JPS6311698A - 粉末付加亜鉛めっき鋼板の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は亜鉛めっき鋼板に関するものであり、特にその
抵抗溶接性の改良に関するものである。

従来の技術 鋼板の少なくとも一面に亜鉛を主体とするめっきが施さ
れた亜鉛めっき鋼板は自動車や電気洗濯機のボディ用材
料等として広く使用されている。

この亜鉛めっき鋼板はスポット溶接、プロジェクション
溶接、シーム溶接等の電気抵抗溶接によって接合される
のが普通であるが、めっき層を有しない通常の鋼板に比
較して亜鉛めっき鋼板は抵抗溶接性が劣る。これは、亜
鉛の電気抵抗率が比較的小さく、しかも軟らかくて互い
に接合されるべき亜鉛めっき鋼板同士が押し付けられた
ときのなじみ性が良いため、合わせ面の接触電気抵抗が
小さくなって十分な発熱が得られないからである。

そのため、例えば亜鉛めっき鋼板のスポット溶接では通
常の鋼板に比較して溶接電流が２５〜５０％、溶接時間
が５０〜１００％それぞれ大きく設定されるのが普通で
あり、したがって消費電力が大きくなる。しかも形成さ
れるナゲツトの大きさが一定せず、溶接強度が不安定と
なるとともに、電極と鋼板との接触面における発熱が多
くなって電極の損耗が激しく、また、電極に付着した亜
鉛を除（作業を頻繁に行わなければならず、工数が増大
することを避は得ない。

亜鉛めっき鋼板の耐蝕性は主として亜鉛の犠牲腐食作用
によるものであるため、耐蝕性を高める上ではめっき層
を厚くすることが望ましいのであるが、この場合には上
記の傾向が助長されて一層抵抗溶接性が悪くなる。

そのため、自動車ボディ用材料について言えば、路面に
融雪剤が撒かれる北米や北欧向けを除いては、耐蝕性を
犠牲にしてでも亜鉛の付着量が少ない電気亜鉛めっき鋼
板等が多く用いられているのが実情であり、また、比較
的薄いめっき層で良好な耐蝕性が得られるように改善さ
れた合金化亜鉛めっき鋼板、亜鉛系合金めっき鋼板、多
層亜鉛めっき鋼板等が使用されている。

発明が解決しようとする問題点 上記のように、めっき層が比較的薄い亜鉛めっき鋼板は
一般に抵抗溶接性が優れているのであるが、めっき層を
有しない裸鋼板に比較すれば未だ悪く、改善が望まれて
いるのが現状であり、特に優れた耐蝕性を要求される北
米や北欧向は自動車のボディ用鋼板において抵抗溶接性
の改善が強く求められている。

本発明は、この亜鉛めっき鋼板の抵抗溶接性を改善する
ために為されたものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、そのために、鋼板の少なくとも１面に亜鉛を
主体とするめっき層が形成された亜鉛めっき鋼板におい
て、めっき層に亜鉛の融点よりも高い融点を有する高融
点材料の粉末を混入したものである。

粉末の粒径の上限は、亜鉛めっき層の厚さとボディ用材
料としての外観の良否とを勘案して決定されるべきもの
である。

めっき層に粉末を確実に保持させるためには、粉末の平
均粒径をめっき層の厚さの２００％以下とすることが望
ましい。現在市販されている自動車用亜鉛めっき鋼板の
めっき層の厚さは３〜１００μｍ程度であり、したがっ
て、それらのめっき層の各々に確実に保持させ得る粉末
の平均粒径の上限は６〜２００μｍとなるのであるが、
粉末を加えたことによるめっき層厚さの増大を考慮すれ
ば７〜２４０μｍの粉末であれば安定に保持させ得るこ
ととなる。すなわち、亜鉛めっき鋼板の耐蝕性は主とし
て付着亜鉛量によって決まるため、その付着亜鉛量を従
来と同等に保って粉末を体積比率で亜鉛の２０％加える
ものとすれば、粉末混入後のめっき層厚さは３．６〜１
２０μｍとなり、このめっき層厚さの２００％は７〜２
４０μｍなのである。

ただし、粉末の平均粒径が亜鉛めっき層の１０００％程
度である粉末混入亜鉛めっき鋼板を製造することも可能
であり、取扱いに注意して粉末の脱落を防止すればこの
粉末混入亜鉛めっき鋼板を使用することができる。つま
り、亜鉛めっき層による粉末の保持力の観点からすれば
、上記２４０μｍよりさらに大きな平均粒径の粉末を使
用することも可能なのである。

しかしながら、粉末の平均粒径があまりに大きければ粉
末混入亜鉛めっき鋼板の表面あらさが大きくなり、ボデ
ィ用材料として外観上不適当なものとなってしまう。例
えば、表面に相当厚い塗装を行っても平滑な表面が得ら
れなくなってしまうのである。したがって、粉末の平均
粒径の上限は１５０μｍとすることが望ましい。

一方、粉末の平均粒径の下限は母材である鋼板の表面あ
らさを勘案して決定すべきものである。

粉末の粒径があまりに小さく、鋼板表面の凹部に入り込
んでしまう場合には、粉末の存在意義が失われてしまう
からである。現在使用されている自動車用亜鉛めっき鋼
板の母材である軟鋼板の平均表面あらさば１μｍ前後で
あるため、粉末の平均粒径が１μｍ以下である場合には
、充分な効果を期待することができない。したがって、
粉末の平均粒径の下限は１μｍであり、３μｍ以上とす
ることが望ましく、１０μｍ以上とすることが特に望ま
しい。

また、粉末の材料としては、融点が亜鉛の融点４２０℃
より高いものであればよいのであるが、亜鉛の沸点９０
６℃より高いものが望ましく、鋼の融点１５００°Ｃよ
りも高いものがさらに望ましいのであって、高融点の無
機材料（酸化物、炭化物、窒化物、硫化物等）、例えば
Ｓ　ｉ　Ｏ，、ＷＣ。

ＢＮ、Ｍｏ５ｚの使用が可能であり、特にＡ１□Ｏｘ　
、　　Ｚ　ｒ　Ｏ２，Ｃｒ　２０３等のセラミックスが
好適である。また、セラミックスのような非導電性材料
の他にもグラファイトや金属またはその合金、例えばＮ
ｉ、Ｃｒ、１８−８ステンレス鋼等の導電性材料を使用
することも可能である。さらに、上記各種の高融点材料
粉末を混用することもできる。

粉末は僅かでも加えれば一応の効果が得られる。

そして、添加量が多くなるにつれてその効果は増大する
が、一方あまり多過ぎると通電性が悪くなり、また、溶
接強度の観点からも好ましくないため、めっき層厚さ、
粉末の平均粒径、材質等との関係において適宜決定され
るべきものである。

本発明は、全ての亜鉛めっき鋼板に適用することが可能
である。すなわち、通常の両面あるいは片面亜鉛めっき
鋼板はもとより、亜鉛めっき層をＦｅ−Ｚｎ合金化処理
して塗料との密着性、抵抗溶接性を改善した合金化亜鉛
めっき鋼板、亜鉛めっき鋼板の耐蝕性向上を目的として
合金元素を添加したＺｎ−Ｎｉ、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｃｒ、Ｚ
ｎ−Ａ。

１−３ｎ系等の合金めっき鋼板、耐蝕性の向上のみなら
ず、溶接性やプレス成形性などを改善したＺｎ／Ｍｎ系
や７．　ｎ　／　Ｎｉ系などの多層亜鉛めっき鋼板等に
本発明を適用することが可能なのである。

本発明の粉末混入亜鉛めっき鋼板は、種々の方法で製造
することができる。例えば、現在亜鉛めっき鋼板の製造
法そして最も広く行われているドブ清快において、亜鉛
浴中に適量の高融点材料粉末を均一に混入しておけば、
目的とする粉末混入亜鉛めっき鋼板を得ることができる
。

また、亜鉛浴から引き上げられた直後で、未だ亜鉛が溶
融している間に粉末を吹き付けることによっても、粉末
混入亜鉛めっき鋼板を製造することができる。特に、こ
の場合、鋼板の片面にのみ粉末の吹付けを行えば、−面
のめっき層にのみ粉末が混入され、他面のめっき層には
混入されない片面粉末混入亜鉛めっき鋼板が得られる。

また、ドブ清快に次いで多く用いられる電気めっき法に
おいて、電気めっきを行いながらめっき液に粉末を添加
すれば粉末を包み込んだ亜鉛めっき層を鋼板の片面ある
いは両面に形成することができる。

さらに、ドブ清快、電気めっき法等によって製造された
亜鉛めっき鋼板の表面に粉末を撒布した後、ローラ、加
圧板等の加圧具により加圧することによって、粉末の一
部を亜鉛めっき層内に埋没させて粉末混入亜鉛めっき鋼
板を得ることも可能である。

そして、本発明の粉末混入亜鉛めっき鋼板は、スポット
溶接を始め、シーム溶接、プロジェクション溶接等電気
抵抗溶接の溶接性を改善することができ、広い用途に用
いることができるものである。

発明の効果 本発明に係る粉末混入亜鉛めっき鋼板は、互いに接合す
べき２枚の合わせ面に粉末混入亜鉛めっき層が存在する
状態で使用するものであり、これによって接合部位の電
気抵抗が増大するため、低電流で、もしくは短い時間で
溶接することができる。したがって電極と鋼板との接触
面における温度上昇が少なく、電極の消耗が低減して安
定した溶接作業を行うことが可能となる。同じ理由で、
スポット溶接部表面に生ずる圧痕部における亜鉛層の消
失が少なく、防錆性能の低下を回避し得る。

また、発熱は、接合すべき２枚の合わせ面の限られた部
分に集中しておこるためナゲツト厚さが小さくなり、溶
接に伴うへこみや変形の発生が少なくなり、母材の熱影
響部も小さくなるため、溶接部の強度が大きくなる。同
じ理由で、合わせ回収外の部位にナゲツトが形成され難
くなる。比較的薄い板と厚い板とをスポット溶接する場
合には厚い板の厚さ方向の中間部にナゲツトが形成され
、目的とする合わせ面に形成されないことがあるのであ
るが、粉末の混入によって合わせ面の電気抵抗が増大す
る結果、このような事態の発生を良好に回避し得ること
となるのである。

前記電流の低減によって消費電力が少なくて済む効果が
得られることは勿論であるが、溶接時間も短縮されて溶
接作業の能率が向上し、さらに、敗りや爆飛の発生を回
避しつつ適正なナゲツトを形成し得る適正電流値範囲が
広くなり、溶接条件の管理が容易となって、不良発生率
が低下する効果も得られる。

実施例Ｉ 板厚０．８　＊＊の軟鋼板の両面にドブ清快によってそ
れぞれ厚さ７μｍずつの亜鉛めっき層が形成された溶融
亜鉛めっき鋼板の片面に、平均粒径１５ｐｍのアルミナ
（ＡＩｔｏ３）粉末を４．５ｇ／ｌｒｒの割合（亜鉛の
量に対して体積比率で５＝１、重量比率で１０　：　１
）で撒布し、これを加圧して亜鉛めっき層内に圧入する
ことにより片面粉末混入亜鉛めっき鋼板を得た。そして
、これを第２図に示すように粉末混入めっき層側におい
て合わせ、下記の条件でスポット溶接試験を行った。

使用電極直径：１６ｍ（先端直径６ｍ）加圧カニ２２０
ｋｇ 溶接電流：８．ＯｋＡ 試験結果を第１図に示す。第１図において、横軸は溶接
時間を溶接電流のサイクル数で表したものであり、縦軸
は上段においては溶接中における電気動抵抗、下段にお
いては得られたナゲツトの直径である。本図には、比較
のために、アルミナ粉末を混入しない溶融亜鉛めっき鋼
板（鋼板厚さ：０．８ｍｍ、めっき層厚さ；片面７μｍ
）について行ったスポット溶接試験の結果も併せて示さ
れている。

第１図の上段から明らかなように、片面粉末混入亜鉛め
っき鋼板においては、通常の亜鉛めっき鋼板に比べて溶
接の初期における動抵抗が高く、そのために下段に示さ
れているようにナゲツトは短い通電時間で形成される。

すなわち、通常の溶融亜鉛めっき鋼板においては直径５
ｎ＋のナゲツトを得るために１１サイクルの通電を要す
るのに対し、片面粉末混入亜鉛めっき鋼板においては、
６サイクルの通電で同径のナゲツトが得られ、通電時間
が約半分で済むのである。

これは、次のような理由によるものと推定される。片面
粉末混入亜鉛めっき鋼板が合わされた状態においては、
第２図に示すように、アルミナ粉末１０が亜鉛めっき層
１２から部分的に露出した状態にあり、２枚の片面粉末
混入亜鉛めっき鋼板１４の間に微小な隙間１６が形成さ
れている。この隙間１６のために合わせ面での電気抵抗
が高くなり、合わせ面における発熱が激しくなってこの
部分の温度が高くなる。そして、最も融点の低い亜鉛が
溶融し、次いで気化し、隙間１６から外部へ排除される
。それと同時に軟鋼板１８と粉末１０も加熱されるので
あるが、これらの融点は亜鉛のそれに比較して温かに高
いため、亜鉛が排除された後も良く隙間１６を維持し、
高い抵抗値を保つ。

その結果、第３図に破線で示すように、実線で示す通常
の溶融亜鉛めっき鋼板における場合に比較して合わせ面
の温度が高くなり、そのため、２枚のめっき鋼板１４の
合わせ面が局所的に加熱され、溶融して良好なナゲツト
が形成されるのである。一方、電極２０とめっき鋼板１
４との接触面においては、発熱量が低下するため圧痕が
小さくなり、亜鉛の消失量が低下して外観および耐蝕性
が向上する上、電極の消耗が低減する。電極２０とめっ
き鋼板１４との接触面での電気抵抗および熱伝導度は、
通常の溶融亜鉛めっき鋼板と片面粉末混入亜鉛めっき鋼
板とで変わりがないのであるが、後者においては少ない
電流で、あるいは同じ電流値であれば短い時間で溶接が
完了するため、結果として電極２０と接触するめっき層
１２の温度が通常の溶融亜鉛めっき鋼板に比べて低くな
るのである。

実施例■ 高融点材料粉末の粒径の影響を調べるために平均粒径５
μｍのアルミナ粉末を混入した片面粉末混入亜鉛めっき
鋼板を製造した。このめっき鋼板はアルミナ粉末の粒径
以外は上記実施例Ｉのめっき鋼板と同じであり、これを
用いて前記比較試験と同一の条件でスポット溶接試験を
行った。その結果を平均粒径が１５μｍである上記実施
例【の場合と比較して第４図に示す。

図から明らかなように、平均粒径が５μｍの場合は直径
５ｕのナゲツトを形成するために、１５μｍの場合より
１サイクル多い７サイクルの通電が必要であるが、それ
以外はほぼ同様の傾向を示す。これは次の理由によるも
のと推定される。混入されたアルミナ粉末が亜鉛めっき
層の厚さとの関係において小さい場合には、第５図に誇
張して示すように粉末１０がめつき層１２内に殆ど埋没
して、２枚のめっき鋼板１４はめっきＪｉｉ１２におい
て直接接触することとなる。そのため、溶接初期の電気
抵抗が小さく、ナゲツトの形成がやや遅れるが、通電に
よって融点の低い亜鉛が溶融し気化して合わせ面から排
除された後は、２枚のめっき鋼板１４が粉末１０を介し
て接触することとなり、実施例■の場合と同様に合わせ
面の抵抗値が高く保たれて抵抗溶接性の向上効果が得ら
れる″こととなるのである。

実施例■ 板圧０．７　ｍａｒの軟鋼板の両面に約５μｍずつの合
金化亜鉛めっき層が形成された合金化電気亜鉛めっき鋼
板の片面に、平均粒径１５μｍのアルミナ粉末を撒布し
た後、加圧してこれをめっき層内に圧太し、片面粉末混
入合金化電気亜鉛めっき鋼板を得た。この場合、粉末の
粒径はめっき層厚さの約３００％となり、粒径とめっき
層厚さとの好ましい比率の前記上限２００％よりかなり
大きいのであるが、乱暴に取り扱わなければ粉末が脱落
することはなく、使用上殆ど支障はない。

得られた粉末混入亜鉛めっき鋼板について、前記比較試
験と同一の溶接条件でスポット溶接試験を行った。その
試験結果を第６図に示す。縦軸と横軸はそれぞれ第１図
と同じであり、本図には比較のために裸軟鋼板と、粉末
を混入する前の合金化電気亜鉛めっき鋼板との試験結果
も示されている。

第６図から明らかなように、通常の合金化電気亜鉛めっ
き鋼板において直径５ｆｌのナゲツトを得るために６サ
イクルの通電が必要であるのに対し、片面粉末混入合金
化電気亜鉛めっき鋼板においては５サイクル未満の通電
で直径５１のナゲツトが得られる。合金化電気亜鉛めっ
き鋼板は元来抵抗溶接性の優れたものであるため、本発
明の効果は前記比較試験における程顕著ではないが、裸
軟鋼板の試験結果と比較すれば明らかなように、動抵抗
値および通電時間がいずれも裸軟鋼板のそれらとご（近
くなっており、本発明によれば亜鉛めっき鋼板の抵抗溶
接性を裸軟鋼板のそれに近い状態まで向上させ得ること
が判る。

実施例■ 前記実施例Ｉと同一の条件で両面の亜鉛めっき層にアル
ミナ粉末を混入させた両面粉末混入溶融亜鉛めっき鋼板
を製造し、スポット溶接試験を行ったところ、実施例■
の片面粉末混入溶融亜鉛めっき鋼板の場合に比較して電
極の消耗がやや大きくなることが判明した。また、抵抗
溶接性を向上させるためには、互いに接合されるべき部
材の合わせ面倒に高融点材料粉末が介在すればよいわけ
であるから、一般的には片面粉末混入亜鉛めっき鋼板が
望ましいこととなる。この片面粉末混入亜鉛めっき鋼板
１４同士は、第２図に示すように良好に接合し得、また
、第７図に示すように通常の亜鉛めっき鋼板２４とも良
好に接合し得る。

ただし、製造方法によっては両面に粉末を混入させる方
が容易であるものもあり、また、３枚の亜鉛めっき鋼板
を重ねて溶接する場合には、両面のめっき層に粉末を混
入させた両面亜鉛めっき鋼板を真中にしてその両側に通
常の亜鉛めっき鋼板を重ねれば、二つの合わせ面のいず
れにも高融点材料粉末が介在することとなって好都合で
あるため、本発明は両面粉末混入亜鉛めっき鋼板を除外
するものではない。

実施例Ｖ 板厚０．８　ｍの軟鋼板の両面にドブ清快によってそれ
ぞれ厚さ１０μｍずつの亜鉛めっき層が形成された溶融
亜鉛めっき鋼板の片面に、平均粒径がそれぞれ７５μｍ
および１００μｍであるアルミナ粉末を撒布し、加圧に
より亜鉛めっき層に圧入して片面粉末混入溶融亜鉛めっ
き鋼板を得た。そして、これらを実施例■と同様に粉末
混入めっき層側において合わせ、下記の条件でスポット
溶接試験を行った。

使用電極直径：１６ｎ（先端直径６１１）加圧カニ　２
２０　ｋｇ 溶接電流：１１．ＯｋＡ 試験結果を第８図に示す。第８図には比較のために通常
の溶融亜鉛めっき鋼板を同一の条件でスポット溶接した
場合の結果も示されている。通電は粉末混入溶融亜鉛め
っき鋼板については、適正なナゲツト径の得られる３サ
イクルまで行い、通常の溶融亜鉛めっき鋼板については
、適正なナゲツト径が得られるまで延長して行った。

第８図の下段から明らかなように、通常の溶融亜鉛めっ
き鋼板では、通電時間が５〜６サイクルで適正なナゲツ
ト径が得られたが、７サイクル目には敗りが発生し、ナ
ゲツトは不良となった。それに対して、第８図の上段か
ら明らかなように、粉末混入溶融亜鉛めっき鋼板におい
ては、通常の溶融亜鉛めっき鋼板に比べて溶接初期にお
ける電気動抵抗が高（、そのために下段に示されている
ようにナゲツトは短い通電時間で形成される。

なお、粉末の平均粒径が１００μｍである実施例におい
ては、粉末の平均粒径がめつき層厚さ１０μｍの１０倍
（１０００％）となっているが、それでもスポット溶接
は可能であり、実施例■〜■の場合と同様に短い通電時
間で溶接が可能であり、抵抗溶接性の向上効果が得られ
るのである。

その他、いちいち例示することはしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形。

改良を施した態様で実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の有効性を確認するために行ったスポッ
ト溶接試験の結果を示すグラフである。 第２図は本発明のｉ実施例である片面粉末混入亜鉛めっ
き鋼板をスポット溶接する際の状況を模型的に示す図で
あり、第３図は本発明の効果が得られる理由を定性的に
示す図である。第４図は本発明の有効性を確認するため
に行った別のスポット溶接試験の結果を示すグラフであ
る。第５図は亜鉛めっき層に混入される粉末の粒径が小
さい場合における第２図に相当する図である。第６図は
本発明の有効性を確認するために行った別のスポット溶
接試験の結果を示すグラフである。第７図は本発明の一
実施例である片面粉末混入亜鉛めっき鋼板の一使用形態
を模型的に示す図である。第８図は本発明の別、の実施
例において行ったスポット溶接試験の結果を示すグラフ
である。 １０：アルミナ粉末　１２：亜鉛めっき層１４：片面粉
末混入亜鉛めっき鋼板 １６：隙間　　　　　１８：軟綱板 ２０：電極 出願人　株式会社豊田自動Ｖ６．機製作所同　　渡辺　
統市 第１図 通電時間　（サイフル） 第４図　　　　、ア５２．□ｍ、、ｔｑ　ｓア。 第５図 第６図 通電時間　（サイクル） 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板の少なくとも１面に亜鉛を主体とするめっき
   層が形成された亜鉛めっき鋼板において、前記めっき層
   に亜鉛の融点よりも高い融点を有する高融点材料の粉末
   を混入したことを特徴とする粉末混入亜鉛めっき鋼板。
2. （２）前記粉末の平均粒径が１〜１５０μｍである特許
   請求の範囲第１項記載の粉末混入亜鉛めっき鋼板。
3. （３）前記高融点材料がセラミックスである特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の粉末混入亜鉛めっき鋼板
   。