JPH04232267A - Ａｌ系蒸着めっき方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空蒸着法によるＡｌ系
蒸着めっき方法に関し、詳細にはＡｌ系めっき層が剥離
する様なことがなく、且つ優れた金属光沢及び色調を有
するＡｌ系めっき金属材を連続的に製造することのでき
る蒸着めっき方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ系めっき製品は耐食性，耐熱性，熱
反射性，美観性，意匠性等の特性において優れた表面処
理材料であり、且つ生産コストも比較的安価であるため
、自動車排気系材料，焼却炉等の各種耐熱部材，家電製
品，建材等として利用されている。

【０００３】Ａｌ系めっき法としては溶融めっき法が汎
用され、この方法は高温度に予熱された被めっき金属基
材を、７００℃程度の溶融Ａｌ系金属浴中に浸漬し、金
属基材の表面にＡｌ系めっき層を形成するものである。

【０００４】しかしながら金属基材として例えばＣｕ系
材等の高温強度の非常に小さい金属材を用い、溶融Ａｌ
系金属浴中にこれらを浸漬すると、金属基材の温度が浴
温近くまで上昇し、金属基材が変形、破断等を生じて実
質的にめっき不能となってしまう。

【０００５】また例えば金属基材として鋼材を用いてこ
れを高温のＡｌ系金属浴中に浸漬すると、鋼材表面とＡ
ｌ系めっき層の界面にＦｅ−Ａｌ系金属間化合物層が形
成される。この金属間化合物層は硬くて脆弱であるため
、金属基材の成形加工に伴なう塑性変形に追従できず、
Ａｌ系めっき層自体が剥離してしまうという問題があっ
た。

【０００６】このため上記Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物の
形成を防止する手段として、溶融Ａｌ系金属浴中にＳｉ
を１０％程度添加することにより、金属間化合物の成長
を抑制して加工性を改善すると共に、高温環境下での使
用に際してもＡｌ系めっき層と鋼板の拡散合金化を抑制
することが行なわれている。

【０００７】しかるにＳｉを添加するとＡｌ系めっき層
自体の耐食性が低下し、Ｓｉ無添加の溶融Ａｌ系めっき
鋼板に比較して耐食性の面で劣化するという不具合があ
った。

【０００８】そこでＡｌ系溶融めっき方法における耐食
性の劣化を防止する目的で、後処理としてクロメート処
理、有機皮膜処理又はこれらを併用することなどが行な
われているが、これらの処理によって形成される皮膜層
は非常に薄いものであり、外力等によって簡単に傷つく
ので、抜本的な耐食性改善手段とは言えない。

【０００９】従って溶融めっき方法に用いられる金属基
材はステンレス鋼や一部の鋼材に限られ、まためっき材
料も制限されるという不都合があった。

【００１０】この様な事情に鑑み溶融めっき法に代わる
手法として、真空蒸着法、溶融塩電解法、非水溶媒を使
用した電気めっき法等について研究が進められている。

【００１１】ところが上記溶融塩電解法においては外観
を均一にするための浴制御が困難であること、電流密度
を大きくするのが困難であるため生産性が劣ること、溶
融浴中の不純物、水分、ガス成分の除去又は制御が困難
であること等多くの技術的課題が残されており、現実の
生産法としては完成されていない。

【００１２】他方非水溶媒を用いる電気めっき法におい
ては、電流密度が大きくできず、生産性が低いこと、使
用する有機溶媒による火災等の問題があり、且つ水分コ
ントロール等の取り扱いが困難であること等の大きな問
題もあり、この手法も実用化には至っていない。

【００１３】一方真空蒸着法によるＡｌ系めっき法とし
ては、電子ビームを用いた蒸着法の他に、スパッタリン
グ法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法があ
る。

【００１４】Ａｌ系金属は真空中における飽和蒸気圧が
比較的高い金属であり、抵抗加熱，高周波加熱，各種エ
ネルギービーム加熱により容易に蒸発させることができ
、金属基板，プラスチック，フィルム，紙等へのＡｌ系
めっき法としても採用されている。

【００１５】これらのうち蒸発源として電子ビームを用
いた真空蒸着法においては、電子ビームが高密度で高い
エネルギーを有するものであるため、金属の蒸発速度を
大きくすることが可能であり、連続的な蒸着めっきを行
ないつつ高い生産性を発揮する上でもっとも有利である
。

【００１６】また電子ビームは磁場を利用することによ
り、これを容易に偏向させて蒸発原料表面上を任意に走
査できると共に、複数個の蒸発原料を１台の電子銃で同
時に加熱蒸発させることができるので、Ａｌと合金元素
の同時蒸発によるＡｌ合金めっきが可能であり、さらに
電子ビームの照射時間をコントロールすることにより、
Ａｌ及び合金元素の蒸発速度を調整し、めっき組成、め
っき付着量を容易にコントロールすることもできる。

【００１７】他方被めっき材として帯状の金属基材を蒸
着処理するに当たっては、大気から完全に遮断された真
空蒸着室を設けると共に、金属帯をこの蒸着室へ連続的
に供給することが必要であり、その為真空蒸着室の入口
側には真空シール部を形成すると共に、蒸着室でめっき
処理された金属帯を連続的に大気中へ引き出すため出口
側にも真空シール部が形成される。

【００１８】この様な真空蒸着室を設けた蒸着めっき装
置を利用することにより、連続的に金属帯を供給しなが
ら高速でめっき処理を行なうことができる様になった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで真空蒸着室の
入口側真空シール部より導入されるＡｌ系金属帯はめっ
き層との密着性を高める目的で蒸着めっき前に予め加熱
されており、さらに該蒸着室内で蒸発Ａｌ等と接触する
ことにより、潜熱及び顕熱によって金属帯は３００℃を
超える高温となってしまう。

【００２０】一方蒸着室内は真空雰囲気下に維持されて
いるので、加熱された金属帯はせいぜい輻射による冷却
だけしか行なわれず、このままでは金属帯は高温状態の
ままで出口側の真空シール部を通過して大気中にさらさ
れることになる。

【００２１】しかしＡｌ系金属は酸化され易い性質を有
しているため、高温状態で大気中の酸素や水分と接する
とその表面は急激に酸化されて酸化物皮膜や水酸化物皮
膜が形成される。その結果Ａｌ又はＡｌ合金めっき層が
本来有している特有の金属光沢や色調を失なってしまい
、表面に色むら等が生じるという外観上の大きな問題が
あった。またこの酸化物皮膜等が形成されることにより
、化成処理や塗装処理等の後処理性が悪くなるという欠
点もあった。

【００２２】そこで本発明の第１の目的は、蒸着処理後
の金属基材に酸化物皮膜層等が形成されるのを防止でき
るＡｌ系蒸着めっき方法を提供することにある。

【００２３】また金属基材の種類によっては、良好なめ
っき密着性が得られにくいため、めっき後の成形加工時
にめっき層が剥離し易いという不具合を引き起こすこと
がある。そのため蒸着めっき処理前に予め金属基材の温
度を高くしておき、めっき層と金属基材との界面の結合
を強めて良好なめっき密着性を確保することが行なわれ
ている。

【００２４】しかしながら金属基材の温度を高くし過ぎ
ると、金属基材の種類によっては、前述したＣｕの例の
様に局部変形や破断等を生じたり、或は鋼板の例の様に
Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物が生じてかえってＡｌ系めっき
層の剥離を生じ易くなるという不都合を引き起こすこと
になる。

【００２５】そこで本発明の第２の目的としては、金属
基材に変形等を生じることなく、しかもＡｌ系めっき層
と金属基材の間で金属間化合物を生じることがなく、め
っき層と金属基材が良好な密着性を確保しつつ、蒸着め
っき処理前の金属基材温度を低くすることのできるＡｌ
系蒸着めっき方法を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明方法は、真空蒸着室へ導入される前に還元された金
属帯を非酸化性雰囲気下で冷却して温度制御を行なって
から真空蒸着すると共に、真空蒸着室から大気中へ導き
出される前に金属帯を非酸化性雰囲気下で冷却すること
を要旨とするものである。

【００２７】

【作用】本発明においては、真空蒸着室より大気中へ引
出す前に、金属帯を非酸化性雰囲気下で冷却することに
より、ガス分子を介する熱伝導冷却によって効率的に金
属帯を冷却し、Ａｌ系めっき層表面に酸化物皮膜等が形
成されない様にする。従ってめっき層表面にむら等を生
じず、美麗な光沢及び色調を有する外観のＡｌ系めっき
製品を連続的に取り出すことができ、工業的生産手段と
して効率的な表面処理加工が可能となる。

【００２８】まためっき層表面に酸化物皮膜等が厚く生
長することがないので、化成処理や塗装処理等において
むら等を生じることのない後処理ができる様になる。な
お金属基材として鋼材を用い、Ａｌ系めっき処理を行な
う場合は、鋼材の冷却温度は３００℃以下とすることが
推奨される。

【００２９】一方本発明においては、真空蒸着室に導入
される前の金属帯を所定温度に保持することとし、金属
基材表面が活性化された状態を保ちつつＡｌ系蒸着めっ
きを行なう。これにより金属基材とＡｌ系めっき層の間
には良好な密着性を得ることができると共に、また金属
基材が蒸着めっき層の付与による潜熱と顕熱により過熱
状態となることは、上記温度制御室によってめっき前の
金属基材温度が制御される。その結果、金属基材の変形
や破断等が防止され、且つ鋼材を使用する様な場合であ
ってもＦｅ−Ａｌ金属間化合物が生じてＡｌ系めっき層
の剥離が起こり易くなるといったこともなくなる。その
ためめっき付着量の調節範囲を広く確保できる様になっ
た。

【００３０】

【実施例】図１は本発明方法に使用されるＡｌ系蒸着め
っき装置の代表的な実施例を示す説明図である。ペイオ
フリール２の下流側には、アルカリ電解脱脂−水洗−乾
燥装置３が設けられ、該装置３の下流側にはガス還元炉
２０及び温度制御室２１が設けられ、該温度制御室２１
の下流側に蒸着室８が設けられる。即ち蒸着室８の入口
側の真空シール部４と前記温度制御室２１は隣設される
と共に、上記温度制御室２１とガス還元炉２０も隣設さ
れる。

【００３１】前記蒸着室８内には蒸発槽１０が設けられ
て、該蒸発槽１０内に蒸発原料９が装填されると共に、
この側部には電子銃５が付設される。

【００３２】蒸着室８は２つ連続して設けられ、デフレ
クターロール１１を介して金属帯１の表裏面が反転され
、金属帯１の両面を蒸着めっきする様に構成される。 なお下流側の蒸着室８の出口側には真空シール部１２が
配設される。

【００３３】そして該出口側の真空シール部１２に隣接
してガス冷却室１３が設けられ、該ガス冷却室１３には
図示しない非酸化性ガス導入管及び排出管が接続される
。

【００３４】該ガス冷却室１３内に導入されるガスは窒
素ガス、窒素−水素混合ガス又はアルゴンガスを使用し
、工業生産的には前二者が安価で好ましい。

【００３５】また上記ガス冷却室１３の下流側にはスキ
ンパス圧延ミル１４及び後処理槽１５が設けられ、該後
処理槽１５における化成処理としては塗布型クロメート
処理を行なう様に構成することが好ましく、また塗装処
理としてはフッ素系又はアクリル樹脂系のクリア塗装処
理を行なう構成とすることが好ましい。

【００３６】上記蒸着めっき装置による鋼帯へのＡｌ系
蒸着めっき処理方法は、次に詳述する通りである。

【００３７】まず金属帯１を上記装置３においてアルカ
リ電解脱脂、水洗し、更に乾燥する。そして上記温度制
御室２１及び還元炉２０には図示しないガス供給管及び
ガス排出管が各々接続されており、すなわちアルカリ電
解脱脂−水洗−乾燥された金属帯１はガス還元炉２０内
に導入され、水素−窒素ガス雰囲気下で５００〜５５０
℃以上の温度で還元処理され、金属帯１の表面に存在す
る水酸化物や酸化物を水素ガスにより還元してこの表面
を活性化処理する。

【００３８】さらに金属帯１を非酸化性雰囲気を保持し
たまま温度制御室２１へ大気に触れることなく導入し、
該温度制御室２１の非酸化性ガスによる熱伝導により、
金属帯１を蒸着めっきに適する所定の温度に冷却し、真
空シール部４を通過して蒸着室８、８へ導入する。なお
該真空シール部４の一部にはガスが混入することになる
が、本発明ではこの部分も非酸化性雰囲気に保つことと
する。

【００３９】上記非酸化性ガスとしては、酸素，水分の
ほとんど混合していない窒素ガス，窒素−水素混合ガス
，アルゴンガス等が使用される。

【００４０】この装置を使用した剥離試験の結果は後述
する表１に示す通りであり、後述する図３に示す装置を
使用した場合と同等のめっき鋼帯を得ることができ、し
かもこの装置であれば工業的生産にも適するものであり
、金属帯の連続的蒸着めっきが可能である。

【００４１】すなわちめっき前の鋼帯温度が１５０℃程
度であっても良好なめっき密着性を得ることができ、最
大めっき付着量の増大、ひいてはめっき付着量範囲の拡
大を可能とする。

【００４２】なお蒸着室８の入口部における鋼帯の温度
が３００℃を超える様になると、蒸着めっき処理による
加熱が付加されて鋼帯とＡｌめっき層との界面で拡散合
金化が起こり始め、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物が形成され
ることになるので、上記温度以下に設定することが好ま
しい。

【００４３】次いで金属帯１は、連続して設けられた蒸
着室８，８内に導かれ、電子銃５より発生する電子ビー
ム６を蒸着原料９ａ，９ｂへ照射して生じせしめたＡｌ
蒸気等を接触させ、金属帯１の表裏両面にＡｌ系蒸着め
っきを施こす。

【００４４】さらに金属帯１はガス冷却室１３へ導入し
、非酸化性ガスによる熱伝導によってこれを効率的に冷
却する。なお冷却に用いられたガスは図示しない他のガ
ス冷却器や熱交換器を使って冷却し、循環再使用する様
な構成としても良い。

【００４５】金属帯１として鋼帯を用いる場合、上記ガ
ス冷却室１３の出口部における鋼帯温度は３００℃以下
となる様に冷却することが好ましく、これによってＡｌ
系めっき層が大気にさらされても酸化皮膜等が形成され
ず、Ａｌ系めっき層本来の美麗な光沢及び色調が確保さ
れることとなる。

【００４６】さらにスキンパス圧延ミル１４によりめっ
き金属帯の圧下率と光沢度の上昇率を調整し、外観の美
麗性を向上させる。

【００４７】図４は鋼板の圧下率と光沢度の上昇率の関
係を示すグラフであり、０．５　％以上の圧下率でスキ
ンパス圧延処理を行なえば、美観度が向上することが分
かった。

【００４８】上記図４から明らかな様にスキンパスの圧
下率は０．５　〜１．２　％とすることが生産性の面で
好ましいが、この範囲に限定されるものではない。

【００４９】また使用目的によってはスキンパス圧延に
よる光沢の向上を好まない場合もあり、このスキンパス
圧延を省略したものであっても良く、他方圧延ロールの
表面粗さはダル仕上げ、レーザーダル仕上げ、ブライト
仕上げ、マッド仕上げ等の中から任意に選定できる。

【００５０】金属帯の種類によっては蒸着めっきによる
熱履歴に起因して降伏点伸びがあらわれることもあるが
、上記スキンパス圧延処理を行なうことにより降伏点伸
びを消失せしめ加工性を改善することもできる。

【００５１】また上記の熱履歴によって金属帯の強度を
低下することもあるが、適度のスキンパス圧延処理であ
れば伸びの大幅な低下を防止して強度を改善することも
できる。

【００５２】この様にして製造されためっき金属材は美
麗な表面外観を得ることができるが、このままでは長時
間の保管や高温又は高湿の環境下において、大気中の酸
素又は水分と反応して酸化物層や水酸化物層を局部的に
形成し、美観の低下をもたらすという問題がある。

【００５３】酸化物層や水酸化物による皮膜層が一旦形
成されてしまうと、その後如何に防止処理を施しても、
その効果は十分に得られず、皮膜形成部分は色調が変化
したままとなってしまう。

【００５４】そこで後処理槽１５において、めっき金属
帯に対して連続的な化成処理及び／又は塗装処理を行な
い、酸化物層、水酸化物層皮膜が形成されるのを防止す
る。

【００５５】前述の様な化成処理としてはクロメート処
理等を行ない、塗装処理としては樹脂材料の塗装を行な
うことが好ましく、耐候性、耐食性、耐汚染性，耐指紋
性等に優れ、美麗な表面性状のめっき製品を得る。

【００５６】（比較例）図２は、図１の蒸着めっき装置
におけるガス還元炉２０及び温度制御室２１に替えて、
蒸着室８と入口側真空シール部４の間に電子ビーム６に
よる加熱室７を介設したものであり、金属帯１を電子ビ
ーム６によって加熱し、これに蒸着めっきを施す。

【００５７】図２に示す蒸着めっき装置を用いて、めっ
き前の鋼帯温度を種々に変えてめっき処理された蒸着Ａ
ｌめっき鋼板について、めっき剥離試験を行なった。

【００５８】この試験においては、被試験材を１８０度
密着曲げし、セロハンテープに付着するめっき層の有無
及び程度を評価し、○；付着なし，△；わずかな付着有
り，×；付着ありと記載した。

【００５９】

【表１】 この表から明らかな様に良好なめっき密着性を得るため
には図２の装置を用いる方法では鋼帯を３００℃以上に
加熱する必要があることがわかった。

【００６０】しかるに蒸着めっきにおいてＡｌ蒸気を鋼
帯に析出させる場合は、Ａｌ蒸気の持つ顕熱および凝縮
熱によって鋼帯が加熱されてしまう。

【００６１】この加熱はめっきの付着量が多いほど大き
くなり、鋼帯温度が上昇し過ぎると、鋼板とＡｌめっき
層との界面で拡散合金化が起こり始め、Ｆｅ−Ａｌ金属
間化合物が形成されてしまい、溶融めっき法と同様、剥
離等を引き起こし易くなり、後工程における加工性に難
点のあるめっき鋼帯となってしまう。

【００６２】従って図２に示す装置においては蒸着後に
Ｆｅ−Ａｌの金属間化合物が形成されない上記温度以下
で蒸着めっきを行なわなければならなず、しかもめっき
の密着性を考慮すると蒸着室入口部における鋼帯温度は
３００℃以上必要であり、その結果めっき付着量は狭い
範囲内に制限されてしまうという問題がある。

【００６３】図３は上記の問題を解消するための工夫が
施こされた他の比較例による蒸着めっき装置を示す説明
図である。

【００６４】加熱室７において電子ビーム６による加熱
装置の他に、その下流側にマグネトロン型イオンボンバ
ートメント装置１８，１８…を設け、電子線照射によっ
て加熱された金属帯１の表面をＡｒイオンボンバートメ
ント処理し、めっき密着性を向上する方式を採用してい
る。

【００６５】すなわちＡｒイオンボンバートメント処理
によって金属帯１の表面を活性化し、この表面に存在す
る水酸化物層，酸化物層等を除去してめっき層との密着
性を高めるものである。

【００６６】この装置１８を付加した蒸着めっき装置を
使用して鋼帯温度を種々変化させて、前述と同様の剥離
試験を行なったところ、表１に示す結果を得た。この表
から明らかな様にＡｒイオンボンバートメント処理を併
用することによって、良好なめっき密着性が得られる鋼
帯の下限温度は１５０℃程度となり、蒸着めっき付着量
範囲を広げることができるという利点がある。

【００６７】しかしながら金属帯表面における活性化を
十分に行なうためには、Ａｒイオンの照射時間を長くす
るか、或は照射量を大きくする必要があり、これには次
の様な問題点がある。

【００６８】すなわち１基のＡｒイオンボンバートメン
ト処理装置１８の能力には限界があるため、照射時間を
長くせざるを得ず、このため金属帯１の走行速度は遅く
設定しなければならず、生産性の低下はさけられない。

【００６９】またマグネトロン型イオンボンバートメン
ト装置１８自体は高価なものであり、多数の装置を設置
するには設備コストが高くなってしまう。さらにこの装
置は定期的なメンテナンスが必要であり、真空環境下に
ある本装置１８を大気下で整備するのに多大な手間と時
間を要する。

【００７０】特に金属帯の連続蒸着めっきの様に長時間
連続的に稼動させるためには、本装置１８のメンテナン
ス作業は頻繁に行なわなければならない。

【００７１】（実施例Ａ）図１に示す蒸着めっき装置を
用いて、各種蒸着Ａｌ系めっき鋼板を製造し、めっき鋼
板の耐変色防止性能を調べるため、以下の恒温恒湿条件
下で変色試験を行なった。

【００７２】＜主な製造条件＞ 被めっき金属帯：極低炭素Ｔｉキルド鋼板めっき前鋼板
温度：２００〜２５０℃ 鋼板前処理：アルカリ電解脱脂，乾燥後に窒素−水素混
合ガス雰囲気下で還元処理 めっき種類：純Ａｌめっき及びＡｌ合金めっきめっき付
着量：表２の通り 蒸着室真空度：１×１０−２Ｐａ 真空シール部及びガス冷却室の雰囲気：極低酸素量及び
水分量の窒素ガス（微量の水素ガスを含む）スキンパス
圧延：圧下率０．７　〜０．８　伸び％＜変色試験条件
＞ 温度：５０℃ 湿度：９０％ＲＨ 試験時間：３６０時間 めっき外観評価：目視観察により評価し、○；腐食によ
る変色なし，△；局部的に変色あり，×；全面にわたっ
て変色あり。

【００７３】表２は上記変色試験の結果を比較例と共に
示したものである。

【００７４】

【表２】 以上の結果より明らかな様に、めっきの種類に拘らず図
１に示す装置を使用して所定の後処理を行なった例（Ｎ
ｏ．　１〜１３）については、試験の前後において表面
に変化はなく、酸化・腐食による変色を生じることはな
かった。

【００７５】一方後処理を行なわなかった比較例（Ｎｏ
．　１４〜１７）については、局部的又は全面にわたっ
て水酸化物皮膜層が形成されて変色を生じ、美観の低下
が認められた。

【００７６】本発明の適用範囲は上記の実施例に限定さ
れるものではなく、被めっき金属基材は鋼材，ステンレ
ス鋼材，Ｃｕ系材，Ａｌ系材等の素材で形成された板材
，線材等であっても良い。

【００７７】

【発明の効果】本発明により、良好なＡｌ系めっき層と
の密着性を確保しつつ、蒸着めっき処理前の金属基材の
下限温度を１５０℃程度とすることができる様になり、
広い範囲のめっき付着量調節が可能となり、しかもめっ
き処理後の製品における加工性を阻害することもなくな
った。

【００７８】また蒸着めっき層を施こした金属基材を効
率的に冷却して、酸化物皮膜等を生じない温度として大
気中に取出すことができる様になったので、めっき層の
表面を美麗な状態で後処理工程へ導入できる様になった
。

【００７９】さらにこの方法は工業的生産にも適して連
続的なめっき処理を可能とすると共に、設備やメンテナ
ンスコスト面においても実操業に適したものとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に使用する蒸着めっき装置の実施例
を示す説明図である。

【図２】蒸着めっき装置の比較例を示す説明図である。

【図３】蒸着めっき装置の比較例を示す説明図である。

【図４】鋼板の圧下率と光沢度の上昇率の関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１　　金属帯 ４　　入口側真空シール部 １２　　出口側真空シール部 １３　　ガス冷却室 １８　　マグネトロン型イオンボンバートメント装置２
０　　ガス還元炉 ２１　　温度制御室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　帯状金属を真空蒸着室に導入して連続
   的に蒸着Ａｌ系めっきを施す方法において、真空蒸着室
   へ導入される前に還元された金属帯を非酸化性雰囲気下
   で冷却して温度制御を行なってから真空蒸着すると共に
   、真空蒸着室から大気中へ導き出される前に金属帯を非
   酸化性雰囲気下で冷却することを特徴とするＡｌ系蒸着
   めっき方法。