JP3875325B2 - 鋼板被覆方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は鋼板の金属被覆層の処理方法、特に、金属被覆層の少なくとも１部が液体状態にある間に金属被覆層上に粉末を噴射する金属被覆層の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このプロセスは鋼板のメッキ工程で一般的に用いられている。この特殊なメッキ型式では鋼板を液体金属浴中に入れ(trempe)し、浴から取り出した時に鋼板上に付着した液体金属層の上に粉末を噴射(projette)し、次いで、金属層を凝固させる。金属層の厚さは浴から取り出した時（粉末噴射前）に調節できる。このメッキ方法では一般に厚さが10〜50μｍの被覆を得ることができる。
【０００３】
このメッキ法の１変形例としては、浴に浸漬してからかなり時間が過ぎてから粉末を噴射する方法がある。この場合には、鋼板を再加熱して金属被覆層の少なくとも一部を溶解し、溶解した金属層上に粉末を噴射し、凝固させる。粉末は噴射時に金属層中に侵入し、一般には分散または溶解する。
この方法で得られた金属被覆鋼板は表面外観が良くなり〔花模様(fleurage)が無くなり) 、成形 (プレス加工) が容易になる。また、この方法を用いることによって使用可能な被覆組成物の範囲が広くなり、金属マトリックスに「粒子」を含んだ「複合」型の被覆にすることもできる。
噴射する粉末としては酸化物粉末や金属粉末と酸化物粉末との混合物を用いることができる。
【０００４】
被覆の品質は粉末の形態(morphology)と鋼板上への噴射条件とに依存する。すなわち、噴射物質の溶融金属層の表面層と表面より深い層との間の分布の均質性はこれら２つの変数で決まる。
一般には、金属層中に粉末をより良く分散または溶解させるために極めて微細な粉末が用いられている。しかし、超微細粒度の粉末、特に粉末の一次粒径が10μｍ以下の粉末を用いるのは極めて不便である。事実、微細粒度の粉末の取扱いにはコストのかかる防塵・保護装置が必要になり、爆発の危険に備えるために極めてコストのかかる防爆・防火装置が必要になる。
【０００５】
日本国特許第02-093,053号には、マグネシウムのように極めて酸化し易い成分を含む粉末を取り扱う際の爆発の危険を完全に避けるために、アトマイジングした粉末を使用することを提案している。
しかし、金属層が厚い場合には、鋼板基板に近い金属層の深部まで浸透するように粉末を噴射するのは難しいため、厚さ方向全体に被覆（または随伴金属層）を処理して厚さの均質な被覆を得ることはできない。
噴射した物質が複数の主成分からなる場合には、処理後の金属層中に粉末の全成分が同じ様に且つ均質に分布するような粉末を噴射する必要がある。特に、主成分が完全に均質に混合した混合物を用意する必要があるが、そうすると別の問題が生じる。特に、各成分の物理特性（粒子密度、粒径等）が全く異なる場合には種々の制約がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、金属層の深くまで粉末を均質に噴射することが可能な金属層の処理方法、特に、処理用粉末が複数の主成分からなる場合に各主成分を金属層中に極めて均質に分布させる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は、少なくとも１部が液体状態にある金属層、特に鋼板メッキで得られた金属被覆層の上に粉末を噴射して金属被覆層を処理する方法において、
1) 上記の粉末はアトマイズして作られた複数の一次粒子から成る噴霧凝集粉末すなわち凝集物の形状をしており、
2) この凝集物は液体状態にある金属層に当たって粉砕して一次粒子に分離し、この一次粒子が液体状態の金属層中に分散および／または溶解し、
3) 上記凝集物の平均粒径は液体状態にある金属層の厚さより大きい
ことを特徴とする方法にある。
【０００８】
以下の記載で「凝集物」「凝集粉末」および「噴霧凝集粉末」は同じものを意味する。
本発明の他の対象は、下記の特徴を少なくとも一つ有する本発明方法にある：
1) 噴霧凝集粉末の0.01μｍ以上の寸法の孔に対応する開孔度が30％以上である。
2) （噴霧凝集粉末の平均粒径）／（粉末粒子の平均粒径）の比が約４以上である。
3) 噴霧凝集粉末が互いに異なる種類および／または形態の成分で構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
鋼板を浸漬し、粉末を噴射して金属板を被覆する設備は周知であるのでその詳細は省略するが、この設備は浸漬浴と、浴から出した鋼板の金属被覆層の厚さを調節する液切り手段と、液切り後の溶融状態にある金属層に粉末を噴射する装置とを有している。
【００１０】
噴射する粉末は鋼板に噴射すべき主成分材料を周知のアトマイジング（噴霧）装置を用いて周知の方法で製造することができる。主成分粉末は一種でも複数でもよい。この主成分粉末の種類および比率は被覆される金属層の処理形式に応じて選択される。アトマイジング装置には主成分粉末の組成物、例えばその懸濁液および／または溶液が供給される。本発明の変形実施例では、噴射すべき材料の主成分を含む懸濁液、特にコロイド溶液および／または溶液から直接製造することができる。供給された組成物をアトマイズして主成分粉末の一次粒子が凝集した凝集物からなる噴霧凝集粉末を作る。主成分粉末は種類および形態が互いに違っていてもよい。
【００１１】
噴霧すべき粉末が複数の成分を所定比率で含む場合には、アトマイジングによって混合物を予備調製して、噴射する各噴霧凝集粉末が各成分粒子を所定比率で含む混合物となるようにアトマイジング条件を合せることができる。
本発明では、液きり後の凝集物の平均粒径が溶融金属層の厚さ以上となるようにアトマイジング条件を決定する。
噴霧凝集粉末は寸法の大きな凝集物からなるので取扱い時に爆発したり、人に害を与える危険性は低い。
十分に微細な主成分粉末を選択することによって、凝集物を十分に微細な一次粒子で構成でき、金属層中に噴射される材料を確実に均質分散できる。一次粒子は溶融金属層の厚さの約半分以下にするのが好ましい。好ましくは、（凝集物の平均粒径／一次粒子の平均粒径）の比が約４以上になるように、アトマイジング条件を合せる。
【００１２】
凝集粉末の凝集力を強化する必要がある場合には、アトマイジング装置に供給する組成物に結合剤をさらに加えることができる。結合剤としては特にポリビニルアルコールを用いることができる。供給組成物中の結合剤の種類および比率とアトマイジング条件とは弱い凝集力ではあるが十分な凝集力の凝集物が得るように決定する。ここで、十分な凝集力とはアトマイジング操作と被覆浴から出た鋼板へ噴射する操作との間で粉末を取り扱う間に凝集状態を維持するような凝集力を意味し、弱い凝集力とは凝集物を鋼板へ噴射した時の衝撃で消失し、溶融金属層中で凝集物の一次粒子が分散するような凝集力を意味する。
凝集物の凝集力は多孔度すなわち（孔全体の容積／凝集物の全容積）の比から評価することができる。結合剤の比率とアトマイジング条件は0.01μｍ以上の孔のみを測定した時の多孔度が約30％以上となる凝集物が得られるように合せるのが好ましい。
【００１３】
以下、鋼板メッキの場合について本発明の金属被覆層の処理方法を具体的に説明する。
鋼板を浸漬し、粉末を噴射する被覆プロセス自体は公知の方法であり、相違する点は上記のようにしてアトマイジングした噴霧凝集粉末を粉末噴射装置に供給する点だけである。
1) この場合、被被覆板は鋼板であり、被覆金属浴は亜鉛浴である。本発明の別の変形例では他の形式の浸漬被覆金属浴、例えば亜鉛またはアルミニウムの合金浴を使用することができる。
2) 被被覆鋼板を浴に浸漬し、周知の方法で鋼板上に所定厚さの金属層を形成する。金属層は溶融状態にある。この金属層上に噴霧凝集粉末を噴射する。
金属層の温度は溶融温度より少なくとも約10℃高くするのが好ましい。
3) 噴霧凝集粉末の投入条件は、噴霧凝集粉末を構成する凝集物が鋼板に当たる衝撃作用で粉砕し、一次粒子が解放されて溶融金属層中に分散するように選択する。その結果、噴射した物質は金属層、特にその深い部分へ確実かつ均質に分布して優れた品質の被覆鋼板が得られる。
【００１４】
噴霧凝集粉末の平均粒径は金属層の厚さ以上であるので、従来法よりも十分に大きなエネルギーで鋼板の基板近くの金属層の深い部分まで一次粒子を容易に投入・分散させることができる。これが本発明の基本的な利点である。
本発明によって、微細粒度の粉末を直接取り扱うことが可能になり、安全性の問題（環境、爆燃）を避けることができる。
また、噴霧凝集粉末を用いることによって噴射装置からの噴射が極めて容易になり、同じエネルギーで節約（噴射装置のガス流量および圧力）ができる。すなわち、噴霧凝集粉末の寸法は微細粒度の粉末よりも大きく、同じエネルギーを用いた場合には粒度の大きな粉末の方が投入が容易になる。
【００１５】
噴射する物質が複数の成分を含み、これらの成分の混合物を予め作るためにアトマイジング操作を利用する場合には、噴射装置の操作の制約がさらに減る。すなわち、混合物を予め作ることによって、金属層に投入される物質の各一次粒子を従来法よりも均一かつ均質に分布させることができる。
従って、一次粒子の「芯」を別の材料で被覆した凝集物からなる多重凝集粉末を容易に使用することができる。本発明の一つの実施例では、芯の一次粒子はシリカの微粒子であり、それを被覆する材料は鋼板の浸漬浴と同じ金属の微粒子、例えば亜鉛の微粒子である。この噴霧凝集粉末を噴射した場合には、先ず外側の層が溶融して芯の酸化物微粒子を露出させ、溶融金属層中に分散させる。
本発明の製造方法（アトマイジング法）を用い且つ凝集物の寸法を本発明に従って規定することによって、溶融状態にある金属層の処理を極めて均質かつ容易に行うことができる。
【００１６】
【実施例】
本発明によって金属亜鉛粉末を用いて金属被覆層を処理する場合を説明する。より正確には、浸漬メッキした後の厚さ約10μｍの金属層を処理する場合を説明する。
主成分粉末として、平均粒径が約 4.5μｍの亜鉛粒子を選択した。この主成分粉末の懸濁液を作り、それにポリビニルアルコールを加えた (主成分粉末の重量に対して約３重量％に希釈する) 。この懸濁液（または供給組成物）をアトマイジングして平均粒径が24〜56μｍの噴射用凝集物を作った。得られた噴霧凝集粉末の多孔度は約33.8％で、孔の平均内径は0.06μｍであった。
浸漬メッキ浴から出した液体状態にある金属層に噴霧凝集粉末を噴射する処理をした後に、金属層を凝固した。
平均粒径が24〜56μｍである凝集物の全てのロットで、被覆の厚さ方向全体が完全に均質に処理された。

Claims (5)

1. 少なくとも１部が液体状態にある金属層上に粉末を噴射して金属被覆層を処理する方法において、
   1) 上記の粉末はアトマイズして作られた複数の一次粒子から成る噴霧凝集粉末すなわち凝集物の形状をしており、
   2) この凝集物は液体状態にある金属層に当たって粉砕して一次粒子に分離し、この一次粒子が液体状態の金属層中に分散および／または溶解し、
   3) 上記凝集物の平均粒径は液体状態にある金属層の厚さより大きい
   ことを特徴とする方法。
2. 一次粒子の平均粒径を金属被覆層の厚さの約半分以下にする請求項１に記載の方法。
3. 孔の寸法が0.01μｍ以上である凝集物の多孔度（孔全体の容積／凝集物の全容積）が30％以上である請求項１または２に記載の方法。
4. （凝集物の平均粒径）／（一次粒子の平均粒径）の比が４以上である請求項１または２に記載の方法。
5. 凝集物が種類および／または形態が互いに異なるの成分で構成されている請求項１または２に記載の方法。