JPH04365883A - 加工性及び塗装後耐食性に優れた表面処理ＡｌまたはＡｌ合金材 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輛や家庭
電化製品、建築材料等の様に、プレス成形等の成形加工
を施し或は塗装して使用される分野において、優れた加
工性および塗装後耐食性を発揮する表面処理Ａｌまたは
Ａｌ合金材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌまたはＡｌ合金材（以下、Ａｌ合金
材で代表する）は優れた耐食性と美感（意匠性）を有し
ており、且つ軽量であることから、家庭電化製品の外板
用あるいは建材用等として幅広く利用されてきた。

【０００３】また最近ではＡｌ合金材の上記特性を生か
して自動車等の分野においても利用される様になり、プ
レス加工したり塗装して利用する機会も増えている。と
ころがＡｌ合金材の表面には酸化物よりなる不働態皮膜
が形成されており、直接塗料を塗布しても良好な塗膜密
着性が得られにくい。そこで塗装に先立ってりん酸塩処
理等の塗装前処理を施し、塗膜密着性を改善することも
考えられるが、上記不働態皮膜はりん酸塩処理性にも悪
影響を及ぼし、塗装前処理による密着性改善効果が十分
に発揮されない。

【０００４】またＡｌ合金材を、鋼材に代わる軽量材と
して自動車用外板材等に利用しようとしても、現状では
Ａｌ合金材専用の処理ラインが設けられている訳ではな
く、従来から設置されている鋼板の表面処理ラインを利
用してＡｌ合金材の表面処理が行なわれる。この場合、
たとえば鋼板のりん酸塩処理ラインを利用してＡｌ合金
材のりん酸塩処理を行なうと、りん酸塩処理浴中にＡｌ
が溶け込んでりん酸塩処理性そのものを阻害するという
問題も起こってくる。

【０００５】こうした問題の改善策として、例えば特開
昭６１−１５７６９３号等に記載されている様に、Ａｌ
合金材の表面にりん酸塩処理性の高いＺｎやＺｎ系合金
めっきを施しておき、次いでりん酸塩処理することによ
って塗膜密着性を高める方法が提案された。

【０００６】ところがＺｎやＺｎ合金めっきの施された
Ａｌ合金材は冷延鋼板や表面処理鋼板に比べて加工性が
悪く、プレス成形等によってめっき層が剥離したり金型
に付着するビルドアップ現象を起こすという問題が生じ
てくる。そしてめっき層が剥離もしくは脱落した部分で
はその後のりん酸塩処理が不十分となり、ひいては満足
な塗膜密着性が得られなくなって塗装後耐食性も悪くな
るという問題があった。

【０００７】

【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、その目的は、めっ
きを施した状態で優れた加工性を示し、しかもその後の
りん酸塩処理によって良好な塗膜密着性と塗装後耐食性
を発揮し得る様な表面処理Ａｌ合金材を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の構成は、ＡｌまたはＡｌ合金基材表面
に、Ｚｎ含量が５０％（以下、特記しない限り重量％を
意味する）以上であるＺｎ系めっき層が形成され、該Ｚ
ｎ系めっき層の上に、更にＦｅ含量が２０％以上である
Ｆｅ−Ｚｎ系合金めっき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。上記構成において、基材
表面に形成されるＺｎ系めっき層とその上に形成される
Ｆｅ−Ｚｎ系合金めっき層の間に、ＦｅとＺｎの濃度比
率が漸次変化する中間層を形成しておけば、加工性およ
び塗装後耐食性は一段と優れたものになる。

【０００９】

【作用】本発明者らは、めっき処理されたＡｌ合金材の
加工性を高めるには、めっき層自体の潤滑性を改善する
必要があると考え、Ｚｎ系めっきに代えて潤滑性の優れ
たＦｅ−Ｚｎ系合金めっきを下地層として形成すること
を検討した。ところがＡｌ合金基材の表面に直接Ｆｅ−
Ｚｎ系合金めっきを施した場合は、例えば電気めっき法
を採用した場合でもＡｌ合金基材に対するめっき密着性
が悪く、加工時にＦｅ−Ｚｎ系合金めっき層が簡単に剥
離してしまうため問題の解決とはならないことが分かっ
た。

【００１０】即ちめっき処理されたＡｌ合金材の加工性
を高めるには、めっき層自体の加工性（潤滑性）を高め
るだけでは足りず、Ａｌ合金基材に対するめっき層の密
着性を高めて加工時にめっき層が剥離するのを防止しな
ければならない。そこでめっき層自身の加工性を高める
と共に基材との密着性も改善すべく更に検討を加えた結
果、Ａｌ合金基材の表面にＺｎリッチのＺｎ系めっき層
を下地層として形成し、その上にＦｅ−Ｚｎ系合金めっ
き層を形成してやれば、Ｚｎ系めっき層によって基材と
の密着性が確保されると共に、その上に形成されるＦｅ
−Ｚｎ系合金めっき層によって加工時の潤滑性が与えら
れ、めっき層全体として優れた密着性と加工性が保障さ
れることが分かった。

【００１１】この場合、下地層が十分な密着性を発揮す
るには、Ｚｎ系めっき層中のＺｎ含量が５０％以上、よ
り好ましくは８０％以上とすることが必要で、Ｚｎ含量
が不足する場合はＡｌ合金基材に対して十分な密着性が
得られ難くなる。このＺｎ系めっき層は、実質的にＺｎ
のみからなるものである純Ｚｎめっきのほか、他の成分
としてＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｓｉ等の合金成分の１
種又は２種以上を含むものであってもよく、更には該Ｚ
ｎ系めっき層を置換めっき法等によって形成する際にめ
っき浴中に補助剤等として添加されるＳｉＯ２　やＡｌ
２　Ｏ３　，Ａｌ（ＯＨ）３　等がめっき層中に少量混
入したものであってもよく、要はＺｎ含量が５０％以上
であればＡｌ合金基材に対して十分な密着性を得ること
ができる、しかしこれらの中でも特に好ましいのは、そ
れ自身が優れた耐糸さび性を有しているＺｎ含量８０〜
９５％、Ｆｅ含量２０〜５％のＺｎ−Ｆｅ系合金めっき
、あるいはこれらと共に２〜１０％のＳｉＯ２　，Ａｌ
２　Ｏ３　，Ａｌ（ＯＨ）３　等のセラミックス分が混
入したＺｎ−Ｆｅ−セラミックス系複合めっき材であり
、これら硬質のセラミックス分が含まれることによりめ
っき層の成形性を向上させることができる。

【００１２】次に上記Ｚｎ系めっき層上に形成されるＦ
ｅ−Ｚｎ系合金めっき層は、主としてめっき層表層側を
硬質化して滑りを良くし成形加工性を高めるために設け
られるものであり、目的達成のためにはＦｅ含量が２０
％以上であるＦｅ−Ｚｎ系めっきとしなければならない
。Ｆｅ含量が不足する場合は、Ｆｅによる潤滑性改善効
果が有効に発揮されなくなる。Ｆｅのより好ましい含有
量は３０％以上、更に好ましくは６０％以上である。 尚このＦｅ−Ｚｎ系合金めっき層には、他の合金成分と
して少量のＮｉ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉなどの元素も
しくはＳｉＯ２　，Ａｌ２　Ｏ３　，Ａｌ（ＯＨ）３な
どが混入していてもよい。

【００１３】たとえば図１は、下地めっき層をＺｎ−５
％Ｆｅめっき（付着量：約１ｇ／ｍ２）一定とし、その
上に形成されるＦｅ−Ｚｎ系めっき層のＦｅ含量とビッ
カース硬さ（Ｈｖ）の関係を調べた結果を示したグラフ
であり、この図からも明らかである様にＦｅ−Ｚｎ系め
っき層中のＦｅ含量が２０％未満になるとめっき表層部
の硬度が十分に上がらず、表面潤滑性が不足するため満
足のいく成形加工性が得られなくなる。従ってＦｅ−Ｚ
ｎ系めっき層中のＦｅ含量は２０％以上、より好ましく
は３０％以上にしなければならない。またＦｅ含量が６
０％以上のＦｅ−Ｚｎ系合金であれば、これをりん酸塩
処理したときに生成する化成皮膜が耐アルカリ性の良好
なホスホフェライトとなり、塗装後耐食性も非常に優れ
たものとなる。

【００１４】この様に本発明では、Ａｌ合金基材の上に
密着性改善の為の最下層としてＺｎ系めっき層を形成し
、その上に加工性改善の為の表面層としてＦｅ−Ｚｎ系
合金めっき層を形成したところに特徴を有するものであ
るが、該めっき層の表面層から最下層に至る間でＦｅと
Ｚｎの濃度比率を連続的もしくは段階的に変化させてや
れば、めっき処理材の加工性および塗装後耐食性は更に
向上する。即ちめっき層の表面側に行くほどＦｅ含量が
多くなる様にめっき組成を徐々に変化させると、プレス
加工等によってめっき層に外部応力がかかったときでも
、該応力はめっき層内で漸次吸収されることになり、加
工性は一段と高められる。またこの様なめっき層の組成
変化によってりん酸塩処理時における局部的なりん酸塩
処理性の差異も生じにくくなり、その結果均一なりん酸
塩皮膜が得られるため、塗膜密着性および塗装後耐食性
を一段と高めることができる。

【００１５】めっき付着量は、めっき密着性、加工性及
び化成処理性（りん酸塩処理性）を総合的に考慮して決
めるべきであり、Ａｌ合金基材に対して十分な密着性を
得るには、下地層として形成されるＺｎ系めっきの付着
量を０．１ｇ／ｍ２　以上、より好ましくは０．２ｇ／
ｍ２　以上にするのがよい。まためっき表面の潤滑性を
高めて満足のいく加工性を確保し、且つりん酸塩処理後
の塗膜密着性および塗装後耐食性を十分に高めるには、
Ｆｅ−Ｚｎ合金めっきの付着量を０．１ｇ／ｍ２　以上
、好ましくは０．２ｇ／ｍ２　以上とするのがよい。

【００１６】但しめっき層全体としての付着量が多くな
り過ぎると、加工時にめっき層がパウダリングやフレー
キング等を起こし易くなるばかりでなく、りん酸塩処理
後もめっき金属の一部が残って塗装後耐食性を劣化させ
る恐れがでてくるので、３ｇ／ｍ２程度以下、好ましく
は１ｇ／ｍ２以下に抑えることが望まれる。即ちＡｌ合
金材にめっき処理を施すのは、前述の如く塗装前処理と
して行なわれるりん酸塩処理性を高めるためであり、こ
のめっき層は、りん酸塩処理工程でその全てをホパイト
やホスホフェライト等の化成皮膜に変えるのがよい。し
かしてりん酸塩処理後もめっき金属が残存していると、
苛酷な腐食環境下で塗膜下の該残存金属が溶解し、塗膜
ふくれ等の問題を起こすからである。この様なところか
ら、めっき層全体としての付着量は、その後のりん酸塩
処理ですべてを化成皮膜に変え得る様、３ｇ／ｍ２程度
以下にすることが望まれる。

【００１７】上記の様な複層構造めっき層の形成方法に
は一切制限がなく、公知のめっき法をそのままもしくは
適当に変更して実施することができるが、一般的な方法
としては、ジンケートなどの置換めっき法、化学めっき
法、電気めっき法、あるいはこれらを組合せた方法等が
例示される。尚めっき層の表層部を構成するＦｅ−Ｚｎ
系めっき層については、美麗で且つピンホール欠陥等の
ない均一なめっき層を得ることのできる電気めっき法が
最適である。尚めっき組成を順次変化させる方法として
は、めっき浴組成を段階的に変化させる方法、あるいは
電流密度を段階的に変化させる方法を採用することがで
きる。

【００１８】また本発明が適用されるＡｌ合金基材とし
ては、銅、マンガン、珪素、マグネシウム、亜鉛、クロ
ム、ニッケル等の１種もしくは２種以上を合金成分とし
て含む様々のＡｌ合金を包含するものであり、その形状
も、最も一般的な板状物のほか、棒状物、線状物、管状
物等、用途、目的に応じて種々の形状のものに適用する
ことが可能である。

【００１９】

【実施例】

実施例１ Ａｌ−Ｍｇ系およびＡｌ−Ｓｉ系のＡｌ合金板、並びに
Ａｌ板を基板として使用し、この表面にＺｎ系めっき層
は置換めっき法により、またＦｅ−Ｚｎ系めっき層は電
気めっき法により、夫々表１，表２に示す種々の組合せ
でＺｎ系およびＦｅ−Ｚｎ系合金よりなる２層めっきを
施し、得られた各めっき処理板について加工性を調べた
。また得られた各めっき処理板に対し、常法に従ってり
ん酸塩処理を施した後、エポキシ系塗料（日本ペイント
社製）を厚さが約２０μｍ　となる様に塗布してから下
記の方法で塗装後耐食性を調べた。

【００２０】（試験法） 加工性：ドロービード試験を行ない、サンプル引抜きに
要する荷重及びめっき剥離量によって評価する。 ◎：極めて優、○：優、△：良、×：劣塗装後耐食性：
塗膜にクロスカットを入れた後、下記サイクルの腐食試
験を８サイクル実施し、クロスカット部からの塗膜のふ
くれ幅にて評価した。 評価：◎：極めて優、○：優、△：良、×：劣塩水噴霧
試験（３５℃×２４ｈ　） ↓ 湿潤試験　　（８０％　ＲＨ，５０℃×１２０ｈ）↓ 室内放置　　　　　（２５℃×　２４ｈ）結果を表１，
表２に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表１，表２より次の様に考えることができ
る。 Ｎｏ．１〜１２は本発明の規定要件をすべて満足する実
施例であり、加工性および塗装後耐食性のいずれにおい
ても良好な結果が得られている。

【００２４】これに対し　Ｎｏ．１３〜１９は、以下に
示す如く本発明で規定するいずれかの要件を欠如する比
較例であり、加工性及び塗装後耐食性のいずれかが不十
分である。

【００２５】Ｎｏ．　１３：めっき層が全く形成されて
おらないためりん酸処理性が極めて悪く、塗装後耐食性
が劣悪である。 Ｎｏ．　１４：基板上に直接Ｆｅめっきを施したもので
あり、基材に対するめっき層の密着性が悪いため加工時
にめっき層の剥離がおこり、塗装後耐食性も十分でない
。 Ｎｏ．　１５，１６：表面層を構成するめっき中のＦｅ
含量が不足するため加工性，塗装後耐食性ともに不十分
である。 Ｎｏ．　１７，１８：下層のＺｎ含量が不足するため密
着性が悪く、そのため加工時にめっき層の剥離が起こり
やすい。 Ｎｏ．　１９：下層のＺｎ含量，表面層のＦｅ含量とも
に本発明の範囲外であるため加工性，塗装後耐食性とも
に劣悪である。

【００２６】なお、Ｎｏ．　２０〜２２は本発明の規定
要件は満たしているが、めっき付着量が好ましい範囲を
若干外れているものであり、　Ｎｏ．２０は下層側のＺ
ｎめっき付着量がやや少ないためにめっき層の密着性が
不足気味であり、加工性が十分でない。Ｎｏ．　２１は
表面層のＦｅ−Ｚｎ合金めっき付着量がやや少ないため
に加工性改善効果およびりん酸塩処理性改善効果が不足
気味であり、何れの性能もやや低い。Ｎｏ．　２２は総
めっき付着量が好適範囲を超えるものであり、りん酸塩
処理後もめっき金属の一部が残存して塗装後耐食性に悪
影響を及ぼしている。

【００２７】実施例２ 実施例１の方法に準拠して表３に示す構成のめっき処理
を施し、以下も実施例１と同様にして加工性および塗装
後耐食性を調べ、表３に併記する結果を得た。尚基板と
してはＡｌ−Ｍｇ合金を用いた。

【００２８】尚表３における「めっき層構造」について
は、最下層のＺｎめっきと表面層のＦｅ−Ｚｎ合金めっ
き間で、ＦｅとＺｎの含有比率が漸次変化しているもの
を「○」、変化していないものを「×」で示した。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３において、　Ｎｏ．１〜７は本発明の
規定要件を充足すると共に、最下層と表面層の間でＦｅ
とＺｎの含有比率を漸次変化させたより好ましい実施例
であり、Ｆｅ、Ｚｎ含有比率を変化させていない　Ｎｏ
．８の実施例に比べて一段と優れた加工性および塗装後
耐食性が得られている。

【００３１】これらに対し　Ｎｏ．９〜１６は、以下に
示す如く本発明で定める規定要件のいずれかを欠く比較
例であり、加工性及び塗装後耐食性のいずれかが不十分
である。

【００３２】Ｎｏ．　９：めっき処理が全く行なわれて
いない。 Ｎｏ．　１０：表面層を構成するＦｅ−Ｚｎ合金めっき
中のＦｅ含量が２０重量％未満である。 Ｎｏ．　１１：最下層がＦｅ単独めっきである。 Ｎｏ．　１２，１３：いずれもめっき層が単層構造であ
る。 Ｎｏ．　１４，１５，１６：最下層のＺｎ含量が５０重
量％未満である。

【００３３】尚　Ｎｏ．１７は、総めっき付着量が好適
値を超えるものであり、加工時にめっき層がパウダリン
グを起こす傾向があるため、塗装後耐食性にも悪影響が
現われている。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、め
っき層を複層構造とし且つ各層の構成々分を特定するこ
とによって、優れた加工性を示すと共に、りん酸塩処理
によって優れた塗膜密着性及び塗装後耐食性を示す表面
処理ＡｌまたはＡｌ合金材を提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面側のＦｅ−Ｚｎ系めっき層中のＦｅ含量と
ビッカース硬さの関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＡｌまたはＡｌ合金基材表面にＺｎ含
   量が５０重量％以上であるＺｎ系めっき層が形成され、
   該Ｚｎ系めっき層の上に更にＦｅ含量が２０重量％以上
   であるＦｅ−Ｚｎ系合金めっき層が形成されたものであ
   ることを特徴とする加工性及び塗装後耐食性に優れた表
   面処理ＡｌまたはＡｌ合金材。
2. 【請求項２】　　ＡｌまたはＡｌ合金基材表面にＺｎ及
   びＦｅを含むめっき層が形成され、該めっき層の最下層
   はＺｎ含量が５０重量％以上であると共に、表面層はＦ
   ｅ含量が２０重量％以上のＦｅ−Ｚｎ系合金であり、且
   つ該表面層から最下層に至る間はＦｅとＺｎの濃度比率
   が段階的若しくは連続的に漸次変化していることを特徴
   とする加工性及び塗装後耐食性に優れた表面処理Ａｌま
   たはＡｌ合金材。