JPH11106944A - 耐黒変性及び耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

耐黒変性及び耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法

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JPH11106944A
JPH11106944A JP29026397A JP29026397A JPH11106944A JP H11106944 A JPH11106944 A JP H11106944A JP 29026397 A JP29026397 A JP 29026397A JP 29026397 A JP29026397 A JP 29026397A JP H11106944 A JPH11106944 A JP H11106944A
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chromium
ions
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Yuzuru Matsubara
譲 松原
Akira Kato
晃 加藤
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Nihon Parkerizing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 亜鉛系めっき鋼板表面に耐黒変性及びび耐白
錆性に優れたクロメート皮膜を形成させる亜鉛系めっき
鋼板の製造方法を提供する。 【解決手段】 6価クロムイオンと、3価クロムイオン
と、硝酸イオンと、Ni、Co、Zn及びAlから選ば
れる少なくとも1種以上の金属イオンとを含有し、3価
クロムイオン/6価クロムイオンのモル比が1/9〜1
/1であり、全クロムイオン(6価クロムイオン+3価
クロムイオン)に対する硝酸イオンのモル比が2.1〜
5.5であり、かつ硝酸イオンに対する金属イオンのモ
ル比が0.05〜1.0であるクロメート液を亜鉛系め
っき鋼板に塗布し、ついで塗膜を乾燥し、金属クロム換
算で10〜100mg/m2の皮膜を形成させる事を特
徴とする耐黒変性及び耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼
板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ni、Co等の予
備的なフラッシュ処理を必要とせず、クロメート処理に
よる一工程で高度に安定な耐黒変性及び耐白錆性に優れ
た亜鉛系めっき鋼板(電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっ
き、溶融亜鉛−5%アルミニウム含有めっき、溶融亜鉛
−55%アルミニウム含有めっき等)の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼の亜鉛めっきによる犠牲防食は、最
も効果的で且つ経済的であるが故に、現在では、日本に
おける年間粗鋼生産量1億トンの10%にあたる100
0万トンが亜鉛めっき鋼板として生産され、建材、自動
車および家電などの広い分野で使用されている。亜鉛に
よる犠牲防食は、亜鉛及び鉄鋼の二つの金属が接触した
状況下で電池が形成され、より卑な金属である亜鉛が陽
極となり、鉄を陰極化して、鉄単独の場合の局部電池形
成による陽極溶解を抑止して、鉄鋼の腐食を防止してい
ることにある。従って、鉄鋼と接触している亜鉛が消失
した時点で防錆作用は終わるので、その作用効果を長期
的に持続させるためには亜鉛層の腐食を抑制することが
必要であり、その対応手段としてめっき後にクロメート
処理が実施されている。
【0003】しかしながら、亜鉛系めっき鋼板のクロメ
ート処理による防錆方法において下記に掲げるような問
題がある。即ち、亜鉛系めっき鋼板をクロメート処理す
ることにより、白錆の発生は顕著に防止されるものの逆
にコイル状態で保管した時や屋根、壁などに施工した時
に比較的短期間でめっき表面が黒錆の発生により灰黒色
に変化する(黒変現象とも呼ばれる)という問題を抱え
ている。この現象は、亜鉛系めっき後のスキンパス等に
よりめっき表面が活性化されたもの、並びに数%のアル
ミニウムを含有する溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき
鋼板の方が、より発生し易いことが認められている。
【0004】この問題、即ち、クロメート処理後の黒変
問題を解決する方法として、現在、特開昭59−177
381号公報等に見られるように、Ni、Coの金属イ
オンを含有する水溶液によるフラッシュ処理(化学的に
極微量の金属を析出させる処理を言う、以下同じ)が対
策として有力視されている。即ち、前記公報の発明は、
前述の黒錆抑制手段として亜鉛または亜鉛合金めっき鋼
板のクロメート処理に先立ち、該鋼板の表面をpH1〜
4又は11〜13.5のNi及びCoの1種または2種
の金属イオンを含む水溶液でフラッシュ処理することを
要旨とするものであって、この処理によって前記金属イ
オンを金属または酸化物の形態で析出させた後、水洗
し、その後にクロメート皮膜を形成させることにある。
【0005】このNi、Coの金属イオン含有水溶液に
よるフラッシュ処理が、次いでクロメート処理された亜
鉛または亜鉛合金めっき鋼板の黒変抑制を可能にする機
構については、未だ定説は無いが、金属表面技術協会の
第60回学術講演大会要旨集の150〜151ページの
記載によれば、フラッシュされた金属は、亜鉛結晶の粒
界に多く析出しており、その後施されるクロメート処理
によって付着したクロム化合物も、フラッシュされた金
属と同じく、粒界に分布していることから推定して、フ
ラッシュされた金属とクロム化合物との間に何らかのイ
ンタラクション(相互作用)があり、フラッシュ金属に
クロム化合物が吸着固定化されるものと推測される。
【0006】ところで、黒変現象の原因となる亜鉛の黒
錆は白錆と同じく(ZnCO3x・〔Zn(OH)2y
で表される塩基性炭酸亜鉛と考えられるが、化学量論的
には酸素不足型となっている点が、白錆と異なると言わ
れている。黒錆は酸素不足状況下での腐食生成物であ
り、特に粒界からの腐食進行に伴って形成されると考え
られる。従って、フラッシュ金属によって粒界に濃化し
たクロム化合物が粒界からの腐食を抑制し、ひいては黒
錆発生の抑制に寄与しているものと考えられる。
【0007】このようにクロメート処理に先だってN
i、Co等をフラッシュ処理することは、亜鉛系めっき
鋼板の黒変問題について有力な対策となりうる。しかし
ながら、このフラッシュ処理をクロメート処理に先だっ
て実施すると、黒錆は抑制するが白錆は発生し易くなる
といった問題を有しているのである。また一方で、特開
平5−331659号及び特開平7−54156号公報
に見られる様に、Ni、Co等の予備的なフラッシュ処
理とクロメート処理による二工程にわたる処理を必要と
せずにクロメート処理のみの一工程をもって、黒変現象
と白錆発生の両方を同時に抑制できる方法が提案されて
いる。しかしながら、近年のユーザーニーズは、めっき
表面の活性度のバラツキによらず、より長期にわたり高
度に安定な耐黒変性及び耐白錆性をもとめており、これ
らの公知技術では要求を満たすには不十分である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決すべき課
題は正にここにあり、前述のクロメート処理の一工程に
よる耐黒変性及び耐白錆性抑制処理を亜鉛系めっき鋼板
に対し、長期に渡りより高度に安定な耐黒変性及び耐白
錆性を得る事の出来る方法を提供することを目的とする
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の予
備的なフラッシュ処理を必要としないクロメート処理の
みによる従来技術の問題点を解決するため種々の検討を
行った結果、従来技術の欠点であった、亜鉛系めっき鋼
板のめっき表面の活性度のバラツキによらず、長期に渡
り高度に安定な耐黒変性及び耐白錆性を提供できる新規
なクロメート処理方法を見い出し本発明を完成させるに
至った。
【0010】すなわち、本発明は、6価クロムイオン
と、3価クロムイオンと、硝酸イオンと、Ni、Co、
Zn及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種以
上の金属イオンとを含有し、3価クロムイオン/6価ク
ロムイオンのモル比が1/9〜1/1であり、全クロム
イオン(6価クロムイオン+3価クロムイオン)に対す
る硝酸イオンのモル比が2.1〜5.5であり、かつ硝
酸イオンに対する金属イオンのモル比が0.05〜1.
0であるクロメート液を亜鉛系めっき鋼板に塗布し、次
いで塗膜を乾燥し、金属クロム換算で10〜100mg
/m2の皮膜を形成させる事を特徴とする耐黒変性及び
耐白錆性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法を提供す
る。更に、全クロムイオンに対するモル比で0.3以下
のりん酸イオンを含有するのが好ましい。更に、全クロ
ムイオンに対するモル比で0.1以下のフッ化物イオン
を含有するのが好ましい。
【0011】以下に本発明の内容を詳しく説明する。本
発明で使用するクロメート処理液中に含まれる3価クロ
ムイオン/6価クロムイオンのモル比は、1/9〜1/
1が好ましくより好ましくは1/4〜2/3である。3
価クロムイオン/6価クロムイオンのモル比が1/9未
満では腐食環境におけるクロムイオンの溶出が過多とな
り環境汚染を招き好ましくなく、3価クロムイオン/6
価クロムイオンのモル比が1/1を越えると6価クロム
イオンの比率が少ないため耐食性が不足し好ましくな
い。尚、クロメート液に供給される6価クロムイオンの
供給源は無水クロム酸を部分還元したもの、3価クロム
イオンは硝酸クロムを用いることができる。硝酸イオン
は硝酸、硝酸クロム、あるいは該クロメートに供給され
る金属イオンの硝酸塩で添加することが可能である。こ
の時、硝酸イオンの添加量は硝酸イオン/全クロムイオ
ンのモル比で2.1〜5.5が好ましい。硝酸イオン/
全クロムイオンのモル比が2.1未満では長期に渡り高
度に安定な耐黒変性を得るには充分でなく、また、硝酸
イオン/全クロムイオンのモル比が5.5を超えるとエ
ッチング力が必要以上に高くなり過ぎ、めっき表面の酸
化物層を積極的に溶解し、活性化してしまうだけでな
く、形成されるクロメート皮膜の腐食環境における溶出
が過多となり、耐白錆性が低下し好ましくない。
【0012】更に、本発明のクロメート液は硝酸イオン
に対してモル比で0.05〜1.0のNi、Co、Z
n、Alの金属イオンを含有する。金属イオンはクロメ
ート液に溶解すればよく、供給源として好ましくは硝酸
塩、塩基性炭酸塩、りん酸塩、酸化物、水酸化物を使用
する。金属イオンの硝酸イオンに対するモル比が0.0
5未満であるとクロメート液のpHが低くなり過ぎ、亜
鉛系めっき鋼板との接液によりめっき表面を必要以上に
活性化させてしまい黒変および白錆発生の抑制に対し効
果がないだけでなく、エッチング力の増大によりめっき
成分がクロメート液中に混入するためスラッジ発生を生
じ易くなり好ましくない。また、金属イオンの硝酸イオ
ンに対するモル比1.0を超えるとクロメート液に沈殿
を発生し易くなり、液安定性が低下するため好ましくな
い。該クロメート液は、硝酸イオンに対する金属イオン
のモル比で0.05〜1.0とすることで連続操業によ
る長期使用に対してもクロメート処理液組成を安定して
維持することができ、ひいては安定した皮膜性能の確保
も可能となるのである。
【0013】また、更に本発明のクロメート液はりん酸
イオン及びフッ化物イオンを含有させることでクロメー
ト皮膜のクロム固定率及び耐白錆性をより向上させるこ
とができる。その場合、りん酸イオンの配合量はりん酸
イオン/全クロムイオンのモル比が0.3以下とするの
が好ましい。りん酸イオン/全クロムイオンのモル比が
0.3を超えるとクロム固定率は向上するが耐黒変性が
劣化する。また、フッ化物イオンは硅フッ化水素酸、硼
フッ化水素酸、チタンフッ化水素酸、ジルコンフッ化水
素酸等より供給される。その時、フッ化物イオンの配合
量はフッ化物イオン/全クロムイオンのモル比で0.1
以下の範囲とするのが好ましい。フッ化物イオン/全ク
ロムイオンのモル比が0.1を超えるとクロム固定率は
高くなるが耐黒変性は劣化する。
【0014】尚、本発明のクロメート処理液は、従来よ
り特公昭42−14050号、特公昭61−58522
号、特開昭61−284581号、特開昭63−218
279号、特開昭63−307281号、特開昭64−
65272号、特開平1−283382号、特公平3−
66391号、特公平3−68115号、特公平4−2
0992号、特公平4−27297号、特開平6−21
2445号公報等に多数開示されているシリカゾル・ヒ
ュームドシリカ等のコロイダルシリカ、また、特公昭4
9−31026号、特公昭49−40865号、特公昭
50−31026号、特開昭50−57931号、特公
平7−6070号、特開平5−279867号、特開平
6−192850号公報等に多数開示されている樹脂エ
マルジョン及び水溶性樹脂を必要に応じ含むことができ
ることは言うまでもない。この様に調整された塗布型黒
変抑制クロメート液を亜鉛系めっき鋼板の表面に塗布
し、次いで水洗することなく乾燥することにより、クロ
メート皮膜を形成する。好ましい皮膜量の範囲は、金属
クロム換算で10〜100mg/m2である。クロメー
ト皮膜量が金属クロム換算で10mg/m2未満では耐
食性が不足し、また金属クロム換算で100mg/m2
を超えると耐食性は飽和に達し経済的でない。
【0015】処理方法は、処理液を被処理物にスプレー
法或いは浸漬処理法でめっき鋼板表面に接液させた後、
余剰の該クロメートをロール絞りや気体絞りで排除して
塗布するか、或いは一定量をロールコーターで塗布した
後、水洗することなく加熱エアー、赤外線、遠赤外線、
誘導加熱等の加熱方法で乾燥させることによりクロメー
ト皮膜を形成するものである。乾燥条件は、塗膜中の水
分を蒸発させる程度であって、通常40〜250℃の最
高到達板温の範囲で行われる。
【0016】本発明に於ける亜鉛系めっき鋼板の黒変現
象は湿潤環境下におけるめっき層の酸素不足型の酸化反
応であり、湿式の腐食現象と捉えることができる。該ク
ロメートの各々構成要素による黒変抑制機能、作用につ
いては必ずしも明確でないが、めっき表面には黒変促進
要因である合金成分が濃化しているが、これがクロメー
ト液とめっき表面との接液時において溶出し、この上に
金属イオンを含有するクロメート皮膜が覆うことでめっ
き表面への合金成分の再濃化を抑制する効果と「鉄と
鋼、76、383−390、1990」に見られるよう
に、該クロメートを塗布、乾燥することにより、含有す
る金属イオンと6価、3価クロムイオンとの複合的なク
ロメート皮膜を形成し、黒変現象を生じ易い湿潤環境下
において金属イオンとして溶出する事で、めっき表面の
カソード反応を抑制し、亜鉛の腐食(酸化)速度を減少
させることによって黒変化現象の進行を抑制する効果と
の複合的なものと推測される。
【0017】また、クロメート皮膜の有する白錆発生防
止の機構については、一般的には6価クロムイオンによ
る亜鉛の腐食を抑制するインヒビター効果であると理解
されており、更に、「材料と環境、41、244−24
5、1992」に見られるように、皮膜中より溶出する
6価クロムイオンは皮膜の破損部分を補修するという自
己補修性によるものであると考えられている。しかしな
がら、6価クロムイオンのみからなるクロメート皮膜で
は、湿潤環境下において容易に溶出してしまい白錆発生
抑制効果は乏しく、また有害な6価クロムイオンの溶出
が過多となり、環境汚染を招き好ましくない。この対策
として、公知技術として3価クロムイオンを6価クロム
イオンに対し適正量配合することが知られており、この
適正配合量については、本発明においても同様であり3
価クロムイオン/6価クロムイオンのモル比は1/9〜
1/1の範囲が好ましい。一般に3価クロムイオンと6
価クロムイオンのみからなるクロメート液では、3価ク
ロムイオンが沈降せずイオンとして安定に存在するため
には、3価クロムイオン/6価クロムイオンのモル比が
2/3以下とする必要がある。しかし、3価クロムイオ
ン/6価クロムイオンのモル比が2/3以下ではクロム
付着量により、皮膜自身に黄色みが生じ易く、使用用途
によっては好まれない場合がある。このクロメート皮膜
の着色化抑制には3価クロムイオン/6価クロムイオン
のモル比を2/3以上とすることが有効であり、3価ク
ロムイオンの保持成分として、硝酸イオン、りん酸イオ
ン等のアニオン種の添加が考えられる。
【0018】また、硝酸イオンと金属イオンとを含有す
る該クロメートの耐白錆性は、これらを含まないクロメ
ートと比較し明らかに向上する。これは、硝酸イオンの
存在により、亜鉛系めっき鋼板のめっき表面に濃化して
いる活性な合金成分を若干除去する事でめっき表面が電
気的に均一化される事、またクロメート液中の硝酸イオ
ンと金属イオンが共存する事により、クロメート処理液
のめっき表面への反応性が適度に調整され、さらに塗
布、乾燥により得られる金属イオン−クロムイオン複合
皮膜の腐食環境下での皮膜成分の溶出速度が緩やかとな
り、長期に渡り自己補修効果が持続される事等により良
好な耐白錆性を示すものと推測される。
【0019】このように6価クロムイオン、3価クロム
イオンと硝酸イオンと金属イオンとを含有してなる本発
明の該クロメートは、特開平7−54156号公報に開
示されている技術ではなしえなかった長期に渡る高度に
安定な耐黒変性と耐白錆性とを同時に満足する亜鉛系め
っき鋼板を提供することが可能である。
【0020】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに詳しく
説明する。なお、これらの実施例には本発明の説明のた
めに記述するものであり、本発明をなんら限定するもの
ではない。下記の供試試験板を実施例、比較例ごとにそ
れぞれ下記(2)〜(4)項のアルカリ脱脂、水洗、乾
燥後、下記(5)〜(6)項記載の工程でクロメート処
理を施した。そして、これらの処理を施した各供試試験
板に対して、下記からなる黒変促進試験及び白錆促進試
験を行った。表1〜3にクロメート処理液組成比、クロ
ム付着量、クロム固定率、黒変促進試験及び白錆促進試
験の結果を示した。
【0021】(1)供試試験板:亜鉛系めっき鋼板 ・溶融亜鉛めっき鋼板 ・溶融亜鉛−5%アルミニウム合金めっき鋼板 ・溶融亜鉛−55%アルミニウム合金めっき鋼板 (2)アルカリ脱脂:弱アルカリ性の脱脂剤(日本パー
カライジング製、パルクリーン342、2%水溶液、温
度60℃、10秒スプレー) (3)洗浄:水道水によるスプレー水洗、常温、10秒 (4)乾燥:送風乾燥
【0022】(5)クロメート処理:ロールコート法に
よりウエット塗布量により、クロメート皮膜量を調整し
た。 (6)乾燥:最高到達板温70℃(樹脂含有のみ150
℃)、乾燥時間5秒
【0023】(7)クロム固定率 クロメート処理を施した亜鉛系めっき鋼板を下記条件で
アルカリ洗浄し、その前後におけるクロム付着量を蛍光
X線分析装置により測定し、下式によりクロム固定率を
算出した。すなわち、%が大きい程クロム固定率が優れ
ていることを示す。 クロム固定率=(A/A0)×100(%) A :アルカリ洗浄後のクロム皮膜量(mg/m2) A0 :アルカリ洗浄前のクロム皮膜量(mg/m2) アルカリ洗浄は、珪酸ソーダを主成分とするアルカリ脱
脂剤(日本パーカライジング製、パルクリーン364
S)の2%水溶液で60℃、2分間のスプレー処理をし
た。
【0024】(8)黒錆促進試験 各供試試験板から70mm×150mmの試験片を対面
させて一対としたものを5〜10対重ねて、ビニールコ
ート紙にて梱包後、角の4カ所をボトル絞めにして、ト
ルクレンチで70kgf・cmの荷重をかけ、そして、
70℃、80%の相対温度の湿潤箱内に360時間保持
した後、取り出し、重ね合わせ部の黒変状況を目視して
判定した。判定基準は以下の通りである。 ◎:黒変無し ○:極めて軽度に灰色化 △:黒変25%未満 ×:黒変25%以上
【0025】(9)白錆促進試験 各供試試験板から70mm×150mmの試験片を切り
出し、前記試験板にJIS−Z2371に規定された塩
水噴霧試験を実施し、溶融亜鉛めっき鋼板は120時
間、溶融亜鉛−5%アルミニウム合金めっき鋼板は36
0時間、溶融亜鉛−55%アルミニウム合金めっき鋼板
は720時間後の白錆発生面積を目視で判定した。判定
基準は下記の通りである。 ◎:白錆無し ○:白錆発生面積5%未満 △:白錆発生面積5以上25%未満 ×:白錆発生面積25%以上
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】実施例1〜24、比較例1〜12から次の
ことが言える。 本発明のクロメートを用い亜鉛系めっき鋼板にクロメ
ート処理を行うことにより表1〜3の実施例1〜24に
示したように、金属フラッシュ処理を施さずとも、長期
に渡り高度に安定な耐黒変性、耐白錆性をバランス良く
向上することができ、従って、予め前処理を施した後に
クロメート処理を施すといった二工程処理ではなく、ク
ロメート処理の一工程処理が可能で、且つ、素材に対す
るエッチング量を抑制したために優れた連続操業性等、
産業上有用な効果が得られることは明らかである。 これに対して、比較例3、4、7、8、11及び12
に示す特開平7−54156号公報に記載のクロメート
液では長期に渡る高度に安定な耐黒変性を得るには不十
分である。 また、比較例2、6及び10の方法では耐黒変性は若
干効果が認められるものの耐白錆性が劣る。 比較例1、5及び9では耐黒変性、耐白錆性に効果が
ない。
【0030】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば従来
技術で成し得なかった亜鉛系めっき鋼板に対する長期に
渡る高度に安定な耐黒変性及び耐白錆性を提供できる。
また、併せてクロム固定率、皮膜外観も安定に供給する
ことができ、その実用上の効果は極めて高いものであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 6価クロムイオンと、3価クロムイオン
    と、硝酸イオンと、Ni、Co、Zn及びAlからなる
    群から選ばれる少なくとも1種以上の金属イオンとを含
    有し、3価クロムイオン/6価クロムイオンのモル比が
    1/9〜1/1であり、全クロムイオン(6価クロムイ
    オン+3価クロムイオン)に対する硝酸イオンのモル比
    が2.1〜5.5であり、かつ硝酸イオンに対する金属
    イオンのモル比が0.05〜1.0であるクロメート液
    を亜鉛系めっき鋼板に塗布し、次いで塗膜を乾燥し、金
    属クロム換算で10〜100mg/m2の皮膜を形成さ
    せる事を特徴とする耐黒変性及び耐白錆性に優れた亜鉛
    系めっき鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 更に全クロムイオンに対するモル比で
    0.3以下のりん酸イオンを含有するものである、請求
    項1に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 更に全クロムイオンに対するモル比0.
    1以下のフッ化物イオンを含有するものである、請求項
    1又は2に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
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