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技術 アルマイト処理アルミめっき鋼板

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 小林孝之田中將元寺嶋晋一黒崎将夫真木純
出願日 2012年2月8日 (9年0ヶ月経過) 出願番号 2012-025035
公開日 2013年8月19日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 2013-159844
状態 拒絶査定
技術分野 表面反応による電解被覆 その他の表面処理
主要キーワード バネ用鋼板 アルマイト材 基材用材料 アルマイト処理後 分断状態 アルミ系金属 リバース型 硫酸アルマイト処理
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (1)

課題

耐食性絶縁性及び加工性に優れた鋼板をより低コストで製造することが可能なアルマイト処理アルミめっき鋼板を提供すること。

解決手段

本発明に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板では、表層に位置するアルマイト層、及び、鋼板との界面に塊状に分断されたアルミと鉄との金属間化合物層を有し、アルマイト層の厚みが、鋼板に設けられたアルミめっき層の厚みの20%以上であり、耐電圧100V以上の絶縁性を有する。

概要

背景

従来、鋼板耐食性を向上させるために、鋼板表面にアルミニウム層を設け、さらに当該アルミニウム層に対してアルマイト処理を施し、アルマイト層アルミニウム陽極酸化被膜)を形成することが行われている(例えば、以下の特許文献1及び特許文献2を参照。)。アルミニウムの酸化物であるAl2O3は化学的に安定であるため、鋼板に電解質が接触した場合であっても、鋼板が腐食するのを防ぐことができる。

ところで、CIGS、CIS、CdTe等の化合物系太陽電池アモルファスSi等の薄膜系太陽電池、あるいはそれらを複数層積層させたハイブリッド型太陽電池には、化合物半導体層アモルファスSi層を強度的に支える目的で、基材と呼ばれる土台が用いられている。太陽電池のような光電子デバイスを形成する際には、基材の絶縁性が重要となるため、基材と、この基材上に形成される電極や各種半導体層との間に、絶縁性を担保するための絶縁膜が形成されることが多い。

アルマイト処理により形成される陽極酸化被膜であるAl2O3は、上述した耐食性に優れるだけでなく絶縁膜としても有用である。そのため、バネ用鋼板ステンレス鋼板のような合金鋼板溶融アルミニウムめっきを行い、このアルミニウム層の表面に陽極酸化法によって絶縁層を形成し、この絶縁膜上に太陽電池素子を形成する試みがなされている(例えば、以下の特許文献3を参照。)。

概要

耐食性、絶縁性及び加工性に優れた鋼板をより低コストで製造することが可能なアルマイト処理アルミめっき鋼板を提供すること。本発明に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板では、表層に位置するアルマイト層、及び、鋼板との界面に塊状に分断されたアルミと鉄との金属間化合物層を有し、アルマイト層の厚みが、鋼板に設けられたアルミめっき層の厚みの20%以上であり、耐電圧100V以上の絶縁性を有する。なし

目的

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

表層に位置するアルマイト層、及び、鋼板との界面に塊状に分断されたアルミと鉄との金属間化合物層を有し、前記アルマイト層の厚みが、前記鋼板に設けられたアルミめっき層の厚みの20%以上であり、耐電圧100V以上の絶縁性を有することを特徴とする、アルマイト処理アルミめっき鋼板

請求項2

前記アルマイト処理アルミめっき鋼板において、前記アルマイト層の厚みが4μm以上であることを特徴とする、請求項1記載のアルマイト処理アルミめっき鋼板。

請求項3

前記アルマイト処理アルミめっき鋼板において、アルミめっき層が残存しないことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアルマイト処理アルミめっき鋼板。

請求項4

アルミめっき層の設けられたアルミめっき鋼板を所定の圧下率となるまで圧延して、鋼板との界面に生成するアルミと鉄との金属間化合物を塊状に分断する圧延工程と、圧延後の前記アルミめっき鋼板をアルマイト処理する工程と、を有し、前記アルミめっき鋼板をアルマイト処理する工程では、生成されるアルマイト層の厚みを、前記アルミめっき層の厚みの20%以上とし、耐電圧100V以上の絶縁性を有することを特徴とするアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、アルマイト処理アルミめっき鋼板に関する。

背景技術

0002

従来、鋼板耐食性を向上させるために、鋼板表面にアルミニウム層を設け、さらに当該アルミニウム層に対してアルマイト処理を施し、アルマイト層アルミニウム陽極酸化被膜)を形成することが行われている(例えば、以下の特許文献1及び特許文献2を参照。)。アルミニウムの酸化物であるAl2O3は化学的に安定であるため、鋼板に電解質が接触した場合であっても、鋼板が腐食するのを防ぐことができる。

0003

ところで、CIGS、CIS、CdTe等の化合物系太陽電池アモルファスSi等の薄膜系太陽電池、あるいはそれらを複数層積層させたハイブリッド型太陽電池には、化合物半導体層アモルファスSi層を強度的に支える目的で、基材と呼ばれる土台が用いられている。太陽電池のような光電子デバイスを形成する際には、基材の絶縁性が重要となるため、基材と、この基材上に形成される電極や各種半導体層との間に、絶縁性を担保するための絶縁膜が形成されることが多い。

0004

アルマイト処理により形成される陽極酸化被膜であるAl2O3は、上述した耐食性に優れるだけでなく絶縁膜としても有用である。そのため、バネ用鋼板ステンレス鋼板のような合金鋼板溶融アルミニウムめっきを行い、このアルミニウム層の表面に陽極酸化法によって絶縁層を形成し、この絶縁膜上に太陽電池素子を形成する試みがなされている(例えば、以下の特許文献3を参照。)。

先行技術

0005

特開2000−273656号公報
特開2008−232366号公報
特開昭62−89369号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記特許文献3において基材として用いられるバネ用鋼板やステンレス鋼板のような合金鋼板は、材料が高価であるという問題があった。また、ステンレス鋼板の表面にAl2O3層を形成した材料は、硬度が高く加工性が低いため、太陽電池や有機EL素子といった光電子デバイスの小型化・薄型化を考えた場合に問題があった。

0007

そこで、合金鋼板よりも安価な基材用材料として、軟鋼などの普通鋼板を用いることが考えられるが、軟鋼をそのまま使う場合には耐食性が問題となり、アルミめっきを施してから使う場合には、加工性が問題となる。また、いずれの場合においても絶縁膜を形成する必要がある場合が多い。

0008

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、耐食性及び加工性に優れ、より低コストで製造することが可能な、絶縁性の高いアルマイト処理アルミめっき鋼板を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、表層に位置するアルマイト層、及び、鋼板との界面に塊状に分断されたアルミと鉄との金属間化合物層を有し、アルマイト層の厚みが、鋼板に設けられたアルミめっき層の厚みの20%以上であり、耐電圧100V以上の絶縁性を有するアルマイト処理アルミめっき鋼板が提供される。

0010

前記アルマイト処理アルミめっき鋼板において、アルマイト層の厚みが4μm以上であることが好ましい。

0011

前記アルマイト処理アルミめっき鋼板において、アルミめっき層が残存しないことが好ましい。

0012

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、アルミめっき層の設けられたアルミめっき鋼板を所定の圧下率となるまで圧延して、鋼板との界面に生成するアルミと鉄との金属間化合物を塊状に分断する圧延工程と、圧延後のアルミめっき鋼板をアルマイト処理する工程と、を有し、アルミめっき鋼板をアルマイト処理する工程では、生成されるアルマイト層の厚みを、アルミめっき層の厚みの20%以上とし、耐電圧100V以上の絶縁性を有するアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法が提供される。

発明の効果

0013

以上説明したように本発明によれば、アルミめっき層が形成されたアルミめっき鋼板を一度所定の圧下率まで圧延した後にアルマイト処理を施すことで、耐食性及び加工性に優れ、より低コストで製造することが可能な、絶縁性の高いアルマイト処理アルミめっき鋼板を提供することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法の全体的な流れの一例を示した流れ図である。

0015

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

0016

<アルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法の流れ>
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法の全体的な流れについて説明する。図1は、本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法の全体的な流れの一例を示した流れ図である。

0017

本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の製造方法は、図1に例示したように、地鉄表面にアルミニウムを主体とするアルミめっき層が形成されたアルミめっき鋼板(以下、単に「アルミめっき鋼板」と称する。)を、所定の圧下率となるまで圧延する圧延工程(ステップS101)と、圧延後のアルミめっき鋼板に対してアルマイト処理を施すアルマイト処理工程(ステップS103)と、を含む。

0018

[アルミめっき鋼板について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板を詳細に説明するため、まず、アルマイト処理アルミめっき鋼板の製造に用いられるアルミめっき鋼板について説明する。

0019

本実施形態で用いられるアルミめっき鋼板は、板厚が0.2mm〜1mmである軟鋼等の普通鋼板に対して、アルミニウム(Al)を主体とするアルミめっき層が形成されたアルミめっき鋼板である。板厚が0.2mm未満である場合には、アルミめっき工程の通板距離が長くなり、生産性を損ねるため好ましくない。また、板厚が1mm超過である場合には、アルミめっきと鋼板の硬さの違いにより、その後の圧延で良好なアルミめっきを維持することが難しく、微小き裂等が発生することがある。その結果、圧延後に実施されるアルマイト処理の際に、このようなき裂等に起因して稀に溶損が生じることがあるため、好ましくない。

0020

上述のような板厚を有する普通鋼板に対してアルミめっき層を形成する方法としては、溶融めっき法電解めっき法ドライプロセス法クラッド法等の公知の方法を用いることが可能であるが、溶融めっき法を用いることでアルミめっき層の組成成分を容易に調整することが可能となるため、好ましい。

0021

普通鋼板の表面に形成されるアルミめっき層は、純Al及び〜15質量%程度のケイ素(Si)及び/又は1〜40質量%の銅(Cu)と、を含有する組成を有していることが好ましい。このような組成となるようにめっき浴の成分を調整することで、めっき浴の融点を低下させることが可能となり、普通鋼板に対してアルミめっきを行うめっき工程を簡便に行うことが可能となる。アルミめっき層の組成は、更に好ましくは、「Al−9%Si」という組成、「Al−4.7%Si−27.1%Cu」という組成、又は、「Al−32%Cu」という組成、あるいは、これらの組成から±5%以内の組成である。このような組成とすることで、融点がより低下し、更に簡便にめっき処理を実施することが可能となる。

0022

上記のようなアルミめっき層は、普通鋼板の少なくとも片方の表面に、10μm〜60μmの厚みで形成されることが好ましい。片面あたりのアルミめっき層の厚みが10μm未満である場合には、部分的な不めっきの可能性も高く、その後の圧延を実施してもアルマイト処理により地鉄が溶損する可能性がある。また、片面あたりのアルミめっき層の厚みが60μm超過である場合には、アルミニウムを大量にめっきする必要があり、結果としてアルマイト処理アルミめっき鋼板の生産コストが高くなるため、好ましくない。なお、片面あたりのアルミめっき層の厚みが15μm〜40μmである場合には、コスト及び耐食性の観点から、更に好ましい。

0023

[圧延工程について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板では、上述のようなアルミめっき鋼板を、アルマイト処理に先立って所定の圧下率となるまで冷間圧延する。なお、この圧延工程は、アルミめっきの製造ラインの下流側に冷間圧延ラインを設けて、アルミめっき工程に連続して実施されてもよく、予め製造されているアルミめっき鋼板のコイルを利用して実施されてもよい。

0024

上述のような溶融アルミめっきが行われると、地鉄とアルミめっき層との界面に、硬くて脆いFe−Al合金層が層状に形成されることが知られている。この層状のFe−Al金属間化合物はその後のプレス加工曲げ加工等により割れが発生し、その割れはアルミめっき層にも伝播しやすいため、耐食性が低下するといった問題があった。本発明者らが鋭意検討した結果、上記のようなFe−Al合金層が地鉄−めっき層界面に形成されているアルミめっき鋼板を圧延することで、予め層状のAl−Fe合金層を塊状に分断し、表面のアルミめっき層は圧延により均一性を保っておくことで、上述した問題を克服し、耐食性が高く、かつ加工性のあるアルミめっき鋼板を得られることが分かった。

0025

本実施形態に係る圧延工程では、アルミめっき鋼板の圧下率を20%以上、さらに好ましくは30%以上とすることが良い。これは上述したようにFe−Al合金層を塊状に分断させて、圧延後のアルミめっき鋼板の加工性を向上させるためである。上限については特に定めるものではないが、生産性等の観点から95%程度とすることが好ましい。

0026

本実施形態に係る圧延工程では、所定の総厚みとなるまでアルミめっき鋼板を圧延する際に、3パス以上かけて冷間圧延を行うことが好ましい。この際、第一パスより第二パスの圧下率を上げ、第二パスより第三パスの圧下率を下げることにより、最終的な総厚みまでを3パス以上かけて圧延することで、Fe−Al合金層を最適な状態で塊状に分断させ、耐食性と加工性を向上させることができる。

0027

また、上記のような圧延を、タンデム型ではなくリバース型圧延機を用いて実施することで、合金層の分断状態を更に最適な配置とし、更に耐食性と加工性を向上させることが可能となる。

0028

[アルマイト処理工程について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板では、上述のような圧延工程の後に、圧延されたアルミめっき鋼板に対してアルマイト処理(陽極酸化処理)を実施する。このアルマイト処理により、鋼板の最表面に、アルミナ(Al2O3)を主成分とするアルマイト層が形成されることとなる。このアルマイト層は、鋼板の耐食性をさらに向上させるとともに絶縁性を付与するものである。

0029

太陽電池等の使用を考えた場合、絶縁性試験における耐圧として100V以上が要求される。一方で、残存するアルミめっき層の残存割合により耐圧特性は異なる。そのため、アルミめっき層の20%以上をアルマイト処理することにより、耐圧特性が向上し、絶縁性試験において100V以上の耐圧を実現することができる。なお、80%以上をアルマイト処理することで、更に耐圧特性を向上させることができ、アルマイト処理によりアルミめっき層が残存しない程度まで処理することで、更に高い耐電圧を実現することができる。また、アルマイト層の厚みは、少なくとも4μm以上あることが好ましい。

0030

以上のように、本発明によるアルマイト処理アルミめっき鋼板は、各種の太陽電池や、有機EL素子などの光電子デバイスや電子ペーパー等の基材として、極めて有用なものとなる。

0031

このようなアルマイト処理として、硫酸アルマイト処理や、シュウ酸アルマイト処理や、クロム酸アルマイト処理や、ホウ酸アルマイト処理等といった、公知のアルマイト処理を利用することができる。バリア型アルマイト皮膜の場合にはそのまま利用すれば良く、多孔質型のアルマイト皮膜の際は、封孔処理することが好ましい。

0032

従来、鋼板にアルミめっきすることにより耐食性を向上させる手法や、アルミ系金属に対するアルマイト処理により表面改質する手法は、一般的に行われているものであるが、本発明のように、アルミめっき鋼板に対して更にアルマイト処理を実施することは一般的には行われてこなかった。これは、鋼板表面のアルミめっき部にピンホールやき裂等といっためっき不良がある場合、陽極酸化処理時に地鉄が優先的に溶出してしまい、アルマイト処理ができないためと推測される。またこれまでアルミめっき後にスキンパス等の調質圧延を行うことで、不めっき等の欠陥を抑制し、アルマイト処理することも検討されていたものの、Alめっき後に形成されるFe−Al系合金層が界面に層状に形成されると加工性が極端に低下していた。本発明では、アルミめっき鋼板に対して、さらに圧延工程を付加し、圧延方法を鋭意検討した結果、上述した圧下率及び圧延方法により、加工性を維持したままアルマイト処理が可能であり、これにより耐食性を向上させ、加工性を維持したまま、低コストな絶縁性のあるアルマイト処理アルミめっき鋼板を提供することが可能となった。

0033

圧延後のアルミめっき鋼板に対してアルマイト処理を実施する条件は、適宜設定すればよいが、例えば、硫酸アルマイトでは濃度が10質量%〜20質量%であり、温度が5℃〜40℃である硫酸水溶液を利用して、電流密度を0.2A/dm3〜4A/dm3とする電解処理を行うことが好ましい。本実施形態において硫酸アルマイト処理の更に好ましい条件は、濃度が15質量%であり、温度が20℃である硫酸水溶液を利用して、電流密度を1A/dm3とする条件である。

0034

アルマイト処理では、電流密度や通電時間を制御することにより形成されるアルマイト層の厚みを調整することが可能であるが、本実施形態に係るアルマイト処理では、アルマイト層の厚みが4μm以上となるように制御を行うことが好ましい。アルマイト層の厚みが4μm未満である場合には、十分な絶縁性を実現することが困難となる。また、アルマイト層の厚みの上限値は、90μmとすることが好ましい。これは、90μm超のアルマイト層を形成させようとすると、処理時間が長くなってしまい、生産性が極端に低下するためである。

0035

また、アルマイト処理の条件によっては、アルマイト層に複数の細孔(pore)があわせて形成されることが知られている。本実施形態に係るアルマイト処理工程では、上述のような細孔が形成される場合、細孔を塞ぐ封孔処理を実施することが好ましい。このような封孔処理を行うことで、耐食性、絶縁性をさらに向上することができる。細孔を塞ぐための封孔処理の条件は、純水沸騰水法や酢酸ニッケル法等の公知の条件を適用することが可能である。この封孔処理に先立ち、各種の色素細孔中充填させて、アルマイト処理アルミめっき鋼板の色合いを制御することが可能であり、このような処理を行うことによって、製造されるアルマイト処理アルミめっき鋼板は意匠性を向上させることができる。

0036

以上、図1を参照しながら、本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板について、詳細に説明した。

0037

<アルマイト処理アルミめっき鋼板の評価方法
続いて、本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の評価方法について、その一例を説明する。

0038

[厚み及び組成の測定方法について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の各層の厚みや組成は、例えば、鋼板表面からスパッタ法により深さ方向に掘り下げながら分析する手法や、鋼板の断面での線分析又は点分析をする手法により、測定することができる。これらの分析に用いる分析装置として、EPMA(Electron Probe Micro Analysis:電子マイクロ分析)、EDX(Energy Dispersive X−Ray analysis:エネルギー分散X線分析)、AES(Auger Electron Spectroscopy:オージェ電子分光法)等を付属する電子顕微鏡を利用することができる。

0039

[耐食性の評価方法について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の耐食性を評価するためには、公知のあらゆる評価方法を適用することが可能である。このような評価方法の一例として、例えば塩水噴霧試験(Salt Spray Testing:SST、JIS Z 2371)がある。上記規格に則した耐食試験を行うことで、製造されるアルマイト処理アルミめっき鋼板に腐食が生じるか否かを確認することができ、ひいては、製造されるアルマイト処理アルミめっき鋼板の耐食性を評価することができる。

0040

[加工性の評価方法について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の加工性を評価するためには、公知のあらゆる評価方法を適用することができる。このような評価方法の一例として、例えば曲げ試験(JIS Z 2248)がある。上記規格に則して所定サイズの試験片を製造し、製造した試験片について所定の試験法により試験を行うことで、製造されるアルマイト処理アルミめっき鋼板の加工性を評価することができる。

0041

[絶縁性の評価方法について]
本実施形態に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板の絶縁性を評価するためには、公知のあらゆる評価方法を適用することができる。このような評価方法の一例として、例えば絶縁破壊試験(JIS C 2110)がある。上記規格に則して所定サイズの試験片を製造し、製造した試験片について所定の試験法により試験を行うことで、製造されるアルマイト処理アルミめっき鋼板の絶縁性を評価することができる。

0042

また、上記以外の性質を評価する際にも、公知のあらゆる評価方法を適用することが可能である。

0043

以下では、各種の実施例を参照しながら、本発明に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板について、具体的に説明する。なお、以下で示す各種の実施例は、本発明に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板を具体的に説明するために示したものであり、本発明に係るアルマイト処理アルミめっき鋼板が、以下に示す具体的な条件に限定されるわけではない。

0044

(実施例1)
本実施例では、アルミめっきをした後に圧延し、更にアルマイト処理をすることによる耐食性、加工性及び絶縁性について検討した。
普通鋼として軟鋼(SS材)を用意するとともに、Alめっき鋼として、(a)当該軟鋼に片面あたり20μmの溶融純Alめっきを両面に施したAlめっき鋼材、(b)当該Alめっき鋼材を25℃、10質量%硫酸浴でアルマイト処理したものであるアルマイト材、(c)同様なアルミめっき鋼を総圧下率50%で圧延して得られるAlめっき鋼圧延材、及び(d)当該Alめっき鋼圧延材に25℃での硫酸アルマイトを実施した圧延アルマイト材、の4種類の鋼板を用意した。アルマイト処理によるアルマイト層(アルミナ層)の厚みは、およそ5μmであり、残存したAlめっき層は、およそ16μmであった。以下の検討では、合計5種類の鋼板を用意した。これら5種類の鋼板の板厚は、いずれも150μmとした。

0045

これら5つのサンプルに対して、耐食性試験として、上述したJIS規格に則した塩水噴霧試験、加工性の試験として、上述したJIS規格に則した曲げ試験、絶縁性として上述したJIS規格に即した絶縁破壊試験を実施した。

0046

塩水噴霧試験において、赤錆が発生するまでの時間は、軟鋼<(a)Alめっき鋼材<(c)Alめっき鋼圧延材<(b)アルマイト材<(d)圧延アルマイト材、の順に長く、本発明による圧延アルマイト処理アルミめっき鋼板の耐食性が良いことが分かった。更に、アルマイト処理を施した鋼材同士で比較すると、(d)圧延アルマイト材は、赤錆が発生するまでの時間が(b)アルマイト材に比べ約30%延長しており、圧延を行ってからアルマイト処理をすることで、耐食性が格段に向上することが確認された。

0047

次に加工性については、上述のように鋼材の曲げ試験により評価した。
各サンプルから、JIS3号試験片(幅15mm、長さ150mm)を切り出し、巻き付け法により評価した。曲げ部には、半径R=8mmの軸を用いた。この結果、軟鋼、(c)Alめっき鋼圧延材、及び、(d)圧延アルマイト材は、き裂等を顕微鏡では確認できなかったが、(a)Alめっき鋼材、(b)アルマイト材は、多数のき裂が観察され、加工性が低いことが分かった。

0048

次に絶縁性については、上述の絶縁破壊試験により評価した。
各サンプルから幅100mm、長さ100mmの試験片を切り出し、絶縁破壊試験を実施した。この結果、軟鋼、(a)Alめっき鋼材、(c)Alめっき鋼圧延材は導電体であるため耐圧0Vであり、(d)圧延アルマイト材は200Vの耐電圧であった。(b)アルマイト材は膜の品質が悪いためか、50Vの耐電圧であった。
以上のことから、本発明のアルマイト処理アルミめっき鋼板は、耐食性、加工性及び絶縁性を満たす鋼板を製造することが可能な優れた方法であることが示された。

0049

(実施例2:アルマイト層の密着性
以下に示す実施例2では、板厚400μmの軟鋼に対し、片面あたり30μmの溶融Alめっき(めっき浴組成:純Al)を鋼板両面に行い、その後、鋼板総厚みが200μmとなるまで圧延した。なお、圧延に際してはタンデム型圧延機を利用し、1パス〜4パスにより以下の表1のように圧延した。得られた鋼板を脱脂洗浄後、15質量%硫酸水溶液(温度25℃)を用いて、電界密度1A/dm3の条件でアルマイト処理を行った。その後、以下に示すピール試験により、形成されたアルマイト層の密着性を評価した。

0050

ピール試験は、鋼板表面に市販の粘着テープを付着させ、この粘着テープを5kgの力で上から押しつけた後に鋼板表面から粘着テープをひき剥がすことで実施した。ひき剥がしたテープ粘着面を顕微鏡で観察し、鋼板表面の金属がテープ上に残存しているかどうかで評価を行った。本試験を10回行い、一度も残存しない物を◎、8回以上残存しない物を○、5回以上残存しない物を△、5回未満のものを×で評価した。

0051

0052

表1に示したとおり、まず、トータルの通板回数を1パス〜4パスと変えて、各パスでの圧下率は一定とした場合における密着性について検討した。その結果、通板回数を3パス以上とすることで、めっき層の密着性が改善することが明らかとなった。次に、トータルの通板回数を3パスとし、第一パスの圧下率を20%、第2パスの圧下率を32%、第3パスの圧下率を20%としたところ、密着性に著しい改善が見られた。

0053

このことから、第一パスの圧下率よりも第二パスの圧下率を増加させ、当該第二パスの圧下率よりも第三パスの圧下率を減少させることで、良好な分散した粒状の金属間化合物が得られ、密着性が改善したものと考えている。

0054

(実施例3:リバース圧延の効果について)
以下に示す実施例3では、リバース圧延の効果を検討した。
上記実施例2と同様にして、板厚400μmの軟鋼に対し、片面あたり30μmの溶融Alめっき(めっき浴組成:Al−10質量%Si)を鋼板両面に行い、その後、鋼板総厚を200μmとなるまで圧延した。なお、圧延に際してはリバース圧延機を用い、トータル3パスで圧延を行い、各パスの圧下率は、上記実験例5と同様になるように調整した。得られた鋼板を脱脂、洗浄後、15質量%硫酸水溶液(温度30℃)を用いて、電界密度1A/dm3の条件でアルマイト処理を行い、その後、上記ピール試験により、アルマイト層の密着性を評価した。

0055

ピール試験の結果、リバース型圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板でも、表面の金属がテープ上に残存していなかったため、曲げ試験(JIS Z 2248)によりアルマイト層の優劣を評価した。
なお、曲げ試験に際して、試験片サイズは3号試験片とし、厚み(t)0.01mm×幅(W)15mm×長さ(L)100mmの試験片を用いた。この試験片に対して、半径R=3mmの巻き付け法による曲げ試験を実施した。また、リバース型圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板に加え、タンデム型圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板(上記実験例5のアルマイト処理アルミめっき鋼板)についても、同様に曲げ試験を実施した。

0056

曲げ試験の結果、タンデム型及びリバース型のいずれの圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板の試験片にも、半径R=3mmの曲げ試験において、き裂等は全く確認されなかった。更に、半径R=2の試験を実施しようとした際、タンデム型の圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板の試験片は、鋼板に折り目が付いてしまったが、リバース型の圧延機を用いたアルマイト処理アルミめっき鋼板の試験片は、折り目が付くことなくジグ追従して曲げる事が可能であった。この結果は、タンデム型の圧延機よりもリバース型の圧延機を用いることで、試料の加工性が向上したことを示している。これは、リバース型の圧延機を用いたことで、分断された粒状の金属間化合物がさらに良好な配置となり、加工性が向上したためと考えられる。

0057

(実施例4:地鉄、Alめっき層の厚みと圧下率との関係について)
以下に示す実施例4では、地鉄(母材鋼板)の厚み及びAlめっき層の厚みと、圧下率との関係について検討した。
以下に記載した表2の製造条件に示すように、地鉄厚みを180μm〜1100μmと変えた普通鋼に対し、片面あたりのめっき量を変えながらAl−4.7%Si−27.1%Cuめっきを両面に対して行った。その後、タンデム型圧延機を用いて、3パスで最終板厚になるように、総圧下率を変えるとともに各パスの圧下率を均等に割り振ることで、圧延を行った。その後、10質量%硫酸水溶液(温度15℃)を用い、電界密度1.5A/dm3の条件でアルマイト処理を行った。アルマイト層の厚み及び残存したAlめっき層の厚みは、アルマイト処理した鋼板の断面組織をSEM観察することにより評価した。

0058

その後、製造した各実験例のサンプルを所定のサイズに切り出し、塩水噴霧試験、ピール試験、曲げ試験、絶縁性試験を実施した。
実験結果の判断基準として、コストに関しては、一連生産速度の平均値に対して、2倍以上の時間がかかった場合(生産速度が半減)を△、平均生産速度の50%から150%を○とした。塩水噴霧試験は、上述したJIS規格に則り実施し、腐食の発生する時間で評価した。判断基準として、実験例7を基準として、〜80%以下の時間で腐食したサンプルを△、80%超〜120%以下を○、120%超を◎とした。ピール試験は、上記実施例2と同様の手法で測定した。曲げ試験は、実施例3と同様の手法で測定し、き裂を目視で確認できた軸の半径Rにより評価した。き裂を観察した際の軸の半径Rが7mmより小さく3mm以上の際○、3mmより小さい場合を◎とした。絶縁性試験は実施例1と同様に測定した。これらの結果についても、以下の表2に併せて示す。

0059

0060

0061

地鉄厚みが180μmである実験例6では、板厚が薄いためAlめっきの膜厚制御が難しく、他の板厚に比べ生産速度が半減した。地鉄厚みが200μm、500μm及び1000μmである実験例7、8及び9は、問題無く製造可能であった。地鉄厚みが1100μmである実験例10では、圧延後の鋼板は特に問題が無いように見受けられたが、アルマイト処理を実施した後のサンプル表面には、ごく一部ではあるが、溶損部が存在した。これは、母材の板厚が厚すぎるため、Alめっきとの硬さの違いから、その後の圧延で均一なAlめっき部が得られなかったことによると思われる。実験例7、8、9のサンプルに対し、塩水噴霧試験、ピール試験、曲げ試験及び絶縁性試験を行い、いずれも結果は良好であり、100V以上の耐電圧を示した。実験例10は塩水噴霧試験を行ったが、溶損部があるため、絶縁性試験は行えなかった。また、実験例6〜10は、断面観察の結果、アルマイト層厚みは約5μmであり、残存Al厚みは約10μmであった。

0062

実験例11〜16では、地鉄厚みを300μmとし、Alめっき厚を5μm〜70μmとして、圧延後の総厚が100μmとなるように圧延し、アルマイト処理を上記と同様な手法で行った。上述した各種試験をした結果、Alめっき時の厚みが片面当たり10μm以上の実験例では、十分な耐食性を実現できていることが判明したが、めっき厚みが片面当たり5μmの実験例11は最も早く錆が発生し、耐食性が低く、十分な耐食性が実現できていないことが分かった。また、Alめっきを片面あたり70μm行った実験例16は、一度の通板では70μmの厚めっきを実施することができずに、通板を2回行うことで70μmのめっき厚としたが、生産性が低下し、好ましくないことが分かった。このため、コスト、耐食性、加工性、絶縁性を考慮すると、Alめっきの厚みは、片面当たり10〜60μmが好ましく、さらに好ましくは15〜40μmであることが分かった。

0063

同様に、実験例17〜21では圧下率について調査した。地鉄厚み、Alめっき厚みは、各圧下率に準じて調整し、最終的に圧下率の異なる200μm厚のアルミめっき鋼板を得て、アルマイト層を5μm形成させた。実験例18はAlめっき後の圧下率が20%でありピール試験において圧下率18%の実験例17に比べて良好な結果が得られた。また、圧下率30%、65%、82%の実施例19、20、21は、ピール試験のみならず曲げ試験、にも優れ、かつ絶縁性も高いことが分かった。これは、めっき後の圧延により地鉄とめっき界面の化合物が最適な形で分散し、加工性の向上につながったものと考えている。また界面の化合物が地鉄中に食い込むことで、膜の密着性が上がり絶縁破壊にも至りにくくなったものと考えられる。実験例17〜21のアルマイト層厚みは、いずれも残存Al厚みの20%以上であった。

0064

同様に、実験例22〜27では、板厚200μmの地鉄を用い、片面当たり20μmもしくは30μmのめっきをした後、100μmまで圧延した。圧延は、タンデム型圧延機を用いて3パスで行い、各パスの圧下率が一定になるようにした。作製した鋼板のアルマイト処理後の片面あたりの残存Al厚、アルマイト層厚は、それぞれ実験例22が10μm/1.5μm、実験例23が9μm/3μm、実験例24が8μm/4μm、実験例25が4μm/8μm、実験例26が2μm/10μm、実験例27が0μm/12μmであった。実験例22は、アルマイト層の割合が残存Al層の15%であり、耐電圧が60Vであった。実験例23〜27は、いずれも残存Al厚みの20%以上のアルマイト層を有し、良好な結果が得られたが、アルマイト厚みが4μm以上である実験例24〜27は、特に耐食性、絶縁性が高い特性が得られた。

0065

(実施例5:母材鋼板について)
本実施例では母材鋼板の影響について検討した。
母材鋼板として、350μm厚の軟鋼(SS400)、ステンレス鋼(SUS304)及びバネ鋼(SUP6)を用い、片面あたり10μmのAl−10%Siめっきを行い、その後圧延し、板厚を150μmとした。圧延は、タンデム型圧延機を用いて全3パスで行い、1回目の圧延を19%、2回目の圧延を33%、3回目の圧延を25%の圧下率とした。

0066

圧延条件では、ステンレス鋼、バネ鋼等の合金鋼は、硬度が高く、通板速度を上げることが出来ず、軟鋼の半分以下の通板速度であった。本実施例から、母材鋼板として軟鋼を用いることが、材料コスト的にも、また、生産コスト的にも最良であることが分かった。

0067

(実施例6:アルマイト層の厚みについて)
本実験例では、アルマイト層の厚みについて検討した。
板厚300μmの軟鋼に対し、Al−32質量%Cuめっきを片面あたり50μmで両面に実施し、リバース型圧延機にて3パスで圧延を実施し、圧延後の板厚を200μmとした。4質量%シュウ酸水溶液(温度30℃)を用い、電界密度2.5A/dm3の条件でアルマイト処理を実施し、処理時間を調整することで、2μm、3μm、5μm、10μm、18μmのアルマイト層が形成されるようにした。形成されたアルマイト層による効果は、耐食性(塩水噴霧試験)及び絶縁性により評価した。

0068

この結果を表3に示すが、アルマイト膜厚が2μm及び3μmのアルマイト処理アルミめっき鋼板は、アルマイト層の厚みが残存Al層の20%未満であり、比較的早期に錆が発生した。一方、アルマイト層が5,10,18μmのサンプルはアルマイト層の厚みが残存Al層の20%以上であり、かつアルマイト層の厚みも4μm以上であるため、十分な耐食性及び高い耐電圧の絶縁性を示した。

0069

実施例

0070

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

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