JPH0313562A - 蒸着Ａｌ―Ｃｒ合金めっき鋼材の製法 - 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、自動車のマフラー、各種ストーブの熱反射板
、家庭用電気製品もしくはガス製品等に用いられる耐熱
板の如く、耐熱性と耐食性が要求される蒸着Ａｌ−Ｃｒ
合金めっき鋼材を連続的に効率良く製造することのでき
る方法に関するものである。

［従来の技術］ Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材は優れた耐熱性、耐食性、耐
酸化性を有しているところから、前述の様な耐熱板等へ
の用途開発が期待されている。

ところでＡｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材を製造する方法とし
て最も一般的なのは連続真空蒸着法であり、この方法を
実施するに当たフては、所定の真空度に保持された蒸着
室内に２つのるつぼを配設し、各るつぼにＡｌ地金とＣ
ｒ地金を夫々装入し、その表面に電子ビーム等の高エネ
ルギービームを照射することにより各金属を加熱蒸発せ
しめ、るつぼ上を連続的に走行する鋼材の表面にＡｌと
Ｃｒの蒸気を蒸着させる方法である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記方法には次の様な問題がある。

■１つの電子銃から発生した電子ビームにより２つのる
つぼ内のＡｌとＣｒを独立して加熱し蒸発させるには、
各金属に対し短い周期で交互に電子ビームを照射する為
の電子ビームジャンピング技術が不可欠であり、電子ビ
ーム照射操作が複雑になる。また目的とする組成のＡｌ
−Ｃｒ合金めっき層を得るには、各るつぼから発生する
ＡｌとＣｒの蒸気量を安定してコントロールさせる必要
があり、その為の手段として採用されているのは次の様
な方法である。即ちＡｌとＣｒの各地金表面に対する電
子ビーム照射の時間配分とトータル出力をコントロール
することにより、ＡｌとＣｒの蒸発量とその比率を制御
する方法であるが、この方法は電子ビームのトータル出
力と時間配分という２つの制御を併行させなければなら
ないので、技術的にかなり困難である。

■２個の電子銃を夫々Ａｌ地金照射用およびＣｒ地金照
射用として用いる方法もあるが、高価な電子銃の数を増
やさなければならないので、経済的負担が大きい。また
２つのるつぼに向けて各電子ビームを干渉し合うことの
ない様に照射させるには、各電子銃から発生した電子ビ
ームをマグネットによって形成される磁場によって、各
るつぼ方向へうまく偏向させなければならないが、２つ
のるつぼは近接して配置されているので、各電子銃から
発生した電子線を偏向させる各マグネットが互いに干渉
し磁場のコントロールが極めて困難となる。

■Ａｌについては加熱すると溶融して溶湯状態となり、
るつぼの溶湯表面から逐次金属蒸気が発生するためるつ
ぼ等の溶解槽の溶湯表面積と電子ビーム出力を一定にし
ておけば、単位時間当たりの蒸気発生量はほぼ一定に保
たれる。

ところがＣｒは昇華性であって固体のＣｒ地金表面から
熔融せずに直接Ｃｒ蒸気が発生するため、該地金表面積
はＣｒの昇華に伴なって変化するため、電子ビーム出力
を一定に保っていてもＣ「蒸発量が変動し、Ｃｒ蒸発量
の制御が極めて困難である。

本発明はこの様な事情に着目して成されたものであって
、その目的は、均一で安定した組成の蒸着Ａｌ−Ｃｒ合
金めっきを比較的簡単な設備で効率良く鋼材表面に形成
することのできる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の構成は、高エ
ネルギービームによってＡｌとＣｒを加熱蒸発させ、走
行する鋼材表面に該金属蒸気を蒸着させてＡｔ−Ｃｒ合
金めっ咎を連続的に形成する方法において、Ａｌ−Ｃｒ
合金浴からＡｔとＣｒを一斉に加熱蒸発させると共に、
ＡｌとＣｒの各蒸発量に応じた量の＋ＡｌとＣｒを前記
Ａｌ−Ｃｒ合金浴に補給しながら、ＡｌとＣｒの混合蒸
気を鋼材表面に蒸着させるところに要旨を有するもので
ある。

［作用］ 以下、研究の経緯を追って本発明の構成および作用効果
を説明していく。

本発明者らは第２図［図中、１は帯状鋼板、２は蒸着室
、３はサポートロール、４は排気装置、６はＡｌ溶解禮
、８はＣｒ用容器、９は高エネルギービーム（電子ビー
ム、レーザービーム等を包含するが、以下電子ビームで
代表する）を夫々示す］に略伝する装置を用いて、蒸着
Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼板の製造を試みた。

即ち蒸着室２内に並べて配置したＡｌ溶解槽６およびＣ
ｒ用容器８にＡｌおよびＣ，ｒ地金を装入し、電子ビー
ム９を照射してこれらを加熱蒸発させながら、走行する
鋼板１にこれらの混合蒸気を蒸着させる。このとき、目
的とする蒸着めっき組成が得られる様に、ＡｌとＣｒに
照射する電子ビーム９の出力と照射時間のコントロール
を試みた。しかし前述の如＜Ｃｒは昇華性であり単位当
たりのＣｒ蒸発量が安定しにくく経時的に変化するため
、蒸着Ａｌ−Ｃｒ合金めっきのＣｒ含有量は安定せず、
一定の合金組成は得られなかった。

また第２図に示す様な方法で蒸着を行なう場合、鋼板１
に蒸着することなく蒸着室内壁等に付着・堆積する無効
蒸気の量を抑えるには、Ａｌ溶解槽６およびＣｒ用容器
８と鋼板１間の距離をできるだけ短くすることが望まれ
るが、そうするとＡｌ蒸気とＣｒ蒸気が十分に混合しな
い状態で鋼板１上に蒸着される。即ち第２図に示す配列
でＣｒ用容器８とＡｌ溶解槽６を配置した場合は、鋼板
１表面にまずＣｒ蒸気が蒸着し、次いでＡｌとＣｒの混
合蒸気が蒸着した後、最後にＡｌ蒸気が蒸着することと
なり、蒸着後におけるＡｌとＣｒの拡散が不十分である
ときは、蒸着めっき組成がめっきの厚み方向で不均一に
なる。

そこで本発明者らはこうした問題を解消するため、Ａｌ
とＣｒを合金化して１つの溶解槽に装入し電子ビーム加
熱して蒸発させる方法を考えた。

こうすれば、１つの溶解槽に対して電子ビームを照射す
るだけでよいから、電子ビームのジャンピング操作が不
要であるばかりでなく、電子銃から発生した電子ビーム
を偏向させる為のマグネットが干渉を生じる余地もない
、しかもＡｌとＣｒは１つの溶解槽から同時に蒸発する
のでＡｌとＣｒの金属蒸気は、十分混合された状態で鋼
板に蒸着されるため、得られためっぎの組成がめっきの
厚み方向で変化することはない、更にＣｒはＡｔと合金
化することによりＡｌ−Ｃｒ合金の溶湯状態となるため
、Ｃｒ単独の蒸発時に問題となるＣｒの昇華性による蒸
発量の不安定性を解決し蒸発有効面積も変動すことがな
く、常にほぼ一定の蒸発量を確保することができる。

但しＡｌとＣｒは蒸気圧が異なるので、電子ビームによ
りＡｌ−Ｃｒ合金溶湯を加熱すると、当初は蒸気圧の高
いＡｌがＣｒよりも多量に蒸発し、それに伴なって合金
溶湯は次第にＣｒリッチの組成に変化し、ＡｌとＣｒの
蒸発量比率も徐々に変わフてくるので、均一な組成の蒸
着Ａｌ−Ｃｒ合金めっき層を長時間得ることができない
。

ところが、ＡｌとＣｒの各蒸発量に応じた速度でＡｌ−
Ｃｒ合合金へＡｌとＣｒを連続的に補給してやれば、Ａ
ｌ−Ｃｒ合金溶湯の合金組成が常時一定に保持されて、
ＡｌとＣｒの各蒸発量比率の変動も起こらず、蒸着Ａｌ
−Ｃｒ合金めつき組成を常に一定に保つことができる。

尚ＡｌとＣｒの補給方法としては、■粒状もしくはブロ
ック状のＡｌ−Ｃｒ合金を所定量ずつ投入する方法、■
予備溶解槽でＡｌとＣ，ｒを溶製し合金溶湯として流入
させる方法、等が例示されるがＪ補給方法は一切制限を
受けるものではない。

またＡｌ−Ｃｒ合金溶解槽の材質は、耐熱・耐食性を備
えたものであればどの様なものでもよいが、−数的なも
のとしてはアルミナ製および水冷銅製のものが例示され
る。

電子ビーム等によるＡｌ−Ｃｒ合金溶湯の加熱温度は、
鋼材の走行速度（生産速度）や蒸着めっき厚さ等を考慮
して適当に決めればよいが、一般的傾向としては、合金
浴の温度をある程度高くするほど、浴組成と蒸着めっき
組成が近似し易くなるので、通常は１２００〜１６００
℃の温度範囲が採用される。

蒸着室はＡｌやＣｒ蒸気の酸化を防止すると共に電子銃
のアーキングを避けるため、１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度以下
、より好ましくは１０−’Ｔｏｒｒ以下の真空度に保つ
のがよい。

本発明のめっき対象となる鋼材としては板状。

線状、棒状、管状等連続走行の可能なものであればすべ
て適用可能であり、また蒸着Ａｌ−Ｃｒ合金めっき層の
密着性を高めるため、蒸着の直前に２００℃程度以上に
予熱しておくことも極めて有効である。同様の趣旨で、
水素還元法による鋼材表面の活性化処理、又は鋼材に真
空中でイオンスパッター、イオンボンバード等の表面活
性化処理を施すことも有効な手段である。

このほか本発明では、蒸着工程でＡｌとＣｒの混合蒸気
を高周波等によりイオン化させて鋼材表面に蒸着させる
イオンブレーティング法を活用することも可能であり、
この方法を採用すると蒸着めっき層の結晶粒が微細とな
り、ピンホール欠陥等のないめっき製品が得られる。

［実施例］ 第１図に略伝する真空蒸着装置（図中、１゜３．４及び
９は第２図と同じ、２ａ、２ｂは蒸着室、１０ａ、１０
ｂはＡｌ−Ｃｒ合金溶解槽、１１ａ、ｌｌｂはＡｌ−Ｃ
ｒ合金補給用ホッパー　１２はベンディングロールを夫
々示す）を使用し、下記の条件で蒸着Ａｌ−Ｃｒ合金両
面めっき鋼板を製造した。

（条件） Ａｌ−Ｃｒ合金原料：Ａｌ−１０％Ｃｒ合金溶解槽　　
　：特殊アルミナ系溶解（マグネシア含有）槽 加熱温度　　　：２６００℃ 加熱源　　　：電子銃、出力；２００〜３　０　０　　
ＫＷ 鋼板種類　　　：ＩＦ鋼 鋼板予熱法　　：電子ビーム加熱（２００ｔ）鋼板の活
性化処理：Ａ「イオンによるイオンボンバードメント 鋼板走行速度　：４０ｍ／層ｉｎ 蒸着室の真空度：　２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ蒸着処理
は連続的に円滑に遂行することができ、得られた蒸着Ａ
ｌ−Ｃｒ合金めフき鋼板におけるめフき組成はＡｌ−１
０％Ｃｒであり、厚み方向、長手方向および幅方向の組
成はいずれもほぼ均一で、密着性も極めて良好であった
。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、均質で優れた耐熱
性、耐食性、耐酸化性を備えた蒸着Ａｌ−Ｃｒ合金めっ
き鋼材を、比較的簡単な設備で効率良く製造し得ること
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で採用した蒸着装置を示す断面
略図、第２図は予備実験で採用した蒸着試験装置を示す
断面略図である。 １・・・鋼板　　　　　　　２，２ａ、２ｂ・・・蒸着
室３・・・サポートロール　　４・・・排気装置９・・
・電子ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高エネルギービームによってＡｌとＣｒを加熱蒸
   発させ、走行する鋼材表面に該金属蒸気を蒸着させてＡ
   ｌ−Ｃｒ合金めっきを連続的に形成する方法において、
   Ａｌ−Ｃｒ合金浴からＡｌとＣｒを一斉に加熱蒸発させ
   ると共に、ＡｌとＣｒの各蒸発量に応じた量のＡｌとＣ
   ｒを前記Ａｌ−Ｃｒ合金浴に補給しながら、ＡｌとＣｒ
   の混合蒸気を鋼材表面に蒸着させることを特徴とする蒸
   着Ａｌ−Ｃｒ合金めっき鋼材の製法。