JPS63186883A

JPS63186883A - スポツト溶接性に優れた亜鉛系めつき鋼板

Info

Publication number: JPS63186883A
Application number: JP1613787A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suzuki; 眞一鈴木; Tatsuya Kanamaru; 金丸　辰也; Takashi Hotta; 堀田　孝
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1988-08-02

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、スポット溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板に
関するものである。

（従来の技術）亜鉛めっき亜鉛系合金めっき鋼板は、その優れた耐食性
が評価され、自動車、家電製品、屋外機器、建材等に汎
用されてきた。しかし、自動車用途においては、より一
層の耐食性が要求され、合金めっき鋼板や樹脂被覆鋼板
等が開発されてきた。しかしながら、樹脂被覆鋼板にお
いては、スポット溶接性が充分でなく、また自動車にお
ける加工やアーク溶接で樹脂層がなくなることから、そ
の耐食性にたいする信頼度は不充分である。また、合金
めっき鋼板においても、現行のめっき量２０ｇ／諷２〜
４５ｇ／ｍ”では、耐食性が不充分であり厚目付化が検
討され、一部ては使用されているが、そのスポット溶接
性は不充分である。また、薄いめっき量２０ｇ／ｍ２〜
４５ｇ／ｍ”の亜鉛系めっき鋼板においても、スポット
溶接性が不充分なものもある。

このような亜鉛系めっき鋼板の溶接性を良好とする技術
には、特公昭５５−１１０７８３号、特公昭５５−１１
０７８１号、特開昭５９−１０４４６３号、特開昭６〇
−６３３！１４号かあるが、必ずしもそのスポット溶接
性は改善されておらず、充分ではない。

（発明の解決しようとする問題点）本発明は、自動車用途の防錆鋼板としての要求特性であ
るスポット溶接性に主眼をおき、且つ耐食性を良好とす
る亜鉛系めっき鋼板を提供することを目的とする。

（問題点の解決手段）本発明の特徴とするところは、（１）亜鉛めっきまたは亜鉛を少なくとも含有する亜鉛
合金めっき鋼板の表面酸化物皮膜において、皮膜中の水
と酸化物のモル比を６／１以下にし、その上に油を塗布
せしめた、スポット溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板、（２）上記において、酸化物皮膜の厚さか５１１ｇ／１
２以上５００ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とするス
ポット溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板に関するものである。

先にあげた従来の溶接性改善方法は、めっき表面に電気
抵抗の大きい、かつ融点の高い皮膜として酸化皮膜を形
成し、その抵抗が大きいことで溶接時の発熱を大きくし
低い電流密度でも溶接が可能となることが主眼であり、
そのようにして形成された皮膜は溶接時に溶接チップと
の間にあるめであわせてチップとめっきとの反応を防止
するものである。しかしなから、この方法は、形成した
皮膜の抵抗による発熱が、板間のみでなく、チップとめ
っき表面でもおこり、また発熱により亜鉛が溶解するた
め酸化皮膜はチップ間の保護と成りえず、かえって溶接
チップの損傷を促す。

本発明者らの研究によると、めっき鋼板において連続打
点性を悪化する理由は、溶接チップは銅が主成分であり
、めっきの主成分である亜鉛とは溶接時の熟て拡散反応
し、銅−亜鉛合金となり損耗していくからである。それ
ゆえ、連続打点性を良好とするには、第一条件は、亜鉛
か溶接チップの銅に拡散するのを阻害するような媒体皮
膜か、溶接時に溶接チップに均一に形成される必要があ
る。

このような媒体皮膜という観点にたって、鋭意研究を行
ったところ、ある種の酸化物皮膜は、めっき金属のチッ
プとの直接接触を防止し、さらに溶接の熱により溶融状
態のめつき金属か鋼板の鉄の溶出により、めっき金属と
鉄との合金になり、この合金か酸化物皮膜の亀裂部分を
通して、あるいは酸化物皮膜と一緒にチップ先端部へ付
着し、凝固することにより、電極保護金属である鉄−亜
鉛合金層を形成し、チップ先端の形状を溶接に好適な形
状に維持し、チップの耐久性、溶接性を向上できること
を見出した。

この場合、電極保護金属の表層近傍に、酸化物や炭化物
が存在し、これらが電極損耗をより効果的に防止する働
きを有することに着目し、これらが溶接時に溶接チップ
に形成することを目的として、亜鉛系めっき鋼板の表面
処理について、下記の考えに従って鋭意研究を行い本発
明を成した。

銅、亜鉛の直接接触を抑制する機能を有する媒体皮膜と
しては、酸化物皮膜が有効である。

一方、需要家における、鋼板の溶接時にはプレス油や防
錆油が付着したままで有り、これらの油は有機物である
ので、溶接の熱で容易に炭化される。そこで、この炭化
物が溶接チップの保護膜と成り得るのではと考えた。

しかし、溶接時の溶接チップ下（溶接チップと鋼板の間
）は無酸素状態であるのて、これらの油の炭化には有利
であるか、溶接時に赤熱された炭素は鋼板表面の水と容
易に反応して一酸化炭素と水素にガス化される反応（水
生ガス反応）か起こることか容易に推測される。そのた
めに、溶接チップ上の炭化物保護膜が破壊される可能性
かある。これを防止するには、鋼板表面、つまり酸化物
皮膜中の水分（吸着水分や化合本等）が少ない程良いと
考えられる。

つまり、亜鉛系めっき鋼板表面に、水分の少ない、熱的
に安定な酸化物皮膜と有機物を成分として含む塗油層を
形成すれば、油は、溶接時の溶接チップ下（溶接チップ
と鋼板の間、無酸素状態と考えられる）で炭化され、保
！！膜となる。しかし、酸化物皮膜中の水分が多いと、
炭化物は水と反応して水生ガス反応をおこし、−酸化炭
素と水素となり、保護膜は形成されない。

本発明は、酸化物皮膜の電極保護金属を生成させる媒体
皮膜としての働きと、その皮膜中の水分および油の効果
により、溶接チップの損耗を抑制し、亜鉛めっき系鋼板
の連続打点性を飛躍的に改善したものである。

本処理か可能なめっき鋼材としては、亜鉛めっき鋼板、
亜鉛を含有するめっき鋼板で、電気亜鉛めっき鋼板、溶
融亜鉛めっき鋼板、亜鉛溶射鋼板、亜鉛蒸着鋼板の適用
が可能である。また亜鉛を少なくとも含有するめっき鋼
板としては、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気合金めっ
き鋼板、例えば亜鉛−鉄、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼
板にも適用てきる。その他の元素、例えばＭｎ、Ｃｒ。

Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、ＡＩ、Ｍｏ、Ｗ、Ｇｏ、Ｔｉ、Ｓｉ
　、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｏ，Ｃなどか一種または二
種以上含有されていても亜鉛が少なくとも含有されてい
る限り適用可能である。

また、必要ならば酸洗１表面研削などの前処理も適用で
きる。

めっき表層に形成する酸化物皮膜としては、ＴｉＯ□、
　Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉｎ□、　Ｆｅ２（１＋、ＺｎＯ，Ｃ
００，Ｎ！Ｏ，Ｃｒ２Ｏ３，Ｌｉ２Ｏ。

ＺｒＯ，５ｂ２０３．ＭｏＯ２他、Ｎｏ、Ｗ、Ｖ、等の
酸化物およびＴｉ、ＡＩ、Ｚｒ、Ｇｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、（
：ａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ等のりん酸塩。

はう酸塩、けい酸塩、やＭｏ、ＪＶ、等の重金属酸素ｍ
塩類かある。酸化膜形成ＶＪ的は、先にも述べたように
炭化保護皮膜固定の核となるためのもので、熱的に安定
ならばその種類は問題とはならない。これら酸化物皮膜
の化学式は一般的にはＭｍＯｎ、ｘｌｌ□０　（ｍ、ｎ
は正の整数、Ｘは正数または０、Ｍは全屈元素などの上
記酸化物形成元素、０は酸素）とあられされ、酸化物皮
膜量はＭの重量として定義する。また、酸化物皮膜の水
分量は、Ｘｉ光電子分光分析によるｌｋＶアルゴンスパ
ッタリングＯ分、０．５分の各酸素のＩｓにおけるピー
クを、酸化物酸素（メタリックオキサイド、ＯＭ）：５
３０．８ｅＶ　、吸着水酸素（ＯＨ１）　：　５３２．
８ｅＶ　、化合水酸素（ＯＨ２）　＋　５３２．４ｅＶ
　　（いずれもＣ１ｓ：２７５ｅＶ　）Ｊ、準）を各ク
ロムの状態のピーク位置としてガウス分布に従って波形
分離を行い、それらのトータル百分率て酸化物酸素原子
（ＯＭ）と水分酸素原子（ＯＨ１＋０Ｈ２）の原子数比
をもとめ、上記の酸化物皮膜式：　Ｍａｉｎ　、ＸＨ２
Ｏにあてはめ酸化物皮膜中の水分（ｘ　ＩＩ　２０　）
と酸化物（Ｍ■Ｏｎ）とのモル比（前記式の係数Ｘとな
る）として求めた。以下このＸを水分比と呼ぶ。第１図
、第２図に波形分析チャート、および解析式を示す。

尚、上記酸化物はコロイド等によるものでもよく、コロ
イド等においては時に、そのコロイドのもつ水酸基を有
機物、例えばメチル基等で置換することも、後で述べる
水分比を容易に少なく成らしめる点て効果がある。

また、酸化物皮膜の形成成分は、上記酸化物類の２種以
上からなっても本発明の効果は変らない。

これら酸化物の皮膜形成量は５■ｇ／ｙｇ２以上５００
ｍｇ／ｍ２以下が有効である。５−ｇｅｍ２未満では、
保護膜の核となるには充分でなく、溶接チップの損耗を
抑制する効果が小さく、溶接性向上効果は少ない。また
５００ｍｇ／ｍ２より多いと抵抗が大きく、発熱が大き
くなり、発熱による溶接チップの損傷が大きく溶接性向
上効果はなくなる。

また、上記、酸化物皮膜中における水分量（吸着水分や
結晶水、水和物や水酸化物を形成する化合本）か溶接性
を良好にする水分範囲は、水分比で６以下で急激に良好
となり、さらに少なければ少ない程良好で、水分比３以
下て特に効果が大きい。水分比か６より大きくなると、
前記のごとき作用により、溶接チップに保護皮膜が均一
に形成されず溶接性を改善できない。

上記、酸化物皮膜の形成方法の一例をあげれば、下記の
ようなものがあるか、いずれの方法でも上記の条件を満
たしていれば良い。

■塗布方法上記、酸化物類を、コロイド溶液、エマルジョン溶液等
の溶液、または上記イオンを含む溶液として塗布しその
まま乾燥する。その塗布方法はロールコータ−法、浸漬
法、スプレー法、浸漬エアーワイプ法等いずれの方法を
採用してもよい。

尚、その溶液の溶媒は、水やアルコール、シンナー笠の
有機溶媒でもよく、またこれらの混合溶媒でもよい。

例えば、酸化チタンコロイド溶液に被処理めっき鋼板を
浸漬し、ロールで絞り皮膜量を３１節し、乾燥し水分を
除去する方法、硝酸コバルト水溶液を被処理めっき鋼板
にスプレー噴霧し、これを加熱して水分の除去、硝酸塩
の分解を行い酸化物皮膜とする方法などがある。

■反応方法上記、酸化物皮膜を、被処理めっき鋼板にりん酸イオン
、硝酸イオン、硫酸イオン、ハロゲンイオン、クロム酸
イオン等を含む溶液を塗布し、めっきと反応させ、不要
イオンを水洗して除去し乾燥し形成する。その塗布方法
はロールコータ−法、浸漬法、スプレー法、浸漬エアー
ワイプ法等いずれの方法を採用してもよい。尚、その溶
液の溶媒は、水やアルコール、シンナー等の有機溶媒で
もよく、またこれらの混合溶媒でもよい。例えば、化成
処理液や反応クロメート液がある。

■電解方法上記、酸化物皮膜を、りん酸イオン、硝酸イオン、硫酸
イオン、ハロゲンイオン、クロム酸イオン等を含む溶液
中で被処理めっき鋼板を、カソード電解やアノード電解
や交流を用いる電解にて電解し、水洗乾燥し水分を除去
する。

以上の方法や上記の方法の組み合わせてもよい。また加
熱等によりめっき表面を酸化させて酸化物皮膜を形成さ
せても良いが、いずれの方法て形成された酸化皮膜にお
いても、その皮膜中の水分比は６以下でなければならず
、特に酸化物皮膜形成に水溶液を用いた場合には、水分
比を６以下とする乾燥が必要である。

乾燥方法は空気、燃焼廃ガス、水蒸気などの流体電熱、
赤外線などの輻射電熱等の加熱手段やマイクロウェーブ
等を用いた乾燥手段が適用できる。また、乾燥の効率を
高めるために、事前に被処理めっき鋼板、および処理液
を加熱することは有効である。

このようにして、形成した酸化物皮膜に油を塗布するが
、この油の目的は、先にも述べたように溶接時に炭化し
て溶接チップを保護する目的で必要である。ゆえに、油
はカーボンを成分に含む油であればよく、常温あるいは
加熱時に流体となる炭化水素系物質を含むものであれば
良い。このような油として、通常工業的に使用されてい
るものには、防錆油、プレス油、圧延油などがあり、例
えば商品名ノックスラスト５：１０　Ｆ　（バーカー興
産製）、綿実油、商品名シャダンＦ−６（大塚化学２日
本パーカーライジンク製）などがある。

その塗油量は少なくとも塗油してあれば有効である。な
ぜなら、塗油量が過剰であっても溶接時のチップの加圧
力で過剰の油はチップ下から除かれるかうである。しか
し、コストの点で、適量の塗油量は片面１０ｇ／ｍ２以
下が好ましい。塗油方法は静電塗油、ロールコータ−法
、浸漬法、スプレー法、浸漬エアーワイプ法等いずれの
方法を採用してもよい。

第３図に亜鉛系めっき鋼板に形成した酸化物皮膜中の水
分比、および塗油の有無の溶接性におよぼす効果を示す
。第３図の試験条件は下記の如くである。

被処理めっき鋼板−合金化溶融亜鉛めっき十電気亜鉛合
金電気めっき鋼板９片面の目付量・下層：　６０ｇ／ｍ
２、上層：５ｇ／ｍ２、成分・下層：　Ｆｅ　１（Ｈ。

ＡＩ　０．２Ｓ！　、残ｚｎ　＋　上層：　Ｆｅ　８０
％　、Ｚｎ　２０＄　、両面めっき材。

酸化物皮膜−ＴｉＯ２，Ｃｒ、Ｏ，、付着量７０＋ａｇ
／ｍ２水分量は乾燥温度を変えて処理し、前記手法によ
り水分比をＸ線光電子分光分析の酸素の波形を波形分離
解析により測定した。

塗油はノックスラスト５：１０　Ｆ　（パーカー興産型
）を用い、塗油ありは塗油量１〜５ｇ／ｌ１１２で処理
を行った。溶接テスト条件は、溶接電流１１ｋＡ、加圧
力２５０　ｋｇ／ｍ”　、電極Ｃｕ−Ｃｒ（１６φ−４
０Ｒ−６φ）　、　Ｃｙｃｌｅ　１２で連続溶接を行い
、電極を損耗させ５００点毎に電流９．４ｋＡで溶接し
た時のナゲツト径が４　「ｆ（ｔは板厚）以上である溶
接打点数で評価した。

図示の如く、塗油ありにおいて、水分比か６以下で急激
に溶接性は良好となり、さらに水分比か少なくなる程溶
接性は良好になる。

本発明めっき鋼板のうち、特に酸化皮膜がＴｉｅ□、　
ＡＩ□０３．　Ｓｉｎ、、ｆｅ、ｏ、、ＺｎＯ，ＣｏＯ
，ＮｉＯ，ＺｒＯ，５ｂ２０ｚ。

ＭｎＯ□、の酸化物およびＧｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎｉ　、
２ｒｊｎ、Ｆｅ等のりん酸塩、はう酸塩、けい酸塩のも
のは、下記に述べる理由により、自動車用鋼板として極
めて有効である。

自動車用鋼板としての要求特性には溶接性以外に耐食性
、化成処理性、プレス加工性、焼付効果性等がある。こ
れらの要求特性のうち、化成処理性は、本発明が、めっ
き鋼板表面に酸化物皮膜を形成する点で注意を要するが
、上記の酸化物皮膜は化成処理性を損なわない。

また、焼付効果性は１本発明か酸化物皮膜中の水分を充
分除去するため加熱を要するか、上記の酸化物皮膜は焼
付効果性を損なわない。

（実施例）次に本発明の実施例を比較例とともに別表に挙げる。

（発明の効果）上述したように本発明を亜鉛系めっき鋼板に適用するこ
とにより、スポット溶接性を飛躍的に向上させることが
できる等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスパッタリング０の分光分析波形を示す説明図
、第２図はスパッタリング０．５分の分光分析波形を示
す説明図、第３図は酸化皮膜中の水分比と溶接性との関
係を示す説明図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）亜鉛めっきまたは亜鉛を少なくとも含有する亜鉛
合金めっき鋼板の表面酸化物皮膜において、皮膜中の水
と酸化物のモル比を６／１以下にし、その上に油を塗布
せしめた、スポット溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
（２）酸化物皮膜の厚さが５ｍｇ／ｍ＾２以上５００ｍ
ｇ／ｍ＾２以下であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のスポット溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板
。