JP2002275611A - 亜鉛合金めっき製柱材とその製造方法および該製造方法で用いるフラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高塩素濃度環境から低塩素濃度環境に至る広
い腐食環境において、優れた耐食性を有する亜鉛合金め
っき製柱材、および、亜鉛合金めっき製柱材を用いて構
造体とした鋼製柱を提供する。さらに、この亜鉛合金め
っき製柱材を１段階の乾式どぶづけ法により製造する方
法を提供する。 【解決手段】 鋼材の表面に、ＺｎとＭｇとＡｌを主成
分とするめっき層を有し、そのめっき層の中にＺｎ−Ｍ
ｇ系金属間化合物（ＭｇＺｎ₂ 、Ｍｇ₂Ｚｎ₁₁)相が存在
し、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相のめっき層全体に占め
る割合が体積％で５０％以下であることを特徴とする亜
鉛合金めっき製柱材。上記Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相
はＺｎ粒界に沿って連続的な相を示しているか、また
は、隣接間距離０．０５μ以上で島状の相を示してい
る。また、Ａｌ−Ｚｎ合金相が樹枝状または島状の相を
なし、めっき層の８０体積％以下を占める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性に優れた亜
鉛合金めっき製の柱材に関するものである。さらに詳し
くは、Ｚｎ、ＭｇおよびＡｌを主成分としたＺｎ−Ｍｇ
−Ａｌ合金を溶融めっきした亜鉛合金めっき製の柱材
と、そのめっき方法、および該方法において被めっき材
である鋼材表面を前処理する前処理剤組成物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、街路の照明電灯用に立てられた
柱や鉄道の架線や電線、電話線などの保持のために用い
られる柱材においては、古くは木材やその表面処理をし
た材料が使用され、その後、鉄筋コンクリート材も使用
されていた。しかしながら、景観上優れていることや数
十年にわたる長期の耐久性を持っていること、また、施
工時の取り扱い易さなどにより、鋼材にＺｎめっきや塗
装による耐食性表面処理が用いられるようになった。し
かしながら、通常の亜鉛めっきや塗装では定期的な補修
が施されるのであるが、めっきの耐食性が向上すること
により、塗装の省略化もしくは簡略化や、補修頻度の低
減が可能となり、ひいては、工期短縮や維持・管理に要
するランニングコストの抑制にもつながる。

【０００３】上記柱材に要求される条件は、機械的に摩
耗されたり、小物体が衝突することにより疵が発生した
場合に、その疵部において発錆しにくいことである。こ
れに対して、耐食性に優れためっきとして古くから知ら
れているＡｌめっきは、塩化物イオン濃度が低い環境で
は疵付き部から赤錆が発生しやすく、陸地に用いる鉄塔
用途には必ずしも適さない。一方、ＺｎにＡｌを添加す
ることによって耐食性を強化したＺｎ−Ａｌ合金めっき
が提供されている。その代表的なものにＺｎ−５５％Ａ
ｌめっきがある。このめっきは、Ａｌ主体のめっきであ
るために、めっき層自身の耐食性はＡｌめっきにほぼ匹
敵し、また、Ｚｎを含むために、疵付き部からの赤錆発
生もおこり難いものである。

【０００４】Ｚｎ−５５％Ａｌめっき以外では、Ａｌの
含有量を５〜１０％程度に抑えたＺｎ−Ａｌ合金めっき
がある。このＺｎ−Ａｌ合金めっきは、Ｚｎ−５５％Ａ
ｌめっき程ではないにしても、Ｚｎめっきに比べ圧倒的
に良好な耐食性を有するので、今日では、構造物などに
も広く用いられている。しかし、上記のＺｎ−Ａｌ合金
めっきは、コンクリート中のような高ｐＨ環境に曝され
ると急激に溶出する傾向があり、その耐アルカリ性は、
伝統的なＺｎめっきに劣る場合すらしばしば散見され
る。このように、コンクリート構造物の鉄筋部材や鋼構
造物のコンクリート基礎部材等の、いわゆる複合構造体
としての用途には、Ｚｎ−Ａｌ系のめっきは必ずしも適
当でない。

【０００５】次に、めっき性の点からみると、上記のＺ
ｎ−Ａｌ合金めっきは、Ａｌの添加量が１０質量％程度
以下であれば、鋼材を水溶性フラックスで前処理するこ
とによって１段階のどぶづけめっきが可能なものであ
る。しかし、Ａｌ添加量が多くなると、浴中のＡｌがフ
ラックス成分と化学反応を起こし易くなり、不めっきや
異物付着等の品質低下が著しくなる。

【０００６】そのため、めっき浴面に溶融塩フラックス
を浮遊させる湿式法、もしくは、Ｚｎめっきを施した
後、Ｚｎ−Ａｌ合金をめっきする２段階のめっき法を用
いることが多い。前者の方法は、フラックス成分がめっ
き浴中へ混入し易く、めっき浴の組成管理が複雑であ
る。また、後者の方法は、めっき浴を少なくとも２つ準
備する必要があるため、めっきに要するコストが高くな
り易い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑み、海岸地域などの塩化物イオン濃度の高い環境から
内陸部、山間地などの塩化物イオン濃度の低い環境、さ
らには、強アルカリ環境に至る広い腐食環境において、
優れた耐食性を有する亜鉛合金めっき製柱材を提供する
ものである。

【０００８】さらに、この亜鉛合金めっき製柱材を、品
質管理が比較的容易で経済的にも有利な１段階の乾式ど
ぶづけ法により製造する方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｚｎ−Ｍ
ｇ−Ａｌ系合金めっきがＺｎ−Ａｌ系めっきと同等以上
の高い耐食性を有すること、および、上記組成に加え、
めっき層中にＺｎ−Ｍｇ系金属間化合物相が存在する
と、特に耐食性が向上することを見い出し、溶融Ｚｎ−
Ｍｇ−Ａｌ系合金めっき鋼線を提供した。

【００１０】そして、さらなる高耐食性と線材以外の用
途への拡大を目指して鋭意検討を重ねた結果、新たに次
のことを見い出した。すなわち、（１）Ｚｎ−Ｍｇ系金
属間化合物相のめっき層全体に占める割合が５０％を超
えると、耐食性は低下すること、（２）Ｚｎ−Ｍｇ系金
属間化合物相はＭｇの含有量によって連続相または島状
相になるが、後者の場合に、隣接するＺｎ−Ｍｇ系金属
間化合物相間の距離が０．０５μを下回ると耐食性が低
下すること、（３）Ａｌの含有量が高くなるとＡｌ−Ｚ
ｎ合金相が生じるようになるが、このＡｌ−Ｚｎ合金相
のめっき層全体に占める割合が８０％を超えると耐食性
は低下すること、（４）Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系合金めっき
は通常２層構造を呈するのであるが、各層の厚みの比と
金属組成を適正な範囲に制御することによって、耐食性
を向上させ得ること、および、（５）めっき浴中のＭｇ
とＡｌの量的な関係を一定の範囲内に制御することによ
って、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系合金めっきを線材以外の鋼材
にも適用できること、を見い出した。

【００１１】本発明は、上記の一連の知見に基づいて、
めっき組成およびめっき層の凝固組織と層構造を限定
し、さらに、どぶづけめっきに適したフラックス組成を
規定することによって完成に至ったものであり、以下に
その要旨とするところを列記する。すなわち、 （１）鋼製の柱もしくは柱を構成する部材の表面に、Ｚ
ｎとＭｇとＡｌを主成分とするめっき層を有し、そのめ
っき層の中にＺｎ−Ｍｇ系の金属間化合物相が存在し、
Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物相のめっき層全体に占める
割合が体積％で５０％以下であることを特徴とする亜鉛
合金めっき製柱材。

【００１２】（２）前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とす
るめっき層において、Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物がθ
（Ｍｇ₂Ｚｎ₁₁)相であり、Ｚｎ粒界に沿って連続的な相
をなしていることを特徴とする上記（１）に記載の亜鉛
合金めっき製柱材。 （３）前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめっき層に
おいて、Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物がη（ＭｇＺｎ
₂ ）相であり、島状の相をなし、隣接するη相間の距離
が０．０５μ以上であることを特徴とする上記（１）に
記載の亜鉛合金めっき製柱材。

【００１３】（４）前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とす
るめっき層において、Ａｌ−Ｚｎ合金相が樹枝状または
島状の相をなし、Ａｌ−Ｚｎ合金相のめっき層全体に占
める割合が体積％で８０％以下であることを特徴とする
上記（３）に記載の亜鉛合金めっき製柱材。 （５）前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめっき層に
おいて、鋼材表面の直上に、少なくともＦｅとＡｌを含
有し、ＦｅとＡｌの総量に占めるＡｌの比率が４９質量
％以上である下層と、その上に、少なくともＺｎとＭｇ
を含有する上層とによって構成される２層構造を呈し、
下層の厚みが全めっき厚に対して９０％以下であり、下
層と上層の合計の厚みがＺｎ換算の付着量で１００〜８
００ｇ／ｍ² であることを特徴とする上記（１）〜
（４）のいずれかに記載の亜鉛合金めっき製柱材。

【００１４】（６）前記鋼製の柱が、等辺山形鋼、不等
辺山形鋼、不等辺不等厚山形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形
鋼、鋼管、テーパー管、異径管、鋼板、並びに、これら
を変形加工、さらには接合し、いくつかを組み合わせて
作製した鋼製柱材であることを特徴とする上記（１）〜
（５）のいずれかに記載の亜鉛合金めっき製柱材。 （７）前記柱を構成する部材が、等辺山形鋼、不等辺山
形鋼、不等辺不等厚山形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、鋼
管、テーパー管、異径管、鋼板、ボルト、ナット、座
金、リベット、並びに、これらを変形加工、さらには接
合し、いくつかを組み合わせて作製した鋼製部材である
ことを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載
の亜鉛合金めっき製柱材。

【００１５】（８）前記鋼製柱材および鋼製部材が、そ
のめっき面全体、もしくは部分的に有機被膜で塗装され
たものであることを特徴とする、上記（６）または
（７）のいずれかに記載の亜鉛合金めっき製柱材。 （９）めっき面の一部または全部がコンクリートと接触
した部位を有することを特徴とする上記（６）〜（８）
のいずれかに記載の亜鉛合金めっき製柱材。

【００１６】（１０）質量％で、ＺｎＣｌ₂ を６０〜９
５％、アルカリ金属元素もしくはアルカリ土類金属元素
のフッ化水素化物またはケイフッ化物のいずれか１種類
以上を合計で０．１〜１０％、アルカリ金属元素もしく
はアルカリ土類金属元素のフッ化物または塩化物のいず
れか１種類以上を合計で１〜３０％、および、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｉｎ、Ｔｌ、ＳｂまたはＢｉの塩化物のいずれか１
種類以上を合計で０．１〜１０％を含有し、全体の濃度
が１０〜６０（質量／容量％）であることを特徴とする
フラックス。

【００１７】（１１）質量％で、ＺｎＣｌ₂ を６０〜９
５％、アルカリ金属元素もしくはアルカリ土類金属元素
のフッ化物のいずれか１種類以上を合計で０．１〜１０
％、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の塩
化物のいずれか１種類以上を合計で１〜３０％を含有
し、全体の濃度が１０〜６０（質量／容量％）であるこ
とを特徴とするフラックス。

【００１８】（１２）鋼材表面を脱脂、酸洗した後、該
鋼材を、上記（１０）または（１１）に記載のフラック
スに浸漬し、次いで、鋼材表面に付着したフラックスを
乾燥した後、質量％でＭｇ：０．０５〜７％、Ａｌ：
０．０１〜２０％含有し、残部がＺｎと不可避的不純物
からなり、Ｍｇの含有量（［Ｍｇ］）とＡｌの含有量
（［Ａｌ］）が、質量％で、 ［Ｍｇ］＜（７［Ａｌ］＋２８）／９．８ および ［Ｍｇ］＜（２５［Ａｌ］＋０．４）／１．８ の関係を同時に満たす溶融めっき浴に浸漬し、その後
に、該鋼材を、鋼材表面の温度が少なくともめっき層の
融点に到達するまで、０．１〜５０℃／秒の速度で冷却
することを特徴とする亜鉛合金めっき製柱材の製造方
法。 （１３）前記溶融めっき浴において、Ａｌ含有量に対し
て１０質量％以下のＳｉを添加した溶融めっき浴を用い
ることを特徴とする上記（１２）に記載の亜鉛合金めっ
き製柱材の製造方法。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明における亜鉛合金めっき製
柱材とは、等辺山形鋼、不等辺山形鋼、不等辺不等厚山
形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、鋼管、テーパー管、異径
管、鋼板、ボルト、ナット、座金、リベット、並びに、
これらのいくつかを変形し接合して、組み合わせて作製
した鋼製部材であり、これらの鋼製部材のうち一部また
は全部を用いて構成された鋼製の柱および柱用製品であ
る。本発明の亜鉛合金めっき製柱材は、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａ
ｌ系合金を溶融めっきしたことを特徴とする。

【００２０】このＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきの断面
を走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡を用いて５００〜
１０００倍程度で観察すると、めっき層が２層構造にな
っているのが確認できる。さらに、これらの層をＥＰＭ
Ａ等の機器分析的手法で分析すると、地鉄直上の下層は
Ｆｅ−Ａｌ系合金層であり、その上の上層はＺｎとＭｇ
を含んだ層であることが認められる。

【００２１】最初に、上層の凝固組織について説明す
る。Ｚｎめっき浴中にＭｇが混在すると、めっき層内部
および表面にＺｎ−Ｍｇ系の金属間化合物が生成する。
この金属間化合物は、ＥＰＭＡ（線分析）等の解析によ
り、η（ＭｇＺｎ₂ ）相とθ（Ｍｇ₂Ｚｎ₁₁)相であるこ
とがわかる。これらの金属間化合物はＺｎ主体の母相に
優先して溶出する傾向があり、その際、母相に対して犠
牲防食効果を有するため、めっき層の主体であるＺｎの
腐食を遅くする効果がある。

【００２２】また、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相が溶出
した箇所は小孔または連続的な微小クラックとなるが、
その溶出部は腐食生成物によって密に充填されるため、
腐食は進行しにくくなる。また、腐食生成物は緻密で化
学的に安定な塩基性化合物であって、これが皮膜となっ
てめっき面を覆うので、これによっても耐食性は向上す
る。めっき浴中のＭｇ濃度が低い場合には、Ｚｎ−Ｍｇ
系金属間化合物相はθ相であり、Ｚｎ結晶の粒界にほぼ
連続的に生成しやすくなる。一方、Ｍｇ濃度が高くなる
と、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相はη相となり、Ｚｎの
母相中に島状に析出した海島構造を呈するようになる。
いずれの形態であっても、めっきの高耐食化への寄与に
は変化がないが、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相のめっき
全体に占める体積比率が５０％を超えると、めっき層が
脆くなり、割れや剥離が生じやすくなるので、該体積比
率は５０％以下が好ましい。

【００２３】また、η相が島状に析出した場合には、隣
接したη相が近くなるとη相の溶出部が互いに連結する
ようになって、大きな孔に成長する。そのため、この場
合にも、腐食生成物による充填が不完全となり、局部的
な腐食となりやすい。このような傾向は、隣接したη相
の距離が０．０５μ未満になると顕著になるので、該距
離は０．０５μ以上が好ましい。

【００２４】Ｚｎめっき浴中にＡｌが混在すると、Ａｌ
は主にＦｅ−Ａｌ合金の下層の形成に消費されるが、浴
中Ａｌ濃度が高くなると、Ａｌは、上層に、島状または
樹枝状のＡｌ−Ｚｎ合金相として析出する。この相は、
Ｚｎに比べて溶出しにくので、η相のようにＺｎに対す
る犠牲防食効果はない。Ａｌ−Ｚｎ合金相がめっき層に
おいて大きな体積を占めると、Ｚｎ母相の体積が減少す
ることになり、赤錆が発生しやすくなる。この傾向は、
Ａｌ−Ｚｎ合金相がめっき層全体の８０％を超えると顕
著になるので、Ａｌ−Ｚｎ合金相の割合は８０％以下が
好ましい。

【００２５】Ａｌ−Ｚｎ合金相の腐食は、Ｚｎの溶出と
Ａｌの酸化という２種類の化学変化によって進行する。
これによって生成したＡｌの酸化物は化学的に安定であ
るから、Ａｌ−Ｚｎ合金相が鋼面を一様に被覆すれば、
高い耐食性が期待できる。しかし、これを可能にするた
めには、Ａｌを高濃度に添加しためっき浴にする必要が
あり、必然的にめっき温度が高くなって好ましくない。

【００２６】次に、上層と下層の金属組成について説明
する。上層の金属組成は、めっき浴組成、めっき条件、
冷却条件等によって変動するが、ＺｎとＭｇを含有する
ことが必須であり、好ましくは、Ｚｎに対してＭｇが
０．０５〜３０質量％の範囲とする。Ｍｇが０．０５質
量％未満では高い耐食性が得られず、一方、３０質量％
を超えるとめっき層が脆くなり、曲げ加工時に割れが発
生しやすくなる。

【００２７】下層のＦｅ−Ａｌ系合金層は、Ｆｅ−Ｚｎ
合金の脆い層の生成を抑制する効果を有し、めっきの加
工性を保持するのに有効である。このＦｅ−Ａｌ系合金
層の組成は、ＦｅとＡｌの総量に占めるＡｌの割合が４
９質量％以上であることが好ましく、この範囲を外れる
と、この層自体が脆くなる。めっき後に再加熱すると、
Ａｌの含有量が４９質量％を下回るＦｅ−Ａｌ合金層に
変化する場合がある。例えば、Ｆｅが７０〜８０質量
％、Ａｌが２０〜３０質量％程度の合金層は、比較的柔
軟性があり、加工性も良好であるが、Ｆｅ含有量が多い
ので耐食性は大きく劣る。

【００２８】下層と上層における金属組成を個別に求め
るには、化学分析的な方法が、最も高精度で測定できて
好ましいが、各層の分離が難しく誤差が生じやすいか
ら、簡易的であるが、ビーム径が４ｍｍ程度のＧＤＳを
用いて機器分析的手法で測定するのがよい。このＦｅ−
Ａｌ系合金層の厚みは、全めっき厚に対して９０％以下
であることが好ましい。９０％を超えると、Ｚｎ−Ａｌ
−Ｍｇ系合金めっき本来の耐食性が得られないばかり
か、めっき面の光沢が損なわれるようになって、好まし
くない。

【００２９】さらに、これら下層と上層を合わせた全め
っき厚みは、Ｚｎの質量に換算した付着量で１００〜８
００ｇ／ｍ² が好ましい。１００ｇ／ｍ² 未満では、め
っきへの機械的な衝撃によって疵が発生しやすくなる。
一方、８００ｇ／ｍ² を超えると、めっき外観の均一性
が損なわれることがある。上述のようなＺｎ−Ａｌ−Ｍ
ｇ系合金めっきは、等辺山形鋼、不等辺山形鋼、不等辺
不等厚山形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、鋼管、テーパー
管、異径管、鋼板、ボルト、ナット、座金、リベット等
の鋼材に適用することができる。もちろん、これら以外
の鋼材に用いても、なんら支障がない。そして、これら
のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼材のうち１種類以上
を部材として、柱材もしくは柱を構成する部材とするこ
ともできる。この柱を構成する部材において、上記めっ
き鋼材を一部分に用いてもよいし、全部に用いてもよ
い。

【００３０】また、等辺山形鋼、不等辺山形鋼、不等辺
不等厚山形鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、平鋼、鋼管、テーパー
管、異径管、鋼板、ボルト、ナット、座金、リベットの
うち、少なくとも１種類以上の鋼材を用いて、予め柱材
もしくは柱を構成する部材を組み上げて、その後にＺｎ
−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきを施してもよい。上記Ｚｎ−
Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきは、強アルカリ性の環境におい
ても良好な耐食性を有するので、柱の基礎のように、鋼
材の一部または全部がコンクリート等のアルカリ性材料
と接触、もしくは埋設されるような箇所に用いることも
できる。

【００３１】次に、上述のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっきを
施すのに用いるめっき方法について説明する。まず、め
っき浴としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎおよび不可避不純物
からなるめっき浴を用いる。浴中Ｍｇが０．０５％未満
ではＺｎ−Ｍｇ系金属間化合物相が析出せず、７％を超
えるとＺｎ−Ｍｇ系金属間化合物相がめっき層の５０％
を超える程に析出する。また、浴中Ａｌが０．０１％未
満では、Ｆｅ−Ａｌ合金層が生成せずに、Ｆｅ−Ｚｎ合
金層が生成し、２０％を超えると、Ａｌ−Ｚｎ合金相が
めっき層の８０％を超える程に析出する。

【００３２】これらは、前述のように、いずれも、めっ
きの耐食性や加工性を低下させる要因となるので、めっ
き浴としては、Ｍｇ：０．０５〜７質量％、Ａｌ：０．
０１〜２０質量％をそれぞれ含有し、残部がＺｎおよび
不可避不純物からなるめっき浴を用いるのが好ましい。
ＭｇとＡｌの含有量は、少なくとも次の２つの関係式を
同時に満足する必要がある。すなわち、 ［Ｍｇ］＜（７［Ａｌ］＋２８）／９．８ …（１） ［Ｍｇ］＜（２５［Ａｌ］＋０．４）／１．８ …（２） これらの式において、［Ｍｇ］と［Ａｌ］は、それぞ
れ、ＭｇとＡｌの含有量を質量％で表したものである。

【００３３】ＭｇとＡｌの含有量が式（１）で規定する
範囲を外れると、めっき浴面で酸化物の生成が促進さ
れ、［Ｍｇ］が大過剰の場合には、酸化物が浴面を厚く
覆うようになって、作業効率が大きく低下することにな
る。このことは、形鋼や鋼管などのように、バッチ式で
めっきする場合に注意を要する。すなわち、線材などの
ように連続的にめっきする場合には、鋼材をめっき浴か
ら排出した直後に、付着量を調節する目的で砂浴などを
通過させるが、このとき、めっき面に付着した異物を同
時に除去することができるので、ＭｇとＡｌの含有量の
関係の重要性は比較的低い。しかし、バッチ式でめっき
する場合は、異物を除去する工程を設けることが困難で
あるので、異物付着の原因となるめっき浴面の酸化物生
成には厳密な注意を要し、ＭｇとＡｌの含有量の関係が
極めて重要になる。酸化物の生成を回避するには、Ｍｇ
とＡｌの添加量が上式の関係を満たすことが必要であ
る。

【００３４】また、ＭｇとＡｌの含有量が式（２）で規
定する範囲を外れると、浴面の酸化物を十分に除去して
めっきしても、そのめっき層は、時間の経過にともなっ
て広範囲に割れを生じ、剥離しやすくなる。めっき層
に、さらに、化学的および／または物理的性質を付与す
るために、浴中に、ＩＡ〜ＶＡ族に属する典型金属元
素、ＩＢ〜ＶＩＩＩ族に属する遷移金属元素およびミッ
シュメタルのうち、１種類以上の金属を添加することも
できる。ただし、これらの添加量は、典型金属元素では
０．００１〜５質量％、遷移金属元素では０．００１〜
１０質量％、ミッシュメタルでは０．００１〜５質量％
の範囲が好ましく、この範囲を外れると、不めっき等の
外観不良や、浴温度の上昇等の不都合が発生し易い。

【００３５】具体的なめっき方法は、鋼材を脱脂、酸洗
を行なった後、フラックスで前処理して、上記Ｚｎ−Ｍ
ｇ−Ａｌ系合金浴に浸漬することによって、１段階でめ
っきする方法を採用する。ここで用いるフラックスは以
下の組成のものから選ぶとよい。すなわち、質量％で、
（フラックス−１）（１）ＺｎＣｌ₂ ：６０〜９５％、
（２）アルカリ金属元素のフッ化水素化物、アルカリ土
類金属元素のフッ化水素化物、アルカリ金属元素のケイ
フッ化物、アルカリ土類金属元素のケイフッ化物のうち
１種類以上を合計で：０．１〜１０％、（３）アルカリ
金属元素のフッ化物、アルカリ土類金属元素のフッ化
物、アルカリ金属元素の塩化物、アルカリ土類金属元素
の塩化物のうち１種類以上を合計で：１〜３０％、およ
び、（４）Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｂｉの塩化
物のうち１種類以上を合計で：０．１〜１０％を含有し
た組成物であり、この組成物を水に溶解または分散さ
せ、全体の濃度を１０〜６０（質量／容量％）に調整し
たフラックスである。

【００３６】また、（フラックス−２）（１）ＺｎＣｌ
₂ ：６０〜９５％、（２）アルカリ金属元素のフッ化物
またはアルカリ土類金属元素のフッ化物のうち１種類以
上を合計で：０．１〜１０％、（３）アルカリ金属元素
の塩化物またはアルカリ土類金属元素の塩化物のうち１
種類以上を合計で：１〜３０％を含有した組成物であ
り、この組成物を水に溶解または分散させ、全体の濃度
を１０〜６０（質量／容量％）に調整したフラックスを
用いてもよい。このフラックスは濃度や温度によって懸
濁液になる場合があるが、その場合は、ｐＨを６以下に
調整するとよい。なお、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓ
ｂ、Ｂｉの塩化物のうち１種類以上を合計で０．１〜１
０質量％添加することも可能である。これによって、め
っき性は向上するが、沈殿物を生成するために扱いにく
くなる。

【００３７】フラックスの組成が上記の範囲を外れる
と、ドロス付着、不めっき、ピンホール等を多量に含ん
だ外観の劣悪なめっきとなり、実用に供することはでき
ない。めっき浴の最低温度は、めっき組成によって異な
るので一概に規定できないが、一応の目安として、４２
０℃以上、好ましくは４５０℃以上とする。４２０℃未
満では、浴中のＭｇやＡｌの濃度が高い場合に、めっき
浴が凝固する場合があるので好ましくない。めっき浴温
の上限はとくに規定しないが、鋼材の強度が要求される
場合は、５００℃以下が必須条件である。

【００３８】また、強度が厳密に要求されない場合で
も、５００℃を超えると、Ｆｅ−Ａｌ系の合金層が地鉄
／めっき界面で成長し易くなり、めっき時間によって
は、全めっき厚に占めるＦｅ−Ａｌ合金層の厚みが９０
％を超えることがあり、そのために、耐食性や表面光沢
が低下し易い。したがって、５００℃を超えない温度が
好ましい。

【００３９】めっき浴中への鋼材の浸漬時間は１〜６０
０秒が好ましい。１秒未満では、不めっきの発生やめっ
きの密着性低下が起こる。一方、６００秒を超えると、
Ｆｅ−Ａｌ系合金層の成長が促進されて、該合金層の厚
さが、前述のように、良好なめっき外観を得る上の厚み
限界８００ｇ／ｍ² を超える程に厚くなり易い。また、
このＦｅ−Ａｌ系合金層の成長は、地鉄からめっき層へ
のＦｅの供給によるものであるので、合金層中のＦｅの
含有量が増加し、Ａｌ含有量は相対的に低下する。そし
て、ＦｅとＡｌの総量に占めるＡｌの割合が４９質量％
を下回るようになって、めっき層のぜい化を引き起こ
す。めっき浴中のＡｌ濃度が低い場合には、Ｆｅ−Ａｌ
合金層の替わりにＦｅ−Ｚｎ合金層が生成することもあ
り、このようになると耐食性は大きく低下する。

【００４０】このようにしてめっきした鋼材を、めっき
層が少なくとも融点に達するまで０．１〜５０℃／秒、
好ましくは、平均１〜３０℃／秒の速度で冷却する。冷
却速度が０．１℃／秒未満になると、めっき浴中のＡｌ
の添加量が多い場合には、Ｆｅ−Ａｌ系合金層が必要以
上に成長し、全めっき厚に占めるＦｅ−Ａｌ合金層の厚
み割合が増加する。

【００４１】また、Ａｌの添加量が少ない場合には、Ｆ
ｅ−Ａｌ系合金層のかわりにＦｅ−Ｚｎ合金層が生成す
ることがあり、いずれにしても、耐食性の低下を招くこ
とになる。一方、冷却速度が５０℃／秒を超えると、上
記Ｆｅ−Ａｌ系合金層の必要以上の成長やＦｅ−Ｚｎ合
金層の生成は抑制されるが、同時に、上層のＺｎ−Ｍｇ
合金相が微細化しやすくなり、とくにＺｎ−Ｍｇ合金相
がη相である場合は隣接するη相間の距離が部分的に
０．０５μを下回るようになって、やはり高い耐食性は
得られない。ところで、Ｆｅ−Ａｌ系合金層は成長がは
やいために、めっき浴の温度や浸漬時間によって、その
厚みは大きく変動する。そして、このことがめっき全体
の厚みの変動に影響をおよぼす。めっき浴中にＳｉを添
加すると、Ｆｅ−Ａｌ系合金層の形成が抑制されるよう
になるので、めっき厚みの管理が容易になる。Ｓｉ添加
量としては、めっき浴中のＡｌ含有量に対して１０質量
％以下とする。これを超えて添加しても、めっき層中に
島状のＳｉ相が形成されるだけで、Ｆｅ−Ａｌ系合金層
の形成抑制効果はもはや向上しない。また、Ｓｉ添加量
の下限はとくに規定するものではないが、通常はめっき
浴中のＡｌ含有量に対して０．１〜０．５質量％程度と
するのがよい。

【００４２】以上のようにして製造した柱材並びに柱を
構成する部材は、そのめっき面の全面、もしくは部分的
に有機合成樹脂塗料を塗装して用いてもよい。また、部
材を組み立てる際に、部分的にめっき面に疵やはがれが
生じた場合には、その部分を塗装することが望ましい。
さらに、コンクリートとの接合部や雨水の通り道、排水
口の近傍など水が溜まり易い箇所には塗装することによ
り、さらに寿命を長くすることができる。また、本発明
では、めっき後の部材を溶接により接合した場合でも、
構造的には問題が生じない。ただし、溶接部では、めっ
きによる防食機能が確保できないために、補修の目的で
塗装をすることが望ましい。塗料としては、アクリル
系、塩化ゴム系、塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリ
エステル系など種々の市販品を用いることができるが、
腐食環境や景観等を考慮して、適切な塗料を選定する。
必要な塗膜厚は、鋼材の腐食環境等を考慮して個別に決
めることが肝要であるので、ここではとくに限定しな
い。しかし、防食性を有するためには、塗膜厚は、少な
くとも５μｍ以上が望ましい。

【００４３】また、Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系合金めっき層と
有機合成樹脂塗膜との間にクロメート、リン酸塩、有機
ジルコニウム塩、有機チタン塩、ジルコニウム塩などの
化成処理皮膜を介在させてもよい。化成処理をおこなう
場合は、めっき面を十分に脱脂してから行なうことが好
ましい。脱脂に用いる薬液としては、揮発性のある有機
溶剤や専用の市販品を用いることができ、化成処理は、
浸漬法やスプレー法またはその他適当な方法で行なうと
よい。

【００４４】

【実施例】つぎに、本発明を実施例に基づいて詳細に説
明する。 （実施例１）市販のアルカリ脱脂剤で脱脂した１５０×
７５×１ｍｍｔの鋼板を６０℃の１０％硫酸中に１分間
浸漬して酸洗した後、質量％でＺｎＣｌ₂ ：８５％、Ｎ
ａＦ：１．５％、ＮａＣｌ：１０％からなり、全体の濃
度を２５質量／容量％に調整したフラックスに浸漬し
た。フラックスの温度は８０℃、浸漬時間は５秒とし
た。浸漬後、直ちに、１５０℃に設定したオーブン中に
５分放置して乾燥させた。

【００４５】つぎに、この鋼板を、ＭｇとＡｌを任意の
濃度で含有し残部がＺｎからなるめっき浴（浴温度４７
０℃）に３０秒浸漬した。そして、めっき層が一定の厚
みになるように引き上げ速度を制御しながら鋼板を引き
上げ、２００℃まで５℃／秒で空冷した後、水冷した。
めっきの厚みは、Ｚｎ付着量に換算して、いずれも、３
００〜４００ｇ／ｍ²程度であった。めっき断面をＥＰ
ＭＡ（面分析、１０００倍）を用いて解析したところ、
めっきは２層構造を呈し、下層はＡｌを５０〜６０質量
％程度含むＦｅ−Ａｌ合金層で、その厚さはＺｎ付着量
換算で１５ｇ／ｍ² 以下であった。また、上層はめっき
浴組成に応じて異なる組織形態を示した。

【００４６】耐食性は、上記めっき鋼板を１００×５０
ｍｍに切断し、その切断面をシール剤でシールした後、
（１）塩水噴霧試験（以下、ＳＳＴと略記する）を１０
００時間、（２）乾湿繰返し試験（４０℃の３％ＮａＣ
ｌ水溶液中に１６時間浸漬後、６０℃オーブン中８時間
放置）を６０日、（３）複合サイクル試験（純水噴霧：
４時間→７０℃乾燥：４時間→４９℃×９５％ＲＨ：４
時間→−２０℃冷凍：４時間、各モード間のインターバ
ル：２時間）を３０サイクル、（４）温水浸漬試験（４
０℃純水）を２０００時間、および、（５）アルカリ浸
漬試験（ｐＨ１２〜１３、４０℃水溶液）を２０００時
間、行ない、腐食減量を測定した。

【００４７】また、曲げ加工性は、めっき鋼板を５ｍｍ
φの太さの棒鋼の円周方向に沿って曲げて（５Ｔ曲
げ）、その時のめっき外観を評価した。これらの試験結
果を表１に示す。この表から、めっき上層に、連続的で
あれ島状相であれ、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相が存在
することによって耐食性が向上することがわかる。しか
し、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物相がめっき層全体に占め
る割合が体積％で５０％を超えると、５Ｔ曲げによって
めっきの割れや剥離も発生しやすくなった。また、Ａｌ
−Ｚｎ合金相のめっき層全体に占める割合が８０％を超
えると、耐食性は低下することがわかる。

【００４８】そして、めっき上層が上述の組織を形成す
るためには、めっき浴中のＭｇおよびＡｌ含有量が、そ
れぞれ、０．０５〜７質量％および０．０１〜２０質量
％の範囲内にあればよいことも判明した。

【００４９】

【表１】

【表２】 （実施例２）実施例１と同様の方法で前処理した１５０
×７５×１ｍｍｔの鋼板を、Ｍｇ：３質量％、Ａｌ：１
０質量％を含み残部がＺｎからなるめっき浴に浸漬し
た。この時、めっき浴の温度、および、めっき時間を任
意に変化させた。

【００５０】次いで、任意の引き上げ速度で鋼板を引き
上げ、２００℃まで５℃／秒の冷却速度で空冷した後、
水冷した。このようにして作製しためっきサンプルの一
部をＥＰＭＡ（１０００倍、面分析）とＧＤＳにより解
析し、層構造、金属組成等を特定した。耐食性は、上記
めっき鋼板を１００×５０ｍｍに切断し、その切断面を
シール剤でシールした後、ＳＳＴを１０００時間おこな
い、腐食減量を測定した。また、めっき鋼板を５ｍｍφ
の太さの棒鋼の円周方向に沿って曲げて（５Ｔ曲げ）、
その時のめっき外観から曲げ加工性を評価した。

【００５１】これらの結果を表２に示す。この表から、
めっき浴温度、めっき時間によって、下層（Ｆｅ−Ａｌ
合金層）の金属組成や厚みが変化する様子が窺われる。
そして、それによって、耐食性、曲げ加工性および外観
が変化することがわかる。すなわち、次のことがわか
る。 （１）下層のＦｅ−Ａｌ層において、ＦｅとＡｌの総量
に対するＡｌの占める割合が４９質量％を下回ると、曲
げ加工による割れが生じ易くなり、耐食性も低下する。 （２）下層の厚みが全めっき厚に対して９０％を超える
と、曲げ加工性、耐食性、外観（とくに、光沢）が低下
する。 （３）付着量（Ｚｎ換算）が１００ｇ／ｍ² 未満では赤
錆が発生しやすくなり、一方、８００ｇ／ｍ² を超える
と、めっき外観が著しく損なわれる。

【００５２】以上の結果から、下層としては、ＦｅとＡ
ｌの総量に占めるＡｌの比率は４９質量％以上であり、
その厚みは全めっき厚に対して９０％以下であるのがよ
いことが判明した。そして、下層と上層の合計の厚み
は、Ｚｎ換算の付着量で１００〜８００ｇ／ｍ² である
のがよいことも判明した。

【００５３】

【表３】

【表４】 （実施例３）断面のサイズが５０×５０×４ｍｍ、長さ
が３００ｍｍの等辺山形鋼を、市販のアルカリ脱脂剤で
脱脂し、６０℃の１０％硫酸（過酸洗防止剤を０．２容
量％添加）中に、表面の酸化皮膜が完全に除去されるま
で浸漬して酸洗を行なった。

【００５４】ついで、十分に水洗をおこなった後、質量
％で、ＺｎＣｌ₂ ：８５％、ＮａＦ：１．５％、ＮａＣ
ｌ：１０％およびＳｎＣｌ₂ ：２％からなり、全体の濃
度を２５質量／容量％に調整したフラックスに浸漬し
た。フラックスの温度は８０℃、浸漬時間は５秒とし
た。浸漬後、直ちに、１５０℃に設定したオーブン中に
５分放置して乾燥させた。

【００５５】次に、この等辺山形鋼を、（ａ）ＭｇとＡ
ｌを、それぞれ、０．５質量％および０．２質量％含有
し残部がＺｎからなるめっき浴（浴温度４５０℃）、ま
たは、（ｂ）ＭｇとＡｌを、それぞれ、３質量％および
１０質量％含有し残部がＺｎからなるめっき浴（浴温度
４７０℃）に浸漬してめっきした。また、比較のため
に、（ｃ）Ａｌを０．２質量％含有し残部がＺｎからな
るめっき浴（浴温度４５０℃）、および、（ｄ）Ａｌを
１０質量％含有し残部がＺｎからなるめっき浴（浴温度
４５０℃）も用いた。浸漬時間は、いずれも１００秒と
した。そして、２００ｍｍ／秒の速度で鋼板を引き上
げ、２００℃まで１℃／秒の冷却速度で空冷した後、水
冷した。

【００５６】めっきの厚みは、サンプルの部位によって
ばらつきを生じたが、Ｚｎ付着量換算で、いづれも、４
００〜７５０ｇ／ｍ² であった。このようにして作製し
ためっき材の両端をそれぞれ５０ｍｍずつ切り落とし
て、長さ２００ｍｍのサンプルとし、両切断端部をエポ
キシ塗料でシールした。このようなサンプルを上記
（ａ）〜（ｄ）のめっき浴あたり２個づつ準備し、ボル
ト接合により連結した後、一端をコンクリート中に埋め
て、図１に示すような試験体を作製した。

【００５７】なお、図１の試験体において、ボルトとナ
ットも上記（ａ）〜（ｄ）のめっき浴でめっきして用い
た。また、ボルト穴は、最終的に連結試験体とすること
を考慮して事前に開けておいたものであり、穴の内面も
めっきが施されている。また、これとは別に、めっき前
にボルト接合した連結試験体を準備し、これを上記
（ａ）〜（ｄ）のめっき浴でめっきした後、一端をコン
クリート中に埋めて、図１と同じ寸法・形状の試験体を
作製した。

【００５８】これらの試験体について、複合サイクル試
験（［ＳＳＴ：４時間］→［７０℃乾燥：４時間］→
［４９℃×９５％ＲＨ：４時間］→［−２０℃冷凍：４
時間］、各モード間のインターバル：２時間）を３０サ
イクル行ない、外観を観察した。この結果を以下に示
す。

【００５９】（１）浴（ａ）でめっきした試験体のう
ち、めっき後にボルト接合したものは、接合部で僅かに
赤錆が認められたが、めっきは全体的に良好であった。
ボルト接合の後にめっきしたものは、赤錆がほとんど認
められなかった。コンクリート部を破壊して、内部のめ
っき材を観察したが、腐食生成物は確認できなかった。 （２）浴（ｂ）でめっきしたサンプルは、めっき後にボ
ルト接合したものと、ボルト接合の後にめっきしたもの
の両者において、赤錆は認められなかった。また、コン
クリート内部でも腐食生成物は確認できなかった。

【００６０】（３）浴（ｃ）でめっきした試験体は、め
っき後にボルト接合したものと、ボルト接合の後にめっ
きしたものの両者において、顕著な赤錆が認められた。
特に、ボルトとナットの腐食が激しく、めっきはほとん
ど残存していなかった。また、コンクリート内部では、
わずかながら腐食生成物が点状に確認された。 （４）浴（ｄ）でめっきしたサンプルは、大気中にさら
された箇所については、浴（ａ）でめっきした試験体と
ほぼ同等の腐食状態であった。しかし、コンクリート部
上面から側面にかけて、ひび割れが認められたため、こ
れを破壊して、内部のめっき材を観察したところ、広い
範囲にわたって、黒〜黒褐色様の腐食生成物が認められ
た。

【００６１】以上の結果から、本発明のめっき鋼材を用
いて構造体とした鉄鋼製品、または、予め鋼材を組んで
構造体とした後、本発明のめっきを施した鉄鋼製品は、
いずれも、優れた耐食性を示すことが判明した。そし
て、コンクリートとの複合体として用いた場合も、良好
な耐食性を発現することが判明した。（実施例４）直径
７ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼線を市販のアルカリ脱脂剤
で脱脂をおこない、続いて、６０℃の１０％硫酸で酸洗
した後、フラックス処理を行なった。フラックス処理
は、種々の組成のフラックスを試作し、１０〜４０質量
％水溶液（８０℃）として、これに鋼線を５秒間浸漬し
て行なった。ついで、この鋼線を１２０℃の電気オーブ
ン中に４分間保定して、フラックスを完全に乾燥させ、
めっきに供した。

【００６２】Ｍｇを１質量％、Ａｌを５質量％含有する
溶融Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌめっき浴（４５０℃）に、上述の
フラックス処理を施した鋼線を３０秒間浸漬してめっき
を施した。そして、２００ｍｍ／秒の速度で鋼板を引き
上げ、２００℃まで５℃／秒の冷却速度で空冷した後、
水冷した。めっき後の外観を、不めっき、ピンホール、
ドロス付着、凹凸等の欠陥の有無により判定した。その
結果を表３および表４に示す。

【００６３】これらの表から明らかなように、本発明の
フラックスを用いると、不めっき、ピンホール、ドロス
付着、凹凸等の欠陥がなく、表面の平滑なめっきが得ら
れるが、組成が本発明の範囲を外れたフラックスを用い
ると、欠陥の発生、ないしは、めっき面の平滑性の低下
が顕著になる。

【００６４】

【表５】

【表６】

【００６５】

【表７】

【表８】 （実施例５）実施例１と同様の方法で前処理した１５０
×７５×１ｍｍｔの鋼板を、ＭｇとＡｌを任意の濃度で
含有し残部が実質的にＺｎからなる合金塊を溶解して得
ためっき浴（浴温度４５０〜５００℃）に３０秒浸漬し
た。そして、めっき層が所定の厚みになるように引き上
げ速度を制御しながら鋼板を引き上げ、２００℃まで５
℃／秒で空冷した後、水冷した。

【００６６】このようにして作製しためっき鋼板の外観
を目視で観察した。これらの結果を図２に示す。この図
から、Ｍｇの含有量が増すと良好なめっきを得難くなる
ことがわかる。これは、めっき浴面に酸化物が発生し易
くなり、その結果、その酸化物がめっき面に付着して外
観が劣化する場合と、めっきに割れが発生する場合があ
る。しかし、一定量以上のＡｌを浴中に共存させると、
良好な外観で割れの無いめっきを容易に得ることができ
る。

【００６７】このことを、ＭｇとＡｌの含有量をそれぞ
れ［Ｍｇ］と［Ａｌ］として数式で表現したのが、式
（１）および式（２）である。このうち、式（１）は良
好な外観を得るための条件であり、式（２）は割れを生
じないための条件である。すなわち、［Ｍｇ］と［Ａ
ｌ］が、これらの式で定まる範囲内にあれば、良好なめ
っきが比較的容易に得られることが判明した。 ［Ｍｇ］＜（７［Ａｌ］＋２８）／９．８ …（１） ［Ｍｇ］＜（２５［Ａｌ］＋０．４）／１．８ …（２）

【００６８】（実施例６）市販のアルカリ脱脂剤で脱脂
した１５０×７５×１ｍｍｔの鋼板を６０℃の１０％硫
酸中に１分間浸漬して酸洗した。この鋼板を水洗し、フ
ラックスに浸漬した。フラックスとして、ＺｎＣｌ₂ ：
２１５ｇ、ＮａＦ：３．５ｇ、ＮａＣｌ：２５ｇ、およ
び、ＳｎＣｌ₂ ：５ｇからなる組成物を、純水１リット
ルに分散させて、全体の濃度が２２．８５質量／容量％
に調製したものを用いた。フラックスの温度は８０℃、
浸漬時間は５秒とした。浸漬後、直ちに、１５０℃に設
定したオーブン中に５分放置して乾燥させた。

【００６９】つぎに、上記鋼板を、（ａ）ＭｇおよびＡ
ｌを、それぞれ、０．５質量％および０．２質量％含有
し残部がＺｎからなるめっき浴（浴温度４５０℃、融点
３８０℃）、または、（ｂ）ＭｇおよびＡｌを、それぞ
れ、３質量％および１０質量％含有し残部がＺｎからな
るめっき浴（浴温度４７０℃、融点４２０℃）に１分間
浸漬してめっきした。

【００７０】そして、２００ｍｍ／秒の速度で鋼板を引
き上げ、任意の条件で冷却した。冷却過程におけるめっ
き鋼板の温度は、鋼板に取り付けた熱電対によって測定
した。めっきの付着量は、Ｚｎ換算で４００〜５００ｇ
／ｍ² であった。めっき断面をＥＰＭＡ（面分析、１０
００倍）を用いて解析したところ、めっきは、Ｆｅを含
む下層と、Ｚｎを主体とした上層からなる２層構造をな
していた。

【００７１】耐食性は、上記めっき鋼板を１００×５０
ｍｍに切断し、その切断面をシール剤でシールした後、
ＳＳＴを５００時間行ない、腐食減量を測定した。めっ
き浴（ａ）を用いた場合の結果を表５に、めっき浴
（ｂ）を用いた場合の結果を表６に、それぞれ示す。こ
れらの表からわかることを要約すると、次のとおりであ
る。 （１）めっき後の鋼板の温度が融点以下になるまで大気
中で放冷した場合には、冷却速度が０．１〜５０℃／秒
であると、高い耐食性が得られ易い。特に、冷却速度が
１〜３０℃／秒のとき、耐食性向上効果が顕著になる。
このときのめっき断面は、Ｚｎに換算した付着量で、数
ｇ／ｍ² 程度以下の薄いＦｅ−Ａｌ合金層である下層
と、Ｚｎ主体の厚い上層とからなる２層構造をなし、上
層は、Ｚｎ−Ｍｇ系金属間化合物が混在した形態を呈し
た。 （２）上記（１）の冷却方法において、冷却速度が０．
１℃／秒未満であると、耐食性は低下する。めっき断面
は、Ｆｅを含み厚さが全体の９０％を超える下層と、Ｚ
ｎ主体の薄い上層からなる２層構造をなし、上層にＭｇ
の混在はほとんど認められなかった。下層は、浴（ａ）
を用いた場合は、Ｆｅ−Ｚｎ系合金層であり、浴（ｂ）
を用いた場合は、Ｆｅ−Ａｌ合金層であった。 （３）上記（１）の冷却方法において、冷却速度が５０
℃／秒超の場合も、耐食性は低下する。この場合のめっ
き断面は、浴（ａ）、浴（ｂ）とも、Ｚｎに換算した付
着量で数ｇ／ｍ² 程度の薄いＦｅ−Ａｌ合金層である下
層と、微細なＺｎ−Ｍｇ金属間化合物相が均一に分散し
たＺｎ主体の厚い上層とからなる２層構造をなしてい
た。この上層において、隣接するＺｎ−Ｍｇ金属間化合
物相間の距離は短く、特に、浴（ｂ）を用いた場合は、
０．０５μを下回る程に近接した箇所が頻繁に認められ
た。 （４）めっき鋼板の温度が融点以上のうちに没水して急
冷すると、めっき表面に細かい凸部が多数発生した。こ
れは、没水急冷によって生じた気泡がめっき内部に滞留
したものであり、この部分から優先的に赤錆が生じた。

【００７２】以上の結果から、冷却条件によってめっき
層の構造が大きく変化し、それにともなって耐食性が変
化することがわかった。そして、高い耐食性を有するめ
っきを得るためには、めっき層が少なくとも融点に達す
るまで０．１〜５０℃／秒、好ましくは、１〜３０℃／
秒の速度で冷却する必要のあることが判明した。

【００７３】

【表９】

【表１０】

【００７４】

【表１１】

【表１２】

【００７５】（実施例７）実施例１と同様の方法で前処
理した１５０×７５×１ｍｍｔの鋼板を、Ｍｇ：３質量
％、Ａｌ：２〜１０質量％、Ｓｉを任意の割合で含み、
残部がＺｎからなるめっき浴にそれぞれ浸漬した。この
時、めっき浴の温度を４７０℃、めっき時間を５分とし
た。次いで、任意の引き上げ速度で鋼板を引き上げ、２
００℃まで５℃／秒の冷却速度で空冷した後、水冷し
た。このようにして作製しためっきサンプルの断面をＥ
ＰＭＡ（１０００倍、面分析）により観察した。めっき
は、Ｆｅ−Ａｌ合金の下層と、Ｚｎ母相中に島状のη相
が分散した上層とからなる２層構造を呈した。ＥＰＭＡ
の２次電子像から下層の厚みを測定した結果である。こ
の図３から、めっき浴中Ａｌ含有量に対するＳｉ添加量
が多くなると、下層の厚みが低下することがわかる。し
かし、Ａｌ含有量に対して１０質量％を超えると、ほと
んど低下しなくなる。このことから、めっき厚安定化の
ためには、Ｓｉ添加量はめっき浴中Ａｌ含有量に対して
１０質量％以下であればよいことが判明した。 （実施例８）板厚９ｍｍ、外径３００ｍｍの鋼管を長さ
２０００ｍｍに切断し、片側に９ｍｍの平鋼板と補強材
を溶接し、下部の部材とした。もう一端はフランジ加工
した部材を溶接した。同一サイズのフランジ加工した鋼
管を組み合わせ、柱部材を製造した。これらの部材をボ
ルトナットとともに、市販のアルカリ脱脂剤で脱脂し、
６０℃の１０％硫酸中（過酸洗防止剤添加）に５分間浸
漬して酸洗した後、質量％でＺｎＣｌ₂ ：８５％、Ｎａ
Ｆ：１．５％、ＮａＣｌ：１０％からなり、全体の濃度
を２５質量／容量％に調整したフラックスに浸漬した。
フラックスの温度は８０℃、浸漬時間は約３０秒とし
た。浸漬後、直ちに、温風により乾燥させた。これを、
Ｍｇが３質量％およびＡｌを１０質量％、Ｓｉを０．５
質量％含有し、残部がＺｎからなり浴温度を４７０℃に
設定しためっき浴中に約５分間浸漬した。引き上げ後、
８０℃の温水に浸漬し、冷却してめっき部材を製造し
た。これを海岸部の護岸コンクリートにスタッドボルト
を立てて設置し、柱材の暴露試験体を製造した。比較の
ために、亜鉛めっきで製造した同位置部材も暴露した
が、約１．５年間の暴露試験で、亜鉛めっき部材は一
部、鉄亜鉛合金層の腐食による赤っぽい外観を呈するよ
うになったが、本発明のＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ合金は金属光
沢のままであり、その耐食性の高さが実証できた。 （実施例９）板厚６ｍｍの鋼板を最大外径が１５０ｍｍ
の管状に加工して端部を溶接し、長さ５ｍのテーパー鋼
管を作製した。これを実施例８に示した条件でめっき処
理し、めっき鋼管柱を作製した。あわせて、鋼管頭部の
部材と配線用の電線を設置するための枝材、並びに接合
用のボルトナットを同一のめっき条件で作製した。これ
らを１ｍ深さで経５００ｍｍの掘削穴中に立て込み、モ
ルタルで固めて、鋼管柱とした。鋼管柱上部は鋼管頭部
部材と配線用部材をめっき後に現場にて溶接し、その後
グラインダーで研削後、ジンクリッチペイントで塗装し
た。その外観形状を図４に示す。立て込み後、９ヶ月経
過後も外観の変化は認められず、本発明によるめっき材
が実部材での適用に向いており、現場での溶接と補修に
も適していることが明確になった。

【００７６】

【発明の効果】本発明の亜鉛合金めっき製柱材は、溶融
Ｚｎ−Ｍｇ−Ａｌ系合金めっきを施したものである。こ
のめっき層は２層構造をなし、下層はＦｅ−Ａｌ系合金
層であり、上層はＺｎを主体とした層である。この上層
にはＺｎ−Ｍｇ金属間化合物（ＭｇＺｎ₂ 、Ｍｇ₂Ｚｎ
₁₁)相が混在する。このめっきを施すことにより、海岸
地域などの塩化物イオン濃度が高い環境から河川、山間
地などの塩化物イオン濃度が低い環境、さらには、強ア
ルカリ環境に至る広い腐食環境に耐え得る優れた耐食性
を鉄鋼製品に付与することができる。そして、上記鋼製
柱部材は、特に、照明用鉄柱や架線用鉄柱として長期間
使用することができる。

【００７７】さらに、本発明に含まれるめっき浴、フラ
ックス、および、めっき方法を用いることによって、上
記の鋼製柱部材を、品質管理が容易で経済的にも有利な
１段階の乾式どぶづけ法により製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例３で用いた試験体を示す図である。

【図２】めっき浴中のＡｌとＭｇの含有量が、めっきに
及ぼす影響を示す図である。

【図３】めっき浴中Ａｌ含有量に対するＳｉ添加量が、
Ｆｅ−Ａｌ合金層の厚みに及ぼす影響を示す図である。

【図４】実施例９で製造した柱の外観を示す図である。

【符号の説明】

１…等辺山形鋼（５０×５０×４ｍｍｔ） ２…等辺山形鋼（５０×５０×４ｍｍｔ） ３…ボルト ４…コンクリート ５…コンクリート ６…めっき後のテーパー鋼管（６ｍｍ厚、最大１５０ｍ
ｍ径） ７…めっき後のボルト・ナット ８…めっき後の鋼管頭部部材 ９…めっき後の配線用枝材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮坂 明博 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4K027 AA05 AA07 AA08 AA12 AA15 AA22 AB05 AB14 AB32 AB35 AB44 AC03 AC72

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製の柱もしくは柱を構成する部材の表
   面に、ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめっき層を有
   し、そのめっき層の中にＺｎ−Ｍｇ系の金属間化合物相
   が存在し、Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物相のめっき層全
   体に占める割合が体積％で５０％以下であることを特徴
   とする亜鉛合金めっき製柱材。
2. 【請求項２】 前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめ
   っき層において、Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物がθ（Ｍ
   ｇ₂Ｚｎ₁₁)相であり、Ｚｎ粒界に沿って連続的な相をな
   していることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛合金め
   っき製柱材。
3. 【請求項３】 前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめ
   っき層において、Ｚｎ−Ｍｇ系の金属間化合物がη（Ｍ
   ｇＺｎ₂ ）相であり、島状の相をなし、隣接するη相間
   の距離が０．０５μ以上であることを特徴とする請求項
   １に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
4. 【請求項４】 前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめ
   っき層において、Ａｌ−Ｚｎ合金相が樹枝状または島状
   の相をなし、Ａｌ−Ｚｎ合金相のめっき層全体に占める
   割合が体積％で８０％以下であることを特徴とする請求
   項３に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
5. 【請求項５】 前記ＺｎとＭｇとＡｌを主成分とするめ
   っき層において、鋼材表面の直上に、少なくともＦｅと
   Ａｌを含有し、ＦｅとＡｌの総量に占めるＡｌの比率が
   ４９質量％以上である下層と、その上に、少なくともＺ
   ｎとＭｇを含有する上層とによって構成される２層構造
   を呈し、下層の厚みが全めっき厚に対して９０％以下で
   あり、下層と上層の合計の厚みがＺｎ換算の付着量で１
   ００〜８００ｇ／ｍ² であることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１項に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
6. 【請求項６】 前記鋼製の柱が、等辺山形鋼、不等辺山
   形鋼、不等辺不等厚山形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、鋼
   管、テーパー管、異径管、鋼板、並びに、これらを変形
   加工、さらには接合し、いくつかを組み合わせて作製し
   た鋼製柱材であることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れか１項に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
7. 【請求項７】 前記柱を構成する部材が、等辺山形鋼、
   不等辺山形鋼、不等辺不等厚山形鋼、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ
   形鋼、鋼管、テーパー管、異径管、鋼板、ボルト、ナッ
   ト、座金、リベット、並びに、これらを変形加工、さら
   には接合し、いくつかを組み合わせて作製した鋼製部材
   であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
   の亜鉛合金めっき製柱材。
8. 【請求項８】 前記鋼製柱材および鋼製部材が、そのめ
   っき面全体、もしくは部分的に有機被膜で塗装されたも
   のであることを特徴とする請求項６または７のいずれか
   １項に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
9. 【請求項９】 めっき面の一部または全部がコンクリー
   トと接触した部位を有することを特徴とする請求項６〜
   ８のいずれか１項に記載の亜鉛合金めっき製柱材。
10. 【請求項１０】 質量％で、ＺｎＣｌ₂ を６０〜９５
    ％、アルカリ金属元素もしくはアルカリ土類金属元素の
    フッ化水素化物またはケイフッ化物のいずれか１種類以
    上を合計で０．１〜１０％、アルカリ金属元素もしくは
    アルカリ土類金属元素のフッ化物または塩化物のいずれ
    か１種類以上を合計で１〜３０％、および、Ｓｎ、Ｐ
    ｂ、Ｉｎ、Ｔｌ、ＳｂまたはＢｉの塩化物のいずれか１
    種類以上を合計で０．１〜１０％を含有し、全体の濃度
    が１０〜６０（質量／容量％）であることを特徴とする
    フラックス。
11. 【請求項１１】 質量％で、ＺｎＣｌ₂ を６０〜９５
    ％、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素のフ
    ッ化物のいずれか１種類以上を合計で０．１〜１０％、
    アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の塩化物
    のいずれか１種類以上を合計で１〜３０％を含有し、全
    体の濃度が１０〜６０（質量／容量％）であることを特
    徴とするフラックス。
12. 【請求項１２】 鋼材表面を脱脂、酸洗した後、該鋼材
    を、請求項１０または１１に記載のフラックスに浸漬
    し、次いで、鋼材表面に付着したフラックスを乾燥した
    後、質量％でＭｇ：０．０５〜７％、Ａｌ：０．０１〜
    ２０％含有し、残部がＺｎと不可避的不純物からなり、
    Ｍｇの含有量（［Ｍｇ］）とＡｌの含有量（［Ａｌ］）
    が、質量％で、 ［Ｍｇ］＜（７［Ａｌ］＋２８）／９．８ および ［Ｍｇ］＜（２５［Ａｌ］＋０．４）／１．８ の関係を同時に満たす溶融めっき浴に浸漬し、その後
    に、該鋼材を、鋼材表面の温度が少なくともめっき層の
    融点に到達するまで、0．１〜５０℃／秒の速度で冷却
    することを特徴とする亜鉛合金めっき製柱材の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 前記溶融めっき浴において、Ａｌ含有
    量に対して１０質量％以下のＳｉを添加した溶融めっき
    浴を用いることを特徴とする請求項１２に記載の亜鉛合
    金めっき製柱材の製造方法。