溶融亜鉛メッキ後、加熱処理し、鉄分７〜
１３＊、残亜鉛）、Ｇｉ・溶融亜鉛メッキ鋼板、ＥＧ：
電気亜鉛メッキ鋼板、エフセライト：下層鉄１５％、残
亜鉛（目付量２０ｇ／ｍ２）　、上層鉄８５％、残亜鉛
（目付量３ｇ／ｍ２）の電気メッキ鋼板、ジンクライト
：ニッケル１２％、残亜鉛（目付量２０ｇ／ｍ２）電気
メッキ鋼板、八Ｓ−Ｅ　：溶融鉄−亜鉛合金化メッキ鋼
板（ＡＳ）の上層に鉄８５％、残亜鉛（目付量３　ｇ／
ｍ２）を電気メッキしたもの、ＺＬ−Ｅ：ニッケル１２
％、残亜鉛の電気メッキ鋼板（ジンクライト）の上層に
鉄８５％、残亜鉛（目付量３ｇ／ｍ２）を電気メッキし
たもの、鋼板厚は、何れも０．８ｍｍの普通鋼。

注２＝酸化膜生成法Ａは、Ｇｊは溶融亜鉛メッキ後表面
が固相状態となった後、大気雰囲気中て、３５０℃×１
０秒加熱した。ＡＳは、溶融亜鉛メッキ後、板温５３０
℃×１２秒て加熱し、メッキ層表面まで合金化が進行し
、表面が粗面化した状態で、同様に４００℃×５秒の加
熱を施した。いずれの場合とも酸化膜厚の調整は露点（
０〜１００℃）を調整することで行った。

注３・酸化膜形成法Ｂはメッキ後、酸性溶液中に浸漬す
る方法で酸化膜の形成を行フだ。

注４・酸化膜形成法Ｃはメッキ後、アルカリ溶液中で陽
極酸化する方法で酸化膜の形成を行った。

注５：溶接条件は下記条件による。

ｌ加圧力　２５０　Ｋｇ、２）初期加圧時間　４０Ｈｚ
３）通電時間：１２１１７．．４）保持時間：５１１ｚ
５溶接電流：］］ＫＡ ６チツプ先端径：５０φ（円錐台頭型）、７電極寿命路
点判定：溶接電流の８５＊でのナゲツト径か：１．６ｍ
ｍを確保できる打点数、８）電極材質：Ｃｕ−Ｃｒ（一
般に用いられているもの） 溶接は、メッキ鋼板の片面を上、他面を下として、２枚
重ね合せて連続打点数をとった。

注６　酸化膜中の７．　ｎ　Ｏ測定 ５＊ヨウ素メタノール溶液て、メッキ層のみ溶解し、抽
出残査を混合融剤（硼酸１．炭酸ナトリウム３）で融解
した後、塩酸で溶液化してＩｃＰて分析した亜鉛量をＺ
ｎＯに換算。

（発明の効果） かくすることにより、スポット溶接において、連続打点
数を増加し、それたけデツプを取替ることなく長時間溶
接がてき、チップの耐久性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｕ−Ｇｒ製電極チップ本体の表面に本発明の
溶接法（実施例１）により保護金属層を被覆せしめた場
合のチップ先端部断面の金属組織を示す顕微鏡写真（×
１０倍）、第２図は第１図の拡大顕微鏡写真（ｘ１００
倍）、第３図は同一の電極チップ本体を比較例１に基づ
いて溶接したチップ先端部断面の金属組織を示す顕微鏡
写真（×１０倍）、第４図は第３図の拡大顕微鏡写真（
ｘｌＯＯ倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、亜鉛メッキ鋼板のメッキ層上層に、ＺｎＯを主体と
   する酸化膜をＺｎＯ量で３０〜３０００ｍｇ／ｍ＾２（
   片面当り）形成せしめたスポット溶接性に優れた亜鉛メ
   ッキ鋼板。２、電極チップ先端表面の５０％以上の面積
   に電極保護金属を生成させるＺｎＯを主体とする酸化膜
   を３０〜３０００ｍｇ／ｍ＾２（片面当り）メッキ層表
   面に被覆せしめる請求項１記載の亜鉛メッキ鋼板。