(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の鋼帯を連続的に溶接してウェブ及びフランジが形成された溶接Ｈ形鋼における前記ウェブと前記フランジとの溶接部に対して、少なくとも亜鉛を含有する亜鉛含有粒子を、ヘリウムガスを利用して、噴射温度０℃〜３７０℃、噴射圧力０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ、かつ、噴射速度１０００ｍ／ｓｅｃ〜１７００ｍ／ｓｅｃで噴射し、前記溶接部上に亜鉛含有皮膜を形成する、亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項２】
更に、前記ウェブの端面に対して、前記亜鉛含有粒子を、ヘリウムガスを利用して、前記噴射圧力及び前記噴射速度で噴射し、前記端面上に前記亜鉛含有皮膜を形成する、請求項１に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項３】
前記亜鉛含有粒子の平均粒径が、１μｍ〜２００μｍである、請求項１又は２に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項４】
前記溶接Ｈ形鋼を製造する製造ラインのラインスピードは、１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２５００ｍｍ／ｓｅｃである、請求項１〜３の何れか１項に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項５】
前記亜鉛含有粒子の前進角を、噴射位置での前記溶接Ｈ形鋼の接平面の法線方向に対して０度〜２０度傾斜させた角度とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項６】
前記亜鉛含有粒子を噴射させるための噴射ノズルの先端と、噴射位置との間の離隔距離を、１０ｍｍ〜５０ｍｍとする、請求項１〜５の何れか１項に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項７】
前記亜鉛含有粒子は、亜鉛粒子又は亜鉛合金粒子である、請求項１〜６の何れか１項に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【請求項８】
前記亜鉛合金粒子は、Ｚｎ−２％Ａｌ、Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−５５％Ａｌ、又は、Ｚｎ−１〜３％Ａｌ−１〜３％Ｍｇの何れかである、請求項７に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛含有皮膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接軽量Ｈ形鋼は、熱間圧延鋼帯、冷間圧延鋼帯、又は、めっき鋼帯を利用し、連続した高周波抵抗溶接（高周波接触抵抗溶接又は高周波誘導抵抗溶接）の併用によって成形されたＨ形鋼である。溶接軽量Ｈ形鋼は、主に、プレファブ住宅・構造物の柱・梁等の建築構造材として用いられる。近年、溶接軽量Ｈ形鋼は、鉄骨造だけでなく、在来工法の木造住宅における柱・梁などの材料として用いられており、その需要が拡大している。
【０００３】
溶接軽量Ｈ形鋼には、その耐食性を向上させるために、表面処理が実施されるが、かかる表面処理の方法として、鋼板を溶接してウェブ及びフランジを形成した後に塗装する方法と、めっき鋼板を溶接してウェブ及びフランジを形成してＨ形鋼を製造する方法と、がある。
【０００４】
ここで、前者の方法としては、例えば以下の特許文献１に開示されているように、溶接Ｈ形鋼の溶接部に対して、吹き付け塗装法によりアルミニウム添加型水溶性塗料の塗膜を形成する技術が開示されている。
【０００５】
また、後者の方法としては、溶接によって受けるめっきのダメージを補修するために、例えば以下の特許文献２に開示されているように、溶融亜鉛めっき溶接Ｈ形鋼において、めっきかす除去後の整形溶接ビード部付近に亜鉛吹き付け塗装を実施して、かかるビード部を補修する技術が開示されている。
【０００６】
その他、溶接軽量Ｈ形鋼以外の分野における溶接部の補修技術としては、以下の特許文献３に開示されているように、鋼板同士を溶接接合して形成された鋼製部材の溶接部に対して亜鉛粒子を噴射して、溶接部を亜鉛層で被覆する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７５８１４号公報
【特許文献２】特開平７−９１５１号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３７９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている技術によれば、塗料によっては乾燥後の塗膜とめっきとの色差はほとんどなくすことができ、外観は良好であるが、耐食性（犠牲防食性）が必ずしも十分ではない。この点、上記特許文献３に開示されている技術は、犠牲防食性を示す亜鉛層を形成可能な点で優れている。
【０００９】
ここで、上記特許文献３に開示されているようなコールドスプレー技術を鋼板に対して適用する場合、使用するキャリアガスの種別や、噴射する粒子の噴射速度や噴射圧力といった諸条件を、被処理体に合わせて最適化する必要がある。特に、上記特許文献３で開示されている方法は、アーク溶接によって製造された鋼板に対してコールドスプレー技術を適用するものであるが、溶接Ｈ形鋼の製造で利用される高周波抵抗溶接は、アーク溶接よりも高速な溶接技術である。従って、鋼板を対象とする上記特許文献３に係るコールドスプレー技術を、溶接Ｈ形鋼の溶接部にそのまま適用することはできない。
【００１０】
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、コールドスプレー技術を利用して溶接Ｈ形鋼の溶接部の耐食性をより向上させることが可能な、亜鉛含有皮膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記特許文献３に開示されているようなコールドスプレー技術を溶接Ｈ形鋼の溶接部に対して利用するために、コールドスプレーを実施する際の諸条件について、詳細な検討を行った。その結果、溶接Ｈ形鋼の溶接部の耐食性をより向上させつつ、かつ、形成される被膜の密着性をも向上させることが可能な諸条件を見出すことができた。本発明は、かかる知見をもとに完成されたものである。
かかる知見に基づく本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１２】
（１）所定の鋼帯を連続的に溶接してウェブ及びフランジが形成された溶接Ｈ形鋼における前記ウェブと前記フランジとの溶接部に対して、少なくとも亜鉛を含有する亜鉛含有粒子を、ヘリウムガスを利用して、噴射温度０℃〜３７０℃、噴射圧力０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ、かつ、噴射速度１０００ｍ／ｓｅｃ〜１７００ｍ／ｓｅｃで噴射し、前記溶接部上に亜鉛含有皮膜を形成する、亜鉛含有皮膜の形成方法。
（２）更に、前記ウェブの端面に対して、前記亜鉛含有粒子を、ヘリウムガスを利用して、前記噴射圧力及び前記噴射速度で噴射し、前記端面上に前記亜鉛含有皮膜を形成する、（１）に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（３）前記亜鉛含有粒子の平均粒径が、１μｍ〜２００μｍである、（１）又は（２）に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（４）前記溶接Ｈ形鋼を製造する製造ラインのラインスピードは、１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２５００ｍｍ／ｓｅｃである、（１）〜（３）の何れか１つに記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（５）前記亜鉛含有粒子の前進角を、噴射位置での前記溶接Ｈ形鋼の接平面の法線方向に対して０度〜２０度傾斜させた角度とする、（１）〜（４）の何れか１つに記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（６）前記亜鉛含有粒子を噴射させるための噴射ノズルの先端と、噴射位置との間の離隔距離を、１０ｍｍ〜５０ｍｍとする、（１）〜（５）の何れか１つに記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（７）前記亜鉛含有粒子は、亜鉛粒子又は亜鉛合金粒子である、（１）〜（６）の何れか１つに記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
（８）前記亜鉛合金粒子は、Ｚｎ−２％Ａｌ、Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−５５％Ａｌ、又は、Ｚｎ−１〜３％Ａｌ−１〜３％Ｍｇの何れかである、（７）に記載の亜鉛含有皮膜の形成方法。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、コールドスプレー技術を利用して、溶接Ｈ形鋼の溶接部の耐食性をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接Ｈ形鋼の構造を模式的に示した説明図である。
【図２】コールドスプレー装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図３】キャリアガスの噴射温度と噴射速度との間の関係を示したグラフ図である。
【図４】スプレーガンと基材との間の離隔距離及びスプレーガンの前進角について説明するための説明図である。
【図５Ａ】試験例におけるスケール除去性の結果を示したグラフ図である。
【図５Ｂ】試験例における成膜性の結果を示したグラフ図である。
【図６】試験例で得られたサンプルの断面ＳＥＭ写真の一例である。
【発明を実施するための形態】
【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。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
（溶接Ｈ形鋼について）
以下では、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る溶接軽量Ｈ形鋼（以下、単に、「溶接Ｈ形鋼」ともいう。）について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼の構造を模式的に示した説明図である。
【００１７】
本実施形態に係る溶接軽量Ｈ形鋼１は、例えば、熱間圧延鋼帯、冷間圧延鋼帯、又は、亜鉛系めっき鋼帯を巻き取ったコイルを母材として利用する。ここで、亜鉛系めっき鋼帯を利用して製造される溶接Ｈ形鋼は、めっき溶接Ｈ形鋼となる。溶接Ｈ形鋼１は、上記のような鋼帯を巻き取ったコイルを巻き戻し所定幅にスリットしてウェブ用鋼帯としたものと、上記のような鋼帯を巻き取ったコイルを巻き戻してフランジ用鋼帯としたものと、を当接させた状態で、高周波抵抗溶接等によって連続的に溶接することで、製造される。
【００１８】
このようにして製造される溶接Ｈ形鋼１は、図１に模式的に示したように、互いに対向するように設けられた２つのフランジ３と、２つのフランジ３を連結するウェブ５と、から構成されている。
【００１９】
本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１において、フランジ３又はウェブ５の幅及び厚みについては、特に限定されるものではない。典型的な溶接Ｈ形鋼１では、
フランジ３：幅７５ｍｍ〜１２５ｍｍ、厚み３．２ｍｍ〜６．０ｍｍ
ウェブ５：高さ１００ｍｍ〜３００ｍｍ、厚み３．２ｍｍ〜４．５ｍｍ
程度の大きさである。
【００２０】
本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１では、先だって説明したように、フランジ３となる鋼帯と、ウェブ５となる鋼帯とが、溶接処理によって連結される。従って、フランジ３とウェブ５との連結部には、図１に模式的に示したように、溶接部７が形成される。
【００２１】
本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１において、フランジ３となる鋼帯と、ウェブ５となる鋼帯とは、圧接されるため、溶接直後には、ビード１３が発生する。本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１では、溶接後にビード１３をローラ等によって押しつぶすことで成形処理が施されており、ビード１３は、図１に模式的に示したように、側面から見た形状が略三角形状となっている。従って、本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１において、ビード１３が略三角形状となって存在している部分を、溶接部７として考えることができる。
【００２２】
また、母材とする鋼帯として亜鉛系めっき鋼帯を利用する場合には、母材となる鋼板（以下、単に、「母材鋼板」ともいう。）１１の表層には、亜鉛系めっき層が形成されている。しかしながら、高周波抵抗溶接によって発生する熱やビードの成形処理により、溶接部７には、亜鉛系めっき層が存在していない。従って、亜鉛系めっき鋼帯を母材として利用する場合には、本実施形態に係る溶接Ｈ形鋼１において、フランジ３とウェブ５との連結部分とその近傍の領域であり、かつ、亜鉛系めっき層が存在していない部分を、溶接部７として考えることができる。
【００２３】
なお、ビード１３は、成形された溶接金属であり、母材鋼板１１の成分、酸化物（スケール）を含み、母材として亜鉛系めっき鋼帯を用いる場合には、亜鉛系めっき層の成分等がビード１３に含有されることもある。また、フランジ３の端面９は、亜鉛系めっき鋼帯の切断面であり、亜鉛系めっき層が存在していないことが多い。更に、溶接部７や端面９は、水が溜まり易い形状であり、腐食が進行し易い部位である。従って、亜鉛系めっき層が存在していない溶接部７及び端面９は、その他の部分に比べて、耐食性が劣っている。
【００２４】
ここで、母材鋼板１１については、特に限定されるものではなく、通常、熱間圧延鋼板や冷間圧延鋼板の原板として使用される鋼板を、適宜利用することが可能である。これらの原板の製造法、材質等も特に限定されるものではなく、通常の鋼片製造工程から熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等の工程を経て製造されるものを利用すればよい。なお、熱間圧延鋼板や冷間圧延鋼板の鋼帯に、防錆油、化成処理剤や塗料などの防食処理を施して用いる場合も、溶接部７及び端面９の耐食性がその他の部分に比べて劣るという問題は、亜鉛系めっき鋼帯を用いた場合と同様に生じる。
【００２５】
また、めっき溶接Ｈ形鋼を製造する場合には、上記のような鋼帯の表面に亜鉛系めっき層が形成されたものを原板として利用することも可能である。この場合に、母材鋼板１１の表面に形成されている亜鉛系めっき層の種類についても、特に限定されるものではなく、溶融亜鉛めっきや電気亜鉛めっき等といった公知の亜鉛系めっき処理を利用して、亜鉛系めっき層を形成することが可能である。また、めっき成分についても特に限定されるものではなく、純亜鉛めっきであってもよいし、亜鉛合金系めっきであってもよい。亜鉛合金系めっきの成分としては、例えば、Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−５５％Ａｌ、又は、Ｚｎ−１〜３％Ａｌ−１〜３％Ｍｇ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
なお、母材鋼板１１や、場合によっては亜鉛系めっき層の上層に、各種の化成処理皮膜層等の公知の後処理層（図示せず。）が形成されていてもよい。
【００２７】
（亜鉛含有皮膜の形成方法について）
図１に示したような溶接部７は、亜鉛系めっき層は消失し、ビードの成形処理によってスケールが破砕され、母材鋼板が露出している場合があり、腐食する可能性が高い。また、図１に示したフランジ３の端面９においても、切断面であることにより母材鋼板が露出していることから、腐食する可能性が高い。従って、溶接部７や端面９の耐食性を向上させるために、犠牲防食性を有する亜鉛含有皮膜１０１を、溶接部７や端面９の表面に形成することが好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の製造方法では、上記特許文献３にも開示されているようなコールドスプレー技術を利用して、製造ラインを連続的に搬送されている溶接Ｈ形鋼１の溶接部７や端面９の表面上に、亜鉛含有皮膜１０１を形成する。
【００２９】
ここで、先だって説明したように、溶接Ｈ形鋼１の製造ラインでは、高周波抵抗溶接を利用してフランジ用鋼帯とウェブ用鋼帯とが溶接されている。かかる高周波抵抗溶接は生産性に優れており、１００ｍｍ／ｓ以上のラインスピードで溶接Ｈ形鋼の製造が行われる。また、将来的には、例えば、２５００ｍｍ／ｓ等という高速なラインスピードでの製造も行われるようになると考えられる。従って、１００ｍｍ／ｓ程度のラインスピードから、２５００ｍｍ／ｓ程度のラインスピードであっても亜鉛含有皮膜を形成することが可能な方法が、求められていた。以下で詳述する本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の形成方法は、上記のようなラインスピードにおいても、溶接部７や端面９の表面に亜鉛含有皮膜１０１を形成可能である。
【００３０】
コールドスプレー技術では、皮膜形成に利用する粒子を、対象とする部位の硬さや形成される被覆層に求める特性等に応じて適切に選択し、かかる粒子を適切な噴射条件で噴射させることが重要である。溶接Ｈ形鋼１においては、溶接部７や端面９に対して犠牲防食性を有する皮膜を形成することが好ましいことから、かかる粒子としては、鉄に対して犠牲防食性を有する元素である亜鉛が含有された粒子を使用する。
【００３１】
かかる亜鉛含有粒子としては、亜鉛粒子又は亜鉛合金粒子を使用することができる。また、亜鉛合金粒子としては、特に限定されるものではなく、公知の亜鉛合金の粒子を使用することが可能である。かかる亜鉛合金としては、例えば、Ｚｎ−２％Ａｌ、Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ、Ｚｎ−５５％Ａｌ、Ｚｎ−１〜３％Ａｌ−１〜３％Ｍｇ等を挙げることができる。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の形成方法では、かかる亜鉛含有粒子の平均粒径が、１μｍ〜２００μｍであることが好ましい。亜鉛含有粒子の平均粒径が１μｍ未満である場合には、亜鉛含有粒子が溶接部７や端面９と衝突する直前に減速してしまうといった、摩擦による影響を受けてしまう。また、亜鉛含有粒子の平均粒径が２００μｍ超過である場合には、皮膜形成対象である溶接部７や端面９の表面形状（すなわち、表面の凹凸）の影響を受けてしまい、緻密な亜鉛含有皮膜１０１を形成することが困難となる。亜鉛含有粒子の平均粒径は、より好ましくは、３μｍ〜１００μｍである。なお、かかる亜鉛含有粒子の平均粒径は、例えば、動的光散乱法、誘導回折格子法、レーザー回折・散乱法等の公知の方法により測定することが可能である。
【００３３】
コールドスプレー技術は、固相状態の粒子を不活性ガスとともに超音速流で基材に衝突させて粒子自体を塑性変形させることで、基材上に皮膜を形成する技術である。かかるコールドスプレー技術は、例えば図２に模式的に示したような、コールドスプレー装置を利用する。図２は、コールドスプレー装置の構成を模式的に示した説明図である。
【００３４】
コールドスプレー装置では、図２に示したように、キャリアガス供給ラインにより、キャリアガスとして用いる不活性ガスを所定のガス圧まで加圧しつつ、ヒータによってキャリアガスを加熱して、粒子の噴射に用いられるコールドスプレーガン（以下、単に「スプレーガン」ともいう。）まで供給する。同時に、コールドスプレー装置では、噴射ガス供給ラインにより、固相状態の粒子を所望のガス圧のキャリアガスで加速させて、スプレーガンまで供給する。スプレーガンには、所定の直径を有する噴射ノズルが装着されており、かかる噴射ノズルから粒子が噴射される。なお、粒子の噴射温度を室温よりも低下させる場合には、キャリアガス供給ラインに配設されたヒータに代えて、冷却装置を配設すればよい。
【００３５】
このようなコールドスプレー装置を利用して亜鉛含有粒子を噴射するに際して、亜鉛含有粒子の噴射条件は、重要な因子となる。このような噴射条件としては、例えば、噴射に利用するキャリアガスの種類、亜鉛含有粒子の噴射圧力及び噴射速度がある。また、これら以外の噴射条件として、例えば、スプレーガンに設けられる噴射ノズルの径や、噴射ノズルの前進角や、噴射ノズルと対象物との間の離隔距離等も挙げることができる。
【００３６】
本発明者らは、これらの噴射条件について、溶接Ｈ形鋼１の溶接部７や端面９に対して亜鉛含有皮膜１０１を形成するために鋭意検討を行って、以下に示すような適切な条件に想到した。
【００３７】
亜鉛含有粒子を噴射させる噴射条件において、キャリアガスとして用いられる不活性ガスは、粒子の噴射速度や噴射温度を決定する上で重要な条件となる。コールドスプレー技術に利用可能な不活性ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを挙げることができる。ここで、亜鉛含有粒子を超音速流で噴射させるためには、所望の噴射速度を実現することが重要となるが、噴射速度は、キャリアガスとして用いられる分子の分子量に依存する。
【００３８】
図３は、キャリアガスの温度と音速との間の関係を示したグラフ図であり、ガス圧力が２ＭＰａである場合における、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、水素（Ｈ２）ガスの温度と音速との間の関係を示している。これら３種類のガスの分子量は、それぞれ、水素ガス：２、ヘリウムガス：４、窒素ガス：２８、程度である。
【００３９】
図３から明らかなように、分子量が小さくなるにつれて、実現されるガスの噴射速度は速くなることがわかる。また、ある一つのガスに注目してみれば、ガスの噴射速度が大きくなるほど、実現されるガスの温度は高くなることがわかる。また、ガス圧力が２ＭＰａよりも高くなると、図３に示した曲線は全体的に縦軸上方に平行移動し、ガス圧力が２ＭＰａよりも低くなると、図３に示した曲線は全体的に縦軸下方に平行移動する。
【００４０】
ここで、以下の実施例に示すように、窒素（Ｎ２）ガスを用いた場合には、上記のような亜鉛含有粒子を、溶接部７や端面９に付着させることは出来なかった。従って、上記のような亜鉛含有粒子を噴射させて溶接部７や端面９に付着させるためには、窒素ガスで実現される噴射速度では不十分であることが明らかとなった。従って、本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の形成方法では、キャリアガスとしてヘリウムガスを利用することとする。また、ヘリウムガスよりも高速な噴射速度が実現可能なキャリアガスとして、図３に示したように水素ガスがあるが、水素ガスは反応性が高く、安全性の観点から、キャリアガスとして水素ガスを用いることは好ましくない。
【００４１】
また、キャリアガスの圧力（すなわち、亜鉛含有粒子を噴射させる際の噴射圧力）は、０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａとする。キャリアガスの圧力が０．５ＭＰａ未満である場合には、亜鉛含有粒子により下地鋼を十分に研創することができず、亜鉛含有粒子を溶接部７や端面９に付着させることができない。また、キャリアガスの圧力が１０ＭＰａ超過である場合には、亜鉛含有粒子が溶接部７や端面９の表面で跳ね返ってしまい、亜鉛含有粒子を付着させることができない。キャリアガスの圧力は、好ましくは、１ＭＰａ〜５ＭＰａであり、より好ましくは、１．５ＭＰａ〜３ＭＰａである。
【００４２】
更に、キャリアガスの速度（すなわち、亜鉛含有粒子を噴射させる際の噴射速度）は、１０００ｍ／ｓｅｃ〜１７００ｍ／ｓｅｃとする。亜鉛含有粒子の噴射速度が１０００ｍ／ｓｅｃ未満である場合には、溶接部７のビード１３に存在するスケール等を除去することができず、亜鉛含有粒子がスケール等の上に島状に付着してしまう。その結果、溶接部７や端面９の防錆性及び十分な皮膜密着性を実現することができない。また、亜鉛含有粒子の噴射速度が１７００ｍ／ｓｅｃ超過である場合には、亜鉛含有粒子が必要以上に加熱されてしまい、亜鉛含有粒子が溶融する可能性が高くなる。そこで、亜鉛含有粒子の噴射速度を１０００ｍ／ｓｅｃ〜１７００ｍ／ｓｅｃとすることで、溶接部７のビード１３や端面９の防錆性を実現するとともに、いわゆるアンカー効果を発現させて、亜鉛含有皮膜１０１を高い密着性を維持しつつ形成することが可能となる。亜鉛含有粒子の噴射速度は、より好ましくは、１２００ｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍ／ｓｅｃである。
【００４３】
ここで、上記のような亜鉛含有粒子の噴射圧力及び噴射速度は、図２に示したようなコールドスプレー装置における圧力計を参照しながら、各種のノズル等を人手又はコンピュータ等の制御装置により適切に制御することで、容易に調整することが可能である。
【００４４】
なお、コールドスプレー技術は、固相状態の粒子を噴射させる技術であり、溶融状態にある粒子を噴射させる溶射技術とは異なる。従って、上記のようなキャリアガスの圧力及び亜鉛含有粒子の噴射速度で実現される亜鉛含有粒子の噴射温度は、亜鉛含有粒子の融点以下とする。ここで、亜鉛担体の融点は４１２℃程度であるため、亜鉛含有粒子の噴射温度は、０℃〜３７０℃とすることが好ましい。亜鉛含有粒子の噴射温度が０℃未満である場合には、亜鉛含有粒子の塑性変形性が低下して皮膜を形成することができず、好ましくない。また、亜鉛含有粒子の噴射温度が３７０℃超過である場合には、亜鉛含有粒子が溶融してしまう可能性が高くなり、好ましくない。亜鉛含有粒子の噴射速度は、より好ましくは、１００℃〜３７０℃である。
【００４５】
上記のような亜鉛含有粒子の噴射圧力及び噴射速度を実現するためには、図２模式的に示したようなスプレーガンに設けられる噴射ノズルの直径（図２におけるｄ）を、例えば、８ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。噴射ノズルの直径が８ｍｍ未満である場合には、キャリアガスの噴射圧力が高くなりすぎて、上記のようなキャリアガスの噴射圧力を実現することが困難となる。一方、噴射ノズルの直径が１０ｍｍ超過である場合には、キャリアガスの噴射速度が小さくなりすぎて、上記のような亜鉛含有粒子の噴射速度を実現することが困難となる。
【００４６】
図４は、スプレーガンと基材との間の離隔距離及びスプレーガンの前進角について説明するための説明図である。
亜鉛含有粒子の適切な噴射圧力及び噴射速度を維持するためには、例えば図４に示したように、噴射ノズルの先端と亜鉛含有粒子の噴射位置との間の離隔距離Ｌを、１０ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましい。離隔距離Ｌが１０ｍｍ未満である場合には、亜鉛含有粒子の基材における噴射位置でのガス流れ（より詳細には、ガス流れに伴う亜鉛含有粒子流の流れ）が不安定になり、亜鉛含有粒子を適切に付着させることができない場合がある。また、離隔距離が５０ｍｍ超過である場合には、亜鉛含有粒子が噴射位置での圧力が小さくなり、溶接部７に存在しているスケール等を除去することができない場合がある。図４における離隔距離Ｌは、より好ましくは、２０ｍｍ〜３０ｍｍである。
【００４７】
また、図４に示したような亜鉛含有粒子の前進角θを、噴射位置での溶接Ｈ形鋼１の接平面の法線方向に対して０度〜２０度傾斜させた角度とすることが好ましい。前進角θの大きさが０度未満又は２０度超過の場合には、溶接部７に存在するスケール等をより確実に除去することが可能となる一方で、形成される亜鉛含有皮膜１０１の成膜性が低下してしまうことがあるため、好ましくない。前進角θの大きさを０度〜２０度の範囲内とすることで、スケール等を除去しつつ、亜鉛含有皮膜１０１を成膜することが可能となる。前進角θの大きさは、より好ましくは、０度〜１０度であり、更に好ましくは、０度である。
【００４８】
以上、本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の形成方法における好適な噴射条件について、詳細に説明した。なお、上記の噴射条件によれば、端面９にも同様に亜鉛含有皮膜を形成することができる。
【００４９】
上記のような亜鉛含有粒子を、上記のような噴射条件で噴射することで、噴射された亜鉛含有粒子は、溶接部７及びその周辺に付着しているスケール等のみならず、母材鋼板１１やビード１３の一部をその衝撃によって除去しながら、溶接部７のビード１３や端面９の表面を被覆していく。その結果、ビード１３や端面９の表面に、亜鉛含有皮膜１０１が形成される。
【００５０】
ここで、本実施形態に係る亜鉛含有皮膜の形成方法では、亜鉛含有粒子が上記のような適切な噴射条件で噴射されて母材鋼板１１やビード１３の一部をも除去していくことで、母材鋼板１１やビード１３の表面に微細な凹凸が形成される。かかる微細な凹凸の上に更に亜鉛含有粒子が緻密に折り重なっていくことで、いわゆるアンカー効果が発現し、密着性に極めて優れる亜鉛含有皮膜１０１が形成されることとなる。一方、上記特許文献３に開示されている技術では、亜鉛含有粒子によって、下地である鋼板の一部が除去される点については言及されておらず、亜鉛含有粒子を噴射することで下地である母材鋼板１１やビード１３の一部が除去されるという現象は、本発明で初めて見出されたものである。
【００５１】
（形成される亜鉛含有皮膜について）
以上説明したような亜鉛含有皮膜の形成方法により、溶接部７や端面９に形成される亜鉛含有皮膜１０１の付着量は、例えば、２０ｇ／ｍ２〜１０００ｇ／ｍ２とすることが好ましい。亜鉛含有皮膜１０１の付着量が２０ｇ／ｍ２未満である場合には、溶接部７や端面９の十分な耐食性を実現することができず、好ましくない。また、亜鉛含有皮膜１０１の付着量が１０００ｇ／ｍ２を超過しても特に問題はないが、製造ラインのラインスピードの観点から、本実施形態では、亜鉛含有皮膜１０１の付着量の上限値を１０００ｇ／ｍ２とした。なお、亜鉛含有皮膜１０１の付着量の測定方法は、特に限定されるものではなく、重量法等の公知の方法により測定可能である。
【００５２】
ここで、亜鉛含有皮膜１０１の付着量は、噴射ノズルの前進角を調整したり、亜鉛含有粒子の噴射圧力又は噴射速度を調整したりすることで、所望の値に制御することが可能である。この際、
【００５３】
また、このようにして形成された亜鉛含有皮膜１０１は、嵩密度の大きな、調密な皮膜層となっている。亜鉛含有皮膜１０１の嵩密度を計測することも可能であるが、例えば、亜鉛含有皮膜１０１の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察し、亜鉛含有皮膜１０１が形成されていない部分の面積の割合（すなわち、空隙率）を計測することでも、形成される亜鉛含有皮膜１０１の嵩高さを計測することも可能である。このようにして計測される空隙率の大きさは、例えば、０．０１％〜１％である。
【実施例】
【００５４】
以下では、実施例を示しながら、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法について、具体的に説明する。なお、以下に示した実施例は、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法のあくまでも一例にすぎず、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法が下記の例に限定されるものではない。
【００５５】
（試験例）
スケールの付着している溶接Ｈ形鋼のフランジ部に対して、図２に示したようなコールドスプレー装置を利用して、亜鉛含有皮膜の形成処理を実施した。亜鉛含有皮膜の形成処理の処理条件は、以下の表１の通りである。なお、亜鉛含有粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱法により測定した値である。
【００５６】
【表１】
0006443138.tif 000002
【００５７】
上記のような処理条件のもとで、溶接Ｈ形鋼のフランジ部に対して処理を実施し、得られた各サンプルのフランジ部の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察することで、スケール除去性及び亜鉛含有皮膜の成膜性を評価した。
【００５８】
スケール除去性は、サンプルの断面をＳＥＭにより観察し、スケールが残存しているか否かを確認することで判定した。スケールが残存していない場合には○とし、スケールが残存している場合には×とした。
【００５９】
また、成膜性は、サンプルの断面をＳＥＭにより観察し、亜鉛含有皮膜が付着しているか否かを確認することで判定した。亜鉛含有皮膜が膜状に形成されている場合には○とし、亜鉛含有皮膜が島状に形成されている場合には△とし、亜鉛含有皮膜が形成されていない場合には×とした。この際、母材鋼板と亜鉛含有皮膜との界面に微細な凹凸が存在していた場合に、亜鉛含有粒子がスケールのみならず母材鋼板まで研削したとして、アンカー効果が発現していると判断した。
【００６０】
ラインスピード（Ｌ／Ｓ）１００ｍｍ／ｓ、離隔距離３０ｍ、前進角０度の場合における、スケール除去性及び成膜性の評価結果を、図５Ａ及び図５Ｂにそれぞれ示した。また、図６は、噴射ガスであるＨｅを、１５００ｍ／ｓの噴射速度、３７０℃の噴射温度で噴射させた場合の断面ＳＥＭ写真である。
【００６１】
図５Ａ及び図５Ｂから明らかなように、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法の条件に則して亜鉛含有粒子を噴射することで、優れたスケール除去性及び成膜性が実現されていることが分かる。また、図６から明らかなように、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法の条件に則して亜鉛含有粒子を噴射することで、亜鉛含有粒子がスケールのみならず母材鋼板まで研削し、界面に微細な凹凸が形成されていることがわかる。かかる界面の凹凸に亜鉛含有粒子が入り込むことで、上記のようなアンカー効果が発現し、亜鉛含有皮膜の密着性が向上する。
【００６２】
また、図５Ａ及び図５Ｂに示した、Ｈｅを噴射ガスとして用いた例について、亜鉛含有皮膜の付着量を溶解法により測定したところ、（噴射速度、噴射温度）が（１２８０ｍ／ｓ，２００℃）のサンプルで９０ｇ／ｍ２であり、（１５００ｍ／ｓ，３７０℃）のサンプルで、２０８ｇ／ｍ２であった。
【００６３】
このように、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法を用いることで、溶接Ｈ形鋼のフランジ部にスケールが付着している場合であっても、スケールを除去しつつ、亜鉛含有皮膜を形成することが可能となり、フランジ部の耐食性をより向上させることが可能となる。
【００６４】
なお、以下の表２に示すように、亜鉛含有粒子の種類、平均粒径、噴射圧力、噴射速度、噴射温度、離隔距離、ラインスピード及び前進角を変えた場合であっても、本発明に係る亜鉛含有皮膜の形成方法の範囲内の条件では、図５Ａ〜図６と同様の結果が得られた。また、溶接Ｈ形鋼の端部に対して同様の検証を行った結果、フランジ部と同様の結果が得られた。
【００６５】
【表２】
0006443138.tif 000003
【００６６】
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の範疇内において、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。
【符号の説明】
【００６７】
１    溶接Ｈ形鋼（溶接軽量Ｈ形鋼）
３    フランジ
５    ウェブ
７    溶接部
９    端面
１１    母材鋼板
１３    ビード
１０１    亜鉛含有皮膜
【図１】
0006443138.tif 000004
【図２】
0006443138.tif 000005
【図３】
0006443138.tif 000006
【図４】
0006443138.tif 000007
【図５Ａ】
0006443138.tif 000008
【図５Ｂ】
0006443138.tif 000009
【図６】
0006443138.tif 000010