JPH04276058A - 分散メッキ鋼板の製造方法及び使用するトーチ - 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、耐食性を向上するため
に、粒径が約１μｍ以下であるＡｌ２　Ｏ３　等のセラ
ミックスの微粒子を例えばＺｎメッキ鋼板のメッキ被膜
中に分散させてある分散メッキ鋼板を製造する方法及び
その製造方法に使用するトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】製造した鋼板に対して、その耐食性を向
上するための様々な工夫がなされており、この代表的な
方法として、鋼板表面にＺｎメッキ，Ａｌメッキ等の処
理を施してメッキ被膜を形成することが汎用されている
。Ａｌメッキ鋼板は、Ｚｎメッキ鋼板に比べて高度の耐
食性を有するが、Ｚｎメッキ鋼板に比べてメッキ被膜の
密着性に劣り、苛酷な加工を受けた場合にはそのメッキ
被膜が剥がれ易いという欠点がある。

【０００３】Ｚｎメッキ鋼板，Ａｌメッキ鋼板の利点を
共に活かした複合メッキ鋼板の製造方法が、特開昭５６
─１３６９７１号公報に開示されている。この方法は、
鋼板にまずＺｎメッキを施し、メッキしたＺｎが溶融し
ている状態で、メッキ面にＡｌを溶射して二層構造のメ
ッキ被膜を備えたメッキ鋼板を製造するものである。こ
のようにして製造されたメッキ鋼板では、鋼板とＺｎと
の良好な密着性と、Ａｌの酸化被膜による高度の耐食性
とを併せて有している。

【０００４】ところが、一旦、上層のＡｌの酸化被膜が
破られると、Ａｌ自体には犠牲防食作用が殆どないので
、急激に腐食が進行して、耐食効果も急速に激減する。 下層のＺｎメッキ被膜は、Ａｌメッキ被膜ほど耐食性が
高くなく、Ａｌメッキ被膜を保持しているに過ぎない。 従って、二層のメッキ被膜を備えた複合メッキ鋼板の寿
命は、上層のＡｌメッキ被膜の寿命に制限されてしまう
。

【０００５】また、鋼板に形成されたＺｎメッキ被膜等
に、セラミックスの微粒子を分散させることにより、高
度の耐食性を得ようとした分散メッキ鋼板が知られてい
る。このような分散メッキ鋼板は、メッキ被膜中にセラ
ミックス微粒子が分散しているので、腐食が開始した際
にこのセラミックス微粒子が核となってそのまわりに強
固な腐食生成物が成長し、この生成物が妨げとなってそ
れ以上の腐食の進行が抑制される。このように、一旦、
表面の酸化被膜が破られたとしても、分散しているセラ
ミックスの各微粒子のまわりに強固な腐食生成物が形成
されるので、高度の耐食性は維持される。

【０００６】上述したような分散メッキ鋼板を製造する
にあっては、セラミックス微粒子を如何にメッキ被膜中
に分散させるかが難題である。その方法の１つとして、
電気メッキ法により、メッキ被膜の形成とセラミックス
微粒子の分散とを一括して行う方法が公知である。この
方法は、例えば、溶接冶金シンポジウム（２），　１９
９０年１２月１９日の「薄鋼板の表面処理に於ける高機
能化技術」、または表面技術Ｖｏｌ．４１，　Ｎｏ．１
１，　１９９０　の「コンポジットめっきによる耐磨耗
性被膜の形成」に紹介されている。以下、この方法を簡
単に説明する。セラミックス微粒子を懸濁させた電解メ
ッキ液中に鋼板を浸漬させ、通電することにより、液中
の金属イオンの動きに合わせてセラミックス微粒子も鋼
板に移動させて、その中にセラミックス微粒子を分散さ
せた状態にてメッキ被膜を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】平均粒径が１μｍ以下
であるセラミックス微粒子を、電解メッキ液中に凝集さ
せることなく懸濁させることは非常に困難である。従っ
て、上述した製造方法では、電解メッキ液内にてセラミ
ックス微粒子が凝集し、メッキ被膜中にセラミックス微
粒子を均質に分散させることができず、所望の分散メッ
キ鋼板を得ることができないという問題点がある。また
、電気メッキ法を用いているので、生産性が低く厚いメ
ッキ被膜を形成できないという難点もある。

【０００８】ところで、鋼板を製造する工程において、
中空型の電極を有し、その中空孔からプラズマ流を発生
させる移行型プラズマアークトーチが利用されており、
この使用例が、Ｐｕｒｅ．　＆　Ａｐｐｌ．　Ｃｈｅｍ
．，　Ｖｏｌ．６０，　Ｎｏ．５，　ｐｐ．６１９−６
３２，　１９８８　の“Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ−ｗｏｒ
ｔｈｙ　ｐｌａｓｍａ　ｔｏｒｃｈｅｓ；　Ｓｔａｔｅ
−ｏｆ−ｔｈｅ−ａｒｔ”、熱プラズマ研究部会資料，
１９９０年１１月１３日「ＤＣアーク炉における黒鉛中
空電極を用いたダスト処理プロセスの開発」に示されて
いる。前者の文献によれば、製鋼工程においてタンディ
シュ内の溶綱の加熱用として移行型プラズマアークトー
チを使用しており、加熱が目的であるので中空孔にはプ
ラズマ作動ガスのみを流す。この場合には、中空電極と
することにより、大電流による電極磨耗を防止すべく電
極面積を広くとり、意識的に陰極を移動させてトーチ寿
命の延長を図ることとしている。後者の文献によれば、
精錬工程において、ＤＣアーク炉におけるダスト処理用
として移行型プラズマアークトーチを使用しており、ダ
ストを溶融させて溶鋼中に注入する目的であるので中空
孔にはプラズマ作動ガスとダストとを送給する。この場
合には、中空電極とすることにより、ダストを確実にプ
ラズマ中を通過させて二次ダストの発生を防止しようと
している。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、溶融メッキ法と溶射法によるセラミックス微粒
子の吹き付けとを組み合わせるか、または溶融メッキ法
と移行型プラズマアークトーチを用いたセラミックス微
粒子の吹き付けとを組み合わせることにより、耐食性に
優れた分散メッキ鋼板を、生産性良く製造することがで
きる分散メッキ鋼板の製造方法及びその製造に際して使
用するトーチを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願に係る第１発明の分
散メッキ鋼板の製造方法は、そのメッキ被膜中にセラミ
ックス微粒子が分散している分散メッキ鋼板を製造する
方法において、金属の溶融液に鋼板を通して該鋼板にメ
ッキ被膜を形成した後、メッキされた前記金属が溶融し
ている状態にて、未溶融状態または半溶融状態のセラミ
ックス微粒子を前記メッキ被膜に吹き付けて分散させる
ことを特徴とする。

【００１１】本願に係る第２発明の移行型分散メッキ鋼
板製造用プラズマアークトーチは、中空形状の電極を有
する移行型プラズマアークトーチにおいて、前記電極の
中空孔を通じてプラズマガスと共に微粒子を送給するよ
うになしてあることを特徴とする。

【００１２】本願に係る第３発明の分散メッキ鋼板の製
造方法は、そのメッキ被膜中にセラミックス微粒子が分
散している分散メッキ鋼板を製造する方法において、金
属の溶融液に鋼板を通して該鋼板にメッキ被膜を形成し
た後、メッキされた前記金属が溶融している状態にて、
未溶融状態または半溶融状態のセラミックス微粒子を、
第２発明の移行型分散メッキ鋼板製造用プラズマアーク
トーチを用いて、前記メッキ被膜に吹き付けて分散させ
ることを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１発明にあっては、鋼板を溶融メッキ液中に
通してメッキ被膜を形成した後に、溶融状態であるメッ
キ面に未溶融または半溶融状態であるセラミックス微粒
子を高速にて吹き付ける。そうすると、セラミックス微
粒子はメッキ被膜内に侵入して分散し、メッキ被膜内に
均質にセラミックス微粒子が分散した分散メッキ鋼板が
製造される。

【００１４】第２発明の移行型分散メッキ鋼板製造用プ
ラズマアークトーチにあっては、中空孔を通して微粒子
を送給する。従って、熱源である移行型プラズマアーク
の中心に微粒子を送給できるので、各微粒子は均一に加
速，加熱される。

【００１５】第３発明にあっては、第２発明における移
行型分散メッキ鋼板製造用プラズマアークトーチを用い
て、第１発明と同様に、セラミックス微粒子をメッキ被
膜に吹き付ける。各微粒子は均一に加速，加熱されるの
で、セラミックス微粒子の分散がより均質となる。また
、溶射法によりセラミックス微粒子を吹き付ける場合に
比して、プラズマ自身の流速が速くないので、メッキ被
膜を押すことがなく、厚膜形成が可能である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明をその一実施例を示す図面に基
づいて具体的に説明する。

【００１７】図１は第１発明の製造方法の実施態様を示
す模式図である。図において１は、ペイオフリール２か
ら搬出され、連続炉３，メッキ浴槽４，スキンパスロー
ル５を介してテンションリール６に巻き取られる鋼板で
ある。メッキ浴槽４内には溶融したＺｎが収容されてお
り、図１は連続式の溶融Ｚｎメッキラインを示している
。メッキ浴槽４出側の搬送ラインには、セラミックス微
粒子を溶射するプラズマ式の溶射装置７と、製造された
分散メッキ鋼板の表面仕上げを行うためのガスワイピン
グノズル８とが、上流側からこの順に設けられている。

【００１８】次に、動作について説明する。ペイオフリ
ール２から搬出された鋼板１は、メッキ浴槽４を通る間
に、表面にＺｎが付着されてＺｎメッキ被膜が形成され
る。Ｚｎメッキ被膜が形成された鋼板１の溶融している
メッキ面に、溶射装置７から未溶融または半溶融状態の
セラミックス微粒子がプラズマ流により吹き付けられ、
そのＺｎメッキ被膜内にセラミックス微粒子が分散され
る。その後、ガスワイピングノズル８からガスが噴射さ
れて、Ｚｎメッキ被膜の表面形状が均一化されると共に
、その膜厚が制御される。このようにして製造された分
散メッキ鋼板１１はスキンパスロール５を介してテンシ
ョンリール６に巻き取られる。

【００１９】セラミックス微粒子の吹き付けはメッキ被
膜が溶融状態であるときに行う必要があるので、溶射装
置７の設置位置はメッキ浴槽４に近接することが望まし
い。また、吹き付け処理を行った後に表面仕上げを行っ
た方が良いので、溶射装置７の設置位置はガスワイピン
グノズル８より上流側が望ましい。溶射装置７としては
、プラズマ式以外にガス燃焼式等のものを任意に選択し
て良いが、送給方式は粉末式のものに限定される。処理
能力の点から考えると、微粒子を広範囲に拡げながら飛
行させる溶射方式のものが望ましい。また、本願でいう
微粒子は具体的には平均粒径１μｍ以下の粒径をもつも
のを指す。

【００２０】セラミックス微粒子の吹き付けに溶射装置
７を用いているので、冷間でのノズルによる吹き付けに
比べて、セラミックス微粒子の飛行速度が大きくなる。 この結果、メッキ被膜の深層までセラミックス微粒子を
均質に分散させることが可能である。また、溶射装置７
は熱源をともなっているので、熱間吹き付けとなり、メ
ッキ被膜を冷却することがない。従って、吹き付けに伴
う急冷等の弊害はなく、吹き付けによりメッキ被膜が凝
固しないので後工程においてガスワイピングノズル８に
よる表面仕上げを行える。

【００２１】以上のように、溶融メッキ法を用いるので
、前述した従来の電気メッキ法に比べて生産性が高く、
低コストである。また、鋼板にメッキ金属が完全に膜状
に被着された後に吹き付けを行うので、電気メッキ法で
は問題であった電解メッキ液中でのセラミックス微粒子
の凝集が本発明では問題とならない。ここで、セラミッ
クス微粒子を懸濁させた溶融メッキ液に鋼板を通して分
散メッキ鋼板を製造した方が能率的であると考えられる
が、メッキ金属とセラミックスとは比重差が大きいので
、溶融メッキ液内においてセラミックス微粒子が分離し
て実際には行えない。

【００２２】Ａｌ等の低融点の金属微粒子をメッキ被膜
に溶射した場合には、メッキ被膜到達時には金属微粒子
が既に溶融状態となっており、メッキ被膜内に金属微粒
子を分散させることができず、メッキ被膜の上に溶射被
膜が形成されるだけである。一方、セラミックスは融点
が高いので、適当な溶射条件に設定すれば未溶融状態（
固体状態）または半溶融状態にてセラミックス微粒子の
吹き付けを行えるので、セラミックス微粒子をメッキ被
膜内に分散させることが可能である。なお、溶射装置に
備えられた熱源により瞬時にセラミックスとなるような
微粒子を吹き付けることとしても、セラミックス微粒子
を吹き付ける場合と同様に、分散メッキ鋼板を製造する
ことができる。

【００２３】なお、製造ラインの構成上、溶射装置７を
メッキ浴槽４の出側近傍に設置できない場合には、高周
波加熱装置等の加熱装置によりメッキ被膜を再溶融した
後、セラミックス微粒子の溶射を行うようにすれば良い
。また、ガスワイピングノズル８の設置が困難である場
合、製造される分散メッキ鋼板の使用用途によってはガ
スワイピングノズル８による表面仕上げを省略しても良
い。

【００２４】図２は、第２発明に係る移行型分散メッキ
鋼板製造用プラズマアークトーチを示す模式的断面図で
ある。図中２０は、長さが１５０　ｍｍで外径が４０ｍ
ｍの円筒状をなす移行型プラズマアークトーチである。 移行型プラズマアークトーチ２０はその内周面に陰極２
１が備えられており、この陰極２１は他の部分とは絶縁
体２２，　２３により絶縁されている。移行型プラズマ
アークトーチ２０は、その一端部に内径が６ｍｍである
水冷銅ノズル２４を備えている。 微粒子が吹き付けられるメッキ鋼板２５と陰極２１との
間には直流電圧２９が印加されており、メッキ鋼板２５
と陰極２１との間において放電が発生するようになって
いる。

【００２５】次に動作について説明する。移行型プラズ
マアークトーチ２０の中空孔２６を通じて、吹き付ける
べき微粒子２７がキャリアガスの役割も果たすプラズマ
ガスにより矢符方向に送給される。メッキ鋼板２５と陰
極２１との間において放電が発生し、移行型のプラズマ
アーク２８は、水冷銅ノズル２４により流速及び指向性
が高められた後、メッキ鋼板２５に達する。送給された
微粒子２７はこのプラズマアーク２８により加速されて
メッキ鋼板２５の表面に吹き付けられる。

【００２６】図３は第３発明の製造方法の実施態様を示
す模式図である。第３発明では、図２に示したような移
行型プラズマアークトーチ２０を用いて鋼板のメッキ被
膜に対するセラミックス微粒子の吹き付けを行う。図に
おいて図１と同番号を付した部分は同一部分を示してい
るので、これらの説明は省略する。本実施例では、メッ
キ浴槽４出側の搬送ラインに、セラミックス微粒子を吹
き付ける移行型プラズマアークトーチ２０と、ガスワイ
ピングノズル８とが、上流側からこの順に設けられてい
る。 移行型プラズマアークトーチ２０の構成は図２に示すも
のであって、メッキ鋼板２５はＺｎメッキ被膜が形成さ
れた鋼板であり、送給される微粒子２７はセラミックス
微粒子である。

【００２７】次に、動作について説明する。ペイオフリ
ール２から搬出された鋼板１は、メッキ浴槽４内にて表
面にＺｎメッキ被膜が形成される。Ｚｎメッキ被膜が形
成された鋼板１の溶融しているメッキ面に、移行型プラ
ズマアークトーチ２０から未溶融または半溶融状態のセ
ラミックス微粒子が吹き付けられ、そのＺｎメッキ被膜
内にセラミックス微粒子が分散される。ガスワイピング
ノズル８にて表面仕上げが行われた後、分散メッキ鋼板
３１はスキンパスロール５を介してテンションリール６
に巻き取られる。

【００２８】移行型プラズマアークトーチ２０から中空
孔２６からセラミックス微粒子２７を送給するので、熱
源の中心にセラミックス微粒子２７を送給できる。従っ
て、セラミックス微粒子２７の速度，　温度のばらつき
を容易に抑制してこれらを均一化することができ、セラ
ミックス微粒子２７を均質にＺｎメッキ被膜内に分散さ
せることができる。また、上述したプラズマ溶射法に比
べて、プラズマの流速が遅いので、Ｚｎメッキ被膜をあ
まり強く押圧せず、プラズマ溶射法と比べて、厚膜の形
成が容易であると共に表面乱れも少ない。また、メッキ
面を加熱してメッキ被膜の粘性を低下させることが可能
であるので、セラミックス微粒子のメッキ被膜への注入
は容易である。

【００２９】次に、本発明の製造方法により製造した分
散メッキ鋼板と従来の製造方法にて製造したメッキ鋼板
とにおける特性結果の比較について説明する。第１発明
により分散メッキ鋼板（以下本発明品Ａという）を製造
した。製造時の溶射装置７における吹き付け条件は次の
通りである。溶射法：ガスプラズマ溶射、電流：　３０
０〜５００　Ａ、電圧：６８〜７３Ｖ、プラズマガス：
４８リットル／分のＡｒ及び０〜１２リットル／分のＨ
２　、セラミックス微粒子：平均粒径１μｍのＺｒＯ２
　─８％Ｙ２　Ｏ３　、溶射距離：　１２０〜２００　
ｍｍ。また、メッキ浴槽４における溶融メッキ条件は次
の通りである。通板速度：　１００〜１２０　ｍ／分、
メッキ溶融液の組成：Ｚｎ９９．７％，　Ａｌ０．０３
％、メッキ溶融液の温度：　４９０〜５２０　℃。また
、第３発明により分散メッキ鋼板（以下本発明品Ｂとい
う）を製造した。製造時の移行型プラズマアークトーチ
２０における吹き付け条件は次の通りである。プラズマ
形態：移行型プラズマアーク、電流：　１００〜３００
　Ａ、プラズマガス：２０〜４０リットル／分のＡｒ、
セラミックス微粒子：平均粒径１μｍのＺｒＯ２　─８
％Ｙ２　Ｏ３　、トーチ２０からメッキ被膜までの距離
：７０〜１５０　ｍｍ。なお、メッキ浴槽４における溶
融メッキ条件は、本発明品Ａの製造時と同じである。

【００３０】比較用のメッキ鋼板として、Ｚｎメッキ鋼
板（以下従来品ａという）と、Ａｌメッキ鋼板（以下従
来品ｂという）と、Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼板（以下従
来品ｃという）と、Ｚｎ−Ａｌ複合メッキ鋼板（以下従
来品ｄという）と、電気メッキ法によりメッキ被膜にセ
ラミックス微粒子を分散させた分散メッキ鋼板（以下従
来品ｅという）との５種類を製造した。従来品ａでは、
メッキ溶融液の組成をＺｎ９９．７％，　Ａｌ０．０３
％とし、メッキ膜厚を２０μｍとした。従来品ｂでは、
メッキ溶融液をＡｌ１００　％とし、メッキ膜厚を２０
μｍとした。従来品ｃでは、メッキ溶融液の組成をＡｌ
５５％，　Ｚｎ４３．４％，　Ｓｉ　１．６％とし、メ
ッキ膜厚を２０μｍとした。従来品ｄでは、１５μｍ厚
のＺｎメッキ被膜の上にＡｌを５μｍの厚さに溶射した
。従来品ｅでは、セラミックス微粒子として平均粒径約
１μｍのＺｒＯ２　─８％Ｙ２　Ｏ３　を使用し、分散
比率を重量比で４％とし、メッキ膜厚を２０μｍとした
。

【００３１】以上のような２種類の本発明品Ａ，Ｂ及び
５種類の従来品ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに対して、ＪＩＳＺ
２３７１に準じた塩水噴霧試験と密着曲げ試験とを行っ
て、メッキ被膜の耐食性と密着性とについて評価した。 この評価結果を下記第１表に示す。塩水噴霧試験につい
ては赤錆発生までの経過時間により評価し、密着曲げ試
験についてはメッキ被膜の剥離の有無により評価した。

【００３２】

【００３３】第１表から理解できるように、本発明品Ａ
，Ｂは何れも、　５００時間を超えても赤錆が発生せず
、優れた耐食性を有しており、また、密着曲げ試験にあ
っても剥離が発生せず、優れた密着性を有している。な
お、本発明品Ａ，Ｂは、電気メッキ法にて製造した従来
品ｅと比べると、耐食性及び密着性において差異は見ら
れないが、生産性，製造コストの面から優れていること
は前述した如くである。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、第１発明では、溶
融メッキ法と溶射によるセラミックス吹き付けとを併用
するので、耐食性に優れた分散メッキ鋼板を、メッキ被
膜内にセラミックス微粒子を均質に分散させて生産性良
く製造することができる。

【００３５】第２発明では、移行型プラズマアークトー
チの中空孔を通して微粒子を送給するので、熱源の中心
に微粒子を送給でき、各微粒子の速度，温度を容易に均
一とすることができる。

【００３６】第３発明では、第２発明における移行型プ
ラズマアークトーチを用いて、セラミックス微粒子をメ
ッキ被膜に吹き付けるので、各微粒子は均一に加速，加
熱されて、セラミックス微粒子をより均質に分散させる
ことができる。また、プラズマ溶射によりセラミックス
微粒子を吹き付ける場合に比して、プラズマ自身の流速
が速くないので、メッキ被膜を押すことがなく、厚膜形
成が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願に係る第１発明の実施状態を示す分散メッ
キ鋼板製造ラインの模式図である。

【図２】本願に係る第２発明の移行型プラズマアークト
ーチの構成を示す模式的断面図である。

【図３】本願に係る第３発明の実施状態を示す分散メッ
キ鋼板製造ラインの模式図である。

【符号の説明】

１　　鋼板 ４　　メッキ浴槽 ７　　溶射装置 １１　　分散メッキ鋼板 ２０　　移行型プラズマアークトーチ ２１　　陰極 ２５　　メッキ鋼板 ２６　　中空孔 ２７　　セラミックス微粒子 ２８　　プラズマアーク ３１　　分散メッキ鋼板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　そのメッキ被膜中にセラミックス微粒
   子が分散している分散メッキ鋼板を製造する方法におい
   て、金属の溶融液に鋼板を通して該鋼板にメッキ被膜を
   形成した後、メッキされた前記金属が溶融している状態
   にて、未溶融状態または半溶融状態のセラミックス微粒
   子を前記メッキ被膜に吹き付けて分散させることを特徴
   とする分散メッキ鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】　　中空形状の電極を有する移行型プラズ
   マアークトーチにおいて、前記電極の中空孔を通じてプ
   ラズマガスと共に微粒子を送給するようになしてあるこ
   とを特徴とする移行型分散メッキ鋼板製造用プラズマア
   ークトーチ。
3. 【請求項３】　　そのメッキ被膜中にセラミックス微粒
   子が分散している分散メッキ鋼板を製造する方法におい
   て、金属の溶融液に鋼板を通して該鋼板にメッキ被膜を
   形成した後、メッキされた前記金属が溶融している状態
   にて、未溶融状態または半溶融状態のセラミックス微粒
   子を、請求項２記載の移行型分散メッキ鋼板製造用プラ
   ズマアークトーチを用いて、前記メッキ被膜に吹き付け
   て分散させることを特徴とする分散メッキ鋼板の製造方
   法。