JPH04193968A - 耐食性に優れた蒸着Ａｌ系めっき鋼材 - 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、自動車のマフラーや焼却炉構成部材等の耐熱
部材、家庭用電気製品、建築材料等として有用な耐食性
に優れた蒸着Ａｌ系めっき鋼材に関するものである。尚
本発明で使用される鋼材は板状、棒状、線状、”管状等
形状の如何を問うものではないが、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］ Ａｌめっき鋼板は耐熱性、耐候性、熱反射性、審美性等
において非常に優れたものであり、且つ生産コストも比
較的安価であるところから、前述の様な用途を中心にし
て広く利用されている。しかしながらＡｌは塩素イオン
などのハロゲンイオンが存在する腐食環境下で孔食を起
こし易いものであるため、Ａｌめっき層の孔食が進行し
て素地鋼板まで達すると、素地鋼板の腐食により赤錆が
発生して外観を損ねる。そこで耐食性を高めるため、た
とえばＡｌめっき鋼板上にクロメート皮膜や耐食性有機
皮膜を形成すること等が行なわれている。しかしながら
これらの皮膜は非常に薄いものであるから、加工時や使
用時に破壊もしくは損傷し易く、十分な防食性改善効果
は得られない。

一方、Ａｌめっき層に孔食を生じた場合ヤも赤錆等が生
ずることのない様に、素地鋼板として例えばＣｒ含有鋼
やステンレス鋼等の耐食性鋼板を使用することも提案さ
れているが、この方法では素地鋼板自体が高価となる。

またＣｒやＳｔ等を含む耐食性鋼板に溶融Ａｌめっき処
理を施こす場合は、一般にめっき前処理として焼鈍−ガ
ス還元が行なわれているが、これらの工程を通して鋼板
表面にＣｒやＳｔの酸化物皮膜が形成され、溶融Ａｌの
濡れ性が悪くなってＡｌめっきが不均一になるという問
題もある。

更に溶融めっき法によってＡｌめっきを行なう場合は、
溶融Ａｌ浴が７００℃程度の高温であるため素地鋼板と
Ａｌめつき層の界面にＦｅｚ　Ａｌｓ等の脆弱な金属間
化合物が形成され、その後の加工々程でめっき剥離を起
こす原因になる。またこれらのＦｅ−Ａｌ系金属間化合
物は、Ａｌめっき層や素地鋼板（ステンレス鋼は除く）
より電気的に責であるため、Ａｌめっき層の孔食が該金
属間化合物層まで達したあとは、ガルバニック作用によ
り素地鋼板の腐食が急速に進行するという問題もある。

そこでこうした金属間化合物の生成を抑えるため、溶融
Ａｌ浴中にＳｉを１０％程度添加した溶融Ａｌ−５ｉ系
めっき鋼板が提案されたが、ＳｉはＡｌの耐食性を低下
させる方向に作用するため、好ましい方法とは言えない
。

この様に従来の溶融Ａｌ系めっき鋼板は、耐食性や加工
性の全ての要求を満たすものではない。

また最近、蒸着法によって鋼板表面にＡｔもしくはＡｌ
合金めっきを行なう方法が開発され、この方法であれば
めっぎ層と素地鋼板の境界部にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合
物が生成する現象は抑えられるが、前述の様な腐食環境
下の耐食性については、溶融Ａｌめっきの場合と同様に
満足し得るものとは言えない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の生成を抑えることによ
って優れた加工性を得ることのできる蒸着Ａｌ系めっき
鋼材に注目し、腐食環境下においても優れた耐食性を発
揮し得る様な蒸着Ａｌ系めっき鋼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］ 上記課題を達成することのできた本発明に係る蒸着Ａｌ
系めフき鋼板の構成は、鋼材表面に、最下層としてＡｌ
またはＡｌ合金よりなる蒸着めっき層が形成され、最上
層部に厚さが０．１μｍ以上の酸化物系セラミックス層
が形成されたものであるところに要旨を有するものであ
る。

［作用］ 本発明者らは、かねてより真空蒸着法によって鋼板上に
ＡｌまたはＡｌ合金めつき層を形成する技術について研
究を行なっており、こうした研究の結果、たとえばめっ
き層にＣｒやＴｉ等の合金化元素を含有させたＡｌ−Ｃ
ｒもしくはＡｌ−Ｔｉ合金めっき鋼板は、溶融Ａｌめっ
き、溶融Ａｌ−３ｉ系めっき、蒸着純Ａｌめっき等の施
された鋼板に比べて優れた耐食性を示すことを確認して
いる。これは、Ａｌ合金めっき層自身の耐食性が純Ａｌ
めっき等に比へて高く、また合金化元素の添加によって
めっき層の１位か素地鋼板の電位に近づけられ、局部電
池の形成によるめっき層の溶解速度が低下するためと思
われる。

しかしながらＡｌ、％めっき鋼板の場合でも、用途によ
っては素地鋼板の腐食を防止するためめっき層に十分な
犠牲防食機能を持たせることが要求されることもある。

その場合はＡｌ合金めっき層を十分に卑な電位のものと
する必要があるが、犠牲陽極作用を発揮させるうえで最
も有効なのは電気化学的に最も卑な純Ａｌであり、これ
に合金化元素を加えたＡｌ合金めりきでは犠牲陽極作用
が低下してくる。従ってこの方法は現実的ではない。

この様にＡｌ系めっき層自身の溶解速度低減による耐食
性向上効果と、犠牲陽極作用による素地鋼板の保護効果
の間には相反する効果をもたらすものであり、両者の効
果を同時に高めることはできない。

そこで本発明者らは、めっき層の電位は純Ａｌのままの
卑な電位に保ち、めっき層自身の溶解速度については他
の手段でこれを低下させることが望ましいと考え、蒸着
めっき層表面に耐食性保護層を形成する方向で研究を進
めた。その結果、めっき層の最上層に耐食性保護層とし
て酸化物系セラミックス層を形成すれば、腐食環境下に
おけるめっき層の溶解速度が低下し、耐食性が高められ
ることを知った。尚該めっき層の最下層部については、
犠牲陽極作用を効果的に発揮させる意味から純Ａｌが最
も好ましいが、素地鋼板よりも卑な電位を有するもので
あればそれなりの犠牲陽極作用を発揮するので、Ｃｒ、
Ｔｉ等の合金化元素含有量の少ないＡｌ合金、あるいは
比較的卑な合金化元素を用いたＡｌ合金とすることも可
能である。

尚Ａｌ合金の中でもＡｌ−Ｃｒ合金やＡｌ−Ｔｉ合金は
それ自身の耐食性が優れたものであるから、最下層を構
成するＡｌ合金の中でも好ましいものとして推奨される
。

本発明においてＡｌ系めっきの最上層部に耐食性保護層
として形成される酸化物系セラミックスの種類は特に限
定されないが、腐食環境下で変質し難い（たとえば水の
存在下で水酸化物やオキシ水酸化物に変質したり、ハロ
ゲンイオンと反応してハロゲン化物に変質することがな
い）ものとして好ましいのは、酸化アルミニウム、酸化
珪素、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化
ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸
化亜鉛等であり、これらは複合酸化物として使用するこ
とも可能である。

該酸化物系セラミックスによる表面保護効果を有効に発
揮させるには、該セラミックス層の肉厚を０．１μｍ以
上にしなければならず、これより薄いとその下層部を十
分に覆うことができず、表面保護層もしくはバリヤー層
としての作用が有効に発揮されない。該セラミックス層
の表面保護効果をより確実に発揮させるには、肉厚を０
．５μ■以上とするのがよい。肉厚の上限は特に限定さ
れないが、厚くなり過ざるとめっき層全体の塑性変形能
か低下してプレス加工等の際にめっき層が亀裂やパウダ
リング現象を起こす恐れが出てくるので、該セラミック
ス層の肉厚は２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以
下に抑えるのがよい。

上記酸化物系セラミックス層に対し、最下層部として形
成されるＡｌまたはＡｌ合金よりなる蒸着めっぎ層の構
成材は前述の通りであり、本発明における蒸着Ａｌ系め
っき層は上記最上層と最下層の２層構造からなるもので
あってもよいが、該最上層と最下層の間に、中間層とし
て酸化物系セラミックスとＡｌまたはＡｌ合金との反応
物層を形成すれば、層間接着性が高められて加工時にお
けるめっき層の眉間剥離が防止されるので好ましい。

尚最下層および必要により形成される中間層の肉厚は特
に限定されないが、耐食性表面処理鋼板としての機能を
十分に発揮させるには、前述の保護層（最上層）を含め
てＡｌ系めっき層全体としての付着量で規定するのが好
ましく、犠牲陽極作用を含めた耐食効果と加工性および
製造コスト等を総合的に考慮して最も一般的なのは５〜
８０ｇ／ＩＩ＋２、より好ましくは１０〜６０ｇ／ｍ２
の範囲である。

蒸着めっき法にも格別の制限はないが、代表的な方法と
して以下に実施例図面を挙げて説明する。即ちｙ、１．
２図は本発明の蒸着Ａｌ系めフき鋼板を製造するための
蒸着法を例示する縦断面説明図であり、図中１は蒸着室
、２は帯鋼、３はサポートロール、４は真空排気口、５
は電子銃、６は電子線、７ａ、７ｂ、７ｃは原料容器、
８ａ。

８ｂ、８ｃは蒸着原料を示す。即ち高真空状態に保持さ
れた蒸着室１内における帯鋼２の走行軌跡下方に、原料
容器７ａ、７ｂ、７ｃを配置して夫々に蒸着原料８ａ、
８ｂ、８ｃを装入しておき、これらを電子銃５から放出
される電子線６によって加熱蒸発させながら、帯鋼２を
矢印方向に走行させる。このとき帯鋼２の走行方向に沿
って第１図では２つの原料容器７ａ、７ｃに夫々（Ａｌ
またはＡｌ合金）と（酸化物系セラミックス）を装入し
第２図では３つの原料容器７ａ、フｂ、７ｃに夫々（合
金元素またはＡｌ合金）、（ＡｔまなはＡｌ合金）およ
び（酸化物系セラミックス）を装入し、これらを加熱蒸
発させながら帯鋼を矢印方向へ走行させる。そうすると
、第１図の例では、帯鋼２の表面にまずＡｔまたはＡｌ
合金が蒸着した後、その下流側でその表面に酸化物系セ
ラミックスが蒸着し、略２層構造の蒸着Ａｌ系めっき層
が形成される。この場合、原料容器７ａ。

フＣを近接させ、各容器からの蒸気が帯鋼２に蒸着され
る時点で、両者の蒸気が部分的に重なり合う様な配置に
しておけば、ＡｌまたはＡｌ合金層と酸化物系セラミッ
クス層の間に、両者の混合物からなる中間層を形成する
こともできる。

また第２図の例では、帯鋼２の表面にまず合金元素また
はＡｌ合金が蒸着し、次いでＡｌまたはＡｌ合金が蒸着
し、最後に酸化物系セラミックスが蒸着し、本発明の蒸
着Ａｌ系めっき層が形成される。

この様な方法を採用すれば、多層構造の蒸着Ａｌ系めっ
き層を一気に形成することができるので有利である。し
かし本発明は蒸着処理法自体に特徴がある訳ではないか
ら、たとえば複数の蒸着室を連続して夫々の蒸着層を形
成していく方法等の様に、図示した以外の蒸着めっき法
を採用することが排除されるものではない。

また第１．２図に示した様な蒸着めっき法を採用する場
合においても、蒸発のための加熱源として電子線以外に
抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザービーム加熱等を採
用することも勿論可能である。しかし電子線加熱法は、
原料表面に直接照射して加熱することができ、その出力
を変えることによって蒸発速度を容易に変えることがで
きるなど、操作性が良（且つメンテナンス性も良好であ
るので、最も好ましい加熱蒸発法として賞月される。ま
た本発明で採用される蒸着法とは、広義の蒸着法を意味
するものであって、イオンブレーティング法、スパッタ
リング法、ＣＶＤ法等も包含されるものである。これら
の中でもイオンブレーティング法は、蒸発金属等の蒸着
エネルギーが通常の真空蒸着法を採用した場合よりも高
くなり、素地鋼板に対する蒸着めっき層の密着性が一層
向上すると共に、ピンホール欠陥等のない蒸着めっき層
が得られ易くなるので有利である。

本発明の蒸着Ａｌ系めっき鋼材は、以上の様に最上層に
酸化物系セラミックス層の形成された基本的に２層もし
くは３層構造のめっき層が形成されたものであるが、こ
れを実用化するに当たっては、更に後処理としてクロメ
ート処理や有機樹脂被覆処理等を施し、耐食性や美感を
更に改善したり、あるいは耐指紋性等の特性を与えるこ
とも勿論可能である。

［実施例］ 五鳳１ユ Ａｌキルド鋼よりなる帯鋼を被めっき材として使用し、
第１図に示した方法に準じて下記の条件で蒸着Ａｌ系め
っきを行なった。

（め）き条件） 被めっき材：Ａｌキルド銅帯 被めっき材前処理： アルカリ電解脱脂後に真空中に導入し、電子線照射によ
る加熱及びＡｒイオンボンバードメントによる銅帯表面
の活性化前処理を行なうめっき前の被めっき材温度：３
００℃ 蒸発原料Ａ（第１図中の８ａに相当）：へ！蒸発原料Ｂ
（第１図中の８ｃに相当）：５ｉｎ２　または　Ａｌ２
Ｏ３ 蒸発槽Ａ　（第１図中の７ａに相当）：アルミナーシリ
カ系セラミックス系蒸発槽蒸発ＷｉＦ３　　（第１図中
の７０に相当）：５ｉｎ２の場合　：グラファイト系蒸
発槽Ａｌ２ｏ３の場合：水冷式銅製蒸発槽 蒸発原料の加熱蒸発源： ピアス型電子銃（最大出力３００　ｋＷ）電子線の走査
方法等： 磁場による電子線の偏向、蒸発原料表面上の走査（スキ
ャニング）及び蒸発槽間のジャンピング 蒸着室の真空度：約ｌＸｌ０−’Ｐａ 実施例２ 実施例！で用いたのと同じｆ鋼を被めフぎ材として使用
し、第２図に示した方法に準じて下記の条件で蒸着Ａｔ
系めっきを行なった。

（めっき条件） 被めっき材・ 被めっき材前処理： めっき前の被めっき材温度： 蒸発原料の加熱蒸発源： 電子線の走査方法等： 蒸着室真空度： 以上実施例１と同じ 蒸発原料Ａ（第２図中の８ａに相当）　　：Ｃｒ蒸発原
料Ｂ（第２図中の８ｂに相当）　　：Ａｌ蒸発原原料（
第２図中の８０に相当）：５ｉ０２蒸発槽Ａ　（第２図
中の７ａに相当）：アルミナーシリカ系セラミックス系
蒸発槽蒸発槽Ｂ　（第２図中の７ｂに相当）・アルミナ
−シリカ系セラミックス系蒸発槽蒸発槽Ｃ（第２図中の
７０に相当）： グラファイト系蒸発槽 得られた蒸着Ａｌめっき鋼板のめつき層の構成および耐
食性評価結果を第１表に一括して示す。

但し、耐食性評価法は下記の通りとした。

（耐食性評価法） ＪＩＳ　　Ｚ　　２３７１に基づく塩水噴霧試験を行な
い、以下に示す２つの評価を行なった。

１）耐白錆性（白錆発生抑制効果） Ａｌ系めっき層の腐食によって生じる白錆発生の抑制効
果を調査 ◎　：　イ憂 Ｏ９良 △・やや劣る ×：劣る ２）耐赤錆性（赤錆発生抑制効果） 被めっき材（素地鋼板）の腐食によって生じる赤錆発生
の抑制効果を調査 ◎：優 Ｏ：良 △：やや劣る Ｘ：劣る 第１表からも明らかである様に、本発明の規定要件を満
足する実施例（Ｎｏ、　１〜４，７〜１０゜１２〜１４
）は、いずれも優れた耐白錆性および耐赤錆性を有して
いるのに対し、本発明で定める要件のいずれかを欠く比
較例は、次に示す様に耐白錆性および耐赤錆性のいずれ
かが劣悪である。

Ｎｏ、　５．５，１１，１５．１８　：保護層として酸
化物系セラミックス層が形成されていないか或は 厚みが不足する比較例であり、耐白錆 性、耐赤錆性共に劣悪である。

Ｎｏ、１７：溶融Ａｌめっきを施しただけの従来材であ
り、耐白錆性、耐赤錆性共に非常 に悪い。

Ｎｏ、　１８．１９　　・溶融Ａｌめっき層の表面に、
耐食性改善のためクロメート処理を施し、 或は更に有機樹脂塗膜を形成したもの であるが、それでも十分な耐食性は得 られていない。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、最上層部に耐食性
保護層として酸化物系セラミックス層か形成され、最下
層部にＡｌまたはＡｌ合金層が形成された蒸着Ａｔ系め
っき層を形成し、或は必要により酸化物系セラミックス
とＡｌまたはＡｌ合金との混合物もしくは反応物よりな
る中間層を形成することにより、めっき層の最下層側に
おける電位を卑に保って犠牲陽極作用を有効に発揮せし
めつつ、表層部の溶解速度を著しく遅くすることができ
、耐白錆性および耐赤錆性に優れたＡｔ系めっき鋼材を
提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例で採用した蒸着法を示す概
略縦断面説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼材表面に、最下層としてＡｌまたはＡｌ合金よ
   りなる蒸着めっき層が形成され、最上層部に厚さが０．
   １μｍ以上の酸化物系セラミックス層が形成されたもの
   であることを特徴とする耐食性に優れた蒸着Ａｌ系めっ
   き鋼材。
2. （２）最下層と最上層の間に、中間層として、Ａｌまた
   はＡｌ合金と酸化物系セラミックスとの混合物層もしく
   は反応層が形成されている請求項（１）に記載の蒸着Ａ
   ｌ系めっき鋼材。