JPH0297663A - Ｚｎ−Ｍｇ系蒸着めっき鋼板の製造方法 - 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］ 本発明は、めっき層における合金組成比をばらつきのな
い状態で均一に形成することのできるＺｎ−＝Ｍｇ合金
蒸着めっき鋼板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 真空蒸着法によってＺｎ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を連続
的に製造する方法としては、第７図に示す様に、蒸着室
１内に蒸発槽２を設け、この蒸発４Ｉ！１２内にＺｎ、
Ｍｇを混合投入するか、或は予め合金化したＺ−ｎ、Ｍ
ｇを投入し、これらの金属を真空下で加熱蒸発させて走
行鋼板３上に蒸着させる方法が採用されていた。ところ
がこの方法では各金属の蒸気圧による一律的な規制を受
けるので金属蒸気組成の調整を行なうことは実際問題と
して不可能であった。

そこで第・８図に示す様にＺｎとＭｇを別々に投入した
蒸発槽２ａ、２ｂを蒸着室１内に設け、各蒸発槽の加熱
条件を独立して制御することによって所望組成比の混合
金属蒸気を形成し、これを鋼板３に蒸着させるという方
法を採用していた。

ところが本発明者等の研究したところ゛によれば後者の
方法で得られるＺｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき層は層方向
に見たとき均一な成分組成を形成していないことが分か
った０例えばＺｎ−１０％（重量％の意味、以下同じ）
Ｍｇ合金蒸着めっき鋼板を製造するに当たって今仮に、
第９図（ａ）［または（ｂ）］に示す様に走行鋼板３の
上流側にＭｇ［第９図（ｂ）ではＺｎ］を投入した蒸発
槽２ａを配置し、走行鋼板３の下流側にＺｎ（第９図（
ｂ）ではＭｇｌを投入した蒸発槽２ｂを配置して真空蒸
着めっきを行うと、第９図（Ｃ）［または（ｄ）］に示
す様な断面状態の蒸着めっき層が形成されることが分か
った。まためっき成分組成を変えて前述の様な蒸発槽配
置でＺｎ−３５％Ｍｇ合金蒸着めっき鋼板を製造した場
合、第９図（ｅ）。

（ｆ）の様になることが分かった。

第９図（ｃ）　、　（ｄ）　、　（ｅ）および（ｆ）か
ら明らかな様に、めっき層における組成は層の厚さ方向
に変化したものとなっており、たとえば第９図（ｃ）お
よび（ｄ）においては純Ｚｎ層とＺｎｚ　Ｍｇ層からな
っている［（Ｃ）と（ｄ）では上下関係が逆転する］の
に対し、第９図（ｅ）および（ｆ）においては純Ｍｇ層
、ＺｎＭｇ層、Ｚｎ２Ｍｇ層からなっている［（ｅ）と
（ｆ）では上下関係は前例と同じ様に逆転］。

この様にめっき層における成分組成が層の厚さ方向に変
化している場合は後述する様にめっき鋼板における加工
性、耐食性あるいは溶接性に悪影響が現れる。しかも上
記の変化の関係は、各組成の厚み変化から分かる様に各
蒸発槽の配置間隔によっても変化するという不安定さを
見せているところでＺｎ系合金めっき鋼板は自動車用外
板、内装板、あるいは家庭電気製品等に多く使用されて
おり、これらはプレス成形により色々な形状に加工され
る。したがって加工性に優れていることが要求されるが
、前述した様に厚さ方向に゛成分組成が変化する多層構
造を有するＺｎ−Ｍｇ合金めっき鋼板では、めっき層内
における硬度が厚さ方向で異なることになるため成形加
工時にフレーキングなどの層間剥離現象を生じ加工性が
低下するという問題がある。

さらに例えば第９図（ｅ）の様に純Ｍｇ層が素地鋼板側
に存在する様な場合において、めっき層にピンホール等
があると塩素イオン等が存在する腐食環境下において、
最下層の純Ｍｇ層が優先的に腐食され、それに伴なうＨ
３発生のためにめっき層にふくれが生じ、遂にはめつき
層が素地鋼板から剥離するという極めて好ましくない現
象を誘発する。

また第９図（ｆ）における様に純Ｍｇ層が最表面側に存
在する場合は（通常これらのめっき鋼板は塗装して使用
されているが）、塗膜とめつき層の界面でＭｇ層が活性
溶解（アノード反応）し、それに伴なってＨ２が発生、
（カソード反応）して塗膜ふくれ（アノードふくれ、カ
ソードふくれ）および塗膜剥離が生ずるため、塗装を施
こして使用する自動車用外板、家庭電気製品等への適用
は実用上不可能である。

［発明が解決しようとする課題］ 以上述べた様に、従来の真空蒸着法によってＺｎ−Ｍｇ
系合金蒸着めりき鋼板を製造したときは、めっき層にお
ける成分組成が厚さ方向に変化し、加工時あるいは製品
化後において耐食性等の問題が生ずる。

そこで本発明においては、めっき層厚さ方向にも成分組
成が均一とすることができる様なＺｎ−Ｍｇ系合金蒸着
めっき鋼板の製造方法について検討した。

［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Ｚｎ−Ｍｇ
系合金蒸着めっき鋼板を製造するに当たり、希望する蒸
着めっき層組成に応じた浴組成からなるＺｎ−Ｍｇ合金
浴を調製して、該混合浴を加熱し、ＺｎとＭｇの混合蒸
気を、その組成比が所定割合を満足し且つ均一に混合さ
れた状態で走行鋼板上に蒸着させること、あるいはＺｎ
およびＭｇを別々の容器から所定割合で蒸発させ上昇し
てきたこれらの蒸気を走行鋼板の下面に至る迄に均一に
混合して鋼板上に蒸着させることを要旨とするものであ
る。

［作用および実施例］ 成分組成比がめつき層厚さ方向に均一となる様なＺｎ−
Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板を得る手段について、本発明
者等は種々の検討を行なった。その結果Ｚｎ蒸気とＭｇ
蒸気が所定割合で十分に混合された状態を安定して形成
すれば、これらが鋼板の表面に蒸着されて安定した組成
比の合金蒸着めっき層が形成されるという知見を得た。

具体的には′ｓ１図に示す様に、蒸着室１内に蒸発槽２
を設け、該蒸発［２の低面には後述する理由により原料
供給管７が連結される。そして蒸発槽２内には所定組成
比のＺｎ−Ｍｇ合金が収納されており、均一組成の蒸気
が蒸発形成され、蒸発室１内を満たしている。この状態
で鋼板３を矢印方向に走行させれば鋼板３上には所定の
組成比でしかも厚さ方向にも一定組成のＺｎ−Ｍｇ合金
が蒸着する。尚第１図において８は排気管である。

この際蒸発槽２内のＺｎ−Ｍｇ合金浴の組成が、そのま
ま鋼板上めっき層組成と一致するわけではなく、本発明
者等が検討した結果によれば、Ｚｎ−Ｍｇ合金浴組成と
蒸着め）き層組成の間には第２図Ｎｏ、１．２．３に例
示する様な関係が得られた。即ち、Ｚｎ−Ｍｇ合金浴組
成と得られるめっき層構造との関係が、動、１では浴組
成がＺｎ−７１％Ｍｇであるのに対し、めっき層組成は
Ｚｎ−６４％Ｍｇとなっており、めっき層の構成はＺｎ
Ｍｇ相とＭｇ相との共晶状態となフており、−層構造と
なっている。また歯、２では浴組成がＺｎ−４９％Ｍｇ
であるのに対し、めっき層組成はＺｎ−３３％Ｍｇであ
り、めっき層の構成はＺｎＭｇ相よりなる一層構造とな
っている。更に陽、３では浴組成がＺｎ−３４％Ｍｇで
あるのに対し、めっき層組成はＺｎ−２１％Ｍｇであり
、めっき層の構成はＺｎｚ　Ｍｇ相よりなる一層構造と
なっている。

したがって目的とする組成比のめっき層を得るためには
、Ｚｎ−Ｍｇ浴の合金組成を、目的とするめっき層組成
が得られる様な組成比に調整しておき（学習による）均
一組成の蒸気を得、鋼板上に、目的とする合金組成のめ
っき層を得る。この際Ｚｎ−Ｍｇ合金浴においてＺｎと
ＭｇではＺｎの方が蒸気圧が高く、従ってＺｎの方が蒸
発しやすいので時間の経過に伴なって蒸発槽２内ではＭ
ｇ濃度が高まっていき前記した様な浴組成を保つことが
できなくなる。そこで蒸着室１外で各金属（特にＺｎ）
あるいはＺｎ−Ｍｇ合金を溶融し送給管７により溶融原
料金属を希望する浴組成となる様に送給する 各蒸発槽への原料の供給方法は固体供給方法と溶融状態
での供給方法があるが、工業製造プロセスにおいては原
料が連続的に供給されることが好ましく、固体状態の原
料を連続的に供給するよりも溶融状態の原料を供給する
方が容易である。なぜならば、固体形状の原料（粒体、
ブロック状。

シート状、ワイヤ状等）を大気中から真空状態の蒸発槽
に連続的に供給しようとすれば差圧室を介して供給しな
くてはならず、蒸着装置が複雑な構造となるばかりか設
備コストも高くなる。その点溶融状態の原料を蒸発槽へ
連続的に供給する方法は前記固体状態での供給方法に比
べて容易であり、既に種々の方法が実用化されているの
で本発明方法においても溶融状態の原料を常法に従って
蒸発槽へ供給する。

純Ｚｎ、純Ｍｇおよび各種組成のＺｎ−Ｍｇ合金の状態
図は第６図に示す通りである。これによれば純Ｚｎの融
点は４１９℃、純Ｍｇの融点は６５０℃、各種Ｚｎ−Ｍ
ｇ合金の融点は３４０〜６００℃と比較的低温であるの
でそれぞれの金属を別途設けた溶融ｌ１ｌ（図示せず）
で溶解し、案内管７を通じて連続的に蒸発槽へ供給する
のが作業上好ましい。ただし、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｎ−Ｍｇ
合金を、大気中で加熱溶解させた場合は、酸化されやす
く、ドロスとなり、歩留まり低下の原因となるばかりで
なく、特にＭｇやＭｇ含有量の多いＺｎ−Ｍｇ合金は酸
化が激しいため、場合によっては発火し操業上安全性に
問題がある。それ故これのら原料を蒸着室外で加熱溶融
させる際は、溶融浴をＮ２ガス等の不活性ガスでシール
して、酸化を防止するとか、溶融浴表面を、硫黄系のフ
ラックス等で覆い浴表面を大気から遮断するといった手
段が必要である。

又次の様にしても蒸発室内蒸気組成を所定の比率に形成
することができる。即ち第３図または第４図に示す様Ｚ
ｎとＭｇを別々の蒸発槽２ａ。

２ｂから蒸発させ、蒸発したＺｎＪｉｓよびＭｇ蒸気を
それぞれの蒸発槽に設けたダクト４ａ、４ｂを通して混
合ダクト５に導き該混合ダクト５を通過中に均一に混合
して鋼板上に蒸着する。尚第３図は蒸発槽２ａ、２ｂを
蒸着室１内に設けた場合、第４図は蒸発槽２ａ、２ｂを
蒸着室１の外に設けた場合における概略説明図である。

前記各蒸着方法においてＺｎおよび／またはＭｇ蒸気を
得るための蒸発槽の加熱に際しては、第５図に示す様に
蒸発槽２（あるいは２ａ。

２ｂ）の周囲はもちろん原料浴の湯面上方にもヒーター
６を設けて加熱することが好ましい、なぜならばＺｎま
たはＭｇの蒸気は浴表面から発生するのが好ましく、そ
のためには浴の最表面が最も高温に保たれることが好ま
しいからである。もし浴底部の温度が浴表面部より高温
で局部加熱される様な場合はスプラッシュ現象が生ずる
ことがあり、蒸発量を安定に保つことが困難であると共
に、特に第１図の如＜ＺｎおよびＭｇが一つの蒸発槽２
から蒸発する場合には、スプラッシュによって生じたＺ
ｎまたはＭｇ蒸気がそのまま鋼板上に蒸着してめっき面
の外観不良の原因となり、製品上問題となる。尚ダクト
４ａ、４ｂの加熱については後述する。

蒸発槽の加熱手段は、ニクロム線ヒーター、カンタルヒ
ーター、モリブデンヒーター、セラミックヒータ−等に
よる各種電気抵抗加熱方式や電子ｊ！（ＥＢ）加熱方式
あるいは高周波加熱方式を用いることができるが、Ｚｎ
およびＭｇは真空下での平衡蒸気圧が高いので、電子線
加熱方式や高周波加熱方式を用いなくても電気抵抗加熱
方式で十分な蒸発量を得ることができ、この程度の加熱
方式でも工業的に満足できるめっき速度でＺｎ−Ｍｇ系
合金蒸着めっき鋼板を得ることができる。

また加熱源のイニシャルコスト、ランニングコスト、耐
久寿命、メンテナンス、蒸着室の構造上の問題等の点か
らも電気抵抗加熱方式が好ましい。

また以上述べた様な真空蒸着法によって蒸着Ｚｎ−Ｍｇ
合金めっき蒸着鋼板を製造するに際しては、蒸発したＺ
ｎ及びＭｇの蒸気が蒸着室内壁面及び蒸気混合ダクト内
壁面等に付着し、蒸着室内を初めとする装置のメンテナ
ンスを頻繁に行なう必要が生じ、その度ごとに真空状態
を破壊し操業を停止して清掃せねばならず、問題となる
ことがあった。

そこで本発明者らはこの問題を解決するために、ヒータ
ー６を蒸着室の周囲（図示せず）あるいはダクトの周囲
に設は蒸着室内壁面あるいはダクト壁面を加熱し、加熱
温度を変化させて上記蒸気の付着の有無を調べた。その
結果を′ｓ１表に示す、第１表から明らかな様に、蒸発
したＺｎとＭｇの蒸気を付着させないためには、蒸着室
内壁面あるいはダクト内壁面を６５０を以上、好ましく
は７００℃以上に加熱保持することが必要であることが
わかった。

この際鋼板は、予め２００〜２５０ｔに予熱された状態
で蒸着室に入り、この鋼板の板温を上昇させる最大の因
子はＺｎ、Ｍｇの蒸気の付着による顕然、潜熱によるも
のであり、高温保持された蒸着室からの輻射熱による板
温アップは上記因子に比べると大変小さい（このことは
計算上、経験上明らかである）。故に、蒸着室内が６５
０〜７００℃であフても、そこを通過する鋼板にはＺｎ
−Ｍｇ合金が蒸着めっきされる。

また真空蒸着における様に真空度が十分高い場合には、
ＺｎとＭｇの蒸気温度より少しでも壁面が高温ならば、
蒸気は壁に付着しない。ＺｎとＭｇの混合蒸気の温度は
約６５０を程度と考えられ（実際経験上６００を程度）
、それ以上の温度に壁面を加熱してやればＺｎもＭｇも
付着しない、すなわち蒸着室内壁面およびダクト内壁面
を上記温度に加熱してやれば蒸着室を初めとする装置の
メンテナンスを頻繁にする必要がなくなる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、本発明方法に
よって得られるＺｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板におけ
るめっき層は厚さ方向に一定の成分組成を形成している
。したがって本発明方法によれば加工性や耐食性に優れ
たＺｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図および４図は本発明方法に係るＺｎ−Ｍ
ｇ系合金蒸着めっき鋼板を製造する方法を示す概略図、
第２図は合金浴組成と蒸着めっき層構造との関係を示す
図、第５図は浴表面加熱方法を示す図、第６図はＺｎ−
Ｍｇ合金（Ｚｎｓ＋Ｏ％、Ｍｇ−０％を含む）組成と融
点の関係を示す図、第７図および第８図は従来のＺｎ−
Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板の製造方法を示す図、第９図
は従来法によるめっき方法と得られるめっき層の構造を
示す図である。 １・・・蒸着室　　　　　２．２ａ、２ｂ・・・蒸発槽
３・・・鋼板　　　　　　４ａ、４ｂ−ダクト５・・・
混合ダクト ７・・・原料供給管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板を製造するに当
   たり、希望する蒸着めっき層組成に応じた浴組成からな
   るＺｎ−Ｍｇ合金浴を調製して該混合浴を加熱し、Ｚｎ
   とＭｇの混合蒸気を、その組成比が所定割合を満足し且
   つ均一に混合された状態で走行鋼板上に蒸着させること
   を特徴とするＺｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板の製造方
   法。
2. （２）Ｚｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板を製造するに当
   たり、ＺｎおよびＭｇを別々の容器から所定割合で蒸発
   させ走行鋼板の下面に至る迄にＺｎ蒸気とＭｇ蒸気を均
   一に混合させて鋼板上に蒸着させることを特徴とするＺ
   ｎ−Ｍｇ系合金蒸着めっき鋼板の製造方法。