JPH04337057A - 鋼板の溶融めっき前処理方法 - 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、プラズマ又はイオンビ
ームによるエッチングで鋼板表面を活性化した後で溶融
めっきする際の前処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶融めっき鋼板製造プロセスは、
前処理帯で被めっき鋼板を焼鈍し、還元性ガスによって
鋼板表面の酸化皮膜を還元除去した後、活性化された鋼
板表面に溶融めっきを施す工程を経ている。また、これ
ら各工程を大気雰囲気から遮断したライン内還元焼鈍方
式の連続溶融めっき設備が採用されている。

【０００３】この方式の溶融めっき装置は、普通鋼鋼板
を対称として開発されたもので、Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ等の
容易に酸化され易い元素を含有する鋼板に対しては不適
当である。すなわち、Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ等を含有する鋼
板の表面に形成されている酸化皮膜は、還元性ガス雰囲
気中での加熱処理によって鋼板表面から除去することは
できず、加熱処理後に酸化皮膜が鋼板表面に残留する。 残留した酸化皮膜は、溶融めっき金属に対する鋼板表面
の濡れ性を低下させ、不めっきや密着不良等の欠陥を発
生させる原因となる。

【０００４】そこで、本発明者等は、鋼板表面に生成し
ている強固な酸化皮膜を除去するため、真空中でプラズ
マ或いはイオンビームによって鋼板表面をエッチングす
ることを特願平２−１２７０３９号，特願平３−８６１
６９号等で提案した。

【０００５】新しく提案した方法においては、被めっき
鋼板が導入される雰囲気を真空に維持し、この真空雰囲
気にプラズマ発生用又はイオンビーム発生用原料ガスを
導入して、鋼板表面をプラズマ又はイオンビームによっ
てエッチングする。エッチングにより表面が活性化され
た鋼板は、そのまま真空雰囲気に維持された溶融めっき
浴に浸漬される。プラズマ又はイオンビームエッチング
によるとき、強固に付着している酸化皮膜も鋼板表面か
ら除去され、不めっき等の欠陥がなく密着性に優れた溶
融めっき鋼板が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プラズマ又は
イオンビームエッチングを鋼板の活性化前処理方法とし
て採用した場合にあっても、依然として不めっきや密着
性不良等の欠陥が生じることが散見された。本発明者等
は、欠陥発生原因が真空雰囲気に存在する残留ガスにあ
るものと推察し、残留ガスの影響を抑えるべく種々調査
・研究した。

【０００７】本発明は、この調査・研究の過程で完成さ
れたものであり、エッチング雰囲気の残留ガスの濃度を
規制することにより、残留ガス或いはその変成物質によ
る悪影響を排除して鋼板表面を活性化し、不めっき等の
欠陥がなく密着性に優れた溶融めっき層を鋼板表面に形
成することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融めっき前処
理方法は、その目的を達成するため、プラズマエッチン
グで鋼板表面を活性化する場合、残留ガスとしてのＯ２
　を８×１０−３Ｐａ以下の分圧に、Ｈ２　Ｏを７×１
０−２Ｐａ以下の分圧に、Ｎ２　を９×１０−２Ｐａ以
下の分圧に保持した真空中にプラズマ発生用の原料ガス
を導入し、溶融めっきされる鋼板表面をプラズマエッチ
ングすることを特徴とする。

【０００９】また、イオンビームエッチングで鋼板表面
を活性化する場合、残留ガスとしてのＯ２　を１×１０
−２Ｐａ以下の分圧に、Ｈ２　Ｏを２×１０−１Ｐａ以
下の分圧に、Ｎ２　を２×１０−１Ｐａ以下の分圧に保
持した真空室に連なったイオン源にイオンビーム発生用
の原料ガスを導入し、溶融めっきされる鋼板表面をイオ
ンビームエッチングすることを特徴とする。

【００１０】

【作　　用】真空雰囲気にプラズマ或いはイオンビーム
発生用の原料ガスを導入して鋼板表面をエッチングする
とき、本発明者等は、真空雰囲気に存在する残留ガスが
次のメカニズムで鋼板表面を不活性することに作用して
いるものと推察した。

【００１１】すなわち、プラズマやイオンビームによっ
て鋼板表面がエッチングされている間に、残留ガスとの
反応によって鋼板表面が酸化又は汚染される。そのため
、鋼板表面は、エッチングされているにも拘らず不活性
な状態にあり、溶融めっき金属に対する濡れ性が低く、
不めっき等の原因となる。

【００１２】特にプラズマによるエッチングの場合、残
留ガスは、それ自体もプラズマ化され、反応性が高めら
れている。そして、直接プラズマに接触している鋼板表
面は、容易に残留ガスと反応して化合物を表面に形成す
る酸化，汚染等によって不活性化される。たとえば、残
留ガスとして存在している酸素は、プラズマ化された結
果、Ｏ２　としてだけではなく、Ｏ，Ｏ２＋，Ｏ＋　，
Ｏ＊　（ラジカル）としても存在する。これらの状態の
酸素は、非常に強い反応性を呈し、鋼板表面を容易に酸
化する。

【００１３】また、イオンビームによるエッチングの場
合には、残留ガスがイオン源に浸入し、イオン源内で残
留ガスがイオン化される。その結果、残留ガスのイオン
ビームも発生される。残留ガスのイオンビームは、多少
のエッチング効果を有するものの、酸化又は汚染に関し
大きな影響を与える。たとえば、残留ガスとしてＨ２Ｏ
が存在する場合、Ｈ２　Ｏ＋　やＨＯ＋　等のイオンビ
ームが発生し、それらが鋼板表面に酸化層を形成しなが
らエッチング反応が進行する。その結果、鋼板表面は、
不めっき等の欠陥が発生し易い不活性な状態になる。

【００１４】更に、プラズマに接していない部分或いは
イオンビームが照射されていない部分に対しても溶融め
っきを施す場合には、鋼板を６８０Ｋ以上に加熱するこ
とが必要となる。鋼板をこのような高温に加熱するとき
、鋼板表面の反応性が高められる。そのため、鋼板表面
は、容易に残留ガスと反応し、不活性化される。

【００１５】そこで、本発明者等は、残留ガスの影響を
排除すべく、残留ガスの濃度を低下させた状態でエッチ
ングを行った。Ｏ２　，Ｈ２　Ｏ，Ｎ２　等の分圧が低
いほど鋼板表面に対する悪影響がないものと予想される
。しかし、これらの分圧には閾値があり、閾値以下に分
圧を低下させても分圧低下に見合った効果が得られない
。また、過度にＯ２　，Ｈ２　Ｏ，Ｎ２　等の分圧を低
下させることは、真空度を大幅に上昇させることが必要
となるため、設備構成の複雑化や操業の困難化を招き、
実際の生産ラインに対する適用性が悪くなる。そして、
Ｏ２　，Ｈ２　Ｏ，Ｎ２　等の分圧をそれぞれ特許請求
の範囲に規定された値以下に維持するとき、鋼板表面の
不活性化が抑制され、良好なめっき層が形成されること
を知見した。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例によって
本発明を具体的に説明する。板厚０．５ｍｍ，板幅１０
０ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼帯をプラズマエッチ
ング或いはイオンビームエッチングによって活性化した
後、溶融Ａｌめっきを施した。

【００１７】プラズマエッチングを採用した溶融めっき
ラインは、図１に示すように、ペイオフリール１０から
巻取りリール１１に送られる被めっき鋼板１２としての
ステンレス鋼帯の搬送路に沿って、真空室２０及び溶融
めっき槽３０を配置している。

【００１８】真空室２０の入側には、多数のロール郡か
らなる真空シール装置２１が配置されており、真空室２
０の内部を入側の大気雰囲気から遮断している。真空室
２０の内部には、上流側から高周波加熱装置２２及びプ
ラズマエッチング装置２３が配置されており、真空ポン
プ２４，２５によって真空排気される。

【００１９】溶融めっき槽３０は、スナウト部３１で真
空室２０に直結しており、めっき金属を溶融状態で保持
した溶融めっき浴３２を備えている。溶融めっき浴３２
には、被めっき鋼板１２を溶融めっき浴３２に導入した
後、送り出すためのシンクロール３３，３４が浸漬され
ている。また、被めっき鋼板１２の出側にガスワイピン
グ装置３５が配置されており、溶融めっき浴３２から引
上げられた被めっき鋼板１２に付着している溶融めっき
金属の過剰量が除去され、めっき厚さが調整される。

【００２０】ペイオフリール１０から送り出された被め
っき鋼板１２は、デフレクターロール１３，１４を経て
、真空室２０に入る。被めっき鋼板１２は、真空室２０
内でデフレクターロール１５によって走行方向を変えら
れ、溶融めっき槽３０に向かって垂直下方に搬送される
。この搬送過程で、被めっき鋼板１２は、高周波加熱装
置２２で所定温度に加熱された後、プラズマエッチング
装置２３によってエッチングされる。エッチングにより
表面が活性化された被めっき鋼板１２は、大気雰囲気に
接することなく、そのままの状態で溶融めっき浴３２に
導入される。

【００２１】また、イオンビームを使用したエッチング
により表面を活性にした後で溶融めっきを施すラインは
、図２に示すように、プラズマエッチング装置２３に代
えてイオンビーム照射装置２６を配置し、イオンビーム
照射装置２６から出射されたイオンビーム２７を被めっ
き鋼板１２の表面に照射する。

【００２２】プラズマエッチング或いはイオンビームエ
ッチングで表面が活性化された被めっき鋼板１２は、溶
融めっき浴３２を通過し、過剰に付着しためっき金属が
除去された後、デフレクターロール１６〜１８を経て巻
取りリール１１に巻き取られる。デフレクターロール１
６，１７は、溶融Ａｌめっきの場合、被めっき鋼板１２
の表面に形成された溶融めっき層が十分に冷却される時
間をかけて被めっき鋼板１２が走行するように、溶融め
っき槽３０及び巻取りリール１１から十分な高さをもっ
て配置することが好ましい。

【００２３】被めっき鋼板１２に溶融めっきを施すに際
して、真空ポンプ２４，２５によって真空室２０を１×
１０−３Ｐａまで真空排気した。真空室８の真空度が高
まるに応じて、溶融めっき浴３２のめっき金属がスナウ
ト部３１に吸い上げられた。真空室２０が目標の真空度
に達したとき、高周波加熱装置２２及びプラズマエッチ
ング装置２３又はイオンビーム照射装置２６を稼動させ
、走行する被めっき鋼板１２に対してエッチングを行っ
た。エッチング時に原料ガスがプラズマエッチング装置
２３又はイオンビーム照射装置２６に導入され、真空室
２０の真空度は０．０５〜５Ｐａになった。

【００２４】プラズマエッチングの条件を、表１に示す
。（以下、この頁余白）

【表１】

【００２５】イオンビームエッチングの条件を、表２に
示す。

【表２】

【００２６】また、溶融Ａｌめっきの条件を、表３に示
す。

【表３】

【００２７】なお、被めっき鋼板１２の走行速度は、６
０ｍ／分に設定した。この走行速度が７０ｍ／分を超え
ると、エッチングが十分に行われず、高度に真空排気し
た場合、すなわち残留ガスの分圧を極端に低下した場合
にあっても、得られた溶融めっき鋼板に不めっき等の欠
陥が検出された。また、溶融めっき浴３２に浸漬される
直前で被めっき鋼板１２の温度が９２３Ｋとなるように
、高周波加熱装置２２による加熱条件を制御した。

【００２８】このようにして溶融めっきされた鋼板の表
面状態を観察し、溶融めっき層の不めっき発生状況を調
査した。その結果を、図３及び図４に示す。なお、図３
及び図４における不めっき発生率は、溶融めっき鋼板の
表面積０．０５ｍ２　当りに発生した不めっき部分の表
面積を百分率で表した。

【００２９】図３は、プラズマエッチングによって表面
を活性化した被めっき鋼板を溶融めっきした場合の不め
っき発生率を酸素分圧，水蒸気分圧及び窒素分圧との関
係でそれぞれ示すものである。図３から明らかなように
、Ｏ２　では８×１０−３Ｐａ，Ｈ２　Ｏでは７×１０
−２Ｐａ，Ｎ２　では９×１０−２Ｐａの分圧を超える
とき、不めっきが発生し始めることが判る。これは、残
留ガスによって鋼板表面が不活性化したままの状態で被
めっき鋼板が溶融めっき浴に導入され、めっき金属に接
触したことに由来するものと考えられる。

【００３０】図４は、イオンビームエッチングによって
表面を活性化した被めっき鋼板を溶融めっきした場合の
不めっき発生率を酸素分圧，水蒸気分圧及び窒素分圧と
の関係でそれぞれ示すものである。図４から明らかなよ
うに、Ｏ２では１×１０−２Ｐａ，Ｈ２　Ｏでは２×１
０−１Ｐａ，Ｎ２　では２×１０−１Ｐａの分圧を超え
るとき、不めっきが発生し始めることが判る。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、プラズマエッチング或いはイオンビームエッチング
が行われる真空室の残留ガス分圧を規制することによっ
て、残留ガスによる悪影響を排除し、十分に表面が活性
化された状態で被めっき鋼板を溶融めっき浴に導入され
る。すなわち、酸素，水蒸気，窒素等の残留ガスを所定
の分圧以下に維持した雰囲気でプラズマエッチング或い
はイオンビームエッチングを行うとき、短時間で被めっ
き鋼板表面を溶融めっきに適した活性状態に維持するこ
とが可能となり、不めっきや密着性不良等の欠陥がない
溶融めっき鋼板が得られる。また、エッチング時間の短
縮に伴い、プラズマエッチング装置或いはイオンビーム
照射装置を低出力化，小型化することができ、設備費の
節減も図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　プラズマエッチングを施した後で溶融めっ
きを行う連続溶融めっき装置の概略図

【図２】　　イオンビームエッチングを施した後で溶融
めっきを行う連続溶融めっき装置の概略図

【図３】　　
プラズマエッチングに続いて溶融Ａｌめっきを行うこと
により得られた溶融Ａｌめっき鋼板の表面に発生した不
めっきを、エッチング雰囲気の酸素，水蒸気及び窒素分
圧との関係でそれぞれ示したグラフ

【図４】　　イオン
ビームエッチングに続いて溶融Ａｌめっきを行うことに
より得られた溶融Ａｌめっき鋼板の表面に発生した不め
っきを、エッチング雰囲気の酸素，水蒸気及び窒素分圧
との関係でそれぞれ示したグラフ

【符号の説明】

１０　　ペイオフリール　　　　１１　　巻取りリール
　　　　１２　　被めっき鋼板 １３〜１８　　デフレクターロール ２０　　真空室　　　　　　　　　　　　２１　　真空
シール装置　　２２　　高周波加熱装置 ２３　　プラズマエッチング装置　　　　　　　　　　
　　　　　　　　２４，２５　　真空ポンプ ２６　　イオンビーム照射装置　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２７　　イオンビーム ３０　　溶融めっき槽　　　　　　３１　　スナウト部
　　　　　　３２　　溶融めっき浴 ３３，３４　　シンクロール ３５　　ガスワイピング装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶融めっきに先立って、残留ガスとし
   てのＯ２　を８×１０−３Ｐａ以下の分圧に、Ｈ２　Ｏ
   を７×１０−２Ｐａ以下の分圧に、Ｎ２　を９×１０−
   ２Ｐａ以下の分圧に保持した真空中にプラズマ発生用の
   原料ガスを導入し、溶融めっきされる鋼板表面をプラズ
   マエッチングすることを特徴とする鋼板の溶融めっき前
   処理方法。
2. 【請求項２】　　溶融めっきに先立って、残留ガスとし
   てのＯ２　を１×１０−２Ｐａ以下の分圧に、Ｈ２　Ｏ
   を２×１０−１Ｐａ以下の分圧に、Ｎ２　を２×１０−
   １Ｐａ以下の分圧に保持した真空室に連なったイオン源
   にイオンビーム発生用の原料ガスを導入し、溶融めっき
   される鋼板表面をイオンビームエッチングすることを特
   徴とする鋼板のエッチング方法。