JPH03264695A - 耐食性および塗膜密着性の優れたシリカ被膜を有する表面処理鋼板およびその製造方法 - 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〕 この発明は、その表面上に、耐食性および塗膜密着性の
優れたシリカ被膜を有する表面処理鋼板およびその製造
方法に関するものである。

〔従来の技術］ 鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上にシリカ被膜が形
成された表面処理鋼板は、一般の亜鉛めっき鋼板よりも
耐食性に優れているので、自動車車体用、家庭電気製品
用、建材用等の鋼板として使用されている。

このような表面処理鋼板は、従来、シリカ粒子を鋼板の
表面上に溶射してシリカ被膜を形成する溶射法か、また
は、シリカ粒子の混合液を鋼板の表面上に塗布し次いで
これを焼付けてシリカ被膜を形成する焼付は法によって
製造していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の製造方法には、次のような問題がある。

即ち、溶射法では、例えば、移動するストリップ鋼板の
表面上に、連続的に且つ高能率でシリカ被膜を形成する
ことができず、更に、鋼板の幅が広い場合には、幅方向
に均一にシリカ被膜を形成することができない。そして
、焼イ１け法では、焼付は温度が高いので、亜鉛系めっ
き鋼板の表面上にシリカ被膜を形成する場合に、亜鉛系
めっき層の溶解や鋼板との合金化が生ずる。更に、シリ
カ被膜中のシリカ粒子間の結合力が弱いので、塗膜密着
性が悪く、耐食性も不十分である。

従って、この発明の目的は、鋼板または亜鉛系めっき鋼
板の表面上にシリカ被膜を形成するに際し、前記鋼板が
ストリップまたは広幅の場合でも、連続的に均一な被膜
を形成することができ、そして、亜鉛系めっき鋼板の場
合に、亜鉛系めっき層の溶解や鋼板との合金化が生ずる
ことがなく、且つ、シリカ粒子間の結合力が強い、耐食
性、塗膜密着性の優れたシリカ被膜を存する表面処理鋼
板およびその製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意研究を重
ねた。その結果、鋼板の表面上に、陰極電解処理によっ
て亜鉛−シリカ複合めっき被膜を形成し、次いで、陽極
電解処理によって前記複合めっき被膜中の亜鉛を熔解す
ることによって、鋼板の表面上にシリカ被膜を形成し、
このようにして形成されたシリカ被膜に対しシランカッ
プリング処理を施せば、耐食性および塗膜密着性の優れ
たシリカ被膜が得られることを知見した。

この発明は、上記知見に基いてなされたものであって、
この発明の表面処理鋼板は、鋼板の表面上に、亜鉛−シ
リカ複合めっき被膜を陽極電解処理することによって得
られたシリカ被膜、または、下層としての亜鉛−シリカ
複合めっき被膜と、前記複合めっき被膜の一部を陽極電
解処理することによって得られた上層としてのシリカ被
膜とからなる２層の被膜が形成され、前記シリカ被膜に
は、シランカップリング処理が施されていることに特徴
を有するものである。

この発明においては、先ず、シリカ粒子を含有する酸性
亜鉛電気めっき液を使用し、鋼板または亜鉛電気めっき
鋼板を陰極として、前記鋼板に陰極電解処理を施し、第
１図（イ）に示すように、鋼板ｌの表面上に、シリカ粒
子が均一に分散した亜鉛シリカ複合めっき被膜２を有す
る４、亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′を調製する
。

次いで、上記の亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′を
陽極とし、電解液中において、亜鉛−シリカ複合電気め
っき鋼板Ａ′に陽極電解処理を施す。

この結果、亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′の亜鉛
−シリカ複合めっき被膜２中の亜鉛が溶解し、第１図（
ロ）に示すように、鋼板１の表面上にシリカ被膜３′が
形成される。

次いで、シリカ被膜３′に対し、シランカップリング剤
によってシランカップリング処理を施す。

かくして、第１図（ハ）に示す、鋼板１の表面上に、シ
ランカップリング処理が施されたシリカ被膜３を有する
この発明の第１実施態様の表面処理鋼板Ａが得られる。

上述した、亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′に陽極
電解処理を施す際に、陽極電解処理時間を制御して、亜
鉛−シリカ複合めっき被膜２の一部を陽極電解処理する
。この結果、亜鉛−シリカ複合めっき被膜２の一部が鋼
板ｌの表面上に残る。

従って、第２図（イ）に示すように、鋼板１の表面上に
、下層としてｂの亜鉛−シリカ複合めっき被膜２と、亜
鉛−シリカ複合めっき被膜２の表面上に形成されたシリ
カ被膜３′とからなる２層の被膜が形成される。

次いで、シリカ被膜３′に対し、シランカップリング剤
によってシランカップリング処理を施す。

かくして、第２図（ロ）に示す、鋼板１の表面上に、下
層としての亜鉛−シリカ複合めっき被膜２と、亜鉛−シ
リカ複合めっき被膜２の表面上に形成された、シランカ
ップリング処理が施されたシリカ被膜３とからなるこの
発明の第２実施態様の表面処理鋼板Ａが得られる。

上述した亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′を調製す
る際において、電気めっき液中に含有させるシリカ粒子
は、めっき液に添加する上での取り扱い易さから、コロ
イダルシリカを使用することが好ましい。シリカ粒子の
粒径は、１μｍ以下に限定することが好ましい。粒径が
１　ｐｍを超えると、上述した陽極電解処理時に、亜鉛
と共にシリカも鋼板の表面上から剥離し、鋼板の表面上
に均一なシリカ被膜を形成することができない。また、
亜鉛−シリカ複合めっき被膜２中のシリカの共析率は、
０．１　ｗｔ、％以上が好ましい。シリカの共析率がＱ
、　ｌ　ｗｔ、χ未満では、上記と同じく、陽極電解処
理時に、亜鉛と共にシリカも鋼板の表面上から剥離し、
鋼板の表面上に均一なシリカ被膜を形成することができ
ない。

上述した、亜鉛−シリカ複合電気めっき鋼板Ａ′に陽極
電解処理を施す際に使用する電解液は、導電性を有する
ものであれば、水溶液でも非水溶液でもよい。また、陽
極電解処理時の電流密度は、使用する電解液により、気
泡が発生しない範囲内で任意に選ぶことができる。

上記により製造された、鋼板１の表面上にシリカ被膜３
を有する表面処理鋼板への、シリカ被膜３の厚さは、０
．１〜１０ＪＩｍの範囲内が好ましい。シリカ被膜３の
厚さが０．１μｍ未満では、鋼板１の表面全体を均一に
シリカ被膜３で被覆することができず、耐食性が低下す
る。一方、シリカ被膜の厚さが１０節を超えると、加工
性が劣化する。

この発明において、シリカ被膜にシランカップリング処
理を施すことにより、シリカ粒子は、次の化学式に示す
ように、互いに強固に結合する。

第４図は、シリカ粒子の結合状態を示す模式図で、シリ
カ粒子５相互間には、シランカップリング剤６が３次元
的に介在する結果、シリカ粒子相互の結合力は極めて強
い。

シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシ
ラン、ビニルトリスシラン、メチルトリメトキシシラン
等のアルコキシラン化合物を使用する。シランカップリ
ング処理は、上述したシランカップリング剤を含有する
処理液中に、鋼板を所定時間浸漬し次いで乾燥すること
により行なう。

このようにして、鋼板の表面上に形成されたシリカ被膜
は、シリカ自体が化学的および電気的に安定しているの
で、腐食に対する阻壁となり、更にシランカップリング
処理により固定化されたを機官能基の見本作用によって
、優れた耐食性を有している。そして、このような処理
の施されたシリカ被膜の表面上に塗装を施すと、塗膜と
、シランカップリング剤の有機官能基とが、強固に化学
結合するために、塗膜密着性が著しく向上する。

シリカ被膜を形成する鋼板として、亜鉛電気めっき鋼板
を使用した、第３図に示すこの発明の第３実施態様の表
面処理鋼板Ａによれば、亜鉛めっき被膜４の表面上にシ
リカ被膜３が形成されてい０ るので、シリカ被膜３内に亜鉛の腐食生成物が形成され
、これがシリカ被膜と共に腐食に対する阻壁となる。従
って、第１実施態様の、鋼板の表面上にシリカ被膜が形
成された表面処理鋼板よりも優れた耐食性が得られる。

次に、この発明を、実施例により、比較例と対比しなが
ら説明する。

〔実施例］ 下記からなる酸性亜鉛電気めっき浴 硫酸亜鉛　　　：　　３００ｇ／　１ 硫酸ナトリウム：　　３０ｇ／ｌ 酢酸ナトリウム：　　１２ｇ／４２ ｐＨ：　　２ を基本浴として使用し、この基本浴に、粒径１犀以下の
シリカ粒子を含有するコロイダルシリカを、シリカ粒子
の含有量が１〜２００ｇ／ｊｌ！の範囲内となるように
、そして、硝酸ナトリウムを、硝酸イオンの含有量が０
．１〜２０ｇ／　ｌの範囲内となるように添加して、酸
性亜鉛電気めっき浴を調製した。このようにして調製さ
れた酸性亜鉛電気めっき浴を使用し、肉厚０．８Ｍの冷
延鋼板に、５０Ａ／ｄｍ”の電流密度で陰極電解処理を
施して、鋼板の表面上に、シリカ粒子が均一に分散した
亜鉛−シリカ複合めっき被膜を有する亜鉛−シリカ複合
電気めっき鋼板を調製した。このときの、シリカ共析率
は、７ｗｔ、χであった。

次いで、５％食塩水からなる電解液を使用し、上記亜鉛
−シリカ複合電気めっき鋼板に、Ｉ　Ａ／ｄｍ”の電流
密度で、陽極電位が、亜鉛の溶出電位から下地の鉄の電
位に変化するまでの時間、陽極電解処理を施して、亜鉛
−シリカ複合めっき被膜中の亜鉛を溶解し、鋼板の表面
上にシリカ被膜を形成した。

次いで、このようにシリカ被膜が形成された鋼板を、シ
ランカップリング剤として、ＫＢＭ４０３　（信越化学
製）を使用し、シラン濃度が１％になるように調整した
処理液中に１秒間浸漬し、次いで、８０〜１００’Ｃの
温度で約５分間乾燥した。かくして、鋼板の表面上に、
シランカップリング処理が施されたシリカ被膜を有する
本発明表面処理鋼板の供試体（以下、「本発明供試体」
という）　Ｎｏ、　ｌを調製した。

鋼板として亜鉛電気めっき鋼板を使用したほかは、本発
明供試体Ｎｏ、　１と同じ方法により、鋼板の表面上に
、下層としての亜鉛めっき被膜と、上層としてのシリカ
被膜とからなる２Ｎの被膜を有する本発明供試体Ｎｏ、
　２〜４を調製した。

そして、陽極電解処理時間を短くしたほかは、本発明供
試体Ｎ０９１と同じ方法により、鋼板の表面上に、下層
としての亜鉛−シリカ複合めっき被膜と、上層としての
シリカ被膜との、２層の被膜を存する本発明供試体Ｎｏ
、　５〜７を調製した。

比較のために、鋼板の表面上に亜鉛めっき被膜のみが形
成されている比較用表面処理鋼板の供試体（以下、「比
較用供試体」という）　Ｎｏ、　１　、鋼板の表面上に
亜鉛−シリカ複合めっき被膜のみが形成されている比較
用供試体Ｎｏ、　２、鋼板の表面上に、下層としての亜
鉛めっき被膜と、上層としてのシリカ被膜とからなる２
層の被膜が形成されてはいるが、シリカ被膜にシランカ
ップリング処理が施されていない比較用供試体Ｎｏ、　
３〜５、そして、鋼板の表面上に、下層としての亜鉛−
シリカ複合めっき被膜と、上層としてのシリカ被膜とか
らなる２層の被膜が形成されてはいるが、シリカ被膜に
シランカップリング処理が施されていない比較用供試体
Ｎα６〜８を調製した。

これらの本発明供試体Ｎｏ、　１〜７および比較用供試
体Ｎｏ、　１〜８の、被膜の組成、厚さ、耐食性および
塗膜密着性を第１表に示す。なお、耐食性は、塩水噴霧
試験における、赤錆発生までの塩水噴霧時間によって示
し、塗膜密着性は、Ｊ　ｌ５−Ｚ−２２４７のエリクセ
ン試験法によって行ない、下記判定基準により示した。

Ｏ：剥離なし Δ：剥離あり ×：極度に剥離あり １５ 第１表から明らかなように、従来の、鋼板の表面上に亜
鉛めっき被膜のみが形成された比較用鋼板Ｎｏ、　１　
、亜鉛−シリカ複合めっき被膜のみが形成された比較用
鋼板Ｎｏ、　２は、各々４０時間、　１２００時間で赤
錆が発生しており、塗膜にも剥離が生じた。

鋼板の表面上に、下層としての亜鉛めっき被膜と、上層
としてのシリカ被膜とからなる２層の被膜が形成されて
いても、上層としてのシリカ被膜にシランカップリング
処理が施されていない比較用供試体Ｎｏ、　４〜７、お
よび、下層としての亜鉛−シリカ複合めっき被膜と、上
層としてのシリカ被膜とからなる２層の被膜が形成され
ていても、上層としてのシリカ被膜にシランカップリン
グ処理が施されていない比較用供試体Ｎｏ、　５〜８は
、何れも、７００〜１０００時間で赤錆が発生しており
、塗膜にも剥離が生じた。

これに対して、本発明供試体Ｎｏ、　１〜７においては
、赤錆発生までに１０００時間以上を要し、塗膜の剥離
は全く生じなかった。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、鋼板の表面上へ
のシリカ被膜の形成が陽極電解処理によって行なわれる
ので、ストリップ鋼板の表面上へのシリカ被膜の形成を
、連続的に且つ能率的に行なうことができ、鋼板の幅が
広い場合でもシリカ被膜を容易に均一に形成することが
できる。また、亜鉛系めっき鋼板の表面上にシリカ被膜
を形成する場合においても、処理温度が低いから、亜鉛
系めっき層の溶解や鋼板との合金化等の問題が生ずるこ
とはない。そして、この発明によれば、シランカップリ
ング処理によって、シリカ粒子間が強固に結合されてい
るので、塗膜密着性が極めて優れている。このように、
この発明によれば、多くの工業上有用な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（ハ）はこの発明の第１実施態様の表面
処理鋼板の製造過程を示す模式図、第２図（イ）（ロ）
はこの発明の第２実施態様の表面処理鋼板の製造過程を
示す模式図、第３図はこの発明の第３実施態様の表面処
理鋼板を示す模式図、第４図はシリカ粒子の結合状態を
示す模式図である。図面において、 １・・・鋼板、 ２・・・亜鉛シリカ複合めっき被膜、 ３・・・シリカ被膜、　　　４・・・亜鉛めっき被膜、
５・・・シリカ粒子、 ６・・・シランカップリング剤、 Ａ・・・表面処理鋼板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鋼板の表面上に、亜鉛−シリカ複合めっき被膜を陽
   極電解処理することによって得られたシリカ被膜が形成
   され、前記シリカ被膜にはシランカップリング処理が施
   されていることを特徴とする、耐食性および塗膜密着性
   の優れたシリカ被膜を有する表面処理鋼板。 ２　鋼板の表面上に、下層としての亜鉛−シリカ複合め
   っき被膜と、前記亜鉛−シリカ複合めっき被膜の一部を
   陽極電解処理することによって得られた上層としてのシ
   リカ被膜とからなる２層の被膜が形成され、前記シリカ
   被膜にはシランカップリング処理が施されていることを
   特徴とする、耐食性および塗膜密着性の優れたシリカ被
   膜を有する表面処理鋼板。 ３　シリカ粒子を含有する酸性亜鉛電気めっき液中にお
   いて、鋼板に陰極電解処理を施して、前記鋼板の表面上
   に、シリカ粒子が均一に分散した亜鉛−シリカ複合めっ
   き被膜を形成し、次いで、電解液中において、その表面
   上に前記亜鉛−シリカ複合めっき被膜が形成された鋼板
   に陽極電解処理を施して、前記亜鉛−シリカ複合めっき
   被膜中の亜鉛を溶解し、かくして、前記鋼板の表面上に
   シリカ被膜を形成し、次いで、前記シリカ被膜にシラン
   カップリング処理を施すことを特徴とする、耐食性およ
   び塗膜密着性の優れたシリカ被膜を有する表面処理鋼板
   の製造方法。 ４　前記陽極電解処理による、前記亜鉛−シリカ複合め
   っき被膜中の前記亜鉛の溶解を制御して、前記鋼板の表
   面上に前記亜鉛−シリカ複合めっき被膜の一部を残し、
   かくして、前記鋼板の表面上に、下層としての前記亜鉛
   −シリカ複合めっき被膜と、上層としての前記シリカ被
   膜とを形成し、次いで、前記シリカ被膜にシランカップ
   リング処理を施す、請求項３記載の方法。