JPH07278881A - 表面外観に優れた電気亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

表面外観に優れた電気亜鉛めっき鋼板の製造方法

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JPH07278881A
JPH07278881A JP7719594A JP7719594A JPH07278881A JP H07278881 A JPH07278881 A JP H07278881A JP 7719594 A JP7719594 A JP 7719594A JP 7719594 A JP7719594 A JP 7719594A JP H07278881 A JPH07278881 A JP H07278881A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、めっき層結晶配向が均一で、表面
外観に優れた電気亜鉛めっき鋼板を供給する。 【構成】 鋼板に電気亜鉛めっきを施すにあたって、め
っき初期に亜鉛イオン0.2〜0.6mol/l含んだ
めっき液にて電流密度40〜150A/dm2、相対流
速0.5m/s以上で鋼板に1g/m2以上の下層めっ
き層を形成し、次いで前記下層めっき層の上に所望目付
量の上層めっき層を形成することを特徴とする電気亜鉛
めっき鋼板の製造方法。

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を有し、特に
家電製品などに用いられる表面処理鋼板として好適な電
気亜鉛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】鉄鋼製品に対する要求品質は年々高度化
し、特に自動車や家電用とを中心に耐食性向上ニーズが
高く、これに伴って表面処理鋼板の需要が増大してい
る。表面処理鋼板としては、自動車用では、Zn系めっ
きやこれに有機皮膜を付与した有機複合めっき鋼板が、
家電用途では耐食性だけでなく行程省略などのニーズか
ら様々な後処理を施した表面処理鋼板が開発実用化され
ている。家電用途における後処理としては、クロメート
処理やさらに有機皮膜を付与する有機複合処理が中心で
あるが、下地めっきとしては電気亜鉛めっきが採用され
る場合が多い。電気亜鉛めっきは自動車用に開発された
Zn系合金めっきに比べれば、同一付着量での耐食性で
は見劣りするものの、製造が容易でコスト面でも有利で
あり、クロメート処理との相性が良いなどの利点があ
る。このため、下地めっきは電気亜鉛めっきに固定し、
ニーズに応じた後処理をこれに適用し、家電分野におけ
る耐食性や行程省略などの多様化するニーズに応えてい
る。
【0003】こうした状況の下に家電用途ではこれら後
処理鋼板を組み立て加工してそのまま使用することが多
くなり、それに伴って外観品質への要求が厳しくなり、
これまで見過ごされてきた微小な外観汚れも無視できな
くなりつつある。優れた外観を有する電気亜鉛めっき鋼
板の製造方法としては、特開平4−74887号、74
888号公報に伝導度助剤を含有する酸性電気めっき浴
で下層めっきを形成し、次いで伝導度助剤を含有しない
別の亜鉛めっき浴で上層めっきを形成する方法が開示さ
れているが、微小な外観汚れを皆無にするまでには至っ
ていない。また下地鋼板の影響を受けにくい金属、例え
ばNiを予め付着させ、亜鉛めっき組織の均一性を保つ
方法が開示されているが、用いる金属が高価なため製造
コスト上昇を引き起こし、さらにはめっきされたNiの
分離/除去が困難なためスクラップサイクルに障害を及
ぼしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】外観上の問題は、後処
理を含む電気亜鉛めっき行程で発生するものと原板起因
とに区別される。その原因が特定されれば解決は容易で
あるが、特に原板起因の場合には、その製造工程が極め
て複雑であるため特定することが困難な場合が多く、特
定出来たとしても抜本的な解決にはなかなか至らないの
が現状である。また明らかに原板起因であっても、原板
段階では確認できず、電気亜鉛めっきを行うことにより
初めて確認できるという類の問題も多い。このため、電
気亜鉛めっき工程の中で耐食性などの本来の品質特性を
損なうことなく、原板状態に左右されずに安定して良好
な表面外観が得られる製造方法が必要となった。本発明
は、上記課題を解決するためのものであり、表面外観に
優れた電気亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、原板で確
認できない微小な疵や汚れに起因して発生する電気亜鉛
めっき鋼板の外観不良は、亜鉛析出過電圧が下地の汚
れ、偏析元素の影響で変化し、めっき初期の析出形態が
場所により異なり最終段階までその影響が継続されるた
めであることをつきとめた。
【0006】そこで、電析初期亜鉛層の均一化について
鋭意検討した結果、亜鉛イオン濃度を通常めっき液より
低く設定し、亜鉛析出の反応抵抗を高めることにより析
出過電圧の均一化が図られ、均一性に優れためっき下層
が形成できることが確認出来た。また一旦均一な亜鉛下
層を鋼板上に形成すると、その後は通常方法でめっきを
行なっても外観不良は生じないことをつきとめ本発明に
至った。その要旨は以下の通りである。鋼板に電気亜鉛
めっきを施すにあたって、めっき初期に亜鉛イオン0.
2〜0.6mol/l含んだめっき液にて、電流密度4
0〜150A/dm2、相対流速0.5m/s以上で鋼
板に1g/m2以上の下層めっき層を形成し、次いで前
記下層めっき層の上に所望目付量の上層めっき層を形成
することを特徴とする電気亜鉛めっき鋼板の製造方法に
ある。
【0007】
【作用】本発明は電気亜鉛めっきを施すにあたって、電
析初期過程において亜鉛イオン濃度の低いめっき液を用
いて下層めっきを施し、しかる後に上層めっきを通常方
法にて行うことを特徴とする。その作用効果としては鋼
板表面の微小なスケールきずや汚れに由来して、電気亜
鉛めっき後に発生する外観不良を改善する点にある。外
観不良部は目視では色調が異なり、ミクロ観察を行なう
とめっき結晶の大きさや配向性が正常部とは異なってい
る。
【0008】その原因を鋭意調査したところ以下の事実
が明らかになった。亜鉛の電析は多くの研究者が指摘す
るように、水酸化亜鉛(Zn(OH)2)を反応中間体とする
電気化学反応で、析出した亜鉛の形態は中間体の生成程
度で決定される。すなわち、通常のめっき液の様に亜鉛
イオンを1mol/l程度の高い値に設定した場合には
中間体の生成速度が充分速く、反応の抵抗が小さいため
亜鉛の析出に余分な駆動力を必要としない。このため析
出時の電極電位と平衡析出電位との差で定義される析出
過電圧の値が小さくなり、下地鋼板に対しエピタキシャ
ルな方位を保った面方向の亜鉛が析出する。一般の冷延
鋼板はFe(111)面の集合組織が支配的であり、こ
の面とエピタキシャル成長するのはZn(0001)面
である。ところが微小なスケール疵や汚れ部では偏析元
素や表面形状が異なるため、亜鉛析出の競合反応である
水素発生反応が抑制され中間体生成速度が低下する。こ
のため析出過電圧が上昇し高配向面の亜鉛結晶が成長す
る。このように場所により成長する亜鉛結晶方位が異な
ってくるため外観不良となってしまう。
【0009】これに対し、めっき液中亜鉛イオン濃度を
低く設定し、反応抵抗を増加させた場合にはどの場所に
おいても析出過電圧が上昇し、均一な配向面の亜鉛が析
出する。そのため析出亜鉛結晶の大きさや配向性の均一
化が促進され、表面外観に優れた電気亜鉛めっき鋼板の
製造が可能となる。特にこの操作は電析初期過程におい
て重要であり、一旦均一な亜鉛層で鋼板表面が覆われる
と下地鋼板不均一性の影響はなくなる。亜鉛イオン濃度
減少によるめっきセル電圧上昇、電流効率低下を考え合
わせるとめっき初期のみ上記操作を行なうのが好まし
く、下層めっきの目付量は1g/m2以上で好ましくは
10g/m2以下が良い。1g/m2以下では、均一な亜
鉛層で鋼板表面を覆うには不充分であり、また10g/
2を越えると全体の電流効率の低下が著しくなってし
まうからである。また下層めっきを行なうときの相対流
速としては0.5m/s以上が良い。0.5m/s以下
では外観汚れに対する効果が小さく、場合によっては樹
枝状の亜鉛(デンドライト)が成長してしまうからであ
る。
【0010】ここで相対速度とは、液の流れ方向と鋼板
の通板方向を考慮した液流速と通板速度の差であり、鋼
板の進行方向に対して液を逆向きに流すと相対流速が大
きくなり有利であるが、例えば竪型浸漬タイプのめっき
漕でめっき液を数m/min程度の低流速で循環する場
合であっても、鋼板の通板速度を充分に大きくし、相対
流速として0.5m/s以上が確保されていれば、本発
明の効果が発揮される。また電流密度は40A/dm2
以下では生産性を著しく阻害し、また200A/dm2
以上ではめっき焼けが発生し商品価値が殆どなくなって
しまう。
【0011】以下本発明について図面に従って詳細に説
明する。図1は電流密度100A/dm2でめっきを行
ない、その時の析出過電圧をめっき浴中Znイオン濃度
に対して示したものである。基板としては純鉄、及び純
鉄中に偏析元素であるSiが1at%存在した場合を比
較して示してある。さらに析出過電圧に対応して優先的
に析出する亜鉛結晶面を示しているが、通常めっき液組
成域では純鉄基板の場合には析出過電圧が殆どゼロで亜
鉛(0001)面が優先析出するのに対し、Siが1a
t%存在した場合には析出過電圧が数10mV高く亜鉛
(10−12)、(10−10)面が優先析出する。こ
れに対しめっき液中Znイオン濃度を低下させ0.6m
ol/l以下とした場合には、いずれの基板においても
過電圧が上昇し、亜鉛(10−12)、(10−10)
面が優先析出し、基板状態による析出亜鉛結晶方位の差
がなくなってくる。ところが、めっき液中Znイオン濃
度を更に低下させ0.1mol/l以下とした場合に
は、基板表面への亜鉛イオン供給が律速となり樹枝状結
晶、すなわちデンドライトが成長してしまう。これらの
結果よりめっき液中亜鉛イオン濃度を0.2〜0.6m
ol/lに調整することにより、いずれの基板を用いて
も同一配向面の亜鉛を析出させることが出来る。
【0012】さらに外観不良に対する効果を確かめるた
め、Siを1at%の濃度で幅1mm、長さ3cmの線
状パターンを5mm間隔で偏在させ、これに電気亜鉛め
っきを施し、外観むらとして観察されるか否かを確認し
た。電気亜鉛めっきはZnイオン0.1〜1.0mol
/lの範囲で変化させためっき液で下層めっきを2g/
2行ない、その後Znイオンを1.0mol/l含ん
だめっき液を用い全体の付着量が20g/m2となるよ
う上層めっきを行なった。その他の条件は下層、上層め
っきとも同一で、pH1.2、浴温55℃の硫酸酸性め
っき浴で、めっき液流速1.5m/s、電流密度100
A/dm2である。同一条件で10枚処理し外観不良発
生率を調査した。
【0013】図2に下層めっき液亜鉛イオン濃度と外観
不良発生比率との関係を示すが、Znイオンを0.8m
ol/l以上含んだ通常のめっき液組成ではほぼ100
%外観不良が生じたのに対し、Znイオン濃度を0.2
〜0.6mol/lの範囲に調整することにより外観不
良発生を殆どなくすことが可能となった。
【0014】
【実施例】板厚4mmの低炭素鋼の熱間圧延材をスケー
ルが薄く残る様に酸洗した後、冷間圧延し板厚1mmと
しこれを焼鈍してめっき原板とした。これに硫酸浴を用
いて、電気亜鉛めっきを行なったときの下層・上層めっ
き毎の浴組成、めっき条件および得られためっきの外観
不良率を表1に示す。ここで外観不良率とは、同一方法
で10枚めっき処理を行ない外観不良が発生した枚数比
率を指す。本発明に従う実施例1〜4はいずれも均一性
にすぐれ外観の良好なめっきが得られた。比較例5〜8
は下層めっきを実施しない場合(No.5)と、本発明
の請求範囲を外れた場合(No.6〜8)である。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明方法によれば
従来の電気亜鉛めっき法に比べ、表面外観の均一性に優
れた電気亜鉛めっき鋼板の製造が可能となり、意匠性を
要求される家電、建材等への使用で不良材の割合を減少
することが可能となり、製造コストの削減効果の享受が
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】めっき浴中Znイオン濃度と析出過電圧の関係
を示す図、
【図2】下層めっき浴中Znイオン濃度めっきむら発生
比率を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板に電気亜鉛めっきを施すにあたっ
    て、めっき初期に亜鉛イオン0.2〜0.6mol/l
    含んだめっき液にて電流密度40〜150A/dm2
    相対流速0.5m/s以上で鋼板に1g/m2以上の下
    層めっき層を形成し、次いで前記下層めっき層の上に所
    望目付量の上層めっき層を形成することを特徴とする電
    気亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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