JPH04365880A - スポット溶接性に優れた電気亜鉛めっき鋼板 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接における
電極チップ寿命に優れた電気亜鉛めっき鋼板に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板の溶接性を向上させる方
法としては、例えば特開昭６２−２１５２１１号公報に
、めっき鋼板表面に電極保護金属を付着させる媒体皮膜
を被覆せしめて、スポット溶接における電極チップ寿命
を大幅に延長し得る方法が開示されている。また、同公
報には、めっき鋼板の表面にＺｎＯを主体とする酸化膜
を３０〜３０００ｍｇ／ｍ２　生成させ、同様に溶接性
を向上させることが開示されている。

【０００３】このような方法により、亜鉛めっき鋼板溶
接における電極チップ寿命の大幅な改善が得られるが、
冷延鋼板と比べると格段の差異があり、亜鉛めっき鋼板
を導入する際に多大な設備投資と溶接品質管理強化が必
要となることから、冷延鋼板なみの電極チップ寿命を有
する良溶接性亜鉛めっき鋼板に対する産業界からの要請
は強い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、亜鉛めっき
鋼板の電極チップ寿命の拡大に対する要求を有利に解決
するためなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、下記のとおりである。 （１）　　めっき層の最下層部に、Ｆｅを主成分とした
めっき層をＦｅ量で０．００１〜１０ｇ／ｍ２　付着せ
しめたことを特徴とするスポット溶接性に優れた電気亜
鉛めっき鋼板。

【０００６】（２）　　めっき層上層にＺｎＯを主体と
する酸化膜を３０〜３０００ｍｇ／ｍ２　（片面あたり
）生成せしめたことを特徴とする前項１記載のスポット
溶接性に優れた電気亜鉛めっき鋼板。 本発明の対象とする亜鉛めっき鋼板は、電気めっき法、
蒸着めっき法、溶射法など溶融めっき法を除く各種の製
造方法によるものがあり、めっき組成としては、耐食性
、密着性など諸機能の向上のためＺｎ中にＦｅを除く１
種ないし２種以上の合金元素および不純物元素を含み、
またＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ２　などのセラミックス微
粒子、ＴｉＯ２　などの酸化物、有機高分子をめっき層
に分散させたものがあり、めっき層の厚み方向で単一組
成のもの、連続的あるいは層状に組成が変化するものが
あり、さらに複層めっき鋼板では、最上層あるいは中間
層、最下層としてＮｉを主成分として、ＺｎやＰなどの
各種元素を含むものがある。例えば電気亜鉛めっき鋼板
、電気亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、電気亜鉛−クロ
ーム合金めっき鋼板、電気亜鉛−クロム−ニッケル合金
めっき鋼板など、さらにこれらの単一めっき層または複
数のめっき層およびこれらのめっき層上に有機皮膜を被
覆しためっき鋼板、亜鉛および亜鉛含有金属の蒸着めっ
き鋼板がある。その他、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ２　な
どのセラミックス微粒子、ＴｉＯ２　酸化物微粒子およ
び高分子などを亜鉛合金めっき層中に分散させた分散め
っき鋼板がある。このような亜鉛めっき鋼板のめっき層
の最下層部にＦｅを主成分としためっき層を有すること
を特徴とするものである。

【０００７】ＺｎＯを主体とする酸化膜とは、酸化物中
にＺｎＯの他、例えばめっき層中に含有する成分元素ま
たはそれらの酸化物などの化合物等を含有してもよい。 また、電気化学的な方法で酸化膜を形成する場合におい
ては、処理液が含有する成分あるいは化合物を含んでも
よい。このような亜鉛めっき鋼板において、めっき層の
最下層部にＦｅを主成分とするＦｅめっきを施すことに
より電極チップ寿命が大幅に拡大する理由を記述する。

【０００８】即ち、本発明においては上記の如き、めっ
き層の最下層部にＦｅめっきを有する亜鉛めっき鋼板め
っき層の表面にＺｎＯを主体とする酸化膜を被覆せしめ
、スポット溶接することにより、その溶接熱によって、
まずめっき金属が溶融状態となるが、このめっき金属が
電極チップに直接接触すると、電極チップ組成の銅とめ
っき組成の亜鉛が選択的に反応し、低融点の銅−亜鉛合
金層を形成して、電極チップが損耗し、寿命を短命にす
ることになる。

【０００９】この溶融状態のめっき金属は、上記めっき
鋼板の表面に被覆せしめたＺｎＯ皮膜により、電極チッ
プとの接触を断たれ、めっき金属の電極チップとの直接
接触による溶損等を防止するとともに、さらに溶融状態
のめっき金属が鋼板側から析出する鉄と合金化され、主
として鉄−亜鉛合金となり、これがＺｎＯ皮膜の亀裂部
を通して、あるいはＺｎＯ皮膜と一緒に電極チップ先端
部へ移行し、堆積して電極チップの保護膜、即ち電極保
護金属となり、溶接を継続しても保護膜の厚み、形状に
は大きな変化がなく、常時良好な溶接ができる。この保
護皮膜は、電極チップ先端形状を凸型に保つ効果を持つ
ことから、スポット溶接を連続的に繰り返し電極チップ
が軟化損傷する過程において、低電流で溶接ができ、電
極チップ寿命を延長することができる。

【００１０】ここで、電極保護金属とは、めっき金属と
地鉄金属成分との合金を主体とするもので、平均濃度と
して、Ｆｅ：２０〜６０％、Ｚｎ：４０〜８０％程度の
場合が多いが、一般にＦｅ濃度の高い方が好ましく、特
に高濃度Ｚｎ部分が局在するような場合は好ましくない
。また、電極保護金属はめっき金属の成分は勿論のこと
、Ｍｎ、Ｓなどの鋼板成分、Ｃｒなどのめっき鋼板の化
成処理など表面処理生成物の成分およびＣｕなどの電極
チップの成分を含むことがある。

【００１１】即ち、電極チップ先端部にＦｅ、Ｚｎを主
成分とする電極保護金属を生成させるＺｎＯ皮膜をめっ
き層表面に被覆せしめ、溶接熱によりめっき金属と鋼板
との合金を上記ＺｎＯ皮膜を通じて、あるいは皮膜と一
緒に電極チップ上に生成させつつ、溶接するものである
。従って、電極チップとめっき層Ｚｎ成分との反応抑制
、電極保護金属の生成促進および電極チップ上への付着
性の促進が電極チップ寿命改善の程度に大きく影響を与
えることになる。電極保護金属の生成は、溶接熱で溶融
しためっき金属中へのＦｅ拡散によるが、Ｆｅめっき層
を有していない通常の亜鉛めっき鋼板の場合、Ｆｅ拡散
の供給源は地鉄となることから、その量はめっき金属成
分やめっき付着量により大きく異なる。特に、めっき層
中にＣｒなどを含有する場合において、溶融めっき成分
中への地鉄Ｆｅ成分の拡散が大きく抑制されること、ま
た、めっき付着量が多い場合、地鉄Ｆｅ成分の拡散量が
めっき成分量に対して相対的に少なくなることから、こ
のような場合、Ｆｅ濃度の高い電極保護金属の生成が困
難となる。そこで、このような亜鉛めっき鋼板において
、Ｆｅ濃度の高い電極保護金属を安定して生成させる条
件について検討したところ、熱的に安定した地鉄Ｆｅ成
分の溶融めっき成分中への拡散が比較的遅いのに対して
、熱的に不安定な状態にあるＦｅめっきは容易に熱拡散
することを見出した。

【００１２】しかして、めっき層の最下層部に熱的に不
安定なＦｅめっきを介した亜鉛めっき鋼板および亜鉛合
金めっき鋼板において、そのめっき層表面にＺｎＯ皮膜
を生成せしめることにより、めっき種およびめっき付着
量にかかわらず、Ｆｅ濃度の高い電極保護金属を電極チ
ップ表面に容易にかつ安定して付着せしめることが可能
となり、電極チップ寿命の大幅な拡大が可能となる。こ
のようなＦｅめっきの付着量としては、０．００１〜１
０ｇ／ｍ２　（片面あたり）で、０．００１ｇ／ｍ２　
未満では効果が十分でなく、また１０ｇ／ｍ２　超にな
ると電極保護金属中のＦｅ濃度が飽和することから、こ
れ以上の付着量は経済的ではないことによる。尚、Ｆｅ
めっき層の位置については、亜鉛めっき層の最下層が最
も効果的であるが、最表面部を除くめっき層の一部に存
在させることも有効である。

【００１３】次に、このような酸化膜の生成量としては
、酸化膜中のＺｎＯ量（片面あたり）として３０〜３０
００ｍｇ／ｍ２　で、３０ｍｇ／ｍ２　未満では効果が
十分でなく、また３０００ｍｇ／ｍ２　超になると電気
抵抗が大となり、電極が軟化変形を生じ易くなり、電極
寿命が短命になり好ましくない。尚、ＺｎＯを主体とす
る酸化膜は、めっき鋼板が空気接触することによって極
く僅かに生成するが、このような酸化膜量では測定も困
難なほど少量であり、上記の作用効果は全く得られず、
本発明の如く意図的に生成せしめていないので、実質的
に酸化膜生成はないという前提である。

【００１４】しかして、前記の如きめっき層の最下層部
に鉄めっきする方法として、通常の電気めっきあるいは
蒸着めっきなど、溶融めっきを除くいずれの方法でもよ
い。酸化膜の生成方法としては、めっき後アルカリまた
は酸性溶液中に浸漬酸化する方法、その他アルカリ、中
性または酸性溶液中で電気化学的に酸化する方法なども
有効な手段となる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに表１、
２に挙げる。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】注１：めっき鋼板の内容 １）全て両面めっき。 ２）鋼板厚さはいずれも０．８ｍｍの普通軟鋼板。 注２：酸化膜生成処理方法はめっき後、Ｚｎ（ＮＯ３）
２　・６Ｈ２　Ｏ水溶液に浸漬する方法で行った。処理
浴の濃度はＺｎ（ＮＯ３）２　・６Ｈ２　Ｏ：６００ｇ
／ｌ、ＨＮＯ３：０．５ｍｌ／ｌ、浴温は５０℃とし、
酸化膜量を処理時間（０〜１０秒）で制御した。

【００１９】注３：酸化膜中のＺｎＯ測定は、５％ヨウ
素メタノール溶液により、めっき層を溶解し、抽出残渣
を混合融剤（硼酸１、炭酸ナトリウム３）で溶解した後
、塩酸で溶液化して亜鉛の量をＩＣＰ（赤外分光法）で
測定し、ＺｎＯに換算した。 注４：酸化膜中の〔Ｏ〕強度測定は、表面のＧＤＳ（グ
ロー放電分光）分析から得られる酸素量を最表面から１
秒間の積分強度の値とした。

【００２０】注５：溶接条件 溶接条件は下記による。 １）加圧力：２５０ｋｇｆ ２）初期加圧時間：４０Ｈｚ ３）通電時間：１２Ｈｚ ４）保持時間：５Ｈｚ ５）板組合わせ：二枚重ね溶接 ６）電極チップ寿命テスト溶接電流：１１ｋＡ７）電極
チップ先端径：５．０φ（円錐台頭型）８）電極寿命終
点判定：溶接電流の８５％でのナゲット径が３．６ｍｍ
を確保できる打点数 ９）電極材質：Ｃｕ−Ｃｒ（一般に用いられているもの
） 電極寿命溶接は、めっき鋼板の片面を上、他面を下とし
て、２枚重ね合わせて、１点／２秒の速度で、２０点連
続溶接、３０秒休止の繰り返しとした。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、スポット溶接において
、連続打点数を増加し、それだけ電極を取り替えること
なく長時間溶接でき、電極の耐久性を向上させることが
できる電気亜鉛めっき鋼板を提供できる。また、本発明
の電気亜鉛めっき鋼板を用いると、溶接による生産性を
向上させることができるなど優れた効果が得られる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　めっき層の最下層部にＦｅを主成分と
   しためっき層をＦｅ量で０．００１〜１０ｇ／ｍ２　付
   着せしめたことを特徴とするスポット溶接性に優れた電
   気亜鉛めっき鋼板。
2. 【請求項２】　　めっき層上層にＺｎＯを主体とする酸
   化膜を３０〜３０００ｍｇ／ｍ２　（片面あたり）生成
   せしめたことを特徴とする請求項１記載のスポット溶接
   性に優れた電気亜鉛めっき鋼板。