JP4661627B2 - Surface-treated zinc-based plated metal material and method for producing the same - Google Patents
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明は、表面処理亜鉛系めっき金属材及びその製造方法に関し、特に、自動車、家電、及び建材等に用いられるクロムフリーの表面処理亜鉛系めっき金属材およびその製造法に関する。 The present invention relates to a surface-treated zinc-based plated metal material and a method for producing the same, and particularly to a chromium-free surface-treated zinc-based plated metal material used for automobiles, home appliances, building materials, and the like, and a method for producing the same.
自動車、家電、及び建材等に広く用いられている表面処理亜鉛系めっき金属材(以下、「亜鉛系めっき鋼板」ということがある。)は、その耐食性を向上させるため、従来から、クロメート処理によって表面にクロメート被膜を形成した後、必要に応じて有機被膜を形成したうえで、製品化されてきている。 Surface-treated zinc-based plated metal materials (hereinafter sometimes referred to as “zinc-based plated steel sheets”) widely used in automobiles, home appliances, and building materials have been conventionally treated by chromate treatment in order to improve their corrosion resistance. After a chromate film is formed on the surface, an organic film is formed as necessary, and then commercialized.
しかしながら、クロメート被膜には人体に有害な6価クロムが含まれるため、亜鉛系めっき鋼板の製造に携わる人の健康を損ねたり、環境汚染を引き起こしたりする等の危険性が懸念されている。このため、今日では、クロムを含む処理液を用いることなく耐食性等に優れた亜鉛系めっき鋼板を得るための技術が種々提案されている。 However, since the chromate film contains hexavalent chromium that is harmful to the human body, there are concerns about dangers such as harming the health of people involved in the manufacture of galvanized steel sheets and causing environmental pollution. For this reason, various techniques for obtaining a zinc-based plated steel sheet excellent in corrosion resistance and the like without using a treatment liquid containing chromium have been proposed today.
このような技術の一例としては、クロムに代わる適当な金属の酸化物層を鋼材の表面に形成させる技術等を挙げることができる。例えば、鋼材の表面に酸化物層を形成させる技術として、特許文献1には、亜鉛系めっき鋼板の表面にZnO系酸化物層を設け、その上層に無機系酸化物層を設ける技術が開示されている。また、特許文献2には、亜鉛系めっき鋼板の表面に酸化亜鉛層を被覆する技術が開示されている。特許文献3には、亜鉛系めっき鋼板を、Mg換算で合計で0.01〜3モル/L含有する水溶液中で、電流密度:1.0〜20A/dm2以下で電解処理することにより、亜鉛系めっき表面にMg換算で5〜3000mg/m2のMg酸化物及び/または水酸化物を含む被膜を形成する技術が開示されている。
しかし、特許文献1に開示されている技術では、特に、クロメート処理鋼板と同等程度以上の耐食性を有する鋼板が得られ難いという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術でも、クロメート処理鋼板よりも優れた耐食性を有する鋼板が得られ難いという問題があった。さらに、特許文献3に開示されている技術では、クロメート処理鋼板よりも優れた耐食性及び耐指紋性を有する鋼板が得られ難いという問題があった。
However, the technique disclosed in
そこで、本発明は、優れた耐食性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材、及び、クロム含有処理液を用いることなく当該表面処理亜鉛系めっき金属材を製造することが可能な、表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a surface-treated zinc-based plating metal material having excellent corrosion resistance, and a surface-treated zinc-based plating capable of producing the surface-treated zinc-based plating metal material without using a chromium-containing treatment liquid. It is an object to provide a method for manufacturing a metal material.
本発明者らは、亜鉛系めっき鋼材を、亜鉛イオンと、アルミニウムイオンと、マグネシウムイオンと、硝酸イオンとを所定量含有する水溶液中で、亜鉛系めっき鋼材を陰極として電気分解することにより得られた表面処理亜鉛系めっき金属材の性能が良好であるとの知見を得た。さらに、本発明者らは、このようにして得られた表面処理亜鉛系めっき金属材の表面状態について調査するとともに、あわせて適切な製造条件について調査した。加えて、上記電気分解を経た表面処理亜鉛系めっき金属材に樹脂被膜を設けた、表面処理亜鉛系めっき金属材の性能について調査した。本発明は、上記知見及び調査に基づいてなされたものである。 The present inventors obtained a zinc-based plated steel material by electrolysis using a zinc-based plated steel material as a cathode in an aqueous solution containing zinc ions, aluminum ions, magnesium ions, and nitrate ions in predetermined amounts. It was found that the performance of the surface-treated zinc-based plated metal material was good. Furthermore, the present inventors investigated the surface state of the surface-treated zinc-based plated metal material thus obtained, and also investigated appropriate manufacturing conditions. In addition, the performance of the surface-treated zinc-based plated metal material in which a resin coating was provided on the surface-treated zinc-based plated metal material that had undergone the above electrolysis was investigated. This invention is made | formed based on the said knowledge and investigation.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments.
第1の本発明は、亜鉛系めっき層(1)の上に第1の被膜(2)を備える、表面処理亜鉛系めっき金属材(10)であって、第1の被膜(2)は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに、金属状態の亜鉛を含有し、金属状態の亜鉛は、第1の被膜(2)の、亜鉛系めっき層(1)との界面側に濃化しており、複合酸化物を構成する亜鉛は、第1の被膜(2)の、亜鉛系めっき層(1)との界面側に濃化しており、複合酸化物を構成するアルミニウムは、第1の被膜(2)の表面側に濃化していることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材(10)により、上記課題を解決する。 The first aspect of the present invention is a surface-treated zinc-based plated metal material (10) provided with a first coating (2) on a zinc-based plating layer (1), wherein the first coating (2) is: It is mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum and magnesium, and contains zinc in the metallic state. The metallic zinc is on the interface side of the first coating (2) with the zinc-based plating layer (1). The zinc constituting the composite oxide is concentrated on the interface side of the first coating (2) with the zinc-based plating layer (1), and the aluminum constituting the composite oxide is The above-mentioned problem is solved by the surface-treated zinc-based plated metal material (10) characterized by being concentrated on the surface side of the first coating (2).
ここで、第1の本発明にかかる亜鉛系めっき層(1)の具体例としては、電気亜鉛系めっき鋼材や溶融亜鉛系めっき鋼材に備えられる亜鉛めっき層のほか、電気亜鉛系合金めっき鋼材や溶融亜鉛系合金めっき鋼材に備えられる亜鉛系合金めっき層等を挙げることができる。電気亜鉛系合金めっき鋼材の亜鉛系合金めっき層における、亜鉛以外のめっき成分の具体例としては、Ni、Fe、Co、Sn及びこれらの組合せ等を挙げることができる。また、溶融亜鉛系合金めっき鋼材の亜鉛系合金めっき層における、亜鉛以外のめっき成分の具体例としては、Al、Fe、Mg、Si及びこれらの組合せ等を挙げることができる。加えて、上記溶融亜鉛系合金めっき鋼材の具体例としては、溶融55%Al−亜鉛合金めっき鋼材、合金化溶融亜鉛めっき鋼材等を挙げることができる。さらに、「第1の被膜(2)の表面」とは、表面処理亜鉛系めっき金属材(10)の、第1の被膜(2)側の表面を意味する。 Here, as a specific example of the zinc-based plating layer (1) according to the first aspect of the present invention, in addition to the zinc plating layer provided in the electrogalvanized steel material and the hot dip galvanized steel material, Examples thereof include a zinc-based alloy plating layer provided on a hot-dip zinc-based alloy-plated steel material. Specific examples of plating components other than zinc in the zinc-based alloy plating layer of the electrogalvanized alloy-plated steel material include Ni, Fe, Co, Sn, and combinations thereof. Specific examples of plating components other than zinc in the zinc-based alloy plating layer of the hot-dip zinc-based alloy-plated steel material include Al, Fe, Mg, Si, and combinations thereof. In addition, specific examples of the hot-dip galvanized alloy-plated steel material include a molten 55% Al-zinc alloy-plated steel material and an alloyed hot-dip galvanized steel material. Furthermore, the “surface of the first coating (2)” means the surface of the surface-treated zinc-based plating metal material (10) on the first coating (2) side.
第2の本発明は、亜鉛系めっき層(1)の上に第1の被膜(2)を備え、第1の被膜(2)の上に樹脂被膜(3)を備える、表面処理亜鉛系めっき金属材(20)であって、第1の被膜(2)は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに、金属状態の亜鉛を含有し、金属状態の亜鉛は、第1の被膜(2)の、亜鉛系めっき層(1)との界面側に濃化しており、複合酸化物を構成する亜鉛は、第1の被膜(2)の、亜鉛系めっき層(1)との界面側に濃化しており、複合酸化物を構成するアルミニウムは、第1の被膜(1)の、樹脂被膜(3)との界面側に濃化していることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材(20)により、上記課題を解決する。 The second present invention is a surface-treated zinc-based plating comprising a first coating (2) on a zinc-based plating layer (1) and a resin coating (3) on the first coating (2). It is a metal material (20), and the first coating (2) is mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum and magnesium and contains metallic zinc. The coating (2) is concentrated on the interface side with the zinc-based plating layer (1), and the zinc constituting the composite oxide is the same as the zinc-based plating layer (1) of the first coating (2). The surface-treated zinc is characterized in that the aluminum constituting the composite oxide is concentrated on the interface side between the first coating (1) and the resin coating (3). The above-mentioned problem is solved by the system plating metal material (20).
ここで、第2の本発明にかかる亜鉛系めっき層(1)の具体例としては、上記第1の本発明にかかる亜鉛系めっき層と同様のものを挙げることができる。さらに、第2の本発明にかかる樹脂被膜(3)の具体例としては、ウレタン系樹脂被膜、アクリル系樹脂被膜、熱硬化性エポキシ樹脂被膜等を挙げることができる。 Here, as a specific example of the zinc-based plating layer (1) according to the second aspect of the present invention, the same zinc-based plating layer according to the first aspect of the present invention can be exemplified. Furthermore, specific examples of the resin film (3) according to the second invention include a urethane resin film, an acrylic resin film, a thermosetting epoxy resin film, and the like.
上記第1又は第2の本発明において、第1の被膜の厚さは、50nm以上500nm以下であることが好ましい。 In the first or second aspect of the invention, the thickness of the first coating is preferably 50 nm or more and 500 nm or less.
第3の本発明は、0.05mol/L以上0.15mol/L以下の亜鉛イオンと、0.05mol/L以上0.30mol/L以下のアルミニウムイオンと、0.05mol/L以上0.15mol/L以下のマグネシウムイオンと、0.05mol/L以上0.30mol/L以下の硝酸イオンと、を含有するとともに、pHが1.0〜4.0である水溶液中で、亜鉛系めっき金属材を陰極として電気分解することにより、該亜鉛系めっき金属材に、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに金属状態の亜鉛を含有する第1の被膜(2)、を形成する電気分解工程(以下、「電解工程」ということがある。)、を備えることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材(10)の製造方法により、上記課題を解決する。 3rd this invention is 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less zinc ion, 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less aluminum ion, and 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less. / L or less magnesium ions and 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less nitrate ions, and in an aqueous solution having a pH of 1.0 to 4.0, a zinc-based plated metal material Is used as a cathode to form a first coating (2) mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum and magnesium and containing zinc in a metallic state on the zinc-based plated metal material. An electrolysis process (hereinafter, also referred to as “electrolysis process”), characterized in that the above problem is achieved by a method for producing a surface-treated zinc-based plated metal material (10). Resolve.
ここで、第3の本発明にかかる亜鉛系めっき金属材は、従来からクロメート処理が行われている金属材であれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、電気亜鉛系めっき鋼材や溶融亜鉛系めっき鋼材等の亜鉛系めっき鋼材のほか、電気亜鉛系合金めっき鋼材や溶融亜鉛系合金めっき鋼材等の亜鉛系合金めっき鋼材等を挙げることができる。 Here, the zinc-based plated metal material according to the third aspect of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal material that has been conventionally subjected to chromate treatment. In addition to zinc-based plated steel materials such as hot-dip galvanized steel materials, zinc-based alloy-plated steel materials such as electrogalvanized alloy-plated steel materials and hot-dip zinc-based alloy plated steel materials.
第4の本発明は、0.05mol/L以上0.15mol/L以下の亜鉛イオンと、0.05mol/L以上0.30mol/L以下のアルミニウムイオンと、0.05mol/L以上0.15mol/L以下のマグネシウムイオンと、0.05mol/L以上0.30mol/L以下の硝酸イオンと、を含有するとともに、pHが1.0〜4.0である水溶液中で、亜鉛系めっき金属材を陰極として電気分解することにより、該亜鉛系めっき金属材に、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに金属状態の亜鉛を含有する第1の被膜(2)、を形成する電解工程と、電解工程後に、第1の被膜(2)の上に樹脂被膜(3)を設ける樹脂被膜形成工程と、を備えることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材(20)の製造方法により、上記課題を解決する。 4th this invention is 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less zinc ion, 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less aluminum ion, and 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less. / L or less magnesium ions and 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less nitrate ions, and in an aqueous solution having a pH of 1.0 to 4.0, a zinc-based plated metal material Is used as a cathode to form a first coating (2) mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum and magnesium and containing zinc in a metallic state on the zinc-based plated metal material. A surface-treated zinc-based plated metal comprising: an electrolysis process; and a resin film formation process in which a resin film (3) is provided on the first film (2) after the electrolysis process. The production method of (20), to solve the above problems.
ここで、第4の本発明にかかる亜鉛系めっき金属材の具体例は、従来からクロメート処理が行われている金属材であれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、上記第3の本発明にかかる亜鉛系めっき金属材と同様のものを挙げることができる。さらに、本発明にかかる樹脂被膜の具体例としては、ウレタン系樹脂被膜、アクリル系樹脂被膜、熱硬化性エポキシ樹脂被膜等を挙げることができる。 Here, the specific example of the zinc-based plated metal material according to the fourth aspect of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal material that has been conventionally subjected to chromate treatment. The same thing as the zinc plating metal material concerning 3 of this invention can be mentioned. Furthermore, specific examples of the resin coating according to the present invention include a urethane resin coating, an acrylic resin coating, a thermosetting epoxy resin coating, and the like.
第1の本発明によれば、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物、及び、金属状態の亜鉛を含有する第1の被膜が、亜鉛系めっき層の上に備えられているので、優れた耐食性に加え、優れた耐指紋性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the first coating containing the composite oxide of zinc, aluminum, and magnesium and zinc in a metallic state is provided on the zinc-based plating layer, so that it is excellent. A surface-treated zinc-based plated metal material having excellent fingerprint resistance in addition to corrosion resistance can be provided.
第2の本発明によれば、第1の被膜の上に、樹脂被膜が備えられているので、表面処理亜鉛系めっき金属材の耐指紋性をより一層向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the resin film is provided on the first film, the fingerprint resistance of the surface-treated zinc-based plated metal material can be further improved.
また、第1又は第2の本発明において、第1の被膜の厚さが50nm以上500nm以下であれば、耐食性及び耐指紋性を向上させつつ電気伝導性の低下を抑制することが可能な、表面処理亜鉛系めっき金属材を提供できる。 In the first or second aspect of the present invention, if the thickness of the first film is 50 nm or more and 500 nm or less, it is possible to suppress a decrease in electrical conductivity while improving corrosion resistance and fingerprint resistance. A surface-treated zinc-based plated metal material can be provided.
第3の本発明によれば、電解工程により、亜鉛系めっき金属材の表面に、第1の被膜を形成させることができる。したがって、優れた耐食性に加え、優れた耐指紋性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法を提供できる。 According to the third aspect of the present invention, the first coating can be formed on the surface of the zinc-based plated metal material by the electrolysis process. Therefore, it is possible to provide a method for producing a surface-treated zinc-based plated metal material having excellent fingerprint resistance in addition to excellent corrosion resistance.
第4の本発明によれば、電解工程後の樹脂被膜形成工程により、第1の被膜の上に樹脂被膜を形成することができる。そのため、優れた耐食性及び耐指紋性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法を提供できる。 According to the fourth aspect of the present invention, the resin film can be formed on the first film by the resin film forming step after the electrolysis step. Therefore, a method for producing a surface-treated zinc-based plated metal material having excellent corrosion resistance and fingerprint resistance can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, embodiment shown below is an illustration and this invention is not limited to the following embodiment.
1.表面処理亜鉛系めっき金属材
第1実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材の断面図を図1(a)に、第2実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材の断面図を図1(b)に、それぞれ概略的に示す。
1. 1A is a cross-sectional view of the surface-treated zinc-based plated metal material of the present invention according to the first embodiment, and FIG. 1A is a surface-treated zinc-based plated metal material of the present invention according to the second embodiment. Are respectively schematically shown in FIG.
図1(a)に示すように、第1実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材10は、下地金属材5にめっき処理を施すことにより形成される亜鉛系めっき層1と、亜鉛系めっき層1が形成された金属材6に後述する電解処理を施すことにより形成される第1の被膜2と、を備えている。これに対し、図1(b)に示すように、第2実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材20は、下地金属材5にめっき処理を施すことにより形成される亜鉛系めっき層1と、亜鉛系めっき層1が形成された金属材6に後述する電解処理を施すことにより形成される第1の被膜2と、当該第1の被膜2の上に設けられた樹脂被膜3と、を備えている。
As shown in FIG. 1 (a), a surface-treated zinc-based plated
本発明にかかる金属材6の具体例としては、電気亜鉛系めっき鋼材、電気亜鉛系合金めっき鋼材、溶融亜鉛系めっき鋼材、溶融亜鉛系合金めっき鋼材等を挙げることができる。電気亜鉛系合金めっき鋼材における、亜鉛以外のめっき成分の具体例としては、Ni、Fe、Co、Sn及びこれらの組合せ等を挙げることができる。加えて、溶融亜鉛系合金めっき鋼材における、亜鉛以外のめっき成分の具体例としては、Al、Fe、Mg、Si及びこれらの組合せ等を挙げることができる。さらに、本発明にかかる金属材6として、溶融亜鉛系合金めっき鋼材を用いる場合、当該溶融亜鉛系合金めっき鋼材の具体例としては、溶融55%Al−亜鉛合金めっき鋼材や、合金化溶融亜鉛めっき鋼材等を挙げることができる。また、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材10、20の形状は特に限定されず、板状や帯状のほか、これら以外の形状であっても良い。ただし、本発明の製造方法に含まれる電解工程において、電気分解を高電流密度の電流を用いて行いやすくするとともに、金属材の連続製造を容易にする等の観点からは、板状又は帯状とすることが好ましい。
Specific examples of the
本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材10、20に備えられる第1の被膜2、及び、樹脂被膜3について、以下に説明する。
The
1.1.第1の被膜2
本発明にかかる第1の被膜2は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とし、金属状態の亜鉛をさらに備える。この金属状態の亜鉛は、第1の被膜2の、亜鉛系めっき層1との界面側に濃化している。第1の被膜2に金属状態の亜鉛が備えられる構成とすることで、比較的高電流密度(例えば、20A/dm2以上等)であっても電気分解反応が進行し、均一な第1の被膜2を形成させることが可能になると考えられる。加えて、上記複合酸化物を構成する亜鉛は、第1の被膜2の、亜鉛系めっき層1との界面側に濃化している一方、上記複合酸化物を構成するアルミニウムは、第1の被膜2の表面側に濃化している。このような構造の第1の被膜2を備える表面処理亜鉛系めっき金属材10、20は、後述するように、優れた耐食性を示す。また、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材10、20は、第1の被膜2の上に樹脂被膜3が形成されていなくても、優れた耐指紋性を有している。
1.1.
The
本発明において、第1の被膜2の厚さは、薄すぎると耐食性が不利になるため、50nm以上とすることが好ましい。第1の被膜2の上に樹脂被膜3が備えられない場合には、150nm以上とすることが好ましい。一方、第1の被膜2が厚すぎると亜鉛系めっき層1と第1の被膜2との密着性が低下する虞があるほか、表面処理亜鉛系めっき金属材10、20の電気伝導性が低下する虞があるため、第1の被膜2の上に樹脂被膜3が備えられない場合には、500nm以下の厚さとすることが好ましい。好ましくは、400nm以下である。樹脂被膜3が備えられる場合、第1の被膜2の厚さは150nm以上350nm以下とすることが好ましい。
In the present invention, if the thickness of the
1.2.樹脂被膜3
樹脂被膜3は、耐食性、耐指紋性、及び、摺動性等についてより高い性能が必要とされる場合等に、必要に応じて、第1の被膜2の上に設けることができる。以下、いくつかの用途に応じ好ましい形態を説明する。
1.2. Resin coating 3
The resin coating 3 can be provided on the
家電機器の筐体向け表面処理鋼板には、耐食性として、通常、例えば塩水噴霧試験で72〜120時間の試験後も白錆がほとんど発生しないこと等が要求されるので、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材20が当該表面処理鋼板として用いられる場合には、第1の被膜2の上に、0.5〜2μm程度の厚さを有する樹脂被膜3を設けることが好ましい。また、アブレージョン(鋼板同士のこすり合わせによる黒ずみ)の抑制が強く要求される場合は、樹脂としてウレタン系樹脂またはアクリル系樹脂を用いるのが好ましく、また、表面処理鋼板に要求される成形性に応じて、有機被膜中にワックス等の固形潤滑剤を含有させても良い。
Since the surface-treated steel sheet for housing of home appliances is usually required to have almost no white rust after the test for 72 to 120 hours in a salt spray test, for example, as corrosion resistance, the surface treatment according to the present invention. When the zinc-based plated
一方、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材20が、自動車用燃料タンク向け表面処理鋼板として用いられる場合には、タンク内面に相当する面に設けられる好ましい樹脂被膜として、熱硬化性ウレタン系樹脂被膜や熱硬化性エポキシ系樹脂被膜等を例示することができる。
On the other hand, when the surface-treated zinc-based plated
第2実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材20は、例えば、家電機器の筐体向け、あるいは、自動車用燃料タンク向け等の用途において、後述の実施例のように、従来の通常のクロメート処理品と同等以上の性能を示す。
The surface-treated zinc-based plated
2.表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法
本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法について説明するに先立ち、まず、第1の被膜2を形成するための電気分解反応として想定される機構について説明する。
2. Manufacturing method of surface-treated zinc-based plated metal material Prior to describing the manufacturing method of the surface-treated zinc-based plated metal material of the present invention, first, regarding the mechanism assumed as an electrolysis reaction for forming the
2.1.被膜形成機構
亜鉛イオンを含有する酸性水溶液中において、金属材を陰極として電気分解すると、以下に示す反応式(1)にかかる反応に基づき、金属亜鉛が析出する。
Zn2+ + 2e− → Zn (1)
2.1. Film Formation Mechanism In an acidic aqueous solution containing zinc ions, when electrolysis is performed using a metal material as a cathode, metal zinc is deposited based on the reaction according to the following reaction formula (1).
Zn 2+ + 2e − → Zn (1)
ここに、上記水溶液中に、硝酸イオンが共存すると、以下に示す反応式(2)にかかる反応が同時に起こり、当該反応により生成される水酸化物イオンによって、金属亜鉛Znが析出しようとしている界面のpHが大きく上昇する。
NO3 − + H2O + 2e− → NO2 − + 2OH− (2)
Here, when nitrate ions coexist in the aqueous solution, a reaction according to the following reaction formula (2) occurs simultaneously, and an interface where metal zinc Zn is about to precipitate by hydroxide ions generated by the reaction. The pH of the water increases greatly.
NO 3 − + H 2 O + 2e − → NO 2 − + 2OH − (2)
その結果、亜鉛イオンを含有する酸性水溶液中に硝酸イオンが共存すると、以下に示す反応式(3)にかかる酸化亜鉛(あるいは脱水前の水酸化亜鉛)の形成反応が生じやすくなる。
Zn2+ + 2OH− → Zn(OH)2 (→ ZnO+H2O) (3)
As a result, when nitrate ions coexist in an acidic aqueous solution containing zinc ions, the formation reaction of zinc oxide (or zinc hydroxide before dehydration) according to the following reaction formula (3) is likely to occur.
Zn 2+ + 2OH − → Zn (OH) 2 (→ ZnO + H 2 O) (3)
ここで、亜鉛イオン及び硝酸イオンを含有する水溶液中に、さらにアルミニウムイオン及びマグネシウムイオンが含まれると、上記反応式(3)の反応により金属材の表面に酸化亜鉛が形成される際に、アルミニウム及びマグネシウムが酸化物状態で取り込まれる。これにより、金属材表面には、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムの複合酸化物を主体とする第1の被膜2が形成されると考えられる。
Here, when aluminum ions and magnesium ions are further contained in the aqueous solution containing zinc ions and nitrate ions, aluminum is formed when zinc oxide is formed on the surface of the metal material by the reaction of the above reaction formula (3). And magnesium is incorporated in the oxide state. Thereby, it is considered that the
なお、電気分解(以下、「電解」ということがある。)の初期には、上記反応式(1)の金属亜鉛析出反応と、上記反応式(2)、(3)にかかる酸化物形成反応と、が同時に生じていると考えられ、電解が進行するにしたがって上記反応式(2)、(3)にかかる反応が優勢になると考えられる。その結果、金属状態の亜鉛が亜鉛系めっき層1との界面側に濃化し、酸化物状態のAlが表面側に濃化した形態の第1の被膜2が形成されると考えられる。
In addition, at the initial stage of electrolysis (hereinafter sometimes referred to as “electrolysis”), the metal zinc precipitation reaction of the above reaction formula (1) and the oxide formation reaction according to the above reaction formulas (2) and (3). Are considered to occur simultaneously, and it is considered that the reactions according to the reaction formulas (2) and (3) become dominant as the electrolysis progresses. As a result, it is considered that the
2.2.水溶液
第1の被膜2を形成させる電解工程で用いられる水溶液(以下、「電解液」という。)について説明する。
電解液は、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、マグネシウムイオン及び硝酸イオンを含有する。電解液中の亜鉛イオン濃度が低すぎると、電解液と金属材6との界面への亜鉛イオンの供給が不足して、金属材6の表面に上記第1の被膜2が形成され難くなる一方、当該亜鉛イオン濃度が高すぎると、上記反応式(1)にかかる金属亜鉛析出反応が優勢になるため、金属材6の表面に上記第1の被膜2が形成され難くなる。したがって、金属材6の表面に第1の被膜2を適度に形成させることで優れた耐食性を有する表面処理金属材10、20を得るという観点から、本発明にかかる電解液中の亜鉛イオン濃度は、0.05mol/L以上とする。また、同様の観点から、当該亜鉛イオン濃度は、0.15mol/L以下とする。より好ましくは、0.08mol/L以上0.12mol/L以下である。
2.2. Aqueous Solution An aqueous solution (hereinafter referred to as “electrolytic solution”) used in the electrolysis process for forming the
The electrolytic solution contains zinc ions, aluminum ions, magnesium ions and nitrate ions. When the zinc ion concentration in the electrolytic solution is too low, supply of zinc ions to the interface between the electrolytic solution and the
電解液中のアルミニウムイオンの濃度は、低すぎると外観美麗な明度を有する表面処理亜鉛系めっき金属材10、20が得られないので、0.05mol/L以上とする。好ましくは0.08mol/L以上である。一方、当該濃度が高すぎると得られる表面処理亜鉛系めっき金属材10の耐食性が低下するので、0.30mol/L以下とする。好ましくは0.12mol/L以下である。
If the concentration of aluminum ions in the electrolytic solution is too low, the surface-treated zinc-based plated
電解液中のマグネシウムイオンの濃度は、良好な耐食性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材10、20とする等の観点から、0.05mol/L以上とする。好ましくは0.08mol/L以上である。一方、当該濃度が高すぎるとコスト的に不利なので、0.15mol/L以下とする。好ましくは0.12mol/L以下である。
The concentration of magnesium ions in the electrolytic solution is set to 0.05 mol / L or more from the viewpoint of setting the surface-treated zinc-based plated
電解液中の硝酸イオンは、上記反応(2)によって金属材6の表面近傍の電解液のpHを上昇させ、上記反応(3)による酸化物形成反応を生じさせやすくする。硝酸イオン濃度が低すぎると、上記反応(2)によるpH上昇が不十分になると考えられるので、0.05mol/L以上とする。好ましくは0.08mol/L以上である。一方、必要以上にpHが上昇して金属析出が起り難くなるのを防ぐため、電解液中に含有させる硝酸イオン濃度は、0.30mol/L以下とする。好ましくは0.12mol/L以下である。
The nitrate ions in the electrolytic solution increase the pH of the electrolytic solution in the vicinity of the surface of the
本発明にかかる電解液のpHは、酸化物が析出するのに必要十分なpHに上昇させるため、1.0以上とする。好ましくは2.0以上である。一方、必要以上にpHが上昇して金属析出が起らない事態を防ぐため、当該pHは4.0以下とする。好ましくは3.0以下である。 The pH of the electrolytic solution according to the present invention is set to 1.0 or more in order to increase the pH to a level necessary and sufficient for the oxide to precipitate. Preferably it is 2.0 or more. On the other hand, in order to prevent a situation where the pH rises more than necessary and no metal deposition occurs, the pH is set to 4.0 or less. Preferably it is 3.0 or less.
このような電解液は、例えば、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムの硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等、および、金属の亜鉛、アルミニウム、マグネシウムを用いて、各イオン濃度及びpHが上記範囲内となるように配合することで、得ることができる。後述の実施例で示すような、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムの硝酸塩及び硫酸塩を用いて配合した電解液は、pHが概ね2.0〜3.0の範囲内となり、また、硫酸マグネシウムの緩衝作用によって長時間製造(電解)する場合であってもpHの変動を抑制可能という長所を有する。電解液のpHの調整は、硫酸や水酸化ナトリウム等、他の適切な酸、アルカリを添加して行ってもよい。また、長時間製造時の電解液の成分補給も、上記塩又は金属の形で供給することが可能である。 Such an electrolyte uses, for example, zinc, aluminum, magnesium nitrate, sulfate, carbonate, etc., and metal zinc, aluminum, magnesium, etc., so that each ion concentration and pH are within the above range. It can be obtained by blending. As shown in the examples below, the electrolyte solution formulated using zinc, aluminum, magnesium nitrate and sulfate has a pH in the range of approximately 2.0 to 3.0, and the buffering action of magnesium sulfate. Therefore, even if it is manufactured (electrolyzed) for a long time, it has an advantage that it is possible to suppress fluctuations in pH. The pH of the electrolytic solution may be adjusted by adding other appropriate acid or alkali such as sulfuric acid or sodium hydroxide. In addition, the replenishment of the electrolyte solution during long-time production can also be supplied in the form of the salt or metal.
さらに、本発明では、電気分解反応を容易に進行させる等の観点から、電解液の温度は40℃以上とすることが好ましい。また、電解液の蒸発を防ぐ等の観点から、電解液の温度は80℃以下とすることが好ましい。また、実用上、温度を安定させやすいという観点からも、40℃以上80℃以下の温度範囲とすることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the temperature of the electrolytic solution is preferably set to 40 ° C. or higher from the viewpoint of easily allowing the electrolysis reaction to proceed. Moreover, it is preferable that the temperature of electrolyte solution shall be 80 degrees C or less from a viewpoint of preventing evaporation of electrolyte solution. Moreover, it is preferable to set it as the temperature range of 40 degreeC or more and 80 degrees C or less also from a viewpoint that it is easy to stabilize temperature practically.
本発明にかかる電解液には、上述したイオンのほか、本発明により得られる表面処理亜鉛系めっき金属材10、20の耐食性等に悪影響を及ぼさない範囲で、他の成分が含まれていても良い。他の成分の具体例としては、硫酸イオンや炭酸イオン等を挙げることができ、さらに、例えば金属材6の成分に起因して混入すると考えられる成分(例えば、金属材6が鋼材やめっき材の場合にはFeやNi等)や、その他の目的で添加される成分等(例えば、V、Zr、Ti、Si等の酸化物微粒子やこれらの金属元素を含むイオン等)、を挙げることができる。なお、本発明は、クロム等、環境に悪影響を及ぼす物質を含まない処理液を用いて優れた耐食性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材10、20を得ることを目的の一つとしているため、電解液中には、極力、クロムが含まれないことが好ましく、鉛、カドミウム、水銀等も、極力含まれないことが好ましい。
In addition to the above-mentioned ions, the electrolytic solution according to the present invention may contain other components as long as the corrosion resistance of the surface-treated zinc-based plated
2.3.電気分解の条件
本発明にかかる電気分解を行う際に用いることができる電流の種類は、特に限定されない。使用可能な電流としては、直流電流、パルス電流等を挙げることができる。ここに、直流電流を用いて本発明にかかる電気分解を行う場合には、第1の被膜2を金属材6の表面に均一に形成させるという観点から、その電流密度は0.1A/dm2以下とすることが好ましい。
2.3. Conditions for electrolysis The type of electric current that can be used when performing electrolysis according to the present invention is not particularly limited. Examples of the current that can be used include a direct current and a pulse current. Here, when electrolysis according to the present invention is performed using a direct current, the current density is 0.1 A / dm 2 from the viewpoint of uniformly forming the
一方、パルス電流を用いて電気分解を行うことで、例えば20A/dm2以上等の高電流密度の電流を用いて電気分解を行った場合でも、マグネシウムイオン及びアルミニウムイオン等を含有する第1の被膜2を、金属材6の表面に均一に形成させることが可能になる。ここに、上記第1の被膜2を金属材6の表面に均一に形成させるという観点から、パルス電流におけるパルス波形の周波数は0.1Hz以上であることが好ましい。また、耐食性に有効な緻密な第1の被膜2を成膜させるという観点から、同周波数は0.6Hz以下であることが好ましい。さらに、消費したイオンを供給するのに必要な電解OFF時間を与えるという観点から、上記パルス波形のデューティー比は、0.5以下であることが好ましい。
On the other hand, by performing electrolysis using a pulse current, even when electrolysis is performed using a current having a high current density such as 20 A / dm 2 or more, the first containing magnesium ions, aluminum ions, and the like The
加えて、金属材6の表面に、耐食性を向上させ得る厚さの第1の被膜2を形成させるという観点から、本発明にかかる電気分解を行う際の通電量は、10C/dm2以上であることが好ましい。一方、金属材6の表面に良好な密着性を有する第1の被膜2を形成させて優れた耐食性を有する表面処理亜鉛系めっき金属材10、20を得るという観点から、上記通電量は500C/dm2以下であることが好ましい。より好ましい通電量は、100〜300C/dm2である。
In addition, from the viewpoint of forming the
上記条件を満たす電解液を用いて電気分解を行う場合、電解液の流動条件やその他の電解条件にもよるが、後述するフローセルで電解する場合には、通電量を500C/dm2とすることで、金属材6の表面に、400nm程度、ビーカーセルで電解する場合には、バラツキが大きいが最大で500nm、の厚さを有する上記第1の被膜2が形成される。しかし、いずれの場合も、通電量が大きすぎると亜鉛めっき層1と第1の被膜層2との密着性が低下する虞があるので、上述のように、通電量は500C/dm2以下とするのが好ましい。なお、ばらつきの問題はあるが、ビーカーセルで電解する方が、フローセルを用いて高流動条件下で電解するよりも、電解効率の観点からは、優れている。
When electrolysis is performed using an electrolytic solution that satisfies the above conditions, the amount of current applied should be 500 C / dm 2 when electrolyzing with a flow cell, which will be described later, depending on the flow conditions of the electrolytic solution and other electrolytic conditions. Thus, when electrolysis is performed on the surface of the
2.3.その他の製造方法
電気亜鉛系めっき鋼帯に第1の被膜を設ける場合の、好ましい製造方法の一例として、鋼帯の連続電気めっきラインにおいて、上流側の電解槽(めっき槽)で当該鋼帯に亜鉛系めっき層を形成した後、引き続き、下流側の電解槽(めっき槽)で、当該亜鉛系めっき層の上に第1の被膜を形成する方法等を挙げることができる。当該第1の被膜の上に、さらに樹脂被膜を形成させる場合には、第1の被膜形成後に水洗、乾燥し、その後、第1の被膜の上に樹脂被膜を形成すれば良い。なお、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法が採り得る製造方法は、これに限定されるものではない。亜鉛系めっき、第1の被膜形成(電気分解)、及び、樹脂被膜形成を、1つのライン、設備で行う必要はなく、めっき処理、第1の被膜形成処理、樹脂被膜形成処理がそれぞれ異なる設備で行われる形態であっても良い。
2.3. Other Manufacturing Methods As an example of a preferable manufacturing method when the first coating is provided on the electrogalvanized steel strip, in the continuous electroplating line of the steel strip, the steel strip is applied to the steel strip in the upstream electrolytic bath (plating bath). After forming a zinc-type plating layer, the method etc. which form a 1st film on the said zinc-type plating layer in the electrolytic bath (plating tank) of a downstream side continuously can be mentioned. In the case where a resin film is further formed on the first film, the resin film may be formed by washing with water and drying after the first film is formed, and then forming the resin film on the first film. In addition, the manufacturing method which the manufacturing method of the surface treatment zinc-based plating metal material concerning this invention can take is not limited to this. Zinc-based plating, first film formation (electrolysis), and resin film formation need not be performed in one line and equipment, and the plating process, the first film formation process, and the resin film formation process are different from each other. It may be a form performed in
3.用途
本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材10、20の好ましい用途の一部を、以下に例示する。
第1実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材10は、リン酸塩処理性が良好という特徴を有するので、例えば、自動車のボディ、部品や家電製品等、塗装下地処理としてリン酸塩処理が施される用途に使用することができる。第1実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材10がリン酸塩処理性に優れるのは、第1の被膜2が、リン酸塩処理液中で比較的容易に溶解するためであると考えられる。
3. Applications Some examples of preferable applications of the surface-treated zinc-based plated
Since the surface-treated zinc-based plated
一方、第2実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材20は、上述のように、家電製品用途に使用することができる。なお、本発明にかかる第1の被膜2は、それ自体、指紋付着による変色が小さい。そのため、要求される耐食性のレベル等によっては、第1実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材10も、家電製品等への適用が可能であり、例えば、モーターケース等へ適用することも可能である。また、第2実施形態にかかる本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材20は、劣化ガソリン内での耐食性に優れるという特徴を有するので、例えば、自動車用燃料タンク用材料としても有用である。
On the other hand, the surface-treated zinc-based plated
<実施例1>
1)第1実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材の作製
めっき付着量20g/m2の電気亜鉛めっき鋼板を陰極として、電解液を流動させることが可能な電解装置(以下、「フローセル」という。)を用いて電気分解を行った(以下、本発明例においてこの材料を「電解処理品」という。)。なお、電気分解の陰極として用いた電気亜鉛めっき鋼板の通電面の大きさは、100mm×100mmとした。フローセルの上面図及び側面図を、図2(a)及び(b)に示す。図2において、電解槽50内の電解液53は、ポンプ54によって流れを付与されており、陰極51及び陽極52は、パルス電源55に接続されている。なお、図2(a)及び(b)における矢印は、電解液53の流れの方向を表している。
本実施例では、硝酸亜鉛6水和物を30g/L、硫酸アルミニウム12水和物を15g/L、及び、硫酸マグネシウム7水和物を25g/L含有する水溶液を、電解液として使用した。電解液の温度は60℃、pHは2.5とした。ここで、上記電解液における亜鉛イオン濃度は0.06mol/L、アルミニウムイオン濃度は0.05mol/L、マグネシウムイオン濃度は0.11mol/L、硝酸イオン濃度は0.12mol/Lであった。
さらに、陰極−陽極間における電解液の流速は0.5m/sとするとともに、電気分解には、周波数0.2Hz、デューティー比0.2、及び、通電時の電流密度が10A/dm2のパルス電流を用い、その通電量は192C/dm2とした。
<Example 1>
1) Production of surface-treated zinc-based plated metal material according to the first embodiment An electrolysis apparatus (hereinafter referred to as “flow cell”) capable of flowing an electrolytic solution using an electrogalvanized steel sheet having a plating adhesion of 20 g / m 2 as a cathode (Hereinafter, this material is referred to as “electrolytically treated product” in the examples of the present invention). In addition, the magnitude | size of the electricity supply surface of the electrogalvanized steel plate used as the cathode of electrolysis was 100 mm x 100 mm. A top view and a side view of the flow cell are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). In FIG. 2, the
In this example, an aqueous solution containing 30 g / L of zinc nitrate hexahydrate, 15 g / L of aluminum sulfate 12 hydrate, and 25 g / L of magnesium sulfate heptahydrate was used as the electrolyte. The temperature of the electrolytic solution was 60 ° C., and the pH was 2.5. Here, the zinc ion concentration in the electrolytic solution was 0.06 mol / L, the aluminum ion concentration was 0.05 mol / L, the magnesium ion concentration was 0.11 mol / L, and the nitrate ion concentration was 0.12 mol / L.
Further, the flow rate of the electrolyte solution between the cathode and the anode is 0.5 m / s, and for electrolysis, the frequency is 0.2 Hz, the duty ratio is 0.2, and the current density during energization is 10 A / dm 2 . A pulse current was used, and the energization amount was 192 C / dm 2 .
2)被膜の分析
このようにして得られた表面処理亜鉛系めっき鋼板の、表面近傍断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したSEM像を、図3に示す。図3において、亜鉛系めっき層31の上に形成された第1の被膜32の厚さは、200nm強(例えば、260nm程度)であった。
次に、図3に示す表面処理亜鉛系めっき鋼板の表面から、X線光電子分光装置(x-ray photoelectron spectrometer(XPS))を用いてArでスパッタリングしながら分析することにより、当該鋼板の深さ方向の元素分析を行った。元素分析結果を図4に、元素分析条件の詳細を以下に、それぞれ示す。
2) Analysis of a film The SEM image which observed the surface vicinity cross section of the surface treatment zinc-plated steel plate obtained in this way with the scanning electron microscope (SEM) is shown in FIG. In FIG. 3, the thickness of the
Next, from the surface of the surface-treated zinc-based plated steel sheet shown in FIG. 3, the depth of the steel sheet is analyzed by sputtering with Ar using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). Directional elemental analysis was performed. The results of elemental analysis are shown in FIG. 4, and details of elemental analysis conditions are shown below.
(XPS元素分析測定条件)
光源 : 単色化したAl−Kα線(1486.6eV)
X線ビーム径 : 100μm×100μm
X線入射方向 : 試料表面の法線方向に対して45°
光電子捕獲方向 : 試料表面の法線方向に対して45°
測定方法 : Arスパッタリングにより表面を削りながらXPSスペクトルを測定
Arスパッタ域 : 1mm×1mm
Arイオン入射方向 : 試料表面の法線方向
表面からの深さ : 膜厚既知のSiO2/Siにてスパッタリング速度を測定し、スパッタ時間を表面からの深さに換算
状態分析法:
・Zn/ZnO=Zn−LMMオージェピーク(結合エネルギー;498eV付近)
・AlO=Al−2pピーク(結合エネルギー;74eV付近)
・MgO=Mg−KLLオージェピーク(結合エネルギー;305eV付近)
・O=O−1sピーク(結合エネルギー;531eV)
これらのピークの面積強度の合計に対する各ピークの強度比から、存在比を算出。
(XPS elemental analysis measurement conditions)
Light source: Monochromatic Al-Kα ray (1486.6 eV)
X-ray beam diameter: 100 μm × 100 μm
X-ray incident direction: 45 ° with respect to the normal direction of the sample surface
Photoelectron capture direction: 45 ° to the normal direction of the sample surface
Measurement method: Measure XPS spectrum while scraping the surface by Ar sputtering Ar sputtering area: 1 mm x 1 mm
Ar ion incident direction: Normal direction of sample surface Depth from surface: Sputtering speed is measured by SiO 2 / Si with known film thickness, and sputtering time is converted to depth from surface State analysis method:
Zn / ZnO = Zn-LMM Auger peak (binding energy; around 498 eV)
・ AlO = Al-2p peak (binding energy; around 74 eV)
MgO = Mg-KLL Auger peak (binding energy; around 305 eV)
O = O-1s peak (binding energy: 531 eV)
The existence ratio is calculated from the intensity ratio of each peak to the total area intensity of these peaks.
図4に示すように、XPS元素分析測定により、亜鉛系めっき層31の上に、厚さ200nm強の酸化物被膜(第1の被膜32)が検出された。第1の被膜32からは、酸化物状態の亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、及び、金属状態の亜鉛のスペクトルが検出された。さらに、第1の被膜32の、亜鉛系めっき層31との界面付近に、金属状態の亜鉛及び酸化物状態の亜鉛が濃化し、酸化物状態のアルミニウムが第1の被膜32の表面側に濃化していた。それぞれの元素の定量は難しいが、図4から、例えば、第1の被膜32に備えられる酸化物状態のマグネシウムは5mg/m2以下であることが推定される。
As shown in FIG. 4, an oxide film (first film 32) having a thickness of 200 nm or more was detected on the zinc-based
3)性能調査
上記条件により得られた表面処理亜鉛系めっき鋼板、及び、電気亜鉛めっき鋼板のクロメート処理材(めっき付着量20g/m2、クロム付着量20mg/m2の市販品。以下、本実施例において単に「クロメート品」という。)に対して、以下に示す各種性能調査を行い、その性能を比較した。
3) Performance investigation Chromate treatment material of surface-treated zinc-based plated steel sheet and electrogalvanized steel sheet obtained under the above conditions (plated product amount of 20 g / m 2 and chromium deposit amount of 20 mg / m 2 . In the examples, the following various performance investigations were performed on “chromate products”), and the performances were compared.
a)耐食性
JIS B7729「エリクセン試験機」に規定されているエリクセン値が6mmとなるような張り出し加工、を施した供試材の裏面及び端部を、ポリエステルテープによりシールして、試験材とした。その後、当該試験材の表面に、塩水噴霧試験を24時間に亘って行い、試験材表面における白錆発生状況を観察した。耐食性評価は、以下に示す基準に基づいて行った。耐食性の評価結果を、表1に示す。
評価;
◎ : 白錆発生なし
○ : 評価面に占める白錆発生面積の割合が5%未満
△ : 評価面に占める白錆発生面積の割合が5%以上20%未満
× : 評価面に占める白錆発生面積の割合が20%以上
a) Corrosion resistance The back surface and the end of the test material subjected to an overhanging process in which the Erichsen value stipulated in JIS B7729 “Eriksen Test Machine” is 6 mm are sealed with polyester tape to obtain a test material. . Thereafter, a salt spray test was performed on the surface of the test material over 24 hours, and the occurrence of white rust on the surface of the test material was observed. Corrosion resistance evaluation was performed based on the following criteria. Table 1 shows the evaluation results of the corrosion resistance.
Evaluation;
◎: No white rust occurrence ○: Ratio of white rust occurrence area in the evaluation surface is less than 5% △: Ratio of white rust occurrence area in the evaluation surface is 5% or more and less than 20% ×: White rust generation in the evaluation surface Area ratio is 20% or more
b)摺動性
特開2003−136151号公報に記載のピンオンディスク試験法により、処理面に防錆油を塗布した状態で、以下の条件にて摩擦係数を測定した。測定した摩擦係数の値を、表1に示す。なお、一般に、摩擦係数の値が小さい部材ほど、優れた摺動性を有していると判断することができる。
試験条件;
荷重 : 29.4N、 スライダ材質 : SKD鋼、
スライダ形状 : φ5球面、 試験温度 : 60℃、
回転半径 : 10mm、 摺動速度 : 1rpm
試験回転数 : 20回、
摩擦係数 : 1回転毎に12個の測定値から平均値を算出し、20回のうちの最大のものとする。
b) Sliding property The friction coefficient was measured by the pin-on-disk test method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-136151 under the following conditions with rust preventive oil applied to the treated surface. Table 1 shows the measured friction coefficient values. In general, it can be determined that a member having a smaller friction coefficient has superior slidability.
Test conditions;
Load: 29.4N, Slider material: SKD steel,
Slider shape: φ5 spherical surface, test temperature: 60 ° C,
Rotating radius: 10mm, sliding speed: 1rpm
Test rotation speed: 20 times
Friction coefficient: An average value is calculated from 12 measured values per rotation, and is the maximum of 20 times.
c)導電性
冷延鋼板の上に、両面に処理を施した電解処理品及びクロメート品を、冷延鋼板との重なり部分の長さが50mmとなるようにそれぞれ配置し、さらに当該供試材の上に直径0.9mmの黒鉛測定子を荷重2.94Nで押しつけた。そして、黒鉛測定子と冷延鋼板との間の抵抗を、接触電気抵抗計ML−500(ヤマザキ社製)により測定した。導電性の測定結果を表1に示す。
c) Conductivity On the cold-rolled steel sheet, an electrolytically treated product and a chromate product treated on both sides are respectively arranged so that the length of the overlapping portion with the cold-rolled steel plate is 50 mm, and further the test material A graphite measuring element having a diameter of 0.9 mm was pressed onto the substrate with a load of 2.94 N. And the resistance between a graphite measuring element and a cold-rolled steel plate was measured with the contact electric resistance meter ML-500 (made by Yamazaki Corp.). Table 1 shows the measurement results of conductivity.
d)耐指紋性
電解処理品及びクロメート品にワセリンを塗った後、キムワイプでワセリンを拭き取った。そして、スガ試験機製色差計SM−7−IS−2Bを用いて、ワセリン塗布前後の色差(ハンターLab表色系における色差ΔE)を測定した。結果を表1に示す。なお、一般に、色差ΔEの値が小さい部材ほど、優れた耐指紋性を有していると判断することができ、色差ΔEの値は3以下であることが好ましい。
d) Fingerprint resistance After applying petrolatum to the electrolyzed product and chromate product, the petrolatum was wiped off with Kimwipe. And the color difference (color difference (DELTA) E in a Hunter Lab color system) before and after petrolatum application was measured using Suga Test Instruments color difference meter SM-7-IS-2B. The results are shown in Table 1. In general, a member having a smaller color difference ΔE can be determined to have better fingerprint resistance, and the value of the color difference ΔE is preferably 3 or less.
表1より、本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材は、従来のクロメート処理材よりも、優れた耐食性、摺動性、導電性、及び耐指紋性を有していることが確認された。
From Table 1, it was confirmed that the surface-treated zinc-based plated metal material of the present invention has superior corrosion resistance, slidability, conductivity, and fingerprint resistance than conventional chromate treatment materials.
<実施例2>
1)第1実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材の作製
めっき付着量20g/m2の電気亜鉛めっき鋼板を陰極として、フローセルを用いて電気分解を行った。なお、電気分解の陰極として用いた電気亜鉛めっき鋼板の通電面の大きさは、100mm×100mmとした。
本実施例では、硝酸亜鉛6水和物を30g/L含有するとともに、硫酸アルミニウム12水和物(以下、「硫酸Al」という。)を50g/L含有する水溶液に、硫酸マグネシウム7水和物(以下、「硫酸Mg」という。)を適宜添加した水溶液を電解液として使用した。電解液の温度は60℃、pHは2.5とした。ここで、硫酸Mgが添加される前の上記電解液における亜鉛イオン濃度は0.06mol/L、アルミニウムイオン濃度は0.18mol/Lであった。また、上記電解液に硫酸Mgを1g/L添加すると、当該電解液中のマグネシウムイオン濃度が0.004mol/L増加する、という関係が認められる。
さらに、陰極−陽極間における電解液の流速は0.5m/sとするとともに、電気分解には、周波数0.2Hz、デューティー比0.2、及び、通電時の電流密度が40A/dm2のパルス電流を用い、その通電量は192C/dm2とした。
<Example 2>
1) Production of surface-treated zinc-based plated metal material according to the first embodiment Electrolysis was performed using a flow cell with an electrogalvanized steel sheet having a plating adhesion amount of 20 g / m 2 as a cathode. In addition, the magnitude | size of the electricity supply surface of the electrogalvanized steel plate used as the cathode of electrolysis was 100 mm x 100 mm.
In this example, magnesium sulfate hexahydrate was added to an aqueous solution containing 30 g / L of zinc nitrate hexahydrate and 50 g / L of aluminum sulfate 12 hydrate (hereinafter referred to as “Al sulfate”). An aqueous solution appropriately added (hereinafter referred to as “Mg sulfate”) was used as the electrolytic solution. The temperature of the electrolytic solution was 60 ° C., and the pH was 2.5. Here, the zinc ion concentration in the electrolyte before addition of Mg sulfate was 0.06 mol / L, and the aluminum ion concentration was 0.18 mol / L. Moreover, the relationship that the magnesium ion density | concentration in the said electrolyte solution increases 0.004 mol / L when Mg sulfate 1g / L is added to the said electrolyte solution is recognized.
Further, the flow rate of the electrolyte solution between the cathode and the anode is 0.5 m / s, and for electrolysis, the frequency is 0.2 Hz, the duty ratio is 0.2, and the current density during energization is 40 A / dm 2 . A pulse current was used, and the energization amount was 192 C / dm 2 .
2)塩水噴霧試験
上記条件により得られた供試材の裏面及び端面部をポリエステルテープによりシールして試験材とした後、当該試験材の表面に、JIS Z2371「塩水噴霧試験方法」に規定されている塩水噴霧試験を24時間に亘って行い、試験後における上記試験材の腐食減量を下に、試験材の耐食性を評価した。硝酸亜鉛6水和物を30g/L含有するとともに硫酸Alを50g/L含有する水溶液に、硫酸Mgを添加した場合における、SST腐食減量と硫酸Mg添加量との関係を、図5に示す。なお、電気亜鉛めっき鋼板のクロメート処理材(市販品、めっき付着量20g/m2、クロム付着量20mg/m2)を比較材とした。当該比較材の腐食減量を図5に破線で示す。
2) Salt spray test After the back and end surfaces of the test material obtained under the above conditions are sealed with polyester tape to obtain a test material, the surface of the test material is defined in JIS Z2371 “Salt spray test method”. The salt spray test was performed over 24 hours, and the corrosion resistance of the test material was evaluated based on the corrosion weight loss of the test material after the test. FIG. 5 shows the relationship between the SST corrosion weight loss and the Mg sulfate addition amount when Mg sulfate was added to an aqueous solution containing zinc nitrate hexahydrate 30 g / L and 50 g / L Al sulfate. In addition, the chromate processing material (commercial item, plating adhesion amount 20 g / m 2 ,
図5より、硫酸Alを含有する硝酸亜鉛水溶液に硫酸Mgを添加し、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、及び硝酸イオンを含有する水溶液にマグネシウムイオンを含有させると、クロメート処理材よりも、SST腐食減量が大幅に低減した。したがって、本発明の表面処理亜鉛系めっき金属材は、クロメート処理材よりも優れた耐食性を有していることが確認された。 From FIG. 5, when Mg sulfate is added to a zinc nitrate aqueous solution containing Al sulfate and magnesium ions are added to an aqueous solution containing zinc ions, aluminum ions, and nitrate ions, the SST corrosion weight loss is higher than that of the chromate treatment material. Significantly reduced. Therefore, it was confirmed that the surface-treated zinc-based plated metal material of the present invention has better corrosion resistance than the chromate-treated material.
<実施例3>
1)第2実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材の作製
実施例1と同様の条件で、電気亜鉛めっき鋼板を電解処理した後、さらに、第1の被膜の上にウレタン系クリヤー樹脂エマルション液(樹脂固形分に対して、シリカを30%、ポリエチレンワックスを10%含有させたもの)を塗布することにより、厚さ1.5μmの樹脂被膜を形成し、第2実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材(以下、「第2の電解処理品」という。)を作製した。そして、クロメート処理(Cr付着量:10mg/m2)を施した試験材に、上記樹脂被膜を形成することにより、クロメート品を作製した。
<Example 3>
1) Production of surface-treated zinc-based plated metal material according to the second embodiment After electrolytic treatment of the electrogalvanized steel sheet under the same conditions as in Example 1, a urethane-based clear resin emulsion is further formed on the first film. By applying a liquid (containing 30% silica and 10% polyethylene wax with respect to the solid resin content), a resin film having a thickness of 1.5 μm is formed, and the surface treatment according to the second embodiment A zinc-based plated metal material (hereinafter referred to as “second electrolytically treated product”) was produced. And the chromate goods were produced by forming the said resin film in the test material which performed the chromate process (Cr adhesion amount: 10 mg / m < 2 >).
2)性能評価
上記手順により得られた第2の電解処理品(実施例)及びクロメート品(比較例)について、耐食性、摺動性、導電性、及び、耐指紋性を評価した。ここで、摺動性、導電性、及び、耐指紋性の評価方法は、上記実施例1と同様とした。一方、耐食性は、第2の電解処理品及びクロメート品の表面にクロスカットを入れ、240時間に亘って塩水を噴霧する他は上記実施例2と同様の塩水噴霧試験に供し、当該塩水噴霧試験を経た第2の電解処理品とクロメート品とを比較することにより、評価した。図6に、塩水噴霧試験後の、第2の電解処理品及びクロメート品の外観写真を示す。また、図7に、第2の電解処理品及びクロメート品の摺動性評価結果を、図8に、第2の電解処理品及びクロメート品の導電性評価結果を、図9に、第2の電解処理品及びクロメート品の耐指紋性評価結果を、それぞれ示す。
2) Performance evaluation About the 2nd electrolytically processed product (Example) and chromate product (comparative example) obtained by the said procedure, corrosion resistance, sliding property, electroconductivity, and fingerprint resistance were evaluated. Here, the evaluation methods of slidability, conductivity, and fingerprint resistance were the same as in Example 1. On the other hand, the corrosion resistance is the same as the salt spray test in Example 2 except that the surface of the second electrolytically treated product and chromate product is cross-cut and sprayed with salt water for 240 hours. The evaluation was made by comparing the second electrolytically treated product that had undergone the above and the chromate product. In FIG. 6, the external appearance photograph of the 2nd electrolytic treatment goods and chromate goods after a salt spray test is shown. FIG. 7 shows the slidability evaluation result of the second electrolytic treatment product and chromate product, FIG. 8 shows the conductivity evaluation result of the second electrolytic treatment product and chromate product, and FIG. The fingerprint resistance evaluation results of the electrolytically treated product and the chromate product are shown respectively.
図6より、第2の電解処理品(実施例)は、カット部から白錆が発生した程度であったのに対し、比較材のクロメート品(比較例)は、赤錆発生にまで至っていた。すなわち、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材はクロメート品よりも良好な耐食性を有することが確認された。また、図7〜図9より、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材(実施例)は、クロメート品(比較例)と同等以上の摺動性、導電性、及び、耐指紋性を有することが確認された。 From FIG. 6, the second electrolytically treated product (Example) had white rust from the cut portion, whereas the comparative chromate product (Comparative Example) had red rust. That is, it was confirmed that the surface-treated zinc-based plated metal material according to the present invention has better corrosion resistance than the chromate product. 7 to 9, the surface-treated zinc-based plated metal material (Example) according to the present invention has slidability, conductivity, and fingerprint resistance equal to or higher than those of the chromate product (Comparative Example). It was confirmed.
<実施例4>
1)第2実施形態にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材の作製
実施例1と同様の条件で、電気亜鉛めっき鋼板を電解処理した後、第1の被膜の上にウレタン系クリヤー樹脂エマルション液(樹脂固形分に対して、シリカを30%、ポリエチレンワックスを10%含有させたもの)を塗布することにより、厚さ1.5μmの樹脂被膜を形成し、第3の電解処理品を作製した。比較材として、電気亜鉛めっき鋼板にクロメート処理(Cr付着量:50mg/m2)を施した試験材(クロメート品)を作製した。
<Example 4>
1) Preparation of surface-treated zinc-based plated metal material according to second embodiment After electrolytic treatment of an electrogalvanized steel sheet under the same conditions as in Example 1, a urethane-based clear resin emulsion liquid ( A resin film having a thickness of 1.5 μm was formed by applying 30% silica and 10% polyethylene wax) to the resin solid content, thereby producing a third electrolytically treated product. As a comparative material, a test material (chromate product) was prepared by subjecting an electrogalvanized steel sheet to chromate treatment (Cr adhesion amount: 50 mg / m 2 ).
2)性能評価
上記手順により得られた第3の電解処理品(実施例)及びクロメート品(比較例)を、樹脂被膜面(クリアー面)が内面になるように、50mmφ、深さ25mmのカップ状に成形した。さらに、内部に劣化ガソリン模擬液(蟻酸300ppm水溶液3mlとガソリン27mlとを混ぜたもの)を入れて密封し、45℃に保たれた部屋で静置した。720時間静置後における、第3の電解処理品(実施例)及びクロメート品(比較例)の腐食状態を、図10に示す。図10より、電解処理品(実施例)は、クロメート品(比較例)と比較して、赤錆発生が少なかった。したがって、本腐食試験により、劣化ガソリン内においても、本発明にかかる表面処理亜鉛系めっき金属材はクロメート品同等以上の耐食性を有することが確認された。
2) Performance evaluation The third electrolytically treated product (Example) and chromate product (Comparative Example) obtained by the above procedure were cups with a diameter of 50 mm and a depth of 25 mm so that the resin coating surface (clear surface) was the inner surface. Formed into a shape. Further, a deteriorated gasoline simulation liquid (a mixture of 3 ml of a 300 ppm formic acid aqueous solution and 27 ml of gasoline) was sealed and sealed in a room kept at 45 ° C. FIG. 10 shows the corrosion state of the third electrolytically treated product (Example) and the chromate product (Comparative Example) after standing for 720 hours. From FIG. 10, the electrolytically treated product (Example) produced less red rust than the chromate product (Comparative Example). Therefore, it was confirmed by this corrosion test that the surface-treated zinc-based plated metal material according to the present invention has corrosion resistance equivalent to or higher than that of chromate even in deteriorated gasoline.
1 亜鉛系めっき層
2 第1の被膜
3 樹脂被膜
6 金属材
10、20 表面処理亜鉛系めっき金属材
53 電解液(水溶液)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の被膜は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに、金属状態の亜鉛を含有し、
前記金属状態の亜鉛は、前記第1の被膜の、前記亜鉛系めっき層との界面側に濃化しており、
前記複合酸化物を構成する亜鉛は、前記第1の被膜の、前記亜鉛系めっき層との界面側に濃化しており、
前記複合酸化物を構成するアルミニウムは、前記第1の被膜の表面側に濃化していることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材。 A surface-treated zinc-based plating metal material comprising a first coating on a zinc-based plating layer,
The first film is mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum, and magnesium, and contains zinc in a metallic state.
The zinc in the metallic state is concentrated on the interface side with the zinc-based plating layer of the first coating,
Zinc constituting the composite oxide is concentrated on the interface side with the zinc-based plating layer of the first coating,
A surface-treated zinc-based plated metal material, wherein the aluminum constituting the composite oxide is concentrated on the surface side of the first coating.
前記第1の被膜は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムとの複合酸化物を主体とするとともに、金属状態の亜鉛を含有し、
前記金属状態の亜鉛は、前記第1の被膜の、前記亜鉛系めっき層との界面側に濃化しており、
前記複合酸化物を構成する亜鉛は、前記第1の被膜の、前記亜鉛系めっき層との界面側に濃化しており、
前記複合酸化物を構成するアルミニウムは、前記第1の被膜の、前記樹脂被膜との界面側に濃化していることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材。 A surface-treated zinc-based plating metal material comprising a first coating on a zinc-based plating layer and a resin coating on the first coating,
The first film is mainly composed of a composite oxide of zinc, aluminum, and magnesium, and contains zinc in a metallic state.
The zinc in the metallic state is concentrated on the interface side with the zinc-based plating layer of the first coating,
Zinc constituting the composite oxide is concentrated on the interface side with the zinc-based plating layer of the first coating,
A surface-treated zinc-based plated metal material, wherein the aluminum constituting the composite oxide is concentrated on the interface side of the first coating with the resin coating.
前記電気分解工程後に、前記第1の被膜の上に樹脂被膜を設ける樹脂被膜形成工程と、
を備えることを特徴とする、表面処理亜鉛系めっき金属材の製造方法。 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less zinc ion, 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less aluminum ion, 0.05 mol / L or more and 0.15 mol / L or less magnesium ion, And electrolysis using a zinc-based plated metal material as a cathode in an aqueous solution containing 0.05 mol / L or more and 0.30 mol / L or less of nitrate ions and having a pH of 1.0 to 4.0. An electrolysis step of forming a first coating on the zinc-based plating metal material, the main component being a composite oxide of zinc, aluminum, and magnesium and containing zinc in a metallic state;
A resin film forming step of providing a resin film on the first film after the electrolysis step;
A method for producing a surface-treated zinc-based plated metal material, comprising:
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