JPH028397A - 電着塗装性に優れた防錆鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は自動車用車体、家庭用電気製品、建築材料等に
用いられる電着塗装性に優れた防錆鋼板に関するもので
ある。

［従来の技術］ 鋼板の防錆技術としては色々な手段が知られているが、
防錆鋼板の中でもっとも一般的ものであるＺｎ、Ｚｎ合
金めっき鋼板（以下Ｚｎ系めっき鋼板と記す）やＡＩ、
Ａ１合金めつき鋼板（以下Ａ１めっき鋼板と記す）は素
地鋼板に対するめっ包金属の犠牲防食能を利用して防錆
を行うものであり、それぞれの特徴を生かし使用目的に
応じた使い分けが行なわれている。

即ちＺｎ系めっき鋼板については、めっき層表面に燐酸
塩処理を施すと優れた塗装性が得られるという性質を利
用し、塗装を施して美観の要求される自動車や一般家庭
用電気製品の塗装外板等として多く使用されている。

他方Ａｌ系めっき鋼板は塗装性が悪く、耐食性に優れて
いるという利点を十分に生かす場が与えられていない。

これはＡＩめっきでは塗装前処理として不可欠である燐
酸塩処理性（燐酸塩皮膜形成性）が非常に悪い為である
。したがってＡＩ系めっき鋼板に塗装を施す時は塗装前
処理としてクロメート処理を行なっている。しかしクロ
メート処理に際しては有害なりロムイオンを含有する溶
液を使用することが必要であるため、製造環境上好まし
くないという問題があると共に必ずしも十分な塗装性が
得られる訳ではない。更にＡｌ系めっぎ鋼板では電着塗
装を施すに当たって、電圧を上げていくとクレータ−と
呼ばれる塗装むらが発生してくるので、塗装電圧におの
ずと制限が生じ、生産効率の低下をきたす等の問題も有
り、Ａｌ系めっ籾鋼板を用いて製品を製造する際には塗
装性に起因する数多くの問題を有している。

そこでＡ１系めっき鋼板における塗装性を改善する方法
としてＡ１めっき表面にジンクリッチペイントを塗布す
ることが行われている。しかしながらジンクリッチペイ
ントによる塗膜ではＺｎまたはＺｎ合金粉末の含有量が
多いため、プレス加工等の成形加工を行なったときに、
樹脂層がパウダー状に剥離してこれが加工傷の原因とな
る等の問題がある。そこで皮膜中におけるＺｎまたはＺ
ｎ粉末の含有量を低く抑えることも考えられ、これによ
って加工性は良くなるであろうが、皮膜の電気伝導性が
悪くなり電着塗装性が悪くなる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上の様にＡｌ系めっき鋼板は塗装性が悪いので、せっ
かくの優れた耐食性と耐熱性を有しているにもかかわら
ず、無塗装分野、例えば自動車マフラ一部材、一般電気
製品の内板あるいは建材用等のように塗装を施さなくて
も良い箇所に使用されることがほとんどであり、Ｚｎ系
めっき鋼板に比べて用途範囲が限定されている。

上記状況に鑑み本発明においては高耐食性を有し、しか
も電着塗装性および塗膜密着性に優れた防錆鋼板につい
て検討した。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明とは、鋼板上に
Ｃｒを５〜３０重量％含有するＡｌＣｒ合金めっき層が
形成され、クロメート処理層を介しまたは介さずにウレ
タン系樹脂および二酸化珪素を主成分とする皮膜が形成
されていることを要旨とするものであり、中でもウレタ
ン系樹脂および二酸化珪素がシランカップリング剤を介
して複合物質を形成しているものは塗膜密着性がより優
れたものとなる。

［作用コ 以下本発明の完成に至った研究の経緯に沿って説明する
。

かねてより本発明者らは、Ａ１めっき層内体の耐食性を
改善する目的で、Ａｔに種々の合金化元素を添加したＡ
１−合金めつき層を冷延鋼板上に形成し、Ａｔ系めっき
鋼板の耐食性がどの様に変るかを検討していた。

耐食性を評価するための腐食試験は、以下に示す様に塩
水噴露から乾燥までを１サイクル（１サイクル／３０分
）とし、 塩水浸漬（５％ＮａＣ１溶液、３５℃×７．５分）→湿
潤（Ｒ８９５％以上、４０℃×１５分）→乾燥（６０℃
×７．５分） 上述のサイクル腐食試験を１０００回行なった後、冷延
鋼板の腐食による穴あ籾深さを調べた。

その結果合金化元素としてＣｒを用いたＡｌ−Ｃｒ合金
めつき鋼板では穴あき深さが最も小さく耐食性に優れて
いることが分かった。

そこで次にＡｌ−Ｃｒ合金めっき層中のＣｒ含有量を種
々変更して防食性（上記サイクル試験における穴あき深
さ）がどの様に変化するかを調べた。その結果を第１図
に示す。第１図から明らかな様にめっき層中のＣｒ含有
量が５％以上になれば素地鋼板の穴あき深さが顕著に改
善され、３０％を超えると穴あき深さの低減効果が減少
し始め５０％になるとその効果はほとんど認められなく
なる。即ちめっき層中のＣｒは多ければ良いというので
はなく５〜３０％という特定された範囲内に限って優れ
た防食能を顕著に発揮する。

この様な検討成果を踏まえて塗装性の改善についての検
討を開始した。即ちＡｌ−Ｃｒ合金めっ籾層中における
Ｃｒ含有量を５〜３０％にして、塗装前処理となる燐酸
塩処理性について検討を行なった。Ａｌ系めりきの燐酸
塩処理性が悪いことは前述した通りであるが、Ａｌ−Ｃ
ｒ合金めっきに関して調べたところでも第２図のＮｏ、
１〜３に示す様に従来の傾向を確認する様な結果が得ら
れ、該めっき層表面には燐酸塩皮膜がほとんど付着しな
いことが分かった［尚比較のためにＺｎ系（２層）めっ
き鋼板および冷延鋼板を同様に処理したものについても
併記する］。

次いで前記燐酸塩処理を施した各種鋼板にカチオン電着
塗装を行ない、電着塗装電圧と塗膜におけるクレータ−
発生状態の関係を調べた。その結果を同じく第２図に示
す。

第２図から明らかな様に塗装電圧が１９０〜２１０ｖで
クレータ−が発生し始め、塗装後の外観が著しく損われ
ることが分かった。これは純ＡＩめっき鋼板のときと同
様の結果であり、Ａ１−Ｃｒ合金めっき鋼板においても
従来のＡ１めっき鋼板と同様燐酸塩処理性および電着塗
装性が悪いため塗膜密着性不良、外観不良となり塗装用
めっき鋼板としては適していないことが分かった。

そこでＡｌ−Ｃｒ合金めっき鋼板の電着塗装性を改善す
べくさらに鋭意研究を行なったところ、Ａｔ−Ｃｒめっ
き層の上にウレタン系樹脂および二酸化珪素を主成分と
する混合物または複合物質よりなる皮膜層、あるいはウ
レタン系樹脂と二酸化珪素がシランカップリング剤を介
して複合物質となっている皮膜層を形成させると、電着
塗装時のクレータ−が発生しにくくなり電着塗装性が改
善されることが分かった。尚木発明者等はウレタン系樹
脂以外のエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール
系樹脂、その他各種合成樹脂と二酸化珪素について同様
に検討を行なったが、前記ウレタン系樹脂と二酸化珪素
を主成分とする混合物または複合物質よりなる皮膜層を
形成させた場合に限って電着塗装性が顕著に改善され、
且つプレス加工等の成形に際しても塗膜剥離を生じない
といった優れた効果を発揮することが分かった。

ウレタン系樹脂と二酸化珪素を主成分とする皮膜におけ
るウレタン系樹脂とは有機ポリイソシアネートと多価ヒ
ドロキシ化合物および多価アミノ化合物の反応物等が非
限定的に挙げられる。尚用途によっては少量のエポキシ
系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、弗素系樹
脂、ビニル系樹脂、エステル系樹脂等の１種以上が塗装
性および成形性を損わない程度に添加されていても良い
。また上記皮膜の耐食性を改善するために、該皮膜中に
成形加工性およびスポット溶接性を損わない程度の少量
のＺｎ、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金、Ｚｎ−Ａ１
合金、Ｚｎ−Ｍｇ合金。

Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金等のＺｎ系粉末あるいは防錆顔料
等が添加されていても良い。ただし皮膜中のＺｎ系粉末
または防錆顔料の粒径は数μｍ以下好ましくは１μｍ以
下のものを使用することが美観上好ましい。

ウレタン系樹脂および二酸化珪素を主成分とする皮膜は
Ａｔ−Ｃｒめっき鋼板に優れた電着塗装性を与えるため
の不可欠要件であるが、該皮膜の膜厚が大きくなると導
電性が低下し電着塗装性が悪くなってくる。しかし該皮
膜層は該皮膜の下地であるＡｌ−Ｃｒ合金めつき層の腐
食環境下における保護作用も有しているので、耐食性の
点からはある程度の厚みは必要である。そこで電着塗装
性および耐食性の二つの観点から該皮膜層の厚さについ
て検討した結果、両者を満足する膜厚は０．５〜３゜０
μｍであった。即ち膜厚が０．５μｍ未満ではＡｌ−Ｃ
ｒ合金めっき層を十分保護することができず、３．０μ
ｍを超えると導電性が低下し電着塗装性が低下してくる
。

またＡｌ−Ｃｒ合金めっき層とウレタン系樹脂および二
酸化珪素を主成分とする皮膜層の間にクロメート層を形
成させても良い。クロメート層の形成方法としては特に
限定されないが塗布型クロメート皮膜形成方法１及応型
クロメート皮膜形成方法、電解クロメート皮膜形成方法
を採用することができ、もちろんこれらの併用も可能で
あり、例えばＡｌ−Ｃｒ合金めつぎ層の上に電解クロメ
ート法によってクロメート皮膜を形成させ、更にその後
塗布型クロメート処理を施したものは耐食性と皮膜密着
性がより優れた鋼板となる。

ところで素地鋼板上に形成するＡｌ−Ｃｒ合金めつぎ層
の形成方法は、溶融めっき、電気めっき、化学めっきお
よび蒸着めっき等何ら限定されないが、蒸着めっき法が
最も好ましい。即ち蒸着めっき法の実施に際しては、Ａ
Ｉ地金用とＣｒ地金層を別々のるつぼに減圧下で収納し
、電子線（ＥＢ）または高周波によりこれを加熱する。

そして、各るつぼ毎に加熱源の出力をコントロールする
ことによって蒸発量を制御し、るつぼ上を通過する鋼板
上に所定の組成と膜厚のＡｌ−Ｃｒ合金めっき層を形成
する。この際、めっき層を形成するＡｔとＣｒは酸素と
の親和性が高く、酸化されやすいので、真空容器内の真
空度は１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒ以下であることが好ましい。また通常の真空蒸着法
（ＰＶＤ法）以外に、Ａｌ、Ｃｒの蒸気を高周波等でイ
オン化せしめ、バイアス電圧を印加した鋼板上に蒸着さ
せる所謂イオンブレーティング法を用いてもよい。イオ
ンブレーティング法により得られるＡｌ−Ｃｒ合金めっ
き層は結晶粒が微細化し緻密でピンホールの少ないめっ
き層となるため、より一層耐食性に優れたものとなる。

以上の様にして得られる防錆鋼板は耐食性、耐熱性に優
れている上に電着塗装性、塗膜密着性に優れたものとな
るので、加工時塗膜剥離などをおこすことがない。また
各種塗装を施すことができるので自動車や家庭用電気製
品の外板としても用いることができ適用範囲が拡大され
る。

［実施例］ 真空チャンバー内に２つのるつぼを用意し、各るつぼの
夫々にＡ１とＣｒの地金を装入し、２本の電子線を各々
の地金に照射してＡｔおよびＣｒの地金を加熱・蒸発さ
せた。一方るつぼ上には予め真空中で表面を活性化させ
た冷延鋼板０．７ｍｍｔを用意し、２個の電子線の出力
をコントロールしながら、冷延鋼板上に所定膜厚、所定
Ｃｒ含有量のＡｌ−Ｃｒ合金めっきを施してＡｌ−Ｃｒ
めっき鋼板を得た。

得られたＡｌ−Ｃｒ合金めっき鋼板をアルカリ脱脂、水
洗した後、クロメート皮膜中のＣｒ含有量が５０　ｍｇ
／ｍ２になる様にクロメート塗布処理を行なった。クロ
メート塗布処理後更に 水溶性ウレタン系樹脂エマルジョン コロイダルシリカ 蒸留水 の混合物を塗布溶液とし、バーコーターで塗装し、２０
０℃で１分間焼き付けを行ないｓ　ｉ　０２　／ウレタ
ン系樹脂：０．４膜厚：１．２〜２．０μｍ となる様に皮膜層を形成して防錆鋼板を作成した。

得られた防錆鋼板を７０ｍｍ’　ｘ　１５０＋ｎｍ’に
切り出し前記処理の施されていない部分（裏面と切り出
し端面）をテープシールして次に示す塩水噴霧から湿潤
までを１サイクル（１サイクル／８ｈｒ）としてサイク
ル腐食試験を２００サイクル実施した。

塩水噴霧（５％ＮａＣ１溶液、３５℃Ｘ４ｈｒ。

→乾燥（６０ｔｘ２ｈｒ）−＋湿潤（５０ｔｘ２ｈｒ、
ＲＨ９５％以上）→ 次いでこのサイクル腐食鋼板をクエン酸アンモニウム溶
液中で除錆し、ダイヤルゲージを用いて素地鋼板の腐食
による穴あき深さを求めた。その結果を比較例と共に第
３図に示す。尚第３図においてＮｏ、５〜８は本発明の
範囲外のめっき層組成のもの、Ｎｏ、９は皮膜層組成の
異なるものである。

第３図から明らかな様にＮｏ、１〜４のＣｒを５〜１５
％含有するＡｌ−Ｃｒ合金めっき鋼板にウレタン系樹脂
と５ｉｎ２の混合物質を主成分とする皮膜層を施したも
のは腐食試験による素地鋼板の穴あき深さが極めて小さ
いことがわかる。

一方Ｎｏ、５（Ｃｒを含有しない純Ａ１めっき鋼板）、
Ｎｏ、６　（Ｃｒの含有量が本発明の範囲外のもの）、
Ｎｏ、７．８　（Ｚｎ系めっき鋼板のもの）およびＮｏ
、９（めっき層組成は本発明で規制した範囲内のもので
あっても皮膜組成の異なるもの）は穴あき深さが犬で耐
食性に劣っていることがわかる。

次に防錆鋼板の電着塗装性を調べるために前記サイクル
耐食試験に供したものと同様にして得た防錆鋼板（７０
ｍｍｗｘ　１５０ｍｍ’　）を、防錆処理を施してない
裏面はマグネットゴムでシールを行ない、以下に示す条
件でカチオン型電着塗装を行なった。

電気塗装条件 塗料　　：カチオン型塗料 液温　　：２８℃ 通電方法：３０秒立上り制御法 通電時間：２．５分 電圧　　：１８０ｖ〜３２０Ｖまｉ’２０Ｖ毎昇圧 電着塗装後の焼付条件：１６５℃ｘ２０ｍｉｎ電着塗装
性の評価は、塗装表面のクレータ−の発生状況の目視観
察により行なった。結果を第４図に示す。

第４図から明らかな様に本発明例は比較例に比べて電着
塗装性が極めて優れており、電着塗装電圧が３２０■に
おいてもクレータ−の発生は全く認められなかった。

以上の様に本発明の防錆鋼板は、高耐食性を有し優れた
電着塗装性を有するものであることがわかる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので本発明の防錆鋼
板は耐食性に優れている上に電着塗装性に優れたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡｌ−Ｃｒ合金めつき綱板におけるＡｔ−Ｃｒ
合金めつき層中のＣｒ含有量と素地鋼板の穴あき深さの
関係を示す図、第２図は各種鋼板における電着塗装電圧
と塗膜表面のクレータ−発生状態との関係を示す図、第
３図はサイクル腐食試験における各種防錆鋼板と最大穴
あき深さの関係を示す図、第４図は各種鋼板における電
着塗装電圧と塗膜表面のクレータ−発生状態との関係を
示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板上にＣｒを５〜３０重量％含有するＡｌ−Ｃ
   ｒ合金めっき層が形成され、クロメート処理層を介しま
   たは介さずにウレタン系樹脂および二酸化珪素を主成分
   とする皮膜が形成されていることを特徴とする電着塗装
   性に優れた防錆鋼板。
2. （２）ウレタン系樹脂および二酸化珪素がシランカップ
   リング剤を介して複合物質を形成している請求項（１）
   の電着塗装性に優れた防錆鋼板。