JPH06116777A

JPH06116777A - Ａｌ合金めっき金属材

Info

Publication number: JPH06116777A
Application number: JP27022592A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Hirayama; 克郎平山; Junichi Uchida; 淳一内田; Yasuhiro Yamamoto; 康博山本; Hirohisa Seto; 宏久瀬戸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】 Al合金めっきに犠牲防食能を付与し、めっき
外観と塗膜傷付部の耐食性も改善する。【構成】基体金属表面に、Al−Mn−Ｘ (ＸはZn、Snお
よびPbよりなる群から選ばれた少なくとも１種、Mn：５
重量％超、50重量％以下、Ｘ：0.01〜１重量％、Al：残
部）によって表される組成のAl−Mn系合金めっき層を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はAl合金めっき材、特に鋼
材、チタン材、ステンレス材、アルミニウム材等の基体
金属表面にAl−Mn系合金めっき層を設けた、耐食性に優
れたAl合金めっき金属材に関する。

【０００２】

【従来の技術】AlもしくはAl合金めっき金属材が優れた
耐食性、美麗さ、無毒性など、多くの利点を有している
ことは良く知られている。AlもしくはAl合金めっきは、
水溶液からの電析が不可能なため、溶融金属浸漬法、真
空蒸着法、有機溶媒浴あるいは溶融塩電解浴による電気
めっき法等によって実施されている。このうち、現在で
は主として溶融金属浸漬法が採用されている。しかし、
この方法はその対象がほとんどAl単体のめっきであり、
Al合金めっきには適用し難い。また、薄めっきが困難で
ある上、処理温度が700 ℃を超えるため、合金層の生
成、母材への悪影響といった問題もある。

【０００３】そこで近年に至り、溶融塩電解浴によるAl
合金の電気めっき法が注目されている。ただし、この方
法については従来から多くの提案があるものの、下記の
ごとき問題があるため、工業的規模での実用化は未だ実
現されていないのが現状である。

【０００４】(1) 平滑な電着が困難であるため、めっき
面は凹凸が多く、皮膜は緻密さに欠ける上、基体に達す
るピンホールも多数存在する。 (2) この傾向は特に高電流密度域において著しく、20 A
/dm²以上ではデンドライト、パウダー状の電析となっ
て、めっき不良に陥る。高電流密度化は、工業的規模で
電気Al合金めっきを行なうには生産性向上の面から不可
欠である。

【０００５】特に、溶融塩電解浴による電気Al合金めっ
きでは、設備コストが大きくなることから、めっき槽の
小型化が最重要課題であり、高電流密度操業が不可欠で
ある。そのためには20 A/dm²以上、望ましくは50 A/dm²
以上の高電流密度においてもパウダー、デンドライトが
発生しないことが要求される。

【０００６】従来より、溶融塩浴電気めっき法によるAl
−Mn、Al−Pb、Al−Cr、Al−Fe、Al−Ti、Al−Sn等のAl
合金めっきは文献上公知であったが (特公昭43−18245
号、同38−12821 号、特開昭56−62986 号、特公昭53−
1212号、同38−6870号、同46−13803 号、同46−29362
号) 、本発明者らの追試実験結果によれば、Al−Fe、Al
−Pb、Al−Cr、Al−Ti、Al−Sn等の合金系では、電流密
度を高くすると良好なめっき皮膜が形成されなかった。
また、生成したAl合金めっき皮膜の耐食性その他の性能
は、Al合金が本来有するよう程度をはるかに下回ってい
た。

【０００７】これに対し、Al−Mn系合金においては緻密
なめっき皮膜の形成が可能であることが確認されたた
め、本発明者らはこの合金系について高電流密度条件で
も良好なめっき皮膜が形成される条件を探索した。その
結果、高流速を付与したり (特開昭61−213388号) 、Al
−Mn−Ｘ (Ｘ：Pb、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Sn) の３元系
とする (特開昭61−238995号、同61−295391号、同61−
295392号) ことにより、より安定したAl合金めっきが得
られることを提案した・

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の研究結果から、
Al−Mn系合金めっきのように安定して製造されるAl合金
めっき皮膜は優れた耐食性を示すことも確認されたが、
使用形態によっては未だ満足できないことが判ってき
た。すなわち、上記Al合金めっき皮膜は、保護皮膜とし
ては極めてすぐれた性能を有するので、皮膜に欠陥を生
じない限り、効果的に母材を保護することができる。し
かし、例えばZnめっきのように優先的にめっき皮膜が腐
食して母材の腐食を抑制する効果 (犠牲防食能) が不十
分なため、一旦めっき皮膜に傷が生じてしまった場合
や、加工端面では、その防食効果が減じられてしまう。
また、特に上記Al合金めっき皮膜に塗装を行なった場
合、塗膜傷付部において塗膜密着性が劣化し、ブリスタ
ーを発生するとともに、この傷部での母材腐食が十分に
抑制できない。

【０００９】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決し、高電流密度での溶融塩浴電気めっきにより良
好なめっき皮膜を形成し、犠牲防食能に優れ、しかも塗
膜傷付部の耐食性にも優れたAl合金めっき金属材を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべくさらに検討・実験を重ねたところ、Al合金の
電析において初期の核生成を容易にするのにMnが有効で
あり、合金元素としてMnを添加することにより、上述し
たような各種合金元素を含むAl合金がいずれも高電流密
度で安定してめっきできることを知った。即ち、Al−Ｘ
系合金 (ＸはZn、SnおよびPbよりなる群から選ばれた少
なくとも１種）の溶融塩浴電気めっきにおいて、さらに
合金元素として５重量％超の比較的多量のMnを共存させ
ることにより、従来問題となっていたようなめっき不能
あるいは電析時のパウダー発生などの不都合を完全に解
消することができる。さらに、Ｘ元素は１重量％以下の
ごく少量を添加するだけで、Al合金めっき皮膜に犠牲防
食性を付与できると同時に、塗装後の塗膜傷付部でのブ
リスター発生や母材腐食に対する抑制効果が得られるこ
とも判明した。

【００１１】ここに、本発明の要旨とするところは、基
体金属表面の一部または全面にAl−Mn−Ｘ (ただし、Ｘ
はZn、SnおよびPbよりなる群から選ばれた少なくとも１
種であり、Mn：５重量％超、50重量％以下、Ｘ：0.01〜
１重量％、Al：残部である）によって表される組成のAl
合金めっき層を有することを特徴とする、Al合金めっき
金属材である。

【００１２】

【作用】本発明においてAl合金めっき皮膜の合金組成を
上述のように限定した理由は次の通りである。本発明の
めっき金属材のAl合金めっき皮膜中のMn含有量は５重量
％超、50重量％以下とする。この範囲を外れる領域で
は、Al−Mn−Ｘ系の溶融塩浴による電気めっきにおいて
電流密度が20 A/dm²を超えると、パウダーやデンドライ
トの生成を抑えることが困難となるからである。Mn含有
量は好ましくは10〜40重量％、さらに好ましくは18〜30
重量％である。

【００１３】Ｘ (即ち、Zn、SuおよびPbからなる群から
選ばれた少なくとも１種の成分) のめっき皮膜中の合計
量は、0.01〜1 重量％とする。Ｘが0.01重量％未満では
Al−Mn−Ｘ合金の特色である犠牲防食効果が小さく、ま
た塗装後傷付部の耐食性が劣る。一方、Ｘが１重量％を
超えると、犠牲防食効果は期待できるが、塗装後傷付部
において耐食性が劣るようになる。Ｘ成分の好ましい含
有量は、0.05〜0.5 重量％である。Al合金めっき皮膜の
厚みは特に制限されないが、一般には１〜10μｍの厚さ
で十分である。

【００１４】基体金属の種類は、冷延鋼材、ステンレス
鋼材、クロム鋼材などの各種鋼材でも、AlおよびAl合金
材、TiおよびTi合金材などの各種非鉄金属材のいずれで
もよい。その形態についても特に制限はなく、通常はス
トリップなどの板材の形態であるが、管材、棒材、線
材、異形材、さらにはボルト、ナット等の加工成形品の
形態であってもよい。例えば、チタン棒材や自動車用高
張力鋼板のような薄鋼板にも適用される。

【００１５】従来のめっきと同様、めっき前に基体金属
の処理表面を清浄にしておく。特に、チタン材、ステン
レス鋼材などでは、基体表面に酸化物皮膜が安定して存
在するので、めっき皮膜の密着性向上のため、酸洗等の
前処理を十分に行なっておくことが好ましい。

【００１６】また、電着性と耐食性をさらに一層優れた
ものとするために、基体金属とめっき材であるAl合金の
双方に良好な密着性を示すZnやNiなどの金属の下地層
を、基体金属上に予め形成しておいてもよい。このよう
な下地層は、例えば、慣用のジンケート処理、Niプレめ
っき処理、陽極溶解処理などにより形成することができ
る。

【００１７】基体金属表面の一部または全面へのAl合金
めっき層の形成は、各目的金属イオンを含有する溶融塩
からなるめっき浴を調製し、その中で基体金属を陰極と
して電解することにより実施できる。

【００１８】溶融塩電解浴としては、塩化物浴が一般に
使用される。好適な塩化物浴の例は、AlC1₃と少なくと
も１種のアルカリ金属塩化物 (例、NaCl、KCl)を含有
し、必要に応じてさらに有機アミン、フッ化物、臭化
物、ヨウ化物、などを助剤として添加してもよい。別の
塩化物浴として、AlC1₃-エチルメチルイミダゾリウムク
ロリド(EMIC)からなる、より低融点の溶融塩浴も使用で
きる。

【００１９】めっき共析成分であるMnとZn、Sn、Pbの１
種以上は、それぞれ塩化物の形態で溶融塩浴に添加して
もよく、あるいはそれらを金属の形態で浴中に添加、溶
解させてもよい。いずれの形で加える場合でも、めっき
皮膜中に共析させたい量に応じて、溶融塩浴中のMnイオ
ン濃度とＸイオン濃度を調整する必要がある。これらの
成分の浴中イオン濃度条件は、電流密度、浴組成、浴温
度、流動条件によって異なるが、一般にMnで 100〜7000
ppm、Ｘで１〜100 ppm の範囲となる。

【００２０】浴中の不純物イオンの共析によって不可避
的に混入する共析元素成分については特に限定しない。
例えばめっき母材に炭素鋼等の鉄系基材を用いる場合に
は、母材溶出によるFe成分の共析が数重量％に及ぶ場合
もあるが、この場合も本発明のMnとＸの組成範囲におい
て良好な性能を得ることができる。

【００２１】溶融塩電気めっきにおける通電は、平滑直
流、リップル直流、パルス直流のいずれの方式で行なっ
てもよい。陽極は、カーボン、タングステンなどの不溶
性電極、AlまたはAl基合金などの可溶性電極のいずれで
もよい。不溶性陽極を使用する場合は、めっき中に浴組
成が変動するため、原料塩などを適宜添加して浴組成を
可及的に一定に保持する必要がある。

【００２２】溶融塩浴は、攪拌、ポンプなどの手段によ
り、被めっき材の基体金属に対して0.5 m/ｓec以上の速
度で流動させることが望ましい。溶融塩浴を流動させる
代わりに、被めっき材を回転または走行させることによ
って移動させてもよい。特にストリップ材の場合、連続
走行させながらめっき処理をすることが望ましい。

【００２３】本発明のAl−Mn系めっきでは、めっき電流
密度が30 A/dm²、さらには50 A/dm²以上と高くなって
も、デンドライトやパウダーの発生を防いで良好なめっ
き皮膜を形成することが可能であるが、基体金属がボル
トなどの加工成形品である場合には、つき回り性をよく
するためには、低電流密度で時間をかけて処理すること
が望ましい。また、溶融塩浴と被めっき材との間に相対
運動が行なわれない場合には、電流密度が10 A/dm²以上
を超えると、析出しためっき皮膜にコゲが生じ、めっき
不良となることがあるので、注意を要する。

【００２４】めっき後に、従来よりAl系材料に適用され
てきた陽極処理や化学浸漬処理等の表面酸化処理や、ク
ロメート処理を後処理として行なってもよい。それによ
り耐食性が一層改善される場合がある。

【００２５】次に、本発明の作用効果を実施例によって
さらに具体的に説明するが、これらは単に本発明の説明
のために示すのであって、これにより不当に本発明が制
限されるものではない。

【００２６】

【実施例】溶融塩専用のフローセル(SUS 316L 製) を作
成し、フローチャンネル内に陽極として純度99.8重量％
のAl板を設置し、被めっき材である基体金属として0.8
mm厚の冷延鋼板(JIS G3141) を陰極として、表１に示す
条件で次の各種めっき試験を行った。めっき面積は0.7
dm²であった。

【００２７】冷延鋼板は前処理として、有機溶剤で脱脂
後、10％オルトケイ酸ナトリウム中で電解脱脂し、さら
に10％HC1 により酸洗した後、100 ％エタノールに浸漬
し、温風乾燥をおこなった。

【００２８】

【表１】

【００２９】このような条件下において溶融塩浴中のMn
イオン濃度およびＸイオン濃度および種類を種々変えて
溶融塩電気めっきを行い、冷延鋼板の両面に膜厚３〜７
μｍのAl−Mn系合金めっき皮膜を形成した。このめっき
皮膜中のMnおよびＸ元素の含有量をＥＤＸにより分析
し、そのめっき外観、犠牲防食性、塗装後傷部耐食性を
次に示す要領で評価した。

【００３０】めっき外観は、色調、光沢を目視観察によ
り評価した。犠牲防食性は、めっき試験片にカッターナ
イフで素地の基体金属に達するクロスカット傷を加え、
JIS Ｘ2371に基づく塩水噴霧試験により、赤錆が５％発
生するまでの日数で評価した。

【００３１】塗装後傷部耐食性は、めっき鋼板試験片に
膜厚20μm のカチオン電着塗装を施した後、素地に達す
るクロスカットを入れ、複合サイクル試験 (１サイク
ル：35℃、５％塩水噴霧12時間→60℃乾燥４時間→35
℃、５％塩水浸漬８時間) に50サイクルに供した後の最
大ブリスター幅と最大腐食深さによって、次の５段階で
評価した。評価は、ブリスター幅については、５：2 mm
未満、４： 2〜5 mm、３：5〜10 mm 、２：10〜20 mm
、１：20 mm 以上。腐食深さについては、５：0.1mm未
満、４：0.1 mm以上0.3 mm未満、３：0.3 mm以上0.5 mm
未満、２：0.5 mm以上、１：穴あきとした。

【００３２】試験結果を、表２ (Ｘ成分が１種類) 、表
３ (Ｘ成分が２種類) 、表４ (Ｘ成分が３種類) にそれ
ぞれ示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】表２〜表４に示した実施例の結果から明
らかなように、本発明のAl−Mn−Ｘ合金めっき金属材
は、30 A/dm²という高電流密度での電気めっきで形成し
たにもかかわらず、犠牲防食性、塗装後傷部耐食性、め
っき外観のいずれにも優れている。一方、めっき組成が
本発明の範囲外である比較例では、いずれか少なくとも
一つの特性が劣化した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸宏久大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体金属表面の一部または全面にAl−Mn
−Ｘ (ただし、ＸはZn、SnおよびPbよりなる群から選ば
れた少なくとも１種であり、Mn：５重量％超、50重量％
以下、Ｘ：0.01〜１重量％、Al：残部である）によって
表される組成のAl合金めっき層を有することを特徴とす
る、Al合金めっき金属材。