JPS63247354A - 高耐食性Ｚｎ−Ｔｉ合金めつき金属材 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は優れた耐食性を有するＺｎ−Ｔｉ合金めっき金
属材に関し、このめっき金属材は各種車輛や家電製品の
外板として、あるいは各種建材等として極めて有用なも
のである。尚本発明に係るめっき対象となる金属基材に
は、ＦｅやＦｅ基合金の他、ＣｕやＡ１等の非鉄金属や
それらの合金が含まれ、その形状については板材や波板
材をはじめとして管材、棒材等の如何を問わないが、以
下の説明では最も代表的な鋼板を主体にして述べる。

［従来の技術］ 鋼板等を防食加工する手段としては従来よりＺｎめっき
が汎用されている。しかし鋼板等の耐食性向上に対する
要請は更に高まる傾向にあり、従来のＺｎめっき鋼板で
は需要者の要求を十分に満たすことができなくなってき
た。

この様な背景のもとで、電気めっき法を利用したＺｎ−
Ｎｉ、Ｚｎ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ｍｎ、Ｚｎ−Ｃｏ等のＺｎ合
金めっき鋼板が開発され、また溶融めっき法を利用した
Ｚｎ−Ａｌ−ミツシュメタル、Ｚｎ−Ａｌ−３ｔ、Ｚｎ
−Ａｌ−Ｍｇ。

Ｚｎ−Ａｌ−３ｎ等のＺｎ−Ａｌ系多元合金めっｔ！ｍ
板も開発されている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら電気めっき法によって得られる上記Ｚｎ合
金めっき鋼板には次の様な問題が指摘されている。

Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板：めっき層が硬く、このめっき鋼
板に成形加工を施すとめっ き層に亀裂が生じ、割れ目から露出 した素地鋼板に赤錆が発生する。

Ｚｎ−Ｆｅめっき鋼板：めっき層中にＦｅが含まれてい
るため、比較的短期間の使用 で赤錆が発生する。

Ｚｎ−Ｍｎめっき鋼板：めっき層形成時に大量の水素が
発生するため電流効率が低 く、生産性に問題がある。

Ｚｎ−Ｃｏめっき鋼板：Ｚｎ−ＮＬめっき鋼板の場合と
同様めっき層が硬くて加工性 が乏しく、該めっき鋼板に成形加工 を施すとめっき層に亀裂を生じて割 れ目から錆が発生してくる。

他方、溶融めっき法によって得られる上記Ｚｎ−Ａｌ系
多元合金めっき鋼板の場合、組合される合金元素が溶融
Ｚｎと相溶するものでなければならないところから、ベ
ース金属はＺｎ−Ａｌ系に限定されるばかりでなく他の
合金元素の種類や配合量等にも制限があり、期待される
ほどの耐食性改善効果は得られない。しかもこのめっき
層はＺｎリッチ層とＡＩリッチ層の２相が混在したもの
となり、両相の粒界が腐食され易いという問題もある。

更に添加合金元素が高融点のものであるときはめっき浴
の温度が高くなり、めっき層と素地鋼板との境界部にＦ
ｅを含む脆弱な合金層が生成し、成形加工時にめっき層
が簡単に剥離するという問題も生じてくる。

この様に従来のＺｎ系めっぎ鋼板は耐食性、成形加工性
、生産性等に問題点があり、これらの要求性能をすべて
満足し得る様なＺｎ系めっき鋼板の開発が待たれている
。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、均質で成形加工性及び生産性に優れ且つ
耐食性についても市場の要求を十分に満たすことのでき
る様なＺｎ合金系めっき金属材を提供しようとするもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明金属材の構成
は、金属基材の表面に、Ｔｉ：０．５〜４０重量％を含
み残部が実質的にＺｎからなる蒸着めっき層を形成した
ものであるところに要旨を有するものである。

［作用コ 本発明者らはＺｎ系めっき鋼板に見られる前述の様な問
題点を解消すべく、様々のＺｎ系合金やめっき手段等に
ついて研究を行なった結果、蒸着法によって形成され且
つ特定量のＴｉを含有するＺｎ−Ｔｉ合金は鋼板等に対
して優れた耐食性向上効果を発揮し、且つこのＺｎ−Ｔ
ｉ合金めっき鋼板は成形加工性においても非常に優れた
ものであることを知った。

尚本発明では蒸着法によってＺｎ−Ｔｉ合金めっきを施
したものに限定しているが、これは次の様な理由による
ものである。即ちＺｎ−Ｔｉ合金についても従来の溶融
めっき法によってめっき層を形成することが可能である
と思われる０通常の水溶液による電気めっき法を採用し
ようとしてもＺｎ−Ｔｉ合金めつき層を形成することが
できず、また溶融めっき法を採用しようとしてもＺｎと
Ｔｉの溶融温度が極端に違うのでやはり均質なＺｎ−Ｔ
ｉ合金めっき層を形成することはできない。しかしなが
らたとえば真空蒸着法を採用し、ＺｎとＴｉを夫々別個
のるつぼで加熱蒸発させ、その上部に金属基材を配置し
て該基材にＺｎとＴｉを蒸着させる方法を採用すれば、
各るつぼの加熱温度を適当にコントロールすることによ
ってＺｎとＴｉの蒸発量を任意に調節することができ、
それに伴ってめっき合金の成分組成を任意に変更するこ
とができる。尚蒸着は蒸着金属の酸化を防止するため真
空下で行なうのが通例であるが、本発明においても例外
ではなく、通常は圧力が１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度以下の真
空条件下で行なわれる。

Ｚｎ及びＴｉの加熱にはどの様な手段を採用してもよく
、特にＺｎは融点が低く且つ蒸気圧も高いので一般の電
気抵抗加熱でも十分に目的を果たすことができるが、Ｔ
ｉは高融点で蒸気圧も低いので熱収束性に富んだ電子ビ
ーム等の高エネルギービームを採用して加熱蒸発を行な
う必要がある。

何れにしてもＺｎとＴｉの加熱温度を夫々コントロール
することによって両金属の蒸発量の比率を自由に調節す
ることができ、それに伴って蒸着めっき層を構成するＺ
　ｎ　／　Ｔ　ｉの構成比率等を自由に変えることがで
きる。しかも蒸着めっきは前述の如く高真空条件下で行
なわれるので鋼板のめっき層付着面に酸化物被膜が形成
されて密着性が低下する様な恐れがなく、また鋼板の境
界面に脆弱な合金層等が形成されて層間接合力が低下す
る様な恐れもない。尚蒸着めっきを行なう際の具体的な
手法は格別特殊なものではなく、たとえば真空室内で個
別のるつぼからＺｎとＴｉを同時に加熱蒸発させ、その
上方部に適度に加温した鋼板を走行させながら連続的に
蒸着めっきを行なう方法、あるいは上記操作をバッチ方
式で実施する方法等を採用することができ、更には金属
蒸気をイオン化させて基材表面に付着させるイオンブレ
ーティング法も本発明で採用される蒸着めっき法の１種
として適用可能である。

次にめっき層を構成するＺｎ−Ｔｉ合金の成分組成であ
るが、目的達成のためには、当該成分組成がＴ　ｉ　Ｏ
，５〜４０％で残部が実質的にＺｎからなるものでなけ
ればならない。しかしてＴｉ量が０．５％未満である場
合はＴｉの添加効果が実質的に発揮されず、殊に耐食性
においてＺｎ単独のめっき層と格別の差異が認められな
くなる。一方Ｔｉ量が４０％を超えた場合もめっき層に
よる耐食性向上効果はかえって低下傾向を示す様になる
。この理由は、Ｔｉ量が多くなり過ぎるとＺｎ−Ｔｉめ
っき層の電位が素地鋼板よりも責となってＺｎ系めっき
層の基本的な防錆機能である犠牲陽極作用が喪失される
ためである。しかしＴｉ量が０．５〜４０％であるＺｎ
−Ｔｉ合金めっき層は、純Ｚｎめっき層に比べて卓越し
た耐食性を示すと共に、Ｚｎ系めっき本来の犠牲陽極作
用も有しており、更には鋼板等に対する密着性が非常に
優れているという特性とも相まって、めっき鋼板全体の
耐食性を大幅に改善し得るばかりでなく、優れた成形加
工性も確保することができる。

尚めっき層の厚さは特に限定されないが一般的には１　
ｇ／ｒｎ２程度以上とすることにより防食の目的は十分
に達成される。

また最近自動車業界や建材業界においては軽量化を主目
的としてＡｌ板やＡ１合金板の需要が急増しているが、
これらＡｌ板やＡ１合金板は、耐食性向上あるいは塗料
との接着性向上のための化成処理として行なわれるりん
酸塩被膜の形成が困難であるばかりでなく、該処理工程
でＡ１３０のりん酸塩が溶出して処理液の寿命を著しく
短縮させるという問題があるが、本発明によりＡＩ又は
Ａ１合金板をＺｎ−Ｔｉ合金めっき処理しておけばその
様な問題を生ずることもなくなる。

［実施例］ 実施例１ 厚さ０．８ｍｍの冷延鋼板を金属基材とし、その表面を
電解脱脂により清浄化した後、真空蒸着めっき法によっ
てＺｎ−Ｔｉ合金めっきを行なった。

尚真空蒸着めっきを行なうに当たっては、１Ｏ−２Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力に減圧された装置内に２個のるつぼを隣
り合って配設して各るつぼにＺｎとＴｉを装入し、Ｚｎ
は電気抵抗加熱により、またＴｉは電子ビーム加熱によ
り加熱して蒸発せしめつつ、その上部に２００℃に予熱
された上記冷延鋼板を５　ｍ／ｗｉｎの速度で走行させ
ながら、該鋼板の下面にＺｎ−Ｔｉ合金蒸着めっきを施
した。尚この蒸着めっき工程で、Ｚ・ｎ及びＴｉの加熱
温度によって夫々の蒸発量を調整し、蒸着めっき層の成
分組成がＴｉ：０．５〜６０％、残部：実質的にＺｎと
なる様にした。

得られた各めっき鋼板について、素地鋼板とめっき層の
間に形成される合金層の厚さを測定すると共に、めっき
層の密着性試験、塩水噴露試験法による赤錆発生時間及
び犠牲防食性を評価した。

結果を第１表に一括して示す。尚比較のため上記と同じ
脱脂鋼板に電気Ｚｎめつき及び溶融Ｚｎ−Ｔｉめっきを
施したものについても同様の試験を行ない、結果を第１
表に併記した。

但し第１表における各評価方法は、裸耐食性はＳＳＴに
よる赤錆発生時間によって、素地鋼板とめっき層との間
の合金層厚さは断面顕微鏡観察によって、密着性は０Ｔ
１８０度曲げ試験によって、犠牲防食性はめっき部に強
引に形成した傷損部からの赤錆発生度合いによって夫々
行った。また密着性及び犠牲防食性の評価並びに総合評
価は下記の通りである。

◎：優秀 ○：良好 △：やや不良 ×：不良 第１表からも明らかである様に従来の純Ｚｎめっき鋼板
はめつぎ付着量をかなり高めた場合でも赤錆発生防止効
果が乏しい、また溶融Ｚｎ−Ｔｉ合金めっき鋼板では溶
融めっき時の温度をかなり高くしなければならず、Ｚｎ
蒸気の揮発によって作業雰囲気が汚染されるばかりでな
く、基材鋼板とめっき層との間に脆弱な合金層が形成さ
れて両者の密着も十分となり、赤錆発生時間は従来の電
気Ｚｎめっき鋼板よりもむしろ低くなっている。

これに対し本発明の蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっき鋼板の場合、
基材鋼板とめっき層の間に合金層は全く認められず両者
は強固に密着しており、耐赤錆発生性も非常に優れたも
のであることが分かる。但し蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっき層中
のＴｉ量が４０％を超えると（実験Ｎｏ、１３．　１４
）、該めっき層の犠牲陽極作用による防食効果が低下し
、Ｚｎ合金めっき本性の特性が阻害される。まためっき
材の付着量が１　ｇ／ｍ”未満である場合（実験Ｎｏ、
５）は、めっき層が薄すぎるため防食効果が有効に発揮
されにくくなるので、該付着量は１　ｇ／ａａ”以上に
することが望まれる。また蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっき中のＴ
ｉ量が０．５％の場合（実験Ｎｏ、１）は、従来材（実
験Ｎｏ、１５〜１８）に比較すると優れた防食効果が発
揮されるが、本発明の特徴を最大限有効に活用しようと
すれば、Ｔｉ量を１％以上に設定するのがよい。

実施例２ 厚さ０．８ｍｍのＡｌ板（Ａ−１０５０）及びＡ１合金
（Ａ−５０５２）を金属基材とし、その表面を電解脱脂
により清浄化した後、上記実施例１の方法に準じてＺｎ
−Ｔｉの蒸着めっき処理を行なった。

得られた蒸着Ｚｎ−Ｔｉ合金めっきＡｔ（又はＡ１合金
）板に対し通常のりん酸塩処理を施し、りん酸塩被膜の
付着量及び処理液中へのＡ１３０の溶出量を調べた。

結果を第２表に示す、尚比較のためめっき処理なしのＡ
１またはＡ１合金板を用いた実験結果も第２表に併記し
た。

但し第２表において、Ａ１３０溶出量とは、供試板１　
　ｍ２／４の処理により溶出したＡＩ’＋の濃度を表わ
し、また総合評価は下記の通りとした。

◎：優秀 Ｏ；良好 第２表からも明らかである様に、めっきなしのＡｔ及び
Ａ１合金板（実験Ｎｏ、２９．３０）の場合、りん酸塩
被膜が殆んど形成されず、しかも処理液中に多量のＡ１
３＋が溶出しているのに対し、蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっきを
施したものでは十分な厚さのりん酸塩被膜を形成するこ
とができ、しかもＡ　１　”の溶出も殆んど認められな
い。但し蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっき量が０．５ｇ／ｍ’と少
ない場合、表面保護効果が不十分であってりん酸塩被膜
付着性及びＡＩ”＋溶出防止効果共に不足気味であるの
で、めっき付着量は少なくとも１　ｇ／ｍ’程度以上に
することが望まれる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると次の通りである。

（１）蒸着法を採用することによって、融点及び蒸気圧
の著しく異なるＺｎとＴｉから成分組成の均一なＺｎ−
Ｔｉ合金めっきを何ら支障なく形成することができる。

（２）蒸着Ｚｎ−Ｔｉ合金層と基材金属の間に脆弱な合
金層が形成される様なことがなく且つ両者の密着性も非
常に良好であると共にめっき層の加工性も優れているの
で、めっき金属材全体としても加工性の卓越したものと
なる。

（３）ＡｌやＡ１合金板等に蒸着Ｚｎ−Ｔｉめっき成形
したものでは、りん酸塩被膜の形成が容易になると共に
Ａｔ”の溶出も効果的に防止することができ、また鋼や
Ａ１合金以外の金属材に対しても優れた密着性、及び表
面保護効果を発揮するので、めっき層自体の加工性や耐
食性が良好であることとも相まって広範な金属材に対し
て極めて優利に適用することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基材の表面に、Ｔｉ：０．５〜４０重量％を
   含み残部が実質的にＺｎからなる蒸着めっき層を形成し
   たものであることを特徴とする高耐食性Ｚｎ−Ｔｉ合金
   めっき金属材。
2. （２）めっき層の肉厚が１μｍ以上である特許請求の範
   囲第１項に記載の高耐食性Ｚｎ−Ｔｉ合金めっき金属材
   。