Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

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516 金属衚面技術 Zn-Al合 金 め っ き é‹Œ 板 田野 和 広 1,岡 裏 二 2,蒲 田 織 3,倧 郚 操4 Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet Kazuhiro TANG, Joji OKA, Minoru KAMADA, Misao OBU Effect of increasing Al content of Zn coating bath on the durability of hot dip galvanizing steel sheet is studied. After investigating the corrosion mechanism, easiness of coating operation and economical merit of Zn-Al coating, Zn-4.5% Al-0.1% Mg alloy coated steel sheet has been developed. It has an excellent corrosion performance in various atmosphere and a superior coating adherence to the conventional galvanized steel sheet. On the basis of long period exposure test results, it is expected to decelerate the development of red rust on the painted sheet. Therefore, it has a bright future as a resource-savable coated steel sheet. 1. 緒 蚀 近 幎,屋 根壁など建材甚途に甚いられる材料に長寿呜 化 が 芁 請 され お きお い る。 埓 来,こ の分野には亜鉛鉄板 が äž» に甚 い られ お きた 。 これ は,亜 鉛が腐食環境䞭で衚 面に生成 した腐食生成物が内郚を保護 する ず ず も に, Galvanic Protectionに よ る防 食 䜜 甹 を持 ち,し か も亜 鉛 そ の もの が安 䟡 で,比 范的容易にめっきできるためで あ る。 しか し,長 寿 å‘œ 化 の 芁請 に察 しお は そ の防 食 メカ ニ ズ ムか ら,目 付 量 を 高 め る以倖 に は 方 法が な く自 ら限 界 が あ るo 䞀方 ,既 に垂 å Ž に 䟛 され お い る アル ミニ りムめ っ き鋌 板 は,優 れた 耐 食 性,高 枩特性を有する高玚衚面凊理鋌 板 ず しお評 䟡 を埗 お い る もの の,完 党な無欠陥衚面が埗 に くい こ ず,合 金 å±€ が 厚 い た め皮 膜 の加 å·¥ 性 が䞍 足,経 枈性 な どの た め,最 も耐食 性 の あ ã‚‹é‹Œ 板 ず しお の地 䜍 を 固 め るに 至 っお い な い。 か か る情勢 か ら,亜 鉛鉄 板 よ りも長 寿 å‘œ を狙 った,亜 鉛ずアルミニりムの合金めっき化の研究が詊みられおき た1)7)。 これ らの䞭 で 著 名 な もの ず しお は,ç±³ 囜 ベ ス レヘ ム瀟 の55%Al-43-5% Zn-1.5% Si合 金めっき鋌板5 これ は魅 力 あ る倖 芳,裞 䜿甚時の高耐食性を歊噚に需芁 を䌞 ば し぀ ぀ あ る。 たた,ベ ルギヌの金属研究センタヌ (C.R.M.)が 開発 し぀ ぀ あ るZn-5%Al-ミ ッシ ュメ ル め っ き鋌 板6)は,通 垞の亜鉛めっき皮膜 より優れた耐 食 性,良 奜 な成 型 性 を特 城 に挙 げ お い る。 圓瀟 で も,以 前 か ら長 寿 呜化 を狙 っ お,Zn-Al合 金め っ き鋌 板 を 研 究 開発 しおお り,最 近 商 品化 を行 な った の で,そ の開 発 の経 過,品 質に぀いお報 告す る こ ず ず す る。 2. 実隓方法及び結果 2-1 基本めっき組成に関する怜蚎 2-1-1 Al含 有量 ず屋倖暎露に よ-る腐食枛量 の関係 è¡š1に 瀺す济組成,济 æž© 床 で,板 厚0.8mm× 板 幅100 mm×coilの 冷延 板 をパ ã‚€ ロ ッ トラむ ンで め っ き し,çš® 々 のAl含 有 量 を 有 す るZn-Al合 金めっき鋌板を埗た。 そ れ らの め っ き鋌 板 を長 期 屋 倖 暎 露 è©Šéš“ に 䟛 し,腐 食 生 Fig. 1 Relation between Al content and weight loss on outdoor exposure test (Tobata, industrial environment) 1 新 日本補鉄(æ ª)八幡補鉄所(〒805 北九 å·žåž‚ 八 幡 東 区 枝光1-1-1) Yawata Works, Nippon Steel Corp. (1-1, Edami- tsu-1 chome,Yawata-Higashi-ku, Kitakyusyu-shi 805) 2 新 日本 補 鉄(æ ª)基瀎研 究 所(〒211 川厎垂䞭原区井田 1618) Fundamental Research Labo., Nippon Steel Corp. (1618, Ida, Nakahara-ku, Kawasaki-shi 211) 3 新 日本 補 鉄(æ ª)生産 技 術 研 究所(〒805 北九州垂八幡 東 区 枝 光1-1-1) Process Technology R & D Labo., Nippon Steel Corp. (1-1, Edamitsu-1 chome, Yawata-Higashi-ku, Kitakyusyu-shi 805) 4 新 日本 補 鉄(æ ª)本瀟(〒100 東 京 郜 千 代 田 区 倧 手 町2- 6-3) Head Office, Nippon Steel Corp. (6-3, Otemachi- 2chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100) -78-

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Page 1: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

516 金属衚面技術

Zn-Al合 金 め っ き é‹Œ 板

田野 和 広1,岡 裏 二2,蒲 田 皔3,倧 郚 操4

Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

Kazuhiro TANG, Joji OKA, Minoru KAMADA, Misao OBU

Effect of increasing Al content of Zn coating bath on the durability of hot dip galvanizing steel sheet is studied. After investigating the corrosion mechanism, easiness of coating operation and economical merit of Zn-Al coating, Zn-4.5% Al-0.1% Mg alloy coated steel sheet has been developed. It has an excellent corrosion performance in various atmosphere and a superior coating adherence to the conventional galvanized steel sheet. On the basis of long period exposure test results, it is expected to decelerate the development of red rust on the painted sheet. Therefore, it has a bright future as a resource-savable coated steel sheet.

1. 緒 蚀

近幎,屋 根壁 など建材甚途 に甚 いられる材料に長寿呜

化が芁請され おきおいる。埓来,こ の分野には亜鉛鉄板

が䞻に甚 いられお きた。 これは,亜 鉛が腐食環境䞭で衚

面に生成 した腐食生成物が内郚を保護 する ず ず も に,

Galvanic Protectionに よる防食䜜甚を持ち,し か も亜

鉛 そのものが安䟡で,比 范 的容易にめ っきできるためで

ある。 しか し,長 寿呜化の芁請 に察 しおはその防食 メカ

ニズムか ら,目 付量を高め る以倖には方法が な く自ら限

界があ るo

䞀方,既 に垂堎に䟛 されおいるアル ミニ りムめ っき鋌

板は,優 れた耐食性,高 枩特 性を有する高玚衚面凊理鋌

板 ずしお評䟡を埗 おいるものの,完 党な無欠 陥衚面が埗

に くいこず,合 金局が厚いため皮膜 の加工性が䞍足,経

枈性 などのため,最 も耐食 性のある鋌板 ずしおの地䜍を

固めるに至 っおいない。

かか る情勢か ら,亜 鉛鉄 板 よ りも長寿呜を狙 った,亜

鉛 ずアル ミニりムの合金めっき化 の研究が詊み られおき

た1)7)。

これ らの䞭で著名な ものずしおは,ç±³ 囜ベス レヘム瀟

の55%Al-43-5% Zn-1.5% Si合 金めっき鋌板5)が ある。

これは魅力あ る倖芳,裞 䜿甚時の高耐食 性を歊噚に需芁

を䌞 ば し぀぀あ る。たた,ベ ルギ ヌの金属研究セ ンタヌ

(C.R.M.)が 開発 し぀぀あ るZn-5%Al-ミ ッシ ュメタ

ルめっき鋌板6)は,通 åžž の亜鉛め っき皮膜 より優れた耐

食 性,良 奜な成型 性を特城に挙げ おいる。

圓瀟 でも,以 前か ら長寿呜化 を狙 っお,Zn-Al合 金め

っき鋌板を研究開発 しおお り,最 近 商品化 を行 なったの

で,そ の開発の経過,品 質に぀いお報 告す る こ ず ず す

る。

2. 実隓 方 法 及 び結 果

2-1 基本め っき組成に関する怜蚎

2-1-1 Al含 有量 ず屋倖暎露に よ-る腐食枛量 の関係

è¡š1に 瀺す济組成,济 枩床で,板 厚0.8mm× 板幅100

mm×coilの 冷延板 をパ むロッ トラむ ンでめっき し,çš®

々のAl含 有量を有す るZn-Al合 金 めっき鋌板を埗た。

それ らのめっき鋌 板を長期屋倖暎露詊隓 に䟛 し,腐 食生

Fig. 1 Relation between Al content and weight loss on outdoor exposure test

(Tobata, industrial environment)

1 新 日本補鉄(æ ª)八幡補鉄所(〒805 北九 州垂八幡東区

枝光1-1-1)

Yawata Works, Nippon Steel Corp. (1-1, Edami-tsu-1 chome,Yawata-Higashi-ku, Kitakyusyu-shi 805)

2 新 日本補鉄(æ ª)基瀎研究所(〒211 川厎垂䞭原区井 田

1618)

Fundamental Research Labo., Nippon Steel Corp.(1618, Ida, Nakahara-ku, Kawasaki-shi 211)

3 新 日本補鉄(æ ª)生産技術研究所(〒805 北九 州垂八幡

東区枝光1-1-1)Process Technology R & D Labo., Nippon Steel Corp. (1-1, Edamitsu-1 chome, Yawata-Higashi-ku, Kitakyusyu-shi 805)

4 新 日本 補 鉄(æ ª)本瀟(〒100 東京 郜 千 代 田 区倧 手 町2-

6-3)

Head Office, Nippon Steel Corp. (6-3, Otemachi-2chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100)

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Vol.33, No.10, 1982 Zn-Al合 金 め っ き é‹Œ 板 517

Table 1 Sample preparation

Table 2 Sample preparation

Fig. 2 Effect of Al content on conversion

coating weight.

Fig. 3 Effect of Al content on the corrosion re-sistance of bended paint layer (Salt spray test 240hrs, 2mmφ bend).

成物を陀去埌 の枛量で比范 した結果を図1に 瀺す。通垞

の溶融亜鉛 あっき鋌板に盞 圓す るAl0.15%含 有济が,

30359/m2・ 幎 の割合で枛量 を瀺すのに察 し,Alを4.5

10%æ·» 加す るず,そ の量が2025g/m2・ 幎 ず玄2/3に

æž› じる。曎にAl量 を15%に 増加す るず,逆 に腐食枛量

は倧 きくなる。 この珟象は,J.C. Zoccolaら8)の 結果 ず

䞀臎する。

2-1-2 Al含 有量 ず塗装性胜の関係

è¡š2に 瀺 した皮 々のZn-Al合 金め っき鋌板の塗装前凊

理甚化成凊理性,塗 装性を調査 した。

図2に,リ ン酞塩凊理性及 び クロメヌ ト凊理性に察す

るAl含 有量 の圱響を調べた結果を瀺す。

リン酞 塩凊理性には,Al含 有量が圱響 し,そ の量が

倚 くな るに埓い付着量を枛少させ,55% Alで は亜鉛 め

っきの1/21/3以䞋 になる。 蚕たス ンプ法 で皮膜の結晶析

出状態を調べた結果,Alが 増すに埓 い,リ ン酞 塩結晶が

粗粒にな る傟向が認め られ るこずか ら,Alの 増倧は リ

ン酞塩凊理時の反応を抑制 しおい るもの ず考 えられ る。

䞀方,ク ロメヌ ト凊理に察 するAl含 有量 の圱響はあ

た り顕著でない。 これは,採 甹 した クロメヌ ト凊理が非

反応のCoating Typeで あ るためであろ う。

䞊蚘,2çš® 類 の化成凊理板に メラ ミンアルキ ッド系の

塗装を20ÎŒmæ–œ し,侀 般 に行われおい ã‚‹ã‚š リ ク セ ン 加

å·¥(7mm),デ ュポン衡撃(50cm-kg),ã‚Ž バ ン目詊隓,

及び折 曲げ(2mmφ,180°)で 塗料密着性を調べた結果を

è¡š3に 瀺すが,Zn-Al合 金め っきは亜鉛 めっきず同皋床

の塗料密着性を有 しおいるこずがわか る。

リン酞塩凊理及び クロメヌ ト凊理埌の塗装埌,耐 食性

を塩氎噎霧詊隓で評䟡 した。代衚的なデ ヌタ ずしお,塗

装材の折 曲げ郚(2mmφ,180°)の 耐食性 ずAl含 有量 の

関係を,å¡© 氎噎霧詊隓時240間 埌 のテヌ ピングに よる塗

膜は く離 状況 で評䟡 し た結果 を図3に 瀺 す が,Alが

4.510%の 郚分に,塗 装埌耐食性 の良 いピヌクが認 め

ちれた。

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Page 3: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

518 研 究 金属衚面技術

2-1-3 Al含 有量 ず陜 分極特性の関係

亜鉛めっき济䞭にAl含 有量 を増加 しおい くず,分 極

特性が倉化 しお くる。 図4に,3%食 å¡©æ°Ž 䞭の陜分極 曲

線を瀺すが,Al含 有量が増すに埓っお分極は 倧 き くな

り,同 䞀電䜍 での亜鉛溶出速床が小 さくなるこずか ら,

Alの 添加に よっお亜鉛の 掻性溶出が 抑制 され るもの ず

考 えられる。

2-1-4 Al含 有量 ずめ っき䜜業の難易

先述,è¡š1,è¡š2の サ ンプル䜜成 を通 じお埗 られたAl

含有量 ずめっき䜜業性の難易 は次の劂 くである。

亜鉛济䞭にAlを 添加す るず粘性は䜎䞋す る9)は ずで

あるが,パ むロ ットラむ ンに よる連続め っき䜜業では,

実感 ずしお盞圓,高 粘 性で

ある。 これは,め っき济䞭

ぞ のFeの 溶蟌みに よる ド

ロスの生成及び济面でのAl

の遞択酞化に よ り生 じた

Al2O3が 济衚面 を芆 い,济

の粘床を高め るため ず思わ

れ る。济面に斌け る高粘性

は,Zn-Al合 金め っき䜜業

のひ ず぀のポむ ン トで あ

る。济䞭Alが8%を 越す ず,

めっき面に ドロス粒 子が付

着す る機䌚が倚 くなる。 た

た,Zn-Al二 元合金では,

Al5%に 共 晶点が 存 圚 し

お,融 点が382℃ ず最䜎 で

ある。共晶点近傍で䜜業で

行 うこの技術 では,通 åžž の

亜鉛め っきよ りめ っき济枩

を䜎 くで き,め っき䜜業 が

行いやすい。曎にAlを20%

以䞊添加するず,济 æž©,板

æž©,玠 材皮類 によっお合金局の異垞発達を もた らす こず

がある。著者 らの実隓では,Alが20%以 䞊の堎合,Al

めっきの経隓 を掻か しお(Siを 添加す る ず合金局の舌

状 発達を抑制 し,そ の量が35%で ほが 飜 和 す る)

Alに 察 しお5%のSiを 添加 しおサンプルを䜜成 した。な

お,こ のAl増 倧に よる合 金局成長は,め っき釜,浞 せ

きロヌル等のめっき機械玠材の溶食に぀ながる珟象で も

あ り,高Al济 䜜業では,こ の点 に工倫を芁す るものず

考え られた。

以䞊 の実隓結 果を総合的に刀断 しお,亜 鉛 济 äž­ ぞ の

Alæ·» 加量は4.5%繋 床にす るこずを基本的に決定 した。

2-2 他元玠の圱響

溶融亜鉛めっきでは,埓 来,济 䞭に合金 局抑制 のため

のAlの 他,Pb, Cdを 添加 しおい る。Pb, Cdの 䞻な添加

目的 は ス パ ング ル圢 成 で あ るが,高 速 め っ き時 の め っ き

面 の平 滑 性,連 続 性 の確 保 の ため で もあ る。 著 者 らの研

究 に お い お も この点 を 考 慮 し,Pb, Cdの 他,Sn, Fe(必

ず æ·· 入 す る)が,Zn-Al合 金 め っ き の䜜 業 性,性 胜 に 及

が す 圱 響 を調 査 した 。

基 本 济 ずな るZn-4.5%Al济 は,JIS H2107特 çš® 亜 鉛 地

金 盾 圓品 ず,JIS H2102特1çš® アル ミニ ã‚Š ム地 金 で 調敎

し,Pbを0.005, 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.10, 0.20

0.50%, Snを0.001, 0.01, 0.02, 0.05%, Cdを0.005

0.01, 0.03, 0.05%,及 びFeを0.01, 0.03, 0.05, 0.1,

0.2%,各 々 単独 で添 加 しお め っ き を行 な った 。 そ の結

果,ラ ã‚€ ン速 床 が510m/分 繋 床 のパ ã‚€ ロ ッ トラ ã‚€ ン

Table 3 Effect of Al content on the properties after painting

1) * Cracking

2) Treating condition

phosphate treating 〔Bt 3305-Pn 62,70℃, 9sec.〕

chromium treating 〔Bt 712, 55℃, 10sec.〕

3) ◎ Excellent, ○ Good, △ Fair, × Bad

Fig. 4 Effect of Al content on anodic polarization in 3% NaCl solution (potentiostatic method).

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Page 4: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

Vol.33, No.10, 1982 Zn-Al合 金 め っ き鋌 板 519

Fig. 5 Effect of Pb and Sn content in bath on

coating adhesion.

Fig. 6 Effect of Mg content on coating

adhesion.

Fig. 7 Coating adhesion on Si containing

substrate.

Fig. 8 Outdoor exposure test results of galvanized,

and Zn-Al-Mg coated steel sheets in several

places.

では,い ずれの堎合 も均䞀で良奜 なめ っき面 が 埗 られ

た。次に これ らのめっき板に぀いお,Zn-Al合 金に芋 ら

れる粒界腐食 の有無を䞭心に調査 した。詊隓法は,め っ

き鋌板 の特城を考慮 し,70℃, 100%湿 床雰囲気24h攟

眮埌に ポヌルむ ンパ ク ト詊隓 を行 い,曎 にテヌ ピングを

行 なっお,め ぀き局 のは く離状態で刀定する方法を採甚

した。

Pb, Sn, Cd, Feの うち,Cdは0.05%以 例,Feは め っ

き济䞭に存圚 し埗 る0.2%以 例(そ れ以䞊 は ドロス ずし

お析出す る)で あれば,性 胜䞊に䜕 ら悪 圱響 を及が さな

いこずがわか った。 しか し,Pb, Snに ぀いおは,そ の量

に よっおはか な りめ ぀き局 のは く離が認 め られる。図5

にその結果 を瀺すが,Pbは0.1%, Snは0.02%以 䞋に

す る必芁のあるこずが明 らにな った。

Pb, Snの 存圚が,粒 界腐食に より,密 着性劣化を も

た らす こずは,è¡š 面凊理鋌板 の特性䞊,確 実に解決すべ

き重芁な問題 であ る。 そのためには,Pb,Sn量 を各 々制

限する こずが有効であるこずは先に述べたが,補 品の䜿

甚条件,補 造䞊の条件倉動を考えれば,曎 に別の手段を

組合わせ お,完 党な察策を講 じるこずが埗策であ る。 そ

こで,曎 に別 の元玠を人為的に添加 し,Pb,Snの 圱響 を

打消す方法 の怜蚎を行 なった。添加元玠 ずしお,Mg, Ti,

Cu, Beを 怜蚎 した結果,効 果,æ·» 加法,管 理,䟡 栌等

でMgが 最 も実甚的であ るこずを芋 出 した。幟倚の実隓

を実斜 し,Pb, Snの 悪圱響を打消すMgの 量 ず,Pb, Sn

量 の関係 を図6の 劂 く明 らかに した。

以䞊,济 成分の怜蚎 を続けた結果,Zn-Alç³» 合金め぀

きの基本組成を,Zn-4.5%Al-0.1%Mgに 眮 き,珟 堎補

造 ラむン実隓ぞ移行 した。

2-3 実ラむンめっき䜜業ずその性胜

珟堎芏暡の ラむ ンで実際にZn-4.5% Al-0.1% Mgの

合金め ぀き板を詊 䜜 し,珟 堎䜜業性,性 胜 を怜蚎 した。

め っき䜜業は装眮材料,操 業条件 に若干 の工倫を斜 し

た以倖は,通 垞の亜鉛め ぀き䜜業 ずほずん ど同等の条件

で遂行で きた。

次に,埗 られた め぀き板の性胜 に぀ いお述べ るこずず

す る。

2-3-1 め ぀き局 の加工性

Zn-Al-Mg合 金め ぀き鋌板 は,め ぀き付着量 が100

150g/m2の 堎合,プ レス成型 時のめ぀き密着性が極めお

優れ おいる。実隓宀的に幟぀かのプ レス成型を行なった

結果,い ずれの堎合 も,め ぀き局のは く離は党 く起 こら

なか った。

䞀方,曲 げ加工に よる曲げ頂郚 には,1t (t=板 厚)

曲げ以䞋の堎合,埮 现な亀裂が発生す るが,め っき局の

は く離は起 こらなか った。

たた,通 垞の亜鉛 め぀き䜜業では良奜 なめ぀き密着性

を確保 し難い,含Sié‹Œ をZn-Al-Mg合 金 め぀き した堎

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Page 5: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

520 研 究 金属衚面技術

合のめ っき密着性を図7に 瀺す。Zn-Al-Mg合 金 めっき

é‹Œ 板は,め っ き付着量が倚 くなっおも通垞の亜鉛 めっき

é‹Œ 板が呈する ような,密 着性劣化 の傟向が非 åžž に 小 さ

い。

2-3-2 耐食性

Zn-Al-Mg合 金め っきの最倧 の特城は,優 れた耐食性

に ある。皮 々の暎露地 で実際に屋倖暎露 した堎合の腐食

速床を図8に 瀺す。Zn-Al-Mg合 金め っきの腐食枛量が

埓来 の亜鉛鉄板 の1/1・51/2・5であ るこずがわか る。

たた重工業地垯で長期 暎露 した堎合,切 口端郚か ら赀

銃が発生 し始め る期間 を,çš® 々の 目付量 の板に぀いお比

范 した結果 を図9に 瀺す。

図8,図9か ら,Zn-Al-Mg合 金めっき鋌板は,同 侀

付着量 の亜鉛 めっき鋌板 よ り盞圓長期間の寿呜延長が期

埅 できる こずがわか る。

次 に,高 枩倚湿雰囲気での䜿甚を想定 した湿 気槜腐食

促 進詊隓結果を図10に,た た,代 衚的な腐食促 進詊隓 で

ある塩氎噎霧詊隓に斌 ける腐食速床を図11に 瀺す。

いずれの詊隓においお も,Zn-Al-Mg合 金 めっき鋌板

は,埓 来の亜鉛めっき鋌板 よ り栌段 ず優れた耐食性を瀺

しおお り,実 甹侊,盾 圓有効な特性 を発揮す るもの ず思

われ る。

2-3-3 塗装埌 の耐食性

Zn-Al-Mg合 金め っき鋌板の塗装埌耐食性は,促 進詊

鹓,䟋 えば塩氎噎霧詊隓における塗膜ス クラ ッチ郚 のフ

ク レ幅が埓来 の亜鉛めっき よ り盞 圓優れお いるこずが確

認で きたが,実 際に建材,屋 倖蚭眮物等に䜿甚され ã‚‹å Ž

Fig. 9 Relation between coating weight and

years to first rust (Outdoor exposure test in industrial environment).

Fig. 10 Corrosion performance of galvanized, and

Zn-Al-Mg coated steel sheet on Humidity

cabinet test.

Fig. 11 Corrosion performance of galvanized, and

Zn-Al-Mg coated steel sheets on salt

spray test.

Fig. 12 Appearance of painted specimens after 5

years' exposure in Tobata

(Acrylic paint, 30ÎŒm)

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Page 6: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

Vol.33, No.10, 1982 Zn-Al合 金 め っ き鋌 板 521

合 の挙動は,長 期屋倖 暎露詊隓で確認すべ きであろ う。

たた,実 甚途では圓然,æ–œ 工時の成型加工郚,取 扱 い疵

郚,䜿 甚䞭の疵 ぀ き郚 などの衚面損傷郚か ら,優 先 的に

劣化が進行す るず思われ る。著者 らは,か な り長期 間に

亘 る屋倖暎露詊隓 を実斜䞭 であ るが,56幎 経過す る

ず実甚䞊問題 ずなる赀銹 の発生に有意差が認め られ るよ

うであ る。5幎 間の暎露に よるス クラッチ郚の倉化 の䞀

䟋を図12に 瀺す が,ス クラ ッチ郚か らの赀銃の拡 が りは

Zn-Al-Mg合 金めっき鋌板 の方が,小 さいこずが明 らか

である。

3. 考 察

亜鉛 めっき济 䞭にAlの 添加量 を増加 しおいった堎合,

通垞 の亜鉛め っき鋌 板 よ り衚面 の分極が倧 き くな り,耐

食性が倧幅に向䞊す る こずを述べた。この珟象に぀いお

曎に怜蚎を進めた結果,腐 食生成物皮膜に よる腐食 抑制

ずい う考え方の ずれ るこずがわか った。吉原 ら7),10)はア

ル ミニりム粉 末を耇合 したZn-Alめ っきの防食機構 を次

のよ うに説明 しおいる。Alは 本来,局 郚 ã‚«ã‚œ-ド ず し

お働 くはずであ る が,AIの 衚面は電気䌝 導床が小 さい

酞化皮膜で芆われお いるため,酾 玠還元反応 が 抑 制 さ

れ,ア ノヌ ド反応であ るZnの 溶出速床は,そ れだけ小

さ くな る。ず同時に腐食生成物であるZn酾 化物は,Al

粉末に保持され お衚面被芆局を圢成 し,拡 散抵抗が倧 き

くな るので,腐 食が抑制されおいるずしおいる。著者 ら

は曎に 䞀歩進んで,腐 食 生成物が䜕故耐食性に効果があ

るかを怜蚎 した。

Znの 腐食反応は次のよ うに衚わ される。

アノヌ ド反応:Zn+2H2O→Zn(oH)2+2H++2e
(1)

Zn(OH)2→ZnO+1/2H20


(2)

カ゜ヌ ド反応:1/2O2+H2O+2e→20H-


(3)

Zn(OH)2は 電気䌝 導床 が小 さいので,こ の皮膜がZn

の衚面に圢成されるず,Znè¡š 面 での酞 玠 還元反応 であ

る(3)匏を抑制するずいわれおい る。 しか し,Zn単 独 め

っきの堎合にはZn(OH)2は,(2)の 反応でn型 半導䜓 で

Fig. 13 Electron micrographs of Fe-Al-Zn alloy lager.

あ るZnOに 倉化す るので,酾 玠還元反応抑制効果は小

さい。岡 田ら11)は,Znの 凝䌌サ ビを甚い,Zn(OH)2äž­

にある皮 の金属を添加す るず,(2)の 反応が抑制 され るこ

ずを芋出 しおい る。

(2)の反応が抑制 されれば,Zn(OH)2皮 膜に よ り(3)の

反応 も抑制 さ れ る の で,そ の察応反応 ずしお,(1)の 反

応,す なわち,腐 食が抑 制され るこずに なる。岡田 らの

䞻匵に埓い,Al, Mgを 添加 しお凝䌌サ ビを䜜 り,X線

回折 を行な った結果,Zn単 独の凝䌌 サ ビがZnOか らな

っおいるのに察 し,Al,Mgを 添加 しお䜜 った ものは,

Zn(OH)2か らなっおい るこずがわか り,Al, MgはZn

(OH)2を 安定化 させ る挙動のあるこずが刀 明 した。曎

に,Zn-Al-Mg合 金めっき鋌 阪の塩氎噎霧詊隓42,72時

間埌の腐食生成物をX線 回折 で調べた。その結果,生 成

す るサ ビは,ZnCl2・4Zn(OH)2で あ り,ZnOに 倉わ り

に くいこずが認め られた12)。

す なわ ち,Zn-Al-Mg合 金めっき鋌板の防食機構 ずし

お,腐 食 の初期に生成 した腐食皮膜 は,め っき衚面を芆

うが,Al, Mgの 圹割で腐食生成 物が電導床 の小 さいZn

(OH)2リ ッチに保持 され,酾 箠還 元反応が抑制 される も

のず考え られ る。

䞀方,Zn-Al-Mg合 金めっき鋌板は,優 れため っき密

着性を瀺す。Alを0.10.2%含 む通垞の溶融亜鉛 めっき

では,め っ き時,生成す る合金局は,地 鉄偎にFe2Al513),

あるいは,Fe-Al-Zn侉 元合金局14)が圢成 され,曎 に そ

の倖偎に これ らに よっお量を抑 制 された1ÎŒm前 埌 の

Fe-Zn合 金局が生成する。 これに察 し,Zn-Al-Mg合 金

め っきでは,電 気化孊的方法で,め っき局,合 金局をは

く離 しお行 くず,Fe-Zn合 金局はほずん ど認め られず,

たたFe-Al-Zn合 金局は,定 電流電解においお通垞 の亜

鉛め っき鋌板 ず同様 な電流-電 䜍曲線を瀺 し,その厚 さも

薄い。図13に 䞡者 のFe-Al-Zn合 金局の倖芳 を比范 しお瀺

すが,Zn-Al-Mg合 金め っきの堎合のち密 さがわか る。

この ような合金特性 であ るZn-Al-Mg合 金め っき鋌板

は,プ レス加工等に よっお,め っき局のは く離が起 こ り

難 い。

たた,め っき密着性 確保に難点のあ るSi

を含む玠材で も,健 å…š なFe-Zn合 金局が生

成す るため,良 奜なめ っき密着性 を確保 し

埗 るもの ず考えられ る。

ダむキ ャス ト合 金(Zn-Al, Zn-Al-Mg

合金)か らの情報 で予芋された粒界腐食15)

はめ っきの堎 合,適 正な条件 でめ っきしな

いず経時に よるめっき密着性劣化,腐 食量

増倧 ずい う圢 で珟われた。 いず れ の å Ž 合

も,粒 界での腐食進行 ず,そ れに よるめ っ

き局のぜい匱化珟象 であろ う。め っき板 の

堎合,ダ むキ ャス ト合金 ず異 な る点 は,

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Page 7: Zn-Al Alloy Coated Steel Sheet

522 研 究 金属衚面技術

Fe, Cdの 存圚が実甚䞊,問 題にな らない点 であ る。特に

Feの 存圚 が品質に圱響 しないこずは,め っき時,Feの

混入が避け られないだけに,å·¥ 業的に意矩が倧 きい。め

っきずダむキ ャス ト間のこれ らの盞違点は,高 速 で冷华

された凝固組織であるめっき局特有の ものず 思 わ れ る

が,前 述合金局 の組成,Mgの 挙 動ずずもに,今 埌解明

しおい く必芁があるず思われ る。

4. 結 蚀

溶融亜鉛めっ き鋌板 の長寿呜化を狙 っお,め っき济䞭

のAl含 有 量を増加 させる研究を行な った結果,防 食効

果,め っき䜜業の容易 さ,経 枈性などを総合 的 に 評 䟡

し,Zn-4.5%Al-0.1%Mgを 基本济成分 ずす るZn-Al-

Mg合 金め っき鋌 板を開発 した。

このめ っき鋌板は,裞 の耐食性が皮 々の腐食雰囲気で

非 垞に優れおいるほか,め っき密着性 も通垞 の亜鉛めっ

き鋌板 よ り良奜 である。 たた,塗 装埌の性胜 も,長 期暎

露詊隓 の結果,èµ€ 銃 の発生が遅 いこずが期埅 で き る な

ど,今 埌,省 資源型合金め っき鋌板 ずしお有望であ るず

考え られ る。 (1982-6-23受 理)

文 献

1) W.C. Sievert, et al.; Method of Hot Dip Coat-

ing with a Zinc Base Alloy Containing Magnesium

and the Resulting Product, USP 3505042(1970)

2) H.H. Lee, et al.; Al-Mg-Zn Alloy Coated Ferr-

ous Metal Sheet, USP 3505043(1970)

3) W.P. Roe, et al.; Galvanized Ferrous Articles,

USP 3320040 (1967)

4) H.H. Lee; Zn-Al Hot Dip Coated Ferrous Sheet,

USP 4029478 (1977)

5) A.R. Borzillo, et al.;被 芆 鉄 補 品,特 公 昭 46-7161

6) J. Pelerin, et al.; GALFAN-溶 融 亜 鉛 め っ き甚

合 金 ず技 術,鉛 ず亜 鉛,第106号 〔3〕 (1982)

7) 朚 村 肇,吉 原 敬 久,原 田俊 侀;高 耐 食 性Zn-Al耇

合 電 気 め っ き鋌 板 の 開 発,川 厎補 鉄 技 å ± 12, 〔4〕 65

(1980)

8) J.C. Zoccola, et al.; Atmospheric Corrosion Be-havior of Zn-Al Alloy Coated Steel, Paper of 1976

ASTM Symposium on Atmospheric Corrosion (19

76, 5月)

9) H.R. Thresh, et al.; Properties of Molten Zinc

and Zinc Alloys Part II; Viscosity, Physical Met-

allurgy Division Internal Report PM-R-64-27 (by

ILZRO) (1965, 10月)

10) 吉 原 敬 久,朚 村 肇,原 田 俊 侀;高 耐 食性 亜 鉛-ア

ル ミニ ã‚Š ム耇 合 電 気 め っ き鋌 板 に 関 す る 研 究 ,鉄 ず

é‹Œ, 66 〔7〕, 779 (1980)

11) H. Okada, K. Yamamoto, I. Ito; Proceeding In-

ternational Congress on Metallic Corrosion , p. 275

(1972)12) 岡 裏 二,朝 野秀 次郎,高 杉 政 志,å±± 本 侀 雄;鉄 ず

é‹Œ, 68 〔2〕 A57 (1982)

13) D. Horstmann; The Influence of Steel and of

Galvanizing Conditions on the Properties of Gal-

vanized Steel and Strip, Proc. 7th Inter. Conf. on

Hot Dip Galvanizing, p. 146 (1967)

14) A.R.P. Ghuman, et al.; Reaction Mechanisms for

the Coatings Formed During the Hot dipping of

Iron in 0 to 10pct Al-Zn Baths at 450° to 700℃,

Met. Trans. 2, 2903 (1971)

15) 日本 鉛 亜 鉛 需 芁 研究 䌚 ç·š;亜 鉛 ハ ン ドブ ッ ク,p 112

(1977, (æ ª)日刊工 業 新 聞瀟)

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