JPS5993896A - 複層電気メツキ鋼板 - Google Patents

複層電気メツキ鋼板

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JPS5993896A
JPS5993896A JP20348882A JP20348882A JPS5993896A JP S5993896 A JPS5993896 A JP S5993896A JP 20348882 A JP20348882 A JP 20348882A JP 20348882 A JP20348882 A JP 20348882A JP S5993896 A JPS5993896 A JP S5993896A
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津田 哲明
Atsuyoshi Shibuya
渋谷 敦義
Mikio Kurimoto
栗本 樹夫
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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】 この発明は、とくに化成処理性にすぐれ、塗装後きわめ
て亮い塗膜の耐水密着性を示す複j・g電気メッキ鋼板
に関する。
従来より、Zniた1dZn−Ni−系、Zn−Fe系
など、Znを含む合金メッキ皮膜をもつメッキ鋼板(以
下、これらを聡称してzn系メッキ鋼板と云う)―:、
そのメッキ層の電気fヒ学的な犠牲防食機能や腐食環境
下で表面に不動態皮膜を形成する性質によって、素地鋼
を腐食から保護するすぐれた性能を有することから、耐
食材料として、とくに自動軍関係や家電分野に広い用途
がろる。
さて近時、と<((自動車車体等では、例えば寒冷地に
おける凍結防止剤を散布した道路での使用等を考慮して
、その塗装としては、カチオン電着塗装を採用するとい
うのが主流となった。ところが上記した如きZn系メッ
キ層をもつ鋼板は、とくにこのカチオン電、着塗装系の
塗膜に対する二次密着性に劣シ、その冥用塗装によって
自動車車体用として十分な耐水密着性の塗膜を得ること
は、非常に困難である。
また、塗膜二次密着性の問題の他に、今一つの勇IF点
として、Zn系メッキ鋼板にカチオン電着塗装において
、小垢なりレータ−状の塗膜欠陥を生じ易い性質をもっ
ている。この塗膜欠陥は、電着顔装過程における通電に
よって生じる水素ガスに基因すると云われ、「通電プツ
」と一般呼称されているが、これは外観上の問題と塗装
後の1岨食性に弊害をもたらすという点で、H′8品価
値を著しく損う。
このような状況を背景VC最近になって、メッキ層を複
数にした、いわゆる複層メッキ鋼板が種々提案された。
数ある提案の中でいま、性能面力・ら最も欠片化の可能
性の高いものと云えば、Fe系或い(4低Zn含有in
 (Zn<40wt%)ノFe−Zn系連続被覆表面を
有し、内層としてZn系の防食メッキ層をもつ鋼板(特
開昭56−133488号、特開昭56−142885
号等)が挙げられよう。
これにS、頭記したようなZn系メッキだけのメッキ′
f、[14板に較べると、塗膜二次密着性ががなり良好
で、またカチオン電着塗装における通電プツリ抑制にも
有効なものと云ン一る。しカルながら、このFe系また
ばFe −Zn系/Zn系の復Iロメッキ鋼板も、以下
のような問題を抱えている。すなわち、■)そもそもこ
の種の複層メッキ鋼板の考え方というのは、内層で耐食
性を確保しつつ表面層で塗膜との密着性を維持するとい
うものであるが、この表面、iiグとしてのFe系才た
はFe  Zn系合金メッキ皮膜についてに、以下のよ
うなことが云える。
■ 塗膜の耐水密着性を左右する因子として最も重要な
のは鋼板の化成処理性でるる。すなわち、化成処理(通
常はリン酸塩処理)で生成する化成皮膜中にフォスフオ
フエライト(ZnコFe (POグ)コ・4Hx○)が
多ければ多いほど、塗膜はよりすぐれた耐水@着tIJ
E、を示し、反対にホーバイト(Zn5(POp)、2
・4H−〇)が増すと耐水密着性に悪化する。
Fe系寸たばFe−Zn合金の表面層は、化成処理にお
いてそのFef溶解、供給して、上記フォスフオフエラ
イトの化成結晶の生成に寄与するのであるが、したがっ
てこの表面層の付着量としては丑ず、緻密なフォスフオ
フエライトの化成結晶を得るに必要lFeを供給するに
足る情が最低限ないと、有効とは云えない。
■ また同時に、表面層の付着Nは、カチオン電着塗装
における通電ブッの発生を抑制するという意味からも、
下限が規制される。すなわち、上記化成皮膜は一般に、
100%の完全な被覆率を示きない(例え、最も理想的
な条件下で化成処理を行なったとしても、面積比で0.
1〜1%程度は下地が露出すると云われている)。この
ような化成皮膜でに、その後のカチオン電着塗装の段階
で、化成皮膜の直下のFeリッチな皮jI史は、通電プ
ッを抑制する賎能を発揮する。■に説明したとおシ表面
層は、化成処理において化成反応で溶解するものである
が、上記通電プツ抑制の効果を得るためには、この溶解
に拘わらず電着塗装の段階せで表面層を保つ必要7>5
bシ、表面層の付着ル″としては、化成処理で消費され
てもなお、皮膜が残る量必要とてれる。
■ 一方、この表面層は、]’i”e分が多い関係で、
イ」着量が大きいと塗膜に疵が付いた場合など、例えそ
れが僅かでも赤錆の発生源となシ易い。それ許シか、F
eを高レベルで含有するこの表m]層に、木質的に内部
応力が高く内層との密着餡三が余シよくない傾向にある
。このため付着量が多くなるにつれ、使用lこ当っての
プレス加工による歪量が大きくなると、プレス時のパウ
ダリンク現象が!A著化する。こうした仁とから表面層
の何着光は、できるだけ少なくしなければならない。
■ 寸たこの表面層は、耐食性をイ」与する意味はもと
もとないから、経済性の点から薄い方がよい。
電気メッキの場合VCは、メッキ皮膜が厚くなるほど、
ランニングコスト(製造コスト)が高<ナシ、また必要
なメッキ設備規模が大きくなってイニシャルコスト(設
備投資)も嵩むからでるる。
以上の〜■に説明したことがら、Fe系またはFe −
Zn系/Zn系の前記複層メッキ鋼板の表面層メッキ皮
膜ぽ、化成処理性並びにカチオン電着塗装におげろ通重
プッ防止の点から求められる厚み以上で、できるだけ薄
く、具体的には付着ft 10g/m2以下極度にする
ことが必要であると云える。
ところで、この複層メッキ鋼板の表1m層メッキは、前
掲特開昭56−133488号、同56−142885
号の提案に云うbす、第1図(イ)VC符号(2)で示
す如く内層のZn系の防食メッキ層(1埼完全に覆う、
いわゆる連続被覆りであることを必須とする。すなわち
次のような理由による。表面層1(2〕がもし、同図(
ロ)に示°すように内l1l)を完全に(1カバーしな
い非連続被覆であったとすると、表層が内層よりもT1
i気化学的な電位が貴(ca’+寸10dic )のと
きには、化成処理において内層が優先的に溶解し、表層
からの有効なFe供給がな吾れず、緻密なフオヌフオフ
エライト化成結晶の形成が期待できない。防食を目的と
する内1■Zn系メッキ(純Zn、 Zn−Fe系、Z
n−Ni系等)は、表面層としてのFe系、Fe −Z
n系合金(高Fe )メッキよシ卑(anodic )
な電位を示すのが通例である。
電気メツキ皮膜はその析出機構上、非連続被覆の形態を
示すことが応々にしである。すなわち、電気メッキにお
いてメッキ金属の析出は、メッキ列象面上に散在した多
数の活性点を核として開始てれそれを中心に厚み方向と
ともに平面方向周囲へ向けで成長してゆき、やがて連続
被覆に発展する経過を辿る。つまり第2図(イ)、(ロ
)および(ハ)のような過程を順に経る(同図において
符号(ト)がメッキ皮膜を表わす)が、このため場合に
よっては、析出皮膜(A)が連続被覆に至るf3iJの
段階(イ)で早くもメッキ終了を迎え、第1図(ロ)に
示した表面ノ’a (2Jのようニミクロ+lボア (
m’1oro pore ) (4)が皮膜全域に亘っ
てフンダムかつ一様に分布した非連続な形態となるので
ある。なお、電気メツキ皮膜の生成メカニズムと非連続
性、更VCにその関連現象等については、次のような文
献がある71−ら、必要あれば参照されたい。
(イ) J、A、Harrison、 H,R,Thr
i−sk、 ” Advancesin Electr
ochemistry and Elect、roch
emica工Engineering ’ (Vo工、
3.1963年、工nterscj−enCePu’b
、 、 Johr wxley&Son 工nc、 )
 (97頁)(電析によるメッキ皮膜生成のメカニズム
を明らかにしている。) (ロ)    ”  Metal]−ic  coat
ings  for  corrosionCont、
ro工’(1977年、 NEWNES−BUT’Ll
’ERWORTHS )の ’  EfeQ’iB  
of dlscOnjlnultleS In  OO
a’ulng  ’及び1Anodic coatin
gs ′の項(39−41頁(Fig、 1.17 )
 ) (ハ) ” Properties of Elect
rodeposits TheirMesuremen
t and 51gn1f、1cence″(1975
年。
THE ELECTROC罷M、TCAL SOC工E
TY、 INC,)の’ Porosity and 
Porosity tests  ”  (]  22
頁)((ロ)、(ハ)では、電気メツキ皮膜の非連続V
IE及びその非連続性に基因するガルバニック腐食現象
などについて説明されている。) 要するに、前記複層メッキ鋼板の表面層メッキぼ・でき
るだけ簿ぐ(具体的にば10 VTn2以下)しなけれ
ばならないのは先に述べたが、その一方では第1図(ロ
)に示したような非連続ではなく連続被覆の形態をとる
必要があるということである。
しかるに、非連続被覆は、上記したその発生メカニズム
から明らかなようにメッキが薄くなるほど、生じ易くな
る傾向にめシ、このため、上記2つの要件を同時に満た
すこと、つまり1oV□2以下 −のメッキ量で連続被
覆を確保することに、一般に非常VCりjik L <
 、通常の単純浴、すなわちFe訝。
Fe’″]たは更にZn’+のイオンを主成分とした硫
酸塩もしくは塩化物に無機支持塩(Na、2so、 N
aC4A1.a (Sol )J等)を添加しただけの
浴を使用する一般の手法では、事笑上不可能に近い。
各種電気メツキ皮膜が薄メッキにおいてミクロボアを生
じることに関しては、次掲のような文献がある。
に)前出(ロ)ノ″Efects of discon
tinuitiesin Coating“(40頁) (一般に、電気メツキ皮膜は膜厚が増加すると、ポロシ
ティ(細孔)が減少するとの記載がるる。)(ホ) 「
第52〜53回西山記念技術講座、表面処理製品の製造
技術と関連分野の進歩」(昭和53年1日本鉄鋼協会)
の「鉄鋼業における表面処理技術の動向と将来」 (5g/m2以下程度のSnメッキ皮膜の形態に、非連
続でミクロ・ボア分布のあることが示されている。) (へ)特公昭48−42774号 (電気Znメッキ皮膜はIOg/m’以下程度で多数の
ビンホー/I/(ミクロ・ボア)を生じることが示δれ
ている。) (1−)     ”  工nterna’し1ona
l  Pu1se  PlatingSymp○siu
m 7の’ The 5ine wave pu上Se
 plainer ’(昭和54年、 AmeriCa
n E1eCtrOplaシerSSociety、 
XnC,) (全電気メッキでtrf−3tLm以下の;トカ厚でポ
ロシティが多いことが開示きれている。) 薄メツキ皮膜におけるポロシティ(ミクロ・ボア)を減
少芒せる方法もないではない。錯化剤、すなわちキレー
ト、シアン、有機酸(クエン酸。
コハク酸等)、有機添加剤(V7Cかわ、デキヌLリン
、テトラブチルアンモニウム、ブロマイド、ベンザール
アセトン等)などをメッキ浴中に添加するというもので
あるが、このような方法は、浴中錯化剤成分が操業中経
時的に変化するにも拘わらず、その濃度の測定、更には
それに基く浴管理がd7ftシいという、実際面での問
題がある。
■)それに例えこのような方法をもって連続被覆の表面
;AVメッキを得ることができたとしても、鋼板使用段
階で次のような問題が避けられない。一般にこの種メッ
キ鋼板は、例えば自動車メーカー等のユーザー側で、ま
ずプレス等による成形加工な施埒れ、そのあとで化成処
理→塗装という段取りになるのであるが、とくに自動車
メーカー等では加工に可成りの強加工を行う。このため
、メッキ皮11tK内部応力の高いFe系、Fe−Zn
系メッキでは、この加工によレメツキ皮膜表向に非連続
欠陥(ミクロ・クラック)が発生することが多い。つま
シ、メッキ皮膜の非連続性(ポロシティ)は、メッキ段
階での発現を折角抑えても、結局加工段階で導入される
恐れが多分にあるということであり、かかる非連続被覆
形態の表面層メッキでに、前記複層メッキ鋼板に、すぐ
れた化成処理性の期待できないことは先述のとおシであ
る。この加工による1E気メツキ皮膜への非連続性の導
入及びその影響についての具体的な実験例が、次の文献
に示芒れているう ヂ) 「金属表面技術」(■O土工。8. No 10
.1982年)(7) l’−Zn−Fe/Zn−Ni
 2層合金電気めつ@鋼板の加工性および加工後の耐食
性J (505〜508頁)(Fe−Zn/Zn−Nj
−の2N電気メッキ’j:A 4:Qに成形加工を加え
た場合、表面J(Fe−Zn)にミクロ・クラックが導
入てれ、内層(Zn−N1)の影響で化成皮1漢中の、
フォスフオフエライト量が低下する。そしてその低下の
程度は、加工度に依存している。) 1N己I)、II)(7)ように、Fe系また1Fe−
Zn系/Zn糸の前記複層メッキ鋼板も、突用化という
ことになると、まだ才だ未解決の点が多くみられる。
すなわち現在、実用面までを含めた全ての意味において
71t、H足のゆくものということになると、既存のメ
ッキ鋼板の中に適当なものは見尚らない。
本発明に、Fe系またはFe  Zn系/ Zn系の復
層メッギ鋼板本来の面J食性、その他の特長を生かしな
がら、上記工)、■)の問題を一挙し′こ解決した複層
メッキWi板を提供するものである。すなわち、具体的
には、 ■ 冷延釘jll板並みの化成処理性をii4’+え、
カチオン電M塗装でもつねに安定した良好な塗膜の耐水
密FIT t:4三が得られる。
■ 耐食性、通電プッ抑制の機能は、Fe−Zn系/′
zn糸の複層メッキ銅板と同等に良好である。
■ 表層の薄メッキも、格別の措置をとることなく通例
的な単純メッキ浴から得ることができる。
■ 強加工を受けて表層の薄メツキ皮膜にミクロ・クラ
ック等、微小欠陥が導入でれた場合にも、冷延鋼板並み
の化成処理性が劣化する恐れがない。
以上の条件を満たす複層メッキ鋼板の提供を目的とする
ものである。
Fe系またばFe−Zn系/Zn系の複層メッキ鋼板に
おいては、表1傍の薄メッキについて、連続被覆の形態
をとらなければならないことは先に述べたとおりである
が、上記■と■については、このような制約がその実現
を阻んでいると云える。すなわち、表層の薄メッキが非
連続であっても差支えないということであれば、皮膜連
続化のための格別の4−装置は滉論不要であり、寸だ加
工によるミクロ・クラック等の導入が問題になるような
ことも轟然ないと考えられる。
そこで本発明者らは、表層メッキを敢えて非連続被覆と
することを考え、その非連続被良化に伴う化成処理性の
劣化を阻止する有効策を見い出すべく、鋭意実験、検討
を重ねたが、その結果次のような知見を得た。
■ 表層メッキが第1図(ロ)に示したような非連続被
覆である場合には、先述のとおり化成処理において内層
から優先的に溶解し、Fe分の多い折角の表11νが化
成結晶の生成上何ら関与しない結果となる。かかる不都
合はひとえに、内層が表層よりも電位が卑であることに
よるものであるが、この電気化学的特性を、表層中にS
nを適量含有せしめることによって逆転δせる、つまり
表層が内層より卑な電位を示すようにすることができる
。表層の方が内層よりも電位が卑であれば、表層メッキ
が例え非連続被覆であったとしても、化成処理における
溶解反応は常に表1〜側から侵先して起こ9、そこから
供給されるpe分を取ρ込みながら化成処理が進行し、
その結果フォスフオフエライト分の多い緻密な化成結晶
が得られるものである。
なお、Snの添加により表層の電位が低下するそのメカ
ニズムについては、十分な究明がなδれていす、いまの
ところ明確な説明は困雌でるる。
■ またSnは皮膜中にあって、皮膜中Feとの間にミ
クロ電池を形成し、化成処理ではカソードとして作用し
てpeの溶解を促進する他、リン酸塩結晶の核発生数を
増加はせるよう@き、この作用ヲ通して化成結晶のフォ
スフオフエライト分を高めるのに寄与するという効果も
ある。
すなわち本発明は、少なくとも片面に、表面層トシテ、
Snを1.0−50mg/m’含有するZnn含有2御
〜50 キ皮膜を有し、その直下にZn−N1合金またはZn−
J’e合金の電気メツキ皮膜を有していることを特徴と
する、2層以上のメッキ層をもつ複層電気メツキm板を
要旨とする。
以下、本発明を、各皮膜中成分限定の理由を折シ混ぜな
がら詳細VC説明する。
〔表層メッキ〕
表層メッキは原理的に云えば、Fe系メッキ、Fe− 
zn 系メッキの何れであってもよいわけでるる。
しかしながら、化成処理工程における生産性を考慮する
と、Fe系メッキは不利で冴る。すなわち、Fe系メッ
キでは、化成処理における反応速度が冷延板よシも遅く
なり、化成処理VC冷机板の2倍はど時間が力)かる。
冷延板−ρ場合には、表面にFe5C,7vin酸化物
, Cr酸化物が通光に分布しておシ、リン酸塩処理に
おいて局部電池形成による反応促進効果が期待できるが
、電気Feメッキ皮;IQでは表面が高純度となるため
化成液との反応による溶解が抑制されることが、その理
由と考えられる。
これに対しFe−Zn系合金電気メツキ皮膜では、上記
冷延板よシも更に速い化成処理速度が得られることが、
本発明者らの笑@によシ確認されている。Fe系メッキ
表面,’J(Sn 5 rni−7m’含有、非連続被
覆)帆)、冷延板(B)、Fe − Zn系合金メッキ
表面層(非連続被覆) (C) <、 zn 5 wt
%IIC Sn 5 mg/rn’含有(C/)、 Z
n.15wt%に1 0 mg/m’含有(Ca)、Z
n50wt%K 1 5mg,%’ ( CJ) )、
の各鋼板について、リン酸塩処理反応速度(化成処理完
了までの所要時間)を調査したその結果を第8図に示す
。これは、(A)、(C)K ついてU、内IWとして
87wt%Zn−18wt%Ni合金電気メッキ層をも
つ2層メッキ鋼板を供試したもので、化成処理条件:デ
ィップ処理(右りl晶:50℃2日本パー力フィジンク
゛lt9 S D2000使用)での調査結果である。
同図から、Fe系メッキでは冷延鋼板よシ化成反応速度
が遅イカ、Fe 5 wt X 以上tDFe−Zn系
合金メッキになると、化成反応速度は冷延板を上廻るこ
とが明らかである。Fe系メッキとFe−Zn系合金メ
ッキ間のこのような化成反応速度の差に、皮膜中のZn
の存在の有無によるもので、Znがろる場合には皮膜中
のp6とznとの間に多数の局部電池が形成され、その
分化酸反応が促進されるためと考えられる。因みに、第
3図の笑験でぼ、化成結晶としてu何れの場合もフォス
フオフエライト量の多い緻密な化成結晶が得られた。
この表面層メッキのZn含有量を、本発明では5〜50
wt%の範囲に限定した。まず下限についてに、これが
5wt%未満では、第2図からも判断σれるとおシ、化
成反応速度が冷延板よシも小芒くなり、処理能率上好ま
しくないからに他;’2r:)ない。一方上限について
は56wt%をこえると、冷延板前みの化成処理性が得
られないからである。
第4回灯、表面層メッキのZn含有がと後述のSn含有
節のリン酸塩結晶のフォスフオフエラ・rト五Y(後述
実施例において示すP/(P+H)比率)に及ぼす影響
を調べたその結果(供試材:内層が87wt%Zn−1
3wt%N1)27Wメ、’/キm&(表i脂に非連続
)、化成処理:第3図と同じ条件)を示す。図中、O:
 P/(P+I−()比率90%以上、△:同じく60
〜90%、×:同じく60%未満、である。同図による
と、Zn含有量50wt%をこえると、Sn含有量によ
らず何れにおいても冷延鋼板に匹敵する良好な化成処理
性の望めないことが分る。なお、Zn含有量が35 w
t%をこえると、使用中塗膜に機械的に疵が付いたとき
、例えば自動車車体では、道路走行中、小石や砂等がは
ねて当って疵が付いたようなとき、その疵部を起点に塗
膜と平行の方向へ塗膜下腐食が進行して、塗膜ふくれ(
プリヌター)を生じ易くなる傾向があり、したがってZ
n含有量として1″j:実用上、35wt%以下が最1
も好ましい。因みにZn含有量が20Wし%をこえると
ころでに、電気メツキ操業時のメッキ液流れに対応した
模様がメッキ外観に現われる。
これは、表面層メッキ本来の機能には何ら影響を及ぼす
ものではないが、与える印象はよくない。
本発明では、このようなFe −Zn系合金メッキ層に
Snを含有せしめるものでろる。SnばFe −Zn系
合金メッキ皮膜中にあって前記のとおシ当該層の電気化
学的電位を卑な方向にシフトaせる役目を果す。すなわ
ち、5〜50Wし%Zn、つまりFeを50 wt%を
こえ95wt%未満の高レベルで含有したFe −Zn
系合金メッキ層に通常、電位が後述の防食用内層(Zn
−Ni合金電、気メッキ(Ni 5−20 wt%)、
Fe−Zn合金電気メッキ(Fe10〜4Qwt%)よ
りも貴である。しかるに、この高Fe含有のFe −Z
n合金メッキ1曽にSnを添加すれば、上記内層よシも
卑な電位を得ることができるのである。Sn tdそれ
単体での電位はFe@j:より電、位が貴であるが、そ
れにも拘わらす徽蛍添加の場合には、Fe −Zn系合
金電気メツキ層にろっでその電位を岸側ヘシフl−Jせ
るのである。この作用についての詳しい究明は、今後の
研梵に待たなければならない。
このような効果を伴うSnの添加により、li”e−Z
n系合金表面層を非連続被覆にするという条件が加わっ
たときにも、化成処理における表面層の優先溶解を保証
し得、フォヌフォフェフィトの多い緻密な化成結晶を得
ることが可能となるものである。
5nViこの他にも、皮膜中Feとの間に形成するミク
ロ電池作用によって、化成処理においてFeの溶解を促
進σせ、捷た同時に化成結晶の核発生数を増加きせるよ
う作用し、化成結晶のフォヌフオフエライト分を高める
有効な(fill @がろることに、先に述べたとおシ
でろる。
と(DSnSn含有量てU、1.0−50 mg/m2
(!:する必要がある。これが1.0 mg/m2未満
では、第41図に明らかなように、化成処理においてフ
ォヌフオフエライトの多い良好な化成結晶が得られない
。これは、1.0 mg/m2未満のSnでは、内層(
zn−Nj−系、Zn−Fe系)に対しより卑な電位を
得ることができず、非連続被覆では化成処理において表
面層の1・q先溶解が期待できないため、と考えられる
。寸だ、Sn含有量が59mg/m2fこえると、第5
図の実験データ(前出第4図と同条件での実験結果、図
中・:化成ムラなし、×:同じくあり、を示す)にみら
れる如(Zn含冶斤5wt%以上(本発明範囲) VC
おいて化成結晶に斑点状のムラや俗に「ヌケ」と呼ばれ
る付着ムラが生じることがある。以上の理由によシ、本
発明においてにSn含有量を1.0〜50 mg/ms
に限定したものである。
ただし、メッキ条件のある程度のばらつきが避けられな
い英際の連続メッキ操柴においては、常に安定した成分
の皮膜′ff:得ることにまず不可能で折ノリ、この関
係から天際上Sn含有量としては3r11g/m2以上
が推奨される。またその上限についても、Snが30 
mg/m2をこえる場合、Zn含有量が少な目(15w
t%以下程度)のところで、化成結晶形態が板状結晶の
中に半円板(ディスク)状結晶が含まれた稍々粗大なも
のとなることがわり、したがって好ましくは80 ”g
/m2以下にするのが最もよいと云える。
ココニ、Sn含有量を、l11g/m2にて規定したの
には理由がある。すなわち、 ■)表面層メッキは云う迄もなく薄膜(付着MlOg/
m2以下程度)であり、化成処理によってその殆んどが
溶解し去ることを前提とするものであるが、その性質上
、極端な偏析がない限シは、例え皮膜中でSnの濃度が
厚み方向、平…J方向に不均一でばらついていても、具
体的l/i:は0.001〜towl(程度での含有量
ばらつきでは、何ら問題とはならない。要は、Fe (
アノード)−sn’(カッ−F)にに局部電池の形成が
ありさえすれば、前記した本来の機能は維持できるもの
である。
π)また、本発明が対象とする複層、例えば二層メッキ
皮膜の場合、二層メッキ皮IIψのそれぞれの皮膜組成
とその付着曾とを正確に測定することは、実際上きわめ
て困鄭であシ、と9わけ表面層中のSn%は事天上測定
不可能に近い。しかしながら、この場合にも、Sn ”
g/m”であれば、例えば試片を酸で溶解して液中のS
n量を原子吸光法または工CP Q、法で測定する等の
手法で実測し得、したがって”g/m’を用いれば、メ
ッキ操業におけるSn含冶f11′の管理を適確に行う
ことも可能でろる。このような理由から、Snの規定に
mg、/m’を採用したのである。
Fe−Zn系合金電、気メッキ皮膜へのSnの添加に、
次の方法にて行うことができる。すなわち、Fe−Zn
合金電気メッキを行うに際し、メッキ浴中にSnイオン
を存在せしめるというもので、この場合、下式で定義て
れる有効Snイオン濃度(C5n)、C5r1 = (
Sn’+イオン濃、’JD−t4’(Sn&+イオン濃
度〕 ここに、α:メッキ浴のpHに応じ て選定する係数(0,9 〜0.5) とメッキ皮1漢中Sn共析i (mg/rn’ )との
間には、\4ノ 第5図に例示したようにきわめてよい一次相関が認めら
れる。したがって、このメッキ浴中の有効Sn濃度(C
sn)を管理すれば、Snの共析量を制御でき、所望の
SniのSn含有Fe −Zn系合金電気メツキ皮膜を
得ることができる。
この表面層メッキ全体のイ」辛1呈については、とくに
限定するものではない。郡々の条件、つまり表面層とそ
の直下層との電気化学的電位の差の程度、表面層皮膜の
ポロシティの大きざ、分布形態等と複雑に関連して、適
正な付着レベルが変わってくるから、一義的には規定し
難い。上記したような種々の条件に応じ、化成処理性を
はじめ、通電ブツ抑制の機能、cosmetic−Co
rrosion (赤錆)の発生回避、プレス成形によ
るパウダリングの防止、そしてコヌト的な意味、以上の
ような点を考慮(〜で、適宜任意に決めるものとするが
、敢えて云うなら、おおよそ1〜10 g/m’程度、
更VC,望ましくは1.5〜6 g/m’位が通光でめ
る。
なお、この表面層は非連続被覆であるわけであるが、か
かる表面層の連続、非連続に、適切な電]1・を液を選
択、使用して電位測定を行うことVこより、検出するこ
とができる。すなわち、表面層が連続と非連続とでは、
複層メッキ鋼板の浸漬電位が変わってくる。連続被覆で
は表面層が浸漬電位を支配するが、非辿、続被覆では表
面層のみならずその直下の内層の影響もるるからでるる
。すなわち、その具体例を示したのが、第7図である。
第7図は内層:57wt%Zn−13wt%N1合金電
気メッキ皮膜、外層: Fe85 WtXノFe−Zn
n合金気気メッキ皮膜二層メッキ鋼板の浸漬電位(vs
SCE。
リン酸浴液(pH3,15℃))を、表面層が連続、非
連続の各々の場合について調査した結果を示すものであ
る。横軸のメッキ付着Mは、非連続彼薇の方に対してに
、表面層の被覆率と云い換えることができる。同図にお
いて、まず表面層が連続被覆のときKは、浸漬電位に当
然のことながらその付Wtfaによらずつねに一定の値
(表面層メッキそのものの電位)をとっている。この一
定値に対し、表面層が非連続被覆の場合の浸漬電位は、
よ・り卑な値を示している。これに、内層のもつ電位が
表面層よシも卑で、その影響を受けた結果に他ならない
。表面層が非連続被覆て夕)る場合の浸漬電位に、その
表面層の′m覆率が高くなるにつれ連続被覆の場合との
差が小豆くなるという傾向を示すが、これば内層の影響
の太き式が表面1・設の被覆率、つ寸シ内層の露出の程
度によって変化するからである。
〔表面層直下の内層〕
この1・−に、Zn−Ni系合金或いはZn −Fe系
合金電気メッキとする必要がある。既に述べたように本
発1ν1の考え方は、表面層(Fe−Zn系合金電気メ
ッキ)を非連続被覆とし、その代りに同層中にSn苓〜
徽j7)添加することによって当該層の電位を卑へ移行
させるとともに、その表面層直下の内層(耐食性を確保
する層)をZnメッキよりは責な電位をもつZn合金防
食メッキで形成することにより、表層の方がその直下の
層よりも卑な電位を示す電気化学的q′、lr性を得よ
うというものである。したがって表面層“直下の内層は
、Znよりも責な電位を示す防食メッキ、つまり上記し
たZn合金屯気メツギでなけれ(ばならない。これがZ
nメッキでは、例えF”e Zn系合金メッキの表面層
にSnが含有芒れている場合でも、表層より貴l電位を
得ることは不可能で、このようなものでは、化成処岬に
おいて化成液が同層のZnと優先的に反応し、結果、ホ
ーハイドの多いわ1人な化成結′晶しか得られない。
化成処即において内層の化成液との反応を抑え同層を殆
んど未反応の1ま保持するには、S]’1含有Fe −
Zn系合金の表面層に対し、゛ギ位的に貴なZn−N−
1系合金、Zn−Fe系合金電気メッキを採用すること
が必要である。
Zn合金電気メッキ皮j漠の防食+q=i、Zn −N
i系合金でfi Ni5−20 wt%で、寸だZn 
Fe系合金においてu Fe 10〜4 Q VtTt
%で、それぞれ確保てれるものである。なお、これらZ
n−M系合金、Zn −Fe系合金電気メツキ皮膜から
々る内層Vこ、少@(7) Cr、 Fe、 Co、 
Ni、 Cu、 AA、 Mg、 Mn ′4gの1種
以」二を含有せしめても、その有効性に変わりはなく、
本発明はこれを許容するものである。
甜食性を確保するこの内層の膜厚は、用途等に応じ適宜
任意に決めればよい。自動軍事体用として鉱、大体20
〜40 g/m’程度が過半であろう。
本発明の複層メッキ鋼板とに、上記Sn含有Fe−Zn
系合金電気メツキ層を表面に有し、その直下にZn−N
i系合金まだに、2.n−Fe系合金電慨メッキ層を有
するもので、2Iviメツキのみならず、31W以上の
メッキの場合をも含むものである。すなわち、3層メッ
キ鋼板の例としては、前記表面層直下の層の更に内11
111 VC、鋼板素地との密着性を高めるためのCu
メッキ層やメッキ層のミクロ・クラック防止のためのN
1メッキ層、防食性のよシ一層の向上を狙うCrメツ゛
キ層等、各種の金属メッキをもつものが挙げられる。
なお、本発明に基づく上記複層メッキ構造は、何も常に
鋼板の両面に対し適用し々ければならないというもので
はなく、片面についてのみこの構造を採用し他側の面は
裸面のま寸とする、或いに異なる1ニア、y成のメッキ
而とする、というような形で′R施するも何ら差し支え
ない。こうした実施の形態も全て、本発明メッキ鋼板の
範111JJK属するものとする。
次に本発明の笑施例について説明する。
My 1表に示す種々の表面層および内層を有する2寸
たけ31〜メツキ鋼板、並びに単層メッキ17i板を7
1丁電気ッキ法で製造した。(3)〜00の表面j曽の
sn含有Fe  Zn系合金電気メツキ皮膜は、Fe 
−、Zn合金浴中にSnを5nSO<zの形で添加し、
前記第6図で説明した有効Snイオン濃度の調!I4に
よってSnn共析量側制御る方法で得た。この際、(4
)〜OOについては、メッキ浴として、FeS0g・7
Hコ0250g/、l、、 NaxSOg 75 g/
g、、 ZnS0g ・7HpO種々変更の単純浴を用
い、(3)についてだけ、FeS0g・7H,+024
8 fE/l、 (N、Hg )psOg 118 g
/z 、 ZnS○a ・7)L2060 g/lに、
錯化剤としてクエン酸を0.5gμ含有したメッキ浴を
使用した。
上記各メッキnil板について、リン酸塩処理(ディッ
プ処理、液温50 ”C、日本バーカライジンク製5D
2000使用)−力チオン1σ沼塗装(20μ)−中塗
り(30p )−上塗り(40μ)を実施した・この際
、リン酸塩処理において化成反応究了に吸しだ時間を調
べた。また、との化成処即により得られた化成結晶につ
いて、X線回折により、フオ7フオフエライト(Pで示
す)の(100) m強度とホーバイト(Hで示す)の
(020)面強度を検出し、P/CP+H)比を算出す
る方法で、結晶(71;造を調査した。更に、前記上塗
り寸でを終え/ζメッキ鋼板に対して、50′Cイオン
交換水中に1.0日n、IJ浸漬し、その後塗膜にメッ
キ面に達する切れ目f 2 my 17J] 隔のゴバ
ン目状に入れてセロテーフ”で剥1;ii[l して、
塗膜残存率を調べる耐水密着性試験を実施した。
以上の結果に、第1表の右欄に示した。
上表において、Zn−Ni、系合金まだHzn−Fe系
合金電気メツキ鋼板(1)、(2)では、化成結晶のP
/(、P−)−H)比率が0で、耐水密着テストの塗膜
残存率もきわめて低い値となっている。これらの合血電
気メッキ鋼板が、化成処理性に著しく劣シ、良好な塗膜
の耐水密着性も得られないことが分る。
従来例としての(3)は、表面層がFe −Zn合金メ
ッキでかつ連続被覆をもつ2層メッキ鋼板で、これは化
成処理速度、P/CP+H)比率、塗膜残存率の何ノ主
の点でもすぐれた値を記録した。しかしながらこれは、
連続被覆の表面層を得るのに、製O上特別の措ffR(
メッキ浴への錯化剤の添加)をとる必要があり、浴管理
面、コヌトの点で不利は否めない。かといって(4)の
ように、この表面層を非連続被覆にしてしまうと、化成
処理性が極端に落ち、すぐれた塗膜の耐水密着性に望め
なくなる。
以上の従来例に対し、表面層がSnを1.0〜501n
g/m2含有するZn、 5−50 wt%ノFe−Z
n系合金711;気メッキで、その表面層直下の内層と
して、Fe−Zn系合金捷たはNi −Zn合金電気メ
ッキ層ケ有し、更に場合によってぽ、もう一つ更に内側
に各種金属系メツーキ層をもった本発明の複層メッキ鋼
板(7)〜α→の場合VCは、表面層が全て非連続被覆
でろるに″も拘わらず、αQに示す冷延板数みのきわめ
て良好な化成処理性を有し、塗膜も冷延板のときと全く
同等のすぐれた耐水密着性を示している。
なお、比較例について簡単に云えば、(5)は、表面層
中のSnが少なすぎて、その効果が不足したため、化成
処理性、塗膜の耐水密着性の何れの点でも、満足できる
ものではなかった。(6)、θ弔は逆に表面層中のSn
が多すぎて、化成結晶に化成ムラやスケがきつい。更V
C,θ句では表面層に問題にないがその直下の内層がき
わめて卑な電位をもつZnメッキであることから、化成
処理において内層の優先溶解が起こシ、P/(P十H)
比率、塗1漢の耐水密着性の何れの点でも、悪い性能し
か水式なかった。
以上の説明から明ら刀・なように本発明の複層電気メツ
キ鋼板は、冷延鋼板数みのすぐれた化成処理性を備え、
カチオン電着塗装系の笑用塗装工においてもつねに耐水
密着性のきわめて良好な塗膜を得ることができ、更に強
加工によって表面層にミクロ・クラックが導入されたと
きにも、その本来の化成処理性がそのまま維持きれる利
点がある他、製造面でに表面層が連続被覆の形態をとる
必要がないことから、格別の措置をとらない通例的な単
純メッキ浴を用いる容易な方法でも問題なく得ることが
できるという実用上有効な特徴をもっておシ、しかも耐
食性やカチオン電着塗装における通電プツ抑制機能の点
でも、耐アルカリ惟の高いフォスフオフエライト分の多
い化成皮膜を得ることができ、また表面にFe分の多い
層をもつために、すぐれた特性を示すものであシ、以上
の性能よシして本発明の複層メッキ鋼板の、とくに自動
単車体用としての実用性は著しく高い。
【図面の簡単な説明】
第1図に、複層メッキ鋼板の表面メッキ層の形態を示す
模式図で、(イ)は連続被覆、(ロ)は非連続被覆、の
それぞれの形態を示す。第2図(イ)、(ロ)及び(ハ
)は、71.!、気ツメツキ皮膜生長過程を示す説明図
、第3図は冷延板、各種の2層メッキ鋼板について化成
処理反応速度を示した図、第4図にFB −ZH系/ 
Zn系の複層メッキ鋼板における表面層Zn含有量とS
n含有量が化成結晶に及ぼす影響を示す図、第5図は同
じ(Zn含有量とSn含有弗が化成ムラに及ぼす影響を
示す図、第6図はSn含有Fe−Zn系合金電気メッキ
における浴中の有効5IJJ%度(C5n)とメッキ皮
膜中Sn含有量との間にある関係を示した図、第7図は
Fe−Zn系/ Zn系の二1曹電気メッキ鋼板の浸漬
電位を、表面層が連続、非連続のそれぞれの場合につい
て示した図、である。 図中、1:内層、2:表面層、3:ミクロ・7J?ア 出願人  住友金属工業株式会社 第  1  図 第2日 第  3 口 史4里時M(Sec) 第  5 図 一→Sn含鳴量(”l/m2) 第  6  図 メソキン谷や4 効Snイオンシ粟度 第 7 図 出願人  作ノシ金;1・・;王、゛)′、訃式会化代
1211人弁J−i!ト  牛 形 元 舌・パ ・自
発手続補正書 昭和58年1月28日 封w1・1ず長官 若杉和夫 殿 “・同 1、事件の表示                 1
4昭和57年特許願第203488号 の名称 複層電気メツキ鋼板 をする者 件との関係 特許出願人 住 所  大阪市東区北浜5丁目15番地名 称(21
1)住友金属工業株式会社代表者 熊谷典文 埋入 5 補正 6 補正の対象 明gI椛の「発明の詳細な説明」の欄 7、補正の内容 (1)明卸j書の第8頁第3行から同第4行にかけて「
・・・次のような文献があるから、必要あれば参照てれ
たい。」とあるを「・・・次のような文献がろる。」に
訂正します。 (2)明細書の第11頁第2行に「薄メツキ皮膜」とあ
るを「薄メツキ皮膜」に訂正します。 (3)明細書の第17頁第19行に「日本バー力うイジ
ング製」とあるを「日本ペイント製」に訂正し寸す。 (4)明細書の第20頁第18行から同第19行にかけ
て「・・・今後の研究に待たなければならない。」どめ
る次に下記を追加します。 「Snが表層メッキ中に固溶しているのか、不均一 4
’[Jとして分散しているのか、−18だ、Snの存在
状態が0価(金属)、2価・4価の高酸化状態を示して
いるのか等々は、いまだ学理的には明らかでない。」 (5)明細書の第22頁第19行から末行にかけて「・
・・mg//m2にて規定したのには理由がある。」と
める次に下記を追加します。 「ただし、mg/m2の定義に含有するSnをSn金属
換算して、単位面積当シの重量付着舟として表示したも
のである。」 (6)明細書の第23頁第8行から同第9行にかけてr
・・・、Fe (アノ−F) −Sn (カソード)に
に局部電池の形成が折)りさえすれば、・・・」とめる
を1・・・p6(アノ−)” ) −Sn (カン−F
)という局部電池の形成がありさえすれば、・・・」に
補正します。 (7)明細書の第30頁第10行に「日本パーカフイジ
ング」とあるを「日本ペイント」に訂正します。 以   上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも片面に、表層として、Snを1.0−
    50 mg/m’含有するZn含有fi: 5〜50 
    wt%の非連続p″e−Zn系合金電気メッキ皮膜を有
    し、その直下[Zn−Ni系合金またはZn Fe系合
    金の電気メツキ皮膜を有していることを特徴とする二層
    以上のメッキ層を有する複層電気メツキ鋼板。
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