JP3859941B2 - 耐食性に優れた自動車用燃料タンク - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、長期間にわたって腐食起因の穴開き等がない自動車用燃料タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用燃料タンクは、鋼板をプレス加工して製造されるため、加工性を重視して溶融Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼板が従来から使用されている。溶融Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼板製の燃料タンクは、燃料による内面腐食や塩害等による外面腐食に対しても抵抗力がある。
しかし、環境負荷物質を軽減する観点からＰｂを使用しない材料の提供が望まれていることに応じ、環境負荷物質を含まないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉめっきを施したアルミめっき鋼板が燃料タンク用素材として使用され始めている。（特公平４−６８３９９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料タンクは、図１に示すような複雑形状に鋼板をプレス加工することにより製造されており、燃料タンク本体１にインレットパイプ２，フュエルパイプ３，フュエルリターンパイプ４，サブタンク５，ドレーンプラグ６等の各種部材が取り付けられる。このときのプレス加工は、伸び，圧縮等が複合された複雑な塑性変形を伴う加工であり、素材としてアルミめっき鋼板を使用する場合、溶融アルミめっき時に生成・成長するＦｅ−Ａｌ系化合物からなる硬質の合金層にクラックが発生し易い。クラックによりめっき層が剥離すると、欠陥部を起点として腐食が進行し、短期間に燃料タンクの穴開きに至る危険が高くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、加工後の鋼板表面にあるＡｌ−Ｓｉめっき層の形態を規制することにより、Ａｌ−Ｓｉめっき層の犠牲防食作用を活用し、アルミ系めっき鋼板本来の優れた耐食性を活用した燃料タンクを提供することを目的とする。
本発明の自動車用燃料タンクは、その目的を達成するため、Ｓｉ含有量５〜１３質量％のＡｌ−Ｓｉめっき層が鋼板表面に形成され、プレス加工で燃料タンク形状に成形された状態でＡｌ−Ｓｉめっき層を貫通して下地鋼に達するめっき層剥離部の最大幅をＷとし、Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚をＴとするとき、Ｔ＝８〜２０μｍで且つ比率Ｗ／Ｔが３０以下になっていることを特徴とする。
【０００５】
【作用及び実施の形態】
溶融アルミめっき時に生じるＦｅ−Ａｌ系化合物層は、溶融めっき浴にＳｉを添加することによりある程度抑制され、Ａｌ−Ｓｉめっき層の耐剥離性が向上する。Ｆｅ−Ａｌ系化合物層の生成を抑制する作用は、５質量％以上のＳｉ添加で顕著になる。しかし、Ｓｉの添加によっても硬質のＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系合金層の生成するため、燃料タンクのように過酷な加工を受けて製品となる用途では、Ａｌ−Ｓｉめっき層の剥離が避けられない。
他方、燃料タンクでは、内面及び外面共に腐食環境に曝される。たとえば、燃料タンクが高温高湿環境に長時間放置されると、収容しているガソリンが酸化劣化して蟻酸，酢酸等の有機酸が生成する。結露等で燃料タンクの底部に溜まった水に有機酸が溶け込むと酸性水溶液になり、燃料タンクの構成材料の腐食が促進される。また、塩害に曝される環境では、外面腐食が進行しやすい。
【０００６】
そこで、本発明者等は、プレス加工で燃料タンク形状に成形したアルミ系めっき鋼板の表面にあるＡｌ−Ｓｉめっき層と耐食性との関係を調査・研究した結果、プレス加工後に残存するＡｌ−Ｓｉめっき層の層厚とめっき層剥離部の幅を特定の関係に維持するとき、めっき層剥離部があってもＡｌ−Ｓｉめっき層本来の優れた防食作用が発現し、内面腐食及び外面腐食共に改善されることを見出した。Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚とめっき層剥離部の幅との関係が防食作用に及ぼす影響は次のように推察される。
【０００７】
ガソリンの酸化劣化により生じる酸性水溶液は、ｐＨが３まで低下することもある。このような酸性雰囲気では、下地鋼に対するＡｌの犠牲防食作用が働き、下地鋼の侵食が遅延する。具体的には、図２で模式的に示すように下地鋼１１の表面に形成されたＡｌ−Ｓｉめっき層１２に生じためっき層剥離部１３が燃料タンクの底面側に位置すると、結露等で生じた水がめっき層剥離部の凹部に溜まる。この水にガソリン１４の酸化劣化で生じた有機酸が溶け込み、酸性水溶液１５が生成する。酸性水溶液１５に下地鋼１１及びＡｌ−Ｓｉめっき層１２が接する状態では、電気的に卑なＡｌが優先的に溶解し、下地鋼１１が防食される。
【０００８】
このとき、下地鋼１１からＡｌ−Ｓｉめっき層１２に向けて防食電流ｉが流れるが、下地鋼１１からＡｌ−Ｓｉめっき層１２までの距離が遠すぎると、酸性水溶液１５の抵抗によって防食電流ｉが減少し、有効な防食作用が得られない。そこで、本発明者等は、Ａｌ−Ｓｉめっき層１２の層厚Ｔが異なる種々のアルミ系めっき鋼板をレーザ加工して下地鋼１１に達する損傷幅Ｗを変化させたサンプルを作成し、劣化ガソリンにより生じる酸性水溶液中での防食作用を観察することにより、層厚Ｔと損傷幅Ｗとの関係を調査した。その結果、Ａｌの犠牲防食作用が有効に働き、下地鋼１１の侵食される条件が比Ｗ／Ｔで整理され、Ｗ／Ｔ≦３０を満足するとき良好な耐食性が得られることを見出した。
【０００９】
Ａｌ−Ｓｉめっき層１２は、燃料タンクに要求される耐食性を長期にわたって維持し、下地鋼１１の腐食を抑制する上から８μｍ以上の層厚Ｔが必要とされる。しかし、必要形状に成形したアルミ系めっき鋼板を燃料タンク形状に組み立て、各種部品を取り付けるためスポット溶接，シーム溶接等の抵抗溶接を行うことが予定されていることから、溶接性に優れていることも要求特性の一つである。この点、アルミ系めっき鋼板が過度に厚くなると溶接性が劣化するので、Ａｌ−Ｓｉめっき層１２の層厚Ｔを２０μｍ以下に規制する。
【００１０】
このように、層厚Ｔ：８〜２０μｍ，比率Ｗ／Ｔ≦３０を維持することにより、Ａｌ−Ｓｉめっき層１２の犠牲防食作用を有効に発現させ、後述の実施例でも明らかなように下地鋼１１の腐食が抑えられる。これに対し、比率Ｗ／Ｔが３０を超えると、めっき層剥離部１３に腐食が発生しやすくなる。比率Ｗ／Ｔ≦３０は、燃料タンクの外面腐食に対しても有効である。すなわち、塗装が施された燃料タンクの外面側が塩害環境に曝され、塗膜欠陥を起点とする腐食が発生した場合にあっても、比率Ｗ／Ｔ≦３０が維持されたアルミ系めっき鋼板ではＡｌの犠牲防食作用が働き、下地鋼１１の腐食が抑制される。
【００１１】
なお、Ａｌ−Ｓｉめっき層に含まれるＳｉの含有量は、脆弱なＦｅ−Ａｌ系化合物層の生成を抑制する上で５質量％以上が必要であるが、１３質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると溶融めっきラインでＡｌ−Ｓｉめっき層が凝固する際に初晶Ｓｉが晶出してめっき層密着性及び加工性を低下させやすい。したがって、Ｓｉ含有量を５〜１３質量％の範囲に設定することが必要である。
【００１２】
【実施例１】
板厚０．８ｍｍの極低炭素Ｔｉ添加冷延鋼板を連続溶融めっきラインに通板し、Ｓｉ：９質量％のＡｌ−Ｓｉめっき層を種々の層厚で変化させたアルミ系めっき鋼板を製造した。アルミ系めっき鋼板をＣｒ換算付着量１５ｍｇ／ｍ²で燐酸クロメート処理した後、試験片を切り出した。
レーザ加工でＡｌ−Ｓｉめっき層を貫通して下地鋼に達する損傷を種々の幅Ｗで試験片につけた後、燃料タンクを想定して次の内面腐食試験，外面腐食試験及び溶接試験に供した。
【００１３】
〔内面腐食試験〕
蟻酸３５０ｐｐｍを含む水を等量のガソリンと混合した試験液Ａ及びメタノール８５質量％，ガソリン１５質量％，蟻酸３５０ｐｐｍを混合した試験液Ｂを調整した。５０℃に加温した試験液Ａ，Ｂに試験片を浸漬し、１週間ごとに試験液を取り替えながら試験片を試験液に継続して浸漬し、９週間経過した時点で試験片を引き上げ、試験片に発生している侵食を測定した。侵食の最大深さによって内面耐食性を評価した。
【００１４】
〔外面腐食試験〕
試験片にメラミンアルキッド系の黒色塗料を膜厚２０μｍで施し、加熱乾燥した。塗装した試験片の表面に濃度５質量％の塩水を継続噴霧し、噴霧開始から７２０時間経過した時点で試験片の表面を観察した。試験片表面のめっき損傷部に発生している侵食を測定し、最大侵食深さにより外面耐食性を評価した。
【００１５】
〔溶接性試験〕
先端径５ｍｍのＣｕ−Ｃｒ電極を用いて試験片を連続スポット溶接し、溶接可能な連続打点数で溶接性を評価した。
【００１６】
表１の調査結果にみられるように、Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚Ｔが８〜２０μｍの範囲にあり、比率Ｗ／Ｔが３０以下になっているアルミ系めっき鋼板では、何れも良好な内面耐食性，外面耐食性及び溶接性を示した。これに対し、Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚Ｔが不足する比較例１では、溶接性は良好であるものの、内面耐食性及び外面耐食性が劣っていた。Ａｌ−Ｓｉめっき層が厚すぎる比較例２では、良好な内面耐食性，外面耐食性を呈したが、溶接性が劣っていた。また、比率Ｗ／Ｔが５０と大きな比較例３では、Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚Ｔを８〜２０μｍの範囲に維持していることから溶接性は確保できるものの、耐食性，特に内面耐食性に劣っていた。
【００１７】

【００１８】
【実施例２】
実施例１で得られた試験番号３のアルミ系めっき鋼板をプレス加工し、上ハーフ及び下ハーフをシーム溶接した。プレス加工では、皺押え圧力を０．３５ＭＰａに調整した。シーム溶接では、溶接速度６ｍ／分，加圧力４５００Ｎ，溶接電流１３．５ｋＡの条件で上ハーフ及び下ハーフのフランジを溶接した。
【００１９】
プレス加工後、上ハーフ及び下ハーフの表面を観察したところ、内面側及び外面側共に大きな加工を受けた部位でＡｌ−Ｓｉめっき層１２の脱落が観察されたが、上ハーフ及び下ハーフに燐酸クロメート処理を施して膜厚１．０μｍのウレタン樹脂皮膜を形成し、更に塗油することによりプレス成形時の金型に対する材料の滑り込み性が改善され、めっき層剥離部１３の最大幅が１５０μｍ以下に抑えられた。この場合、Ａｌ−Ｓｉめっき層１２の層厚Ｔに対するめっき層剥離部１３の最大損傷幅Ｗの比Ｗ／Ｔは、１５０／１５＝１０と算出される。
【００２０】
組み立てられた燃料タンク本体の内面及び外面それぞれについて、最も大きなめっき層剥離部１３を含む部分を切り出し、最大損傷幅Ｗ＝１５０μｍの内面側部分を実施例１と同じ試験液Ａを用いた内面腐食試験に、最大損傷幅Ｗ＝１３０μｍの外面側部分を実施例１と同じ外面腐食試験に供した。その結果、内面腐食試験での最大侵食深さは１２μｍ，外面腐食試験での最大侵食深さは５μｍに留まっていた。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の自動車用燃料タンクは、アルミ系めっき鋼板をプレス成形して製造されたものであり、Ａｌ−Ｓｉめっき層の層厚Ｔとプレス成形によって生じるめっき層損傷部の最大幅Ｗとの間にＴ＝８〜２０μｍ，Ｗ／Ｔ≦３０の関係を成立させている。これにより、過酷なプレス成形で避けられないＡｌ−Ｓｉめっき層の損傷があっても、Ａｌの犠牲防食作用によって下地鋼が露出しているめっき層損傷部の腐食が抑制され、長期にわたって腐食起因の穴開き等の欠陥がない燃料タンクとして使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料タンクの概略斜視図
【図２】 めっき層損傷部が防食されるメカニズムの説明図
【符号の説明】
１１：下地鋼 １２：Ａｌ−Ｓｉめっき層 １３：めっき層剥離部 １４：ガソリン １５：酸性水溶液 ｉ：防食電流

Claims (1)

1. Si含有量5〜13質量％のAl-Siめっき層(12)が鋼板表面に形成され、プレス加工で燃料タンク形状に成形された状態でAl-Siめっき層(12)を貫通して下地鋼(11)に達するめっき層剥離部(13)の最大幅をWとし、Al-Siめっき層(12)の層厚をTとするとき、T＝8〜20μmで且つ比率W／Tが30以下になっていることを特徴とする耐食性に優れた自動車用燃料タンク。

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