JPH0565667A - 高性能潤滑めつき鋼板の製造方法 - Google Patents

高性能潤滑めつき鋼板の製造方法

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    • C10N2050/025—Multi-layer lubricant coatings in the form of films or sheets

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摺動摩耗性、プレス加工性、塗料密着性、耐
食性に優れた非脱膜型潤滑めっき鋼板の製造方法に関す
る。 【構成】 めっき鋼板１、２の表面にクロメート処理３
を行い、水性樹脂、シリカゾル、および酸価１〜２０、
粒径３μｍ以下、分子量１０００〜４０００で軟化点が
１２０℃以下と１２０℃超のポリオレフィンワックスを
混合したディスパージョンからなる潤滑塗料４を０．５
〜５ｇ／ｍ2 塗布し、到達板温９０〜２００℃に急速焼
付し、冷却する。 【効果】 プレス油を省略でき、ユーザー工程を省力化
できる高品質表面処理鋼板を低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は摺動摩耗性、高速プレス
加工性、耐食性、塗料密着性に優れた汎用的性能を有す
る非脱膜型潤滑めっき鋼板の製造方法に関する発明であ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、加工後塗装されていたポスト塗装
製品に代わって、薄い有機皮膜を被覆した表面処理鋼板
が使用されている。この鋼板は下地に亜鉛系のめっき皮
膜を有し、その上に有機皮膜を被覆したもので、溶接が
でき、密着加工性および耐食性に良好な特性をもってい
る。
【０００３】特開平３−３９４８５号公報には、亜鉛系
のめっき鋼板の上にクロメート皮膜処理を行い、水性樹
脂にシリカとガラス転移点（Ｔｇ点）が４０℃以上のワ
ックスを分散した樹脂塗料をドライ膜厚で０．３〜３ｇ
／ｍ2 被覆したものが開示されている。また、特開平３
−２８３８０号公報には、電気亜鉛めっき鋼板の上にク
ロメート処理を行い、カルボキシル化したポリエチレン
樹脂とテフロン潤滑剤からなる塗料をドライ膜厚で０．
５〜４．０ｇ／ｍ2 被覆して得られる潤滑鋼板が開示さ
れている。これらの表面処理鋼板は、めっき、クロメー
ト、有機皮膜の複合効果によって潤滑性、耐食性、溶接
性、塗料密着性を与えるもので、生産性や品質改良を目
的として現在も活発に開発が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の潤滑鋼板
は、プレス絞り加工性と摺動摩耗性の２つを改善するた
めに適用されていた。しかしながら、両性能を満足する
潤滑鋼板はいまだ完成されているとはいえない。プレス
加工性については、最近の家電製品が個性重視のためデ
ザインを複雑化し、プレス形状が複雑になっている上
に、プレス方法がクランクプレスであるため、高速で延
び、圧縮、しごき、曲げ、曲げ戻しを受ける加工が実施
されるようになり、より高水準のプレス加工潤滑皮膜が
必要になっている。また、摺動摩耗性については硬質の
ニッケルやクロムめっきが必要であった。
【０００５】さらに、従来技術は、プレス後脱脂するこ
となくそのままプレコート塗装鋼板として使用する用途
に対して必要な一般性能、たとえば上塗り塗料密着性、
耐食性や溶接性が十分とはいえない。
【０００６】また、製造面では塗料の安定性の問題があ
る。即ち塗料を構成する水性樹脂、潤滑剤およびシリカ
ゾルがいずれも分散体であり、それぞれ単独では安定で
あるが、混合すると凝集しやすい問題がある。また、塗
装においては新たに設備化するとコストアップになるた
め、既存のめっきライン内で簡単な製造条件で生産でき
る塗料でなければならない。これらの問題を全て解決し
た潤滑めっき鋼板の製造方法はいまだ確立されていな
い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、めっき
鋼板の表面にＣｒ換算で５〜１００ｍｇ／ｍ2 のクロメ
ート処理を行ったのち、その上層にシリカを水性樹脂１
００重量部に対して固形分で１０〜７０重量部、粒径が
３μｍ以下で軟化点が１２０℃以下と軟化点が１２０℃
超のポリオレフィンワックスを固形分重量比で９／１〜
１／９に混合した下記ポリオレフィンワックスディスパ
ージョンを全ワックス固形分として水性樹脂１００重量
部に対して２〜３０重量部の割合で含有する潤滑塗料を
ドライ付着量として０．５〜５．０ｇ／ｍ2 被覆し、た
だちに到達板温９０〜２００℃に焼付けて冷却すること
を特徴とする高性能潤滑めっき鋼板の製造方法である。 記 〔ポリオレフィンワックスディスパージョン〕エチレン
系不飽和カルボン酸もしくはその無水物またはカルボキ
シル基含有誘導体を結合成分として含む極性基を有する
分子量が１０００〜４０００、酸価１〜２０の球形ポリ
オレフィンワックスを水または水溶液に分散させたディ
スパージョン。
【０００８】
【作用】本発明方法により製造する潤滑めっき鋼板の断
面を図１に示す。下層から鋼板１、めっき２、クロメー
ト３、そして潤滑皮膜４で構成される。潤滑皮膜４には
軟化点の異なる潤滑剤（○：低軟化点ポリオレフィンワ
ックス、●：高軟化点ポリオレフィンワックス）が分散
されている。以下、各皮膜ごとに説明する。
【０００９】本発明が対象とするめっき鋼板は、電気め
っき、溶融めっき、蒸着めっきで製造される亜鉛めっき
鋼板、亜鉛合金めっき鋼板、分散めっき鋼板、重ねめっ
き鋼板、アルミニウムおよびアルミニウム合金めっき鋼
板を包含するものである。特に亜鉛合金めっき鋼板は、
摺動摩耗性とプレス性、耐食性について優れた性能が得
られる。めっき量は特に限定する必要がないが、本発明
では５〜１００ｇ／ｍ2 が望ましい。
【００１０】冷延鋼板に上記の既存の方法でめっきを行
った後、クロメート処理を行う。クロメート付着量はＣ
ｒ換算で５〜１００ｍｇ／ｍ2 である。クロメート処理
の種類は、電解クロメート、エッチングクロメート、塗
布クロメートのいずれも本発明に適用できるが、水性塗
料を塗装する時点でクロメート皮膜が溶解しにくく且つ
板温の低い電解もしくはエッチングクロメートが望まし
い。Ｃｒ付着量を限定した理由は、Ｃｒが５ｍｇ／ｍ2
未満では耐食性が得られにくく、１００ｍｇ／ｍ2 超で
はクロメート自身の凝集破壊が生じ、密着性が得られな
いためである。
【００１１】潤滑皮膜としてワックスを適用することは
公知であるが、残念ながら、プレス性と摺動摩耗性の両
方を満足するものではない。また、ワックスの不活性な
化学的特性から汎用的な表面特性が得られず、高濃度の
乳化剤を用いて分散させた塗料を得るため皮膜中に乳化
剤が残存し、表面特性の良好な皮膜が得られない欠点が
あった。本発明はこの難しい問題を解決した。
【００１２】本発明で使用する潤滑塗料は、揮発性溶剤
を含まない水性樹脂、シリカゾル、および軟化点の異な
る反応性に富む粒径が３μｍ以下の球形ポリオレフィン
ワックスディスパージョンを混合した成分とする。水性
樹脂としてはオレフィンアクリル樹脂、ポリオレフィン
アイオノマー、エポキシ樹脂、ウレタンエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニール樹脂を
用いることができる。特にオレフィンアクリル樹脂、ポ
リオレフィンアイオノマー、ウレタンエポキシ樹脂、ポ
リエステル樹脂が好ましい。
【００１３】組成重量比は、水性樹脂１００に対してシ
リカゾルを１０〜７０、および粒径が３μｍ以下で軟化
点が１２０℃以下の球形ポリオレフィンワックス（ＬＯ
Ｗ）と粒径が３μｍ以下で軟化点が１２０℃超の球形ポ
リオレフィンワックス（ＨＯＷ）を混合したワックスを
合計２〜３０重量部の範囲とする。
【００１４】シリカゾルの役割は、皮膜耐食性および皮
膜強度を改善し、プレス加工時の発熱に対する樹脂の耐
熱性を改善することである。シリカゾルの樹脂１００に
対する重量比が１０未満では耐食性が得られず、７０超
では皮膜が硬く伸びないため加工に追従できなくなり、
プレス性が低下する。摺動摩耗性はシリカが高い方が良
い。潤滑性と耐食性の両方のバランスから樹脂１００に
対するシリカゾルの好ましい重量比範囲は３０〜５０で
ある。また、シリカゾルの形状は細かい粒子が好まし
く、直径５〜５０ｎｍの球形シリカゾル、または直径５
〜５０ｎｍで長さ／太さ比が１〜５に化学的に結合させ
た線状シリカを使用する。シリカゾルの直径が５ｎｍ未
満では塗料の安定性が実用範囲を越えるため好ましくな
く、５０ｎｍ超ではプレス加工でかじりが発生しやす
い。
【００１５】ワックスは動摩擦係数を下げ、摺動摩耗性
およびプレス加工性を向上させる他、耐食性、耐指紋性
等の性能を付与する。。本発明に用いるポリオレフィン
ワックスは、従来のワックスとは異なり、表面特性に優
れ且つ水性樹脂液に均一に分散しやすいワックスディス
パージョン、即ちエチレン系不飽和カルボン酸もしくは
その無水物またはカルボキシル基含有誘導体を結合成分
として含む極性基を有する分子量が１０００〜４００
０、酸価１〜２０の粒径が３μｍ以下の球形ワックス
を、乳化剤をワックスに対して５％以下、好ましくは乳
化剤を用いることなく水または水溶液に分散させたディ
スパージョンである。
【００１６】本発明で使用するポリオレフィンワックス
の種類は、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワッ
クス、ポリブチレンワックスである。
【００１７】本発明においては、異なる軟化点の潤滑機
能を持つワックスを混合することにより、単独では得ら
れないベアリング特性を有する高度の潤滑特性が得られ
る。ＨＯＷは、ポリプロピレンや直鎖構造の中低圧法で
製造される結晶性のあるポリエチレンが相当し、ＬＯＷ
は、側鎖構造の高圧法で製造される非結晶性のポリエチ
レンワックスが相当する。即ち、極性基を付与されたＬ
ＯＷはプレス加工時の温度上昇により半溶融状態の潤滑
皮膜としてプレス性を改善し、ＨＯＷはプレスに対して
は加工時の板温度上昇に耐える潤滑性を与え、硬質の滑
り剤として摺動摩耗性を向上させる。ＨＯＷとしては軟
化点１３０℃以上が好ましい。いずれのワックスも、極
性基付与により塗料密着性も確保している。
【００１８】ワックスの濃度は、水性樹脂１００に対し
て全体として２〜３０重量の範囲で、且つＬＯＷ／ＨＯ
Ｗが９／１〜１／９の範囲とする。ＬＯＷ／ＨＯＷが９
／１〜１／１の範囲で特に良好な性能が得られる。樹脂
１００に対するポリオレフィンワックスの全濃度比が２
未満では耐摺動摩耗性、高速の深絞り加工に対する十分
な特性が得られにくい。また、３０超では表面特性、特
に上塗り塗料密着性、耐食性が低下する。ＬＯＷ／ＨＯ
Ｗが（９超）／１では摺動特性が低下し、１／（９超）
ではプレス加工性が低下する。
【００１９】極性基は、触媒の存在下で、ポリオレフィ
ンワックスを酸素、オゾンあるいは硝酸等の酸化剤で酸
化処理することによって得られる酸化ポリオレフィンワ
ックス、あるいはアクリル酸、メタアクリル酸、クロト
ン酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等のエチレ
ン系不飽和カルボン酸モノマーとポリオレフィンワック
スとをベンゾール等で溶解し、重合開始剤（パーオキサ
イド、レドックス、重金属触媒等）と共に窒素気流中で
加熱してグラフト化して得る。
【００２０】分子量の限定理由は、ワックスの潤滑特性
と軟化点である。理想的には２０００〜４０００とす
る。変性ポリオレフィンの酸価は、表面特性および分散
性から限定する。酸価１未満では塗料密着性が得られ
ず、酸価２０超では摩擦抵抗が大きくプレス性が劣化す
る。ポリオレフィンの好ましい酸価の範囲は５〜１０で
ある。
【００２１】ワックスの粒径は、３μｍ超では加工によ
ってワックス自身が凝集破壊を起こし、密着加工性が低
下する。また、製造面においてもロールへのビルドアッ
プが生じ易い問題がある。皮膜の膜厚を越えない細かい
粒子が望ましい。
【００２２】以下、潤滑皮膜を被覆する方法について述
べる。
【００２３】クロメート処理を行った後、潤滑塗料をド
ライ付着量として０．５〜５．０ｇ／ｍ2 塗布し、ただ
ちに到達板温９０〜２００℃に焼付けて皮膜化する。ド
ライ付着量を限定したのは、潤滑性、耐食性ともにドラ
イ付着量に比例して向上し、ドライ付着量０．５ｇ／ｍ
2 未満では潤滑性、耐食性が得られず、ドライ付着量
５．０ｇ／ｍ2 超では溶接できず、また生産面において
ロールへのビルドアップや、急速加熱による泡立ちが発
生しやすく実用的ではないからである。最も好ましいド
ライ付着量は１〜３ｇ／ｍ2 である。塗布方法はロール
コーター、エアーナイフコーター、静電塗装等の既存の
方法を採用できる。
【００２４】塗装後、ただちに焼付ける。本発明におい
ては、できるだけ短時間に焼き付ける急速加熱方法によ
り良好な結果が得られる。即ち、塗装後数秒以内に焼き
付け炉に入れ、１０秒以内に到達板温９０〜２００℃に
焼き付ける方法が好ましい。その理由は、前述したよう
に本発明の目的とする表面特性の優れた潤滑皮膜を得る
ためワックスの表面濃化を抑制するためである。極性基
を付与せず乳化剤で分散する従来のワックス含有塗料は
表面に不活性なワックスが浮いて表面を占有し、上塗り
塗料密着性が得られない。焼付方法としては熱風、赤外
線、誘導加熱、ガス直火炉、電気炉等の公知の方法を採
用できるが、前述したように急速加熱焼付方法が望まし
い。
【００２５】本発明に用いる潤滑塗料には、必要により
メラミン、アミン等の架橋剤やシランカップリング剤、
顔料等を加えることができる。
【００２６】
【実施例】実施例中の浴成分は不揮発分としての濃度比
である。実施例の記号と内容は表１の通りである。粒径
はレーザー光散乱法もしくは透過電顕から判定し、分子
量はＧＰＣ、極限粘度から、軟化点は環球法（ＪＩＳＫ
２５３１）で測定したものである。
【００２７】
【表１】
【００２８】実施例１ めっき量２０ｇ／ｍ2 の電気亜鉛めっき鋼板（板厚０．
８ｍｍ）の表面に市販のエッチングクロメート処理を行
い、水洗後表２に示す潤滑塗料をロールコーターにて塗
布したのち、２秒以内にガス直火炉に入れ５秒で到達板
温１２０℃に焼付け、水冷して潤滑めっき鋼板を作成し
た。
【００２９】得られた潤滑めっき鋼板について、回転式
の摺動摩耗試験機で摺動摩耗性を評価した。５００ｇの
荷重の端子に１０ｍｍに打ち抜いたプラスチック（ビデ
オケース）を貼り、円盤に切った試料の表面に乗せ、毎
分６０回転させて５０回毎に試料表面を観察し、めっき
に傷が入った回数で評価した。プレス角筒クランクプレ
スにて「かじり」を評価した。クランクプレスの条件
は、しわ抑え圧６トンで粗板（０．８×２２０×１８０
ｍｍ）を６５×１１５ｍｍ、高さ５０ｍｍに成形し、粘
着テープ（ニチバンセロテープ）にて側面を剥離し、模
造紙に貼り色差計にて明度（Ｌ）を測定し、粘着テープ
を直接模造紙に貼付けたブランクの明度（Ｌ2 ）との差
（Ｌ2 −Ｌ）をΔＬ値で示した。耐食性は塩水噴霧試験
で白錆が面積率５％発生した時間、塗料密着性は市販の
メラミンアルキッド樹脂塗料をドライ付着量で２０ｇ／
ｍ2 塗布し、熱風１２０℃２０分焼付け、エリクセン試
験機で９ｍｍ絞ったのち粘着テープ（ニチバンセロテー
プ）にて剥離し、目視評価（剥離面積率）した。また、
連続スポット溶接性は、試験板２００×３００ｍｍを２
枚合わせて２０ｍｍ間隔で電流９ｋＡ、加圧力２５０ｋ
ｇｆ、電極先端径４．５ｍｍ、通電時間１２サイクル条
件でスポット溶接を行い、溶接可能な点数で評価した。
結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】Ｎｏ．１〜４は潤滑皮膜の付着量を０．
５、１．０、２．０、３．０ｇ／ｍ2 に変化させた本発
明例で、膜厚が厚いほど摺動摩耗性およびクランクプレ
スのかじりがなく良好な潤滑性を示す。耐食性は付着量
に比例して優れる。しかし、溶接性においてはＮｏ．
１、２は良好な結果を得たが、高付着量のＮｏ．３、４
は溶接しにくい。
【００３２】Ｎｏ．５、６はクロメート付着量を変化さ
せた本発明例で、塗布量の少ないＮｏ．５は耐食性がや
や低下し、高付着量のＮｏ．６は塗料密着性で少し剥離
するが、いずれも良好な結果を得た。
【００３３】Ｎｏ．７〜９はシリカの含有比率を変えた
例で、率の低いＮｏ．７は耐食性でやや低く、シリカの
含有率の高いＮｏ．９は摩耗性に非常に優れる。しか
し、クランクプレスではかじりが発生した。Ｎｏ．８は
バランスの良い結果を得た。
【００３４】Ｎｏ．１０、１１はシリカの種類を変えた
本発明例で、良好な潤滑性、耐食性、塗料密着性を得
た。
【００３５】Ｎｏ．１２〜１５はＬＯＷ／ＨＯＷを変え
た本発明例である。Ｎｏ．１２、１３はバランスの良い
結果を得た。全ワックス濃度の低いＮｏ．１４は潤滑性
能が低くなる。濃度の高いＮｏ．１５は潤滑性が優れて
いるが、耐食性、塗料密着性で少し低下した。しかし、
いずれも実用可能な性能を得た。
【００３６】Ｎｏ．１６は潤滑剤を含まない比較例で、
潤滑性が劣る。Ｎｏ．１７はＨＯＷを含まない比較例
で、摺動摩耗性が劣る。Ｎｏ．１８はＬＯＷを含まない
比較例で、プレス性でのかじりがひどい。
【００３７】実施例２ 板厚０．８ｍｍの冷延鋼板に既存の方法でめっき量２０
ｇ／ｍ2 の１０％Ｎｉ−Ｚｎ合金電気めっきを行い、そ
の表面をクロム酸／硫酸＝３０／０．３ｇ／ｌ浴中で電
流密度１０Ａ／ｄｍ2 、２秒間電解後水洗してＣｒ付着
量６０ｍｇ／ｍ2 被覆し、表３に示す潤滑塗料をロール
コーターにて塗布し、ただちに表３に示した板温１２０
〜１８０℃にガス直火炉にて急速に焼き付け、水冷して
潤滑めっき鋼板を作成した。評価は実施例１に準じて行
い、得た結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】Ｎｉ−Ｚｎ合金めっき下地ではいずれも摺
動摩耗性、耐食性が向上した。
【００４０】Ｎｏ．１９はオレフィンアクリル樹脂とア
ンモニア中和シリカの塗料に潤滑剤として酸価５のＬＯ
ＷとＨＯＷとしてポリプロピレンを加えた本発明例で、
バランスの良い良好な結果を得た。Ｎｏ．２０、２１は
オレフィンアクリル樹脂にＮｏ．１９と異なる種類のＬ
ＯＷを配合した本発明例で、いずれも良好な結果を得
た。Ｎｏ．２２、２３はオレフィンアクリル樹脂にＨＯ
Ｗとして高密度ポリエチレン、高密度ポリブチレンを配
合した本発明例で、いずれも良好な結果を得た。Ｎｏ．
２４は水性樹脂としてポリエチレンアイオノマー、Ｎ
ｏ．２５はポリエステルを使用した本発明例で、良好な
潤滑性、耐食性、塗料密着性を得た。
【００４１】Ｎｏ．２６〜２８はオレフィンアクリル水
性樹脂とアミン中和シリカにＬＯＷとして酸価５の低密
度ポリエチレンワックス、ＨＯＷとしてポリプロピレン
を加えた潤滑塗料を塗布し、到達板温１２０℃、１５０
℃、１７０℃で焼付けた本発明例で、良好な結果を得
た。焼付板温に比例して摺動摩耗性が改善され、プレス
性が低下する傾向がある。
【００４２】実施例３ ２０％Ｆｅ−Ｚｎ電気亜鉛合金めっき鋼板（めっき量２
０ｇ／ｍ2 ）に電解クロメート（Ｎｏ．２９）、溶融亜
鉛めっき鋼板（めっき量４０ｇ／ｍ2 ）の表面に市販の
塗布クロメートをＣｒ付着量５０ｍｇ／ｍ2 狙い（Ｎ
ｏ．３０）で行い、表２に示すＮｏ．２の条件で潤滑め
っき鋼板を作成した。
【００４３】Ｎｏ．２９は摺動摩耗回数４００回、クラ
ンクプレスでかじりが殆ど無く（ΔＬ＝−０．１）、耐
食性は８００時間、塗料密着性も良好な結果を得た。Ｎ
ｏ．３０は摺動摩耗回数が２００回、プレスかじりはΔ
Ｌ＝−０．２、耐食性は５００時間、塗料密着性剥離は
２％と略良好な結果を得た。
【００４４】
【発明の効果】本発明法により製造しためっき鋼板は、
プレス油を塗布することなく摺動摩耗性に優れ、高速深
絞りができ、さらに皮膜を除去することなくそのまま耐
食性皮膜、塗装下地めっき鋼板として使用できることか
ら、脱脂工程の省略、脱脂用溶剤蒸発による環境破壊の
防止、職場の環境改善等のメリットがあり、幅広い分野
に適用可能な高品質表面処理鋼板であり、製品のトータ
ルコストをミニマム化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法により製造した潤滑めっき鋼板の皮膜
の断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼板 ２ めっき ３ クロメート ４ 潤滑皮膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 めっき鋼板の表面にＣｒ換算で５〜１０
    ０ｍｇ／ｍ2 のクロメート処理を行ったのち、その上層
    にシリカを水性樹脂１００重量部に対して固形分で１０
    〜７０重量部、粒径が３μｍ以下で軟化点が１２０℃以
    下と軟化点が１２０℃超のポリオレフィンワックスを固
    形分重量比で９／１〜１／９に混合した下記ポリオレフ
    ィンワックスディスパージョンを全ワックス固形分とし
    て水性樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部の割合
    で含有する潤滑塗料をドライ付着量として０．５〜５．
    ０ｇ／ｍ2 被覆し、ただちに到達板温９０〜２００℃に
    焼付けて冷却することを特徴とする高性能潤滑めっき鋼
    板の製造方法。 記 〔ポリオレフィンワックスディスパージョン〕エチレン
    系不飽和カルボン酸もしくはその無水物またはカルボキ
    シル基含有誘導体を結合成分として含む極性基を有する
    分子量が１０００〜４０００、酸価１〜２０の球形ポリ
    オレフィンワックスを水または水溶液に分散させたディ
    スパージョン。
  2. 【請求項２】 水性樹脂として揮発性溶剤を含まないオ
    レフィンアクリル樹脂、ポリオレフィンアイオノマー、
    エポキシ樹脂、ウレタンエポキシ樹脂、ポリエステル樹
    脂、アクリル樹脂、または酢酸ビニール樹脂を用いる請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 シリカとして直径５〜５０ｎｍの球形シ
    リカゾルまたは線形シリカゾルを用いる請求項１記載の
    方法。
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