JPH11323523A

JPH11323523A - 溶融めっき方法

Info

Publication number: JPH11323523A
Application number: JP12756898A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Toki; 保土岐; Masashi Yamamoto; 誠志山本; Hiroto Masumoto; 弘人桝本; Hiroo Maeda; 洋男前田
Original assignee: SHINKO ARUMAA KOGYO KK; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: SHINKO ARUMAA KOGYO KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】フラックス浴を用いてAl: 45〜60％の溶融Al
−Zn合金めっき、特に鉄鋼材料へ150g/m²以上の厚目付
けのめっきを行う方法を開発する。【解決手段】金属材料を、溶融塩フラックス浴中に浸
漬した後、溶融金属めっき浴中に浸漬して溶融めっきを
行い、溶融塩フラックス浴が前記溶融金属めっき浴の温
度より少なくとも５℃高い融点を有するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の溶融め
っき方法に関し、特に鉄鋼材料にフラックス処理して厚
目付けのアルミニウム−亜鉛 (Al−Zn) 合金めっきを施
すのに適した溶融めっき方法に関する。以下、金属材料
として鉄鋼材料を例にとって本発明を説明する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼材料は、最も一般的な構造用材料と
して各種構造物に広く用いられているが、腐食し易いた
め各種の防錆手段が用いられてきた。中でも溶融亜鉛め
っきは、比較的経済的な防錆方法としてネジ、ボルト等
の小物接合部品からＨ形鋼等の大型構造部材に至るまで
非常に多岐にわたって使用されてきた。しかし、亜鉛め
っき皮膜は海岸近傍の塩害腐食に対する耐食性に劣るた
め、より耐食性に優れた防食被覆が求められてきた。

【０００３】かかる背景の中で、溶融Al−Zn合金めっき
が溶融亜鉛めっきよりも格段に優れた耐食性を具備する
ことが見い出された。特にAlを55％、Siを1.6 ％程度、
残部亜鉛から成る溶融Al−Zn合金めっきが、めっき皮膜
の耐食性および鋼素地に対する犠牲防食性が両立する点
で最も優れていることが確認され、防食薄鋼板において
は今やかなりの工業生産量に達している。

【０００４】薄鋼板の溶融めっきは、一般に連続焼鈍設
備の出側に溶融めっき槽を配置した連続溶融めっき設備
にて行われる。代表的な連続溶融めっき設備では、まず
弱酸化性の無酸化炉で加熱することにより表面を清浄化
した後、鋼板を、無酸化炉に引き続く還元炉に導いて、
水素を含む雰囲気下で還元および焼鈍を行い、次いで大
気に触れることなく溶融めっき槽に侵入させて溶融めっ
きを施す。鋼板は、表面を清浄化してからめっき浴への
侵入時まで、大気から遮断されており、その間に脱脂、
酸化物の還元が行われて、溶融金属の濡れやすい条件下
で溶融めっき槽に侵入する。

【０００５】このような連続溶融めっき設備は、溶融亜
鉛めっき用に開発されたものであるが、アルミニウムの
溶融めっきやAl−Zn合金の溶融めっきにも使われてい
る。すなわち、溶融Al−Zn合金めっきは、めっき浴組成
および操業条件を変えるだけで、溶融亜鉛めっきの設備
および方式を利用して操業することができる。

【０００６】一方、薄鋼板以外の鉄鋼材料の溶融めっ
き、例えば、線材等の鋼材の連続溶融めっき、構造部材
や各種部品等の鋼材のバッチ式溶融めっきは、大気中で
鋼材を溶融金属浴に浸漬することにより行われてきた。
この場合には、鋼材に予め脱脂・酸洗をしておいても、
溶融金属浴への侵入前の酸化は不可避であるため、一般
にフラックスと称される塩から成る融剤を用いて不可避
的に形成される鋼材表面の酸化物を融解させ、溶融めっ
き浴における溶融金属による鋼板表面への濡れを促進さ
せる手段が用いられてきた。このようなフラックスによ
る処理方法には、乾式法と湿式法とがある。

【０００７】乾式法はフラックスを水溶液として鋼材に
付着させた後、乾燥してフラックスを鋼材表面に析出さ
せ、しかる後に鋼材を溶融金属に浸漬させる方法であ
る。

【０００８】湿式法はフラックスを溶融めっき槽の溶融
金属浴に投入し、比重の軽いフラックスを溶融金属上に
浮遊させて適当な厚みのフラックス溶融層を溶融金属上
に形成し、このフラックス溶融層を経由して鋼材を溶融
金属中に浸漬させる方法である。この場合、鋼材を溶融
金属から引き上げるときも再びフラックス溶融層を通過
するので、フラックスの付着は避けられず、めっき後に
フラックスをめっき表面から除去する作業が必要で操業
が煩雑となる。

【０００９】溶融亜鉛めっきに際してのフラックス処理
には通常は乾式法が採用され、フラックス剤としては塩
化亜鉛と塩化アンモニウムとを含有する水溶液が一般に
用いられている。このフラックスをAl−Zn合金めっきに
用いると溶融金属中のAlがフラックス中の主としてNH₄C
l と反応して昇華性のAlCl₃が生成し、フラックスが分
解される結果、フラックス機能が著しく損なわれ、不め
っきが多発する結果を招く。

【００１０】一方、溶融アルミニウムめっきに際しての
フラックス処理には、従来より弗化物を用いた湿式法が
主に採用されているが、このフラックスは融点が高いた
め、アルミニウムより低融点のAl−Zn合金めっきでは十
分な効果を発現しえない。

【００１１】かかる観点より溶融Al−Zn合金めっき用フ
ラックスがこれまでいくつか提案されている。例えば、
特開昭58−136759号公報には、アルカリ金属またはアル
カリ土類金属の塩化物、弗化物または珪弗化物の少なく
とも１種と塩化亜鉛とから成るAl−Zn合金めっき用フラ
ックス組成物が開示されている。このフラックスは乾式
法で用いるので操業性に優れるものの、フラックス機能
が十分ではなく、溶融金属中のAl濃度の増加と共に不め
っきが多発しやすくなる。従って耐食性に優れている
が、Al濃度の高い55％Al−Zn合金の溶融めっきでは、こ
の現象が甚だしくなる。

【００１２】特開平３−162557号公報には、塩化亜鉛と
塩化アンモニウムの配合比率が重量比で10ないし30：１
であるAl−Zn合金の溶融めっき用フラックス組成物が開
示されている。このフラックスもやはり乾式法で用いる
ものであるが、薄物のめっきには比較的良好なめっきが
可能であるものの、めっき浴の温度の上昇とともに不め
っきが発生しやすく、めっき温度が高くなる55％Al−Zn
合金めっきでは、薄物以外では不めっきが生じやすくな
る。

【００１３】特開平４−293761号公報には、亜鉛、リチ
ウム、ナトリウムおよびカリウムの各塩化物の４成分か
らなる溶融Al合金めっき用フラックス組成物が開示され
ている。このフラックスは溶融金属上にフラックス溶融
層を浮遊させる湿式法で用いられ、上記４成分のうち高
価なリチウムが主成分 (40〜60モル％) となるので、コ
スト高となる。

【００１４】特開平４−323356号公報には、Al含有アル
カリ金属弗化物 (例、氷晶石) とアルカリ土類金属塩化
物とからなる溶融Al−Zn合金めっき用フラックス組成物
が開示されている。このフラックスも溶融金属上にフラ
ックス溶融層を浮遊させる湿式法用であり、特に55％Al
−Znのめっきに好適なものとして提案されているが、フ
ラックスの棚吊り現象 (フラックスが固化して棚を形成
し、溶融金属とフラックスとの間に空洞を生じる現象)
を生じやすいという問題点がある。また、このフラック
スは弗化物を含むため、鋼材を溶融金属から引き上げる
時に付着・固化したフラックスが、弗化物の存在により
水洗等の手段では容易に除去できないという問題点もあ
る。従って、めっき外観が不良となる。

【００１５】これらの方法以外には、例えば特公昭61−
201767号公報に記載されたごとく、予め鋼材に溶融亜鉛
めっきを施し、さらに溶融Al−Zn合金めっきを施すとい
う二段めっき法も提案されているが、２回のめっき工程
が必要であり製造コストの点で不利であることは論を待
たない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のフラックス組成物を用いた溶融めっきでは、Al含有量
が45％以上と高いAl−Zn合金めっきの場合、乾式法では
フラックス機能が不十分で不めっきが発生しやすく、湿
式法では、フラックスが高価であったり、フラックスの
棚吊り現象が発生しやすい、めっき後に付着したフラッ
クスの除去が困難で、めっき後の外観が悪化するといっ
た問題があり、溶融Al−Zn合金めっきを工業的に実施す
ることが極めて不十分な状況にあった。

【００１７】本発明の課題は、かかる従来技術の問題点
が解消された溶融Al−Zn合金めっきに好適な溶融めっき
方法を提供することであり、とりわけAl含有量が45〜60
％のAl−Zn合金めっき用として好適な溶融めっき方法を
提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために、フラックス機能が高い湿式法用フラ
ックスを用いることを前提として鋭意検討を行った結
果、新規な溶融めっき方法により前記課題の解決に成功
した。

【００１９】その解決手段の原理の概要を説明する。本
発明においてはまず、然るべき前処理を施した被めっき
金属材料をフラックス機能を有するめっき浴温より融点
の高い溶融塩浴に浸漬する。この溶融塩への浸漬処理に
より、金属材料は予熱されると同時に、その表面はフラ
ックスの作用で活性化され、かつ溶融塩フラックス浴か
ら金属材料を引き上げる際にフラックス膜が金属材料表
面に形成される。

【００２０】次に、前記フラックス膜を有する金属材料
を速やかに溶融金属めっき浴に浸漬する。このめっき浴
への浸漬までの間、フラックス膜は金属材料を酸化から
保護する作用を有し、金属材料が溶融金属めっき浴に浸
漬されると、金属材料表面から剥離し、めっき浴中で溶
融金属上に浮遊する。溶融金属上に浮遊したフラックス
は、その融点が溶融金属の浴温より低い場合には、溶融
金属上に液膜を形成して金属材料を引き上げる際にめっ
き表面に付着する。しかしフラックスの融点が溶融金属
の浴温より高ければ、フラックスは溶融金属上で固形物
として浮遊するため、スキミングによる除去が極めて容
易となるので、引き上げ時のフラックスの付着を防止す
ることができ、品質の優れた溶融めっき製品が容易に得
られる。

【００２１】本発明の基本原理は上記に基づくものであ
り、その要旨は、金属材料に溶融金属めっきを施すに当
たり、めっきを施す金属材料を予め前記溶融金属めっき
浴の浴温より少なくとも５℃高い融点を有する溶融塩フ
ラックス浴中に浸漬した後、前記金属材料を溶融金属め
っき浴中に浸漬して溶融めっきを行うことを特徴とす
る、溶融めっき方法である。

【００２２】また、本発明はめっき後加工を伴わず高耐
食性能を要求される製品を対象にしており、この耐食性
能を満足するためにはめっき付着量を単純に増加させれ
ばよいが、溶融金属の粘性を考慮するといくら引き上げ
速度を増加させて持ち上げ量を稼いでも片面当たり200
g/m²前後が限界である。さらに、めっきたれ等の表面外
観を考慮すると150 g/m²までが限界である。そこで目付
量が150 g/m²以上の場合、めっき／鋼板界面にFe−Al系
の合金層を目付量の増加に伴い、均一な厚みで成長させ
ることが厚目付で表面外観に優れるめっき材が得られる
ことが判明した。

【００２３】本発明の好適態様にあっては、溶融金属が
45〜60重量％のAlおよび0.005 重量％以上0.5 重量％未
満のSiを含むAl−Zn合金であり、フラックスは氷晶石と
少なくとも１種のアルカリ金属塩化物と弗化アルミニウ
ムとからなる組成物が溶融金属の融点から推奨される。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明によれば、フラックスを用
いた溶融めっき、特に溶融Al−Zn合金めっき、好ましく
は40％以上のAlを含むAl−Zn合金溶融めっきを、不めっ
きが無い状態で操業性良く優れた表面性状で溶融めっき
することができる。

【００２５】本発明にあっては、溶融金属めっき槽以外
にフラックスを溶融するためのフラックス槽を具備する
ことが望ましい。このフラックス槽に溶融金属めっき浴
の浴温より高い融点となるように組成が調整されたフラ
ックスを入れ、融解する。フラックスの融点は溶融めっ
き浴温よりも５℃以上高いことが必要で、好ましくは30
℃以上高くする。

【００２６】フラックスの融点と溶融めっき浴温との温
度差が５℃未満では、フラックスの溶融金属上での固化
が不十分となり、めっき後の表面がフラックスで汚染さ
れやすくなる。フラックスの融点があまり高すぎると、
金属材料の予熱温度が高くなりすぎ、弊害が出てくるの
でフラックスの融点と溶融めっき浴温との差は、好まし
くは80℃以内、より好ましくは60℃以内とする。

【００２７】従来の湿式フラックス法では、溶融金属上
にフラックス溶融層を浮遊させることからフラックスの
融点が浴温より低くなるようにフラックスの組成を選定
していた。この点で溶融めっき浴温より融点が高いフラ
ックスを用いる本発明は従来の湿式法とは考え方が全く
異なる。

【００２８】本発明で用いるフラックスとしては、フラ
ックス機能をもち、フラックスの溶融温度で揮発性がな
ければ、種類は特に制限されない。例えば、アルカリ金
属、アルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛などの金属
のハロゲン化物、特に塩化物および弗化物、アルカリ金
属弗化物などが使用できる。通常は、これらから選んだ
２種以上の化合物を使用し、混合物の融点が溶融めっき
浴温より５℃高くなるように選定すればよい。

【００２９】めっきする溶融金属が45〜60％のAlおよび
0.005 ％以上0.5 ％未満のSiを含むAl−Zn合金である場
合には、溶融めっき浴温は通常570 〜610 ℃である。こ
の場合には、フラックスとして氷晶石と少なくとも１種
のアルカリ金属塩化物 (例、塩化リチウム、塩化ナトリ
ウム、塩化カリウム) との組合せ、またはこれら (氷晶
石とアルカリ金属塩化物) にさらに弗化アルミニウムを
加えた組合せが、このようにAl含有量が高いAl−Zn合金
めっきにおいても十分なフラックス機能を示し、かつ前
記浴温より５℃以上高い融点を持つ組成を容易に選定す
ることができるので好ましい。

【００３０】ただし、この場合であっても、フラックス
の組成は上記に限定されるものではなく、氷晶石を用い
ない組成も可能である。例えば、アルカリ金属塩化物と
アルカリ金属弗化物だけでも、フラックス機能があり、
かつ融点がめっき浴温より５℃以上高い混合物を得るこ
とができる。しかし、その場合には、融点が低い塩化リ
チウムを多量に使用する必要があり、コスト高になる
上、フラックス機能も氷晶石を用いた前記混合物に比べ
るとやや劣る。

【００３１】本発明の方法により溶融めっきを施すこと
ができる金属材料は特に制限されないが、代表例は鋼素
材 (例、形鋼、異形鋼管、鋼金具など) である。例えば
屋根や外壁などの建築材料として、臨海部のように塩害
腐食の強い地域のみならず、その他の地域でも、耐食性
の高い溶融Al−Zn合金めっき鋼板、特に溶融55％Al−Zn
合金めっき鋼板が使用されるようになってきたが、この
鋼板を接合する小物接合部材にも同じめっきを施してお
けば、この接合部材の耐食性が確保されると同時に、接
合部位において異種金属材料が接した場合に起こる局部
電池作用によるめっき材料の溶解が防止でき、めっき耐
久性が向上するという効果もある。本発明の溶融めっき
方法は、このような小物接合部材のAl−Zn合金めっきに
もあるいは形鋼のような大型部材にも適用できる。

【００３２】溶融めっきすべき金属材料は、本発明に従
ってフラックス槽において溶融塩フラックス浴に浸漬す
る前に、通常のめっき前処理を施すことが望ましい。例
えば、金属材料が鉄鋼である場合のそのようなめっき前
処理は、オルト珪酸ソーダ、苛性ソーダ、炭酸ソーダ等
の温水溶液による脱脂工程、有機溶剤による脱脂工程、
塩酸、硫酸等の酸の水溶液による酸洗工程の少なくとも
１工程を含む。

【００３３】フラックス槽内の溶融塩フラックス浴の温
度は、フラックスの融点より高ければ特に制限なく、め
っき槽と同様な適当な温度調節機構を設けておけば、融
点より数℃高い程度の温度でも十分に操業できる。溶融
塩フラックス浴の温度は、あまり高すぎると熱エネルギ
ーの面でも不利であり、被めっき金属材料の熱劣化を生
じることもあるので、好ましくは溶融めっき浴温との温
度差が80℃以内、さらに好ましくは60℃以内となるよう
にするのがよい。

【００３４】フラックス浴への浸漬時間はごく短時間、
例えば１秒から数秒でよいが、この浸漬が予熱も兼ねて
いる関係から、被めっき金属材料の厚みが大きい場合に
は、十分に予熱されるように浸漬時間を延長してもよ
い。

【００３５】前述したように、フラックス槽を出た金属
材料は、表面がフラックスで保護されているため、大気
に曝されても表面の酸化は起こらない。従って、フラッ
クス槽から溶融めっき槽への移送の間に大気を遮断する
必要はない。しかし、フラックス槽で予熱された金属材
料の温度低下を防ぐために、フラックス槽から溶融めっ
き槽への移送は速やかに行うことが好ましい。

【００３６】溶融めっき槽には、慣用のスキミング手段
を設けておくことが好ましい。本発明では、フラックス
の融点が溶融めっき浴温より高いため、溶融めっき浴に
接触して金属材料から除去されたフラックスは、めっき
浴中で固化してめっき浴の溶融金属上に固体として浮遊
するので、これをスキミングにより容易に除去すること
ができる。溶融めっきがバッチ式の場合には、めっき作
業の合間にスキミングをすればよく、また線材等の連続
めっきでは、必要に応じて定期的にあるいは常時スキミ
ングをすることができる。その結果、溶融金属めっき浴
から引き上げられた金属材料のめっき面にはフラックス
はほとんど付着していないので、従来の湿式フラックス
法で行われるような、めっき後のフラックス除去のため
の特別の処理は通常不要である。

【００３７】本発明によれば、金属めっき浴組成として
は、Al:45 〜60％、Si:0.005％以上0.5 ％未満、残部実
質的にZnであるアルミニウム−亜鉛合金がえらばれる。
前述したように高耐食性を有するには、Alが45〜60％の
Al−Zn合金組成が優れているためである。金属めっき浴
中のSi量については、表面外観に優れた厚目付材の製造
に重要であり、0.005 ％以上0.05％未満のSi量でFe−Al
界面合金層を均一に成長させる効果を有する。ここでSi
量が0.005 ％未満では、金属材料を溶融金属浴中に浸漬
するとFe−Al系金属間化合物が異常成長するため凹凸が
激しく肌荒れのめっき外観を有し、一方、0.5 ％超の場
合、Fe−Al系合金層の成長が抑制されるため厚目付材の
製造が困難となる。また、めっき浴中には微量にMg、P
b、Sn、Fe、Sb、Mn、Ni、Cr、Ti、Ｖ、Sr等の元素を含
んでいてもよい。

【００３８】付着量：耐食性を向上させるためには単純
に付着量を増加させればよい。このため厚目付け材が要
望されており、片面当たり150 g/m²以上の付着量であれ
ば、かなり厳しい塩害地域での耐食性をマイルドな環境
下での従来鋼 (片面当たりに目付量：75g/m²) 並に改善
できる。付着量の上限は特に限定するものではないが経
済的にも400 g/m²が限度と考えられる。めっき後の耐食
性をさらに向上させるためにクロメート処理を施しても
よい。

【００３９】本発明によれば、予めフラックス槽で被め
っき金属材料がめっき浴温より高温に予熱されるので、
従来法ではかなり時間を要していた、溶融めっき浴への
浸漬時間を大幅に短縮することが可能である。

【００４０】

【実施例】[実施例１]以下、実施例に基づき本発明をさ
らに具体的に説明する。本例では、まず、200 mm×300
mm×2.5 mmの熱延鋼板を、フラックス処理に先立ち、オ
ルソ珪酸ソーダ水溶液中で脱脂し、水洗した後、10wt％
塩酸水溶液で酸洗して、めっき前処理を行った。このよ
うなめっき前処理に続いてフラックス処理を行ったが、
本例では、フラックス処理下記の方式で行った。

【００４１】すなわち、本発明に従って調製された溶融
めっき槽の近傍にフラックス槽を設置して、この中で表
１に示す組成をもった各フラックスを溶融させておき、
上述のめっき前処理を経た鋼板を、このフラックス槽中
に１分間浸漬して予熱とフラックス処理を行った後、フ
ラックス槽から引き上げた鋼板をできるだけ速やかに溶
融めっき槽に浸漬した。

【００４２】

【表１】

【００４３】フラックス槽の溶融塩フラックスの温度
は、フラックスNo.1および２の場合を除いて全て630 ℃
とした。また、フラックスNo.1および２の場合は、その
融点より５℃高い温度とした。

【００４４】溶融めっき金属は、55％Al−０〜0.08％Si
−Zn合金であり、溶融めっき浴の温度は580 〜630 ℃の
範囲で変化させた。めっき浴への浸漬時間は１分間に統
一した。

【００４５】溶融めっき浴から引き上げた鋼板は、水冷
した後、水洗ブラッシングをしてから、目視観察により
不めっきと外観状態 (フラックスの付着と肌荒れ) を検
査した。付着量はインヒビター添加10％塩酸溶液に浸漬
し、皮膜の溶解前後での重量差によって求めた。結果は
表２にまとめて示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、フラックス浴を別
に設けた湿式法を利用した本発明の溶融めっき法によれ
ば、従来はフラックス法では良好なめっき外観を得るこ
とが困難であった溶融Al−Zn合金めっきにおいて、汚れ
のない良好なめっき外観を得ることが可能となり、しか
もフラックスの機能も十分に発揮され、不めっきの発生
も防止される。

【００４８】さらに、本発明の溶融めっき方法によれ
ば、フラックス処理が予熱も兼ねるため、めっき前の予
熱が不要となり、高耐食性を有する厚目付け材の製造に
も、めっき時間が大幅に短縮される効果も併せて得られ
る。また、従来の湿式フラックス法で必要であった、め
っき後のフラックスの除去処理も不要であり、操業性が
改善される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桝本弘人和歌山市湊1850番地住友金属工業株式会社和歌山製鉄所内 (72)発明者前田洋男北九州市若松区藤ノ木２丁目４番８号新興アルマー工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料を、溶融塩フラックス浴中に浸
漬した後、溶融金属めっき浴中に浸漬して溶融めっきを
行う金属材料の溶融めっき方法であって、前記溶融塩フ
ラックス浴のフラックス組成を、前記溶融金属めっき浴
の温度より少なくとも５℃高い融点を有するものとし、
かつ前記溶融金属めっき浴の組成を、Al:45 〜60％、S
i:0.005％以上0.5 ％未満、残部実質的にZnであるアル
ミニウム−亜鉛合金から構成することを特徴とする、溶
融めっき方法。
【請求項２】前記溶融塩フラックス浴と溶融金属めっ
き浴とを別々の槽に設けたことを特徴とする請求項１記
載の溶融めっき方法。
【請求項３】前記溶融塩フラックス浴が、前記溶融金
属めっき浴の温度より80℃を超えない温度の融点を有す
ることを特徴とする請求項１または２記載の溶融めっき
方法。
【請求項４】前記溶融塩フラック浴の組成が、氷晶石
と少なくとも一種のアルカリ金属塩との組合せ、または
氷晶石と少なくとも一種のアルカリ金属塩と弗化アルミ
ニウムの組合せであることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の溶融めっき方法。
【請求項５】めっき付着量が片面当たり150 g/m²以上
であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の溶融めっき方法。