JPH0663113B2 - 化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板の製造方法

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JPH0663113B2 JP10863787A JP10863787A JPH0663113B2 JP H0663113 B2 JPH0663113 B2 JP H0663113B2 JP 10863787 A JP10863787 A JP 10863787A JP 10863787 A JP10863787 A JP 10863787A JP H0663113 B2 JPH0663113 B2 JP H0663113B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はZn系電気めっき鋼板の製造方法に係り、特にめ
っき面における化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板
の後後処理方法に関するものである。
<従来技術とその問題点> Zn系電気めっき鋼板は、素材の材質を劣化させることな
く高耐食性が実現できるため、自動車、家電、建材な
ど、従来冷延鋼板が使用されていた幅広い分野に用途が
拡大されつつある。
特に、近年、耐食性向上を目的としてZn−Ni、Zn−Feな
どの電気合金めっき鋼板が開発され、自動車車体への防
錆用めっき鋼板への適用の拡大が盛んに行なわれ、生産
が著しく増加している。
しかし、現在、Zn系電気めっき鋼板上に、りん酸塩化成
処理時に生成するりん酸塩結晶はhopeite(Zn(P
O・4HO)で、このhopeiteは冷延鋼板上に生成
する。
phosphophyllite(Zn・Fe(PO・4HO)に比
較して塗料の密着性が劣るために、その使用部位は車体
内面が主体で、車体外側に用いることには問題があっ
た。
本発明者らはこの問題を解決するために、従前に特願昭
61−089747号において、めっき面を陽極電解処理する方
法を提起した。
この技術は、Zn系電気めっきをした際、めっき表面に形
成される絶縁物質であるZn(OH)皮膜を陽極電解処理
することによって除去し、めっき面の化成処理性の改善
を行う方法である。
しかしながら、かかる方法は、下記の問題があった。
(1)、めっき面を陽極電解処理することによって、め
っき面に形成したZn(OH)皮膜が除去でき、りん酸塩
化成処理性が向上する。しかし、例えばZnあるいはZn−
Ni合金めっき鋼板を工業的規模で大量に連続処理した場
合、めっき面から剥離したZn、Ni等が電解液中に溶解
し、蓄積されることになる。
このような金属イオン、特にNiイオンが溶解した電解液
を用いてめっき面の陽極電解処理を続け、液中にそれら
の金属イオン濃度が0.2g/以上になると、めっき面が
オーバーエッチングされ、Zn系合金めっきにおいては黒
点状の皮膜欠陥、Znめっきに至っては著しい皮膜欠落が
起こり、めっき外観が悪くなり、それらの箇所にはりん
酸塩化成皮膜が形成されず、皮膜欠陥になる。
(2)、したがって、従来の方法では、一定量処理した
後電解液を廃棄しなければならず、経済的に不利であ
る。また電解液の入れ替えが必要となり、ラインのダウ
ンタイムが発生する。このためライン稼動が低下し、生
産性を阻害するとともにコストアップになる。
<発明の目的> 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Zn系
電気めっき鋼板のめっき面を陽極電解処理するに際し、
電解液中に、ZnイオンやNiイオン等の金属イオンが存在
しても、該電解液を交換することなく、めっき面のオー
バーエッチングの発生を防止し、めっき外観を損なうこ
となく、りん酸塩化成処理性の優れためっき面を容易に
得ることのできるZn系電気めっき鋼板の製造方法を提供
することを目的とする。
<発明の構成> 本発明者らは、Zn系電気めっき鋼板のめっき面を陽極電
解処理するに際し、電解液中にZnイオンやNiイオンなど
の金属イオンが増加しても、めっき面のオーバーエッチ
ングの発生を防止し、もってめっき外観を損なうことな
く、りん酸塩化成処理性の優れためっき面を得る方法に
ついて種々検討を重ねた結果、電解液中にオキシ酸およ
び/またはオキシ酸塩あるいはアミンなどのNiイオン、
Feイオンとキレート化合物を形成する物質を添加するこ
とが極めて効果的であることを知見し、本発明を完成す
るのに至ったものである。
すなわち、本発明によれば、鋼板にZn系電気めっきを施
した後、Na、K、Li、MgおよびAlのりん酸塩または硫酸
塩のうち1種あるいは2種以上と、さらにNiイオンおよ
びFeイオンとキレート化合物を形成する物質とを含むpH
4以上の電解液中で、電流密度が5A/dm以上かつ電気
量10クーロン/dm以上にて陽極電解処理を施すことを
特徴とする化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板の製
造方法を提供するものである。
以下、本発明の化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板
の陽極電解処理方法を詳細に説明する。
本発明におけるZn系電気めっき鋼板とは、Znめっき鋼
板、Znを主体とするZn系合金めっき鋼板を広く含むもの
である。例えば、Zn−Ni系、Zn−Mn系、Zn−Cr系、Zn−
Fe系合金めっき、さらにはこれらにP、Co、Cr、Sn、S
b、V、Fe、Ti、Ni、Mn、As、Bi等のうち1種または2
種以上を故意に添加あるいは不可避的に混入したもの、
さらにこれにアルミナ、シリカ、チタニア、クロム酸塩
等の粒子を分散させたもの等、あらゆるZn系合金または
複合めっき皮膜を硫酸浴、塩化物浴あるいはそれらの混
合浴などの酸性の液でめっきしたものである。電解液
は、Na、K、Li、Mg、Alなどのりん酸塩あるいは硫酸塩
の少なくとも1種を主成分とする。上記金属イオンの析
出電位は水素還元電位より低いため、水溶液の電解では
上記金属の析出が起らない。このため、浴中の金属イオ
ン濃度の維持や陰極のメンテナンスが容易であるととも
に、陽極上に生成する酸と陰極上で生成するアルカリと
が当量関係でバランスし、浴pHの維持にとっても好適で
あるからである。
また、硫酸塩あるいはりん酸塩を選んだのは、これらの
水溶液電解では有害ガスの発生がないからである。
そして、本発明の特徴として、前記電解液中に添加する
Niイオン、Feイオンとキレート化合物を形成する物質と
しては、オキシ酸および/またはオキシ酸塩あるいはア
ミンなどがあげられる。
前記電解液中へ添加するオキシ酸および/またはオキシ
酸塩としては、クエン酸、酒石酸、乳酸、りんご酸、ヒ
ドロアクリル酸、α−オキシ酪酸、グリセリン酸、グリ
コール酸、タルトロン酸などの脂肪族オキシ酸およびサ
リチル酸、マンデル酸、トロパ酸、没食子酸、m−オキ
シ安息香酸、p−オキシ安息香酸などの芳香族オキシ酸
および/またはそれらのオキシ酸塩などがあげられる。
前記電解液中にオキシ酸および/またはオキシ酸のアル
カリ塩を添加すると、めっき面の外観や化成処理性を劣
化させることなく、化成処理性の優れためっき面が得ら
れるのは、オキシ酸イオンが、各種金属とヒドロキシル
基およびカルボキシル基の酸素によってキレート化し
て、水溶性錯塩を生成し、マスキング剤として働くため
であると考えられる。
前記オキシ酸および/またはオキシ酸塩の添加量として
はオキシ酸イオンとして5g/以上が好ましい。オキシ
酸イオンが5g/未満では、めっき面の清浄化が困難と
なるとともにめっき面に発生する黒点状のオーバーエッ
チングの防止効果が少ないからである。また、上限はオ
キシ酸および/またはオキシ酸塩の溶解度以下が望まし
い。
また、オキシ酸に代えて、前記電解液中に添加するアミ
ンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルア
ミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、アミルアミ
ン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミ
ン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、
ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミ
ン、ペンタデシルアミン、セチルアミン等の脂肪族第一
アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピル
アミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジア
ミルアミン等の脂肪族第二アミンおよびトリメチルアミ
ン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチ
ルアミン、トリアミルアミン等の脂肪族第三アミンや脂
肪族不飽和アミン、脂環式アミンおよび芳香族アミン等
があげられる。
前記電解液中にアミンを添加すると、めっき面の外観や
化成処理性を劣化させることなく、化成処理性の優れた
めっき面が得られるのは、アミンが金属イオンと錯塩を
形成して金属イオンをキレートし、金属イオンのマスキ
ング剤として働くためであると考えられる。
前記アミンの添加量としては2g/以上が好ましい。ア
ミンが2g/未満では、めっき面の清浄化が困難となる
とともにめっき面に発生する黒点状のオーバーエッチン
グの防止効果が少ないからである。また、上限はアミン
の溶解度以下が望ましい。
前記電解液のpHは4以上で化成処理性の改善に効果があ
る。pHが4未満では、めっき層の化学溶解が著しく増加
してめっき割れを起こし、耐食性の低下をきたすからで
ある。
また、電流密度が5A/dm以上では化成処理性の改善が
なされるが、5A/dm未満では充分な効果が得られず、
また工程上長い時間が必要となり、経済的ではない。
電流密度の上限は、電解電圧の上昇による電力ロスを考
慮すると150A/dm以下が好ましい。
電気量は10クーロン/dm以上で化成処理性の改善が可
能であり、10クーロン/dm未満では充分な効果が得ら
れない。電気量の上限はないが、電気量が増大すると、
金属溶解によりめっき目付量の低下が起り、経済的でな
く500クーロン/dm以下が好ましい。
めっき鋼板電解時の極性は陽極(プラス)で化成処理性
の改善が可能であり、極性を陰極(マイナス)にすると
その目的を達成することはできない。この裏付けとし
て、本発明におけるりん酸塩処理性が向上する理由とし
て、明確ではないが、次のように考えられる。
例えばZn−Niめっきの電析機構は、異常共析型であるこ
とが知られている。
異常共析とは、本来析出しやすいNiイオンより析出し
にくいZn イオンが優先的に電析層中に取り込まれる
現象である。これは、通電を開始すると鋼表面のpHが上
昇してまずZn(OH)皮膜が生成し、このZn(OH)
膜を通して電析が起る。従って、Niの電析は阻害され、
めっき浴中のZnとNiのモル比がZn/Ni=1/2であるの
に対し、めっき層中のZnとNiのモル比がZn/Ni=6〜7
と割合が逆転するからである。
Zn系電気めっき表面における化成処理皮膜の生成反応
は、 Zn+2HPO→ Zn(HPO+H↑(initiation) ……(1) 3Zn(HPO+4HO→ Zn(PO4HO+4HPO ……(2) (化成皮膜) である。めっき終了時に、Zn(OH)皮膜は、めっき表
面をおおっている。Zn(OH)皮膜は電子伝導性を有さ
ないため、上記反応(1)の金属溶解を阻害し、化成処
理性を低下させる。
Zn(OH)皮膜は、非常に薄く、めっき直後の板が濡れ
ている状態では、ゲル状でめっき表面をおおっているだ
けである。従って水洗水を強くめっき表面にあてるとそ
の一部は除かれる。
Zn−Niめっきの一部に化成処理性のよいものがみられる
のは、たまたまその部分がZn(OH)皮膜の少ない部分
であったと推定できる。しかし、水洗水をめっき鋼板全
体にまんべんなくあてることは、設備の維持管理がきわ
めてむずかしく、安定した特性を得るのは不可能であ
る。
ここで、本発明によると、めっきの最終セクションで鋼
板側を陽極(プラス)にすることにより、次のアノード
反応が主として起る。
O→1/2 O↑+2H+2e ……(3) Zn→Zn +2e ……(4) 従って、絶縁物質であるZn(OH)は、酸素ガスや下層
からのZnの溶解と同時にめっき表面から除かれる。
上記反応は鋼板表面全体で起こり、表面のZn(OH)
均一に取り除かれたZn−Niめっき鋼板が得られる。Zn
(OH)の少ない表面では、鋼板全体より金属溶解の化
成処理初期反応が起こり、多数の結晶初期核が発生す
る。初期結晶は成長するが、数多いため、相互に成長を
阻害して緻密な化成結晶が得られる。
すなわち、鋼板側を陽極にすることにより、緻密な化成
結晶を得ることができることになる。
鋼板側を陰極(マイナス)にすると、カソード反応とし
て水素ガス発生とともに、不純物として金属イオンが存
在するとそれが析出するため、十分にZn(OH)皮膜が
取り除かれず、むしろ電析した金属が化成むらの原因と
なり、化成処理性の改善がなされない。
本発明において用いられる鋼材はその種類および寸法に
は限定されず、常法に従って脱脂、酸洗、および水洗な
どの前処理を行ってよい。
また、これらの前処理に続いてZn系電気めっきを施した
後、本発明法に基づいて陽極電解処理をすれば良い。
陽極電解処理槽としては、水平式、縦型式およびラジア
ルセルなどの従来既知の方式が適用でき、液温は室温〜
70℃の間で任意に選択できる。
陽極電解処理を終ったあと、めっき鋼板は水洗、乾燥さ
れ、製品とされる。
<実施例> 次に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
以下の各実施例においては、いずれも板厚0.7mmのSPCC
相当の冷延鋼板を使用してめっきした。
[実施例1] (1)Zn−Ni浴組成 NiSO・6HO 250g/ ZnSO・7HO 130g/ NaSO 40g/ (2)pH 1.6 (3)浴温 60℃ (4)電流密度 50A/dm (5)めっき時間 15sec (6)めっき目付量 20g/m のめっき条件にて冷延鋼板を電気Zn−Ni合金めっき後、
ただちに水洗を行ない、板表面が濡れたまま引き続き表
1に示した条件でめっき面の陽極電解処理を行ない、そ
の後、水洗乾燥した。
電解処理後のめっき表面の外観評価は、目視測定で下記
の通りである。
〇…均一で黒点状のオーバーエッチングなし △…一部に黒点状のオーバーエッチングあり ×…全面に黒点状のオーバーエッチングあり この後、日本ペイント製のりん酸塩処理液グラノジンSD
2000(Dip方式)を用いて化成処理を行なった。化成皮
膜の評価は、目視および走査型電顕観察により、均一
性、皮膜欠陥の有無、結晶の緻密さ等によって評価し、
重量法(クロム酸アンモン液使用)により皮膜付着量を
求めた。
評価基準は下記の通りである。
〇…均一で緻密な結晶皮膜 △…点状の皮膜欠陥部ややあり、あるいは結晶が不均一 ×…全面に点状の皮膜欠陥あり 結果を表1に示す。
[実施例2] (1)Zn浴組成 ZnSO・7HO 400g/ NaSO 35g/ (2)pH 2 (3)浴温 55℃ (4)電流密度 40A/dm (5)めっき時間 20sec (6)めっき目付量 20g/m のめっき条件にて冷延鋼板を電気Znめっき後、ただちに
水洗を行ない、板表面が濡れたまま引き続き表2に示し
た条件でめっき面の陽極電解処理を行ない、その後、水
洗乾燥した。電解処理液はZn−Niめっき処理後に上記Zn
めっきを行なったものとして、処理液中にNiイオンが混
在したものである。
電解処理後のめっき表面の外観、化成処理性の試験方法
は、実施例1と同様であり、評価基準は下記の通りであ
る。
電解処理後めっき表面外観評価: 〇…均一でオーバーエッチングによる皮膜の欠落なし △…オーバーエッチングによる皮膜の欠落部ややあり、
あるいは結晶が不均一 ×…ほぼ全面にオーバーエッチングによる皮膜の欠落あ
り 化成皮膜外観評価: 〇…均一で緻密な結晶皮膜 △…皮膜欠陥部ややあり ×…ほぼ全面が皮膜欠落 結果を表2に示す。
<発明の効果> 以上詳述したように、本発明によれば、電解液中にZn、
Ni、Fe等の金属イオンが存在しても、めっき面に発生す
るオーバーエッチングを防止し、化成処理後の外観に優
れ、緻密で細かいりん酸塩結晶のめっき面が得られる。
さらに本発明によれば、電解液を交換することなく、め
っき面における化成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板
が得られるので、ライン稼動率が高くかつ生産性の高い
Zn系電気めっき鋼板の製造方法が得られるという効果が
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼板にZn系電気めっきを施した後、Na、
    K、Li、MgおよびAlのりん酸塩または硫酸塩のうち1種
    あるいは2種以上と、さらにNiイオンおよびFeイオンと
    キレート化合物を形成する物質とを含むpH4以上の電解
    液中で、電流密度が5A/dm以上かつ電気量10クーロン
    /dm以上にて陽極電解処理を施すことを特徴とする化
    成処理性の優れたZn系電気めっき鋼板の製造方法。
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