JP4497431B1 - 溶融亜鉛めっき - Google Patents
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Abstract
【課題】精密部品に対する溶融亜鉛めっきにおいて、Ｐｂの含有量を０．１％以下にしながら、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっき浴とほぼ同様の流動性を得られるようにすることを課題とする。
【解決手段】溶融亜鉛めっき浴として、Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物より構成し、場合によって、０．０２質量％以下のAｌを付加する。
【選択図】 図２
【解決手段】溶融亜鉛めっき浴として、Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物より構成し、場合によって、０．０２質量％以下のAｌを付加する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、溶融亜鉛めっきに関し、特に、Pb含有量を抑えつつ流動性のよい溶融亜鉛めっき浴及びこれを用いた溶融亜鉛めっきによるめっき鋼材の製法に関する。
従来、溶融亜鉛めっきには、蒸留亜鉛地金を溶かした溶融亜鉛めっき浴が用いられることが一般的であり、この地金は通常Ｐｂ成分を１〜２質量％程度含有している。一方、ＥＵにおいて環境保護のために出されたＲｏＨＳ指令において、Ｐｂの含有量が1000ppm（0.1質量％）を超える電気・電子機器に関する規制が発表されて以来、溶融亜鉛めっきの分野においても、Ｐｂの含有量を低減させる要求が高まっている。
しかし、溶融亜鉛めっきにおけるＰｂは、流動性を高め、たれ不具合を抑え、めっきを綺麗に仕上げる効果があるため、単純にＰｂの含有量を減らした場合、実用に耐えないものとなる。
このような課題に対して、Ｐｂの同属元素であるＢｉを代替物として使用することが行われている。
下記特許文献１には、めっき外観及び耐食性に優れ、めっきのつき廻り性のよい溶融亜鉛めっきとして、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｂｉを０.５質量％〜７％質量％含有させた溶融亜鉛めっき浴を用いることが示され、また、Ｓｎを０．００１〜０．１質量％及び／又はＣｕを０．０１〜０．１質量％付加することが示されている。
下記特許文献２には不めっき発生を抑制するために、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｂｉを０．４〜１．５質量％含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献３には、不めっき発生を抑制するために、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｓｂを０．５質量％以上、Ｂｉを０．３質量％以上、かつ、ＳｂとＢｉの合計で１．５質量％以下含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献４には、不めっき発生を抑制するために、Ａｌを０．５〜１０重量％、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｔｌ又はＣｌを０．４〜５重量％含む溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献５には、流動性を確保するととともに、外観性、耐食性に優れた溶融亜鉛めっきとしてＮｉを０．０１〜０．０５重量％、Ａｌを０．００１〜０．０１重量％、Ｂｉを０．０１〜０．０８重量％含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
しかし、溶融亜鉛めっきにおけるＰｂは、流動性を高め、たれ不具合を抑え、めっきを綺麗に仕上げる効果があるため、単純にＰｂの含有量を減らした場合、実用に耐えないものとなる。
このような課題に対して、Ｐｂの同属元素であるＢｉを代替物として使用することが行われている。
下記特許文献１には、めっき外観及び耐食性に優れ、めっきのつき廻り性のよい溶融亜鉛めっきとして、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｂｉを０.５質量％〜７％質量％含有させた溶融亜鉛めっき浴を用いることが示され、また、Ｓｎを０．００１〜０．１質量％及び／又はＣｕを０．０１〜０．１質量％付加することが示されている。
下記特許文献２には不めっき発生を抑制するために、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｂｉを０．４〜１．５質量％含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献３には、不めっき発生を抑制するために、Ｐｂを０．１質量％以下とし、Ｓｂを０．５質量％以上、Ｂｉを０．３質量％以上、かつ、ＳｂとＢｉの合計で１．５質量％以下含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献４には、不めっき発生を抑制するために、Ａｌを０．５〜１０重量％、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｔｌ又はＣｌを０．４〜５重量％含む溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
下記特許文献５には、流動性を確保するととともに、外観性、耐食性に優れた溶融亜鉛めっきとしてＮｉを０．０１〜０．０５重量％、Ａｌを０．００１〜０．０１重量％、Ｂｉを０．０１〜０．０８重量％含有する溶融亜鉛めっき浴を用いることが示されている。
ところで、ネジなどの精密部品に対して、溶融亜鉛めっきをする場合、溶融亜鉛めっき浴にかなりの流動性がなければ、たれ切りをしてもネジ溝などに余分な亜鉛が残存し、不良品が生じる確率が高くなり、めっき製品の歩留まりが悪くなってしまうという問題がある。
このような問題を解決すべく、本願発明者らが種々試験をしたところ、精密部品に対する溶融亜鉛めっきでは、純粋な亜鉛にＢｉのみの混合した溶融亜鉛めっき浴では、蒸留亜鉛地金から得られた溶融亜鉛めっき浴と比較して十分な流動性を確保できなかった。さらに、本願発明者らは、Ｂｉを中心に、種々の金属を混合した溶融亜鉛めっき浴を試したところ、ＢｉとＳｎを一定の割合で混合したときに、従来の蒸留亜鉛地金を溶かした溶融亜鉛めっき浴とほぼ同様の流動性を確保できることを見出した。
本発明は、この知見に基づき、精密部品に対する溶融亜鉛めっきにおいて、Ｐｂの含有量を０．１％以下にしながら、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっき浴とほぼ同様の流動性を得られるようにすることを課題とする。
このような問題を解決すべく、本願発明者らが種々試験をしたところ、精密部品に対する溶融亜鉛めっきでは、純粋な亜鉛にＢｉのみの混合した溶融亜鉛めっき浴では、蒸留亜鉛地金から得られた溶融亜鉛めっき浴と比較して十分な流動性を確保できなかった。さらに、本願発明者らは、Ｂｉを中心に、種々の金属を混合した溶融亜鉛めっき浴を試したところ、ＢｉとＳｎを一定の割合で混合したときに、従来の蒸留亜鉛地金を溶かした溶融亜鉛めっき浴とほぼ同様の流動性を確保できることを見出した。
本発明は、この知見に基づき、精密部品に対する溶融亜鉛めっきにおいて、Ｐｂの含有量を０．１％以下にしながら、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっき浴とほぼ同様の流動性を得られるようにすることを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴である。
請求項２に記載の発明は、Ｐｂが０．１質量％以下、Ａｌが０．０２質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶融亜鉛めっき浴を用いて鋼材表面に溶融亜鉛めっき被覆を形成する溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法である。
請求項１に記載の発明は、Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴である。
請求項２に記載の発明は、Ｐｂが０．１質量％以下、Ａｌが０．０２質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶融亜鉛めっき浴を用いて鋼材表面に溶融亜鉛めっき被覆を形成する溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法である。
以上のような溶融亜鉛めっき浴を用いて、溶融亜鉛めっきを行うと、Ｐｂの含有量を０．１％以下に抑えながら、蒸留亜鉛めっきから得られる溶融亜鉛めっき浴と遜色のない流動性を確保することができ、Ｐｂの含有量を抑えた精密部品に対する溶融亜鉛めっき製品を歩留まりよく製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について、説明する。本発明は、溶融亜鉛めっきにおいて、溶融亜鉛めっき浴の成分を、Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物としたことに特徴がある。
これにより、ネジなどの精密部品に対して溶融亜鉛めっきを行った場合、ネジ溝などの亜鉛が残りやすい部分に対しても、蒸留亜鉛と遜色ない程度にたれ切りにより亜鉛を排出できる程度の流動性を確保することができる。
ここで、Ｐｂ成分は含まなくてもよいが、上記の範囲でＰｂ成分が多いほど流動性は高くなる。
これにより、ネジなどの精密部品に対して溶融亜鉛めっきを行った場合、ネジ溝などの亜鉛が残りやすい部分に対しても、蒸留亜鉛と遜色ない程度にたれ切りにより亜鉛を排出できる程度の流動性を確保することができる。
ここで、Ｐｂ成分は含まなくてもよいが、上記の範囲でＰｂ成分が多いほど流動性は高くなる。
また、従来の蒸留亜鉛を溶かした溶融亜鉛めっき浴において、０．０２質量％以下程度のＡｌを加えると、めっき表面に付着する亜鉛酸化物等を減少させ、めっき表面の光沢を美しくすることが知られているが、上記成分を有する本発明に係る溶融亜鉛めっき浴に対し０．０２質量％以下のＡｌを混合しても、流動性に影響を与えることなく、めっき表面を美しくすることができる。
（流動性試験）
以下に、Ｂｉ、Ｓｎの混合割合による溶融亜鉛めっき浴の流動性試験の結果を示す。流動性試験は、電気亜鉛地金（Ｚｎ：９９．９９％以上）を溶融したものに、Ｂｉ、Ｓｎを成分比を変えて混合した溶融亜鉛めっき浴ごとに、図１に示す厚さ1mm、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳＳ４００からなる試験体Tを吊り穴Hに紐を掛けて一定時間浸漬することにより行った。具体的には、試験体を浸漬後引き上げ、冷却した後に、上部１５ｍｍ位置の５点の測定点ａにおける膜厚Ａと、下部１５ｍｍの５点の測定点ｂにおける膜厚Ｂとを膜圧計により測定し、膜圧Ａの平均値に対する膜厚Ｂの平均値と膜厚Ａの平均値との差の比率を厚さ比として算出した。この試験を同じ成分比を有する溶融亜鉛めっき浴ごとに３回行い、比率の平均値を算出した。詳細な試験条件は下記の通りである。
（試験条件）
浴温度：４６５±２℃
浸漬時間： １０秒
引き上げ速度： ０．６m/min
冷却：水冷 ２４℃
試験鋼材 ＳＳ４００
ここで浸漬時間が１０秒と短いのは、ネジなどの精密部品において、タレ切りが必要なのは合金層に関与しない上層部分であり、この部分の流動性を比較するためである。
また、ベンチマークとして、蒸留亜鉛地金１種（Zn：９８．５％以上）を溶融した溶融亜鉛めっき浴に対しても同様の試験を行った。
以下に、Ｂｉ、Ｓｎの混合割合による溶融亜鉛めっき浴の流動性試験の結果を示す。流動性試験は、電気亜鉛地金（Ｚｎ：９９．９９％以上）を溶融したものに、Ｂｉ、Ｓｎを成分比を変えて混合した溶融亜鉛めっき浴ごとに、図１に示す厚さ1mm、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳＳ４００からなる試験体Tを吊り穴Hに紐を掛けて一定時間浸漬することにより行った。具体的には、試験体を浸漬後引き上げ、冷却した後に、上部１５ｍｍ位置の５点の測定点ａにおける膜厚Ａと、下部１５ｍｍの５点の測定点ｂにおける膜厚Ｂとを膜圧計により測定し、膜圧Ａの平均値に対する膜厚Ｂの平均値と膜厚Ａの平均値との差の比率を厚さ比として算出した。この試験を同じ成分比を有する溶融亜鉛めっき浴ごとに３回行い、比率の平均値を算出した。詳細な試験条件は下記の通りである。
（試験条件）
浴温度：４６５±２℃
浸漬時間： １０秒
引き上げ速度： ０．６m/min
冷却：水冷 ２４℃
試験鋼材 ＳＳ４００
ここで浸漬時間が１０秒と短いのは、ネジなどの精密部品において、タレ切りが必要なのは合金層に関与しない上層部分であり、この部分の流動性を比較するためである。
また、ベンチマークとして、蒸留亜鉛地金１種（Zn：９８．５％以上）を溶融した溶融亜鉛めっき浴に対しても同様の試験を行った。
試験結果を図２に示し、試験結果をグラフ化したものを図３に示す。なお、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっき浴では、厚さ比は２０．０％であった。図３において、蒸留亜鉛めっき浴の試験結果に比較的近いと考えられる１６％を超えるものを抽出すると、図２の太線で囲まれた範囲に集中していることがわかる。また、結果からＢｉとＳｎの合計が多すぎるものも流動性には良い結果を与えないと推測される。
以上のことから、Ｂｉを０．２〜０．４質量％、Ｓｎを０．２〜０．３質量％とし、ＢｉとＳｎの合計が０．６質量％を超えない範囲で、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっきに近い流動性が確保できると考えられる。
実際に、この範囲の成分比の溶融亜鉛めっき浴にて、Ｍ１０のネジにネジに対して溶融亜鉛めっきを施した場合、蒸留亜鉛めっき地金から得られる溶融亜鉛めっき浴と遜色のない、歩留まりを得ることができた。
また、上記範囲の成分比の溶融亜鉛めっき浴に０．０１質量％程度のＡｌを混合したもので同様にＭ１０のネジにネジに対して溶融亜鉛めっきを施した場合でも、蒸留亜鉛めっき地金から得られる溶融亜鉛めっき浴に０．０１質量％程度のＡｌを混合したものと遜色のない歩留まりを得ることができた。
さらに、これらの溶融亜鉛めっき浴に０．１質量％以下のＰｂを加えた場合、流動性は変わらないか多少増加する傾向が見られる。
以上のことから、Ｂｉを０．２〜０．４質量％、Ｓｎを０．２〜０．３質量％とし、ＢｉとＳｎの合計が０．６質量％を超えない範囲で、蒸留亜鉛地金から得られる溶融亜鉛めっきに近い流動性が確保できると考えられる。
実際に、この範囲の成分比の溶融亜鉛めっき浴にて、Ｍ１０のネジにネジに対して溶融亜鉛めっきを施した場合、蒸留亜鉛めっき地金から得られる溶融亜鉛めっき浴と遜色のない、歩留まりを得ることができた。
また、上記範囲の成分比の溶融亜鉛めっき浴に０．０１質量％程度のＡｌを混合したもので同様にＭ１０のネジにネジに対して溶融亜鉛めっきを施した場合でも、蒸留亜鉛めっき地金から得られる溶融亜鉛めっき浴に０．０１質量％程度のＡｌを混合したものと遜色のない歩留まりを得ることができた。
さらに、これらの溶融亜鉛めっき浴に０．１質量％以下のＰｂを加えた場合、流動性は変わらないか多少増加する傾向が見られる。
Claims (3)
- Ｐｂが０．１質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴。
- Ｐｂが０．１質量％以下、Ａｌが０．０２質量％以下、Ｂｉが０．２〜０．４質量％、Ｓｎが０．２〜０．３質量％、ＢｉとＳｎとを合わせて０．６質量％以下であり、残部がＺｎ及び不可避的不純物である溶融亜鉛めっき浴。
- 請求項１又は２に記載の溶融亜鉛めっき浴を用いて鋼材表面に溶融亜鉛めっき被覆を形成する溶融亜鉛めっき鋼材の製造方法。
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