JPH07166366A - 化成処理性及びプレス成形性に優れたZn−Ni合金めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

化成処理性及びプレス成形性に優れたZn−Ni合金めっき鋼板の製造方法

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JPH07166366A
JPH07166366A JP31158993A JP31158993A JPH07166366A JP H07166366 A JPH07166366 A JP H07166366A JP 31158993 A JP31158993 A JP 31158993A JP 31158993 A JP31158993 A JP 31158993A JP H07166366 A JPH07166366 A JP H07166366A
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JP
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plating
chemical conversion
steel sheet
plated steel
treatment
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JP31158993A
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Tsutomu Komori
務 小森
Toru Honjo
徹 本庄
Nobuyuki Morito
延行 森戸
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/07Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
    • C23C22/08Orthophosphates

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Zn−Ni系めっき鋼板のプレス成形性及び化成
処理性の更なる向上を計るとともにめっき後の後処理時
間の短縮を計る。 【構成】 Zn−Ni合金めっきを施した後に H2PO4 - イオ
ン及び HPO4 2- イオンの少なくとも一方を含み、かつク
エン酸イオンを10g/l以上に含むpHが3以上4以下の
溶液を該めっき面に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化成処理性およびプレ
ス成形性に優れたZn−Ni合金めっき鋼板の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】Zn−Ni合金めっき鋼板は、同一付着量の
Znめっき鋼板と比較して5〜10倍の耐食性があるため、
近年問題となっている冬季の道路凍結防止材による自動
車車体の早期腐食の対策鋼板としてその使用量が増加
し、使用部位もトランクフェンダーからボンネット・ト
ランクリッドアウターまで多種多様に渡ってきている。
そして、使用めっき鋼板もめっき鋼板使用初期の頃の自
動車車体内面など塗装が十分行き渡らない部分での防錆
効果(穴開き錆防止効果)を狙った片面めっき鋼板か
ら、車体外面に用いて小石などを跳ねた後の塗膜剥離後
の耐食性向上(外面錆防止)を狙った両面めっき鋼板へ
と移行しつつある。
【0003】ところが、Zn系電気めっき鋼板上に化成処
理を施すときに生成する燐酸塩結晶はホパイト(Hopeit
e 、Zn3(PO4)2 ・4H2O )でこのホパイトは冷延鋼板上
に生成するフォスフォフィライト(Phosphophylite、Zn
3Fe(PO4)3 ・4H2O に比較して塗料の密着性が劣るため
に、その使用部位は自動車用内面が主体で自動車外面側
への適用には問題があった。
【0004】一方、片面めっき鋼板の場合めっき面がプ
レス加工時のポンチの内側、言い換えれば冷延面がプレ
ス加工時の張り出し面となることが多いため、めっき面
がプレス成形性に与える影響が少なかったが、両面めっ
きの場合はめっき面がプレス加工時の張り出し面となる
ためめっき面自身の摩擦が大きいという問題があった。
【0005】これらの問題を解決する方法としてZn−Ni
めっき鋼板の化成処理改善では特公平2−56437 号公報
に開示されているようにZn−Niめっきを施し次いでめっ
き液もしくは酸液中での処理によってめっき層表面のZn
分を優先的に溶解させNiエッチな面とすることにより化
成反応を均一化して緻密な化成皮膜を得る方法がある。
【0006】しかしながらめっき液へ浸漬するとめっき
表面におけるZn溶出によってめっき表面のpHが上昇す
る。これによってめっき表面ではZnの水酸化物が生成し
めっき表面に残留する。これはめっき後の水洗やブラッ
シングによって除去できるが、水洗やブラッシングが不
十分な場合にはムラの原因となる。また、硫酸等の酸液
中での処理ではめっき表層でZnが溶解し若干Niリッチに
なるものの、めっきにクラックが入ってめっき層中のZn
も溶解するためめっき層中のNi含有率も高くなり、パウ
ダリング性が劣化する。さらに特開昭58−210194号公報
に開示されているようにめっき後カソード処理、カソー
ド→アノード処理、アノード→カソード処理、アノード
処理、浸漬処理によって電気めっき表面の酸化物を除去
することにより界面無定形、半無定形の酸化物、水酸化
物を還元や溶解により除去することにより化成処理性の
改善を図る方法がある。この方法によりめっき表面は水
酸化物、酸化物のない面となるが、めっき表面にZn−Ni
合金相の他に電気化学的に卑なZnが残留するため化成処
理時にミクロセルを形成しムラを生じる場合がある。
【0007】一方、Zn−Niめっき鋼板のプレス成形性を
向上させる方法としては特開昭60−141894号公報に開示
されているようにZn−Ni合金めっきを二層にめっきし
て、上層Ni含有率を下層Ni含有率より高くする方法や特
開平1−234592号公報に開示されているようにめっき表
層にPを付着させる方法がある。特開昭60−141894号公
報ではめっき上層のパウダリングを利用してプレス成形
性を向上させるので、大量のサンプルを連続的に成形す
るような場合、剥離したパウダーがプレス型に付着して
たまっていき星目の原因となるので実用的ではない。ま
た、特開平1−234592号公報ではPの付着によりプレス
性を改善するものの処理前にめっき皮膜表面においてη
相とγ相が混在していると反応性に差があるため処理時
間が短い場合にPの付着量に差が生じプレス性改善効果
がめっき面で不均一になるとともに化成処理等により外
観不良となる。さらに、液のpHを4未満にするとめっき
層のZnの溶解が激しくなりめっき付着量の減少が大きく
なるとともに部分的な過エッチングが起こりめっき外観
や化成処理の外観が不良となる。
【0008】また、最近は極低炭素鋼を素材とした良深
絞り鋼板が自動車車体に多用されるようになり、鋼板に
おけるプレス加工も複雑で厳しくなってきた。その結
果、めっきに対しても従来にも増して高いプレス成形性
が要求されるようになりつつあり、上記の技術では対処
に限界があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のZn−
Ni系めっき鋼板よりもはるかにプレス成形性が良好でし
かもムラ無く、均一で緻密な化成処理面を得ることがで
き、かつめっき後の後処理時間を短時間として生産性の
向上を計ることのできるZn−Ni合金めっき鋼板の製造方
法を提案することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らはZn−Ni合金
めっき鋼板を自動車用外板として使用する場合の性能と
して化成処理性とプレス成形性に着目し、前記性能が両
立ししかも生産性の向上を計るためのZn−Niめっき鋼板
の短時間後処理方法について鋭意研究調査を行った結
果、本発明に到達したものである。
【0011】すなわち、本発明は鋼板の少なくとも一方
の表面にNi含有率が10〜17wt%のZn−Ni合金めっきを施
した後に H2PO4 - イオン及び HPO4 2- イオンの少なくと
も一方を含み、かつC6H5O7 3-イオンを10g/l以上含む
pHが3以上4以下の溶液を該めっき面に接触させること
を特徴とする化成処理性およびプレス成形性に優れたZn
−Ni合金めっき鋼板の製造方法である。
【0012】
【作用】以下本発明を詳細に説明する。Zn−Niめっき鋼
板はめっき表面に純亜鉛や酸化物亜鉛、水酸化亜鉛等が
多くしかも不均一に生成しているためめっき表面の反応
性が異なる。この状態で化成処理を施すと処理ムラにな
る。そこで本発明ではめっき表面の純亜鉛や酸化物亜
鉛、水酸化物亜鉛を除去して、めっき表面における反応
性の均一化を計ると同時に化成処理の核となるPをめっ
き表面に均一に付着させる。この方法としてめっき面を
H2PO4 - イオン及び HPO4 2- イオンの少なくとも一方を
含み、C6H5O7 3-イオンを含む溶液に接触させることを検
討した。ところがpH4超えの前記溶液にて処理した場
合、短時間処理においてその効果が不十分であり化成処
理後にムラを生じる場合があった。これに対してpH4以
下の前記溶液にて処理した場合、短時間処理においても
安定してその効果が確認された。
【0013】このpHによる効果の違いは以下の様に考え
られる。つまり、この処理によって大部分の純亜鉛や酸
化物亜鉛、水酸化物亜鉛等などの反応性の高い部分は前
記処理液中の水素イオンと反応して除去されると考えら
れ、水素イオン濃度が高いpH4以下の処理液にて効率的
に反応が進行するためである。しかしながら、H2PO4 -
イオン及びHPO4 2-イオン の少なくとも一方を含み、C6
H5O7 3-イオンを含まない溶液で処理した場合pHが低くな
るほどめっきが部分的に溶解する過エッチングやめっき
に激しいクラックが発生した。これに対して、 H2PO4 -
イオン及びHPO4 2-イオンの少なくとも一方を含みC6H5O7
3-イオンを10g/l以上含む溶液にて処理した場合には
前記欠陥はなくなり良好な処理鋼板が製造できた。
【0014】このC6H5O7 3-イオンの効果の機構を以下の
ように推定した。つまり、C6H5O7 3-イオンはめっき界面
において溶解したZnと化合してクエン酸亜鉛を形成する
と推定される。クエン酸亜鉛は水には不溶であるが希酸
やアルカリには溶解する。亜鉛の溶解により水素イオン
が消費された鋼板界面でのpHは中性域の液となるため生
成したクエン酸亜鉛は不溶となり鋼板界面に吸着する。
吸着した部分ではZnの溶解が抑制される。その後pH4以
下のフレッシュな処理液が到達することにより希酸に溶
解するクエン酸亜鉛は溶解されるが吸着したことにより
部分的なエッチングが抑制され、均一なエッチクングが
起こることとなる。つまり、この反応機構において溶解
が激しく起こった溶解部分においてクエン酸亜鉛が生成
することにより過剰なZnの溶解を抑制していると推定し
た。そして、この効果を安定して維持するためには、C6
H5O7 3-イオンは10g/l以上必要である。
【0015】一方、処理液との接触時間が1秒より短く
なると純亜鉛や酸化物亜鉛、水酸化物亜鉛が十分に除去
されず、めっき表面の反応性が不均一となるために化成
処理ムラとなるため好ましくない。また、10秒以上にな
るとめっきに激しいクラックが入るためパウダリングの
原因となるとともに操業的にはライン速度を低下させる
こととなるため経済的ではない。さらに、前記溶液によ
る接触処理により化成処理反応の核となるPが均一に分
散付着する。従って次工程の化成処理によってできる化
成結晶は均一で微細となる。また、めっき表層では純亜
鉛や酸化物亜鉛、水酸化物亜鉛等の柔らかい相が減少す
るとともにPが付着しているため潤滑性が向上してプレ
ス成形性が改善される。
【0016】このPの形態については不明であるが、化
成処理性及びプレス成形性が改善される理由は H2PO4 -
イオン及びHPO4 2-イオンの少なくとも一方を含むpHが4
以下の前記溶液との接触によりめっき最表面がNiリッチ
となることとP付着の相乗効果により表面に形成される
P化合物がNi主体のP化合物となり(例えばNi−P合金
被膜となって)めっき表層の硬度が高まることによると
考えられる。なお、接触の方法としては浸漬、スプレー
等いかなる方法でもよい。つまり良好な化成処理性とプ
レス成形性を得るための好適な処理時間は1秒以上10秒
未満である。
【0017】また、本発明の処理液温度については限定
されないが、40℃以下では5秒未満の短時間処理にてそ
の効果が十分に発揮されないため、短時間の処理にて効
率的に処理を行い生産性を向上させるためには40℃以上
とすることが好ましい。
【0018】
【実施例】板厚0.7mm のSPCC相当の冷延鋼板を使用し、
めっきした。なおめっき条件は以下の通りであった。 Zn−Niめっき浴組成 ZnSO4 ・7H2O : 130 g/l NiSO4 ・6H2O : 250 g/l Na2SO4・ : 40 g/l pH : 1.5 浴温 : 60℃ 電流密度 : 80A/dm2 めっき時間 : 10秒 めっき付着量: 30g/m2 (Ni含有率 12.5%) 後処理液組成 第1燐酸ナトリウムまたは第1燐酸カリウム 100g/l
以上と第2燐酸ナトリウムまたは第2燐酸カリウムを0
〜60g/lの範囲で混合し、クエン酸ナトリウムまたは
クエン酸カリウムを0〜80g/lの範囲で添加し、表1
に示す溶液を調整した。
【0019】めっき後直ちに後続して表1の処理液にて
スプレー処理を行った。その後水洗乾燥して化成処理性
とプレス加工性の調査を行った。その結果を表2に示し
た。化成処理性を判定するには、目視と電顕観察を行っ
た。結晶調査は、ランダムに走査型電顕観察を行い、均
一性、結晶の緻密さ等によって評価した。この時の化成
皮膜の評価基準は以下の通りである。
【0020】化成皮膜外観目視評価 5…外観は均一でムラはない 4…外観は非常に薄いムラが見られるが概ね均一である 3…外観は部分的にムラがある 2…外観は全面にムラがある 1…外観は非常に激しいムラがある 化成処理結晶調査 A…10箇所とも均一で緻密 B…やや不均一な結晶が観察されたが緻密 C…微細粒と粗大粒の混粒が1〜4箇所で観察された D…微細粒と粗大粒の混粒が5箇所以上で観察された プレス成形性については円筒深絞り試験機における限界
絞り比(LDR)を調査した。測定における潤滑油とし
ては防錆油として用いられている出光興産株式会社製の
ダフニーオイルコートZ5(商品名)を全ての場合に用
いた。
【0021】摺動性調査については図2に示すように非
調査面を張り合わせ、調査面が摺動部となるようにして
引き抜き荷重を測定した。なお、押さえ圧は80kgとし
た。めっきのパウダリング性の調査として、OT曲げ調
査(めっき鋼板を 180度に曲げその後セロテープ剥離)
を行い、テープにとれためっき粉によってパウダリング
性の良否を判定した。
【0022】○ … 剥離なし △ … 若干剥離 × … 剥離多い
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】過エッチングに対するクエン酸イオンの効
果を図1に示した。過エッチングの評価はめっき後目視
による点状の欠陥の有無及びSEMによる観察での部分
的な溶解部分の有無により評価した。 処理条件:めっき後、表1のB、C、D、H、I液を用
いて5秒間処理した。 ○ … 目視・SEM観察ともに良好 △ … 目視観察良好・SEM観察にて溶解部分有り × … 目視にて点状の欠陥有り
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、めっき後の短時間の後
処理にて化成処理性及びプレス成形性に優れたZn−Niめ
っき鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クエン酸イオン添加量と過エッチングとの関係
を示すグラフ。
【図2】摺動性テスト装置の説明図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板の少なくとも一方の表面にNi含有率
    が10〜17wt%のZn−Ni合金めっきを施した後に H2PO4 -
    イオン及び HPO4 2- イオンの少なくとも一方を含み、か
    つC6H5O7 3-イオンを10g/l以上含むpHが3以上4以下
    の溶液を該めっき面に接触させることを特徴とする化成
    処理性およびプレス成形性に優れたZn−Ni合金めっき鋼
    板の製造方法。
JP31158993A 1993-12-13 1993-12-13 化成処理性及びプレス成形性に優れたZn−Ni合金めっき鋼板の製造方法 Pending JPH07166366A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004070081A3 (en) * 2003-01-31 2004-11-04 Envirofuels Lp Method and composition for creation of conversion surface
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