JPS63247353A - 高耐食性Ｚｎ−Ａ１合金めつき金属材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、優れた耐食性を有するＺｎ−Ａｌ合金めっき
金属材の製造方法に関し、例えば高耐食性の屋根材やガ
ードレール材等として極めて有用なめっき金属材を提供
しようというものである。

本発明に係るめっき対象となる金属基材にはＦｅやＦｅ
基合金の他、ＣｕやＡ１等の非鉄金属やそれらの合金が
含まれ、その形状については平板材や波板材をはじめと
して管材、棒材等の如何は問わないが、本明細書では最
も代表的な鋼板を主体にして説明する。

［従来の技術］ 鋼板等を防食加工する手段としては従来よりＺｎめっき
が汎用されている。しかし鋼板等の耐食性向上に対する
要請は更に高まる傾向にあり、従来のＺｎめっき鋼板で
は需要者の要求を十分に満たすことができなくなってき
た。こうした背景のもとでＺｎ−Ａｌ系合金を用いた溶
融めっき法が開発され、このＺｎ−Ａ１合金めっき鋼板
は耐食性及び耐候性の優れたものとしてその需要は漸増
する傾向が見られる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらＺｎ−Ａｌ合金を用いた溶融めっき鋼板に
してもまだ十分とは言えず、高腐食性環境下での耐用年
数の延長が要求される中で、耐食性の一段と優れたＺｎ
−Ａｌ合金めっき鋼板の出現が待たれている。

ところで現在採用されている溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっき
法は、めっき浴槽内の溶融Ｚｎ−Ａ１合金中に鋼板等を
浸漬して表面にＺｎ−Ａ１合金層を形成する方法であり
、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき層はめっき合金中のＡ１含有率
に応じた種々の凝固組織を呈するが、通常はＺｎを固溶
したα−Ａ１相と、Ａｌを殆んど固溶しないβ−Ｚｎ相
の２相混合組織を主体とする。この様な混合組織のＺｎ
−Ａ１合金めっき層が海水や大気中の腐食環境に曝らさ
れると、α−Ａ１相とβ−Ｚｎ相の電位差により局部電
池が形成されて両相の界面が優先的に腐食され、やがて
素地鋼板が露出して赤錆を発生する様になる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは上記の様な知見から、α−Ａ１相やβ−Ｚ
ｎ相の共存しない均一な組織のＺｎ−Ａ１合金めっき層
を形成することができれば、耐食性を大幅に高め得るで
あろうと考え、その線に沿って鋭意研究を進めた０本発
明はこうした研究の結果完成されたものであって、その
構成は１０−’Ｔｏｒｒ以下に保たれた真空室内におい
て、１５０〜４５０℃に予熱された金属基材に対し別々
の容器から同時に加熱蒸発されたＺｎ蒸気とＡｌ蒸気を
蒸着せしめ、蒸着直後の金属基材の温度を５００℃以下
に抑えることのよって、ＺｎとＡ１が均一に分布した蒸
着層を形成するところに要旨を有するものである。

［作用コ 本発明者らは、当初溶融めっき法を工夫することによっ
て均一な組織を確保するという方針で検討を行ない、特
に溶融めっき後の冷却速度を高める方向で研究を行なっ
た。その結果実験室段階においては、溶融めっき後冷水
で急冷することによって初晶のない均一組織のＺｎ−Ａ
１合金めっき層が得られ、このめっき層は従来の２相混
合組織からなるＺｎ−Ａｌ合金めっきに比べて非常に優
れた耐食性を示すことが確認された。

ところが実際の工業的連続めっき設備において、４００
℃程度以上の溶融めっき浴から出ためっき鋼板を瞬時に
冷却（冷却速度〉１００℃／ｓｅｃ　）することは至難
のことであり、冷却速度の遅延によって少なからぬα−
Ａ１相やβ−Ｚｎ相が生成し、実験室レベルで得た高耐
食性を工業的規模の操作で再現することはできなかった
。

そこで本発明者らは、他のめっき法を採用することによ
ってめっき層の組織を均一にすべく色々研究を重ねた結
果、以下に詳述する如く真空蒸着法を採用し、蒸着時に
おける真空度、基材鋼板の予熱温度及び蒸着直後の鋼板
温度を厳密に設定してやれば、基材鋼板との密着性が良
好で且つ組織が均一で耐食性の非常に優れたＺｎ−Ａｌ
合金めっき層が形成されることを知った。

即ち本発明では、真空蒸着めっき装置内においてＺｎと
Ａ１を別々の容器から加熱蒸発せしめ、適当な温度に予
熱されている基材鋼板表面に両金属蒸気を蒸着させるも
のである。このときＺｎとＡｌを同一の容器に装入し混
合状態で加熱蒸発させようとしても、ＺｎとＡ１の蒸気
圧が異なるためＡｌの蒸着量が不足気味となり、目標通
りの組成のＺｎ−Ａ１合金めつき層は得られない。これ
に対し両金属を別々の容器から加熱蒸発させる方法であ
れば、夫々の加熱温度を調整して各金属の蒸発量を変え
ることによって合金めっき組成を任意にコントロールす
ることができる。尚蒸発のための加熱源は特に限定され
ないが、最も一般的なのは、熱効率が高く且つ出力調整
の容易な電子ビームやレーザービームである。尚Ｚｎは
融点が低く蒸気圧も高いので、電気抵抗加熱を採用して
蒸発させることもできる。

該蒸着めっき工程における他の条件としては、まずめっ
き装置内の圧力を１０−２Ｔｏｒｒ以下に設定すると共
に、基材鋼板の予熱温度を１５０〜４５０℃に、また蒸
着直後の基材鋼板の温度を５００℃に夫々設定しなけれ
ばならない。しかして蒸着時の圧力が１０　””Ｔｏｒ
ｒを超えるときは、系中に存在する少量の空気（酸素）
によって基材鋼板及び蒸発金属が酸化され、めっき層が
脆弱になるばかりでなく基材鋼板との密着性も低下し、
ひいては耐食性も劣悪となる。

次に基材鋼板の予熱温度及び蒸着直後の基材鋼板温度は
、めっき層の密着性を高めると共に、蒸着したＺｎとＡ
１が副反応を起こして２次析出相が生成するのを防止す
るうえで極めて重要であり、予熱温度が１５０℃未満で
はめっき層の密着性が悪くなり、後に行なう成形加工に
際してめっき層が簡単に剥離し防食効果を喪失する。ま
た予熱温度が４５０℃を超え、あるいは蒸着後の基材鋼
板の温度が５００℃を超えると、鋼板表面に蒸着したＺ
ｎ及びＡ１が鋼板の熱によって副反応を起こしてＺｎ−
Ａｌ系の２次析出相を生成し、組織均一化の目的が達成
されなくなる。

しかしながら蒸着処理系内を１０−２Ｔｏｒｒ以下に減
圧し、且つ基材鋼板の予熱温度を１５０〜４５０℃、蒸
着直後の温度を５００℃以下に設定しておけば、めっき
層自体の物性や密着性を良好に保ちつつ、２次析出相等
の生成がなく均一な組織を有する高耐食性のＺｎ−Ａ１
合金めっき層を形成することができる。

蒸着めっきを行なう際の具体的な手法は格別特殊なもの
ではなく、たとえば真空蒸着装置内で別個のるつぼから
ＺｎとＴｉを加熱蒸発させながら、その上方部に適度に
予熱した鋼板を走行させて連続的に蒸着めっきを行なう
方法、あるいは上記操作をパッチ方式で実施する方法、
更には金属蒸気をイオン化させて基材表面に付着させる
イオンブレーティング法等も採用することができる。

尚合金めっき層を構成するＺｎとＡ１の含有比率は広い
範囲で任意に設定することができるが、Ａｌ量が０．５
％未満になるとめっき層組成のコントロールが困難とな
るばかりでなくＡｌ添加の特徴が実質的に発揮されず、
一方Ａｌ量が９９．５％を超えるときは純Ａｌめっきと
の違いが認められずＺｎ−Ａ１合金としての特性が発揮
されないので、Ｚｎ対Ａｌの含有比率は（０，５〜９９
．５）対（９９，５〜０．５）の範囲に設定するのが良
い。

まためっき層の厚さは要求される耐食性の程度に応じて
適宜選定されるが、０．５μｍ未満の場合は保護膜とし
ての厚さが不足しピンホール等の発生により十分な耐食
性が得られなくなる傾向があるので、少なくとも０．５
μｍ以上の厚さとすべきである。

［実施例コ 実施例１ ０．６　ｘ　３０　ｘ　３０　（ｍｍ）の炭素鋼板（電
解脱脂）を使用し、該鋼板の予熱温度及び蒸着直後の温
度を第１表に示す如く色々変更した他は下記の条件でＺ
ｎ−Ａｌ蒸着めっき処理を行ない、各めっき層の組織の
均−性及び密着性を調べた。

１腋ゑ豆 Ｚｎ、Ａｌ蒸着法：２個のるつぼより別々に加熱蒸発、
加熱源は何れも電子ビームを 使用し、出力を調整することにより、 めっき組成がＺｎ−１０％Ａｌとなる 様にコントロールする。

真空度：　１０−’Ｔｏｒｒ めっき厚：約１５μｍ 組織の均一性評価： ■断面をパフ研摩後エツチングしてミ クロ組織観察。

■断面をＸ線マイクロアナライザー （ＥＰＭＡ）でＺｎ、Ａｌの線分 析。

めっき層の密着性評価：試料鋼板を１８０度に折り曲げ
、曲げ部に粘着テープを貼っ た後直ちに剥離し、めっき層の剥離の 有無で評価した。

Ｏ：剥離なし、　　×：剥離あり 耐食性評価法：めっｔ！鋼板を塩水噴霧試験（２５℃）
に供し、めっき層表面に赤錆 が発生するまでの時間で評価。

結果を第１表に一括して示す。尚比較のため従来の溶融
めっき法で得たＺｎ−Ａ１合金めっき鋼板についての実
験結果も第１表に併記した。

第１表より次の様に考えることができる。

■従来の溶融めっぎ法で得たもの（実験Ｎｏ。

９．１０）では、密着性は良好であるもののめっき層が
２相状組織を有し、耐食性が劣悪である。

■実験Ｎ０１１は蒸着時の鋼板予熱温度が低過ぎる比較
例であり、組織の均一性は良好であるもののめっき層の
密着性が悪い。

■実験Ｎｏ、　５は鋼板の予熱温度がやや高過ぎる比較
例であり、めフき層に少量の２次析出相が生成しており
、このため耐食性がやや不足気味となっている。

■実験Ｎ０９６は蒸着直後の鋼板温度が高過ぎる比較例
であり、めっき層に２相状組織が生成して不均一となり
耐食性が劣悪になっている。

■実験Ｎｏ、　８は鋼板の予熱温度及び蒸着直後の温度
の何れもが高過ぎる比較例であり、組織の均一性、めっ
き層の密着性、耐食性のすべてが非常に悪い。

■これらに対し実験Ｎｏ、２．３．４及び７は何れも本
発明の規定要件を満たす実施例であり、組織の均一性、
耐食性及び密着性のいずれにおいても非常に優れたもの
であることが分かる。

実施例２ 実施例１の方法に準じて、蒸着めっき装置の真空度を種
々変えた場合について、めっき層の密着性と酸化の程度
を調べた。但しＺｎ−Ａｌ合金めっきの厚さを約１０μ
ｍに設定すると共に、鋼板の予熱温度は３５０℃に、ま
た蒸着直後の鋼板温度は４５０℃に夫々設定した。

結果は第２表に示す通りであり、優れた密着性と健全な
めっき層を確保するためには、真空蒸着時の圧力を１０
−２Ｔｏｒｒ以下にしなければならないことが分かる。

実施例３ 実施例１の方法に準拠し、Ｚｎ及びＡ１の加熱蒸発量を
調整することによってめっき合金中のＡ１含有率を様々
に変化させ、まためっき厚を色々変化させたものについ
て、組織の均−性及び耐食性を比較した。但し蒸着時の
圧力は約１Ｏ−３Ｔｏｒｒに設定し、また基材鋼板の予
熱温度は３５０℃に、蒸着直後の鋼板温度は４５０℃に
夫々調節した。

結果は第３表に示す通りであり、蒸着めフき層中のＡｌ
含有率が０．５未満であるとき（実験Ｎｏ。

１）は、Ａ１蒸着量のコントロールが困難となフて均一
組織が得られず耐食性も低い。一方Ａ１含有率が９９．
５％を超えた場合（実験Ｎｏ、９．１０）は、Ｚｎとの
合金化による耐食性改善効果が殆んど認められず、純Ａ
ｌと同程度の耐食性しか得られない。しかしＡ１含有率
が０．５〜９９．５％である蒸着めっき層（実験Ｎｏ、
２．３．５〜８）は組織の均一性、耐食性共に非常に良
好な結果が得られている。

尚めっき層の肉厚が薄すぎる場合は耐食保護層としての
機能が不十分となり耐食性不足となるので、０．５μｍ
程度以上の肉厚にすべきであることが分かる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、真空蒸着法を採用
すると共に蒸着時の条件を厳密に設定することによって
、組織が均一で優れた耐食性を有し、且つ基材金属との
密着性の良好なＺｎ−Ａ１合金めっき金属材を提供し得
ることになった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １０＾−＾２Ｔｏｒｒ以下に保たれた真空室内において
   、１５０〜４５０℃に予熱された金属基材に対し別々の
   容器から同時に加熱蒸発されたＺｎ蒸気とＡｌ蒸気を蒸
   着せしめ、蒸着直後の金属基材の温度を５００℃以下に
   抑えることによって、ＺｎとＡｌが均一に分布した蒸着
   層を形成することを特徴とする高耐食性Ｚｎ−Ａｌ合金
   めっき金属材の製法。