JPH03248839A - 加工性、潤滑性及び耐食性に優れた表面処理金属材 - 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、表面潤滑性が良好でプレス成形等の加工性に
優れ、且つ成形加工後の耐食性に優れた表面処理金属材
に関するものであり、この表面処理金属材は、各種機械
部品や建材、或は自動車や電車等の車輌用ボデー材、更
には各種電気製品等の外板材等として有用なものである
。

本発明が適用される金属材としては、鉄鋼、アルミニウ
ム、銅等の各種金属及びそれらの合金、更にはそれらの
各種めっき処理材等が挙げられるが、本明細書では最も
一般的な鋼板を主体にして説明する。

［従来の技術］ 鋼板にプレス成形等の加工を施す場合、潤滑性を与えて
加工性を高める目的で潤滑剤を塗布するのが普通であっ
た。ところが最近では、工程の簡略化とスピードアップ
及びコストダウンを図るため、潤滑剤を塗布しなくとも
成形加工を行なうことのできる表面処理金属材が強く望
まれている。

また成形加工後の耐食性向上についての要望も高まって
いる。

こうした状況の下で、金属材の表面に予め無機ガラス層
を設けたり、あるいは潤滑用の樹脂やワックスを塗布し
たものが開発され、それなりの成果を得ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところか上記の方法のみでは潤滑剤を省略することがで
きず、また加工後の耐食性も不十分であった。

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、潤滑剤を塗布しなくとも優れた潤滑性と
加工性を示し、且つ加工後の耐食性も良好な表面処理金
属材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に係る表面処理
金属材の構成は、金属材の表面に、極性基を１０モル％
以上有するポリマーをＣ全換算で０．０１重量％以上含
有するＺｎ系めっき層が形成され、且つその上に、厚さ
０．１μｍ以上の無機ガラス層が形成され、あるいは該
無機ガラス層の更にその上に０．１　μｍ以上のワック
ス層が形成されたものであるところに要旨が存在する。

［作用コ 本発明者らは前記課題を解決するため、まず無機ガラス
やワックスを直接鋼板に塗布したものについて、プレス
成形時に加工不良を生じる原因、潤滑剤無塗布ではプレ
ス成形できない理由及び加工後の耐食性が悪（なる原因
等について追求したところ、次の様な事実が確認された
。

■無機ガラスやワックスは、下地鋼板やめっき層との親
和性が乏しく密着性が悪いため、加工時に潤滑性が失な
われ、且つ加工後の耐食性も悪くなる。

■成形加工時に表面の無機ガラス層やワックス層が金型
によるｒかじりＪ　（金型内面側に削り取られる現象）
を受け、その部分の潤滑性が乏しくなって加工性が低下
すると共に、耐食性も悪化する。

そこで本発明者らは、素地鋼板に対する無機ガラスやワ
ックスの親和性を改善し、これらの密着性を高めてやれ
は、鋼板の全面に亘って優れた潤滑性が与えられ、加工
性か改善されると共に加工後の耐食性も高めれれるであ
ろうと考え、こうした着想を実現すべく研究を進めた。

その結果、鋼板表面に、まず極性基を有するポリマーを
含有するめっき層を形成し、その上へ無機ガラス層を形
成すれば、鋼板と無機ガラス層との親和性が著しく改善
され、無機ガラス層の有する潤滑性が全面に亘って有効
に発揮されて優れた加工性が得られると共に、加工後に
おいても無機ガラスは鋼板表面に残り、優れた耐食性を
発揮し得ることが確認された。尚無機ガラスは、加工時
の圧縮熱もしくは摩擦熱により溶融して潤滑作用を発揮
するが、該無機ガラスの表面に更にワックス層を形成し
ておけば、ワックス自身の有する潤滑性も発揮されて加
工性が一段と改善されると共に、ワックス層の有する撥
水効果や空気遮断効果等によって加工後の耐食性も更に
高められることが明らかとなった。

上記の様に本発明では、極性基を有するポリマーを含有
するめっき層を鋼板と無機ガラス層の間に介在させたと
ころに第１の特徴を有するものであり、こうした無機ガ
ラス層の密着性改善効果は、めっき層に含まれるポリマ
ー中の極性基が無機ガラス中の一３ｔ−〇−と水素結合
を形成することによってもたらされるのものと思われる
。この場合、無機ガラス層の形成工程、あるいは形成後
に適度の熱処理を加え、めっき層中のポリマー内極性基
と無機ガラスとの水素結合形成あるいは化学結合を促進
してやれば、めっき層と無機ガラス層の密着性は一段と
向上し、本発明の意図する上記効果は更に増大する。こ
うした密着性改善効果を有効に発揮させるには、めっき
層中に含有されるポリマーが少なくとも１０モル％以上
、より好ましくは２０モル％以上の極性基を有するもの
でなければならず、１０モル％未満のものではその効果
が十分に発揮されない。またこのポリマーはめっき層中
にＣ全換算で０．０１重量％以上含有させる必要があり
、これ未満ではやはり満足のいく密着性改善効果を期待
することができない。ポリマー含有量の上限は特に存在
しないが、ポリマー含有量が多くなり過ぎるとめっき層
の物性がやや低下し、成形時にめっき層が無機ガラスと
一体になって金型によるｒかじり１作用を受け、鋼板表
面から部分的に削り取られる現象を生じ易くなるので、
好ましくはＣ量換算で５重量％程度以下に抑えることが
望まれる。ポリマーのより好ましい含有量は０．１〜２
重量％である。

極性基の種類としては、たとえばアミノ基、アミド基、
スルホン酸基、りん酸基、亜りん酸基、水酸基、エポキ
シ基、カルボキシル基等種々のものが挙げられるが、こ
れらの中でも特に好ましいのは極性の大きいアミド基、
水酸基あるいはエポキシ系水酸基である。ポリマーは、
これらの極性基を１種だけ含有するものであってもよく
、あるいは２種以上有するものであっても勿論構わない
。また上記官能基が置換されるベースポリマーの種類と
しては（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸、
酢酸ビニル、マレイン酸、ビニルアルコール等の単独重
合体もしくはこれらを含む各種共重合体、更にはそれら
のエポキシ変性物等が好ましいものとして例示されるが
、勿論これらに限定される訳ではない。

尚、該ポリマーをめっき層中に含有させる方法は自由で
あるが、最も一般的なのは電気めっき液中に該ポリマー
を溶解もしくは分散させておき、めっき工程でめっき層
中にポリマーを混入させる方法である。めっぎ金属の種
類も特に限定されず、基材金属の種類に応じて適宜選定
すればよいが、中間層としての要求特性や耐食性、めっ
き効率、コスト等を総合すると最も好ましいのはＺｎあ
るいはＺｎとＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等との合金
であり、該めっき層の好ましい厚さは０．１　μｍ程度
以上、より好ましくは０．１〜１０μｍ程度である。

上記ポリマー含有めっき層上に形成される無機ガラス層
は、前述の如く潤滑性を与えて加工性を高めると共に、
加工後は表面保護作用により耐食性向上に寄与するもの
であり、こうした効果を有効に発揮させるには厚みを少
なくとも０．１　μｍ以上にする必要がある。０．１μ
ｍ未満では潤滑性改善層としての絶対量が不足するため
満足のいく加工性改善効果が得られず、また加工後の耐
食性も不十分となる。無機ガラス層の上限は特に存在し
ないが、その効果は２μｍ程度で飽和し、それ以上厚く
してもそれ以上の効果は得られないので、経済性を考え
ると１μｍ程度以下に抑えることが推められる。

また該無機ガラス上に形成されるワックス層は低温時の
潤滑性を高めて加工性を更に向上すると共に、撥水作用
によって加工後の耐食性を高める機能があり、その効果
は厚みを０．１μｍ以上とすることによって有効に発揮
される。該ワックス層も２μｍ以上になると無機ガラス
質層と同様にその作用が飽和するので、実用性を考える
と１μｍ程度以下に止めるのが望ましい。

［実施例］ 通常の脱脂、酸洗処理を施した冷延綱板を使用し、電気
めっき法によってポリマー含有めっき層を形成した後、
その上に無機ガラス層あるいは無機ガラス層とワックス
層を形成し、得られた各表面処理綱板について、下記の
方法で加工性、潤滑性及び加工後耐食性を調べた。但し
、めっき材としては、ＺｎもしくはＺｎ系合金めっき材
、ポリマーとしてはエチレン鎖を主鎖とし、これに所定
量のアミド基または水酸基を導入したポリマー具体的に
はメチロール変性を施した分子量３０万のポリアクリル
アミドを夫々使用し、めっき液中に該ポリマーを共存さ
せて電気めっきを行なうことによって、該ポリマーをめ
っき層内へ含有させた。また無機ガラスとしてはシリカ
系水ガラスを、ワックスとしてはカルナウバワックスを
夫々使用した。

（性能評価法：いずれも潤滑油無塗布で行なう）（１）
ロエ性、潤ゞ性：直径３０ｍｍのポンチと内径３３ｍｍ
のダイスを使用し、円筒深絞り試験によって絞り高さを
求める。

○：絞り高さ　　３０ｍｍ以上 △：　〃　　　　　２０〜３０ｍｍ ｘ：　））　　　　　　２０ｍｍ未満 （２）加工後の耐食性：張り出し試験後の塩水噴霧試験
（ＳＳＴ）によって赤さび発生時間を測定する。但しめ
っき付着量は約２０ｇ／ｍ２　（２，７μｍ）に設定し
た。

○：赤さび発生時間 ４０時間以上 △　・ ４０〜３０時間 ３０時間未満 結果を第１表に一括して示す。

第１図は、めっき層中のポリマー含有量と円筒深絞り試
験による絞り可能高さとの関係を示したものである。但
し極性基含有ポリマーとしてはメヂロール基を３５モル
％含有するアミド変性のポリマーを使用しくめっき層中
の含有量はＣ換算の重量％）、めっき金属はＺｎ、めっ
き厚さは２．７μｍ、無機ガラスとしてはシリカ系水ガ
ラス（厚さ１．５μｍ）、ワックスとしてはカルナウバ
ックス（厚さ１．５　ｌ１ｍ）を使用した。

第１図からも明らかである様に、めっき層中のポリマー
含有量を０．０１モル％（Ｃ量換算）以上にすることに
よって、高レベルの加工性を確保し得ることが分かる。

また第２図は、無機ガラス層の厚さと加工後耐食性の関
係を示したグラフである。但し実験条件は、めっき層中
のポリマー含有量を０．７重量％（Ｃ量換算）とした以
外は第１図の実験で採用した条件と同一とした。

第２図からも明らかである様に、無機ガラス層の厚みを
０１μｍ以上とすることによって、優れた加工後耐食性
を確保し得ることが分かる。

更に第３図は、ワックス層の厚さと円筒深さ絞り試験に
よる絞り可能高さの関係を調べた結果をボしたグラフで
ある。但し実験条件は、第２図の実験で採用した条件と
同一とした。

第３図からも明らかである様に、ワックス層の厚みを０
．１　μｍ以上、より好ましくは０．２以上とすること
により、加工性を一段と高め得ることが分かる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、金属上に、特定量
の極性基の導入されたポリマーを所定量含有させためっ
き層を介して無機ガラス層を形成することにより、潤滑
剤を塗布せずども優れた加工性を示し且つ加工後耐食性
の優秀な表面処理金属材を提供し得ることになフた。ま
たこの無機ガラス層上に所定厚さ以上のワックス層を形
成することによって加工性及び加工後耐食性は一段と高
められる。従って従来材の様に加工前に潤滑剤を塗布す
る必要がなく、成形加工を効率良く遂行し得ると共に成
形加工品の性能向上に資することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はめっき層中のポリマーで含有量と加工性の関係
を示すグラフ、第２図は無機ガラス層の厚みと加工後耐
食性の関係を示すグラフ、第３図はワックス層の厚みと
加工性の関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材の表面に、極性基を１０モル％以上有する
   ポリマーをＣ量換算で０．０１重量％以上含有するＺｎ
   系めっき層が形成され、且つその上に、厚さ０．１μｍ
   以上の無機ガラス層が形成されたものであることを特徴
   とする加工性、潤滑性及び耐食性に優れた表面処理金属
   材。
2. （２）無機ガラス層の上に、０．１μｍ以上のワックス
   層が形成されたものであることを特徴とする請求項（１
   ）に記載の表面処理金属材。