説明

摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法

【課題】 摺動性と耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 メッキ表面にAl,Si,Pから選ばれる1種以上の元素を含む酸化膜を有し、かつメッキピンホールが封孔されたことを特徴とする摺動性、耐食性に優れたNiメッキ鋼板である。前記の酸化膜の形成およびメッキピンホールの封孔はアノード電解処理によりなされたものであることが望ましい。また本発明は、Niメッキ鋼板を、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中でアノード電解処理することを特徴とするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主に電池缶等の用途に用いられる摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ニッケルメッキ鋼板の摺動性、耐食性を改善する従来技術として、特許文献1では、Niメッキ後、更にNi−P合金メッキを施して熱処理することにより、Fe−Ni拡散層と再結晶、軟質化したNiメッキ層の上層に更に硬質なNi−P合金メッキ層を有する耐食性と耐疵つき性に優れたNiメッキ鋼板が示されている。また特許文献2では、最表層に光沢Ni層あるいは、光沢Ni−Co合金メッキ層を有する電池缶用メッキ鋼板が示されてされている。特許文献3では、電池缶外面に相当する面に、Fe−Ni拡散層、またはFe−Ni拡散層とその上層に再結晶軟質化されたNiメッキ層を有し、更にその上層にロール圧延された光沢添加剤含有Niメッキ層または半光沢剤含有Niメッキ層を有することを特徴とする電池缶用Niメッキ鋼板が示されている。
【0003】
特許文献4では、電池缶外面に相当する面に、Fe−Ni拡散層とその上層に再結晶軟質化されたNiメッキ層を有し、更にその上層に未再結晶の軟質Niメッキ層を有することを特徴とする電池缶用Niメッキ鋼板が示されている。
【0004】
以上の従来例は、いずれも複層のメッキ構造を有し上層に下層より硬質なメッキ層を設けたものである。これらは摺動性改善の効果はあるも、高速、連続プレスにおける、油膜低下時の摺動性については必ずしも十分ではなく、また硬度の異なる上層、下層は加工時の変形挙動も異なることから、その界面で剥離が起きる場合もあり、この場合は摺動性を逆に悪化しかねないという問題があった。また耐食性についても、ニッケルメッキの付着量を不経済な領域にまで増大させない限り、メッキピンホール起因の耐食性劣化が避けられず、十分とはいえなかった。
【0005】
耐食性を改善するための技術としては、例えば特許文献5では、Niメッキを施した鉄系素材を亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウムのような酸化剤を含む高濃度アルカリ溶液で浸漬あるいはアノード電解することで、メッキ欠陥部に四三酸化鉄層を形成する方法が開示されている。この方法はある程度のメッキピンホール封孔効果は得られるものの十分なものとはいえず、塩水噴霧試験における耐性も2時間程度と弱いものである。またこの方法は摺動性改善効果はない。
【0006】
特許文献6では、酸化剤を含有しpH10以上で、更に、ケイ酸塩、リン酸塩、錫酸塩、ホウ酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩から選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属塩を含有する水溶液からなるNiメッキ皮膜の後処理剤と前記処理浴の浸漬による処理方法が開示されている。この方法は、環境問題にかかわるクロメート処理の代替を目的とし、耐食性向上、しみ防止、塗料密着性向上を図るものであり、ある程度のメッキピンホール封孔効果は得られ耐食性も向上するものの、その効果はNiメッキ付着量が大きいところで発揮されるものであった。またこの方法で形成した皮膜は摺動性改善効果がない。
【0007】
特許文献7ではモリブデン化合物、タングステン化合物、リン酸化合物、硫酸化合物、ケイ酸化合物を含有する水溶液からなる無電解Niメッキ皮膜用表面処理剤と前記処理剤で形成された保護膜が開示されている。この皮膜はニッケル表面を不動態化することで耐食性を改善するものであるため、メッキピンホールの封孔効果はない。またこの方法で形成した皮膜は摺動性改善効果がないばかりか、メッキとの密着性が十分でないためか、本願が目的とするような高面圧摺動時には皮膜がはがれて逆に摺動性を悪化させる傾向があった。
【0008】
また特許文献8ではタングステン酸およびまたその塩、リン酸およびまたはその塩を含有する水溶液からなるNiメッキ皮膜の処理剤、処理方法が開示されているが、この場合も耐食性は十分でなく、また摺動性改善効果は全くない。
【0009】
【特許文献1】特公平5−25958号公報
【特許文献2】特開2002−50324号公報
【特許文献3】特開2004−218043号公報
【特許文献4】特開2003−277981号公報
【特許文献5】特開平5−33189号公報
【特許文献6】特開2004−99997号公報
【特許文献7】特開2005−146411号公報
【特許文献8】特開2005−194603号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、摺動性と耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
摺動性と耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法を検討した結果、Niメッキ表面に特定の酸化膜を形成し、かつメッキピンホールを封孔してやれば、目的が達せられることを見出し本発明にいたった。すなわち本発明の要旨とするところは、
メッキ表面にAl、Si、Pから選ばれる1種以上の元素を含む酸化膜を有し、かつメッキピンホールが封孔されたことを特徴とする摺動性、耐食性に優れたNiメッキ鋼板である。前記の酸化膜の形成およびメッキピンホールの封孔はアノード電解処理によりなされたものであることが望ましい。
【0012】
また本発明は、Niメッキ鋼板を、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中でアノード電解処理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によって摺動性と耐食性に優れたNiメッキ鋼板およびその製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明に用いられるNiメッキは、Ni基の合金メッキや光沢、半光沢添加剤を含有したNiメッキ、更にはそれらの複層など特に限定なく用いられる。また、Niメッキ後の熱拡散処理によって形成したFe−Ni拡散層を有するメッキ層も耐食性の点で好適である。特にFe−Ni拡散層の上層に再結晶軟質化したNi層を形成したメッキ層が好適である。前記Fe−Ni拡散層を有するメッキ層と、前記のNi基の合金メッキや光沢、半光沢添加剤を含有したNiメッキ等との複層のメッキ層も適用できる。また必要に応じて表裏異仕様のメッキ層でも構わず、その場合には、少なくとも一方の面に前述のNiメッキ層のいずれかが形成されていればよい。本発明のNiメッキ鋼板は、メッキ表面にAl、Si、Pから選ばれる1種以上の元素を含む酸化膜を有することを一つの特徴とする。この酸化膜は、メッキ表面を不動態化して耐食性を向上するとともに、プレス金型に対する良好な固体潤滑作用、また凝着防止作用を有するため、優れた摺動性を発現する。酸化膜厚みとしては、5nm〜200nm、好ましくは10nm〜100nmが望ましい。薄すぎては、耐食性、摺動性向上効果が少ないし、厚すぎては、プレス加工の際に剥がれ易くなり摺動性を劣化させる恐れがある。
【0015】
本発明のNiメッキ鋼板は、メッキピンホールが封孔されたことをもうひとつの特徴とする。メッキピンホールが封孔された状態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、ワット(watt)浴による電気メッキ法により種々のNi付着量のNiメッキ鋼板を作製し、メッキままの状態(「処理なし」と表記)、および後述する実施例1におけるアノード電解処理による封孔処理を行った後(「処理あり」と表記)の各々にて、JIS−H−8617にて規定するフェロキシル試験を行い、ピンホール数を計測したものである。ピンホール数は、5cm角の試験面積にてN5回行い、1cmあたりの個数を平均で示したものである。一般的によく知られているように薄いNiメッキにはピンホールが不可避的に存在しており、そのレベルは、図1の「処理なし」で示すように、Ni:10g/mの付着量では、数十個/cmであり、付着量増加とともに減少はするものの、Ni:50g/mでも、数個/cm存在する。更にNi付着量を増大することでピンホールは減少するも、経済性との両立が困難である。これに対し、本願発明の鋼板は、図1の「処理あり」に示すように、薄いNi付着量であってもピンホール数が極めて少ない。Ni:15g/m以上の付着量であれば、1個/cmに満たない。またNi15未満5g/mでも、5個/cm未満程度でしかない。本発明のNiメッキ鋼板のNi付着量は、Niで5g/m以上、45g/m以下が望ましい。5g/m未満であると、ピンホールが増加してしまい、45g/mを超えると不経済である。ピンホール数と経済性を考慮するなら、15〜30g/mが好ましい。
【0016】
図1はwatt浴による通常のNiメッキ層での結果であるが、Ni基の合金メッキや光沢、半光沢添加剤を含有したNiメッキ層であっても、Ni付着量に対してのピンホール数の挙動は図1とほぼ同様となる。また複層のNiメッキ層の場合も、合計のNi付着量に対してのピンホール数の挙動は図1とほぼ同様となる。また、Fe−Ni拡散層を有するメッキ層の場合には、Ni付着量(Fe−Ni拡散層中のNi量を含む)に対してのピンホール数の挙動は、「処理なし」の場合、図1の「処理なし」よりも僅かに良好な(ピンホール数が少ない)傾向はあるも、Ni付着量50g/mの場合においても、1個/cmを下回ることはない。「処理あり」の場合には、図1の「処理あり」と比較して、特にNi付着量が小さいときに多少改善(ピンホール数が低下)する傾向は見られるも、大差はない。
【0017】
前述の酸化膜の形成およびメッキピンホールの封孔は、表裏両面あるいは一方の面に施せばよい。
【0018】
前述の酸化膜の形成およびメッキピンホールの封孔は、アノード電解処理によりなされたものであることが望ましい。アノード電解処理を行う場合の適正な条件を以下に説明する。アノード電解処理は、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中で行なうことが必要である。以上の成分が一つでもかけると摺動性、耐食性とも大きな向上効果が得られない。なお、ケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩については、液安定性やコストの点でNa、Kに代表されるアルカリ金属塩が望ましい。また、第三リン酸アルカリ塩を必須とするのは、液安定性の点からも重要である。前記成分に更にpH調整剤や、導電性補助塩や、更には界面活性剤等を含有させることも出来る。酸化膜中にはAl、Si、Pから選ばれる1種以上の元素を含む酸化膜が形成される。なお、処理液に酸化剤を含有させると、形成される酸化膜の密着性が劣り、耐食性、摺動性とも低下するので好ましくない。
【0019】
アノード電解処理の条件としては、電流密度は5〜100A/dm、より好ましくは、10〜50A/dmが望ましい。電流密度が低すぎると、摺動性、耐食性向上効果が少なくなり、高すぎると外観が悪化しやすいからである。処理温度は、常温〜100℃、より好ましくは、50〜80℃が望ましい。低すぎると反応速度が低下し、高すぎると設備の負荷が大きいからである。処理時間としては、1〜100sec、より好ましくは、3〜30secが望ましい。短すぎると、摺動性、耐食性向上効果が少なくなり、長すぎると外観が悪化しやすい。
【0020】
既述のように、本発明のNiメッキ鋼板は、Fe−Ni拡散層を有することが耐食性の点で望ましい。以下に、Fe−Ni拡散層を有する本発明のNiメッキ鋼板の製造工程について記載する。一つ目の推奨される製造工程は、原板にNiメッキを行った後、公知の熱拡散処理を行い、次いで前述のアノード電解処理を施す工程である。それぞれの工程間に脱脂等の通常の前処理を行なってもよいことは言うまでもない。またそれぞれの工程間あるいは最後にロール圧延による粗度調整を行なってもよいことはいうまでもない。
【0021】
二つ目の推奨される製造工程は、原板にNiメッキを行った後、前述のアノード電解処理を行い、次いで公知の熱拡散処理を行う工程である。この場合も、それぞれの工程間に脱脂等の通常の前処理を行なってもよいことは言うまでもない。またそれぞれの工程間あるいは最後にロール圧延による粗度調整を行なってもよいことはいうまでもない。
【0022】
上記の推奨される二つの工程は、設備等の仕様に応じて適宜選択可能である。
【実施例】
【0023】
(実施例1〜6および比較例1〜2)
冷間圧延、再結晶焼鈍した低炭素Alキルド鋼を原板として、脱脂、酸洗処理の後、watt浴による電気メッキで付着量25g/mのNiメッキを形成し、調質圧延により表面粗度を調整した。その後、表1に示す各種水溶液中で、60℃、電流密度30A/dm、10secのアノード電解処理を行い供試材とした。なお、実施例2では、watt浴に市販のアセチレン系半光沢添加剤を0.5%添加してNiメッキを行なった。また実施例3では、watt浴に亜リン酸を添加し、P4.5%含有のNi−P合金メッキ(付着量はNiで20g/m)を行なった。比較例1では、Niメッキの付着量を50g/mとし、アノード電解処理は行わなかった。
【0024】
(評価方法)
酸化膜解析;AES(オージェ電子分析)により表層から深さ方向の元素分析を行い、O強度がアトミック%で5%となる深さを酸化膜厚みとした。また同じくAESにより、酸化膜中に検出される元素を同定した。
【0025】
ピンホール;JIS−H−8617のフェロキシル試験を行い、微小点も含めてピンホール数を計測した。5cm角の評価面積にてN5平均で、1cmあたりのピンホール個数で、0.5個/cm未満を「◎」、0.5〜1個/cm未満を「○」、1〜10個/cm未満を「△」、10個/cm超を「×」と評価した。
摺動性;20mg/mの極薄塗油したサンプルを10mm幅の平板金型で加重1200kgにて圧着し、500mm/minにて引き抜き、摩擦係数を測定した。0.13未満を「○」、0.13〜0.17未満を「△」、0.17以上を「×」と評価した。
【0026】
耐食性;平板サンプルのエッジをテープシールし、JISZ2371の塩水噴霧試験を24Hr行い、画像解析にて赤錆面積率を評価した。1%未満を「○」、1〜10%未満を「△」、10%超を「×」と評価した。
【0027】
【表1】

【0028】
(実施例7〜12および比較例3)
冷間圧延したNb、Ti−SULC鋼の未再結晶材を原板として、脱脂、酸洗処理の後、watt浴による電気メッキで付着量18g/mのNiメッキを形成した。次いで、無酸化雰囲気にて800℃、60secの鋼板焼鈍とNiメッキの熱拡散処理を兼ねる処理を行い、Fe−Ni拡散層とその上層に再結晶軟質化したNi層を形成した。その後、第三リン酸Na:0.8M+オルトケイ酸Na:0.2Mの水溶液にて、アノード電解処理を行った。アノード電解処理の条件は表2に示すように種々変更した。最後に調質圧延により表面粗度を調整して供試材とした。比較例3ではアノード電解処理を行わない以外は同様にサンプルを調整した。
【0029】
(実施例13)
冷間圧延したNb、Ti−SULC鋼の未再結晶材を原板として、脱脂、酸洗処理の後、watt浴による電気メッキで付着量18g/mのNiメッキを形成した。その後、第三リン酸Na:0.8M+オルトケイ酸Na:0.2Mの水溶液にて、表2に示すアノード電解処理を行った。次いで、無酸化雰囲気にて800℃、60secの鋼板焼鈍とNiメッキの熱拡散処理を兼ねる処理を行い、Fe−Ni拡散層とその上層に再結晶軟質化したNi層を形成した。最後に調質圧延により表面粗度を調整して供試材とした。
【0030】
性能評価は先の例と同様に行なったが、ここでは、更に以下方法で加工後のSST耐食性も評価した。
【0031】
耐食性(加工);15%伸び加工を施したサンプルのエッジをテープシールし、JISZ2371の塩水噴霧試験を24Hr行い、画像解析にて赤錆面積率を評価した。1%未満を「○」、1〜10%未満を「△」、10%超を「×」と評価した。
【0032】
【表2】

【0033】
(実施例14〜16および比較例4)
冷間圧延したNb、Ti−SULC鋼の未再結晶材を原板として、脱脂、酸洗処理の後、watt浴による電気メッキで表3に示す付着量のNiメッキを形成した。次いで、最表層までFe−Ni拡散層となるように、無酸化雰囲気、820℃にて鋼板焼鈍とNiメッキの熱拡散処理を兼ねる処理を行った。調質圧延により表面粗度を調整し、脱脂処理の後、第三リン酸Na:0.5M+オルトケイ酸Na:0.1M+ホウ酸Na:0.1Mの水溶液にて、50℃、電流密度20A/dm、50secのアノード電解処理を行った。比較例4ではアノード電解処理を行わない以外は同様にサンプルを調整した。
【0034】
(実施例17)
冷間圧延したNb、Ti−SULC鋼の未再結晶材を原板として、脱脂、酸洗処理の後、watt浴による電気メッキで表3に示す付着量5g/mのNiメッキを形成した。その後、第三リン酸Na:0.5M+オルトケイ酸Na:0.1M+ホウ酸Na:0.1Mの水溶液にて、50℃、電流密度20A/dm、50secのアノード電解処理を行った。次いで、無酸化雰囲気にて820℃、60secの鋼板焼鈍とNiメッキの熱拡散処理を兼ねる処理を行い、最表層までFe−Ni拡散層とした。最後に調質圧延により表面粗度を調整して供試材とした。
【0035】
性能評価は先の例と同様に行なったが、ここでは、Ni付着量が小さいため、ピンホール及び耐食性の評価基準は以下の通りとした。
ピンホール;2個/cm未満を「◎」、2〜5個/cm未満を「○」、5〜10個/cm未満を「△」、10個/cm超を「×」と評価した。
耐食性(平板、加工とも);3%未満を「◎」、3〜10%未満を「○」、10〜30%未満を「△」、30%超を「×」と評価した。
【0036】
【表3】

【0037】
表1、2、3に示すように、本発明の実施例では、良好な性能を示した。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明により、摺動性、耐食性に優れたNiメッキ鋼板が得られるため、電池缶や各種家電用途に用いた場合、それら製品の高性能化、低コスト化に資するものであって、産業上の利用価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明に関わる処理有無でのNiメッキ付着量とピンホール数の関係を示した図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
メッキ表面にAl、Si、Pから選ばれる1種以上の元素を含む酸化膜を有し、かつメッキピンホールが封孔されたことを特徴とする摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項2】
酸化膜の形成およびメッキピンホールの封孔がアノード電解処理によりなされたものであることを特徴とする請求項1に記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項3】
酸化膜厚みが5nm〜200nmであることを特徴とする請求項1または2に記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項4】
メッキ付着量がNiとして片面当たり15g/m以上45g/m以下であり、メッキピンホールの封孔度合いとして、JIS−H−8617にて規定するフェロキシル試験におけるピンホール数が、1cm当たり1個未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項5】
メッキ付着量がNiとして片面当たり5g/m以上15g/m未満であり、メッキピンホールの封孔度合いとして、JIS−H−8617にて規定するフェロキシル試験におけるピンホール数が、1cm当たり5個未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項6】
Niメッキ鋼板が、Fe−Ni拡散層を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項7】
Niメッキ鋼板が、再結晶軟質化されたNi層を有することを特徴とする請求項6に記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板。
【請求項8】
Niメッキ鋼板を、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中でアノード電解処理することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板の製造方法。
【請求項9】
鋼板にNiメッキを施した後、熱拡散処理を行い、ついで、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中でアノード電解処理することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板の製造方法。
【請求項10】
鋼板にNiメッキを施した後、第三リン酸アルカリ塩を必須として更にケイ酸塩及びまたはアルミン酸塩を含有する水溶液中でアノード電解処理し、次いで熱拡散処理を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の摺動性および耐食性に優れたNiメッキ鋼板の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2008−144236(P2008−144236A)
【公開日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−333807(P2006−333807)
【出願日】平成18年12月11日(2006.12.11)
【出願人】(000006655)新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Fターム(参考)】