JPH07166329A - Ａｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 予め前処理された被めっき材表面の少なくと
も片面に連続的にＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっきを施す真空
蒸着法において、蒸着めっき開始前の被めっき材温度を
２００℃以上に、かつ蒸着めっき終了時のめっき材温度
を４００℃以下に制御するものであるＡｌ−Ｃｒ合金蒸
着めっき材の製造方法。 【効果】 Ａｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材を連続的に製造
する上で、蒸着前後の被めっき材表面温度を規定するこ
とによって、高光沢で、かつ黒色化等の変色のない外観
に優れた製品を安定して得ることができる様になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、優れた外観品質を有す
るＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材を安定して製造する方法
に関するものである。なお、本発明の適用対象となる被
めっき材は、普通鋼やステンレス鋼、各種合金鋼の他、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の非鉄材料やそれらの合金材が含ま
れる。本発明では最も汎用である鋼板を主体に説明す
る。なお、被めっき材の形状も、板状、棒状、管状等特
に限定されない。

【０００２】

【従来の技術】溶融Ａｌめっき鋼板は、耐熱性、耐食
性、熱反射性等の優れた特性を有しており、生産コスト
も比較的安価であることから、自動車のマフラー、家電
製品、建築材料、焼却炉部材等に汎用されてきた。しか
し、Ａｌめっき鋼板はＣｌ^- イオンの様なハロゲン化物
イオンが多量に存在する環境下では、Ａｌ表面の不働態
皮膜が該ハロゲン化物イオンによって破壊され易く、め
っき層に孔食が発生することが多い。発生した孔食の発
生部周辺にはＡｌの腐食生成物であるＡｌ（ＯＨ)₃等を
主成分とする白錆が生じる。また、孔食がさらにめっき
厚み方向に進行して素地鋼板にまで達すると、鋼板の腐
食による赤錆が発生するという問題がある。このため、
耐食性向上を目的として、Ａｌ浴にＺｎ等の各種金属を
添加する検討が行われているが、Ａｌ浴に添加できる金
属の種類と量に限界があり、満足いく結果は得られてい
ない。

【０００３】また、電気めっき法によって非水溶液中か
らＡｌやＡｌ合金を電析する方法も検討されているが、
電析時の電流密度が非常に小さいためにめっき効率が低
く、めっき浴が電気的に不安定であるという事実と併せ
ると、工業的規模での実用化には多くの問題が残されて
いる。

【０００４】一方、真空または希薄ガス雰囲気下で蒸発
原料を加熱蒸発させて、走行している被めっき材表面に
連続的に蒸着めっきを施すいわゆる連続真空蒸着めっき
が実用化されている。蒸発原料を加熱蒸発させる方法と
しては、電気抵抗加熱法や高周波誘導加熱法を採用する
こともできるが、電子ビームやイオンビームあるいはレ
ーザービーム等の高エネルギー源を採用することによ
り、各種高融点金属材料の他にセラミックス等の非金属
材料への適用も可能になっている。

【０００５】このような連続真空蒸着めっき技術を、Ａ
ｌ系めっき材料の耐食性向上に応用した検討がなされて
おり、例えば、特開昭64-21060号、特開平1-127665号に
は、ＡｌとＣｒを個別に真空蒸着させて、Ａｌ−Ｃｒ合
金めっき鋼板を得る技術が、また特開平1-188666号に
は、最下層にＣｒめっき層、中間層にＡｌ−Ｃｒ合金め
っき層、最上層にＡｌめっき層を施した積層型の蒸着め
っき鋼板が開示されており、耐食性向上に成功してい
る。

【０００６】しかしながら、これら従来のＡｌ−Ｃｒ蒸
着めっき法では、Ａｌ用とＣｒ用の２つの蒸発原料槽が
必要で、それぞれ個別に蒸発速度の制御を行わなければ
ならないが、この制御が非常に難しく、めっき付着量や
合金組成がばらつくことが多かった。また、Ｃｒは溶融
浴を作らず、固体のまま蒸発する昇華性物質であって、
蒸発して減少した原料を補給する手段が特に連続蒸着の
場合には確立されておらず、原料がなくなった時点でめ
っきを中断するというバッチ方式を採用せざるを得なか
った。

【０００７】このような問題を解決するものとして、本
発明者等は単一蒸発槽内のＡｌ−Ｃｒ合金浴から直接Ａ
ｌ−Ｃｒ混合蒸気を真空蒸発させて連続蒸着する方法を
見出し、さらなる耐食性向上の検討を行っている。例え
ば、特願平５−３６９４０号には、Ｃｒが過飽和に固溶
したα（Ａｌ）相単相のめっき層結晶構造とすることに
より耐食性が向上した結果が、また特願平５−６２８０
４号には、α（Ａｌ）相とθ（Ａｌ₁₃Ｃｒ₂)からなり、
且つＸ線回折における回折ピークが面間隔２．２９〜
２．３４Åの範囲に２つ存在するめっき層結晶構造とす
ることによって、加工性と耐赤錆性の向上に成功した結
果が示されている。

【０００８】しかしながら、上記方法で製造したＡｌ−
Ｃｒ合金蒸着めっき製品においても依然としてめっき製
造条件に依存して製品外観が変化し易いという問題があ
り、自動車、家電製品、建材等の分野で最も重要な要求
品質の一つである美しい外観を有する製品の安定製造
は、まだ達成できていないのが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の様な状
況に着目してなされたものであって、優れた外観品質を
有するＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材を安定して連続製造
する方法を提供することが主目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明のＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材の製造方法は、予め
前処理された被めっき材表面の少なくとも片面に連続的
にＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっきを施す真空蒸着法におい
て、蒸着めっき開始前の被めっき材温度を２００℃以上
に、かつ蒸着めっき終了時のめっき材温度を４００℃以
下に制御するところに要旨を有する。

【００１１】

【作用】以下、本発明に到達し得た経緯に沿って本発明
を詳細に説明する。本発明者らは、Ａｌ−Ｃｒ合金蒸着
めっき（以下特に断らない限り、「めっき」は「蒸着め
っき」の意味である）鋼板を製造するに当たり、図１に
示す連続蒸着めっき設備を用いて、製造条件と得られた
めっき品質について検討を行った。

【００１２】図１は連続めっき設備例を示す説明図であ
る。同図において、１は矢印Ａ方向に移動する被めっき
材としての鋼板である。還元炉２内で表面を還元・活性
化された鋼板１は、ガス冷却帯３で所定の温度まで冷却
され、その後２つの接続チャンバー４１、４２、および
入側真空シール装置５で雰囲気圧力を大気圧下から真空
下まで減少させ真空蒸着室６に導入される。めっき後に
は、接続チャンバー４３、４４および出側真空シール装
置７で大気圧下に戻されている。

【００１３】本発明者等は上記装置でめっき品質につい
て種々の検討を行い、Ａｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき層に
は、表面光沢が低下して不良となる場合、めっき層表面
が黒色化する場合、またその両者が同時に発生する場合
があることを知見し、この知見を元に、光沢低下の原
因、黒色化の原因を追求した結果、蒸着めっき開始前の
被めっき材温度を２００℃以上に、かつ蒸着めっき終了
時のめっき材温度を４００℃以下に制御すれば、表面品
質の低下が起こらないことを見出したのである。

【００１４】まず蒸着めっき開始前の被めっき材はその
表面温度が２００℃以上でなければならない。図２に
は、めっき前鋼板の温度と表面光沢度の関係を示した。
２００℃未満の場合、めっき前板温が低ければ低いほ
ど、めっき後の表面光沢が著しく低くなることが分か
る。また、２００℃未満の場合、蒸着めっき中やめっき
後に板温が上昇しても、表面光沢は低いままであること
も明らかとなった。２００℃以上では、安定して高光沢
度を得ることが可能である。なお、めっき前の被めっき
材の表面温度が２００℃未満でさらに板幅方向に不均一
な温度分布がある場合には、温度分布位置が光沢ムラと
なるという不都合が生じる。

【００１５】このようにめっき前の被めっき材表面温度
がめっき層の表面光沢に大きな影響を及ぼす理由は次の
ように考えられる。一般に蒸着めっきで得られるめっき
層の結晶粒は径の微細な柱状晶になるはずであるが、め
っき層表面に個々の柱状晶に由来する微細な凹凸が生成
してしまうと表面光沢が低下すると考えられる。この凹
凸の生成原因は、めっき層を構成する個々の結晶粒が様
々な結晶方位を持つためか、あるいは結晶粒の成長速度
が不均一になるためである。めっき層を構成する結晶粒
が様々な結晶方位を持つ場合、めっき前の板温が低下し
て結晶粒成長速度が不均一になったとしても、めっき層
光沢度は徐々に低下するのみであって、本発明者等が検
討した様な著しい光沢低下にはならないと考えられる。

【００１６】通常、Ａｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき層は、め
っき層中にＣｒを含有しているために、α（Ａｌ）相の
（１１１）面が基板に平行になるように強く優先配向し
た結晶構造となり、高い光沢度を示すのである。しか
し、めっき前の板温が低下すると、α（Ａｌ）相の（１
１１）面が基板に平行に優先配向する程度が減少し、さ
らにその一方で個々の結晶粒成長速度も不均一となる。
この成長速度が不均一となる理由は、めっき層中に過飽
和に固溶しているＣｒの存在によって、原料蒸気が安定
な位置まで移動して凝縮することを阻害するためでない
かと考えている。結局、これらの要因が相乗されて、め
っき層表面に微細な凹凸が生成し、表面光沢が低下する
こととなり、そしてこれらの作用はめっき前の板温が２
００℃未満の時に顕著に現れるのである。従って本発明
では、蒸着めっき開始前の被めっき材はその表面温度が
２００℃以上でなければならない。

【００１７】本発明では、めっき前板温の規定の他に、
蒸着めっき終了時のめっき材の表面温度が４００℃以下
であることも必須要件である。めっき後のめっき材の温
度が４００℃を超えるとめっき表面が著しく黒色化する
ため好ましくない。これは以下の様な理由による。蒸着
めっきでは、めっき中に、蒸気の凝縮熱や、蒸発槽から
の輻射熱等を受けて被めっき材の温度が上昇するが、こ
のときに、蒸着室内の残留酸化性ガス成分とめっき層最
表面が反応して酸化物皮膜が形成される。純Ａｌめっき
の場合は酸化物皮膜が生成しても黒色化の度合いが少な
いが、Ａｌ−Ｃｒ合金めっきの場合はめっき層最表面
に、Ａｌ−Ｃｒ−Ｏ系の複合酸化物皮膜が形成されるこ
ととなり、黒色化の程度が激しくなるのである。この酸
化物皮膜はめっき後のめっき材温度が４００℃を超える
と、著しく黒色に変色することが明らかになったので、
本発明では蒸着めっき終了時のめっき材表面温度を４０
０℃以下に規定した。

【００１８】なお、めっき層表面の酸化物皮膜の黒色化
は、製品外観を劣化させるだけでなく、めっき後に必要
に応じて施される化成処理がうまく行えなかったり、あ
るいはめっき層自身の塑性変形能が低下して加工性が悪
化したり、密着性が劣るようになるといった問題を引き
起こすため、黒色化を防止することは非常に重要であ
る。また、めっき後の板幅方向で部分的に４００℃以上
の部位があった場合には、その部位のみが黒色を呈する
結果となり、めっき材の進行方向に帯状黒色模様が存在
することとなるため、板幅方向の温度分布は極力避ける
ことが好ましい。

【００１９】本発明の温度規定条件を満足するために
は、図１中のガス冷却帯３においてめっき前の鋼板温度
が２００℃以上になる様に制御する。また蒸着室６内で
は蒸着めっき量の増加に伴い鋼板温度が上昇するのでめ
っき付着量を適切に制御してめっき後の鋼板温度が４０
０℃を超えない様にする。また、図１において真空蒸着
室６の前後の接続チャンバー４２、４３内に放射温度計
８を設置して温度制御に役立てることも有効な手段であ
る。

【００２０】

【実施例】以下実施例によって本発明を更に詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。 実施例１ 図１に示した連続蒸着めっき設備を用いて、下記および
表１に示した様に蒸着条件を変えてＡｌ−Ｃｒ合金蒸着
めっき鋼板の製造を行い、得られためっき材の品質につ
いて検討を行なった。表１に示した以外の主な製造条件
は以下の通りである。

【００２１】＜主な製造条件＞ ・被めっき帯材 ：極低炭Ｔｉキルド鋼板（板厚
０．６ｍｍ） ・蒸着めっき ：ピアス型電子銃（最大出力： 3
00ｋＷ）を加熱源として、Ａｌ−Ｃｒ合金浴からの真空
蒸着を行った。 ・蒸着室真空度 ：５×１０^-3〜２×１０^-2Ｐａ ・めっき前後の鋼板 温度の測定方法 ：蒸着室入側および出側の接続チャ
ンバーに設置した放射温度計で測定 ・外観評価基準 ・光沢 ○：光沢度高 △：光沢度中 ×：光沢度低、あるいは光沢ムラあり ・黒色化 ○：黒色化部分なし △：薄い黒色化部分あり ×：濃い黒色化部分あり 表１に外観評価結果を併記した。

【００２２】

【表１】

【００２３】本発明で規定する条件を満足する実施例
(Ｎo.１〜１０）は、高光沢であり、黒色化部分も見ら
れず、優れた表面品質を示すことが分かる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ａ
ｌ−Ｃｒ合金蒸着めっき材を連続的に製造する上で、蒸
着前後の被めっき材表面温度を規定することによって、
外観に優れた製品を安定して得ることができる様になっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続蒸着めっき設備の説明図である。

【図２】めっき前鋼板表面温度とめっき層表面光沢の関
係を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 被めっき材 ２ ガス還元炉 ３ ガス冷却帯 41，42，43，44 接続チャンバー ５ 入側真空シール装置 ６ 真空蒸着室 ７ 出側真空シール装置 ８ 放射温度計 ９ 出側ガス冷却帯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川福 純司 兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓2222 番地１ 株式会社神戸製鋼所加古川研究地 区内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め前処理された被めっき材表面の少な
   くとも片面に連続的にＡｌ−Ｃｒ合金蒸着めっきを施す
   真空蒸着法において、蒸着めっき開始前の被めっき材温
   度を２００℃以上に、かつ蒸着めっき終了時のめっき材
   温度を４００℃以下に制御することを特徴とするＡｌ−
   Ｃｒ合金蒸着めっき材の製造方法。