WO2013176219A1 - ヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材 - Google Patents
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Definitions
- the number of peaks at the reference level 300 ⁇ in (PPI: Peaks Per Inch) is 0, the PPI at the reference level 200 ⁇ in is less than 10, and the reference level is 30 ⁇ in.
- the PPI is preferably 50 or more. Based on SAEJ911, the reference level was counted as one peak when the negative reference level -H was exceeded and then the positive reference level + H was exceeded.
- the steel substrate When the reference level is 200 ⁇ in or more, if the PPI exceeds the above numerical value, the steel substrate may be exposed or the plating layer may be locally thinned, which may affect the corrosion resistance. On the other hand, when the PPI at the reference level of 30 ⁇ in is less than 50, the hairline becomes inconspicuous.
- No. Nos. 4 to 7 satisfied the conditions of surface roughness (Ra) and peak number (PPI), and were high corrosion-resistant plated steel materials having a beautiful hairline appearance.
- No. Nos. 4 and 5 are suitable when a sharp sharpness is desired.
- Nos. 6 and 7 are suitable when a slightly soft appearance is desired.
- the examples of the present invention had a beautiful hairline appearance and were excellent in corrosion resistance, discoloration resistance, and scratch resistance.
- the Al-based alloy-plated steel material having the hairline appearance of the present invention enables low cost, high corrosion resistance, high discoloration resistance, and high designability in applications such as surface materials for electrical equipment, interior materials and exterior materials for buildings and vehicles, etc. An excellent material can be provided.
Abstract
本発明のＡｌ系合金めっき鋼材は、Ｓｉと残部のＡｌ及び不純物とからなるめっき層の表面にヘアラインが形成された、ヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材であって、前記めっき層は、前記めっき層の片面当たりの付着量が２０～１００ｇ／ｍ２；前記めっき層全体の前記Ｓｉの含有量が５～１２質量％；前記めっき層の表層の厚み２μｍの領域における前記Ｓｉの最大含有量が１２～２４質量％；であり、前記ヘアラインは、前記ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～２．０μｍ；基準レベル３００μｉｎのＰＰＩが０；基準レベル２００μｉｎのＰＰＩが１０未満；基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０以上；である。
Description
本発明は、電気機器の表層材、建築物や車両等の内装材や外装材等に使用されるヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材に関する。
本願は、２０１２年０５月２３日に、日本に出願された特願２０１２－１１７２８４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来のヘアライン外観を有する鋼材としては、ステンレス鋼材がよく知られている。即ち、ステンレス鋼材の表面仕上げの一つとして、ヘアライン仕上げ（ＨＬ仕上げ）がＪＩＳ－Ｇ４３０５に規定されている。この規定において、ヘアライン仕上げは、「適当な粒度の研摩剤で連続した磨き目がつくように研磨して仕上げたもの」と定義されているように、研磨表面が髪の毛のように長く連続した表面仕上げを意味する。図１は、ヘアライン仕上げの概要を示す図である。
通常のヘアライン仕上げ方法は、図１に示すように、コンタクトホイール１とアイドルロール２とに掛け渡したエンドレスペーパー研磨ベルト３を、コンタクトホイール１を回転させることで高速回転させ、アンコイラー４からコイラー５に移動する金属帯６の表面を研磨ベルトで研磨する加工方法であることはよく知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。ヘアライン仕上げされたステンレス鋼材は耐食性があるとともに、独特の表面模様があるので意匠性が重視される電気機器の表層材、建材の内装材や外装材等に広く使用されている。
しかしながら、ステンレス鋼材は高価であるので、ステンレス鋼材に替わる新たな安価な材料でステンレス鋼材と同様な高意匠性及び高耐食性を備えていて、電気機器や建材等に使用するのに適したヘアライン外観を有する鋼材が望まれる。
そこで、本発明者は、ステンレス鋼材と同様に耐食性に優れ、且つ安価なＡｌ系合金めっき鋼材に着目し、これにヘアライン仕上げを施すことについて研究した。
めっき層にヘアライン仕上げを施す従来の技術としては、軽量なＭｇ系部材の表面にめっき被覆層を形成し、ヘアライン仕上げによりめっき被覆層表面にヘアライン模様を形成しようとすると、めっき被覆層の下地が出てきて耐食性が悪くなり、安定して良質の部材を得られないという問題を解決した技術が提案されている。すなわち、Ｍｇ系部品表面に、乾式めっき法により形成した、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、Ａｌ、及びＡｌ合金から選ばれるめっき被覆層（１）と、該めっき被覆層（１）の上に、さらに湿式めっき法により形成したＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｐａ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｒｕ、及びそれらの合金から選ばれるめっき被覆層（２）を有するＭｇ系部品表面にヘアライン仕上げを施す技術である（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この技術は厚肉のめっき被覆層を二重に設けなければならず、また、乾式めっき法と湿式めっき法を組み合わせる必要があることから、この技術をそのままＡｌ系合金めっき鋼材に適応させることは困難である。
また、高耐食性Ｚｎ系めっき鋼板についてのヘアライン外観の技術も提案されているが、ステンレス鋼材の様な高級感のある意匠性を得るには至っていない（例えば特許文献４、５参照）。
本発明は、ヘアライン外観を有するステンレス鋼材の用途と同じ用途に、同様に適用することができるヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用する。すなわち、
（１）本発明の一態様に係るヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材は、Ｓｉと残部のＡｌ及び不純物とからなるめっき層の表面にヘアラインが形成された、ヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材であって、前記めっき層は、前記めっき層の片面当たりの付着量が２０～１００ｇ／ｍ２；前記めっき層全体の前記Ｓｉの含有量が５～１２質量％；前記めっき層の表層の厚み２μｍの領域における前記Ｓｉの最大含有量が１２～２４質量％；であり、前記ヘアラインは、前記ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～２．０μｍ；基準レベル３００μｉｎのＰＰＩが０；基準レベル２００μｉｎのＰＰＩが１０未満；基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０以上；である。
（２）上記（１）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材において、前記ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～１．０μｍの場合、基準レベル３００μｉｎのＰＰＩが０；基準レベル２００μｉｎのＰＰＩが０；基準レベル１００μｉｎのＰＰＩが１０未満；基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０以上；であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材が、前記めっき層の表面に、化成処理層を１～１０００ｍｇ／ｍ2有していてもよい。
（４）上記（１）または（２）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材が、前記めっき層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層を有していてもよい。
（５）上記（３）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材において、前記化成処理層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層が形成されていてもよい。
（４）上記（１）または（２）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材が、前記めっき層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層を有していてもよい。
（５）上記（３）に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材において、前記化成処理層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層が形成されていてもよい。
上記態様のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材は、良好なヘアライン外観を備えていて、耐食性及び耐変色性にも優れているから、従来のヘアライン外観を有するステンレス鋼材の用途と同様な用途に適用することが可能である。しかも、高価なステンレス鋼材よりも安価な値段で供給することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
ヘアライン外観を有する鋼材としては、ヘアライン仕上げを施したステンレス鋼材があるが、ステンレス鋼材は高価である。そこで、本発明者らは、安価に耐食性を確保する観点からめっき鋼材に着目した。また、ステンレス鋼材の金属感は高級感がある一方やや明度が落ちる。そこで、めっきの種類としてはＡｌ系合金めっきを検討した。Ａｌは無彩色で色味の癖がなく、反射率の高い金属である。また、Ａｌ自体は活性な金属であるが、極薄い酸化皮膜を形成するため、例えばＺｎのように直ちに白錆が発生することもない。したがって、ステンレス鋼材と同様の無彩色をＡｌ系合金めっき鋼材の適用により安価に達成することができる。なお、ステンレス鋼材を鏡面仕上げしたときの反射率は７０％程度であるが、Ａｌ系合金めっき鋼材を鏡面仕上げしたときの反射率は７５～９０％となり、ステンレス鋼材よりもＡｌ系合金めっき鋼材の方が、明るい無彩色を得ることができる。
Ａｌ系合金めっき鋼材の表面処理の方法として、電気めっき、溶融めっき、蒸着などがある。しかし、Ａｌは非水溶媒からしか電析しないために、電気めっきは工業上適さない。また、蒸着も製膜速度が遅いという課題があり、工業上適さない。Ａｌ系合金めっき鋼材の表面処理の方法は特に限定されないが、工業上もっとも適正な方法である溶融めっきを使用することが好ましい。
次に、Ａｌ系合金めっき鋼材のめっき層の組成を限定した理由を示す。
Ｓｉを含有しない純Ａｌめっき鋼材にステンレス鋼材と同等のヘアライン仕上げを施すと、ヘアラインの山部がダレたり、ヘアラインが潰れたりして良好な外観を有するヘアラインが得られず、Ａｌ－Ｆｅ合金層が露出した部分もあった。また、ヘアライン仕上げ用研磨ベルトに目詰まりが発生するという問題もあった。このように良好なヘアラインが得られない理由としては、純Ａｌめっき鋼材がビッカース硬度約１２０Ｈｖ程度で軟質であること、また、純Ａｌめっき鋼材の場合は、母材（鋼板）とめっき層の間に硬く脆い金属間化合物（Ａｌ－Ｆｅ合金層）が著しく成長すること等が挙げられる。Ｓｉは、ビッカース硬度約１０５０Ｈｖ程度で硬質であるので、めっき層にＳｉを適度に含有させることにより、めっき層の硬度が上昇する。また、共晶組成までの添加はＡｌ－Ｓｉ系の液相線温度を低下させ、Ａｌ－Ｆｅ合金層成長抑制に有効である。このめっき層硬度上昇とＡｌ－Ｆｅ合金層成長抑制効果を発現するために、めっき層全体におけるＳｉ含有量の下限は５質量％であることが好ましい。
一方、めっき層にＳｉを添加すると、Ａｌ系合金めっき鋼材の色度及び明度が変化し、めっき層のＳｉ含有量の上昇に伴い徐々にくすんだ外観になる。この理由として、Ａｌ－Ｓｉは共晶合金であり、特に共晶組成のＡｌ－１２．６質量％Ｓｉを超過すると、反射率がＡｌより低い初晶Ｓｉが晶出するため明度が著しく低下することが挙げられる。更には、共晶組成を超えると液相線温度が高くなるため、Ａｌ－Ｆｅ合金層成長がかえって促進されることになる。このため、めっき層全体におけるＳｉ含有量の上限は、実操業の変動も考慮し、１２質量％であることが好ましい。更には、めっき層のＳｉ含有量の増加により、色度が青色方向にシフトしていく傾向が測色結果から認められたので、めっき層全体におけるＳｉ含有量は、１２質量％とすることが好ましい。
ヘアライン仕上げを行うのに適しためっき層の付着量は、母材（鋼材）の片面当たり２０～１００ｇ／ｍ2であることが好ましい。特に、めっき層の付着量は、母材の片面あたり４０～８０ｇ／ｍ2であることがより好ましい。めっき層の付着量が２０ｇ／ｍ2未満の場合、めっき層が薄いため、耐食性が不足すると共に、ヘアライン仕上げで鋼材素地が容易に露出してしまうことになる。めっき層の付着量が１００ｇ／ｍ2を超える場合、めっき層が厚くなり過ぎて外観の均一なめっき層を得ることができないばかりでなく、めっき層が剥離し易くなりコストの観点からも好ましくない。したがって、めっき層の付着量は、２０～１００ｇ／ｍ2であることが好ましい。
また、めっき層の表層の厚み２μｍの領域におけるＳｉの最大含有量は、１２～２４質量％であることが好ましい。以下、その理由について説明する。
めっき層の表面に美麗なヘアラインを形成するには、めっき層の形成過程でめっき層の表面に残った凝固模様（いわゆるスパングル）を除去する必要がある。そのため、ヘアラインの形成前に、めっき層の表面粗さＲａが、０．５μｍ以下となるように、めっき層の平坦化処理を行う必要がある。
ここで、本願発明者は、めっき層の平坦化処理を行う時に、表面から２μｍ程度の深さまでめっき層の表層を研削した後にヘアラインを形成した場合、時間経過に伴ってめっき層の表面が変色する（つまり耐変色性が低下する）という問題に直面した。
めっき層の表面に美麗なヘアラインを形成するには、めっき層の形成過程でめっき層の表面に残った凝固模様（いわゆるスパングル）を除去する必要がある。そのため、ヘアラインの形成前に、めっき層の表面粗さＲａが、０．５μｍ以下となるように、めっき層の平坦化処理を行う必要がある。
ここで、本願発明者は、めっき層の平坦化処理を行う時に、表面から２μｍ程度の深さまでめっき層の表層を研削した後にヘアラインを形成した場合、時間経過に伴ってめっき層の表面が変色する（つまり耐変色性が低下する）という問題に直面した。
本願発明者は、この原因を鋭意調査したところ、図２に示すように、めっき層の表層（表面から２μｍ程度の深さまでの領域）には、バルクＳｉ濃度（表面から２μｍより深い領域のＳｉ濃度）に対して、最大値で２倍程度の濃度でＳｉが存在することを発見した。図２は、バルクＳｉ濃度（ベースＳｉ濃度）が１０％の場合のＳｉ濃度曲線を例示している。つまり、めっき層の平坦化処理時に、上記のようなＳｉ濃化層（めっき層の表層の厚み２μｍの領域）が除去されてしまうことによって、耐変色性が低下すると考えられる。
そこで、本願発明者は、上記の調査結果を基に、Ｓｉ濃化層を残した状態でヘアラインを形成したところ、Ｓｉ濃化層におけるＳｉの最大含有量が１２～２４質量％であれば、耐変色性が向上することを見出した（詳細は後述の実施例参照）。
従って、めっき層の表層の厚み２μｍの領域（Ｓｉ濃化層）におけるＳｉの最大含有量は、１２～２４質量％であることが好ましい。なお、Ｓｉ濃化層を残すためには、めっき層の平坦化処理として、予備スキンパス（粗度の低いロールで行う軽度の圧延）を採用することが好ましい。
そこで、本願発明者は、上記の調査結果を基に、Ｓｉ濃化層を残した状態でヘアラインを形成したところ、Ｓｉ濃化層におけるＳｉの最大含有量が１２～２４質量％であれば、耐変色性が向上することを見出した（詳細は後述の実施例参照）。
従って、めっき層の表層の厚み２μｍの領域（Ｓｉ濃化層）におけるＳｉの最大含有量は、１２～２４質量％であることが好ましい。なお、Ｓｉ濃化層を残すためには、めっき層の平坦化処理として、予備スキンパス（粗度の低いロールで行う軽度の圧延）を採用することが好ましい。
Ａｌ系合金めっき鋼材の表面（つまりめっき層の表面）に、外観に優れたヘアラインを形成するには、ヘアラインと直角方向の（Ｃ方向）の表面粗さＲａを、０．３～２．０μｍ、好ましくは０．３～１．０μｍとすることが好ましい。Ｃ方向の表面粗さＲａが下限未満であると、ヘアラインが目立たなくなり、ヘアライン仕上げをしたことが無駄になる。また、逆に表面粗さＲａが上限をこえると、ヘアラインが粗くなり過ぎて、美麗なヘアラインとならず、ヘアラインとしての意匠性が損なわれて商品価値がなくなる。なお、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０（１９９７）に規定されている測定法に従って、基準長さ０．８ｍｍを採用して測定した。
また、ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～２．０μｍの場合、基準レベル３００μｉｎのピーク数（ＰＰＩ：Ｐｅａｋｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を０、基準レベル２００μｉｎのＰＰＩを１０未満、基準レベル３０μｉｎのＰＰＩを５０以上とすることが好ましい。基準レベルは、ＳＡＥＪ９１１に基づいて、負基準レベル－Ｈを超えてから正基準レベル＋Ｈを超えたときに１山と計数する方法を採用した。
基準レベル２００μｉｎ以上の場合、ＰＰＩが上記の数値を超すと、鋼材素地が露出する、あるいはめっき層が局所的に薄くなる部位が発生し、耐食性に影響を及ぼす可能性がある。一方、基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０未満の場合、ヘアラインが目立たなくなる。
また、ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～１．０μｍの場合、基準レベル３００μｉｎのＰＰＩを０、基準レベル２００μｉｎのＰＰＩを０、基準レベル１００μｉｎのＰＰＩを１０未満、基準レベル３０μｉｎのＰＰＩを５０以上とすることが好ましい。これは、表面粗さＲａが０．３～２．０μｍの場合と同様の理由である。つまり、基準レベル１００μｉｎ以上の場合、ＰＰＩが上記の数値を超すと、鋼材素地が露出する、あるいはめっき層が局所的に薄くなる部位が発生し、耐食性に影響を及ぼす可能性がある。一方、基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０未満の場合、ヘアラインが目立たなくなる。この表面粗さＲａおよびＰＰＩで規定されるヘアラインは、柔らかな印象を与えるヘアライン外観を有する。また、ヘアラインの研削量が減少するため、研磨ベルトの目詰まりの緩和など連続操業性において優位である。ここでピーク数ＰＰＩは、ＳＡＥＪ９１１－１９８６の規定に従い、測定長さを１ｉｎｃｈとして測定した。
上記の表面粗さＲａ、ピーク数ＰＰＩの要件を満たすヘアラインを形成するためには、＃１５０～＃３２０程度のベルトサンダー（研磨ベルト）を用いてヘアライン仕上げを行うことが好ましい。あるいはヘアライン模様が表面に形成されたロールから転写する方法を採用してもよい。意匠性の観点からは加工品の表面となる側だけをヘアライン加工すれば十分ではあるが、両面にヘアライン加工をしてもかまわない。
ヘアライン加工を行った後に、めっき層にクロメート処理、或いはクロメートフリー処理を施して一次防錆処理を行うことが好ましい。これは変色を防止する目的と後述する透明皮膜層の密着性を改善する目的で、めっき層にヘアライン仕上げを行った後に、クロメート処理、或いはクロメートフリー処理により防錆被膜層を形成する一次防錆処理を行う。クロメート処理の場合、例えばクロム酸と反応促進剤とを主成分として含有するクロメート処理液によるクロメート処理を適用することができ、クロメート付着量を１～２００ｍｇ／ｍ2とする。クロメート付着量が１ｍｇ／ｍ2未満の場合には、充分な防錆効果が得られない。また、クロメート付着量が２００ｍｇ／ｍ2を超える場合には、ヘアライン仕上げが目立たなくなるばかりでなく、防錆効果が飽和してしまい経済的にコスト高となる。また、クロメート処理と同様にクロメートフリー処理（ノンクロメート処理）でも一次防錆処理を行うことができる。
クロメートフリー処理（ノンクロメート処理）に使用可能な処理液としては、環境上有害な六価クロムを含有していない処理液、例えばＺｒ、Ｔｉの塩などを含む処理液、或いはシランカップリング剤を含む処理液などが挙げられる。これらのクロメートフリー処理では、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ｃｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｌｉ等を主成分とするクロムを含有しないクロメートフリー処理層（化成処理層）が形成される。このクロメートフリー処理層の付着量は、１～１０００ｍｇ／ｍ2とすることが好ましい。クロメートフリー処理層の付着量が１ｍｇ／ｍ2未満の場合には、充分な防錆効果が得られない。また、クロメートフリー処理層の付着量が１０００ｍｇ／ｍ2を超える場合、ヘアライン仕上げが目立たなくなるばかりでなく、防錆効果が飽和してしまい経済的にコスト高となる。
また、Ａｌ系合金めっき鋼材にヘアライン仕上げを施して、大気中に放置すると、めっき表面が酸化し、変色する。変色すると、ヘアライン仕上げが目立たなくなってヘアラインの外観を損ねる。さらには、Ａｌ系合金めっき層は、硬質の物と衝突したりすると疵がつき易い。このため、ヘアライン仕上げを施しためっき表面に、透明樹脂被膜層を０．５～１００μｍの厚さで形成させれば、耐変色性や耐疵付性を改善することができる。透明樹脂被膜層は、有機クリアー塗料を用いるなどの公知の塗装方法で形成することができる。このような有機クリアー塗料としては、具体的には、アクリル系焼付けクリアー塗料、ウレタン系クリアー塗料、エポキシ系クリアー塗料、ポリエステル系クリアー塗料、ポリエーテルサルホン系クリアー塗料、メラミンアルキッド系クリアー塗料などが挙げられる。また、これら塗料の混合物も用いても良い。有機クリアー塗料の塗装方法としては、具体的には、ロールコーター法、カーテンコーター法、スプレーガン法、静電法などの方法が挙げられる。これらの中では、ロールコーター法、カーテンコーター法が好ましい。
なお、このような透明樹脂被膜層は、めっき層の表面に直接形成されていても良いし、或いは、めっき層の表面に形成された化成処理層（例えばクロメートフリー処理層等）の表面に形成されていても良い。
なお、このような透明樹脂被膜層は、めっき層の表面に直接形成されていても良いし、或いは、めっき層の表面に形成された化成処理層（例えばクロメートフリー処理層等）の表面に形成されていても良い。
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
板厚が０．６ｍｍである低炭素鋼板をめっき原板として用いた。無酸化炉タイプの連続熔融めっきラインにて、上記のめっき原板に対して、加熱処理、焼鈍処理及びめっき処理を行うことで、めっき原板にめっき層を形成した。焼鈍雰囲気は、１０％水素、残９０％窒素ガス雰囲気を囲い、露点を－３０℃とした。焼鈍温度は７３０℃、焼鈍時間は３分である。めっき浴組成は、ＡｌにＳｉを添加し調整した。めっき浴温は各めっき組成の液相線温度＋２０℃に設定し、めっき浴に２秒浸漬後、めっき付着量を窒素ガスワイピング法により制御した。
めっき層の形成後、予備圧延を用いた平滑化処理を行い、表面粗さＲａを０．５μｍとした後、研磨紙番手の異なるベルトサンダーを用いて、通板速度０．２５ｍ／秒、研磨時間３秒の条件でヘアライン仕上げを行った。また、研磨紙番手＃１２０、＃１５０に関しては押し付け圧力を変化させて基準レベル３００μｍ、２００μｍのＰＰＩに与える影響に関して調査した。ヘアラインと直角方向の表面粗さ（Ｒａ）及びピーク数（ＰＰＩ）は、粗度計を用いて調べた。なお、ＰＰＩがある基準レベルで本発明例を満たさなかったときは、他の基準レベルでは測定を実施せず、表中には「－」で表記した。また、ＪＩＳ Ｚ２３３１の塩水噴霧試験２４時間後の発錆状況により、めっき層の損傷状態を調べ、ヘアライン凹部から発錆が認められた場合は不合格とした。その結果を表１に示す。
表１に示すように、Ｎｏ．４～７は、表面粗さ（Ｒａ）、ピーク数（ＰＰＩ）の条件を満たしていて、美麗なヘアライン外観を有する高耐食性めっき鋼材となっていた。Ｎｏ．４、５は、シャープな鮮鋭性を所望する場合に適し、Ｎｏ．６、７は、ややソフトな外観を所望する場合に適する。また、Ｎｏ．４、５については、ベルトサンダーの目詰まりが通板距離５００ｍを超えると徐々に発生し、やや連続操業時には注意を要す結果となった。
これに対して、＃１２０番のベルトサンダーでヘアライン処理を行ったＮｏ．１～２と、＃１５０番のベルトサンダーを用いて高い押し付け圧力でヘアライン処理を行ったＮｏ．３とは深いヘアライン疵があり、ヘアライン凹部より発錆が認められた。Ｎｏ．８は、ヘアライン仕上げを行ったが、ベルトサンダーが＃５００番と粗さが細かすぎて、本発明で規定するヘアラインの要件を満たしておらず、外観でヘアラインを明確に観察できなかった。以上の試験結果から、本発明で規定する要件を満たすめっき鋼板のみが、美麗なヘアライン外観を有するめっき鋼板となっていた。
次に、めっき層の組成を種々変化させためっき鋼板を作成し、めっき後、予備圧延を用いた平滑化処理を行い、表面粗さＲａを０．５μｍとした後、研磨紙番手＃１８０のベルトサンダーを用いて、通板速度０．２５ｍ／秒、研磨時間３秒、押し付け圧力０.２ＭＰａの条件でヘアライン仕上げを行った。その際の、ヘアライン外観、かすの付着状況を調査した。その結果を表２に示す。Ｎｏ．８～１５は、本発明で規定するめっき組成を有し、ヘアライン外観、ベルトサンダーのかすつまり、耐食性のいずれにおいても良好な結果であった。一方、Ｎｏ．７、１６は本発明の規定する組成以外のめっきであり、表面粗さの値は本発明の規定する値を満足するものの、ヘアラインの外観が明確に観察できず、かすの発生や耐食性が不良であった。ヘアラインの外観が明確に観察できなかった理由は、かすの発生やベルトサンダーのだれ等があるためと考えられる。
次に、めっき層の付着量を種々変化させためっき鋼板を作成し、めっき後、予備圧延を用いた平滑化処理を行い、表面粗さＲａを０．５μｍとした後、研磨紙番手＃１８０のベルトサンダーを用いて、通板速度０．２５ｍ／秒、研磨時間３秒、押し付け圧力０.２ＭＰａの条件でヘアライン仕上げを行った。その結果を表３に示す。Ｎｏ．１８～２４は、本発明で規定するめっき付着量を有し、ヘアライン外観、ベルトサンダーのかすつまり、耐食性のいずれにおいても良好な結果であった。一方、Ｎｏ．１７は本発明の規定する付着量未満のめっきであり、表面粗さの値は本発明の規定する値を満足するものの、耐食性が不良であった。Ｎｏ．２５は付着量が多く、外観不良であった。
さらに、Ａｌ－１０質量％Ｓｉの組成を有するめっき鋼板を用いて、クロメート処理、クロメートフリー処理、クリアー塗装処理、耐食性評価を行った。その結果を表４及び表５に示す。なお、クロメート処理は、クロム酸１００ｇ／ｌ溶液を塗布した後、６０℃の熱風炉で３０秒間乾燥させた。クロメートフリー処理は、炭酸ジルコニウムアンモニウム、硝酸コバルト、シリカ、リン酸アンモニウムからなる薬剤を塗布した後、６０℃の熱風炉で３０秒間乾燥させた。さらに、メラミンアルキッド系クリアー塗料（溶剤系）、ウレタン系クリアー塗料（水分散系）を塗布し、２２０℃（メラミンアルキッド系）および１５０℃（ウレタン系）の板温まで加熱した。
平面部耐食性および耐変色性の評価は、ＪＩＳ Ｚ２３３１の塩水噴霧試験２４０時間後の白錆発生量で、Ａ：変色、白錆発生１％以下、Ｂ：１０％以上で判断した。クロスカット部は、塩水噴霧試験２４０間後のふくれ巾で評価し、ＡＡ：２ｍｍ未満、Ａ：５ｍｍ未満、Ｂ：５ｍｍ以上で判断した。
耐疵付性の評価は、ＪＩＳ Ｋ５６００の鉛筆硬度により評価し、試験は２回繰り返し、２回の判定が異なる場合は、試験をやり直し、傷がつかない硬さまで硬度スケールを下げていき、２Ｈ以上を合格と判断した。なお、鉛筆硬度の序列は、（軟）６Ｂ～ＨＢ～６Ｈ（硬）である。
本発明で規定する化成処理、塗装要件を満足した水準は、平面部、クロスカット部共に耐食性、耐変色性、及び耐疵付性が良好であった。
次に、浴中Ｓｉ濃度を５～１２％の範囲で変化させためっき鋼板を作成し、めっき後、予備圧延を用いた平滑化処理を行った。その際に、圧延荷重を変化させて表面粗さＲａを０．３～１μｍの範囲で変化させた。その後、研磨紙番手＃１８０のベルトサンダーを用いて、通板速度を０．２５ｍ／秒とし、研磨時間を３～３０秒の範囲で変化させて、美麗なヘアライン外観が得られる条件を探した。平滑化処理後の表面粗さが大きい場合、長い時間研磨しないと美麗なヘアラインが得られなかった。また、ヘアライン処理前後の単位面積当たりの重量を測定することで、ヘアライン処理時に研削されためっき厚みを求めた。その結果を表６に示す。Ｎｏ．６４～６６、６８、６９、７１、７２は、平滑化処理後の表面粗さが０．５μｍ以下であり、美麗なヘアラインを得るために研削されためっき層厚みが０．５μｍと少ないため、本発明で規定するＳｉの最大含有量（１２～２４質量％）のＳｉ濃化層を有するめっき鋼板であり、時間経過に伴う変色が発生しなかった（耐変色性合格）。一方、Ｎｏ．６１～６３、６７、７０は、本発明の規定外のＳｉの最大含有量（１２質量％未満）のＳｉ濃化層を有するめっき鋼板であり、時間経過に伴う変色が発生した（耐変色性不合格）。
なお、耐変色性の合否判定は、色差測定ΔＥにより評価を行った。なお、色差測定ΔＥは下記（１）式で定義される値である。
ΔＥ＝｛（ΔＬ）２＋（Δａ）２＋（Δｂ）２｝１／２ …（１）
ここで、ΔＬ、Δａ、Δｂは、ＪＩＳ Ｚ ８７２９に規定するＬａｂ表示系における二つの物体色のＣＩＥ１９７６明度Ｌの差及び色座標ａ、ｂの試験前後の差である。評価基準は以下の通りである。
合格：ΔＥ≦２ 目視で色調変化やむらが認められない。
不合格：ΔＥ＞２ 目視で色調変化やむらが識別できる。
なお、耐変色性の合否判定は、色差測定ΔＥにより評価を行った。なお、色差測定ΔＥは下記（１）式で定義される値である。
ΔＥ＝｛（ΔＬ）２＋（Δａ）２＋（Δｂ）２｝１／２ …（１）
ここで、ΔＬ、Δａ、Δｂは、ＪＩＳ Ｚ ８７２９に規定するＬａｂ表示系における二つの物体色のＣＩＥ１９７６明度Ｌの差及び色座標ａ、ｂの試験前後の差である。評価基準は以下の通りである。
合格：ΔＥ≦２ 目視で色調変化やむらが認められない。
不合格：ΔＥ＞２ 目視で色調変化やむらが識別できる。
以上の結果より本発明例は美麗なヘアライン外観を有し、耐食性、耐変色性、及び耐疵付性に優れることが確認された。
本発明のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材により、電気機器の表層材、建築物や車両等の内装材や外装材等の用途に、低コスト、高耐食性、高耐変色性及び高意匠性に優れた材料を提供することができる。
１ コンタクトホイール
２ アイドルロール
３ 研磨ベルト
４ アンコイラー
５ コイラー
６ 金属帯
Claims (5)
-
Ｓｉと残部のＡｌ及び不純物とからなるめっき層の表面にヘアラインが形成された、ヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材であって、
前記めっき層は、
前記めっき層の片面当たりの付着量が２０～１００ｇ／ｍ２；
前記めっき層全体の前記Ｓｉの含有量が５～１２質量％；
前記めっき層の表層の厚み２μｍの領域における前記Ｓｉの最大含有量が１２～２４質量％；
であり、
前記ヘアラインは、
前記ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～２．０μｍ；
基準レベル３００μｉｎのＰＰＩが０；
基準レベル２００μｉｎのＰＰＩが１０未満；
基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０以上；
であることを特徴とするヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材。 - 前記ヘアラインと直角方向の表面粗さＲａが０．３～１．０μｍの場合、
基準レベル３００μｉｎのＰＰＩが０；
基準レベル２００μｉｎのＰＰＩが０；
基準レベル１００μｉｎのＰＰＩが１０未満；
基準レベル３０μｉｎのＰＰＩが５０以上；
であることを特徴とする請求項１に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材。 - 前記めっき層の表面に、化成処理層を１～１０００ｍｇ／ｍ２有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材。
- 前記めっき層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材。
- 前記化成処理層の表面に厚さ０．５～１００μｍの透明皮膜層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のヘアライン外観を有するＡｌ系合金めっき鋼材。
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