JPH03158495A - 潤滑性、耐食性および塗装仕上がり性に優れた複層めつき鋼板 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、プレス成形時における潤滑性、耐食性およ
び塗装仕上がり性に優れた複層めっき鋼板に関するもの
である。

［従来の技術］ 自動車の車体は、海岸地域や、冬期における道路上の氷
雪を塩で融解するような寒冷地域などにおいて、腐食性
の激しい塩素イオンを含有する腐食媒体に接する等、厳
しい腐食環境にさらされる。

このような腐食環境ドにおいても耐食性を有する自動車
車体用防錆鋼板として、従来から亜鉛めっき鋼板または
亜鉛合金めっき鋼板が使用されている。

亜鉛めっ耘鋼板は、簡単な設備で製造し得る長所を有し
ている。なお、めっき量が同一の亜鉛合金めっき鋼板に
比べて、亜鉛めっき鋼板の耐食性は相対的に低いが、こ
れは亜鉛めっき層のめっき量を増し厚くすることにより
解決し得る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、亜鉛めっき鋼板には、次のような問題が
ある。

（１）亜鉛めっき層の硬度が低いために、亜鉛めっき鋼
板をプレス成形したときに、成形加工に従って亜鉛めっ
き層が変形して、プレス金具との接触面積率が大になる
。この結果、プレス成形時における亜鉛めっき鋼板の摩
擦係数は、冷延鋼板および亜鉛合金めっき鋼板よりも高
い。従って、亜鉛めっき鋼板の潤滑性は低く、亜鉛めっ
き鋼板をプレス成形したときに、鋼板に割れの生ずるこ
とがある。

（２）自動車車体用防錆鋼板としては、車体の内外両面
の耐食性を確保するために、両面めっき鋼板が使用され
ており、車体の外面側は、耐食性に加えて塗装仕上がり
性に優れていることが要求されている。

しかしながら、亜鉛めっき鋼板の場合には、前述したよ
うに耐食性の向上のためにそのめっき層が厚いので、塗
装仕上がり性に問題が生じている。

即ち、亜鉛めっき層の表面上に、電着塗装によって塗膜
を形成すると、塗膜に気泡状の空孔が生成する。生成し
た空孔は、塗膜上にトップコーティング被膜を形成した
後にも、ピン状の塗膜欠陥として残る。第３図に、上述
しためっき層上の塗膜欠陥の３００倍の顕微鏡写真を示
す。

上記（１）の潤滑性の問題を解決する手段として、従来
、プレス成形時に、亜鉛めっき鋼板の表面上に、高粘度
潤滑油（Ｐｒｅｌｕｂｅ）を塗布して、潤滑性を高める
ことが行なわれている。しかしながら。

このような高粘度潤滑油の塗布には、作業場を汚染した
り、塗装のための前処理時における鋼板表面の洗浄が困
難になる等の問題がある。

亜鉛めっき鋼板の摩擦係数に関し、ｒＰｌａｔｉｎｇ　
＆５ｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ、　１９８９年
３月号Ｐ、６２〜６９（以下、「先行技術」という）に
は、下記が開示されている。即ち、亜鉛めっき鋼板の表
面上に通常の鋼板防錆油（Ｍｉｌｌ　ｏｉｌ）を塗布す
ると、亜鉛めっき層の結晶配向性により摩擦係数が次の
ように変化する。Ｂａ５ａｌ　ｄｅｐｏｓｉｔのとき、
即ち亜鉛めっき層の結晶が（ｏｏｏｔ）面に配向してい
るときの摩擦係数は０．１９であって高いが、Ｐｙｒａ
ｍｉｄａｌｄｅｐｏｓｉｔのとき、即ち亜鉛めっき層の
結晶が（ＩＯＩＸ）面（但し、Ｘ＝１．２，３．４）に
配向しているときの摩擦係数は０．１３であって低い。

亜鉛めっき鋼板の表面上に高粘度潤滑油を塗布したとき
の摩擦係数は０．１１である。従って、前記先行技術に
開示されているような、亜鉛めっき層の結晶の（ＩＯＴ
Ｘ）面への配向を維持できれば、鋼板防錆油の塗布によ
って、高粘度潤滑油の塗布と同程度の潤滑性が得られる
。

しかしながら、亜鉛めっき層の結晶の配向性は、電流密
度などのめっき条件により簡単に変化する。

従って、めっきすべき鋼板の板幅などに対応して、めっ
き条件を変化させることが不可欠な、工業的規模による
亜鉛めっき鋼板の製造においては、亜鉛めっき層の結晶
の（ＩＯＩＸ）面への配向を維持することは、極めて困
難である。

上記（２）の塗装仕上がり性即ち塗膜に生ずる気泡状の
空孔は、新しいタイプの欠陥であり、現在までのところ
その解決策は見出だされていない。

従って、この発明の目的は、上述した問題を解決し、プ
レス成形時における潤滑性、耐食性および塗装仕上がり
性に優れた複層めっき鋼板を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、プレス成形時における潤滑性、耐食性お
よび塗装仕上がり性に優れた複層めっき鋼板を開発すべ
く鋭意研究を重ねた。その結果。

鋼板の少なくとも一方の表面上に、表面粗さ（Ｒａ）が
１．５μｍ以下で、めっき量が鋼板片面当り２５〜１５
０ｇ／ｍの下層としての亜鉛電気めっき層を形成し、亜
鉛電気めっき層の上に、めっき量が鋼板片面当り１〜２
０ｇ／ｒｒ？の上層としての亜鉛−鉄合金電気めっき層
または亜鉛−ニッケル合金電気めっき層を形成すれば、
上述した、プレス成形時における潤滑性、耐食性および
塗装仕上がり性に優れためっき鋼板が得られることを知
見した。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、鋼板の少なくとも１つの表面上に形成された、表面粗
さ（Ｒａ）が１．５μｍ以下であって、めっき量が鋼板
片面当り２５から１５０　ｇ／ｒｆの範囲内の下層とし
ての亜鉛電気めっき層と、前記下層としての亜鉛電気め
っき漕の上に形成された。

鉄またはニッケルを３から９９ｖｔＪの範囲内で含有す
る、めっき量が鋼板片面当り１から２０ｇ／耐の範囲内
の、上層としての亜鉛合金電気めっき暦とからなること
に特徴を有するものである。

この発明において、鋼板の少なくとも１つの表面上に形
成された下層としての亜鉛電気めっき層の表面粗さ（Ｒ
ａ）は、１．５μｍ以下とすべきである。

前記表面粗さ（Ｒａ）が１．５μｍを超えると、電着塗
装によってめっき層上に形成された塗膜に気泡状の欠陥
が発生して、塗装仕上がり性が劣化する。

第１図に、フードに亜鉛めっき鋼板（亜鉛めっき量：６
０ｇ／ｒｒｆ、原板のＲａ　：　０．８ｐ　＋＊）が組
み込まれた自動車車体に、実際の塗装段歯によって電着
塗装を施したときの、前記フードに気泡状の塗膜欠陥が
発生した車の台数比率即ち欠陥発生率と、前記亜鉛めっ
き鋼板の亜鉛電気めっき層の表面粗さ（Ｒａ）との関係
を調べた結果を示す。第１図から明らかなように、亜鉛
電気めっき層の表面粗さ（Ｒａ）が１．５μｍ以下の場
合には、塗膜に気泡状欠陥を有する鋼板の発生率は０％
であるのに対し、前記表面粗さ（Ｒａ）が１．５μｍを
超えると、気泡状欠陥を有する鋼板の発生率が急増し、
１０％にまでなる。

従って、この発明においては、下層としての亜鉛電気め
っき層の表面粗さ（Ｒａ）を、１．５μｍ以下に限定し
た。なお、このような亜鉛電気めっき層の表面粗さ（Ｒ
ａ）は、めっき条件および原板の表面粗さによって調整
することができる。

下層としての亜鉛電気めっき層のめっき量は、鋼板の片
面当り２５から１５０　ｇ／ｒｒ？　の範囲内とすべき
である。めっき量が鋼板の片面当り２５ｇ／ｒｒ１′未
満では、特に自動車車体用防錆鋼板として。

所望の耐食性が得られない。一方、めっき量が鋼板の片
面当り１５０ｇ／ｒｙ？を超えると、亜鉛電気めっき層
のめっき結晶が粗大化する結果、亜鉛めっき層の上に上
層めっき層を均一に形成することができず、従って、後
述する上層めっき層による潤滑性向上効果が得られない
。

下層としての亜鉛電気めっき層の上に形成される。鉄ま
たはニッケルを３から９９ｗｔ、％の範囲内で含有する
亜鉛合金電気めっき層は、プレス成形時における潤滑性
を向上させる機能を有している。

上述した亜鉛合金電気めっき層の、鉄またはニッケルの
含有量を３から９９ｗｔ、笈の範囲内に限定した理由は
、３　ｗｔ、″１未満では潤滑性向上効果が得られず、
一方、９９ｔｉｔ、％を超えると、電着塗装の前に鋼板
のめっき層上に形成された燐酸塩被膜の燐酸塩結晶が粗
大化して、鋼板の耐ピツチング性が低下するからである
。

上層としての亜鉛合金電気めっき層のめっき量は、鋼板
片面当り１から２０ｇ／＋ｆの範囲内とすべきである。

めっき量が鋼板片面当りＩｇ／ｒ＆未満では、潤滑性向
上効果が得られない。一方、めっき量が鋼板片面当り２
０ｇ／ｒｒｒ　を超えても上述した効果に格別の向上が
得られず、不経済である。

［作用］ 上述したように、鋼板の少なくとも１つの表面上に形成
された下層としての亜鉛電気めっき層の上に、上層とし
ての亜鉛合金電気めっき層を形成したことにより、潤滑
性が向上する理由は、次のように推定される。

前述したように、亜鉛めっき層の硬度は低い。

従って、亜鉛めっき鋼板をプレス成形したときに、亜鉛
めっき層が変形して、プレス金具とのミクロの接触面積
が大になる結果、！擦傷数が高くなって潤滑性が低下す
る。一方、冷延鋼板の硬度および亜鉛合金電気めっき鋼
板の亜鉛合金電気めっき層の硬度は、何れも高い。従っ
て、冷延鋼板または亜鉛合金電気めっき鋼板をプレス成
形したときに、プレス金具とのミクロの接触面積が小さ
いために、摩擦係数は低く、従って、冷延鋼板および亜
鉛合金電気めっき鋼板の潤滑性は高い。

この発明における上層としての亜鉛合金電気めっき層の
硬度は、下層としての亜鉛電気めっき層よりも顕著に高
い。従って、プレス成形したときに、下層としての亜鉛
電気めっき層は変形するが、上層としての亜鉛合金電気
めっき層は変形しにくく、めっき層の表面とプレス金具
との接触面積の増大が抑制される。この結果、摩擦係数
が低くなり、優れた潤滑性が発揮される。

上述した推定に従えば、上層としての亜鉛合金電気めっ
き層の、鉄またはニッケルの含有率が３ｗｔ、５未満で
は、潤滑性向上効果が得られない理由は、上層めっき層
の硬度上昇が不十分なためであると考えられる。

また、下層としての亜鉛電気めっき層のめっき量が鋼板
片面当り１５０ｇ／ｒｒｒを超えると、潤滑性向上効果
が得られない理由は、亜鉛電気めっき層のめっき結晶の
粗大化によって、その上に形成された上層としての亜鉛
合金電気めっき層による下層の被覆率が低く、亜鉛電気
めっき層の一部が露出するためであると考えられる。

更に、上層としての亜鉛合金電気めっき層のめっき量が
鋼板片面当りＩｇ／ｒｒｒ未満では、潤滑性向上効果が
得られない理由は、上記と同じように、上層としての亜
鉛合金電気めっき層による下層の被覆率が低く、亜鉛電
気めっき層の一部が露出するためであると考えられる。

従って、そのめっき量の増加に伴って、亜鉛合金電気め
っき層による下層の被覆率は高くなり、鋼板片面当り２
０ｇ／イになると上層としての亜鉛合金電気めっき層が
下層を十分に被覆し、亜鉛電気めっき層の露出部分が無
くなり、それ以上めっき量を増加しても、潤滑性の向上
は進まなくなる。

下層としての亜鉛電気めっき層の表面粗さ（Ｒａ）が１
．５μ閣を超えると、電着塗装によってめっき層上に形
成された塗膜に気泡状の欠陥が発生する原因は、第１図
に示すように表面粗さ（Ｒａ）が大になるに従って欠陥
発生率が増加することから、電着塗装時に発生した水素
ガスの塗膜内における滞留と、電着塗装の前に鋼板のめ
っき層上に形成された燐酸塩被膜の燐酸塩結晶からの脱
水現象によるものと推定される。

即ち、電着塗装時に発生した水素ガスのうち、めっき層
表面のミクロ的な凹部に付着したガスは。

逃げにくいので、塗膜の焼き付は時に塗膜内に閉じ込め
られ、膨張して気泡状の空孔となる。更に。

上述した塗膜の焼き付は時に、燐酸塩結晶中に含まれて
いる水が、結晶中から脱離する。特に、めっき層表面の
凹部の塗膜の燐酸塩結晶から脱離した水は、塗膜の焼き
付は時に塗膜内に閉じ込められ、膨張して気泡状の空孔
となる。従って、めっき層表面の凹部即ち表面粗さ（Ｒ
ａ）が大きいほど、塗膜に気泡状欠陥が生じやすくなっ
て、めっき層の表面粗さ（Ｒａ）が、気泡状欠陥の発生
率に大きな影響を与える。

なお、上層としての亜鉛合金めっき層のめっき量は少な
いので、めっき層の表面粗さは小さく、従って、その表
面粗さが気泡状欠陥の発生を促すことは殆んどない。

次に、この発明を、実施例により、比較例と対比しなが
ら説明する。

［実施例］ 板厚０．７ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）ＧＪ〜１．Ｏμｍの
冷延鋼板に対し、下記Ａに示す条件で亜鉛電気めっきを
施して、鋼板の一方の表面上に下層としての亜鉛電気め
っき層を形成し、次いで、下層としての亜ｔｌａ電気め
っき層の上に、下記Ｂに示す条件で亜鉛合金電気めっき
を施して、上層としての亜鉛合金電気めっき層を形成し
、第１表に示す本発明の複層めっき鋼板の供試体（以下
、「本発明供試体」という）Ｎ０１〜２４を調製した６ Ａ、下層めっき層のめっき条件 （１）冷延鋼板　　　ニアルミキルド鋼（２）めっき液
流速　−〇、５〜５ｍ／５（３）めっき液温度　：５０
〜６０℃ （４）めっき電流密度：５０〜１５０Ａ／ｄボ（５）め
っき時間　　：めつき量に応じて適宜調整 （６）めっき液の組成 ＺｎＳＯ４−７ｕ２ｏ　　：　４４０ｇ／　ＱＮａ２Ｓ
０４：０〜７０ｇ／Ｑ ｐＨ：　１．０〜１．８ 上層めっき層のめっき条件 めっき液流速　：１〜５ＩＩＩ／ｓ めっき電流密度＝３０〜１５０Ａ／ｄイめっき液温度　
２５０〜６０℃ めっき時間　　：めっき量に応じて適宜調整 （５）めっき液の組成； Ｚｎ　−Ｎｉ合金めっき ＺｎＳＯ４・７Ｈ□Ｏ＋ＮｉＳＯ４・６１１□Ｏ：　１
００−５００ｇ／　Ｑなお、上記塩の比率は適宜変化さ
せた。

Ｎａ２５ｏ、　：　６０ｇ／　Ｑ ｐＨ：１〜３ Ｚｎ　−Ｆｅ合金めっき ＺｎＳＯ４・７Ｈ２０＋ＦｓＳＯ４・７Ｈ，Ｏ：　１０
０〜５００ｇ／Ｑなお、上記塩の比率は適宜変化させた
。

ＮａｚＳＯ４：　３０ｇ／　Ｑ ＣＨ，ＣＯＯＮａ・３Ｈ，Ｏ：　２０ｇ／　Ｑｐｉ（：
１〜１．８ 比較のために、前述した冷延鋼板に対し電気めっきを施
して、第２表に示すこの発明の範囲外のめっき層を有す
る比較用めっき鋼板の供試体（以下、「比較用供試体Ｊ
という）　ＮＱ　１〜７を調製した。

上述した本発明供試体Ｎ（１，１〜２４および比較用供
試体にα１〜７の各々について、潤滑性、塗装仕上がり
性および耐食性（耐外観錆性）を以下に述べる性能試験
によって評価した。評価結果を、第１表および第２表に
併せて示す。

（１）潤滑性： 供試体の表面に潤滑油を塗布し、第２図に示す装置によ
り摩擦係数を測定し、得られた摩擦係数を潤滑性とした
。摩擦係数測定装置は、第２図に示すように、その上面
に試験片１が載置される水平移動可能なスライドテーブ
ル２と、スライドテーブル２上の試験片１をその上方か
ら押さえる工具３と、工具３と対称位置の、スライドテ
ーブル２の下方に設けられた、スライドテーブル２の下
面に接するローラ４を有するスライドテーブル支持台５
と、スライドテーブル支持台５に取り付けられた第１０
−ドセル６と、スライドテーブル２の水平移動方向の端
部に設けられた第２０−ドセルフとからなっている。

スライドテーブル支持台５を上方に押し上げて、スライ
ドテーブル２上の試験片１を工具３に、垂直力Ｎで接触
させると共に、スライドテーブル２を試験片１と共に外
力Ｆで１ｍ／ｍｉｎの速度により水平移動させる。この
水平移動時の垂直力Ｎと外（２）塗装仕上がり性： 供試体の各々から、７０Ｘ１５０ｎｎのサイズの試験月
番５０枚を採取し、採取した試験片の各々を、燐酸塩処
理工程および電着塗装工程よりなる自動車用鋼板の塗装
設備により電着塗装し、塗膜の気泡状欠陥を有する試験
片の発生率を調べ、その発生率によって塗装仕上がり性
を評価した。評価基準は、次の通りである。

Ａ：発生率Ｏ％ Ｂ：発生率１〜５％ Ｃ：発生率５％超 （３）耐食性（耐外観錆性）： 供試体の各々から、７０Ｘ１５０ｎｎのサイズの試験片
を採取し、採取した試験片の各々に対して。

日本パー力ライジング（株）製の燐酸塩処理液（ＰＢ３
０８０）を使用し燐酸塩処理を施して、試験片の表面上
に燐酸塩被膜を形成し、次いで、関西ペイント（株）製
の塗料（ニレクロン＄９４１１）を使用し、電着塗装を
施して、燐酸塩被膜の上に厚さ２０μｍの塗膜を形成し
た。この塗膜の上に、更に厚さ３５μｍの中塗り塗装お
よびその上に厚さ３５μｍの上塗り塗装を施した後、カ
ットを入れた。次いで、カットの入れられた試験片を、
１年間大気下で暴露し、この間、１週間に２回、試験片
に対して５％ＮａＣＱを散布した。次いで、試験片のカ
ット片側１ｃ＃１７ｉ最大ふくれ幅を測定し、得られた
測定値によって、耐外観錆性を評価した。評価基準は、
次の通りである。

Ａ：最大ふくれ幅が１ｍｍ未満 Ｂ：　　〃　　〃　　１〜２ｎｗ＋＋未満ｃ：　　　＃
　　　ＩＩ　　　２〜２．５ｎｍ未満Ｄ：　　　＃　　
　／／　　　２．５ｍｎ以上第１表および第２表におい
て、潤滑油は、潤滑性試験のために供試体の表面上に塗
布した油であり、「ａ」およびＩｂＪは、下記を表わす
。

ａ：鉱油系鋼板防錆油（ＮＯＸ　ＲＵＳ７５３０Ｆ４０
パーカー興産（株）製） ｂ：高粘度潤滑油（ＦＥＲＲＯＣＯＴＥ　６１−ＭＡＬ
−ＨＣＬ−１クエーカー（株）製） 第２表から明らかなように、単層の亜鉛電気めっき層か
らなる比較用供試体Ｎα１および２は、摩擦係数が高く
て潤滑性が悪く、更に、表面粗さが大きい比較用供試体
ｈ１は、塗装仕上がり性も悪かった。

めっき層が複層であっても、上層としてのＺｎ−Ｎｉ合
金電気めっき層のめっき量が本発明の範囲を外れて少な
く、その表面に鋼板防錆油を塗布した比較用供試体Ｎａ
　３は、摩擦係数が高くて潤滑性が悪かった。また、め
っき層が複層であっても、下層としての亜鉛電気めっき
層のめっき量が本発明の範囲を外れて低い比較用供試体
Ｈａ　４は、耐外観錆性が悪く、そして、亜鉛電気めっ
き層のめっき量が本発明の範囲を外れて多く且つその表
面粗さが本発明の範囲を外れて大きい比較用供試体Ｎα
５は、摩擦係数が高くて潤滑性が悪く、更に、塗装仕上
がり性も悪かった。

めっき層が複層であっても、上層としてのＺｎ−Ｎｉ合
金電気めっき層のＣＯ含有量が本発明の範囲を外れて少
ない比較用供試体Ｎａ　６は、摩擦係数が高くて潤滑性
が悪かった。

なお、単層の亜鉛電気めっき層からなっていても、その
表面に高粘度潤滑油を塗布した比較用供試体Ｎα７は、
摩擦係数が低く潤滑性は良好であったが、高粘度潤滑油
のために、作業場が汚染し且つ塗装のための前処理時に
おける鋼板表面の洗浄が困難になる問題が生じた。

これに対して、第１表から明らかなように、本発明供試
体Ｈａ　１〜２４は、何れも、潤滑油として鋼板防錆油
を使用したにもかかわらず摩擦係数が低く潤滑性に優れ
且つ塗装仕上がり性および耐外観錆性も良好であった。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明の複層めっき鋼板によれ
ば、プレス成形時における潤滑性、耐食性および塗装仕
上がり性に優れ、自動車車体用防錆鋼板として優れた特
性が発揮される、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は気泡状欠陥の発生率とめっき層の表面粗さとの
関係を示すグラフ、第２図は摩擦係数測定装置の概略正
面図、第３図はめっき層上の塗膜欠陥を示すめっき層の
金属組織の３００倍の顕微鏡写真である。 図面において。 １・・・試験片、　　　　２・・・スライドテーブル、
３・・・工具、　　　　　　４・・・ローラ、５・・・
支持台、　　　６，７・・・ロードセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼板の少なくとも１つの表面上に形成された、表面
   粗さ（Ｒａ）が１．５μｍ以下であって、めっき量が前
   記鋼板の片面当り２５から１５０ｇ／ｍ＾２の範囲内の
   下層としての亜鉛電気めっき層と、前記下層としての亜
   鉛電気めっき層の上に形成された、鉄またはニッケルを
   ３から９９ｗｔ．％の範囲内で含有する、めっき量が前
   記鋼板の片面当り１から２０ｇ／ｍ＾２の範囲内の、上
   層としての亜鉛合金電気めっき層とからなることを特徴
   とする、潤滑性、耐食性および塗装仕上がり性に優れた
   複層めっき鋼板。 ２、前記上層としての亜鉛合金電気めっき層が、鉄を３
   から９９ｗｔ．％の範囲内で含有する亜鉛−鉄合金から
   なっている、請求項１に記載の複層めっき鋼板。 ３、前記上層としての亜鉛合金電気めっき層が、ニッケ
   ルを３から９９ｗｔ．％の範囲内で含有する亜鉛−ニッ
   ケル合金からなっている、請求項１に記載の複層めっき
   鋼板。