TWI719658B - 鍍製構件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠抑制滯後破壞的鍍製構件。鍍製構件(10)具有鋼製的被鍍製構件(11)以及在被鍍製構件(11)的表面(16)形成的鋅電鍍層(17)，對於鋅電鍍層(17)，在與被鍍製構件(11)的表面(16)隔著5~20μm的距離(D)且在鋅電鍍層(17)的厚度方向上分離的觀察面(21)上，出現外接圓(22)的直徑(S)為20~60μm的結晶粒(20)。

Description

鍍製構件
本發明關於一種鍍製構件，尤其關於一種形成有鋅電鍍層的鍍製構件。
對於鋼製的被鍍製構件被電鍍了鋅的鍍製構件來說，經常出現因在電鍍鋅時生成的氫原子侵入被鍍製構件而產生滯後破壞的問題。滯後破壞是受靜應力的鍍製構件在經過一段時間後發生脆性破壞的現象。作為抑制滯後破壞的技術，以從鍍製構件中釋放出吸收的氫原子為目的，通常進行例如在190~220℃的範圍內的熱處理(烘烤)。在專利文獻1中，公開了在被鍍製構件上形成用於防止氫原子侵入的由鎳或鎳合金製成的非電解鍍層，並在該鍍層上形成鋅電鍍層的技術。
[先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本特開2014-51686號公報。
[發明所欲解決的問題]
但是，需要進一步抑制這種鍍製構件的滯後破壞的技術。
本發明是為了滿足這種需求而做出的，其目的在於，提供一種能夠抑制滯後破壞的鍍製構件。
[用於解決問題的手段]
為了達到該目的，本發明的鍍製構件具有鋼製的被鍍製構件以及在被鍍製構件的表面形成的鋅電鍍層，對於鋅電鍍層，在與被鍍製構件的表面隔著5~20μm的距離且在鋅電鍍層的厚度方向上分離的觀察面上，出現外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒。
[發明功效]
根據第一技術方案所記載的鍍製構件，在與被鍍製構件的表面隔著5~20μm的距離且在鋅電鍍層的厚度方向上分離的觀察面上，出現外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒。該結晶粒是熔點較低的鋅或含有鋅的合金析出並生長而成的，結晶粒的大小表示出電鍍鋅時的電流效率的高低。通過提高電鍍鋅時的電流效率，能夠使析出金屬以外所使用的電量減少，從而能夠抑制電鍍鋅時的氫原子的產生量。其結果，因為在電鍍鋅時能夠使被鍍製構件所吸收的氫原子減少，所以能夠抑制滯後破壞。
根據第二技術方案所記載的鍍製構件，在觀察面上，在300×400μm的大小的視野內出現的結晶粒中，外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒的比例在60%以上且100%以下。由此，在第一技術方案的效果的基礎上，能夠進一步抑制滯後破壞。
根據第三技術方案所記載的鍍製構件，被鍍製構件是鏈條。因此，在第一技術方案或第二技術方案的效果的基礎上，能夠抑制對鏈條施加拉力時的滯後破壞。
根據第四技術方案所記載的鍍製構件，鋅電鍍層具有光澤部以及表面粗糙度比光澤部大的磨砂部。因為光澤部的面積大於磨砂部的面積，所以在第一技術方案至第三技術方案中任一效果的基礎上，能夠確保鍍製構件的光澤感。
根據第五技術方案所記載的鍍製構件，被鍍製構件是由多個環狀的鏈節相連而成的鏈條。鏈節具有相相互向的一對曲線部、與曲線部相鄰的直線部以及將相互面對的直線部接合的焊接部。因為磨砂部存在於焊接部與直線部的邊界處，所以在第四方案的效果的基礎上，能夠更難以引起因磨砂部而產生的不協調感。
以下，參照圖式，對本發明的較佳實施方式進行說明。首先，參照圖1，對本發明的一實施方式的鍍製構件10的結構進行說明。圖1是一實施方式的鍍製構件10的主視圖，圖2是圖1的11-11線處的鍍製構件10的剖視圖。
在本實施方式中以鏈條為例來對鍍製構件10進行說明。鏈條可以舉出鏈滑車、鏈條式手扳葫蘆、電動鏈滑車等所使用的承重鏈條、捲揚機等所使用的鏈條吊索等。此外，在圖1中，將鍍製構件10的長度方向的中間部分的圖示省略一部分，在圖2中將截面的一部分放大並圖示。
如圖1所示，鍍製構件10由多個形成為O形的環狀的被鍍製構件11(鏈節)相連而成。被鍍製構件11由碳素鋼、合金鋼、特種鋼、不鏽鋼等鋼製的棒材形成。鋼較佳使用經過滲碳、淬火、回火等表面硬化處理的鋼、調質鋼、非調質鋼等。
被鍍製構件11(鏈節)具有相相互向的一對曲線部12、與曲線部12的一端分別相鄰並將曲線部12彼此連接的第一直線部13、與曲線部12的另一端相鄰並與第一直線部13分離的一對第二直線部14以及將相互面對的第二直線部14彼此接合的焊接部15。焊接部15通過電阻焊等形成在第二直線部14，第二直線部14是對用於形成曲線部12的棒材進行彎曲加工而相互面對的部分。
如圖2所示，對於鍍製構件10，在被鍍製構件11的表面16上形成有鋅電鍍層17。對於鋅電鍍層17，為了防止被鍍製構件11生鏽，將被鍍製構件11的表面16與鋅電鍍層17的表面18之間的距離(厚度)T設定為5μm以上。鋅電鍍層17的厚度T的測定以JIS H8501：1999所規定的顯微鏡截面試驗方法、磁力式試驗方法、電解式試驗方法以及X射線螢光式試驗方法中的任意一種進行。
鋅電鍍層17可以如Zn-Ni鍍製、Zn-Fe鍍製、Zn-Al鍍製等那樣含有Zn以外的成分，也可以不含有Zn以外的成分。鋅電鍍層17的組成一般含有0質量%以上且20質量%以下的Fe和0質量%以上且1質量%以下的Al，還含有從Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Be、Bi以及稀土類金屬中選擇的1種或2種以上的合計為0質量%以上且20質量%以下的金屬，剩餘部分為Zn以及無法避免的雜質。
參照圖3，對鋅電鍍層17的結晶粒20進行說明。圖3A是電鍍鋅步驟初期的被鍍製構件11的示意圖，圖3B是鍍製步驟中期的被鍍製構件11的示意圖，圖3C是鍍製步驟結束後的被鍍製構件11的示意圖。在電鍍鋅步驟中，將被鍍製構件11以及鋅電極(未圖示)浸入含有鋅或鋅合金的金屬鹽的鍍液中，以被鍍製構件11為陰極，以鋅電極為陽極來進行電解電鍍。鍍液的鋅濃度為20~70g/L左右，鍍液不含有添加劑，或即使含有添加劑也為最小含量。
如圖3A所示，在鍍製步驟的初期，包括鋅的金屬原子19在被鍍製構件11上析出。因為鋅的熔點比較低，所以如圖3B所示，在鍍製步驟的中期，金屬原子19分別生長並變為結晶粒20。結晶粒20繼續生長，發育成在鋅電鍍層17的厚度方向(圖3B的上下方向)上延伸的柱狀。結晶粒20隨著鋅電鍍層17變厚而變大。
如圖3C所示，對於鋅電鍍層17，在與被鍍製構件11的表面16隔著5~20μm的距離D且在鋅電鍍層17的厚度方向(圖3C的上下方向)上分離的觀察面21上出現結晶粒20。本實施方式中，觀察面21是鋅電鍍層17的表面18的研磨面。但是，並不限於此，當鋅電鍍層17的厚度T(參照圖2)在20μm以下的情況下，當然能夠將鋅電鍍層17的表面18作為觀察面。
此外，因為結晶粒20隨著鋅電鍍層17變厚而變大，所以將被鍍製構件11的表面16與觀察面21之間的距離D設為5~20μm是為了使測定條件恆定。另外，因為鋅電鍍層17的厚度T因被鍍製構件11的用途或大小等而不同，所以不將距離D設定為恆定值而設定為5~20μm的範圍是為了能夠在5~20μm的範圍內選擇被鍍製構件11的表面16與觀察面21之間的距離D。
圖4A是鍍製構件10的觀察面21的示意圖，圖4B是結晶粒20的示意圖。如JIS G0553：2008中的規定，將鍍製構件10浸入硝酸乙醇(硝酸酒精)等腐蝕性液體，在將觀察面21腐蝕之後，用金相顯微鏡或SEM等顯微鏡對觀察面21進行觀察。通過對觀察面21的顯微鏡畫像進行運算處理，可以測定結晶粒20的外接圓22的直徑S。對於鍍製構件10，在觀察面21上出現外接圓22的直徑S為20~60μm的結晶粒20。
與之相對地，若鍍液的鋅濃度為15g/L左右，鍍液中含有充足的添加劑，則添加劑吸附在被鍍製構件11以及金屬原子19上，抑制此後的金屬的一部分析出，使結晶粒微細化。而且添加劑使鋅電鍍層17的表面18的粗糙度降低，使鋅電鍍層17產生光澤。在該情況下，在觀察面21出現的結晶粒的粒徑一般為1μm以下。
在鍍液的添加劑等抑制金屬原子19的析出時電流效率變低，在對鍍液施加的電量中的未用於析出金屬的電量被用於產生氫原子。這樣，氫原子的產生量變多，氫原子更多地向被鍍製構件11中侵入的可能性變高。相反，在本實施方式中，對鍍液的鋅以及添加劑的濃度等進行調整，使電鍍鋅時的電流效率變高。
在觀察面21出現外接圓22的直徑S為20~60μm的結晶粒20則表示出電鍍鋅時的電流效率的高度。通過提高電鍍鋅時的電流效率，能夠在電鍍鋅時使析出金屬以外所使用的電量減少。由此，能夠抑制電鍍鋅時的氫原子的產生量，從而在電鍍鋅時使被鍍製構件11吸收的氫原子減少。從而能夠抑制鍍製構件10的滯後破壞。
此外，較佳在觀察面21，在300×400μm的大小的矩形的視野出現的結晶粒20之中，外接圓22的直徑S為20~60μm的結晶粒20的比例在60%以上。由此，認為已經使電鍍鋅時的電流效率變得更高，從而能夠進一步抑制鍍製構件10的滯後破壞。
圖5是鍍製構件10的局部主視圖。如圖3C所示，因為鋅電鍍層17的表面18凹凸且光澤少，所以根據需求，例如使鍍製構件10彼此摩擦或使鍍製構件10與磨料(未圖示)摩擦，或進行噴砂處理等，以此使鋅電鍍層17的表面18的粗糙度降低。
如圖5所示，表面18的粗糙度得到降低的鍍製構件10的鋅電鍍層17具有光澤部23以及表面的粗糙度比光澤部23大的磨砂部24。光澤部23是鋅電鍍層17的表面18被充分摩擦的部位，磨砂部24是摩擦比光澤部23少或未摩擦的部位。對於鍍製構件10，因為光澤部23的面積大於磨砂部24的面積，所以能夠確保鍍製構件10的光澤感。
另外，磨砂部24存在於鍍製構件10的焊接部15與第二直線部14的分界處。因為焊接部15與第二直線部14的質感不同，所以難以引起因磨砂部24而產生的不協調感。在本實施方式中，因為焊接部15比第二直線部14粗，所以在第二直線部14與焊接部15之間的角落形成磨砂部24。通過在角落形成磨砂部24，能夠更難以引起因磨砂部24而產生的不協調感。
[實施例]
通過實施例來對本發明進行更詳細的說明，本發明並不限於本實施例。
(樣品的製作)
將由5個鋼製的環狀的鏈節相連而成的鏈條(被鍍製構件)浸入鍍液中，製作出電鍍了目標厚度為20μm的鋅的各種樣品(鍍製構件)。對於各樣品，使鍍液的鋅濃度、添加劑的濃度、鍍製時的電流密度不同，且使在鋅電鍍層的表面出現的結晶粒的粒徑不同。各樣品的鏈節(鋼)的材質以及尺寸、鍍液的溫度恆定。不對各樣品進行所謂的烘烤。
在對各樣品的鋅電鍍層的表面進行研磨並通過硝酸乙醇(硝酸酒精)腐蝕使觀察面(研磨面)的組織出現後，使用金相顯微鏡，藉助影像處理，對在300×400μm的大小的矩形的視野內出現的結晶粒之中的外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒的比例(%)進行測定。此外，通過JIS H8501：1999所規定的顯微鏡截面試驗方法，確認被鍍製構件的表面與觀察面之間的距離在5~20μm的範圍內。
(耐滯後破壞特性)
握住各樣品(鏈條)的長度方向的兩端並對各樣品施加速度為10mm/分的拉力來進行拉伸試驗。施加拉力的載入時間最長為168小時。將在施加拉力的168小時的期間不發生斷裂的最大應力作為極限應力，通過極限應力與屈服應力的比來對耐滯後破壞特性進行評價。當極限應力/屈服應力在1.00以上時，認為耐滯後破壞特性優秀，當小於1.00時，認為耐滯後破壞特性差。
圖6是在300×400μm的視野內出現的結晶粒之中的外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒的比例(以下，僅稱為“比例”)與極限應力/屈服應力的關係圖。如圖6所示，對於比例為0%的樣品，極限應力/屈服應力為0.86(小於1.00)。對於比例為0%的樣品，在觀察面出現的結晶粒的粒徑在1μm以下。
另一方面，對於在視野內存在外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒的樣品(比例>0%)，極限應力/屈服應力在1.00以上。由此，根據外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒在視野內出現可知，能夠抑制滯後破壞。
此外，觀察到隨著比例的增加，極限應力/屈服應力有變大的傾向。特別是比例在60%以上且100%以下時，極限應力/屈服應力在1.20以上。當極限應力/屈服應力在1.20以上時，若施加拉力，則樣品明顯變形(伸長)，因而脆性破壞(滯後破壞)消失。由此可知，當比例在60%以上時，抑制滯後破壞的效果非常高。
(氫分析)
將樣品浸入10%氫氧化鈉水溶液，利用陽極溶解反應完全除去表面的鍍層。接著，將樣品在長度方向的中央切斷，獲取長度20mm的棒狀的試樣。在獲取試樣後，直接使用升溫脫附分析裝置來進行氫分析。將分析開始溫度設為25℃，分析結束溫度設為400℃，升溫速度設為100℃/小時，在各溫度下對從試樣釋放出的氫的量即釋放的氫量(wt.ppm/min)進行測定。一般將在常溫至小於300℃之間釋放出的氫稱作擴散氫。該擴散氫被認為是滯後破壞的原因。圖7是比例為80%的樣品(實施例)以及比例為0%的樣品(比較例)的擴散氫的量的測定結果。
如圖7所示，可知，與比較例相比，實施例能夠使在常溫至300℃之間釋放出的氫量顯著變少。因為與比較例相比，實施例的氫原子的吸收量極少，所以明顯，與比較例相比，實施例能夠抑制滯後破壞。
以上，基於實施方式對本發明進行了說明，但本發明並不受上述實施方式的任何限定，而且可以容易地推斷出，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種改良變形。
在實施方式中，對由多個形成為O形(橢圓狀)的環狀的鏈節(被鍍製構件11)相連而成的鏈條進行了說明，但並非一定限定於此。例如，為了防止鏈節彼此糾纏，當然能夠採用通過橫檔連結鏈節的中間部並形成為大致θ狀的環狀的橫檔鏈節來代替鏈節(被鍍製構件11)。
在實施方式中，例示了鏈條的例子來對鍍製構件10進行說明，但並非一定限定於此。例如當然能夠對鋼製的螺釘、彈簧、齒輪、PC棒鋼等電鍍鋅而成為鍍製構件。
在實施方式中，對在鍍製構件10的表面存在鋅電鍍層17的情況進行了說明，但並非一定限定於此。例如，當然能夠對鍍製構件10進行鉻酸鹽處理，且在鋅電鍍層17的表面形成鉻酸鹽膜。
在實施例中，將樣品切斷並採用了氫分析用的長度20mm的試樣，但並不限定於此。試樣的長度能夠根據樣品的大小而在例如長度7~20mm的範圍內適當設定。
10:鍍製構件 11:被鍍製構件 12:曲線部 13:第一直線部 14:第二直線部 15:焊接部 16:表面 17:鋅電鍍層 18:表面 19:金屬原子 20:結晶粒 21:觀察面 22:外接圓 23:光澤部 24:磨砂部 D:距離 S:直徑 T:距離(厚度)
圖1是一實施方式中的鍍製構件的主視圖。
圖2是圖1的II-II線處的鍍製構件的剖視圖。
圖3A是電鍍鋅步驟初期的結晶粒的示意圖，圖3B是鍍製步驟中期的結晶粒的示意圖，圖3C是鍍製步驟結束後的結晶粒的示意圖。
圖4A是鍍製構件的觀察面的示意圖，圖4B是結晶粒的示意圖。
圖5是鍍製構件的局部主視圖。
圖6是外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒的比例與極限應力/屈服應力的關係圖。
圖7是擴散氫的量的測定結果。
10:鍍製構件
11:被鍍製構件
16:表面
17:鋅電鍍層
18:表面
T:距離(厚度)

Claims (6)

  1. 一種鍍製構件，其具有鋼製的被鍍製構件以及在所述被鍍製構件的表面形成的鋅電鍍層；對於所述鋅電鍍層，在與所述被鍍製構件的所述表面隔著5~20μm的距離且在所述鋅電鍍層的厚度方向上分離的觀察面上，出現外接圓的直徑為20~60μm的結晶粒。
  2. 如請求項1所述之鍍製構件，其中，在所述觀察面上，在300×400μm的大小的視野內出現的結晶粒之中，外接圓的直徑為20~60μm的所述結晶粒的比例在60%以上且100%以下。
  3. 如請求項1所述之鍍製構件，其中，所述被鍍製構件是鏈條。
  4. 如請求項2所述之鍍製構件，其中，所述被鍍製構件是鏈條。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之鍍製構件，其中，所述鋅電鍍層具有光澤部以及表面的粗糙度比所述光澤部高的磨砂部；所述光澤部的面積大於所述磨砂部的面積。
  6. 如請求項5所述之鍍製構件，其中，所述被鍍製構件是由多個環狀的鏈節相連而成的鏈條；所述鏈節具有相相互向的一對曲線部、與所述曲線部相鄰的直線部以及將相互面對的所述直線部接合的焊接部；所述磨砂部存在於所述焊接部與所述直線部的分界處。
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