JPH0673529A - 蒸着複層めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 めっき層をＴｉとＡｌとの複層にすることに
より、従来のＡｌ単層めっき鋼板よりも耐熱性、耐食性
および加工性を向上する。 【構成】 鋼板表面に第１層として、Ｔｉめっき層が形
成され、その上に第２層として、第１層との境界面から
表面に向かってＡｌ含有量が徐々に高くなったＡｌ−Ｔ
ｉ系傾斜合金層が形成され、さらに、この第２層の上に
第３層として、Ａｌめっき層が形成された蒸着複層めっ
き鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、めっき層が３層構造に
なっている耐食性、耐熱性および加工性に優れた蒸着複
層めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来技術】従来よりＡｌめっき鋼板が多量に使用され
ているが、この一般的なものは、鋼板に直接Ａｌを溶融
めっき法によりめっきした単層めっき鋼板である。この
Ａｌめっき鋼板は、めっき層の厚みが８μｍ以上のもの
であれば、耐食性、耐熱性に優れているので、従来より
自動車排ガス系部材、燃焼機器部材、家庭用機器部材等
に広く使用されている。しかし、最近、用途によって
は、部材の製造費を低減するため、薄めっきのものが要
求されたり、塩害腐食の影響を受ける用途にまで使用の
拡大が検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌめ
っき鋼板を塩害腐食を受けるようなハロゲンイオンの存
在する環境で使用すると、耐食性を有する表面の酸化被
膜が溶解されるため、Ａｌ（ＯＨ）_３を主成分とする白
錆が表面に発生したり、素地鋼板に達する孔食が発生し
たりする。

【０００４】そこで、塩害を受ける用途に使用する場合
には、めっき層の厚みを４０μｍ程度と厚くして、孔食
が素地鋼板に短時間で達しないようにしていたが、この
ようにめっきを厚くすると、高価になるという問題があ
った。また、めっき層表面には、めっき鋼板の一般的な
後処理であるクロメート処理などの化成処理を施してい
るが、この効果は一時的なものであり、耐食性を本質的
に改善するものではない。

【０００５】溶融Ａｌめっき鋼板では、めっき層にＳｉ
を通常８〜１２％含有させて、素地鋼板とめっき層との
界面に生成する加工性の劣るＡｌ−Ｆｅ合金層の発達を
抑制しているが、この場合、素地鋼板が従来一般に使用
されている低炭素リムド鋼やＡｌキルド鋼であると、６
００℃以上に加熱した場合、めっき層と素地鋼板との界
面が優先酸化され、７００℃以上に加熱すると、めっき
層が合金化して、剥離することがあり、耐熱性の点で必
ずしも十分とはいえない。この耐熱性の問題は、素地鋼
板として、低炭素−Ｔｉ添加鋼や極低炭素−０．２Ｔｉ
添加鋼を使用すれば改善され、６５０℃以上の繰り返し
加熱に耐えるが、このようなＴｉ添加鋼を使用すると、
Ａｌキルド鋼などに比べて製品価格が割高になり、好ま
しくない。また、素地鋼板にＴｉ添加鋼を用いても、素
地鋼板とめっき層との界面に脆いＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ合金
層が生成するため、十分な加工性は得られない。

【０００６】一方、非水溶液による電気Ａｌめっき法や
通常の真空蒸着Ａｌめっき法によれば、素地鋼板とめっ
き層との界面にＡｌ−Ｆｅ合金層の精製しないＡｌめっ
き鋼板を製造できるが、このような方法で製造したもの
は、高温に加熱すると、めっき層のＡｌが素地鋼板中に
拡散し、素地鋼板が酸化されるので、耐熱性が劣る。ま
た、めっき層には、素地鋼板にまで達するピンホールが
存在するため、厳しい腐食環境のもとでは、耐食性に問
題がある。

【０００７】以上のように、従来のＡｌめっき鋼板は、
耐食性、耐熱性、加工性の点で点で必ずしも満足できる
ものではなかった。そこで、本発明は、これらの特性を
改善した蒸着複層めっき鋼板を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼板表面に第
１層として、Ｔｉめっき層が形成され、その上に第２層
として、第１層との境界面から表面に向かってＡｌ含有
率が徐々に高くなったＡｌ−Ｔｉ系傾斜合金層が形成さ
れ、さらに、この第２層の上に第３層として、Ａｌめっ
き層が形成されている蒸着複層めっき鋼板とした。

【０００９】

【作用】Ａｌめっき鋼板の耐食性、耐熱性および加工性
を改善するには、めっき層と素地鋼板との間に生じるガ
ルバニック電流を無くし、めっき層中のビンホール発生
を抑制するとともに、両者の境界にＡｉ−Ｆｅ合金層が
生成しないようにすることが必須条件である。

【００１０】すなわち、Ａｌめっき鋼板の腐食は、孔食
であるが、この孔食が素地鋼板に達すると、素地鋼板と
めっき層との間に局部電池が形成されて、その間にガル
バニック電流が流れ、めっき層が電位的に卑になって優
先的に溶解することにより生じるものである。このガル
バニック電流は、かなり大きいため、めっき層には局所
的な溶解が急速に生じ、周囲にまで溶解が拡大されてし
まう。そして、めっき層の溶解が素地鋼板に対するＡｌ
の犠牲防食作用の及ばない範囲にまで拡大した時点で素
地鋼板の腐食が開始され、赤錆が発生するのである。

【００１１】また、通常の大気のようなハロゲンイオン
の存在しない環境下では、Ａｌめっき層の不動態皮膜は
安定なため、素地鋼板に対するＡｌめっき層の犠牲防食
効果が働かずピンホールを通じて素地鋼板が腐食されて
しまう。したがって、耐食性を改善するには、めっき層
と素地鋼板との間のガルバニック電流が生じないように
することおよびピンホールの発生を抑制することが必要
である。

【００１２】さらに、Ａｌ−Ｆｅ合金層は、脆く、加熱
により成長するので、耐熱性、加工性を改善するには、
この合金層が生じないようにする必要がある。

【００１３】しかし、本発明の蒸着複層めっき鋼板のよ
うに、鋼板表面に第１層として、Ｔｉめっき層を形成
し、その上に第２層として、第１層との境界面から表面
に向かってＡｌ含有率が徐々に高くなったＡｌ−Ｔｉ系
傾斜合金層を形成し、さらに、この第２層の上に第３層
として、Ａｌめっき層を形成しておくと、次のように耐
食性、耐熱性および加工性が改善される。

【００１４】（１）塩害腐食環境下では、第３層のＡｌ
めっき層にＡｌ単層めっき鋼板の場合と同様に孔食が発
生するが、この孔食が第２層のＡｌ−Ｔｉ系傾斜合金層
に達しても、第２層は第３層より電位的に貴であるた
め、第２層より第３層が優先的に溶解され、第３層が消
失するまで第２層は溶解されにない。

【００１５】（２）塩害腐食環境下で第３層の孔食が進
行して、第２層が露出しても、第３層と第２層との間の
ガルバニック電流が小さいため、孔食部分の周囲の腐食
速度は、Ａｌ単層めっき鋼板で素地鋼板が露出した場合
より小さく、第３層が消失するまでに長時間を要する。

【００１６】（１）塩害腐食環境下では、第３層の消失
後、第２層の腐食が開始されるが、第２層は、深さ方向
に徐々に電位が貴になっているため、孔食が発生せず、
全面腐食の形で腐食が進行する。このため、素地鋼板
は、第２層が消失するまで腐食されず、腐食が開始され
るまでの時間が長い。

【００１７】（４）塩害腐食環境下では、素地鋼板に達
するビホールがめっき層に存在していても、第３層が素
地鋼板に耐して犠牲防食作用を発揮するため、素地鋼板
が第１層より電位的に卑であるにもかかわらず、腐食さ
れない。また、露出している素地鋼板は、面積が非常に
小さいので、第３層との間に形成される局部電池のガル
バニック電流は非常に小さく、第３層の腐食速度は非常
に小さい。

【００１８】（５）塩害腐食環境下では、第２層、第３
層の腐食が拡大して、第１層の露出が第２層、第３層の
犠牲防食作用の及ばない範囲にまで大きくなっても、第
１層のピンホールを第２層、第３層の腐食性生物［例え
ばＡｌ（ＯＨ）_３など］が封じ込めるので、素地鋼板の
腐食は防止される。

【００１９】（６）第２層は、第１層にピンホールが存
在しても、それを埋め込む作用があるため、素地鋼板の
外部環境への露出は抑制され、通常の大気中のような比
較的柔らかい環境下でも素地鋼板の腐食は抑制される。

【００２０】（７）第１層のＴｉめっき層は、かなり高
温に加熱しても素地鋼板と合金層を形成せず、Ａｌが素
地鋼板中に拡散するのを抑制する作用を有する。

【００２１】なお、本発明のめっき鋼板は、３層構造で
あることを必須要件としているが、めっき層構造が、例
えば、上層Ａｌ、下層Ｔｉの２層めっき鋼板では、前述
の（１）〜（３）、（５）及び（６）の効果が小さいか
あるいは得られないため、耐食性が本発明のめっき鋼板
より劣ってしまう。また、上層Ａｌ、下層Ａｌ−Ｔｉ系
傾斜合金のような２層構造のものであると、Ｔｉめっき
層のようなバリヤー効果を発揮するめっき層がないた
め、Ａｌが素地鋼板に拡散してしまい、Ａｌ−Ｆｅ合金
層の生成抑制効果がない。

【００２２】第１層のＴｉめっき層による耐熱制改善効
果は、膜厚が０．０５μｍ以上であれば認められる。
又、耐食性改善効果は、膜厚が厚い程大きいが、あまり
厚くすると、加工性の低下を招く。

【００２３】第２層のＡｌ−Ｔｉ系傾斜合金層は、隣接
する第３層との電位差を小さくすため、第３層側のＡｌ
含有量を高くする。さらに、第２層中での孔食の発生を
抑制するために、第３層側から第１層側に向かって次第
に貴になるように、第１層側から第３層側に向かってＡ
ｌ含有量を次第に高くする。これは、同時に第１層中に
存在するピンホールを埋め込むことに対しても効果があ
る。本発明では、第１層との境界部のＡｌ含有量を３０
％以下、第３層との境界部のＡｌ含有量を７０％以上に
するのが好ましい。この第２層による耐食性改善効果
は、膜厚が０．０５μｍ以上であれば認められる。しか
し、あまり厚くすると、第１層の場合と同様に加工性が
低下し、成形加工時に割れを生じる恐れがある。

【００２４】第３層のＡｌめっき層は、膜厚に関係なく
加工性が良好であるが、耐食性、耐熱性を改善するため
には、膜厚を０．５μｍ以上にする必要がある。

【００２５】前述のように、第１層と第２層は、膜厚を
厚くすると、加工性が低下し、ひいては加工後の耐食性
を劣化させるので、第１層と第２層との膜厚の合計は、
全膜厚の７０％以下の比率にするのが好ましい。また、
全めっき層の合計膜厚は０．６μｍ未満では耐食性、耐
熱性とも不十分で、２０μｍ以上では蒸着めっきによる
製造の場合には、蒸着の際の蒸着凝縮熱により鋼板温度
が上昇して、鋼板の機械的性質が損なわれる恐れがあ
り、かつ、コスト面でも製造費の上昇が著しくなる。こ
のため、全めっき層の合計膜厚は、０．６μｍ以上、２
０μｍ未満にするのが好ましい。

【００２６】本発明の蒸着複層めっき鋼板は、次のよう
にすれば製造できる。まず、一つの方法は、二元同時蒸
着による方法である。すなわち、真空槽内の入側にＴｉ
蒸発源を、出側にＡｌ蒸発源を配置して、各条発言から
Ｔｉ、Ａｌを蒸発させた場合、Ｔｉ蒸気とＡｌ蒸気の一
部が鋼板の進行位置で重なり合うようにする。このよう
にすれば、鋼板の入側からＴｉ蒸気、Ａｌ−Ｔｉ混合蒸
気、Ａｌ蒸気が存在するので、鋼板の通板によりＴｉ、
Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌが順次めっきされる。しかして各
蒸発源から発生する金属蒸気流密度分布は、蒸発源直上
が最も高く、蒸発源に対して水平方向に離れるほど徐々
に低くなるので、第２層目のＡｌ−Ｔｉ合金めっきにお
いては、鋼板がＴｉ蒸発源からＡｌ蒸発源に移動する間
にＡｌ含有量が徐々に高くなるＡｌ−Ｔｉ合金がめっき
され、傾斜合金層となる。なお、全めっき層の膜厚、各
めっき層の膜厚比率およびＡｌ−Ｔｉ合金層のＡｌ濃度
勾配は、各蒸発源への投入電力の大きさおよび比率、Ｔ
ｉ蒸発源とＡｌ蒸発源の間隔、蒸発源と鋼板との距離、
真空度、蒸着時間、鋼板表面状のマスク位置および面積
などにより調整する。

【００２７】また、もう一つの方法は、第１層のＴｉめ
っき層を蒸着法により形成した後、Ａｌを蒸着して、鋼
板温度とＡｌ蒸気の凝縮熱とにより、ＡｌをＴｉめっき
層表層に熱拡散させ、Ｔｉめっき層とＡｌめっき双との
間にＡｌ濃度勾配を有するＡｌ−Ｔｉ合金層を形成する
方法である。これらの方法でのＴｉ、Ａｌの蒸着は、電
子ビーム、アーク放電およびスパッタリングなどのいず
れの方法でもよい。

【００２８】

【実施例】次の蒸着法により素地鋼板側からＴｉ／Ａｌ
−Ｔｉ傾斜合金／Ａｌの各めっき層を順次形成した３層
めっき鋼板を製造した。

【００２９】（１）蒸着法１ 真空室の入側にはＴｉを入れた水冷銅ハースが、出側に
はＡｌをいれたセラミック製るつぼがそれぞれ配置さ
れ、Ｔｉ蒸気とＡｌ蒸気の一部が鋼帯の通板位置で混合
するように、水冷同ハースとセラミックス製るつぼとの
間隔が調整された二元真空蒸着装置の真空室を、真空度
１×１０^−４〜１×１０^−５Ｔｏｒｒに排気した後に、
アルカリ電解脱脂したＡｌキルド冷延鋼帯（板厚０．６
ｍｍ）を通板する。その際に、まず、イオンビーム発生
装置からビーム状のＡｒイオンを加速電圧５ｋＶで鋼帯
に衝突させて、鋼帯表面の酸化物などの不純物を除去
し、表面を活性化させ、次に、同真空度で鋼帯を移動さ
せながら、Ｔｉ、Ａｌを電子ビームで溶解、蒸発させ
て、Ｔｉ、Ａｌ−ＴｉおよびＡｌを順次蒸着した。

【００３０】（２）蒸着法２ 真空室の入側にはＴｉを入れた水冷銅ハースと、Ａｌを
入れたセラミック製るつぼがそれぞれ配置され、Ｔｉ蒸
着とＡｌ蒸着と切り替えできるようにした真空蒸装置の
真空室に、アルカリ電解脱脂したＡｌキルド冷延鋼帯
（板厚０．６ｍｍ）をセットして、蒸着法１の場合と同
様の方法により、鋼板表面を活性化すると同時に、鋼板
温度を４００℃に加熱し、電子ビーム蒸着によりＴｉを
蒸着した。次に、電子ビーム蒸着によりＡｌを蒸着し、
蒸着Ａｌの凝縮熱で鋼板温度を６００℃に上昇させ、Ｔ
ｉめっき層の表層をＡｌ−Ｔｉ合金化した。

【００３１】以上の蒸着法により製造した３層めっき鋼
板とＡｌまたはＴｉの単層蒸着めっき鋼板、Ｔｉ（下
層）／Ａｉ（上層）複層蒸着めっき鋼板、Ｓｉ９％含有
溶融Ａｌめっき鋼板とに次の試験を施した。

【００３２】（１）密着性試験 めっき面を外側にして、１８０度密着折り曲げて、折り
曲げ部にセロハンテープを貼り付けて引き剥がし、めっ
き層の剥離の有無を次の基準で表示した。 ○ めっき層の剥離なし × めっき層の剥離あり

【００３３】（２）加工前耐食性試験 ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて塩水噴霧試験をおこな
い、赤錆の発生するまでの時間を次の基準で評価した。
なお、試験片には、７０×１５０ｍｍの寸法のものを用
い、端面および裏面はシールした。 ○ ５００時間で赤錆発生せず △ ２００〜５００時間で赤錆発生 × ２００時間未満で赤錆発生

【００３４】（３）加工後耐食性試験 めっき面を外側にして、直径４１．５ｍｍ、深さ２５ｍ
ｍの円筒絞り加工を行い、加工前耐食試験と同一の塩水
噴霧試験を実施し、同一の基準で赤錆の発生状態を評価
した。

【００３５】（４）ピンホール試験 ＪＩＳ Ｋ ２２４６に準じて湿潤試験を１０００時間
行い、全試験面積に対する赤錆発生面積の比率を次の基
準で評価した。なお、試験片には、７０×１５０ｍｍの
寸法のものを用い、耐食性試験と同様に端面及び裏面を
シールした。 ○ 赤錆発生面積５％未満 △ 赤錆発生面積５〜５０％ × 赤錆発生面積５０％超

【００３６】（６）耐熱性試験 大気中で８００℃で８時間加熱後、１６時間空冷する加
熱−冷却試験を１サイクルとするサイクル試験を３回実
施した後、サイクル試験前および後の酸化増量を測定
し、次の基準で評価した。 ○ 酸化増量５０ｇ／ｍ^２以下 △ 酸化増量５０ｇ／ｍ^２超、１００ｇ／ｍ^２以下 × 酸化増量１００ｇ／ｍ^２超

【００３７】各試験結果を纏めて表１および表２に示
す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の蒸着複層めっき
鋼板は、従来のＡｌめっき鋼板よりも耐食性、耐熱性お
よび加工性が優れている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板表面に第１層として、Ｔｉめっき層
   が形成され、その上に第２層として、第１層との境界面
   から表面に向かってＡｌ含有率が徐々に高くなったＡｌ
   −Ｔｉ系傾斜合金層が形成され、さらに、この第２層の
   上に第３層として、Ａｌめっき層が形成されていること
   を特徴とする蒸着複層めっき鋼板。
2. 【請求項２】 Ａｌ−Ｔｉ系傾斜合金層の第１層側のＡ
   ｌ含有率が３０％以下であり、第３層側のＡｌ含有率が
   ７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の蒸
   着複層めっき鋼板。
3. 【請求項３】 第１層のＴｉめっき層および第２層のＡ
   ｌ−Ｔｉ系傾斜合金層の膜厚が共に０．０５μｍ以上
   で、第３層のＡｌめっき層の膜厚が０．５μｍ以上であ
   り、全膜厚が０．６〜２０μｍであることを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の蒸着複層めっき鋼板。
4. 【請求項４】 第１層のＴｉめっき層と第２層のＡｌ−
   Ｔｉ系傾斜合金層の合計膜厚が全膜厚の７０％以下であ
   ることを特徴とする請求項１ないし３項のいずれかに記
   載の蒸着複層めっき鋼板。