(57)【要約】      （修正有）【課題】有害なＰｂやＣｄがＲｏＨＳ指令の基準値以下であり、しかも従来のＰｂを含有する溶融亜鉛めっき皮膜と同等の外観性及び耐食性を付与することが可能であり、また資源の再利用が可能な環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法及びそれを用いた溶融亜鉛めっき鋼材を提供する。【解決手段】Ｂｉが０．００５重量％以上０．０５重量％未満、Ａｌが０．１重量％未満、残部がＺｎ及び不可避不純物とからなり、不可避不純物中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下である溶融亜鉛めっき浴を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、該めっき皮膜中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下であり、更にめっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉが０．００５重量％以上０．０５重量％未満、Ａｌが０．１重量％未満、残部がＺｎ及び不可避不純物とからなり、不可避不純物中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下である溶融亜鉛めっき浴を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、該めっき皮膜中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下であり、更にめっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定したことを特徴とする環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法。
【請求項２】
Ａｌが０．００１重量％以上０．１重量％未満である請求項１記載の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法。
【請求項３】
前記溶融亜鉛めっき浴に、更にＭｇを０．００５重量％以上０．３重量％以下添加した請求項２記載の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法。
【請求項４】
Ｍｇが０．０３重量％以上０．１重量％以下であり、溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度を２００〜５０とした請求項３記載の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法。
【請求項５】
めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００１重量％以下になるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定した請求項１〜４何れか１項に記載の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法。
【請求項６】
前記請求項１〜５何れか１項に記載の溶融亜鉛めっき方法を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成したことを特徴とする環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸漬法によって鋼材の表面に亜鉛めっき皮膜を形成するための環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法及びそれを用いた溶融亜鉛めっき鋼材に係わり、更に詳しくはＰｂとＣｄが規制値以下の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法及びそれを用いた溶融亜鉛めっき鋼材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、送電鉄塔や道路施設関係の鋼材、更には建築構造物の鋼材に耐食性を付与する方法として、溶融亜鉛めっき処理が良く知られている。この溶融亜鉛めっきは、フラックス処理した鋼材をめっき浴中に浸漬し、引き上げるという簡便な浸漬法で行うことができ、鋼材の耐食性を高めるのに優れた処理である。溶融亜鉛めっき処理時に、鋼材の微小隙間内までめっき浴組成物が侵入し易くし、また引き上げる際の液切れを良くするために、めっき浴組成物にＰｂを微量添加してめっき浴の粘性を下げて流動性を高めている。
【０００３】
しかし、近年においては、環境問題の観点からＰｂやＣｄの使用を規制するようになってきた。ＲｏＨＳ指令では、電気・電子機器等の民生品ではＰｂが０．１重量％（１０００ｐｐｍ）以下、Ｃｄが０．０１重量％（１００ｐｐｍ）以下になるように義務付けられている。溶融亜鉛めっきの適用対象は、建築、建設用の鋼材、橋梁、送電用架空金物から電気製品の筐体や架台等にも広がりつつある。また、近年は、大気汚染による酸性雨、凍結防止用に道路に散布した融雪材、海岸近縁での海水などの腐食性環境下に長期間耐えられる溶融亜鉛めっき鋼材に対する需要は増加している。更に、耐食性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっきに対する注目度も高まりつつあるが、その下地として溶融亜鉛めっきを施すことが行われている。
【０００４】
本出願人は、環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき技術にいち早く着目し、特許文献１及び特許文献２に示すＰｂフリーの溶融亜鉛めっき方法を提案している。単純にＰｂ濃度を規制値以下にすると、めっき浴の流動性が乏しくなってめっき不良となる率が高くなる。そこで、Ｐｂに代わりめっき浴の流動性を高める元素としてＢｉを添加するのである。特許文献１には、Ｎｉが０．０１〜０．０５重量％、Ａｌが０．００１〜０．０１重量％、Ｂｉが０．０１〜０．０８重量％、残部Ｚｎ及び不可避不純物であり、Ｐｂを含有しない溶融亜鉛めっき浴を用いて、一浴法によって鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成してなる溶融亜鉛めっき方法が開示されている。また、特許文献２には、二浴法によるＺｎ−Ａｌ合金めっきの一浴目の浴組成に関するものであるが、Ｎｉが０〜０．０５重量％、Ａｌが０．００１〜０．０１重量％、Ｂｉが０．００５〜１．９５重量％（但し、０．０８重量％以下を除く）、残部がＺｎと不可避不純物とした溶融亜鉛めっき浴が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、Ｃｕ：０．００５〜０．２質量％、Ａｌ：０．００１〜０．１質量％、Ｂｉ：０．０５〜５．０質量％、残部がＺｎと不可避的不純物からなる溶融亜鉛メッキ浴、あるいは更にＳｎ：０．００１〜０．１質量％を付加した溶融亜鉛メッキ浴が開示されている。また、特許文献４には、連続溶融亜鉛めっきラインにおいて、鋼板をＡｌ：０．１０〜０．６％、Ｂｉ：０．０３〜０．３％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる溶融亜鉛めっき浴に浸漬し、ガスワイピングで付着量を制御した後、めっき面を１５℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で放冷却して、該鋼板表面に羽毛状結晶を主体とするスパングルを成長させ、該スパングル径を５〜５０ｍｍとしたことを特徴とする外観に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３７８１０５５号公報
【特許文献２】特許第４２５５４８３号公報
【特許文献３】特許第４０２０４０９号公報
【特許文献４】特開２００４−２８５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Ｂｉは、Ｐｂの精錬の副産物として同時に生産されるが、Ｐｂの使用の抑制により、Ｂｉの生産量が少なくなり、将来的には需給が逼迫して価格が上昇することが予想される。また、Ｂｉは、他のレアメタルと同様に産出国が限られており、その国の政治的、産業的施策によって市場流通が規制を受ける可能性もある。そこで、安定生産とコスト低減化の観点から、めっき不良を発生させない程度に、Ｂｉの使用量をなるべく抑制することが重要となる。
【０００７】
一方、資源の再利用は、地球の環境保全、資源保存の観点から重要なテーマであり、溶融亜鉛めっき鋼材についても例外ではない。そのため溶融亜鉛めっき皮膜を形成した鋼材を将来スクラップすることを考慮する必要がある。めっき皮膜は、鉄スクラップにおいて不純物となる。鉄スクラップに、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｂｉ等が含まれていると、加工特性や品質に悪影響を及ぼし、その除去はかなり困難であって精錬しても完全に除去することはできない。尚、最大の不純物元素のＺｎは、鉄スクラップの加熱時に優先蒸発するので除去は容易である。例えば、鉄スクラップ中にＣｕが０．２重量％含有していると鋼材の熱間加工性に悪影響を及ぼし、Ｓｎは０．０４重量％程度で熱間加工性、０．２重量％程度で冷間加工性や焼戻し脆性に悪影響を及ぼし、Ｎｉは０．０６重量％程度で鋼材を硬くするので薄板などでは問題が生じ、Ｂｉは０．００５重量％以上だと熱間加工性に悪影響を及ぼすことが知られている。資源の再利用の観点から見れば、スクラップを１回ではなく繰り返すことになるが、前述の不純物元素がスクラップ中に蓄積されることも将来的には問題になる。従って、鉄スクラップの加工性やそれを用いた鋼製品の品質の観点からも、溶融亜鉛めっき皮膜中のＣｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｂｉ等の含有量は可能な限り低い方が望ましいが、これまで鉄スクラップを考慮した発明は皆無であった。
【０００８】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、浸漬法によって鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成するための溶融亜鉛めっき方法において、有害なＰｂやＣｄがＲｏＨＳ指令の基準値以下であり、しかも従来のＰｂを含有する溶融亜鉛めっき皮膜と同等の外観性及び耐食性を付与することが可能であり、また資源の再利用が可能な環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法及びそれを用いた溶融亜鉛めっき鋼材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、Ｂｉが０．００５重量％以上０．０５重量％未満、Ａｌが０．１重量％未満、残部がＺｎ及び不可避不純物とからなり、不可避不純物中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下である溶融亜鉛めっき浴を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、該めっき皮膜中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下であり、更にめっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定したことを特徴とする環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法を構成した（請求項１）。
【００１０】
ここで、Ａｌが０．００１重量％以上０．１重量％未満であることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
また、前記溶融亜鉛めっき浴に、更にＭｇを０．００５重量％以上０．３重量％以下添加するとより好ましい（請求項３）。この場合、Ｍｇが０．０３重量％以上０．１重量％以下であり、溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度を２００〜５０とすることが更に好ましい（請求項４）。
【００１２】
更に、めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００１重量％以下になるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定することがより好ましい（請求項５）。
【００１３】
そして、本発明は、前述の溶融亜鉛めっき方法を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成したことを特徴とする環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき鋼材を提供する（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
以上にしてなる請求項１に係る発明の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法は、Ｂｉが０．００５重量％以上０．０５重量％未満、Ａｌが０．１重量％未満、残部がＺｎ及び不可避不純物とからなり、不可避不純物中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下である溶融亜鉛めっき浴を用いて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、該めっき皮膜中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下であり、更にめっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定したので、有害なＰｂやＣｄがＲｏＨＳ指令の基準値以下であり、しかも従来のＰｂを含有する溶融亜鉛めっき皮膜と同等の外観性及び耐食性を付与することが可能であり、また資源の再利用の観点からは、鉄スクラップ時の不純物含有率を抑制し、加工性及び品質を確保することができ、トータルとして環境負荷が少ないという特徴がある。
【００１５】
つまり、ＰｂとＣｄは、溶融亜鉛めっき浴中に積極的に添加せず、不可避不純物としてのみめっき皮膜中に存在する可能性があるが、多くてもＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下となっているので、ＲｏＨＳ指令の基準値以下である。実際に、不可避不純物としては、Ｐｂは０．００１重量％以下、Ｃｄは０．０００１重量％以下にすることが可能である。そして、溶融亜鉛めっき浴中のＢｉの濃度を０．００５重量％以上０．０５重量％未満としたので、Ｂｉの使用量が従来のものに比べて少なく、経済的であるにも係わらず、Ｐｂを添加した溶融亜鉛めっきと同等の膜厚を備えており、耐食性においても同等の性能が得られている。また、めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定したので、鉄スクラップ時の不純物割合を抑制し、鉄スクラップから再生した鉄鋼の加工性及び品質に及ぼす悪影響を少なくすることができる。
【００１６】
請求項２によれば、Ａｌが０．００１重量％以上０．１重量％未満であるので、Ｆｅ−Ｚｎ合金相の成長を抑制し、めっき皮膜の密着性を改善することができる。
【００１７】
請求項３によれば、溶融亜鉛めっき浴中にＡｌが添加されるとめっき皮膜の光沢度は高くなり、ギラギラ感が強くなるが、Ｍｇを０．００５重量％以上０．３重量％以下添加することにより、光沢度を抑制して落ち着いた外観にすることができ、またＭｇの添加はめっき付着量を増大させる作用があるので、耐食性を高めることができる。更に、最近、屋外に設置される金属製品からの反射光が住環境や交通安全において問題となっているが、Ｍｇを添加して溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度を抑えることにより、めっき皮膜での反射光の発生を低減することができるので、これらの問題の解決にも役立つのである。
【００１８】
請求項４によれば、Ｍｇが０．０３重量％以上０．１重量％以下であり、溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度を２００〜５０としたので、従来のＰｂを添加した溶融亜鉛めっき皮膜に比べて光沢度を大幅に低下させることができ、めっき鋼材を環境中に配置した場合に、ギラギラ感が抑えられて、環境に調和したものとすることができる。
【００１９】
請求項５によれば、めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００１重量％以下になるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定することにより、鉄スクラップ時に加工性や品質に悪影響を及ぼすＢｉの含有量を抑制し、鉄スクラップの品質を改善することができ、更にスクラップを繰り返しても不純物の蓄積が抑制されるので、資源の再利用の観点から効果は絶大である。
【００２０】
請求項６によれば、Ｐｂフリーの溶融亜鉛めっきにおいて、希少価値のある資源の使用量を抑制し、コストの上昇を最小限に抑制し、まためっき皮膜本来の耐食性、外観性においても良好であり、鉄スクラップ時の加工性や品質を確保し、環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき鋼材を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】浴中Ｍｇ濃度と浸漬時間が膜厚に与える影響を示すグラフである。
【図２】浸漬時間約３分での浴中Ｍｇ濃度が膜厚に与える影響を示すグラフである。
【図３】浴中Ｂｉ濃度と膜厚の関係を示すグラフである。
【図４】浴中Ｍｇ濃度が光沢度に与える影響を示すグラフである。
【図５】浴中Ｍｇ濃度が明度に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の詳細を実施形態に基づき更に詳しく説明する。本発明は、送電鉄塔や架空金物等の電力通信設備関係の鋼材、橋梁やガードレール、グレーチング等の道路施設関係の鋼材、鉄骨や非常階段等の建築関係の鋼材、ボディ鋼板等の自動車関係の鋼材、電気・電気機器の筐体、架台等の一般民生品用の鋼材の表面に、耐食性を高めるために亜鉛めっき皮膜を形成するための溶融亜鉛めっき方法であって、Ｐｂフリー及びＣｄフリーの環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法を提供するである。また、本発明は、一浴によって鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成する場合にも、また二浴法によって鋼材表面にＺｎ−Ａｌ合金めっき皮膜を形成するための一浴目に使用する場合にも適用できるものである。
【００２３】
そして、本発明における溶融亜鉛めっき方法の第１の特徴は、めっき浴中と鋼材の表面に形成しためっき皮膜中に、Ｐｂ、Ｃｄを始め、ＲｏＨＳ指令で指定された特定有害物質を全く含有しないか、あるいは規制値以下であることである。更に、本発明の環境負荷の少ない溶融亜鉛めっき方法の第２の特徴は、溶融亜鉛めっき皮膜を形成した鋼材を鉄スクラップとした時に、該スクラップの加工性や品質に悪影響を及ぼすＢｉの含有量を実用上問題がない程度に抑制し、資源の再利用をし易くしたことである。勿論、溶融亜鉛めっき鋼材としての耐食性、外観性は、従来のＰｂを添加した溶融亜鉛めっきと同等の性能を確保している。
【００２４】
先ず、本発明は、Ｂｉが０．００５重量％以上０．０５重量％未満、Ａｌが０．１重量％未満、残部がＺｎ及び不可避不純物とからなり、不可避不純物中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下である溶融亜鉛めっき浴を用いる。そして、通常のめっき条件にて、浸漬法により鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成するのである。そうして、めっき皮膜中のＰｂが０．１重量％以下、Ｃｄが０．０１重量％以下であり、更にめっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定するのである。
【００２５】
ここで、溶融亜鉛めっき浴中にＡｌを全く含まない（不可避不純物として含まれる程度）場合は、溶融亜鉛めっきは不可能ではないが、めっき不良が多くなり、歩留りが悪くなるので、Ａｌを０．００１重量％以上添加することが好ましい。Ａｌを浴中に添加すると、めっき皮膜の光沢度が必要以上に高くなるので、Ａｌを添加する場合には同時にＭｇを添加して光沢度を抑制するのである。
【００２６】
ここで、Ｂｉは、めっき浴組成物の流動性を高めて濡れ性を向上させるとともに、不めっき抑制の効果を有し、また添加による耐食性の低下はなく、タレの抑制、スパングルの発生を促す役割がある。Ｂｉの含有量が０．０５重量％以上であると、タレの抑制効果はあまり変わらないが、スパングルの巨大化やＺｎ−Ａｌ合金めっきでのスパングル発生、明度低下（黒変）等の外観へ影響が生じる。また、Ｂｉの含有量が０．００５重量％より少ないとその効果が乏しくなる。そのため、Ｂｉの含有量を０．００５重量％以上０．０５重量％未満とした。
【００２７】
また、Ａｌは、溶融亜鉛めっき浴表面に発生する酸化皮膜の発生を抑制する働きがあり、めっき後の外観向上の役割がある。更に、Ａｌは、溶融亜鉛めっき浴に鋼材を浸漬した際に、鋼材との界面に堅くて脆い性質を持つＦｅ−Ｚｎ合金相の成長を抑制し、めっき皮膜の密着性を改善する。Ａｌの含有量は、０．１重量％未満とすることが好ましい。Ａｌが０．１重量％以上含有すると、不めっきが発生するばかりでなく、めっき浴組成物の溶融温度が高くなってめっき温度も高く設定しなければならず、鋼材の熱応力による変形が無視できなくなる。好ましくは、Ａｌの含有量が０．００１重量％以上であれば、Ｆｅ−Ｚｎ合金相抑制効果が期待できる。
【００２８】
また、Ｍｇは、Ａｌを添加したことによりめっき皮膜の光沢度が高くなることを抑制する働きがある。尚、Ｂｉはめっき皮膜の光沢度に影響を与えない。また、Ｍｇの微量添加によってめっき皮膜の膜厚が厚くなり、間接的に耐食性を高める働きをする。
【００２９】
前記溶融亜鉛めっき浴を用いて、鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成するには、先ず鋼材を脱脂、酸洗い、水洗した後、塩化亜鉛と塩化アンモニウムの混合水溶液若しくは塩化アンモニウムだけを含有する水溶液からなるフラックス液に浸漬した後、所定温度に設定した溶融亜鉛めっき浴に所定時間浸漬し、所定速度で引き上げ、空冷又は水冷し、鋼材の表面に所定厚さの溶融亜鉛めっき皮膜を形成するのである。具体的なめっき条件は、従来のＰｂを添加した溶融亜鉛めっきと何ら変わるところがない。つまり、めっき浴組成を変えるだけで、Ｐｂフリー及びＣｄフリーを達成できることは、工業的に有利である。
【００３０】
本発明では、めっき皮膜を形成した鋼材を再資源化する場合を考慮して、鉄スクラップが熱間加工性を損なわないように、Ｂｉ含有量を０．００５重量％より小さくなるようにしたのである。つまり、本発明は、めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００５重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定したのである。
【００３１】
ここで、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量について見積もってみる。その場合に、比重は、Ｆｅが７．８７、Ｚｎが７．１３、Ｂｉが９．８０で若干の違いはあるが、全て略等しいとして概算する。つまり、鋼材本体とめっき皮膜の比重は同じとして簡易に見積もる。膜厚５０μｍの溶融亜鉛めっき皮膜に、Ｂｉが上限の０．０５重量％（発明の上限よりも多いが、計算を簡単にするため敢えて上限とした）含有しているとすると、鋼板では表裏両面に合計１００μｍ（０．１ｍｍ）の皮膜が存在することになる。十分に広い鋼板を考えれば周囲に付着しためっき皮膜は無視できる。そこで、鋼板の厚さを１ｍｍとし、それを鉄スクラップにすると、Ｂｉ含有率は約１／１０以下になるので、Ｂｉ含有率は約０．００５重量％より小さくなる。従って、少なくとも１ｍｍ以上の厚さの鋼材であれば、Ｂｉ濃度が０．０５重量％のめっき皮膜の膜厚を５０μｍ以下にすれば、鉄スクラップにしても熱間加工性に悪影響を及ぼさない。この見積もりでは、体積に対して表面積の大きな鋼板を用いたが、本発明が主な対象とする鋼材は、鋼板よりも比表面積が小さいので、Ｂｉ含有量に対する条件はより緩くなる。通常、溶融亜鉛めっきを施す鋼材は、最も薄い部分でも数ｍｍ以上あるので、Ｂｉ含有量が上限の０．０５重量％であっても問題はない。
【００３２】
しかし、鋼材のスクラップを繰り返すと、Ｂｉの蓄積によって含有量が増大する。鋼材のスクラップを５回繰り返しても加工性と品質に問題がない程度に鉄スクラップのＢｉ含有量を抑制するためには、めっき皮膜を形成した鋼材の全重量に対するＢｉの割合が０．００１重量％より小さくなるように、めっき皮膜の膜厚とＢｉ含有量を設定することが好ましいのである。
【実施例１】
【００３３】
本発明に係る溶融亜鉛めっき浴を用いて鋼材の表面に溶融亜鉛めっき皮膜を形成した実施例を以下に説明し、Ｂｉを添加した効果を確認した。溶融亜鉛めっき浴は表１に示している。Ｂｉ濃度を０．０１３重量％、Ａｌ濃度を０．００６重量％に固定し、Ｍｇ濃度を０〜０．１０７重量％の範囲で変化させ、残部が不可避不純物とＺｎの溶融亜鉛めっき浴を用意した。ここで、不可避不純物中のＰｂ濃度は０．００１重量％未満、Ｃｄ濃度は０．０００１重量％未満であり、その他にＦｅ濃度が０．０３９重量％であった。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１の溶融亜鉛めっき浴を用い、次の表２に示しためっき条件で処理した。実際には、電気亜鉛を溶解させ、Ｍｇ量を少量ずつ添加し、浴中濃度を変化させた。めっき温度は４５０℃に固定し、めっき浸漬時間を７０〜３１７秒の間の３点とした。つまり、各Ｍｇ濃度で３通りのめっき温度で試験片にめっきを施した。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
溶融亜鉛めっき皮膜の膜厚は、株式会社サンコウ電子研究所製のＣＲＴ−２０００IIを使用して計測した。光沢度は、日本電色工業株式会社製のＰＧ−３Ｄを使用して計測した。また、明度は、コニカミノルタ株式会社製のＣＲ−３００を使用してマンセル値（Ｎ）を計測した。ここで、膜厚、光沢度、明度は、室温２０℃にて試験片の表裏５点ずつ１０点をそれぞれ計測し、その平均値を測定値とした。
【００３８】
図１は、浴中Ｍｇ濃度を、０、０．００５、０．０１９、０．０５７．０．１０７重量％と変化させた場合で、浸漬時間（めっき時間）が約９０秒、約１８０秒、約３００秒の場合のめっき皮膜の膜厚（μｍ）を示したグラフである。この結果、浸漬時間が増すと当然膜厚は厚くなる傾向があることを確認できた。また、図２は、浸漬時間が約１８０秒（約３分）の場合で、浴中Ｍｇ濃度の変化による膜厚の影響を見たグラフである。このことから、Ｍｇを添加しない場合よりも、Ｍｇを添加した場合の方が膜厚は若干厚くなった。この傾向は、他の浸漬時間でも略同様である。つまり、溶融亜鉛めっき浴にＭｇを若干添加して、浸漬時間を２〜５分程度にすれば、めっき皮膜の膜厚が４０〜５０μｍとなって、十分な耐食性を付与できることが分かる。ここで、浴中Ｍｇ濃度が０でなければ、膜厚に対する影響はＭｇ濃度の違いほどは顕著に現れないので、後述の光沢度によってめっき浴に添加するＭｇ濃度を決定している。
【００３９】
図３は、浴中Ｂｉ濃度の変化によるめっき皮膜の膜厚の変化の傾向を示したグラフである。Ａｌが０．００４重量％と不可避不純物を微量含み、Ｂｉ濃度を０．００１〜１．９５重量％と変化させ、めっき温度４５０℃、浸漬時間３分とした場合のめっき皮膜の膜厚の変化を測定したものである。めっき皮膜の膜厚に最も影響を及ぼすのが、めっき浴中Ｂｉ濃度である。従って、Ｂｉ濃度を設定することにより膜厚を概略決めることができる。本発明では、耐食性を考慮しつつ、Ｂｉの使用量を抑制するために、浴中Ｂｉ濃度を０．００５重量％以上０．０５重量％未満とした。それにより、めっき皮膜の厚さは、約３０〜５０μｍとなる。
【００４０】
図４は、浴中Ｍｇ濃度とめっき皮膜の光沢度の関係を示したグラフである。従来のＰｂを添加した溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度は約２５０程度であるが、Ａｌを添加すると光沢度は約３５０に高くなることが分かる。そして、浴中Ｍｇ濃度が増加するにつれて光沢度は低くなる傾向がある。具体的には、溶融亜鉛めっき浴中に、Ｍｇを０．００５重量％程度添加することにより、従来と同様な光沢度２５０程度に低下させることができ、Ｍｇ濃度の増加とともに光沢度が低下するが、Ｍｇ濃度が０．１重量％を超えると光沢度の低下率は減少し、光沢度約５０に収束する傾向がある。従って、本発明ではＭｇの添加による光沢度低減効果が期待できる範囲として、０．００５重量％以上０．３重量％以下とした。
【００４１】
実用的には、浴中Ｍｇ濃度を０．０３重量％以上０．１重量％以下とすれば、溶融亜鉛めっき皮膜の光沢度を２００〜５０とすることができ、従来のＰｂ添加の溶融亜鉛めっき皮膜に比べてギラギラ感を抑制することができ、環境に調和した溶融亜鉛めっき鋼材となるのである。
【００４２】
そして、図５は、浴中Ｍｇ濃度とめっき皮膜の明度（Ｎ）の関係を示したグラフである。Ｍｇ濃度の増加につれて明度は約８．５から約９．１程度まで略直線的に高くなる傾向があるが、前述のＭｇ濃度の範囲では変化は限定的である。めっき皮膜の明度が高くなると、表面が白っぽくなるが、光沢度ほど外観性に与える影響は大きくない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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