JPH05320874A - 蒸着めっき層の形成方法及び蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸着めっきされる鋼材の表面温度を制御する
ことによって、イオンビーム照射による活性化前処理の
有効性を向上させる。 【構成】 蒸着めっき層が形成される鋼材の表面にイオ
ンビームを照射した後、鋼材の表面温度を１００〜４０
０℃に維持し、次いで鋼材を真空雰囲気下で蒸着めっき
する。イオンビームの照射は、０．０５クーロン／ｍ²
以上の照射量で行うことが好ましい。蒸着めっきは、異
種金属材料を順次或いは同時に蒸着させながら行うこと
ができる。また、鋼材の顕熱を利用することもできる。
この場合、イオンビーム照射後の鋼材が降温する過程で
表面温度が１００〜４００℃の範囲にあるとき、真空雰
囲気下で鋼材を蒸着めっきする。 【効果】 鋼材の表面温度を１００〜４００℃の範囲に
維持することにより、被めっき材料表面に形成された多
数の活性点を起点としてめっき金属が蒸着されるため、
密着性，加工性，耐食性，塗膜密着性に優れためっき層
が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下地鋼の特性を変える
ことなく、密着性，耐食性，塗膜密着性等に優れた蒸着
めっき層を形成する方法及び蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき
材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】建材，各種構造材料等の耐食性を向上さ
せるため、鋼板等の被めっき材料をＺｎめっきした後、
塗装を施すことが従来から行われている。被めっき材料
の表面は、塗装に先立って通常燐酸塩処理される。燐酸
塩処理によって、微細な燐酸塩結晶からなる皮膜が被め
っき材料の表面に形成される。燐酸塩皮膜を介して設け
られた塗膜は下地鋼に対する密着性が優れ、耐食性及び
耐候性が良好な材料が得られる。しかし、建材，構造材
料等に要求される耐食性は、使用環境の腐食性雰囲気が
悪化することに伴って、ますます過酷なものとなってき
ている。この点、従来のＺｎめっき或いはＺｎ合金めっ
きでは、十分な耐食性が得られず、塗膜下に腐食が発生
する。また、めっき層と下地鋼との間に脆い合金層が形
成されると、めっき鋼板を所定形状に成形加工する際、
めっき層にフレーキング，パウダリング等が生じる原因
にもなる。

【０００３】苛酷化する使用雰囲気に耐えるため、下地
鋼の選択，めっき層自体の組成変更，めっき方法等によ
って耐食性の向上を図ることが検討されている。たとえ
ば、ステンレス鋼を下地鋼として使用し、ステンレス鋼
の上に亜鉛めっき層を形成するとき、ステンレス鋼及び
亜鉛めっき層が相乗的に作用し、非常に耐食性の優れた
材料が得られる。また、従来の溶融めっき，電気めっき
等に変わるものとして、蒸着めっきが注目を浴びてい
る。蒸着めっきによるとき、従来のめっき法では得られ
ない組成をもつめっき層が比較的自由に形成される。た
とえば、蒸着によりＺｎ−Ａｌ合金層を鋼板表面に形成
することが特開昭６３−２４７３５３号公報で開示され
ている。この方法においては、別々の容器からＺｎ及び
Ａｌを蒸発させ、Ｚｎ蒸気及びＡｌ蒸気を同時に鋼板表
面に蒸着させている。

【０００４】蒸着めっき層は、下地鋼との間に実質的な
合金化反応を生じることなく下地鋼に付着しているた
め、溶融亜鉛めっき等で製造したＺｎ合金めっき鋼板に
比較して優れた加工性を呈する。また、めっき層がＡｌ
を含有していることから、耐食性自体も優れている。蒸
着めっき層を形成するとき、鋼板等の被めっき材料の表
面状態によっては、密着性が十分でなく、部分的にポア
等の欠陥が生じる場合がある。そこで、真空蒸着によっ
て鋼材表面にめっき層を形成するとき、めっき層の密着
性を改善するため、電子ビーム加熱，ガス還元等により
鋼材表面を活性化する前処理が採用されている。

【０００５】電子ビーム加熱による活性化では、蒸着開
始時点における鋼材表面温度を高くする必要がある。た
とえば、Ｔｉめっき層及びＡｌめっき層をそれぞれ第１
層及び第２層とする複層めっきを鋼板表面に施す場合、
良好な密着性を得るため、鋼板の表面温度を４００℃以
上に加熱している。しかし、加熱によって下地鋼へのＡ
ｌの拡散が生じ、脆い金属間化合物が形成され易くな
る。その結果、めっきされた鋼板を成形加工するとき、
溶融めっき鋼板と同様にめっき層に剥離やパウダリン
グ，フレーキング等の欠陥が発生する。更に、Ｚｎ等の
蒸発温度が低い材料をめっき金属とするとき、加熱によ
る活性化では蒸着時にめっき金属の再蒸発が生じ、目標
とするめっき層が得られない。そこで、欠陥発生を回避
するため、鋼板温度を５００℃未満に設定する厳格な温
度管理が必要となる。

【０００６】他方、ガス還元によって鋼材表面を活性化
する方法では、規模の大きなガス還元炉及びその付帯設
備が必要とされる。しかも、炉内の温度管理やシール機
構等が面倒なものとなるばかりか、炉の昇温や降温に時
間がかかり、生産性を低下させる原因となる。また、従
来の塗装ラインでは、Ｚｎめっき鋼板の塗装を前提とし
て各工程が組まれている。この塗装ラインにＡｌリッチ
なＡｌ−Ｚｎ合金めっき材料を送り込むとき、燐酸塩処
理が均一に行われず、形成された塗膜の均一性が低下す
る。また、塗装される材料の形状によっては、塗膜が付
着せずに地肌が露出した表面部分が凹部，角部等に生じ
易くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、これら欠
点を克服するものとして、イオンビームの照射によって
鋼材表面を活性化した後で蒸着めっきを行う方法を開発
し、特開昭６４−５６８６２号公報で紹介した。イオン
ビーム照射は、電子ビーム加熱によって鋼板表面を熱的
に活性化させる方法と異なり、加速されたイオンが鋼板
表面に衝突する際に生じるエッチング作用を利用するも
のである。そのため、イオンビーム照射された鋼板表面
は、活性化状態に優れ、密着性の良好な蒸着めっき層を
形成するのに適した下地となる。本発明は、先に提案し
たイオンビーム照射による活性化処理の効果を更に高め
るべく調査検討した結果得られた知見に基づくものであ
り、蒸着めっき開始時点の鋼材表面温度を１００〜４０
０℃の範囲に維持することによって、鋼材表面の活性化
された状態をより活用し、蒸着めっき層の密着性，緻密
性及び耐食性を向上させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の蒸着めっき層形
成方法は、その目的を達成するため、蒸着めっき層が形
成される鋼材の表面にイオンビームを照射した後、前記
鋼材の表面温度を１００〜４００℃に維持し、次いで前
記鋼材を真空雰囲気下で蒸着めっきすることを特徴とす
る。イオンビーム照射は、エッチング作用を効果的にす
る上から、０．０５クーロン／ｍ² 以上の照射量で行う
ことが好ましい。蒸着めっきは、異種金属材料を順次或
いは同時に蒸着させ複層めっき層或いは合金めっき層を
形成するものであってもよい。鋼材の表面温度を１００
〜４００℃に維持する手段としては、イオンビーム照射
後に鋼材表面を別途加熱する方法、イオンビーム照射前
に鋼材表面を加熱する方法、イオンビーム照射によって
鋼材表面を昇温する方法の何れをも採用することができ
る。

【０００９】たとえば、Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層を蒸着
めっきで形成する場合、別々の容器から同時に加熱蒸発
させたＡｌ蒸気及びＺｎ蒸気を蒸着させることができ
る。このとき、Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層は、表層部にお
けるＺｎ濃度が３〜３０重量％であることが好ましい。
内部のＺｎ濃度は、合金めっき層の厚み方向に関して同
一でも或いは濃度勾配をもたせても良い。イオンビーム
照射装置としては、大口径のイオン源が望ましく、カウ
フマン型イオン源，バケット型イオン源，サドルフィー
ルド型イオン源，エンドホール型イオン源等が使用され
る。

【００１０】イオンビームは、加速電圧が高くなるほど
容易に引き出すことができる。しかし、加速電圧は、次
式で示すように、イオンビームが照射される鋼材の温度
を上昇させる原因となる。そこで、４００℃を超える鋼
材の温度上昇は、加速電圧を下げ低エネルギービームを
照射することによって抑制することができる。 ＣρｔΔＴ＝ＱＶ ただし、Ｃ：鋼材の比熱（ジュール／Ｋｇ・Ｋ） ρ：鋼材の比重（Ｋｇ／ｍ³ ） ｔ：鋼材の板厚（ｍ） ΔＴ：温度上昇（Ｋ） Ｑ：イオンビームの照射量（クーロン／ｍ² ） Ｖ：加速電圧（Ｖ）

【００１１】

【作 用】イオンビームが照射された鋼材表面は、イオ
ンビームの衝撃エネルギーによって付着物や酸化皮膜が
除去された活性状態となる。鋼材表面の活性状態は、表
面温度を１００〜４００℃の範囲に維持するとき、イオ
ンビーム照射直後の高水準に保たれる。活性状態維持と
表面温度との関係は不明であるが、本発明者等は次のよ
うに推察した。通常、鋼材表面には水分や酸化皮膜が存
在するが、イオンビームが衝突した鋼材表面ではこれら
がエッチングされ、多数の活性点が形成される。しか
し、表面温度が１００℃未満では、ファンデルワールス
力による鋼材表面と水分や酸化皮膜との間の結合が強い
ためにエッチングされにくく、しかもエッチング後にお
ける水分の再付着力が強くなる。逆に、４００℃を超え
る表面温度では、ファンデルワールス力は低下するが、
両者の間での化学反応が促進され結合力が高まるため、
イオンビームによるエッチングがされにくくなり、エッ
チング後には酸化皮膜が再形成され易くなる。そのた
め、何れの場合にあっても、蒸着めっき開始時点におけ
る有効な活性点の密度が低下する。

【００１２】この状態の鋼材表面にめっき金属を蒸着さ
せるとき、活性化されていない或いは活性化度が低い表
面部分に付着するめっき金属が多くなる。その結果、め
っき金属と鋼材表面との結合反応が促進されず、形成さ
れるめっき層の密着性が低下する。また、蒸着開始時点
における鋼材の表面温度が４００℃を超える場合、めっ
き金属と下地鋼との間の拡散反応が激しく、脆いめっき
層が形成され易くなる。更に、蒸着Ａｌめっきを施した
材料は、化成処理後に施した塗膜の密着性が十分でな
い。また、塗装した鋼板等が腐食性雰囲気に長時間晒さ
れると、塗膜下の腐食に起因して赤錆等で表面性状が劣
化する。これは、化成処理後の蒸着Ａｌめっきに対する
塗料ののりが悪く、蒸着Ａｌめっき層にピンホールが存
在すること等に起因するものと考えられる。

【００１３】これに対し、鋼材表面温度を１００〜４０
０℃の範囲に維持した場合、イオンビーム照射直後の大
きな活性点密度をもつ鋼材表面にめっき金属が蒸着され
る。したがって、めっき金属と鋼材の表面層との間の結
合反応が促進されると共に、多数の活性点を起点として
めっき層成長の核が形成される。そのため、形成された
めっき層は、密着性，緻密性に優れ、結晶構造も微細化
される。このようにして得られためっき層は、その物性
からポア等の欠陥がなく加工性及び耐食性にも優れてい
る。また、この健全なめっき層を下地として第２層を形
成するとき、第１層及び第２層共に優れた密着性を呈
し、鋼材の耐食性向上が図られる。

【００１４】特に、同時蒸着によってＡｌ−Ｚｎ合金め
っき層を形成するとき、形成されるめっき層の緻密性に
鋼板等の被めっき材料の表面調整が大きな影響を与え
る。本発明者等は、表面調整の手段を種々検討した結
果、被めっき材料の表面に０．０５クーロン／ｍ² 以上
の照射量でイオンビームを照射した後、表面温度を４０
０℃以下に維持するとき、ポア，ピンホール等の欠陥が
ない十分に緻密な蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層が形成さ
れることを見い出した。イオンビームが照射された被め
っき材料の表面は、イオンビームの衝撃エネルギーによ
り付着物や酸化皮膜が除去され、多数の活性点が存在す
る状態となる。材料表面の活性状態は、表面温度を４０
０℃以下（好ましくは、１００〜４００℃の範囲）に維
持するとき、イオンビーム照射直後の高水準に保たれ
る。

【００１５】活性状態維持と表面温度との関係は詳細に
は不明であるが、活性な材料表面にＺｎ及びＡｌを同時
蒸着させるとき、めっき金属と鋼材の表面層との間の結
合反応が促進されると共に、多数の活性点を起点として
めっき層成長の核が形成される。そのため、形成された
Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層は、密着性，緻密性に優れ、結
晶構造も微細化される。成分的にも、偏析等のない所定
組成をもつ合金めっき層となる。形成された蒸着Ａｌ−
Ｚｎ合金めっき層は、その物性からポア，スルーホール
等の欠陥がなく加工性及び耐食性にも優れている。ま
た、表層部のＺｎ濃度を３〜３０重量％とするとき、従
来のＺｎめっき鋼板に対する塗装ラインに送り込んで
も、緻密で均一な燐酸塩結晶からなる化成処理皮膜が形
成される。この化成処理皮膜を下地とするとき、塗料の
付き回り性がよく、密着性に優れた塗膜が形成される。
しかも、塗膜下の蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層によっ
て、塗装後耐食性も確保される。

【００１６】表層部のＺｎ濃度は、燐酸塩処理等の化成
処理性を改善させる上から、３〜３０重量％の範囲に維
持することが必要である。Ｚｎ濃度が３重量％未満であ
ると、Ａｌ用の化成処理条件が必要とされる傾向が強く
なり、既存の塗装ラインには不向きとなる。逆に、表層
部のＺｎ濃度が３０重量％を超えると、Ａｌ含有量の低
下に伴って耐食性向上効果が小さくなり、塗装後耐食性
等が劣化する。Ｚｎ濃度は、めっき層の厚み方向に関し
て同一であっても、或いは下地鋼の表面に向けて高くな
る又は低くなる濃度勾配を付けたもの何れであっても良
い。このような濃度勾配は、それぞれの容器から蒸発さ
せるＺｎ及びＡｌの蒸発速度を調節することによって容
易に設定することができる。たとえば、Ｚｎ濃度が下地
鋼側からめっき層表層部にかけて高くなる濃度勾配を付
けるとき、Ｚｎ，Ａｌの同時蒸着中に徐々にＡｌの蒸発
速度を減少させるか、Ｚｎの蒸発速度を増加させる。逆
に、Ｚｎ濃度が下地鋼側からめっき層表層部にかけて低
くなる濃度勾配を付けるとき、徐々にＡｌの蒸発速度を
増加させるか、Ｚｎの蒸発速度を減少させる。

【００１７】

【実施例】

実施例１：（Ａｌ／Ｔｉ及びＺｎ／Ｓｉの複層めっき） めっき装置としては、図１に概略を示した構造をもつも
のを使用した。真空室１０の内部に設けた電子銃２０の
直上に水冷銅ハース３０を配置し、電子ビーム蒸発源を
構成した。水冷銅ハース３０は、２種類の被蒸発材料３
１，３２を収納する凹部を備えている。また、被蒸発材
料３１，３２に対向する位置に、蒸着めっきが施される
鋼材基板４０を配置した。水冷銅ハース３０及び鋼材基
板４０は、真空室１０の槽壁を貫通する導体５０を介し
て接地した、これにより、水冷銅ハース３０に収容した
被蒸発材料３１，３２と鋼材基板４０とを同電位に保っ
た。また、鋼材基板４０の温度を制御するため、水冷銅
ハース３０の反対側に加熱用電子銃６０を配置した。電
子銃６０から電子ビーム６１が鋼材基板４０の全面に照
射され、鋼材基板４０が設定温度に保持される。

【００１８】真空室１０の側壁に、イオン源７０を取り
付けた。イオン源７０は、出射されるイオンビーム７１
が４５度の角度で鋼材基板４０に衝突するように、真空
室１０の側壁に対して傾斜させた。真空室１０の内部
は、被蒸発材料３１，３２及び鋼材基板４０をセッティ
ングした後で、真空ポンプによって１×１０^-3Ｐａ程度
に排気した。鋼材基板４０として、アルカリ脱脂した板
厚０．６ｍｍのＴｉ添加鋼板の焼鈍材を使用した。鋼材
基板４０をセッティングした後、真空室１０の内部を１
×１０^-3Ｐａまで排気し、加熱用電子銃６０によって鋼
材基板４０を加熱した。このとき、加熱用電子銃６０の
出力を調整し、鋼材基板４０の加熱温度を常温〜５００
℃の範囲で種々変化させた。

【００１９】イオンビームのソースガスとして純度９
９．９９９％のＡｒを使用し、１０〜１５ｍｌ／分の流
量でイオン源７０に導入した。そして、加速電圧５００
Ｖでイオン源７０から鋼材基板４０の被めっき面にイオ
ンビームを照射した。イオンビームの照射量は、０．０
３〜１クーロン／ｍ² の範囲で変化させた。被蒸発材料
３１及び３２として、第１層めっき層形成材料であるＴ
ｉ原料及び第２層めっき層形成材料であるＡｌ原料を組
み合わせ、また第１層めっき層形成材料であるＳｉ原料
及び第２層めっき層形成材料であるＺｎ原料を組み合わ
せ、水冷銅ハース３０の凹部にそれぞれ収容した。Ｔｉ
原料には、純度９９．９％の粒状Ｔｉを使用した。Ａｌ
原料には、純度９９．９９％の粒状Ａｌを使用した。Ｓ
ｉ原料には、純度９９．９９％の粒状Ｓｉを使用した。
Ｚｎ原料には、純度９９．９％の粒状Ｚｎを使用した。

【００２０】電子銃２０からの電子ビームによって被蒸
発材料３１及び３２を順次加熱蒸発させ、鋼材基板４０
の表面に複層めっき層を形成した。Ａｌ／Ｔｉ及びＺｎ
／Ｓｉの何れの組合せにおいても、第１層を厚み１μ
ｍ，第２層を厚み５μｍに設定した。各層の厚みは、蒸
着時間を変えることによって調整した。複層めっきが施
された各鋼材基板を試験片として、密着性試験及び耐食
性試験を行った。試験結果を、蒸着時の鋼材温度及びイ
オンビーム照射量との関係で調べたところ、密着性に関
しては図２示す関係が、耐食性に関しては図３に示す関
係が成立していることが判った。密着性は、めっき面を
外側にして試験片が密着するまで折り曲げ、曲げ部に粘
着性テープを貼り付けた後、引き剥すことにより鋼材基
板から剥離しためっき層の剥離状況によって判定した。
そして、めっき層に剥離がみられないものを○，めっき
層に剥離がみられるものを×，第１層と第２層との間に
層間剥離が生じたものを●で評価した。また、Ｚｎ／Ｓ
ｉの組合せでは、めっき層に剥離が生じないものの、Ｚ
ｎの再蒸発がみられたものを△で評価した。

【００２１】耐食性は、ＪＩＳ Ｈ８５０２に準拠した
塩水噴霧試験を行い、面積率で５％の赤錆が発生するま
での時間で判定した。そして、Ａｌ／Ｔｉめっきにおい
て塩水噴霧試験を１０００時間継続しても５％赤錆の発
生がみられないものを○，５００〜１０００時間の塩水
噴霧で５％赤錆が検出されたものを△，５００時間未満
で５％赤錆が発生したものを×で評価した。Ｚｎ／Ｓｉ
めっきにおいては、塩水噴霧試験を５００時間継続して
も５％赤錆の発生がみられないものを○，２００〜５０
０時間で５％赤錆が発生したものを△，２００時間未満
で５％赤錆が発生したものを×で評価した。また、第１
層及び第２層が合金化しているものについては、複層め
っき層本来の耐食性を表すものではないため、耐食性の
調査から除外した。図３においては、これを「−」で示
した。なお、塩水噴霧は、試験片の端面及び裏面にシー
ルを施した状態で行った。

【００２２】図２から明らかなように、表面温度を１０
０〜４００℃に維持した鋼材基板に蒸着めっきを施した
ものにあっては、良好な密着性が得られていることが判
る。また、第１層と第２層との間に脆い金属間化合物の
生成がみられず、成形加工に際してもパウダリング，フ
レーキング等の欠陥を生じることがなかった。これに対
し、４００℃を超える表面温度の鋼材基板に第１層を形
成したものにあっては、Ａｌ／Ｔｉ及びＺｎ／Ｓｉの何
れの組合せにおいても、曲げ試験で第１層と第２層との
間に層間剥離がみられた。この層間剥離は、第１層と第
２層との界面に脆い金属間化合物が形成されたことに起
因する。また、表面温度が１００℃未満の鋼材基板に第
１層を形成したものにあっては、密着性が低く、一部に
めっき層の剥離がみられた。更に、イオンビームを照射
しない鋼材基板及びイオンビーム照射量が０．０３クー
ロン／ｍ² と低い鋼材基板に対して蒸着めっきを施した
ものにあっては、被めっき面の活性状態が不十分であ
り、下地鋼から容易に剥離する複層めっきが形成されて
いた。

【００２３】また、耐食性に与える影響を表した図３か
ら明らかなように、表面温度を１００〜４００℃に維持
した鋼材基板に蒸着めっきを施したものにあっては、良
好な耐食性が得られていることが判る。これは、前述し
たように活性点密度が高い鋼材表面にめっき金属が蒸着
されることから、形成された複層めっき層に欠陥がなく
緻密なめっき層が形成されていることを裏付けるもので
ある。これに対し、表面温度が５００℃の鋼材基板に蒸
着めっきを行ったものでは、第１層と第２層との間に合
金化反応が生じ、複層めっき本来の特性が得られない。
また、表面温度が１００℃未満の鋼材基板に第１層を形
成したものでは、緻密性が低いめっき層が形成され、耐
食性が若干劣っていた。更に、イオンビームを照射しな
い鋼材基板及びイオンビーム照射量が０．０３クーロン
／ｍ² と低い鋼材基板に対して蒸着めっきを施したもの
にあっては、形成されためっき層に欠陥が多く、耐食性
に劣っていた。

【００２４】以上の実施例においては、複層めっきを例
にとって説明している。特にＡｌ及びＴｉを組み合わせ
て蒸着めっきされた鋼板は、耐食性，耐熱性及び加工性
の全てにおいて優れた性質を呈する。これは、めっき層
と下地鋼板との間に生じるガルバニック電流が抑えら
れ、また脆いＡｌ−Ｆｅ系合金層が界面に形成されてい
ないことに由来する。Ａｌめっき層をコーティングした
従来の鋼板は、孔食反応により腐食される。すなわち、
Ａｌめっき層表面の酸化皮膜は安定であるが、必ずしも
連続的なものではなく、欠陥を有している。その欠陥部
においてＣｌ^- によるＡｌの優先的な腐食が進行する。
そして、孔食の進行によって下地鋼が露出すると、Ａｌ
めっき層と下地鋼板との間で局部電池が形成され、ガル
バニック電流が流れる。

【００２５】このとき流れるガルバニック電流は、かな
り大きく、めっき層の局部的な溶解を急速に進行させ、
めっき層の溶解を周囲まで拡大する。めっき層の溶解が
下地鋼に対するＡｌの犠牲防食作用の及ばない範囲にま
で拡大したとき、下地鋼の腐食が開始され、比較的短時
間で赤錆が発生する。したがって、耐孔食性を改善する
ためには、めっき層と下地鋼との間に生じるガルバニッ
ク電流を抑制することが必要である。また、Ａｌめっき
鋼板が加熱されると、Ａｌ−Ｆｅ合金層がめっき層と下
地鋼との間に生成・成長し易い。Ａｌ−Ｆｅ合金層は、
脆く、Ａｌめっき鋼板の耐熱性，加工性等を劣化させ
る。

【００２６】この点、鋼板表面にＴｉめっき層及びＡｌ
めっき層をそれぞれ第１層及び第２層として蒸着により
形成した複層めっき鋼板にあっては、Ｔｉめっき層及び
Ａｌめっき層の相乗作用により耐食性が向上し、鋼板を
腐食孔が貫通するまでの時間が長くなる。また、耐熱
性，加工性等も改善される。その理由は、次の通りであ
る。 第２層のＡｌめっき層は、第１層のＴｉめっき層よ
りも電位的に卑である。そのため、Ａｌめっき層に孔食
が発生しても、腐食されにくい第１層のＴｉめっき層に
よって孔食の進行が抑制される。その結果、孔食が下地
鋼まで達する時間が長くなる。

【００２７】 第２層のＡｌめっき層の腐食生成物で
あるＡｌ（ＯＨ）₃ 等で覆われた第１層のＴｉめっき層
は、第２層のＡｌめっき層と電位的に近似している。そ
のため、第１層と第２層との間に流れるガルバニック電
流が小さく、周囲への孔食の展開は、Ａｌ単層めっきの
場合に比較して著しく抑制される。 仮に孔食が第１層のＴｉめっき層にまで到達し、そ
の部分にピンホールが存在している場合にあっても、第
２層のＡｌめっき層が下地鋼に対し犠牲防食作用を発揮
する。そのため、下地鋼は、Ｔｉめっき層よりも電位的
に卑であるにも拘らず、腐食されない。また、下地鋼の
露出面積が非常に小さいことから、第２層のＡｌめっき
層との間に形成される局部電池のガルバニック電流が非
常に小さくなる。そのため、第２層の腐食速度が非常に
小さくなる。

【００２８】 孔食による腐食が拡大し、第２層のＡ
ｌめっき層が第１層のＴｉめっき層を犠牲防食する作用
範囲を超えて広がっても、第１層のＴｉめっき層にある
ピンホールが第２層の腐食性生物によって封じ込められ
る。そのため、下地鋼の腐食が防止される。 第１層のＴｉめっき層は、高温過熱された状態でも
下地鋼との間に合金層を形成しにくい。そのため、めっ
き層の特性は高温雰囲気においても劣化せず、優れた耐
熱性が維持される。

【００２９】 溶融Ａｌめっき鋼板では、めっき層と
下地鋼との間に脆いＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物
層が形成される。金属間化合物層は、めっき鋼板に絞り
加工等を施すときクラックが発生し易い。そして、金属
間化合物層に発生したクラックを起点として、めっき層
の表面まで到達する割れが成長する。これに対し、Ｔｉ
めっき層及びＡｌめっき層を第１層及び第２層とする複
層めっき鋼板では、脆い金属間化合物等の合金層を形成
することがないため、深絞り等の高度の加工に際しても
めっき層に割れが発生することがない。そのため、パウ
ダリング，フレーキング等の欠陥を生じることなく、良
好な加工性でめっき鋼板を所定形状に成形することが可
能となる。

【００３０】本発明は、複層めっきに拘束されるもので
はなく、イオンビーム照射による被めっき面の活性化及
び１００〜４００℃に被めっき面を維持する限り、単層
めっきに対しても適用されるものである。この場合に
も、形成されためっき層が健全であることから優れた耐
食性が呈せられると共に、下地鋼への拡散反応が抑制さ
れるため加工性の優れためっき鋼板が得られる。

【００３１】実施例２：（Ａｌ−Ｚｎ合金めっき） 被めっき材料として、アルカリ脱脂した板厚０．６ｍｍ
のＴｉ添加鋼板の焼鈍材から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの
試験片を切り出し、実施例１と同じめっき装置の真空室
１０内にセットした。真空室１０の雰囲気圧を１×１０
^-3Ｐａに維持し、試験片の表面温度を常温〜５００℃の
範囲にある各種温度に維持しながら、実施例１と同じ条
件下でイオンビームを照射した。Ｚｎ原料及びＡｌ原料
は、それぞれの別個の容器に収容されており、電子ビー
ム加熱によって蒸発させた。Ｚｎ原料には、純度９９．
９％の粒状Ｚｎを使用した。Ａｌ原料には、純度９９．
９９％の粒状Ａｌを使用した。また、電子ビームの出力
を変化させることにより、各種目標組成をもつ蒸着Ａｌ
−Ｚｎ合金めっき層が形成されるように、Ｚｎ及びＡｌ
の蒸発速度を制御した。なお、目付け量は、何れの場合
においても１７ｇ／ｍ² とし、Ａｌ：８０重量％，Ｚ
ｎ：２０重量％の組成になるように蒸発条件を設定し
た。

【００３２】蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層が形成された
試験片に対し、密着性試験，耐食性試験，燐酸塩処理性
試験及び塗装後耐食性試験を行った。試験結果を、蒸着
時の鋼材温度及びイオンビーム照射量との関係で調べ
た。調査結果を、表１に示す。密着性は、めっき面を外
側にして試験片が密着するまで折り曲げ、曲げ部に粘着
性テープを貼り付けた後、引き剥すことにより鋼材基板
から剥離しためっき層の剥離状況によって判定した。そ
して、めっき層に剥離がみられないものを○，めっき層
に剥離がみられるものを×で評価した。なお、密着性不
良の試験片に付いては、これ以降の試験を行わなかっ
た。

【００３３】耐食性は、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠した
塩水噴霧試験を行い、赤錆が５％発生するまでの時間で
判定した。そして、塩水噴霧試験を２００時間継続して
も赤錆の発生がみられないものを○，１００〜２００時
間の塩水噴霧で赤錆が検出されたものを△，１００時間
未満で赤錆が発生したものを×で評価した。燐酸塩処理
性は、めっき鋼板を４０℃の脱脂液に１５秒間浸漬した
後、４０℃の燐酸塩処理液に２分間浸漬して燐酸塩処理
を施し、１０００倍のＳＥＭ観察により燐酸塩結晶の析
出形態を観察することによって試験した。そして、緻密
で均一な燐酸塩結晶が析出したものを○，粗く不均一な
燐酸塩結晶が析出したものを△，燐酸塩結晶がほとんど
析出しなかったものを×で評価した。塗装後耐食性は、
燐酸塩処理しためっき鋼板にカチオン型電着塗料を２０
μｍの厚みで塗装して、クロスカットを入れた後、塩水
噴霧試験を４０日間実施し、塗膜の膨れ幅（単位：ｍ
ｍ）を測定することによって調べた。

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、０．０５クーロ
ン／ｍ² 以上の照射量でイオンビームを照射し、表面温
度を４００℃以下に維持した試験片に蒸着めっきを施し
たものにあっては、良好な密着性が得られていることが
判る。これに対し、４００℃を超える表面温度の試験片
に蒸着めっきしたものにあっては、曲げ試験でめっき層
に亀裂，剥離等がみられた。更に、表面温度が１５０℃
でイオンビームを照射しない試験片及びイオンビーム照
射量が０．０３クーロン／ｍ² と低い試験片に対して蒸
着めっきを施したものにあっては、被めっき面の活性状
態が不十分であり、下地鋼から容易に剥離する合金めっ
き層が形成されていた。耐食性に関しても、ビーム照射
量≧０．０５クーロン／ｍ² 及び表面温度≦４００℃の
条件を満足する本発明例の試験片にあっては、良好な耐
食性が得られていることが判る。これは、前述したよう
に活性点密度が高い試験片表面にめっき金属が蒸着され
ることから、形成された合金めっき層に欠陥がなく緻密
なめっき層が形成されていることを裏付けるものであ
る。

【００３５】燐酸塩処理に関し、密着性の良好なものは
全て緻密で均一な燐酸塩結晶が析出している。また、塗
装後耐食性に関し、本発明で規定した製造条件の範囲に
ある試験片は、優れた塗装後耐食性を呈していることが
判る。次にイオンビーム照射量を０．１クーロン／ｍ
² ，表面温度を２５０℃とし、Ｚｎ及びＡｌを同時蒸着
させることにより、各種組成の蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっ
き層を試験片の表面に形成した。そして、表１の場合と
同様な試験方法によって、耐食性，燐酸塩処理性及び塗
装後耐食性を調査した。表２は、その調査結果を表した
ものである。なお、表２におけるめっき層の組成は、め
っき層表層部の組成（単位：重量％）で示している。

【表２】

【００３６】表２から明らかなように、本発明例の試験
片では、何れも良好な耐食性，燐酸塩処理性，塗装後耐
食性が示されている。特にＺｎ含有量が本発明で規定し
た範囲にある試験片では、Ｚｎめっき鋼板用の塗装ライ
ンを使用しても従来のＺｎめっき層表面に形成されてい
た塗膜と何ら遜色のない塗装が施されていることが判
る。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、特定された照射量のイオンビーム照射によって活性
化された鋼材の表面温度を１００〜４００℃の範囲に維
持して、蒸着めっきを施している。これにより、形成さ
れためっき層は、下地鋼との間に脆弱な金属間化合物等
を生じることなく、優れた密着性，耐食性，加工性，塗
装密着性を呈するものとなる。また、第１層の上に第２
層を同じ蒸着めっきによって形成する場合においては、
第１層と第２層との間に生じる相互拡散や合金化反応が
抑制され、目標とする特性を備えた複層めっき層が得ら
れる。また、蒸着Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層においては、
表層部におけるＺｎ濃度を３〜３０重量％に規定すると
き、Ｚｎめっき鋼板を対象とした従来の塗装ラインで
も、燐酸塩処理性，塗装後耐食性等に優れた塗装を施す
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例で使用した蒸着装置の概略図

【図２】 鋼板温度及びイオンビーム照射量が密着性に
与える影響を表したグラフ

【図３】 鋼板温度及びイオンビーム照射量が耐食性に
与える影響を表したグラフ

【符号の説明】

３１，３２：被蒸発材料（めっき金属） ４０：鋼材
基板（被めっき材料） ７０：イオン源 ７１：イオンビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 惣田 正彦 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 守田 幸弘 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 福居 康 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸着めっき層が形成される鋼材の表面に
   イオンビームを照射した後、前記鋼材の表面温度を１０
   ０〜４００℃に維持し、次いで前記鋼材を真空雰囲気下
   で蒸着めっきすることを特徴とする蒸着めっき層の形成
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオンビームは、０．０
   ５クーロン／ｍ² 以上の照射量で照射されることを特徴
   とする蒸着めっき層の形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の蒸着めっきは、異種金属
   材料を順次或いは同時に蒸着させ複層めっき層或いは合
   金めっき層を形成するものであることを特徴とする蒸着
   めっき層の形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の蒸着めっき層は、別々の
   容器から同時に加熱蒸発させたＡｌ蒸気及びＺｎ蒸気を
   蒸着させることにより形成されることを特徴とする蒸着
   めっき層の形成方法。
5. 【請求項５】 Ａｌ蒸気及びＺｎ蒸気の同時蒸着によっ
   て形成されたＡｌ−Ｚｎ合金めっき層を表面に備えてお
   り、前記Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層の表層部におけるＺｎ
   濃度が３〜３０重量％であることを特徴とする蒸着Ａｌ
   −Ｚｎ合金めっき材料。