(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板表面に形成された皮膜の膜厚均一性を評価する膜厚均一性評価方法であって、
グロー放電発光分光法を利用して金属板の構成元素の深さ方向の発光強度とスパッタ時間との関係を示すＧＤＳプロファイルを測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定されたＧＤＳプロファイルの形状を近似する関数を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された関数を用いて前記皮膜の膜厚均一性を評価する評価ステップと、
を含み、
前記関数は、Ｈｉｌｌ関数であり、前記評価ステップは、前記算出ステップにおいて算出されたＨｉｌｌ関数のＨｉｌｌ係数を用いて前記皮膜の膜厚均一性を評価するステップを含むことを特徴とする膜厚均一性評価方法。
【請求項２】
前記評価ステップは、標準試料について算出された関数と評価対象の試料について算出された関数とを比較することによって、該評価対象の試料における前記皮膜の膜厚均一性を評価するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の膜厚均一性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板表面に形成された皮膜の膜厚均一性を評価する膜厚均一性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、耐食性などの特性を鋼板等の金属板に付与するために、冷延鋼板や亜鉛めっき鋼板などの様々な種類の鋼板等の金属板表面に種々の皮膜を塗布することが行われている。しかしながら、一般に皮膜は複雑な成分によって形成されているために、皮膜の塗布条件や乾燥条件によっては皮膜の膜厚が金属板表面の面内方向で不均一になることがある。皮膜の膜厚が不均一である場合、皮膜の外観や金属板の耐食性などに悪影響が生じる。このため、金属板表面に皮膜を塗布する際には、皮膜の膜厚均一性を評価する必要がある。このような背景から、近年、皮膜の膜厚均一性を評価する方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、皮膜が形成された基材に光を照射し、光の透過量を測定することによって皮膜の膜厚均一性を評価する方法が開示されている。また、特許文献２には、皮膜の静電容量に基づいて皮膜の膜厚均一性を評価する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２１２９７号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の評価方法は、光の透過量を用いて皮膜の膜厚均一性を評価するものであるために、皮膜および基材が光を透過しない場合には、皮膜の膜厚均一性を評価することができない。また、特許文献２記載の評価方法は、数ｍｍ以上の広がりを有する膜厚分布しか測定することができない。すなわち、特許文献１，２記載の評価方法では、光を透過しない皮膜および基材であって、膜厚分布の広がりが１００［μｍ］以下の目視できない範囲内にある皮膜の膜厚均一性を評価することができない。
【０００５】
なお、このような問題点を解決するために、例えば機械研磨や収束イオンビーム法などを利用して断面観察用試料を作製し、光学顕微鏡や電子顕微鏡を利用して皮膜の膜厚均一性を評価する方法を用いることが考えられる。しかしながら、この方法では、試料の前処理に多くの労力および時間を要する上に、試料の部分領域における断面を観察して膜厚均一性を評価することになるために、評価結果が試料の全ての領域に適用できるとは限らない。一方、２次元で皮膜の膜厚分布を評価する方法として、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属している波長分散型Ｘ線分光器あるいはエネルギー分散型Ｘ線分光器を利用したＸ線分光法が知られている。このＸ線分光法を利用して皮膜の膜厚均一性を評価した場合、断面観察試料を作製する場合と比較して、試料の前処理に要する労力を大幅に削減することができる。しかしながら、Ｘ線分光法を利用して膜厚均一性を評価する場合には、１視野あたり数十分から数時間程度の測定時間が必要になるために、膜厚均一性の評価に多くの時間を要する。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、光を透過しない皮膜および基材であって、膜厚分布の広がりが１００［μｍ］以下の目視できない範囲内にある皮膜の膜厚均一性を簡便、且つ、迅速に評価可能な膜厚均一性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る膜厚均一性評価方法は、金属板表面に形成された皮膜の膜厚均一性を評価する膜厚均一性評価方法であって、グロー放電発光分光法を利用して金属板の構成元素の深さ方向のプロファイルを測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定されたプロファイルの形状を近似する関数を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された関数を用いて前記皮膜の膜厚均一性を評価する評価ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る膜厚均一性評価方法は、上記の発明において、前記関数が、Ｈｉｌｌ関数であり、前記評価ステップが、前記算出ステップにおいて算出されたＨｉｌｌ関数のＨｉｌｌ係数を用いて前記皮膜の膜厚均一性を評価するステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る膜厚均一性評価方法は、上記の発明において、前記評価ステップが、標準試料について算出された関数と評価対象の試料について算出された関数とを比較することによって、該評価対象の試料における前記皮膜の膜厚均一性を評価するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る膜厚均一性評価方法によれば、光を透過しない皮膜および基材であって、膜厚分布の広がりが１００［μｍ］以下の目視できない範囲内にある皮膜の膜厚均一性を簡便、且つ、迅速に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ＥＰＭＡ装置を利用したＳｉのマッピング結果の一例を示す図である。
【図２】図２は、Ｆｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルの一例を示す図である。
【図３】図３は、深さ方向ＧＤＳプロファイルにフィッティングしたＨｉｌｌ関数の一例を示す図である。
【図４】図４は、Ｈｉｌｌ係数とＳｉ強度の標準偏差との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る膜厚均一性評価方法について説明する。
【００１３】
本発明の発明者らは、鋼板に形成された膜厚分布の度合いが異なる複数の皮膜についてグロー放電発光分光法（ＧＤＳ）を用いた深さ方向分析を行った結果、鋼板の構成元素であるＦｅの深さ方向ＧＤＳプロファイル（発光強度とスパッタ時間との関係）の皮膜／鋼板界面に対応する領域の広がりが皮膜間で異なることを知見した。そして、本発明の発明者らは、Ｆｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルの皮膜／鋼板界面に対応する領域の広がりを皮膜の膜厚均一性の評価指標として用いることによって、光を透過しない皮膜および基材であって、膜厚分布の広がりが１００［μｍ］以下の目視できない範囲内にある皮膜の膜厚均一性を簡便、且つ、迅速に評価できることを見出した。
【００１４】
具体的には、板厚１．２［ｍｍ］の鋼板（ＳＰＣＧ（ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１（２００９））を幅１５０［ｍｍ］および長さ３００［ｍｍ］の大きさに切り出した鋼板試料表面に対してシリカと樹脂成分とから成る処理液をロールコーターで塗布し、熱風焼き付け炉によって焼き付け温度（到達鋼板温度）２５０［℃］で焼き付けた後、常温に放冷することによって、皮膜付着量０．５［ｇ／ｍ２］の皮膜を鋼板試料表面上に形成した。そして、このようにして作製した皮膜の膜厚分布をＥＰＭＡ装置で評価した。ＥＰＭＡ装置は日本電子（株）製ＪＸＡ−８１００を用い、測定条件は以下の通りとした。
【００１５】
〔測定条件〕
加速電圧：１０［ｋＶ］
入射電子電流：０．１［μＡ］
プローブ径：最小サイズ（１［μｍ］程度）
Ｄｗｅｌｌ時間：５０［ｍｓ］
測定間隔：０．５［μｍ］
測定点数：縦３００［個］×横３００［個］
【００１６】
ＥＰＭＡ装置で皮膜の膜厚分布を評価したところ、皮膜構成元素であるＳｉのマッピング結果はほとんどの試料において図１（ａ）に示すようになり、皮膜の均一な膜厚分布が確認された。しかしながら、一部の試料ではＳｉのマッピング結果は図１（ｂ）に示すようになり、皮膜の不均一な膜厚分布が確認された。そこで、各試料について試料の皮膜下にある鋼板素地の構成元素であるＦｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルをＧＤＳ装置で評価した。その結果、図２に示すように、皮膜の膜厚分布が均一な試料から得られたＦｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルＰ１の立ち上がりが、皮膜の膜厚分布が不均一な試料から得られたＦｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルＰ２の立ち上がりよりも急峻であることが確認された。
【００１７】
これは、皮膜の膜厚分布が不均一である場合、皮膜の膜厚が薄い部分と皮膜の膜厚が厚い部分とでは鋼板が露出するまでの時間が異なるために、Ｆｅの発光強度のばらつきが大きくなり、結果として、Ｆｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルの立ち上がりが皮膜の膜厚が均一である場合に比べて緩慢になるためであると考えられる。従って、鋼板素地の構成元素の深さ方向ＧＤＳプロファイルの立ち上がりの急峻さを指標とすることによって、皮膜の膜厚均一性を評価することができる。なお、ＧＤＳ装置としては、理学電機工業（株）製Ｓｙｓｔｅｍ３５８０を用い、直流モード，電極サイズφ４［ｍｍ］，Ａｒガス流量２５０［ｃｃ／ｍｉｎ］，電流２０［ｍＡ］で測定した。また、測定に要した時間は、ＥＰＭＡ装置で７５［分］程度であったのに対して、ＧＤＳ装置では６０［秒］となり、大幅に短縮することができる。
【００１８】
次に、本発明の発明者らは、深さ方向ＧＤＳプロファイルの立ち上がりの急峻さを定量的に測定する方法について検討した。その結果、図３に示すように、深さ方向ＧＤＳプロファイルＰは、Ｈｉｌｌ関数Ｆで近似できることを知見した。Ｈｉｌｌ関数はタンパク質や酵素の反応の近似式としてよく用いられている関数であり、以下に示す数式（１）のように表すことができる。以下に示す数式（１）中のパラメータ“Ｈｉｌｌ係数”は、深さ方向ＧＤＳプロファイルＰの立ち上がりの急峻さを表す数値であり、その値が大きいほど、皮膜の膜厚分布が均一であるといえる。以上のことから、皮膜の膜厚均一性が高い標準試料から求められたＨｉｌｌ係数と評価対象の試料から求められたＨｉｌｌ係数とを比較することによって、評価対象の試料における皮膜の膜厚均一性を評価することができる。
【数１】
0005754297.tif 000002
【００１９】
なお、上述の評価では、Ｈｉｌｌ関数を用いて皮膜の膜厚均一性を評価したが、例えばシグモイド関数などのＨｉｌｌ関数以外の関数で深さ方向ＧＤＳプロファイルを近似し、Ｈｉｌｌ関数以外の関数で同様にして皮膜の膜厚均一性を評価してもよい。また、上述の評価では、関数の係数値を比較することによって皮膜の膜厚均一性を評価したが、算出された関数の積分値を用いて皮膜の膜厚均一性を評価してもよい。さらに、この場合、関数を算出しなくても深さ方向ＧＤＳプロファイルの強度の積算値を積分値の代わりとして求めるようにしてもよい。
【００２０】
〔実施例〕
板厚１．２［ｍｍ］の鋼板（ＳＰＣＧ（ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１（２００９））を幅１５０［ｍｍ］および長さ３００［ｍｍ］の大きさに切り出した鋼板試料表面に対してシリカと樹脂成分とから成る処理液をロールコーターで塗布し、熱風焼き付け炉によって焼き付け温度（到達鋼板温度）２５０［℃］で焼き付けた後、常温に放冷することによって、皮膜付着量０．５［ｇ／ｍ２］の皮膜を鋼板試料表面上に形成した。そして、このようにして作製した皮膜付き鋼板から３０ｍｍ角の小片を実施例の試料として切り出し、Ｆｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルをＧＤＳ装置で評価した。ＧＤＳ装置は理学電機工業（株）製Ｓｙｓｔｅｍ３５８０を用い、測定条件は以下の通りとした。また、測定されたＦｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルをＨｉｌｌ関数で近似し、近似されたＨｉｌｌ関数のＨｉｌｌ係数を皮膜の膜厚均一性の評価指標として算出した。
【００２１】
〔測定条件〕
測定モード：直流モード
電極サイズ：φ４［ｍｍ］
Ａｒガス流量：２５０［ｃｃ／ｍｉｎ］
電流：２０［ｍＡ］
【００２２】
〔比較例〕
板厚１．２［ｍｍ］の鋼板（ＳＰＣＧ（ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１（２００９））を幅１５０［ｍｍ］および長さ３００［ｍｍ］の大きさに切り出した鋼板試料表面に対してシリカと樹脂成分とから成る処理液をロールコーターで塗布し、熱風焼き付け炉によって焼き付け温度（到達鋼板温度）２５０［℃］で焼き付けた後、常温に放冷することによって、皮膜付着量０．５［ｇ／ｍ２］の皮膜を鋼板試料表面上に形成した。そして、このようにして作製した皮膜付き鋼板から１０ｍｍ角の小片を比較例の試料として切り出し、この比較例の試料の表面におけるＳｉ強度分布をＥＰＭＡ装置で評価した。ＥＰＭＡ装置は日本電子（株）製ＪＸＡ−８１００を用い、測定条件は以下の通りとした。また、測定されたＳｉ強度分布からＳｉ強度の標準偏差を皮膜の膜厚均一性の評価指標として算出した。
【００２３】
〔測定条件〕
加速電圧：１０［ｋＶ］
入射電子電流：０．１［μＡ］
プローブ径：最小サイズ（１［μｍ］程度）
Ｄｗｅｌｌ時間：５０［ｍｓ］
測定間隔：０．５［μｍ］
測定点数：縦３００［個］×横３００［個］
【００２４】
〔評価〕
表１に、皮膜の付着量とＨｉｌｌ係数およびＳｉ強度の標準偏差との関係を示す。また、図４にＨｉｌｌ係数とＳｉ強度の標準偏差との関係を示す。図４から明らかなように、Ｈｉｌｌ係数とＳｉ強度の標準偏差とは相関関係にあり、Ｓｉ強度の標準偏差が小さい、すなわち皮膜の膜厚均一性が高いほど、Ｈｉｌｌ係数は大きくなる。一方、Ｓｉ強度の標準偏差が大きい、すなわち皮膜の膜厚均一性が低いほど、Ｈｉｌｌ係数が大きくなる。従って、Ｆｅの深さ方向ＧＤＳプロファイルをＨｉｌｌ関数で近似したときのＨｉｌｌ係数を用いることによって、皮膜の膜厚均一性を評価することができる。
【００２５】
【表１】
0005754297.tif 000003
【図２】
0005754297.tif 000004
【図３】
0005754297.tif 000005
【図４】
0005754297.tif 000006
【図１】
0005754297.tif 000007