JPS58144462A - 溶融アルミニウム−亜鉛被覆物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 鉄金属の表面に被覆をほどこすのに広く用いられている
方法に、被覆しようとする表面を被覆用金属の溶融浴中
に浸す溶融（ｈｏｔ−ｄｉｐ）法がある。鉄基材例えば
鋼板や鋼片の防食のだめに主として用いられる被覆には
、アルミニウムを含有する浴あるいは亜鉛を含有する浴
がもっとも広く使用されている。事実上すべての腐蝕環
境において、亜鉛は鉄に対して陽極的であり、それ故仮
に亜鉛防壁自体が損失あるいは削られて下にある鋼表面
が曝露されても、犠牲的に鋼の電気防食（ｇａｌｖａｎ
ｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）　　を行なう。一方アルミ
ニウムは多くの腐蝕環境において鋼に対して陰極的であ
る。従ってアルミニウムは一般に、実質的に（亜鉛と比
較して）よシ低い総括溶解速度を示すが、もし被覆が何
らかの理由で損なわれると、下にある鉄表面を電気防食
することはできない。アルミニウムには電気防食性がな
いため、市販のアルミニウム被覆物例えば純粋アルミニ
ウムあるいはアルミニウムーシリコン（５〜１１％シリ
コン）　被覆物ＩＫは、切断された縁や他の被覆のとぎ
れだ部分で短時間の内に不愉快なさび汚染変色が拡がる
という傾向がある。さらに、このように犠牲的な防食性
がないことによりひん繁に結露する条件下や水が池のよ
うに溜まる所では下にある鉄表面は比較的急速に腐食さ
れ得る。

米国特許第３，３４３，９３０号明細書には亜鉛とアル
ミニウムを併用した溶融被覆物が開示されておりその被
覆物は、その亜鉛含量によってさび汚染の拡散により引
起こされる早期変色の問題を解決し、またそのアルミニ
ウム含量によって総括的な「全面Ｊ　（”ｇｅｎｅｒａ
ｌ”）腐食速度が亜鉛被覆のものに比べて低くなってい
る。この特許は２８〜７５％の亜鉛と残りがアルミニウ
ムとシリコンである被覆浴を開示しているが、さらに研
究を進めて最適な結果は約４３％の亜鉛、５５チのアル
ミニウムおよび２％のシリコンを含有する浴により達成
されることが示された。この最適な効果を有する製品は
、ガルパリューム（Ｇａｌｖａｌｕｍｅ）の商品名で市
販されている。しかしながら、このような最適化により
、たいていの環境においてがルパリーームの総括的なあ
るいは「全面」腐食速度は、市販のアルミニウム被覆製
品に比べて非常に太きい。

本発明者は、ガルバリュームと同じくらいのさび汚染防
護作用を示すと同時に、ガルパリュームより非常に優れ
た、アルミニウム被覆鋼に近い「全面」腐食防護作用を
もたらす溶融被覆製品を見い出したものである。このよ
うな耐蝕性を兼備させた改良は、王に１２〜２４％の亜
鉛、４％未満のシリコン、０３〜３．５チの鉄（市販の
溶融メッキ浴中に通常に見出される付随的な不純物）お
よび３− 残シがアルミニウムからなる溶融浴を用いて達成される
。耐蝕性を兼備させた改良に加えて本発明の被覆物は被
覆形成操作の間にひび割れるような傾向がよシ小さいと
いう意味においてよシ延性がすぐれている。

さらに、ガルパリューム型浴の必要な成分であるシリコ
ンの使用は形成した被覆の耐錆汚染性に有害な作用をも
たらすが、約１８チ未満の亜鉛を含有する浴は、実質的
に減少させた量のシリコンで、あるいは本質的にシリコ
ンなしで効果的な付着性のある被覆を生み出すことがで
きることが見出された。

従って本発明によれば、鉄基材品の清浄な表面をアルミ
ニウムと亜鉛を含有する溶融浴中に、鉄表面と浴確とを
反応させた結果得られる少なくとも０．２５ミクロン（
０，０１ｍ１ｌｓ　）の厚さの界面合金層を含むアルミ
ニウムー亜鉛被覆が形成されるのに十分な時間浸漬し、
被覆された表面を該浴倹から取り出し、表面に付着した
溶融層を冷却することから成る鉄基材品に冶金的に結合
した耐蝕性被４− 覆物を製造する方法において、該浴が本質的に１２〜２
４重量係の亜鉛、０〜４重量％のシリコン、０３〜３．
５重量％の鉄および残シがアルミニウムからなることを
特徴とする鉄基材品に冶金的に結合した耐蝕性被覆物の
製造方法が提供される。

本発明における浴のシリコン濃度は０〜４重量％で鉄濃
度は０．３〜３．５重量％であり、好ましくはシリコン
濃度は１重量％未満、鉄濃度は２５重量％未満である。

また、シリコン濃度が０．３〜４重量％である浴を用い
ることもできる。本発明における被覆物の界面合金層の
厚さは、すくなくとも０．２５ミクロンであるが、０．
２５〜５ミクロンの厚さのものも得ることができ、この
界面合金層の厚さを得るために０５〜１０秒間の浸漬時
間を用いることができる。また本発明の全被覆厚さは一
般に５〜５０ミクロンである。

本発明を実施例を用い、添付図面を参照してさらに説明
する。

本発明の範囲内の様々な被覆浴組成物の評価を行なった
。比較のために２つの対照浴がこの研究の中に抱含され
た。対照浴の１つは市販のアルミニウム被覆組成物（６
〜７チシリコンを含む）の類似被覆組成物であり、もう
一方は、市販のガルバリューム組成物の類似組成物であ
る。全ての浴は市販のアルミニウム（純度少なくとも９
９．９％）、超特級亜鉛（純度少なくとも９９．９９％
）およびアルミニウムーシリコン（１１，７％シリコン
）　１１．合金材料を用いて調製された。市販の溶融浴
中に見出されるのと同様に、鋼片および浴中に浸されて
いる鋼製の索具の両方から溶出した鉄も重要な成分とし
て存在した。浴はアルミナで裏打ちされているステンレ
ス鋼ポットに入れた。溶融液の作用を最小限にするため
に、アルミナの裏打ちと鋼製索具の両方を黒鉛被覆でお
おった。鋼製基材には、代表的な市販の品質の低炭素リ
ムド鋼を用いた。

溶融被覆は米国特許第３，３９３，０８９号に示されて
いるものと類似の方法で行なわれた。しだがって、鋼板
を硅酸塩水溶液中で洗浄し、還元雰囲気下でインライン
ア＝　−／Ｌ／　（ａｎｎｅａｌｅｄ　１ｎ−１ｉｎｅ
　）　Ｌ　、浴に入れる前に浴温度よりわずかに高い温
度まで冷却した。被覆浴は各浴濃度の液相線温度（ｌｉ
ｑｕｉｄｕａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　）より４０〜５
５℃（７５〜１００下）高い温度に維持した。浴温度の
変化はなく、液相線温度に対するシリコン添加の効果は
比較的小さいことがわかった。鋼と浴金属とのぬれをよ
くするために、焼きなまし温度は上記米国特許に開示さ
れているものよりも高くした。すなわち、焼きなまし工
程には７９０℃（１４５０下）の温度での加熱を含めた
。炉の還元雰囲気は水素−窒素混合気体を浴表面のすぐ
上のノズルに導入することにより維持した。そらせ板（
ｂａｆｆ　ｔｅ）　ｋノズルの内側に設置して入って来
る冷気が直接鋼片に当たらないようにしだ。エアナイフ
（ａｉｒ　ｋｎｉｆｅ　）　ｋ用いて鋼片の被覆の厚さ
を調節した。被覆浴から出した後の鋼片を高い冷却速度
で冷却するために特別な方法は用いなかった。しかしな
がら本研究で用いた被覆ラインはライン速度が遅いため
に、エアナイフ自体がかなりの冷却効果をもたらした。

エアナイフによりもたらされる冷却速度は、鋼片が浴か
ら出されてから最初の２０　ａｎ　（８１ｎｃｈｅｓ　
）以内では＝７− 平均約り７℃／秒（３０下乃）であった。次に通常の周
囲の空気冷却の結果、冷却速度は４〜ｂ（８〜１０°Ｆ
／４’Ｊ’　）の範囲内であり、鋼片の温度は３７０℃
（７００下）以上あった。全ての浴は良好な流動特性を
示し、滑らかで均一な約２５ミクロン（１ｍｉｌ　）の
厚さの被覆が容易に得られた。

被覆の付着性はビード成形試験（ｂｅａｄ−ｆｏｒｍｉ
ｎｇｔｅｓｔ　）、１００−インチ−ポンド衝撃試験（
１０゜−１ｎｃｈ　−ｐｏｕｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｅ
ｓｔ　）およびＡＳＴＭ−Ａ　５２５被覆曲げ試験によ
り評価された。１００−インチ−ポンド衝撃試験及びＡ
ＳＴＭ　−Ａ５２５被覆曲げ試験においてはフレーキン
グは観察されなかったが、ビード成形試験においてはい
くつかの試験片にかなりのフレーキングが認められた。

溶融被覆製品において、被覆の付着性は主として合金層
の厚さと相関することが一般に認められている。合金層
が厚いほど付着性は劣る。しかしながらこの予想された
挙動は、本発明の被覆に関しては認められず、　　。

低濃度亜鉛浴から得られた被覆は合金層がかなり８− 厚くても全般に良好な付着性を示しだ。

明らかに、外側の被覆金属層の延性は全体的な剥離傾向
に影響するものである。したがって、本発明の被覆に関
して、全体的な剥離傾向は合金層の厚さと外側被覆金属
層の延性の両方と複雑に相関すると思われる。

ひび割れ傾向は衝撃試験片およびＡＳＴＭＡ５２５曲げ
試験の３Ｔ−ベンズ（３Ｔ−ｂｅｎｄｓ　）試験片に見
られた。これらの試験により、ひび割れが一般に外側の
被覆金属層の延性と相関することが示された。すなわち
、ひび割れの傾向は外側被覆の亜鉛含量およびシリコン
含量の両方が増加するにつれ本発明の被覆はこのような
試験では「中位の」ミニラム被覆と同様に［軽度のＪ　
（”　ｔ＋ｉｇｈｔ　”　）ひび割れを示した。

腐食挙動 犠牲的腐食特性 被覆の犠牲的特性、すなわち耐さび汚染変色性は２つの
異なる雰囲気試験で評価された。第１図はペンシルバニ
ア、モンロービルの試験地テ１５カ月曝露後のさび汚染
を示したもので、本発明に従って調製した２つの被覆す
なわち（ａ）　１８重量％亜鉛および（ｂ）　２４重量
％亜鉛の抜機と、（Ｃ）ガルバリューム型の被覆および
（ｄ）市販の透Ｖシリコンを含有するアルミニウム被覆
と比較した。予期したように、アルミニウム被覆（ｄ）
の溝に隣接する領域のさび汚染はガルパリューム試料（
ｃ）に比べて非常に大きかった。しかしながら、本発明
の試料における変色はガルバリューム試料のものと本質
的に同じであった。

成を妨げる本被覆の能力はさらに強められる。このこと
について第２図に示す。第２図は同じペンシルバニア、
モンロービルの試験地で１年間曝露後の板状試料の切断
された縁の赤錆形成を比較したものである。１２４ＭＮ
％亜鉛および１７．８重量％亜鉛を含有する試料が優れ
ていることがはっきりと証明されている。第２図に示さ
れている７つの試料は（ａ）がアルミニウムー７重量係
シリコン、（ｂ）が１２４重量％亜鉛−シリコンなし、
（Ｃ）が１５重量係亜鉛−８重量係シリコン、（ｄ）が
１７．８重量％亜鉛−シリコンなし、（ｅ）が４３重量
係亜鉛−２Ｎ量係シリコン（ガルバリューム型）、（ｆ
）が２重量％亜鉛−６重量％シリコン、そして（ｇ）が
３３重量％亜鉛−２重量％シリコン（もう一つのガルパ
リューム型）である。シリコンの有害な作用は、亜鉛含
量が本発明の範囲内であっても、すなわち試料（Ｃ）の
亜鉛含量が１５重量％であるがシリコンを８重量％含有
する試料で見られるようにはっきりと証明されている。

これらの結果が、１２〜１８重量％亜鉛を含有する被覆
の使用が更に有益であることを劇的に強調１１− ミニラム−亜鉛被覆の製造において、シリコンは界面合
金層の生長を遅らせ、満足できる付着力を有する被覆を
提供するためには不可欠のものであ特別な被覆技術にた
よらなくとも満足できる付着力（屋根ふき材料や壁板材
料のような多くの商業的な用途において）がシリコンを
含まない浴で得られる。本質的にシリコンを含まない浴
の反応性はシリコンが（米国特許第３，３９３，０８９
号の範囲内で）使用された場合よりも太きいが、シリコ
ンを含まない浴における放物線速度定数”　ａ″′によ
り測定される、そのような浴の反応性は使用する亜鉛の
含有量により約３２〜４５μ２／秒（０，０５〜０．０
７ｍ１Ｉ２／秒）の範囲で変化し、シリコンを含有しな
い浴で、純粋アルミニウム被覆浴よりも高い反応性を示
すものはなかった。

本発明の被覆によシ得られる一般の耐蝕性は、ケスター
ニヒ法（Ｋｅｓｔｅｒｎｉｃｈ　ｍｅｔｈｏｄ　）　−
ＤＩＮ　５００１８１２− により評価した。この試験は、特に二酸化イオウに富ん
だ工場大気に対する同型の保護被覆の耐性を比較するだ
めの一般に容認された迅速腐食試験である。２０回曝露
後の本発明の範囲内の４つの異なる亜鉛濃度のものの重
量損失を３つの異なるガルパリューム型の亜鉛濃度のも
のと比較した。

その結果を下表に示す。ガルパリューム型の試料は本発
明の試料に比べると約２〜３倍大きい全面腐食速度を示
すことが認められる。

上記実施例は、２５ミクロン（１ｍｉｌ）の特定の全被
覆厚さを得るように調節されているが、板状製品に関し
ては、全被覆厚さは一般に５〜５０ミクロン（０２〜２
　ｍ＋　ｌ　ｓ　）の範囲で、もっとも頻繁には１２〜
２５ミクロン（０，５〜１ｍ１ｌｓ）の範囲であること
を理解すべきである。このような被覆厚さを得るために
は、浸漬時間は一般に０５〜１０秒のオーダーであり、
好ましくは１〜５秒である。それによ］００．２５〜５
ミクロン　０．０１〜０．２ｍ１ｌｓ　）の厚さの界面
合金層が得られる。しかしながら優れた変形特性を得る
ためには、界面層の厚さが２５ミクロン（０，１ｍｉｌ
　）未満であることが好ましい。反対に鋳物、鍛造品、
板、棒および予備成形されたパイプのような塊状の構造
物に被覆する場合は、全被覆厚さが最大７６０ミクロン
（３０ｍｉｌｓ）であることがしばしば望まれ、それ故
かなり長い浸漬時間が要求される。後の方の構造物に関
しては、６〜２５ミクロン（０，２５〜１　ｍ１ｌｓ　
）のオーダーあるいはそれ以上の界面合金層が得られる
であろう。

しかしながら、製品が何であれ、界面合金層の厚さは一
般に全被覆厚さに比べて非常に薄く、好捷しくは１０％
未満である。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミニウムおよびアルミニウムー亜鉛の被覆
試料を工業地帯に１５ケ月間曝露した後の錆汚染を示す
ものである。 １５− 第２図はアルミニウムおよびアルミニウムー亜鉛被覆試
料の切断された縁の１年曝露後の錆汚染を示すものであ
る。 〜１７−　　　　　　　　　−３０７−１６− 第　１　識、 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　市）
（Ｃ）（山 笑２２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄基材品の清浄な表面をアルミニウムと亜鉛を含有
   する溶融浴中に、鉄表面と浴とを反応させた結果得られ
   る少なくとも０．２５ミクロンの厚さの界面合金層を含
   むアルミニウムー亜鉛被覆が形成されるのに十分な時間
   浸漬し、被覆された表面を該浴から取出し、表面に付着
   した溶融層を冷却することから成る鉄基材品に冶金的に
   結合した耐蝕性被覆物を製造する方法において、該浴が
   本質的に１２〜２４重量％の亜鉛、０〜４重量％のシリ
   コン、０．３〜３．５重量係の鉄および残りがアルミニ
   ウムからなることを特徴とする鉄基材品に冶金的に結合
   した耐蝕性被覆物の製造方法。 ２、該浴が１重量％未満のシリコンおよび２．５重量％
   未満の鉄を含有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、該表面を、０．２５〜５ミクロンの厚さの界面合金
   層を得るために、０５〜１０秒間浴の中に浸漬すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載
   の方法。 ４　該表面を全厚さが５〜５０ミクロンの被□覆を形成
   するのに十分な時間浴の中に浸漬することを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、該浴が０．３〜４重量％のシリコンを含有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか
   に記載の方法。