JPH0723544B2 - 化成処理性の良好な亜鉛系電気めつき鋼板の製造方法 - Google Patents

化成処理性の良好な亜鉛系電気めつき鋼板の製造方法

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JPH0723544B2
JPH0723544B2 JP9355987A JP9355987A JPH0723544B2 JP H0723544 B2 JPH0723544 B2 JP H0723544B2 JP 9355987 A JP9355987 A JP 9355987A JP 9355987 A JP9355987 A JP 9355987A JP H0723544 B2 JPH0723544 B2 JP H0723544B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は亜鉛系電気めっき鋼板の製造方法に係り、特に
めっき面の化成処理性の良好な亜鉛系電気めっき鋼板の
後処理方法に関するものである。
<従来技術とその問題点> 亜鉛系電気めっき鋼板は、素材の材質を劣化させること
なく高耐食性が実現できるため、自動車、家電、建材な
ど、従来冷延鋼板が使用されていた幅広い分野に用途が
拡大されつつある。
特に、近年、耐食性向上を目的としてZn−Ni、Zn−Feな
どの電気合金めっき鋼板が開発され、自動車車体への防
錆用めっき鋼板への適用の拡大が盛んに行なわれ、生産
が著しく増加している。
しかし、現在、亜鉛系電気めっき鋼板上に、りん酸塩化
成処理時に生成するりん酸塩結晶はhopeite(Zn3(PO4)2
4H2O)で、このhopeiteは冷延鋼板上に生成する phosphophyllite(Zn2・Fe(PO4)2・4H2O)に比較して塗料の
密着性が劣るために、その使用部位は車体内面が主体
で、車体外側に用いることには問題があった。
従来この問題を解決するために、例えば特開昭56−1334
88、同58−11795号公報等にみられる二層めっきによる
方法が用いられている。
この技術は、亜鉛系めっきの上層にFeリッチなめっきを
施し、耐食性は下層で、化成処理性は上層でと、役割を
分担することにより、亜鉛系めっきの化成処理性、塗装
性の改善をおこなっている。
しかしながらこの方法は、 (1)上層めっきによりコストアップになる、 (2)目付量が少ないため、上層めっきのコントロール
が難しい。
(3)電気的に卑な金属の上に貴な金属をめっきするた
め、上層めっき量が増加すると下層金属の溶解量が増加
して耐食性が低下する、 などの問題点があった。
<発明の目的> 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、密着性の良
好なりん酸塩化成処理を、製造コストを上げることな
く、能率的に行ない得る化成処理性の良好な亜鉛系電気
めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
<発明が解決しようとする問題点> 本発明者らは、電気ZnあるいはZn−Ni合金めっき鋼板の
化成処理性について調査を行なった。
りん酸塩化成処理は、塗装下地処理として、一次密着
性、耐温水密着性などの二次密着性を向上させる。
一般的には、前述のように、冷延鋼板上に生成するphos
phophylliteの密着性は良好であるが、亜鉛系電気めっ
き鋼板上に生成するhopeiteは、アルカリ水溶液中で溶
解しやすいため、耐温水二次密着性が不良である。
しかし、数多くの亜鉛系電気めっき鋼板の耐温水二次密
着性試験を行なうと、大半は密着性が不良であるが、一
部に密着性が良好なものがある。この耐温水二次密着性
の良好な亜鉛系電気めっき鋼板の化成処理性を調査する
と、同じhopeiteであっても、りん酸塩化成結晶がいず
れも細かいという特徴があることが明らかになった。
<問題点を解決するための手段> そこで、本発明者らは、亜鉛系電気めっき鋼板上に生成
するりん酸塩化成結晶が常に細かくかつ均一になるめっ
き面を得る方法について種々検討を重ねた。その結果、
亜鉛系電気めっきを施した後、りん酸系電解液中で陽極
電解処理を施し、めっき面上に5〜100mg/m2のりん酸亜
鉛皮膜を生成させることにより、化成処理性が著しく改
善されることにより、化成処理性が著しく改善されるこ
とを見いだし、本発明に至った。
<発明の構成> すなわち、本発明は、鋼板に亜鉛系電気めっきを施した
後、めっき面をpHが4以上の電解液中で、電流密度5A/d
m2以上かつ電気量10クーロン/dm2以上にて陽極電解処
理を施すことを特徴とする化成処理性の良好な亜鉛系電
気めっき鋼板の製造方法を提供するものである。
また、前記電解液は硫酸塩を全硫酸濃度で0.1モル/
以上含有するものであるのが好ましい。
また、前記陽極電解処理はりん酸塩を全りん酸濃度で0.
1モル/以上含有する電解液を用い、前記めっき面上
に5〜100mg/m2のりん酸亜鉛皮膜を生成させるものであ
るのが好ましい。
以下、本発明を好適実施例に基づいて詳細に説明する。
本発明における亜鉛系電気めっき鋼板とは、Znめっき鋼
板、Znを主体とするZn系合金めっき鋼板を広く含むもの
である。例えば、Zn−Ni系、Zn−Mn系、Zn−Cr系、Zn−
Fe系合金めっき、さらにはこれらにP、Co、Cr、Sn、S
b、V、Fe、Ti、Ni、Mn、As、Bi等のうち1種または2
種以上を故意に添加あるいは不可避的に混入したもの、
さらにアルミナ、シリカ、チタニア、クロム酸塩等の粒
子を分散させたもの等、あらゆる亜鉛系合金または複合
めっき皮膜を硫酸浴、塩化物浴あるいはそれらの混合浴
などの酸性の液でめっきしたものである。
本発明における陽極電解処理では、電流密度が5A/dm2
上では化成処理性の改善がなされるが、5A/dm2未満では
充分な効果が得られず、また工程上長い時間が必要とな
り、経済的ではない。
電流密度の上限は、特に限定する必要はないが、電解電
圧の上昇による電力ロスを考慮すると150A/dm2以下が好
ましい。
電気量は10クーロン/dm2以上で化成処理性の改善が可能
であり、10クーロン/dm2未満では充分な効果が得られな
い。電気量の上限はないが、電気量が増大すると、金属
溶解によりめっき目付量の低下が起り、経済的でなく50
0クーロン/dm2以下が好ましい。
電解液のpHは、4以上で化成処理性の改善に効果があ
る。pH4未満では、めっき層の化学溶解が著しく増加し
てめっき割れを起し、耐食性の低下をきたす。
電解液としてはpH4以上の電解液であれば、通常陽極電
解液として用いられるものなら何でもよく、どのような
成分を含んでいてもよいが、Na、K、Li、Mg、Al、Ca、
Be、Baなどのりん酸塩、硫酸塩あるいはオキシ酸塩の少
なくとも1種を主成分として含むものが好ましく、りん
酸、硫酸、オキシ酸または水酸化ナトリウム溶液を用い
てpHを調整するのが望ましい。この理由は、上記金属イ
オンの析出電位は水素還元電位より低いため、水溶液の
電解は上記金属の析出が起らない。このため浴中の金属
イオン濃度の維持や陰極のメンテナンスが容易であると
ともに、陽極上で生成する酸と陰極上で生成するアルカ
リとが当量関係でバランスし、浴pHの維持にとっとも好
適であるからである。
りん酸塩水溶液を用いる場合、電解液の濃度は全りん酸
濃度として0.1モル/以上とするのが好ましい。この
理由は、全りん酸濃度が0.1モル/未満ではりん酸亜
鉛皮膜の生成が少なく、りん酸塩化成処理性の改善効果
が小さくなるためである。また上限はりん酸塩の溶解度
以下が望ましい。
りん酸亜鉛皮膜の生成量は、5〜100mg/mとするのが
好ましい。
この理由は、前記生成量が5mg/m未満では、均一で細
かいりん酸塩化成結晶が得られず、化成処理性の改善効
果がない。また100mg/m2を超えるとりん酸塩化成結晶が
微細になり過ぎ、適正なりん酸塩化成皮膜量が確保でき
なくなり、塗装後の一次密着性、耐温水密着性などの二
次密着性が悪くなるからである。
電解液として、硫酸塩水溶液を用いる場合、電解液の濃
度は、全硫酸濃度として0.1モル/以上とするのが好
ましい。
また、電解液として、オキシ酸塩水溶液を用いる場合、
電解液の濃度は、全オキシ酸濃度として0.1モル/以
上とするのが好ましい。
オキシ酸としては、クエン酸、酒石酸、乳酸、リンゴ
酸、ヒドロアクリル酸、α−オキシ酪酸、グリセリン
酸、グリコール酸、タルトロン酸などの脂肪族オキシ酸
およびサリチル酸、マンデル酸、トロパ酸、没食子酸、
m−オキシ安息香酸、p−オキシ安息香酸などの芳香族
オキシ酸またはそれらのオキシ酸塩があげられる。
めっき鋼板電解時の極性は陽極(プラス)で化成処理性
の改善が可能であり、極性を陰極(マイナス)にすると
その目的を達成することはできない。この裏付けとし
て、本発明におけるりん酸塩化成処理性が向上する理由
として、明確ではないが次のように考えられる。
例えばZn−Niめっきの電析機構は、異常共析型であるこ
とが知られている。
異常共析とは、本来析出しやすいNi+イオンより析出し
にくいZn2+イオンが優先的に電析層中に取り込まれる現
象である。これは、通電を開始すると鋼表面のpHが上昇
してまずZn(OH)2皮膜が生成し、このZn(OH)2皮膜を通し
て電析が起る。従って、Niの電析は阻害され、めっき浴
中のZnとNiのモル比がZn/Ni=1/2であるのに対し、めっ
き層中のZnとNiのモル比がZn/Ni=6〜7と割合が逆転
するからである。
亜鉛系電気めっき表面における化成処理皮膜の生成反応
は、 Zn+2H3PO4→ Zn(H2PO4)2+H2O↑(initiation) ……(1) 3Zn(H2PO4)2+4H2O→ Zn3(PO4)24H2O+4H3PO ……(2) (化成皮膜) である。めっき終了時に、Zn(OH)2皮膜は、めっき表面
をおおっている。Zn(OH)2皮膜は電子伝導性を有さない
ため、上記反応(1)の金属溶解を阻害し、化成処理性
を低下させる。
Zn(OH)2皮膜は、非常に薄く、めっき直後の板が漏れて
いる状態では、ゲル状でめっき表面をおおっているだけ
である。従って水洗水を強くめっき表面にあてるとその
一部は除かれる。
Zn−Niめっきの一部に化成処理性のよいものがみられる
のは、たまたまその部分がZn(OH)2皮膜の少ない部分で
あったと推定できる。しかし、水洗水をめっき鋼板全体
にまんべんなくあてることは、設備の維持管理がきわめ
てむずかしく、安定した特性を得るのは不可能である。
ここで、本発明によると、めっきの最終セクションで鋼
板側を陽極(プラス)にすることにより、次のアノード
反応が主として起る。
H2O→1/2O2↑+2H++2e- ……(3) Zn→Zn2++2e- ……(4) Zn+H2O→ZnO+2H++2e- ……(5) 3Zn+2PO4 3-→Zn3(PO4)2+6e- ……(5′) 従って、絶縁物質であるZn(OH)2は、酸素ガスや下層か
らのZnの溶解によってめっき表面から除かれると同時
に、りん酸イオンが存在すると皮膜形成反応が起き、Zn
3(PO4)2皮膜が形成され、これがりん酸塩化成処理時の
核となり適正なりん酸塩結晶を形成させる。
上記反応は鋼板表面全体で起り、表面のZn(OH)2が均一
に取り除かれ、かつりん酸亜鉛皮膜が形成されたZn−Ni
めっき鋼板が得られる。Zn(OH)2の少なくりん酸亜鉛皮
膜が形成された表面では、鋼板全体より金属溶解のりん
酸塩化成処理初期反応が起り、多数の結晶初期核が発生
する。初期結晶は成長するが、その数が多いため、相互
に成長を阻害して緻密な化成結晶が得られる。
すなわち、鋼板側を陽極にすることにより、緻密な化成
結晶を得ることができることになる。
鋼板側を陰極(マイナス)にすると、カソード反応とし
て水素ガス発生とともに、不純物として金属イオンが存
在するとそれが析出するため、十分にZn(OH)2皮膜が取
り除かれず、むしろ電析した金属が化成むらの原因とな
り、化成処理性の改善がなされない。
本発明において用いられる鋼材はその種類および寸法に
は限定されず、常法に従って脱脂、酸洗、水洗およびブ
ラシ研摩などの前処理を行ってよい。また、これらの前
処理に続いて亜鉛系電気めっき処理した後、本発明法に
基づいて陽極電解処理をすれば良い。
陽極電解処理槽としては、水平式、縦型式およびラジア
ルセルなどの従来既知の方式が適用でき、液温は室温〜
70℃の間で任意に選択できる。
陽極電極処理を終ったあと、めっき鋼板は水洗、乾燥さ
れ、製品とされる。
<実施例> 次に本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。
以下の各実施例においては、いずれも板厚0.7mmのSPCC
相当の冷延鋼板を使用してめっきした。
<実施例1> (1)Zn−Ni浴組成 NiSO4・6H2O 250g/ ZnSO4・7H2O 130g/ Na2SO4 40g/ (2)pH 1.6 (3)浴温 60℃ (4)電流密度 50A/dm2 (5)めっき時間 15sec (6)めっき目付量 20g/m2 のめっき条件にて冷延鋼板を電気Zn−Ni合金めっき後、
ただちに水洗を行ない、板表面が濡れたまま引き続き表
1に示した条件でめっき面の陽極電解処理を行ない、そ
の後、水洗乾燥した。
電解処理後のめっき表面の外観評価は、目視測定で下記
の通りである。
○…均一でむらなし △…一部にむらあり ×…全面にむらあり 一部の実施例(実施例1 No.12〜23、比較例1 No.10
〜14)については、電解処理後の表面のりん酸亜鉛皮膜
の生成量を原子吸光法により分析した。
この後、日本ペイント製のりん酸塩処理液グラノジンSD
2000(Dip方式)を用いて化成処理を行なった。化成処
理外観評価は、目視測定で下記の通りである。
○…均一でむらなし △…一部にむらあり ×…全面にむらまたはスケあり 化成結晶については、重量法(クロム酸アンモン液使
用)により皮膜付着量を求め、SEM(Scanning Electron
Microscope)を用い、結晶径を測定した。
耐温水二次密着性試験は、化成処理後、カチオン電着塗
装(パワートップU−30、日本ペイント製)20μm、中
塗り30μm、上塗り40μm(ともにアミノアル塗ッド系
塗料、日本ペイント製)以上、合計90μmの3コート塗
装を行ない、液温50℃の純水中に240時間浸漬後、塗膜
面にナイフで素地に達する2mm四方の碁盤目状の傷を100
個つけ、セロテープ剥離を2回行ない、塗膜の残存率
(%)により評価した。
結果を表1に示す。
<実施例2> (1)Zn浴組成 ZnSO4・7H2O 400g/ Na2SO4 35g/ (2)pH 2 (3)浴温 55℃ (4)電流密度 40A/dm2 (5)めっき時間 20sec (6)めっき目付量 20g/m2 のめっき条件にて冷延鋼板を電気Znめっき後、ただちに
水洗を行ない、板表面が濡れたまま引き続き表2に示し
た条件でめっき面の陽極電解処理を行ない、その後、水
洗乾燥した。
電解処理後のめっき表面の外観、りん酸亜鉛皮膜、化成
処理性、耐温水二次密着性の試験方法および評価基準
は、実施例1と同様である。
また、一部の実施例(実施例2 No.10〜21、比較例2
No.10〜14)については実施例1と同様にりん酸亜鉛
皮膜の生成量を原子吸光法により分析した。結果を表2
に示す。
<発明の効果> 以上詳述したように、本発明によれば、化成処理後の外
観に優れ、緻密で細かいりん酸塩結晶が安定して得られ
る。また、耐温水二次密着性も優れている。よって化成
処理性の良好な亜鉛系電気めっき鋼板の製造方法が得ら
れるという効果がある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼板に亜鉛系電気めっきを施した後、めっ
    き面をpHが4以上の電解液中で、電流密度5A/dm2以上か
    つ電気量10クーロン/dm2以上にて陽極電解処理を施す
    ことを特徴とする化成処理性の良好な亜鉛系電気めっき
    鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記電解液は硫酸塩を全硫酸濃度で0.1モ
    ル/以上含有するものである特許請求の範囲第1項に
    記載の化成処理性の良好な亜鉛系電気めっき鋼板の製造
    方法。
  3. 【請求項3】前記陽極電解処理はりん酸塩を全りん酸濃
    度で0.1モル/以上含有する電解液を用い、前記めっ
    き面上に5〜100mg/m2のりん酸亜鉛皮膜の生成させるも
    のである特許請求の範囲第1項に記載の化成処理性の良
    好な亜鉛系電気めっき鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】前記電解液は、オキシ酸塩を全オキシ酸濃
    度で0.1モル/以上含有するものである特許請求の範
    囲第1項に記載の化成処理性の良好な亜鉛系電気めっき
    鋼板の製造方法。
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