JPH04221098A - 亜鉛めっきステンレス鋼材の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、めっき密着性，表面性
状及び耐食性に優れた亜鉛めっきステンレス鋼材を製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】普通鋼の鋼帯，鋼板等に亜鉛めっき層を
形成する方法は、電気亜鉛めっき法と溶融亜鉛めっき法
に大別される。電気亜鉛めっき法は、目付け量のコント
ロールが容易であり、比較的薄目付けのめっき鋼帯の製
造に適用されている。これに対し、溶融亜鉛めっき法は
、溶融亜鉛浴に被めっき鋼板を通過させてめっきを行う
ものであるため、目付け量を精密にコントロールするこ
とが難しいものの、短時間で大きな目付け量の亜鉛めっ
き層を形成することができる利点をもっている。そして
、用途によっては、厚目付けの鋼板が要求されることが
あり、このような場合には溶融亜鉛めっき法が採用され
ている。

【０００３】溶融亜鉛めっき法は、めっきされる鋼材の
表面にある酸化皮膜を除去する手段に応じて、フラック
ス法と還元法とに分類される。フラックス法では、適宜
のフラックスを鋼帯表面に塗布し或いはフラックス層中
に鋼材を通過させることにより、酸化皮膜をフラックス
中に溶解させたり、還元除去している。しかし、処理後
の鋼材表面にフラックス或いはその変成物が残留し易く
、製品である亜鉛めっき鋼材の表面肌が劣化する原因と
なる。そこで、現在では、還元法により鋼材表面にある
酸化皮膜を除去する方法が主流となっている。

【０００４】還元法では、めっきされる鋼材を水素−窒
素還元雰囲気中で加熱し、表面層にある酸化物を還元除
去する。被めっき素材が普通鋼である場合、処理された
表面層は、活性が高い状態となって、優れた密着性で溶
融亜鉛を付着させる。

【０００５】ところで、本発明者等は、被めっき素材と
して従来から使用されている普通鋼に代えてステンレス
鋼を使用するとき、優れた耐食性を呈する材料が得られ
ることを見い出し、特開平１−１３２７９２号公報とし
て紹介した。この場合、従来の亜鉛めっき鋼板にみられ
るように亜鉛による犠牲防食作用のみではなく、亜鉛の
腐食生成物によっても基地のステンレス鋼が防食される
。その結果、亜鉛めっきステンレス鋼板は、通常のステ
ンレス鋼が腐食を起こす相当過酷な腐食環境においても
、優れた耐食性をもつ構造材料として使用することがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ステンレス
鋼材に対して従来のめっき前処理である還元法を適用し
ても、水素−窒素の還元雰囲気中での加熱によりステン
レス鋼表面にある不動態皮膜を還元することができず、
むしろ強固な酸化皮膜が形成される。そのため、この表
面状態をもつステンレス鋼を溶融亜鉛めっき浴に導入し
てめっきを行おうとすると、鋼板表面でめっき金属が弾
かれ、膨れ，地肌露出，密着不良等の欠陥がある不均一
な厚みをもつめっき層が形成される。

【０００７】この問題のため、ステンレス鋼材に対する
亜鉛めっきは、電気めっき法或いはフラックス法で製造
することを余儀なくされる。しかし、電気めっき法では
、前述したように厚目付けのめっき層を形成することは
コスト的に不利である。また、フラックス法では、めっ
き後の表面肌が悪いという欠点を回避することができな
い。

【０００８】本発明は、このような問題を解消するため
に案出されたものであり、所定の付着量以上でニッケル
を付着させる下地めっき工程を組み込むことによって、
還元処理による酸化皮膜の除去を可能にすると共に、場
合によっては還元処理自体を省略し、めっき密着性，表
面性状及び耐食性に優れた溶融亜鉛めっきステンレス鋼
材を製造することを目的とする。また、ニッケルの下地
めっきは、ステンレス鋼表面に不動態皮膜が形成される
ことを抑え、めっき金属の付着性を向上させるものであ
るから、溶融亜鉛めっきに限らず、電気亜鉛めっき，蒸
着等の他のめっき方法においても、めっきされるステン
レス鋼材の前処理作業及び条件を簡単で容易にした亜鉛
めっき方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、脱脂及び酸洗したステンレス鋼
材の表面に、単位面積当りの付着量５．５ｇ／ｍ２　以
上でニッケルを下地めっきした後、亜鉛めっきすること
を特徴とする。

【００１０】ニッケルの下地めっきは、ストライクめっ
き，ワット浴等のめっき浴を使用した電気めっき或いは
これらの組合せにより行うことができる。

【００１１】また、亜鉛めっき層を形成する方法として
は、溶融亜鉛めっき，電気亜鉛めっき，蒸着亜鉛めっき
等の種々の方法を採用することができる。

【００１２】本発明が適用されるステンレス鋼材として
は、帯状，板状，部品等の各種形態がある。以下におい
ては、これら鋼材をステンレス鋼帯で代表させて本発明
の説明を行っている。

【００１３】

【作用】ステンレス鋼帯の表面に形成されたニッケルの
下地めっき層は、ステンレス鋼の表面を不動態化し難く
すると共に、酸化皮膜が生じている状態にあっても水素
−窒素雰囲気中で加熱されると、活性な金属状態に容易
に還元され、下地めっき層表面にある酸化物が除去され
る。還元処理されたニッケル下地めっき層は、溶融亜鉛
に対する馴染みが良く、不めっきの発生が抑えられ、欠
陥がなく均一な厚みをもつ亜鉛めっき層が優れた付着力
でステンレス鋼帯の表面に形成される。しかも、下地め
っきのニッケルは、亜鉛めっきされたステンレス鋼の耐
食性に対して何らの悪影響も及ぼさない。

【００１４】また、ニッケルの下地めっきにより、溶融
亜鉛めっき前処理としての還元工程を省略することも可
能である。たとえば、ニッケルの下地めっきを溶融亜鉛
めっきラインでインライン処理するときには、ニッケル
めっき面に不動態皮膜が形成される時間的余裕がなく、
溶融亜鉛めっきを行うまでニッケルめっき面が活性状態
に維持される。このような場合、ニッケルを下地めっき
したステンレス鋼帯をそのままで溶融亜鉛めっき浴に導
入しても、良好な亜鉛めっき層がステンレス鋼帯の表面
に形成される。

【００１５】ニッケルの下地めっきは、前述した作用を
得る上で、ステンレス鋼帯の片面当り５．５ｇ／ｍ２　
以上の目付け量で行うことが必要である。この目付け量
が５．５ｇ／ｍ２　未満であると、後述する実施例で示
すように亜鉛の不めっき部分が生じ易くなる。そこで、
不めっきを完全になくす上から、ニッケル下地めっきの
目付け量を５．５ｇ／ｍ２　以上とすることが必要とさ
れる。 しかし、過度の目付け量で下地めっきを行うことは、経
済的に不利となるため、実施に当たってはニッケルの下
地めっきを５．５ｇ／ｍ２　以上で且つあまり厚目付け
にならないように選定する。

【００１６】ニッケル下地めっきの作用は、電気亜鉛め
っき，蒸着亜鉛めっき等の他のめっき方法に対しても活
用される。すなわち、これらのめっき方法において採用
されている酸化皮膜除去のための条件が緩和され、簡単
な操作で酸化皮膜を除去することが可能となる。

【００１７】次いで、本発明を詳細に説明する。

【００１８】亜鉛めっき素材であるステンレス鋼帯には
、フェライト系ステンレス鋼，オーステナイト系ステン
レス鋼等の各種の鋼材が使用目的に応じて選定される。 また、前工程でニッケルの下地めっきを行うために、溶
融亜鉛めっきの作業性やめっき層の性能等が素材の鋼種
に応じて変動することがなく、安定した品質の亜鉛めっ
き層が形成される。

【００１９】なお、ニッケルの下地めっきが施されるス
テンレス鋼帯は、酸洗により表面仕上げされたものであ
ることが好ましい。しかし、光輝焼鈍仕上げ，研磨仕上
げ等で表面仕上げされたステンレス鋼帯に対しても、本
発明を同様に適用することができる。

【００２０】素材であるステンレス鋼帯は、先ず脱脂に
より表面に存在する油類が除去される。この脱脂は、後
続する酸洗や下地めっき等の工程における処理ムラをな
くす上から必要とされる。脱脂方法としては、通常のめ
っき工程で使用されている浸漬脱脂，電解脱脂等の方法
を採用することができる。また、油類の付着が少ないス
テンレス鋼帯に対しては、オルソケイ酸ソーダを使用し
た電解脱脂のみによって所期の効果を得ることができる
。

【００２１】脱脂されたステンレス鋼帯は、次いで酸洗
される。この酸洗によって、ステンレス鋼帯の表面が活
性化される。このとき使用する酸としては、塩酸，低濃
度の硫酸等の非酸化性のものがよい。硝酸は、ステンレ
ス鋼表面を不動態化する作用をもっているので、使用す
ることができない。

【００２２】前述したように、ステンレス鋼の表面に存
在する不動態皮膜のために、良好な密着性をもっためっ
き層をステンレス鋼表面に形成することが困難である。 この傾向は、ニッケルの下地めっきの場合においても同
様である。そして、不動態皮膜は、還元処理によって完
全に除去されるものではない。そこで、不動態皮膜があ
るステンレス鋼の表面にニッケルめっき層を形成する方
法として、ストライクめっき法を採用することが好まし
い。

【００２３】ストライクめっきは、たとえば次の条件下
で行われる。

【表１】

【００２４】ニッケルの下地めっきをステンレス鋼帯の
片面当り５．５ｇ／ｍ２　以上の目付け量で行う場合、
ニッケルストライクめっき単独で目標の目付け量を形成
することが可能である。しかし、ストライクめっきの電
流効率は、通常の電気めっきに比較して相当に低い。そ
のため、下地めっき層の全量をストライクめっきによっ
て形成しようとすると、経済的に不利となる。

【００２５】そこで、約１ｇ／ｍ２　程度のニッケルス
トライクめっきを行った後、たとえばワット浴等の電流
効率が高いニッケルめっき浴を使用してニッケルの電気
めっきを行い、総量で５．５ｇ／ｍ２　以上の目付け量
をもつニッケルめっき層を形成することが好ましい。

【００２６】ニッケルの下地めっきが施されたステンレ
ス鋼帯は、水素−窒素雰囲気中で還元処理された後、溶
融亜鉛めっきされる。この還元処理によって、ニッケル
めっき層の表面は容易に活性化し、溶融亜鉛に対する馴
染み性に優れたものとなる。ただし、この還元処理は、
溶融亜鉛めっき工程に至るまでニッケルめっき層が活性
状態に維持される場合には、省略することも可能である
。

【００２７】このようにして、ニッケルの下地めっきが
施されたステンレス鋼帯を溶融亜鉛浴に浸漬してめっき
するとき、ニッケルめっき層の活性な金属表面が溶融亜
鉛に接触するため、良好な密着性をもつ亜鉛めっき層が
ステンレス鋼帯の表面に形成される。また、溶融亜鉛め
っき自体としても、普通鋼を対象とした通常の方法を採
用することができ、浴組成，めっき条件等を変更する必
要がない。

【００２８】以下、実施例を説明する。

【００２９】

【実施例】めっき作業 市販のステンレス鋼帯ＳＵＳ４３０及びＳＵＳ３０４を
、硝フッ酸を使用して酸洗仕上げした後、トリクレン脱
脂し、５％硫酸で酸洗した。次いで、これらステンレス
鋼帯に対して、目付け量を種々変化させたニッケルスト
ライクめっきを施した。

【００３０】前処理されたステンレス鋼帯を、次の条件
下で溶融亜鉛めっきした。なお、溶融亜鉛めっきの目付
け量は、１００〜１５０ｇ／ｍ２　の範囲に維持した。

【表２】

【００３１】不めっきの判定 このようにして製造された溶融亜鉛めっきステンレス鋼
帯に付いて、亜鉛めっき層の不めっき率を調べた。なお
、不めっき率は、溶融亜鉛めっきされたステンレス鋼帯
の表面に５ｍｍ×５ｍｍの格子を当てがい、不めっきが
存在する格子の数をステンレス鋼帯の全表面に対する百
分率で表した。この不めっき部は、ピンホール状の局部
的なめっき欠陥等を含む部分である。

【００３２】図１は、測定された不めっき率をニッケル
目付け量との関係で表したグラフである。図１から明ら
かなように、ニッケルの下地めっきを行わない場合、溶
融亜鉛がステンレス鋼帯の表面で弾かれて、多量の不め
っきが生じている。これに対し、ニッケルの下地めっき
を行った場合には、不めっき率が減少しており、良好な
亜鉛めっき層が形成されていることが判る。そして、ニ
ッケルの目付け量が５．５ｇ／ｍ２　以上になったとき
、不めっきの発生がなくなっている。

【００３３】密着性試験 また、亜鉛めっきしたステンレス鋼帯から試験片を切り
出し、めっき密着性試験に供した。この試験では、切り
出された試験片に対して２ｔ曲げを行い、１．５ｍｍ×
５．０ｍｍの曲げ面を倍率１００倍の顕微鏡で観察し、
めっきが剥離した面積を測定することにより、めっき剥
離面積率で密着性を評価した。

【００３４】図２は、このめっき剥離面積率をニッケル
下地めっきの目付け量との関係で表したグラフである。 図２から明らかなように、ニッケルめっきの目付け量が
２．０ｇ／ｍ２　以上であるとき、めっき剥離が極めて
少なくなり、優れた密着性をもつ亜鉛めっき層がステン
レス鋼帯表面に形成されていることが判る。

【００３５】耐食性試験 溶融亜鉛めっきしたステンレス鋼帯から切り出された試
験片を次の条件を１サイクルとする腐食試験に供した。

【表３】

【００３６】この腐食試験を繰り返し行い、所定サイク
ルごとに発銹面積を測定し、発銹面積の多少で耐食性を
評価した。その結果を、図３に示す。なお、比較例とし
て、ステンレス無垢材，ニッケルの下地めっきを施さな
い同一亜鉛目付け量のステンレス鋼及び普通鋼に同一の
目付け量で亜鉛めっきした通常の亜鉛めっき鋼板に対し
て、同じ条件下の腐食試験を行った。これら比較材の腐
食状況を、図３に併せ示している。

【００３７】図３から明らかなように、通常の亜鉛めっ
き鋼板は、金属亜鉛の溶出と共に下地である普通鋼が腐
食され、発銹を呈している。他方、電気亜鉛めっきした
ステンレス鋼の発銹は、検出されなかった。このように
下地の種類によって発銹に差がみられるのは、亜鉛めっ
きしたステンレス鋼では亜鉛の犠牲防食作用によって下
地の腐食が抑制されることに加えて、金属亜鉛が溶出し
た後でも耐食性が維持されていることに起因する。

【００３８】ニッケルを下地めっきしたステンレス鋼に
おいては、ニッケル目付け量の増加に従って発銹率が減
少した。特に、目付け量が５．５ｇ／ｍ２　以上では、
発銹率が極端に小さくなり、優れた耐食性を呈した。こ
れに対し、ニッケル目付け量４．５ｇ／ｍ２　以下の試
験片では、不めっき部分からの発銹がみられた。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、亜鉛めっきされるステンレス鋼材の表面に予め目付
け量５．５ｇ／ｍ２　以上でニッケルを下地めっきする
ことによって、ステンレス鋼表面を不動態化し難く且つ
容易に還元され易い状態に改質している。そのため、溶
融亜鉛めっき法で亜鉛めっき層を形成する場合にあって
は、水素−窒素雰囲気で還元処理することによって表面
の酸化皮膜を容易に除去することが可能になり、めっき
亜鉛の付着性が向上し、不めっきを発生させることがな
く、優れた密着性をもつ亜鉛めっき層がステンレス鋼表
面に形成される。また、場合によっては還元処理自体を
省略することができるため、めっき工程の簡略化も図ら
れる。このようにして、ステンレス鋼表面に形成された
亜鉛めっき層は、不めっきがなく良好な密着性で基材表
面に付着しているため、ステンレス鋼に亜鉛めっきを行
った場合に獲られる本来の優れた耐食性を充分に発揮す
る製品となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ニッケル下地めっきの目付け量と不めっき率と
の関係を表したグラフ。

【図２】ニッケル下地めっきの目付け量と亜鉛めっきの
密着性との関係を表したグラフ。

【図３】ニッケル下地めっきの目付け量と亜鉛めっき材
の発銹率の経時変化との関係を表したグラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　脱脂及び酸洗したステンレス鋼材の表
   面に、単位面積当りの付着量５．５ｇ／ｍ２　以上でニ
   ッケルを下地めっきした後、亜鉛めっきすることを特徴
   とする亜鉛めっきステンレス鋼材の製造方法。