WO2011065514A1 - 亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
か、電解処理を行う、または上記水溶液を塗布することにより、亜鉛系めっき鋼板表面に、P酸化物を主体とした酸化膜を形成して、プレス成形性および化成処理性を向上させる技術を開示している。
そこで、本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、摺動性を飛躍的に改善するためには、亜鉛系めっき鋼板の表面に結晶性層状物を被覆した皮膜を形成することが有効であることを見出した。
[1] 表面に有機樹脂および結晶性層状物を含有する有機無機複合皮膜を有し、該有機無機複合皮膜は、平均膜厚が0.10~2.0μmであり、有機樹脂固形分100重量部に対して、固形分として0.5重量部以上の結晶性層状物を含有することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
[2]前記[1]において、前記結晶性層状物は[M2+ 1−XM3+ X(OH)2][An−]x/n・zH2Oで示される層状複水酸化物であり、前記M2+はMg2+、Ca2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Pb2+、Sn2+の1種または2種以上であり、前記M3+はAl3+、Fe3+、Cr3+、3/4Zr4+、Mo3+の1種または2種以上であり、前記An−はOH−、F−、CO3 2−、Cl−、Br−、(C2O4)2−、I−、(NO3)−、(SO4)2−、(BrO3)−、(IO3)−、(V10O28)6−、(Si2O5)2−、(ClO4)−、(CH3COO)−、[C6H4(CO2)2]2−、(C6H5COO)−、[C8H16(CO2)2]2−、n(C8H17SO4)−、n(C12H25SO4)−、n(C18H37SO4)−、SiO4 4−の1種または2種以上であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
[3]前記[1]において、前記結晶性層状物は[M2+ 1−XM3+ X(OH)2][An−]x/n・zH2Oで示される層状複水酸化物であり、前記M2+はMg2+、Ca2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+の1種または2種以上であり、前記M3+はAl3+、Fe3+、Cr3+の1種または2種以上であり、An−がOH−、CO3 2−、Cl−、(SO4)2−の1種または2種以上であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
[4]前記[1]~[3]のいずれかにおいて、前記有機樹脂が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリヒドロキシポリエーテル樹脂、ポリアルキレングリコール変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、及び、これらの樹脂をさらに変性させた樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂から選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。なお、本発明においては、例えば、溶融めっき法、電気めっき法、蒸着めっき法、溶射法などの各種の製造方法により鋼板上に亜鉛をめっきした鋼板を総称して亜鉛系めっき鋼板と呼称する。また、合金化処理を施していない溶融亜鉛めっき鋼板、合金化処理を施す合金化溶融亜鉛めっき鋼板のいずれも亜鉛系めっき鋼板に含まれる。
また、有機無機複合皮膜中に有機樹脂を含有することで、鋼板表面に均一な厚さで結晶性層状物を被覆することが可能となる。
以上の理由から、本発明においては、亜鉛系めっき鋼板の表面に有機樹脂および結晶性層状物を含有する有機無機複合皮膜を有することとする。そして、これは本発明において最も重要な要件である。
[M2+ 1−XM3+ X(OH)2][An−]x/n・zH2Oで示される層状複水酸化物であることは、X線回折で同定することができ、上記式で表すことが可能な物質は層状結晶となることが知られている。
なお、得られた粉状の物質が層状化合物であるかどうかは、XRD回折により確認することができる。
加熱乾燥(焼き付け)処理は、ドライヤー、熱風炉、高周波誘導加熱炉、赤外線炉などを用いることができるが、耐食性の観点からは高周波誘導加熱炉が特に好ましい。加熱処理は、到達板温で50~350℃、好ましくは80℃~250℃の範囲で行うことが望ましい。加熱温度が50℃未満では皮膜中の溶媒が多量に残り、耐食性が不十分となる。また、加熱温度が350℃を超えると非経済的であるばかりでなく、皮膜に欠陥が生じて耐食性が低下するおそれがある。
以上により、表面に有機樹脂および結晶性層状物を含有する有機無機複合皮膜を有する亜鉛系めっき鋼板が得られる。
層状複水酸化物は、表1に示す2価のカチオン(M2+)のいずれか一種類以上と、3価のカチオン(M3+)のいずれか一種類以上とを含む水溶液(表1中、水溶液1組成)中に、無機アニオン又は有機アニオン(An−)のうちいずれか1種類以上のアニオンを含む水溶液(表1中、水溶液2組成)を滴下することで精製した。この際、反応懸濁液のpHが10±0.1となるように2.0モル−NaOH溶液を滴下して溶液を調整した。次いで、得られた沈殿物をろ過し、乾燥して粉状の層状複水酸化物を得た。なお、XRD回折により層状複水酸化物であることを確認した。
上記により得られた各種めっき鋼板の表面をアルカリ脱脂処理、水洗乾燥した後、上記塗料組成物をロールコータにより塗布し、表3に示す焼き付け温度:140℃で焼き付け(加熱乾燥)した。なお、有機無機複合皮膜の膜厚は、塗料組成物の固形分(加熱残分)または塗布条件(ロールの圧下力、回転速度など)により調整した。
FIBを用いて皮膜の断面を45°にスパッタリングし、極低加速SEMで断面を観察し、10点を測定した平均値をその皮膜の膜厚とした。
X線回折法により結晶性の層状複水酸化物の存在を確認した。Cu−Kα線を用いX線回折法により得られるピークをICDDカードと照合して層状複水酸化物を同定した。合致したカードは下記であった。
ア)Magnesium Aluminum Hydroxide Carbonate Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:01−089−0460
[Mg0.667Al0.333(OH)2][CO3 2−]0.167・0.5H2O
イ)Zinc Aluminum Carbonate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−048−1021
[Zn0.71Al0.29(OH)2][CO3 2−]0.145・H2O
ウ)Iron Carbonate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−050−1380
[Fe0.67Fe0.33(OH)2][CO3 2−]0.145・0.33H2O
エ)Iron Nickel Sulfate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−042−0573
[Ni0.75Fe0.25(OH)2][SO4 2−]0.125・0.5H2O
オ)Magnesium Aluminum Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−038−0478
[Mg0.75Al0.25(OH)2][OH−]0.25・0.5H2O
カ)Magnesium Iron Oxide Chloride Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−020−0500
[Mg0.75Fe0.25(OH)2][Cl−]0.25・0.5H2O
キ)Calcium Aluminum Hydroxide Chloride Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−035−0105
[Ca0.67Al0.33(OH)2][Cl−]0.33・0.67H2O
ク)Magnesium Chromium Carbonate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−045−1475
[Mg0.67Cr0.33(OH)2][CO3 2−]0.157・0.5H2O
ケ)Iron Aluminum Oxide Carbonate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−051−1527
[Fe0.67Al0.33(OH)2][CO3 2−]0.157・0.5H2O
コ)Nickel Aluminum Oxide Carbonate Hydroxide Hydrate
ICDDカードリファレンスコード:00−015−0087
[Ni0.67Al0.33(OH)2][CO3 2−,OH−]0.157・0.5H2O
プレス成形性(特に絞り・流入部における成形性)を評価するために、各供試材の動摩擦係数を以下のようにして測定した。図1は摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。同図に示すように、供試材から採取した摩擦係数測定用試料1が試料台2に固定され、試料台2は、水平移動可能なスライドテーブル3の上面に固定されている。スライドテーブル3の下面には、これに接したローラ4を有する上下動可能なスライドテーブル支持台5が設けられ、これを押し上げることによりビード6による摩擦係数測定用試料1への押し付け荷重Nを測定するための第1ロードセル7がスライドテーブル支持台5に取り付けられている。上記押し付け力を作用させた状態でスライドテーブル3を水平方向へ移動させるための摺動抵抗力Fを測定するために第2ロードセル8が、スライドテーブル3の一方の端部に取り付けられている。なお、潤滑油としてスギムラ化学社製のプレス用洗浄油プレトンR352Lを摩擦係数測定用試料1の表面に塗布して試験を行った。
ビード形状および押し付け荷重条件、引き抜き速度の組み合わせは以下の通りである。
条件1: ビード形状1 押し付け荷重400kgf 引き抜き速度100cm/min
条件2: ビード形状1 押し付け荷重1200kgf 引き抜き速度100cm/min
条件3: ビード形状1 押し付け荷重1600kgf 引き抜き速度100cm/min
条件4: ビード形状2 押し付け荷重400kgf 引き抜き速度20cm/min
動摩擦係数に加え、純亜鉛系めっき鋼板では、摺動距離が長い部位において金型へめっきが付着し摺動抵抗が増加する型カジリが問題となる。そこで、図1に示した摩擦係数測定装置を用いて,摺動試験を50回繰り返し実施し、摩擦係数が0.01以上増加した繰り返し数を型カジリ発生の繰り返し数として、型カジリ性の評価を実施した。ここで、50回繰り返し摺動試験を実施しても摩擦係数の上昇が認められない場合には、50回以上とした。試験条件は上記3)摩擦係数の測定方法と同様に高強度鋼板のプレス成形を想定した面圧になるよう上記の条件1~条件3で実施した。
以上より得られた試験結果を条件と併せて表3に示す。
溶融亜鉛めっき鋼板(GI)を用いた場合No1は結晶性層状物が含有されていない比較例である。摩擦係数が高く、型カジリ性が劣っている。No2~27は有機樹脂および結晶性層状物が含有されている本発明例である。No1の比較例と比較すると摩擦係数が低く、型カジリ性が良好である。
2 試料台
3 スライドテーブル
4 ローラ
5 スライドテーブル支持台
6 ビード
7 第1ロードセル
8 第2ロードセル
9 レール
N 押付荷重
F 摺動抵抗力
Claims (4)
- 表面に有機樹脂および結晶性層状物を含有する有機無機複合皮膜を有し、該有機無機複合皮膜は、平均膜厚が0.10~2.0μmであり、有機樹脂の固形分100重量部に対して、固形分として0.5重量部以上の結晶性層状物を含有することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
- 前記結晶性層状物は[M2+ 1−XM3+ X(OH)2][An−]x/n・zH2Oで示される層状複水酸化物であり、前記M2+はMg2+、Ca2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Pb2+、Sn2+の1種または2種以上であり、前記M3+はAl3+、Fe3+、Cr3+、3/4Zr4+、Mo3+の1種または2種以上であり、前記An−はOH−、F−、CO3 2−、Cl−、Br−、(C2O4)2−、I−、(NO3)−、(SO4)2−、(BrO3)−、(IO3)−、(V10O28)6−、(Si2O5)2−、(ClO4)−、(CH3COO)−、[C6H4(CO2)2]2−、(C6H5COO)−、[C8H16(CO2)2]2−、n(C8H17SO4)−、n(C12H25SO4)−、n(C18H37SO4)−、SiO4 4−の1種または2種以上であることを特徴とする請求項1に記載の亜鉛系めっき鋼板。
- 前記結晶性層状物は[M2+ 1−XM3+ X(OH)2][An−]x/n・zH2Oで示される層状複水酸化物であり、前記M2+はMg2+、Ca2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+の1種または2種以上であり、前記M3+はAl3+、Fe3+、Cr3+の1種または2種以上であり、An−がOH−、CO3 2−、Cl−、(SO4)2−の1種または2種以上であることを特徴とする請求項1に記載の亜鉛系めっき鋼板。
- 前記有機樹脂が、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリヒドロキシポリエーテル樹脂、ポリアルキレングリコール変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、及び、これらの樹脂をさらに変性させた樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂から選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板。
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