(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材上に亜鉛系めっきを施したあと、当該亜鉛系めっき表面に炭水化物を含有する溶液を塗布し、前記亜鉛系めっきの融点以上に加熱することを特徴とする着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材とその製造方法に関し、詳細にはケーブル、金網、撚り線などに使用される鋼線や自動車用、家電製品用鋼板などの鋼材に施される亜鉛系めっき皮膜に、着色と同時に耐摩耗性を付与する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブル、金網、撚り線などに使用される鋼線や自動車用、家電製品用鋼板は耐食性を向上させるために亜鉛系めっきが施されていることが多い。これら亜鉛系めっき製品は意匠性の観点から着色して用いられることがある。
【０００３】
着色亜鉛めっき皮膜の製造方法として、亜鉛系めっき鋼線用では、亜鉛めっき鋼線の表面に塗装下地としてリン酸皮膜を施し、その上に下塗り層、上塗り層を施すとともに、各層の焼き付け後にその表面を６０℃以下に制御して塗膜を冷却する方法が提案されている（特開平８−２２４５４１号公報参照）。
【０００４】
また、ケーブル用着色亜鉛めっき鋼線として、（Ａ）数平均分子量８０００〜２００００のフェノキシ樹脂、または脂肪酸変性もしくは無変性のエポキシ当量３００以上のエポキシ樹脂、（Ｂ）尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイソシアネート化合物から選ばれる少なくとも１種の硬化剤、（Ｃ）着色顔料、を必須成分として含有し、かつ｛（Ａ）＋（Ｂ）｝／（Ｃ）の割合が重量比で９５／５〜５０／５０の範囲である着色被覆組成物を塗布した亜鉛メッキ鋼線が提案されている（特開平５−１７９５８７号公報参照）。
【０００５】
亜鉛めっき鋼板用では、亜鉛めっき後、陽極処理、陰極処理、浸漬処理のいずれかの処理を施してめっき層を着色させた金属板を、クロム酸塩、または重クロム酸塩のいずれかを５〜１００ｇ／Ｌ含む水溶液に、２０％濃度のコロイダルシリカを５〜３００ｇ／Ｌ添加した水溶液中で、１〜１０Ａ／ｍ2の電流密度で電解処理する方法（特開平８−２７７４９７号公報参照）や、中心線平均粗さ（Ｒａ）が１．２〜２．０μｍ、かつ、ＰＰＩが１８０〜３００のダル仕上げの母材鋼板の表面に、付着量が５〜３０ｇ／ｍ2の亜鉛または亜鉛系合金の電気めっき皮膜が形成され、そのめっき皮膜が陽極処理されて黒色化しており、更にその黒色化めっき皮膜の上層に金属クロムとして２００ｍｇ／ｍ2以下のクロメート皮膜、もしくは厚さ２μｍ以下のクリアー皮膜、またはその両者を有することを特徴とする低光沢性黒色化処理鋼板（特開平８−３７８２号公報参照）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平８−２２４５４１号公報に提案の方法では、リン酸処理、下塗り、上塗り及び各塗装での焼付けと冷却といったように多段階を経て着色亜鉛めっき鋼線が製造されるため、製造方法が煩雑である。また、着色樹脂塗料層が摩耗した場合には銀白色の亜鉛めっき層が露出してしまう。
【０００７】
特開平５−１７９５８７号公報に提案の着色亜鉛めっき鋼線は、樹脂被覆層としては密着性に優れるが、樹脂被覆層が摩耗した場合には銀白色の亜鉛めっき層が露出してしまう。
【０００８】
また、特開平８−２７７４９７号公報や特開平８−３７８２号公報に提案の亜鉛めっき鋼板では、亜鉛めっき層を施した後にその表面だけを酸化することによって着色し、更にその上に皮膜処理を施して皮膜を形成しているため、その皮膜によって耐食性の向上及び亜鉛めっき層の保護が期待できるものの、皮膜に疵が付いたり、摩耗し、更に着色した表面層が摩耗によって失われると銀白色の亜鉛めっき層が露出してしまう。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解消するためになしたものであって、その目的は、亜鉛系めっき層の摩耗をし難くすると共に摩耗を生じても銀白色の金属面が容易に露出しない着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材を作業性よく製造し得る製造方法を提供するものである。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）に係る着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材の製造方法は、鋼材上に亜鉛系めっきを施したあと、当該亜鉛系めっき表面に炭水化物を含有する溶液を塗布し、前記亜鉛系めっきの融点以上に加熱するものである。このように亜鉛系めっき表面に炭水化物を含有する溶液を塗布したあと、亜鉛系めっきの融点以上に加熱することにより、亜鉛系めっき皮膜内に炭水化物の炭化によって生じたカーボンを取り込むことができ、密着性、耐食性はもとより、亜鉛系めっき皮膜が摩耗を生じても銀白色の亜鉛系めっき層が容易に露出しない着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材が製造できる。また、亜鉛系めっき後の表面に多層塗りなどの塗装や処理皮膜の形成が不要なので作業が簡便であり、作業性よく着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材を製造することができる。
【００１４】
本発明により製造された着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材は、鋼材表面の亜鉛系めっき皮膜内にカーボンが存在する。このため、滑車と共に用いられるような摩耗が伴う条件で用いられても、またコピー機においてコピー紙とのあいだに摩擦が生じる場合でも、カーボンによる潤滑作用により、摩耗が低減されて耐摩耗性が向上する。また、製造の際の加熱処理時に、亜鉛系めっきと鋼材の界面で熱拡散が進むため、良好な密着性が得られる。更に、カーボンが亜鉛系めっき皮膜中にめっき層と鋼材の界面まで分散しているので、着色樹脂被覆製品とは異なり亜鉛系めっき皮膜が摩耗して無くなるまで着色状態を保持することができる。
【００１５】
上記のような十分な潤滑作用と着色性を得るためには、特に限定するものではないが、亜鉛系めっき皮膜中のカーボン含有量は３質量％以上含有されることが望ましく、より好ましくは４質量％以上であることが望ましい。また、カーボン含有量の上限は、亜鉛とカーボンの体積比が約１：１となる２５％程度である。これ以上にカーボンが多くなるとめっきが脆くなることが懸念されるためである。好ましい範囲は加熱条件が穏やかで製造が容易な４〜１０％である。
【００１６】
上記のような着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材（着色亜鉛系めっき製品）を製造する方法は、鋼材上に亜鉛系めっきを施したあと、当該亜鉛系めっき表面に炭水化物を含有する溶液を塗布し、亜鉛系めっきの融点以上に加熱することからなる。この場合、亜鉛系めっきの融点は約４００℃以上であり、この温度で炭水化物は脱水分解し、カーボンを生成する。このカーボンは、加熱により溶融状態となった亜鉛めっき皮膜中に取り込まれ、着色亜鉛系めっき製品となる。
【００１７】
なお、上記炭水化物としては、グルコース等の単糖類、スクロース等の二糖類、更に多くの単糖類が重合したデンプン等の化合物が使用可能である。このうち、価格や入手しやすさからスクロースやグルコースが好ましい。また、上記亜鉛系めっきとしては、純亜鉛のほか、亜鉛−アルミ、亜鉛−ニッケル等が使用可能である。ここで、本発明が対象とする亜鉛系めっきとは、亜鉛を４０％以上含有するめっきをいう。
【００１８】
また、亜鉛系めっき表面に炭水化物を含有する溶液を塗布するに当たっては、塗布性を向上させるためにポリビニルアルコール、アルギン酸塩、エチレングリコール等の増粘剤を適宜添加してもよい。
【００１９】
【実施例】
下記（１）の供試材を用い、（２）の着色処理方法で着色処理して着色亜鉛系めっき製品を作製した。
（１）供試材
亜鉛めっき鋼線（長さ７０ｍｍ×１ｍｍφ、亜鉛めっき厚さ３０μｍ）。
電気亜鉛めっき鋼板（長さ１０００ｍｍ×幅１０００ｍｍ×厚０．８ｍｍ、亜鉛めっき厚さ２０μｍ）。
【００２０】
（２）着色処理方法
ａ．上記亜鉛めっき鋼線をアルカリ脱脂し、その鋼線表面に表１に示す炭水化物（３００ｇ／Ｌ）とポリビニルアルコール（２００ｇ／Ｌ）の混合溶液を塗布後、空気中で亜鉛の融点（４１９．５℃）以上の表１に併記して示す加熱温度にて８４秒加熱した（表１の記号１〜４の発明例ａ）。
【００２１】
ｂ．上記電気亜鉛めっき鋼板をアルカリ脱脂し、その鋼板表面に表１に示す炭水化物（３００ｇ／Ｌ）とポリビニルアルコール（２００ｇ／Ｌ）の混合溶液を塗布後、空気中で亜鉛の融点（４１９．５℃）以上の表１に併記して示す加熱温度にて８４秒加熱した（表１の記号５〜８の発明例ｂ）。
【００２２】
ｃ．上記亜鉛めっき鋼線をアルカリ脱脂し、その鋼線表面に表１に示す炭水化物（３００ｇ／Ｌ）とポリビニルアルコール（２００ｇ／Ｌ）の混合溶液を塗布後、空気中で亜鉛の融点（４１９．５℃）未満の表１に併記して示す加熱温度にて８４秒加熱した（表１の記号９〜１０の比較例ｃ）。
【００２３】
ｄ．水分散型被覆組成物を上記亜鉛めっき鋼線に塗装後、着色塗料として常温乾燥型のニトロセルローズ変性アクリル系樹脂（アタリック♯１６０９ボンレッド９５部＋アタリック♯１５８７ベネチヤンレッド５部を混合：各関西ペイント社製）を塗装した。なお、水分散型被覆組成物は膜厚５μｍ、乾燥条件：線材最高到達温度１５０℃で６０秒、着色塗料は膜厚を３〜３０μｍ、乾燥条件：線材最高到達温度１００℃で６０秒とした（表１の記号１１の比較例ｄ）。
【００２４】
【表１】
0003860459.tif 000002
【００２５】
上記要領で作製した発明例ａ、ｂ及び比較例ｃ、ｄはいずれも黒色系に着色されていた。そこで次に、上記で作製した各着色亜鉛系めっき製品を対象として、下記（３）の密着性試験及び（４）の皮膜中のカーボンの含有量測定をそれぞれ行なった。それらの結果を併せて表１に示す。
【００２６】
（３）密着性試験
密着性試験は、テープ剥離試験（ＪＩＳ  Ｈ８５０４）と、スクラッチ試験の両方を行なった。なお、スクラッチ試験の条件は以下の通りである。
スクラッチ試験条件
圧子：ダイヤモンド２００μｍＲ
加重速度：１００Ｎ／分
圧子速度：１０ｍｍ／分
評価：目視にて金属光沢が現れたときの加重を読み取る。
【００２７】
（４）皮膜中のカーボンの含有量測定
亜鉛めっき皮膜層を５％硫酸で溶解し、溶解前後の鋼線又は鋼板の重量から総皮膜量を求めた。次に、その硫酸を濾過してカーボンを採取し、フィルターの重量増からカーボン量を求めた。
【００２８】
上記表１に示す密着性試験結果及び皮膜中のカーボンの含有量測定結果から明らかなように、発明例ａ、ｂでは着色処理時の加熱温度が亜鉛の融点（４１９．５℃）以上であったことから、亜鉛めっき皮膜中にカーボンが３質量％以上と多く含有し、しかも後記するように分散して含有することから、着色処理時の加熱温度が亜鉛の融点（４１９．５℃）以下の場合の比較例ｃ、或いは比較例ｄに比較して、密着性に優れていることが分かった。
【００２９】
また更に、上記発明例ａ、ｂを対象として、サンプルの断面をＸ線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）によって分析し、亜鉛（Ｚｎ）及びカーボン（Ｃ）の分布状態を調べた。ＥＰＭＡ観察は、倍率１０００倍、サンプル数６で行なった。図１に発明例ａのサンプル断面のＥＰＭＡ分析結果を示す。図１から、亜鉛めっき皮膜内にカーボンが取り込まれてめっき皮膜の厚み全体に分散して存在していることが分かる。なお、発明例ｂにおいても同様にカーボンがめっき皮膜内に取り込まれていることが分かった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材の製造方法により製造された鋼材は、亜鉛系めっき皮膜中にカーボンを含有することから黒色系に着色されるとともに、カーボンの潤滑作用によって耐摩耗性が期待できる。また、摩耗しても直接亜鉛系めっき皮膜内にカーボンが存在するので黒色系が維持され、銀白色の亜鉛系めっきが容易には露出することはない。加えて、亜鉛系めっきにより耐食性が図れる。
【００３１】
また、本発明に係る着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材の製造方法によれば、亜鉛系めっき後の表面に多層塗りなどの塗装や処理皮膜の形成が不要なので作業が簡便であり、作業性よく、上記の如き着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る着色亜鉛系めっき皮膜を有する鋼材の断面をＸ線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）によって分析した、亜鉛（Ｚｎ）及びカーボン（Ｃ）の分布状態を示すＥＰＭＡ分析図である。
【図１】
0003860459.tif 000003