JPH07216525A

JPH07216525A - 構造物用鋼材における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組織構造

Info

Publication number: JPH07216525A
Application number: JP681094A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takano; 嘉彦高野; Tetsuya Nakada; 哲也仲田; Tatsumi Izeki; 巽井関; Koji Takada; 幸士高田
Original assignee: TANAKA AEN MEKKI KK
Current assignee: TANAKA AEN MEKKI KK
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】構造物用鋼材の表面に形成するめっき皮膜中
に、高い含有率でＦｅ−Ａｌ合金を形成させて耐食性及
び耐摩耗性に優れた構造物用鋼材における溶融亜鉛アル
ミニウム合金めっき皮膜の合金組織構造を提供する。【構成】構造物用鋼材の表面に溶融亜鉛アルミニウム
合金めっきを施して形成されためっき皮膜の合金組織構
造であって、全めっき膜厚に対して鋼材表面から５０〜
９０％の膜厚範囲の第一合金層における各金属の含有率
をＦｅ：１０〜５０重量％、Ａｌ：１０〜５０重量％、
残部をＺｎと微量添加金属及び不可避不純物とし、その
表層部の第二合金層における各金属の含有率をＺｎ：５
０〜９９重量％、Ａｌ：０．１〜１５重量％、残部をＦ
ｅと微量添加金属及び不可避不純物としてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物用の鉄鋼材料に
溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを施すことにより形成
される耐食性、耐摩耗性に優れためっき皮膜の合金組織
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛めっきは、耐食性、経済性、作
業性などが優れているため、従来から建築構造物、送電
鉄塔、橋梁をはじめ道路施設などに広く採用されてい
る。更に、近年では社会資本が充実されつつあり、これ
ら耐久性を上げ鋼材の寿命を延ばすことは重要な課題と
なり、益々溶融亜鉛めっきの果たす役割は大きくなって
いる。

【０００３】国及び企業の公害対策が功を奏し、工場か
ら排出される亜硫酸ガスなどは昭和５０年代以後、急激
に減少してはいるものの経済成長とともに自動車が増加
し、その排気ガス中に含まれる窒素酸化物やイオウ酸化
物による大気汚染が進み、金属の腐食に与える影響も大
きくなっている。具体的には酸性雨という形で現れ、そ
の対策が急がれている。また、冬季には道路に融雪剤が
散布されるため、これらによる腐食も道路施設鋼材にと
っては大きな問題である。更に、海に囲まれている我が
国は、海岸線の有効利用のために、ベイエリア開発が急
速に進んでいるが、海塩粒子による鋼構造物の腐食が激
しいため、塩害対策が必要である。そのため大気汚染物
質や塩害から各種の鋼構造物の腐食を防ぐため溶融亜鉛
めっきや重塗装などの種々の防錆手段が講じられてい
る。

【０００４】しかし、溶融亜鉛めっきによるめっき皮膜
は、田園や都市郊外では優れた耐食性を示し、例えばめ
っき皮膜厚が８０μｍあれば５０年以上の耐久性を有す
るが、海塩粒子が直接飛来し、亜鉛めっき構造物に付着
するような環境では僅か３年で鋼素地が局部的にではあ
るが露出し、赤錆が発生する。従って、海岸地域に建設
される建築構造物をはじめ橋梁などの道路施設の鋼材に
は、より耐食性のあるめっき皮膜の形成が要望されてい
る。

【０００５】近年、溶融亜鉛めっきの用途も拡大し、道
路の排水溝蓋や海岸地域の飛砂防止板などにも多用され
てきている。溝蓋は絶えず自動車の通行により、タイヤ
がめっき皮膜を摩耗させるため、めっき皮膜の損傷が激
しい。また、飛砂防止板の場合には、強い海風に運ばれ
て来る砂粒が叩きつけられるため、防止板の表面はあた
かもサンドブラストを受けた状態となり、更に海塩粒子
による腐食とが重なり、過酷な環境に曝されることにな
る。このような物理的な力の作用する条件下では、溶融
亜鉛めっき皮膜は軟らかく、特に表層の亜鉛層は軟らか
いためめっき皮膜の摩耗が速いという弱点がある。

【０００６】そこで、溶融亜鉛めっきよりも耐食性に優
れた溶融亜鉛アルミニウム合金めっきが注目されるよう
になり、特殊な用途では一部実用化もされている。亜鉛
にアルミニウムを添加すると著しく耐食性が向上するこ
とが、以前より知られており、薄い鋼板では１９７０年
代にＺｎ−５５％Ａｌ−１．６％Ｓｉ合金めっきのガル
バニウムやＺｎ−５％Ａｌにミッシュメタルを添加した
ガルフアンなどが開発され、無酸化炉法でめっきされて
いる。薄い鋼板以外では、線材や架線金物に一部採用さ
れているが、溶融亜鉛アルミニウム合金めっきは、鋼材
との密着性が悪いため従来は先ず溶融亜鉛めっきを施し
た後に、その表面に溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを
施すといった２段階のめっき処理、即ち二浴法で行われ
ている。以上のように現在実用化されている溶融亜鉛ア
ルミニウム合金めっきは何れも大気開放下で直接めっき
する方法ではなく、コスト高となってその普及が遅れて
いるのが現状である。

【０００７】鋼材の表面に直接溶融亜鉛アルミニウム合
金めっきができなかった理由は、溶融亜鉛アルミニウム
合金めっき浴表面では、アルミニウムの選択酸化が起こ
り、鋼材とめっき浴成分との接触を妨げ、更に溶融亜鉛
めっきでフラックスとして使用される塩化亜鉛や塩化ア
ンモニウムがアルミニウムと反応してフラックス効果が
低減するからである。このため、大気開放下において直
接溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを行うと、不めっき
などのめっき皮膜欠陥が発生し、良好なめっき皮膜が形
成されないため、大型構造物の溶融亜鉛アルミニウム合
金めっきの実用化が阻まれていた。ところが、本発明者
らは長年の研究の結果、特開平４−２０２７５１号公報
にて開示される如く、新規なフラックスを開発し、溶融
亜鉛アルミニウム合金めっきを大気中で直接行える一浴
法を可能にした。即ち、このフラックスは、塩化亜鉛、
塩化第一錫、アルカリ金属塩化物及びアルカリ土類金属
塩化物の内の１種又は２種以上と、脂肪族窒素誘導体で
あるアルキル第四級アンモニウム塩及びアルキルアミン
類の内の１種又は２種以上とを含むものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の二浴法により製
造された溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組
織構造は、鋼線についてではあるが、鉄と鋼、７５
〔２〕（１９８９）落合、大羽、ｐ２９０、鉄と鋼、
７５〔２〕（１９８９）落合、大羽、ｐ２９８の論文で
報告されているように、鋼材の表面近傍の第一合金層
は、Ａｌが３０重量％（ピーク値）、Ｆｅが約１０重量
％、残部がＺｎで構成され、その表層部の第二合金層は
Ｚｎが約９０重量％、Ａｌが約６重量％、Ｆｅが数重量
％で構成されている。そして、第一合金層における合金
形態は、Ｚｎ−Ａｌ合金のマトリックス中に斜方晶系な
いしは単斜晶系のＦｅ₄Ａｌ₁₃が鋼材の表面にほぼ平行
に析出、分散したものである。また、第二合金層におけ
る合金形態は、主にＺｎ−Ａｌ合金とＺｎ及び微量のＦ
ｅ系合金である。ここで、第一合金層におけるＦｅ−Ａ
ｌ合金は、その形成過程を考慮すると、溶融亜鉛めっき
によって形成された金属間化合物であるＦｅＺｎ₁₃（ζ
相）やＦｅＺｎ₇（δ₁相）のＺｎがＡｌに置換された
ものである。そして、このＡｌリッチな第一合金層の膜
厚は、全めっき膜厚に対して約３０％である。更に、第
一合金層におけるＡｌの含有率は高々３０重量％であ
り、そのピーク値は浴のＡｌ濃度に依存せず、また浸漬
時間の影響も少ないのである。従って、二浴法による溶
融亜鉛アルミニウム合金めっきによって得られためっき
皮膜では、耐食性及び耐摩耗性に優れたＦｅ−Ａｌ合金
が支配的な第一合金層の全めっき膜厚に対する膜厚割合
を増加させること及びＦｅ−Ａｌ合金の含有率を増加さ
せることには限界がある。

【０００９】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、構造物用鋼材の表面に一浴法に
よって溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを施して、Ｆｅ
−Ａｌ合金が支配的な第一合金層の全めっき膜厚に対す
る膜厚割合を増加させるとともに、第一合金層における
Ｆｅ−Ａｌ合金の含有率を増加させ、若しくはめっき皮
膜中の全領域に高い含有率でＦｅ−Ａｌ合金を分散させ
て耐食性及び耐摩耗性に優れた構造物用鋼材における溶
融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組織構造を提
供する点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、第１発明として、構造物用鋼材の表面に溶
融亜鉛アルミニウム合金めっきを施して形成されためっ
き皮膜の合金組織構造であって、全めっき膜厚に対して
鋼材表面から５０〜９０％の膜厚範囲の第一合金層にお
ける各金属の含有率をＦｅ：１０〜５０重量％、Ａｌ：
１０〜５０重量％、残部をＺｎと微量添加金属及び不可
避不純物とし、その表層部の第二合金層における各金属
の含有率をＺｎ：５０〜９９重量％、Ａｌ：０．１〜１
５重量％、残部をＦｅと微量添加金属及び不可避不純物
としてなる構造物用鋼材における溶融亜鉛アルミニウム
合金めっき皮膜の合金組織構造を構成した。

【００１１】ここで、第１発明のめっき皮膜が、Ａｌ濃
度１〜１０重量％の浴組成の一浴法による溶融亜鉛アル
ミニウム合金めっきにて形成され、前記第一合金層にお
けるＦｅ−Ａｌ合金形態がＦｅ₂Ａｌ₅であり、このＦ
ｅ−Ａｌ合金形態が鋼材表面から柱状に成長した合金組
織構造であることが好ましい。

【００１２】また、第２発明として、構造物用鋼材の表
面に溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを施して形成され
ためっき皮膜の合金組織構造であって、めっき皮膜の全
域にわたってＦｅ−Ａｌ合金が分散形成されるととも
に、鋼材表面からめっき皮膜表面にかけて漸次Ｚｎ含有
率が増加し、めっき皮膜中における各金属の含有率をＦ
ｅ：５〜４０重量％、Ａｌ：５〜４０重量％、残部をＺ
ｎと微量添加金属及び不可避不純物としてなる構造物用
鋼材における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合
金組織構造を構成した。

【００１３】ここで、第２発明のめっき皮膜が、Ａｌ濃
度１〜１０重量％の浴組成の一浴法による溶融亜鉛アル
ミニウム合金めっきにて形成され、前記めっき皮膜にお
けるＦｅ−Ａｌ合金形態がＦｅ₂Ａｌ₅であり、このＦ
ｅ−Ａｌ合金形態が塊状でめっき皮膜中に分散したもの
であることが好ましい。

【００１４】

【作用】以上の如き内容からなる本発明の構造物用鋼材
における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組
織構造は、めっき皮膜中に耐食性且つ耐摩耗性を有する
Ｆｅ−Ａｌ合金、特にＦｅ₂Ａｌ₅が比較的高い含有率
でＺｎマトリックス内に柱状組織又は塊状組織として形
成されているので、鋼材の耐食性及び耐摩耗性を格段に
向上させることが可能である。ここで、溶融亜鉛アルミ
ニウム合金めっき浴として、Ａｌ濃度が１〜１０重量％
の浴組成のものを用いても、めっき皮膜中のＡｌ含有率
が浴組成のＡｌ濃度よりも高くなるのは、鋼材表面から
溶出し、溶融状態のＺｎ−Ａｌ層中に供給されるＦｅと
Ｚｎの化学親和力よりも、ＦｅとＡｌの化学親和力が大
きいため、Ａｌが鋼材の表面近傍において濃縮され、表
面近傍から順次Ｆｅ−Ａｌ合金が析出して合金層を形成
するからである。そして、表層においてＦｅ−Ａｌ合金
の含有率が低くなるのは、鋼材の表面近傍に析出したＦ
ｅ−Ａｌ合金を含む合金層によって鋼材からのＦｅの供
給が減少するためであり、Ａｌ含有率が浴組成の濃度よ
りも低くなるのは、めっき浴から鋼材を引き上げる際に
鋼材に付着する溶融状態のＺｎ−Ａｌ合金中のＡｌが冷
却過程で鋼材素地側へ拡散し、鋼材から溶出してくるＦ
ｅと反応し、Ｆｅ−Ａｌ合金の生成に消費されるからで
ある。

【００１５】また、溶融亜鉛アルミニウム合金めっき
は、鋼材を脱脂、酸洗し、フラックス液に浸漬して処理
した後、めっき浴中に所定時間浸漬し、引き上げた後、
水冷して行うのであるが、めっき皮膜中のＦｅ−Ａｌ合
金の形態が、柱状となるか塊状となるかは、めっき温度
以外のめっき条件を同じに設定した場合、めっき温度に
依存し、図１に示すようにめっき温度の温度領域II（４
８５〜５３０℃）の範囲では主に塊状となり、温度領域
III （５３０〜５６０℃）では主に柱状となる。ここ
で、第１発明に係るめっき皮膜の合金組織構造は、Ｚｎ
−５％Ａｌのめっき浴を用い且つ温度領域III で溶融め
っきを行って生じたものを含み、第２発明に係るめっき
皮膜の合金組織構造は、Ｚｎ−５％Ａｌのめっき浴を用
い且つ温度領域IIで溶融めっきを行って生じたものを含
むのである。そして、本発明の一浴法によって形成され
ためっき皮膜中のＦｅ−Ａｌ合金形態は、Ｘ線回折、Ｅ
ＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis)の結果、Ｆｅ
₂Ａｌ₅であることが判明している。尚、図１の温度領
域Ｉ（４４０〜４８５℃）のめっき温度で形成しためっ
き皮膜中にもＦｅ−Ａｌ合金層が形成されているが、そ
のめっき皮膜の全膜厚が薄いため、長期間での耐食性及
び耐摩耗性は溶融亜鉛めっきによるめっき皮膜と比較し
て有意に改善されないので本発明の範囲外としている。

【００１６】

【実施例】次に本発明の詳細を添付図面を参照して更に
説明する。図１は、溶融亜鉛アルミニウム合金めっきに
おいて、めっき温度を変化させ、他のめっき条件を同一
に設定した場合の鋼材表面へのめっき付着量（ｇ／
ｍ²）と鉄溶出量（ｇ／ｍ²）とを示したものであり、
前述のように温度領域Ｉ（４４０〜４８５℃）、温度領
域II（４８５〜５３０℃）、温度領域III （５３０〜５
６０℃）の各範囲で、めっき付着量及び鉄溶出量に顕著
な変化が見られ且つ後述の如くめっき皮膜の合金組織構
造においても顕著な変化が見られるのである。ここで、
温度領域Ｉ、温度領域II及び温度領域III の範囲の溶融
亜鉛アルミニウム合金めっきを、それぞれＡＺ１、ＡＺ
２及びＡＺ３とし、また通常の溶融亜鉛めっきをＧＡと
する。

【００１７】本発明における溶融亜鉛アルミニウム合金
めっき浴の組成は、Ａｌ濃度１〜１０重量％、Ｍｇ濃度
０．０５〜２重量％を含み、残部はＺｎと微量添加金属
であるＣｄ及び不可避不純物であるＦｅとＰｂとを微量
含有するものである。本実施例では、充分な耐食性と耐
摩耗性を達成し且つ経済性にも優れた５重量％のＡｌを
含有するＺｎ−５％Ａｌ浴を用いている。表１にＧＡ、
ＡＺ１、ＡＺ２及びＡＺ３の代表的なめっき条件を示し
ている。

【００１８】

【表１】

【００１９】一浴法によって鋼材の表面に直接溶融亜鉛
アルミニウム合金めっきを施すには、先ず常法どおり脱
脂した後、酸洗し、水洗した後、特殊なフラックス液に
浸漬して、前述の溶融亜鉛アルミニウム合金めっき浴に
所定時間浸漬するのである。本実施例では、３．２ｍｍ
厚さのＳＳ４００鋼板（１００ｍｍ×２００ｍｍ）をア
ルカリ脱脂（カ性ソーダ１５重量％、オルトケイ酸ソー
ダ１５重量％混合水溶液、７０℃、２０分）、酸洗（硫
酸１０重量％水溶液、５０℃、６０分）した後、フラッ
クス処理し、５％Ａｌを含む所定温度に加熱した亜鉛ア
ルミニウム合金めっき浴に浸漬し、１分間の浸漬の後、
めっき浴より引き上げ、そして１分間大気中で放冷した
後、５０℃の冷却水中に浸漬し、完全に冷却した。表１
に示しためっき条件により、ＡＺ１、ＡＺ２及びＡＺ３
の試験片を作製した。また、比較のために表１に示した
めっき条件で通常の溶融亜鉛めっきを施してＧＡの試験
片も作製した。

【００２０】ここで、溶融亜鉛アルミニウム合金めっき
に使用したフラックスは、特開平４−２０２７５１号公
報にて開示されたものであり、少なくとも塩化物と脂肪
族窒素誘導体からなり、塩化物として塩化亜鉛（ＺｎＣ
ｌ₂）、塩化第一錫（ＳｎＣｌ₂）、アルカリ金属の塩
化物及びアルカリ土類金属の塩化物の内の１種又は２種
以上と、脂肪族窒素誘導体としてアルキル第四級アンモ
ニウム塩及びアルキルアミン類の内の１種又は２種以上
とを主たる構成成分とするものである。

【００２１】前記アルカリ金属塩化物としては、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の塩化物が
用いられ、アルカリ土類金属塩化物としては、ベリリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム等のアルカリ土類金属の塩化物が用いられる。

【００２２】前記アルキル第四級アンモニウム塩として
は、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジア
ルキルジメチルアンモニウムクロライドが好適であり、
特に炭素数７〜１８のアルキル基を有するものが好まし
い。即ち、このアルキル基としては、オクチル、デシ
ル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデ
シル、オクタデセニル、オクタデカジエニル等が挙げら
れる。

【００２３】また、アルキルアミン類としては、メチル
アミン、エチルアミン等の脂肪族第一アミン、ジメチル
アミン、ジエチルアミン等の脂肪族第二アミン、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン等の脂肪族第三アミンが
あり、特に炭素数１〜１８のアルキル基を有するものが
好ましい。

【００２４】具体的には、溶融亜鉛アルミニウム合金め
っき用フラックスは、塩化亜鉛及び／又は塩化第一錫
を１０〜５０重量％と、アルキル第四級アンモニウム塩
及びアルキルアミン類の内の１種又は２種以上を０．１
〜３０重量％とを含むもの、アルカリ金属の塩化物及
びアルカリ土類金属の塩化物の内の１種又は２種以上を
１〜２０重量％と、アルキル第四級アンモニウム塩及び
アルキルアミン類の内の１種又は２種以上を０．１〜３
０重量％とを含むもの、塩化亜鉛及び／又は塩化第一
錫を１０〜５０重量％と、アルカリ金属の塩化物及びア
ルカリ土類金属の塩化物の内の１種又は２種以上を１〜
２０重量％と、アルキル第四級アンモニウム塩及びアル
キルアミン類の内の１種又は２種以上を０．１〜３０重
量％とを含むもの等が使用できる。

【００２５】ここで、塩化亜鉛及び／又は塩化第一錫の
濃度は、３０〜４０重量％が最適であり、アルカリ金属
塩化物及びアルカリ土類金属塩化物については、例え
ば、めっき温度が４００℃〜６００℃の範囲内であれ
ば、ＺｎＣｌ₂：ＮａＣｌ＝４：１（モル比）、ＺｎＣ
ｌ₂：ＣａＣｌ₂＝３：１（モル比）が好適であって、
その濃度は５〜１０重量％が最適である。また、アルキ
ル第四級アンモニウム塩及びアルキルアミン類の添加量
は、１〜１０重量％が最適である。

【００２６】ここで、フラックスに用いる各組成の作用
を簡単に説明する。先ず、塩化亜鉛又は塩化第一錫は、
鋼材表面に残る薄い酸化層とめっき浴表面に形成された
酸化皮膜を溶解するためのものである。アルカリ金属塩
化物又はアルカリ土類金属塩化物は、めっき温度におい
てフラックスが適正な粘度を持った溶融状態を維持する
ためのものである。そして、フラックス中に脂肪族窒素
誘導体として、アルキル第四級アンモニウム塩、アルキ
ルアミン類の内の１種又は２種以上を含有した溶融亜鉛
アルミニウム合金めっき用フラックスを用いることによ
り、鋼材を溶融亜鉛めっき浴に浸漬した際に、該鋼材表
面においてホフマン分解して発泡し、この鋼材の表面に
付着したフラックスの燃えカスを速やかに表面から分離
除去して、鋼材表面と溶融金属との濡れ性を良好にする
作用があり、めっき皮膜の密着性及び外観性が格段に向
上する。

【００２７】このように作製しためっき試験片を切断
し、めっき皮膜の断面を顕微鏡観察した結果を図２に示
し、図中において(a) はＧＡ、(b) はＡＺ２、(c) はＡ
Ｚ３である。そして、図３〜図５にそれぞれＧＡ、ＡＺ
２及びＡＺ３のめっき皮膜断面でのＥＰＭＡによる線分
析結果を示している。

【００２８】ＧＡのめっき皮膜の合金組織構造は、図２
(a) 及び図３に示すように、鋼材素地１の表面とめっき
皮膜２との境界層においてＦｅが比較的多く存在してＦ
ｅＺｎ₇（δ₁相）が形成され、その上にＦｅが約１０
重量％存在してＦｅＺｎ₁₃（ζ相）が形成され、更にそ
の上の表層にはＦｅが殆ど存在せずＺｎ（η相）が形成
されている。

【００２９】ＡＺ２のめっき皮膜の合金組織構造は、図
２(b) 及び図４に示すように、鋼材素地１上に形成され
ためっき皮膜２の全域にわたってＦｅ−Ａｌ合金が分散
形成されるとともに、鋼材素地１の表面からめっき皮膜
２の表面にかけて漸次Ｚｎ含有率が増加し、めっき皮膜
２中における各金属の含有率は、Ｆｅ：５〜４０重量
％、Ａｌ：５〜４０重量％、残部がＺｎと微量添加金属
及び不可避不純物となっている。ここで、Ｆｅ−Ａｌ合
金形態は、Ｚｎリッチ相をマトリックスとし、その中に
分散された塊状である。尚、溶融亜鉛アルミニウム合金
めっき浴中のＡｌ濃度が１〜１０重量％内であれば、め
っき皮膜２の合金層に形成される各金属の含有率の変化
は少ない。

【００３０】ＡＺ３のめっき皮膜の合金組織構造は、図
２(c) 及び図５に示すように、鋼材素地１上に形成され
ためっき皮膜２は、鋼材素地１側からＦｅ及びＡｌの含
有率が高い第一合金層と、Ｚｎの含有率が高い第二合金
層が形成され、第一合金層と第二合金層の境界において
ＦｅとＡｌの含有率が急激に減少し且つＺｎの含有率が
急激に増大し、明らかに２層に分離できる。そして、め
っき皮膜２の全膜厚に対して第一合金層は、鋼材素地１
の表面から５０〜９０％の膜厚範囲に存在し、この第一
合金層における各金属の含有率は、Ｆｅ：２５〜４０重
量％、Ａｌ：２５〜３５重量％、残部がＺｎと微量添加
金属及び不可避不純物であり、その表層部の第二合金層
における各金属の含有率は、Ｚｎ：５０〜９９重量％、
Ａｌ：０．１〜１５重量％、残部がＦｅと微量添加金属
及び不可避不純物である。尚、第二合金層の表層にはＦ
ｅとＡｌが殆ど存在しないＺｎ層が形成されている。こ
こで、Ｆｅ−Ａｌ合金形態は、第一合金層では鋼材素地
１から柱状に成長したものであり、第二合金層ではＺｎ
リッチ相をマトリックスとし、その中に分散された塊状
である。尚、溶融亜鉛アルミニウム合金めっき浴中のＡ
ｌ濃度が１〜１０重量％内であれば、めっき皮膜２の合
金層に形成される各金属の含有率の変化は少なく、また
第一合金層の厚さは、めっき温度及びめっき時間によっ
て全膜厚に対して５０〜９０％の膜厚範囲で変化する。

【００３１】また、ＡＺ２及びＡＺ３におけるＦｅ−Ａ
ｌ合金形態は、Ｘ線回折、ＥＰＭＡの結果、Ｆｅ₂Ａｌ
₅＋Ｚｎで、このＦｅ₂Ａｌ₅は００２面が優先配向し
ていることが判明した。また、ＡＺ３において、第二合
金層の表層中のＡｌ濃度は１％以下であり、溶融亜鉛ア
ルミニウム合金めっき浴中のＡｌ濃度よりも低いことが
判る。

【００３２】こうして得られためっき皮膜各層の耐食性
を塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１に準拠）及びクーロ
スタット法により調べた。図６にＧＡ、ＡＺ２及びＡＺ
３の塩水噴霧５０時間後と５００時間後における各層の
腐食減量を示している。ここで、ＧＡのδ₁相について
は皮膜厚が薄く試験片の作成が困難であるため除外し
た。また、ＡＺ２及びＡＺ３における表層はＺｎリッチ
層を示し、ＡＺ３における合金層は第一合金層を示して
いる。各試験片とも塩水噴霧時間が増すと腐食減量は増
加するが、ＡＺ２及びＡＺ３の合金層における増加はＧ
Ａより遙に少なく、特にＡＺ３の合金層の腐食減量はＧ
Ａの合金層の腐食減量の１／１０以下であり、非常に優
れた耐食性を示している。また、ＡＺ２の合金層の腐食
減量はＧＡの合金層の腐食減量の１／２以下であり、優
れた耐食性を示している。

【００３３】また、ＧＡ、ＡＺ１及びＡＺ３のめっき皮
膜各層の耐食性を５％食塩水中でクーロスタット法によ
る分極抵抗値の測定によって評価し、Ｚｎも比較として
測定し、併せて表２に示している。ここで、分極抵抗値
が大きい程、耐食性に優れている。表２に見られるよう
に分極抵抗値はＧＡ、ＡＺともに表層部より合金層の方
が大きく、ＧＡとＡＺの表層では殆ど差はないが、合金
層には大きな差が見られ、ｐＨ８、ｐＨ４の何れにおい
てもＧＡよりＡＺの方が分極抵抗値は大きく、特にＡＺ
３の第一合金層は大きかった。

【００３４】

【表２】

【００３５】次に、溶融亜鉛めっき（ＧＡ）と溶融亜鉛
アルミニウム合金めっき（ＡＺ）のめっき皮膜各層の硬
度（マイクロビッカース硬度：Ｈｖ、ロックウェル硬
度：ＨＲＣ）の測定した結果を表３に示す。亜鉛アルミ
ニウム合金めっきのＡＺ３において形成される柱状のＦ
ｅ−Ａｌ合金相の硬度は、Ｈｖ．７１２〜７４０（ＨＲ
Ｃ６０〜６２）であり、刃物（焼入れ鋼、ハイス鋼、ダ
イス鋼）並の硬度を有する。また、ＡＺ２において形成
される塊状のＦｅ−Ａｌ合金相の硬度はＨｖ．３２４〜
４６０（ＨＲＣ３２〜４６）であり、引張り強度１００
ｋｇｆ／ｍｍ²級の鋼材ほどの硬さを有し、溶融亜鉛め
っき皮膜の合金層（δ₁相）よりも硬いことが判る。従
って、溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の耐摩耗性
は、溶融亜鉛めっき皮膜よりも優れ、特にＡＺ３におけ
る耐摩耗性が格段に優れている。

【００３６】

【表３】

【００３７】更に、めっき条件を変化させてＡＺ３にお
ける各層の成分分析を行った結果を表４に示す。試験片
は、温度を５５０℃に設定したＺｎ−５％Ａｌ浴を用
い、めっき時間３０秒と３００秒で行った二種類を作製
し、ダイヤモンドカッターで切断し、樹脂埋め込み後、
切断面を研磨して合金層をＥＰＭＡにより観察する。め
っき時間３０秒の試験片の分析位置ａ，ｂ，ｃ，ｄは、
図７(a) に示し、めっき時間３００秒の試験片の分析位
置ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図７(b) に示している。各観察位
置を２回測定し、表４中に上下に列記している。分析位
置ａは第二合金層であり、分析位置ｂは第二合金層と第
一合金層の境界部であり、分析位置ｃは第一合金層であ
り、分析位置ｄは第一合金層中に分散している黒色部で
ある。この分析結果からも判るように、第一合金層では
Ａｌ：２６．４〜４４．４重量％、Ｆｅ：１２．５〜４
１．３重量％含有していることが判る。

【００３８】

【表４】

【００３９】また、表５には、Ｚｎ−５％Ａｌ浴を用
い、表中に示しためっき条件で作製した各試料のめっき
組織における原子吸光光度計による成分分析結果を示し
ている。ＡＺにおける柱状めっき組織では、Ａｌ含有率
が２７．０〜３０．０重量％、Ｆｅ含有率が２４．１〜
２６．８重量％、Ｚｎ含有率が４３．６〜４８．９重量
％であった。また、ＡＺにおける塊状めっき組織では、
Ａｌ含有率が１６．２重量％、Ｆｅ含有率が１０．７重
量％、Ｚｎ含有率が７３．５重量％であった。

【００４０】

【表５】

【００４１】以上のように各種の分析方法によって測定
した結果は、必ずしも整合性があるとは言えないが、こ
れらの分析結果を総合すれば、ＡＺ３においては、全め
っき膜厚に対して鋼材表面から５０〜９０％の膜厚範囲
の第一合金層における各金属の含有率は、Ｆｅ：１０〜
５０重量％、Ａｌ：１０〜５０重量％、残部がＺｎと微
量添加金属及び不可避不純物となり、その表層部の第二
合金層における各金属の含有率は、Ｚｎ：５０〜９９重
量％、Ａｌ：０．１〜１５重量％、残部がＦｅと微量添
加金属及び不可避不純物となる。また、ＡＺ２において
は、めっき皮膜の全域にわたってＦｅ−Ａｌ合金が分散
形成されるとともに、鋼材表面からめっき皮膜表面にか
けて漸次Ｚｎ含有率が増加し、めっき皮膜中における各
金属の含有率は、Ｆｅ：５〜４０重量％、Ａｌ：５〜４
０重量％、残部がＺｎと微量添加金属及び不可避不純物
となる。そして、Ａｌと鋼材が容易に反応する温度領域
に温度設定した溶融亜鉛アルミニウム合金めっき浴中
に、特別な前処理を施すことなく、従来の溶融亜鉛めっ
きと同様に溶融亜鉛アルミニウム合金めっき用フラック
スで処理した後、鋼材を浸漬することにより、高耐食
性、耐摩耗性に優れた合金組織構造を有するめっき皮膜
を形成することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上にしてなる本発明の構造物用鋼材に
おける溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組織
構造によれば、構造物用鋼材の表面に一浴法によって溶
融亜鉛アルミニウム合金めっきを施すと、Ｆｅ−Ａｌ合
金が支配的な第一合金層の全めっき膜厚に対する膜厚割
合を増加させることができるとともに、第一合金層にお
けるＦｅ−Ａｌ合金の含有率を増加させることができ、
若しくはめっき皮膜中の全領域に高い含有率でＦｅ−Ａ
ｌ合金を分散させることができ、従来の溶融亜鉛めっき
皮膜と比較して優れた耐食性及び耐摩耗性を有するとい
った顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融亜鉛アルミニウム合金めっきにおけるめっ
き温度の変化に対するめっき付着量と鉄溶出量の関係を
示すグラフである。

【図２】鋼材素地上に形成しためっき皮膜の断面を示
し、(a) は溶融亜鉛めっき皮膜、(b) はめっき温度５０
０℃で行った溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜、
(c)はめっき温度５４０℃で行った溶融亜鉛アルミニウ
ム合金めっき皮膜をそれぞれ示している。

【図３】図２(a) のめっき皮膜断面の線分析結果を示す
グラフである。

【図４】図２(b) のめっき皮膜断面の線分析結果を示す
グラフである。

【図５】図２(c) のめっき皮膜断面の線分析結果を示す
グラフである。

【図６】塩水噴霧試験結果を示す棒グラフである。

【図７】鋼材素地上に形成した溶融亜鉛アルミニウム合
金めっき皮膜の断面を示し、(a) はめっき温度５５０
℃、めっき時間３０秒で行っためっき皮膜、(c) はめっ
き温度５５０℃、めっき時間３００秒で行っためっき皮
膜をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１鋼材素地２めっき皮膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物用鋼材の表面に溶融亜鉛アルミニ
ウム合金めっきを施して形成されためっき皮膜の合金組
織構造であって、全めっき膜厚に対して鋼材表面から５
０〜９０％の膜厚範囲の第一合金層における各金属の含
有率をＦｅ：１０〜５０重量％、Ａｌ：１０〜５０重量
％、残部をＺｎと微量添加金属及び不可避不純物とし、
その表層部の第二合金層における各金属の含有率をＺ
ｎ：５０〜９９重量％、Ａｌ：０．１〜１５重量％、残
部をＦｅと微量添加金属及び不可避不純物としてなるこ
とを特徴とする構造物用鋼材における溶融亜鉛アルミニ
ウム合金めっき皮膜の合金組織構造。
【請求項２】前記めっき皮膜が、Ａｌ濃度１〜１０重
量％の浴組成の一浴法による溶融亜鉛アルミニウム合金
めっきにて形成されてなる請求項１記載の構造物用鋼材
における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組
織構造。
【請求項３】前記第一合金層におけるＦｅ−Ａｌ合金
形態がＦｅ₂Ａｌ₅である請求項１又は２記載の構造物
用鋼材における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の
合金組織構造。
【請求項４】前記第一合金層におけるＦｅ−Ａｌ合金
形態が鋼材表面から柱状に成長したものである請求項１
又は２又は３記載の構造物用鋼材における溶融亜鉛アル
ミニウム合金めっき皮膜の合金組織構造。
【請求項５】構造物用鋼材の表面に溶融亜鉛アルミニ
ウム合金めっきを施して形成されためっき皮膜の合金組
織構造であって、めっき皮膜の全域にわたってＦｅ−Ａ
ｌ合金が分散形成されるとともに、鋼材表面からめっき
皮膜表面にかけて漸次Ｚｎ含有率が増加し、めっき皮膜
中における各金属の含有率をＦｅ：５〜４０重量％、Ａ
ｌ：５〜４０重量％、残部をＺｎと微量添加金属及び不
可避不純物としてなることを特徴とする構造物用鋼材に
おける溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組織
構造。
【請求項６】前記めっき皮膜が、Ａｌ濃度１〜１０重
量％の浴組成の一浴法による溶融亜鉛アルミニウム合金
めっきにて形成されてなる請求項５記載の構造物用鋼材
における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の合金組
織構造。
【請求項７】前記めっき皮膜におけるＦｅ−Ａｌ合金
形態がＦｅ₂Ａｌ₅である請求項５又は６記載の構造物
用鋼材における溶融亜鉛アルミニウム合金めっき皮膜の
合金組織構造。
【請求項８】前記めっき皮膜におけるＦｅ−Ａｌ合金
形態が塊状でめっき皮膜中に分散したものである請求項
５又は６又は７記載の構造物用鋼材における溶融亜鉛ア
ルミニウム合金めっき皮膜の合金組織構造。