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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-22
(45)【発行日】2023-08-30
(54)【発明の名称】合金コーティング鋼板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 28/02 20060101AFI20230823BHJP
C23C 2/12 20060101ALI20230823BHJP
C23C 14/58 20060101ALI20230823BHJP
C23C 14/16 20060101ALI20230823BHJP
C23C 2/26 20060101ALI20230823BHJP
C23C 2/28 20060101ALI20230823BHJP
C23C 14/02 20060101ALI20230823BHJP
【ＦＩ】
C23C28/02
C23C2/12
C23C14/58 A
C23C14/16 A
C23C2/26
C23C2/28
C23C14/02 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021534754
(86)(22)【出願日】2019-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(86)【国際出願番号】 KR2019018027
(87)【国際公開番号】W WO2020130640
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2021-07-21
(31)【優先権主張番号】10-2018-0164394
(32)【優先日】2018-12-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】522492576
【氏名又は名称】ポスコ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(73)【特許権者】
【識別番号】592000705
【氏名又は名称】リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(72)【発明者】
【氏名】ヤン、 ジ フン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン、 ジェ イン
(72)【発明者】
【氏名】イ、 キョン ファン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン、 ヨン ファ
(72)【発明者】
【氏名】キム テ ヨブ
【審査官】▲辻▼ 弘輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－１１５２４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－１３９７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０６５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５０９２１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１２４６２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１１１５６１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ ２６／００－３０／００
Ｃ２３Ｃ ２／００－２／４０
Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼板；および前記鋼板上に位置するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層；を含み、
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ｍｇ－Ｚｎ合金相を含み、
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、全体１００重量％に対して、Ａｌ：４０～８０重量％、Ｍｇ：１５～３０重量％、Ｓｉ：１～１０重量％、Ｚｎ：１～２０重量％であり、
前記Ｍｇ－Ｚｎ合金相は、
ＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１を含み、
ＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む合金コーティング鋼板。
【請求項2】
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ａｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相のうちの１種以上をさらに含む、請求項１に記載の合金コーティング鋼板。
【請求項3】
前記Ａｌ－Ｍｇ合金相は、Ａｌ３Ｍｇ２およびＡｌ１２Ｍｇ１７のうちの１種以上を含む、請求項２に記載の合金コーティング鋼板。
【請求項4】
前記Ｍｇ－Ｓｉ合金相は、Ｍｇ２Ｓｉを含む、請求項２に記載の合金コーティング鋼板。
【請求項5】
前記鋼板および前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層の間に位置するＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層；をさらに含む、請求項１に記載の合金コーティング鋼板。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１項に記載の合金コーティング鋼板の製造方法であって、
ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板を用意する用意段階；
前記メッキ層上にＭｇからなるＭｇコーティング層を形成させる第１コーティング段階；
前記Ｍｇコーティング層上にＺｎからなるＺｎコーティング層を形成させる第２コーティング段階；および
前記Ｍｇコーティング層およびＺｎコーティング層が形成されたメッキ鋼板を熱処理して前記Ｍｇおよび前記Ｚｎを前記メッキ層に拡散させる熱処理段階；を含み、
前記第１コーティング段階および前記第２コーティング段階において、
物理気相蒸着（ＰＶＤ）を用いて前記Ｍｇコーティング層および前記Ｚｎコーティング層を形成させる、合金コーティング鋼板の製造方法。
【請求項7】
前記用意段階において、前記メッキ鋼板は、溶融アルミニウムメッキ鋼板である、請求項６に記載の合金コーティング鋼板の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理段階において、３００～４５０℃の温度で熱処理する、請求項６に記載の合金コーティング鋼板の製造方法。
【請求項9】
前記熱処理段階において、５～６００秒間熱処理する、請求項６に記載の合金コーティング鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、合金コーティング鋼板およびその製造方法に関する。より具体的には、耐食性と犠牲防食性を向上させることができる合金コーティング鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄は豊富な資源と優れた特性により産業的に最も多く用いられる金属である。鉄は多くの利点があるにもかかわらず、酸素または水と電気化学的な反応を起こして鉄イオンが溶出する腐食が発生して性能が低下するという欠点がある。鉄の腐食で発生するサビは多様な化学量論の酸化物および水酸化物からなり、時間経過とともに持続的に酸化が起こるのが鉄の特徴の一つである。鉄は様々な形態に加工して使用されるが、自動車や建材および家電製品の場合、冷間圧延された鋼板、つまり、冷延鋼板が主に用いられている。
【0003】
鋼板の腐食を防止するための方法として代表的なのが、鋼板の表面に他の金属をメッキすることである。メッキ被膜の種類は、犠牲防食型被膜と遮断防食型被膜とに分けられる。犠牲防食型被膜は、亜鉛やマグネシウム、アルミニウムなどのように鉄より酸化が容易で、サビが発生しやすい金属を被覆するもので、被覆した金属が優先的に腐食して鋼板を保護する。遮断防食型被膜は、鉛やスズなど腐食しない金属で鉄を被覆して水と酸素が鉄に到達しないように遮断するものである。
【0004】
現在、鋼板の腐食を防止するために最も幅広く使用される方法は亜鉛メッキである。亜鉛メッキ鋼板が開発されて以降、耐食性向上のための多様な努力が進められてきたが、その一つが亜鉛合金を被覆することである。合金を用いた高耐食性物質系としては、Ｚｎ－Ａｌ、Ｚｎ－Ｎｉ、Ｚｎ－Ｆｅ、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇなどがある。このような亜鉛または亜鉛合金メッキ鋼板は、自動車をはじめとして建材および家電製品に幅広く用いられている。
【0005】
アルミニウムも鋼板の腐食防止用に使用されているが、アルミニウムは、亜鉛とは異なり、その応用分野がさらに多様である。アルミニウム被膜は色が美しく耐食性および耐熱性に優れていて、化粧品ケースやアクセサリーなどの装飾用被膜はもちろん、半導体の導電膜、磁性材料や鋼板の保護被膜、温熱系統の家電製品、自動車用マフラなどに用いられている。
【0006】
アルミニウム被膜は、真空コーティングや電気メッキまたは溶融メッキ方法を利用して製造する。しかし、電気メッキの場合は、その効率が低くて生産性に劣るため、大部分溶融メッキ法と真空コーティング方法を用いている。
【0007】
アルミニウムメッキ鋼板は、耐食性に優れているのに対し、被膜に欠陥が発生すると、その部位で集中的に腐食が発生するという欠点があるが、これは、アルミニウムが亜鉛に比べて犠牲防食性に劣るからである。したがって、溶融アルミニウムメッキ鋼板の場合、厚さを１５μｍ以上に厚くしてこれを克服している。溶融アルミニウムメッキ鋼板は、また、高温で工程が行われるので、界面にＡｌ－Ｆｅ合金が作られて加工性が低下するという欠点がある。
【0008】
真空コーティングを用いたアルミニウム被膜は、大部分の用途では厚さを薄くして応用されており、耐食性コーティングにおいても数ミクロン程度の厚さにコーティングすることが一般的である。
【0009】
アルミニウム被膜の場合、厚さが数ミクロン以下になると、塩水噴霧試験において、７２時間程度で赤サビが発生する。したがって、アルミニウムを耐食性コーティングで鋼板に適用するためには特性の向上が必要である。また、亜鉛に比べて犠牲防食特性に劣るため、一度赤サビが発生すると、短時間に表面全体に拡散するという欠点がある。このため、上記の問題を解決するための研究が急務であるのが現状である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
耐食性と犠牲防食性を向上させることができる合金コーティング鋼板およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板は、鋼板；および前記鋼板上に位置するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層；を含み、前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ｍｇ－Ｚｎ合金相を含み、前記Ｍｇ－Ｚｎ合金相は、ＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１を含み、ＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む。
【0012】
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ａｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相のうちの１種以上をさらに含むことができる。
【0013】
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、全体１００重量％に対して、１～４５重量％のＺｎを含むことができる。
【0014】
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、全体１００重量％に対して、５～３０重量％のＭｇを含むことができる。
【0015】
前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ａｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相のうちの１種以上をさらに含むことができる。
【0016】
前記Ａｌ－Ｍｇ合金相は、Ａｌ３Ｍｇ２およびＡｌ１２Ｍｇ１７のうちの１種以上を含むことができる。
【0017】
前記Ｍｇ－Ｓｉ合金相は、Ｍｇ２Ｓｉを含むことができる。
【0018】
前記鋼板および前記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層の間に位置するＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層；をさらに含むことができる。
【0019】
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板の製造方法は、ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板を用意する用意段階；前記メッキ層上にＭｇが含まれているＭｇコーティング層を形成させる第１コーティング段階；前記Ｍｇコーティング層上にＺｎが含まれているＺｎコーティング層を形成させる第２コーティング段階；および前記Ｍｇコーティング層およびＺｎコーティング層が形成されたメッキ鋼板を熱処理して前記Ｍｇおよび前記Ｚｎを前記メッキ層に拡散させる熱処理段階；を含む。
【0020】
前記用意段階において、前記メッキ鋼板は、溶融アルミニウムメッキ鋼板であってもよい。
【0021】
前記第１コーティング段階および前記第２コーティング段階において、物理気相蒸着（ＰＶＤ）を用いて前記Ｍｇコーティング層および前記Ｚｎコーティング層を形成させることができる。
【0022】
前記熱処理段階において、３００～４５０℃の温度で熱処理することができる。
【0023】
前記熱処理段階において、５～６００秒間熱処理することができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板およびその製造方法によれば、Ｍｇ－Ｚｎ合金相が含まれているＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層を形成して耐食性と犠牲防食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】合金コーティング鋼板の製造に使用できる連続コーティング装置の概略模式図である。
【図2】本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板の断面模式図である。
【図3】本発明の一実施例による合金コーティング鋼板のグロー放電分光分析の結果である。図３（ａ）はＺｎ含有量が１．２重量％、図３（ｂ）はＺｎ含有量が２．６重量％、図３（ｃ）はＺｎ含有量が７．９重量％であるコーティング鋼板のグロー放電分光分析の結果である。
【図4】本発明の一実施例による合金コーティング鋼板のＸ線回折分析の結果である。
【図5】本発明の実施例１および比較例１の合金コーティング鋼板の塩水噴霧試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを、他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及されてもよい。
【0027】
ここで使用される専門用語は単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。
【0028】
ある部分が他の部分の「上に」あると言及する場合、これはまさに他の部分の上にあるか、その間に他の部分が伴ってもよい。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及する場合、その間に他の部分が介在しない。
【0029】
他に定義しないが、ここに使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一の意味を有する。
【0030】
通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
【0031】
以下、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0032】
近年、溶融アルミニウムメッキ鋼板が有する問題点を解決するために、シリコンが含有された溶融アルミニウムメッキ鋼板にマグネシウムを添加して耐食性とともに犠牲防食性を向上させようとする研究が進められている。
【0033】
一例として、溶融メッキとしてＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板を製造して耐食性に優れたコーティング鋼板を製造しようとする研究がある。しかし、溶融メッキ方式で製造する場合、Ｍｇ含有量の制御に限界があり、２０ｇ／ｍ２以下の薄メッキの場合、耐食性が急激に低下するという欠点がある。また、Ｍｇ２Ｓｉ合金相が耐食性向上の役割を果たすことが知られているが、この場合、Ｍｇが６％前後の狭い範囲でのみ特性が向上する問題がある。
【0034】
Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板は、Ｍｇ２Ｓｉ相がメッキ層に形成されて優れた耐食性を有することが知られている。Ｍｇ２Ｓｉ相は、メッキ層内に面積比で０．５％以上、および３０％以下、Ｍｇ２Ｓｉ相の長径は１０μｍ以下のとき、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板の耐食性が向上することが報告された。しかし、溶融メッキ方法で製作されるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板は、製作工程上、Ｍｇ含有量の調節に限界があるため、一定の含有量以上のＭｇ含有量（約１５％以上）を有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板を製作することが容易ではない。Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉメッキ鋼板のＭｇ含有量の限界と高い工程温度により、金属間化合物であるＭｇ２Ｓｉ相以外のＡｌ３Ｍｇ２相またはＡｌ１２Ｍｇ１７相は、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金層内で形成されることが困難である。
【0035】
他の例として、アルミニウムがコーティングされた基板を、真空中で３５０℃以上、および５００℃以下に加熱した状態で、Ｍｇを蒸着してＡｌ－Ｍｇ合金層を形成する方法と、溶融アルミニウムメッキ鋼板に物理気相蒸着でＭｇをコーティングした後に熱処理する方法に関する研究がある。しかし、これらの方法は、真空中で高温に加熱された基板にＭｇを蒸着するので、蒸気の損失が発生することがあり、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ層については金属間化合物の生成または金属間化合物による特性変化の資料を提示していない。
【0036】
上述した溶融アルミニウムメッキ鋼板が有する問題点および、Ａｌ－Ｍｇ合金鋼板の問題点を解決するために、物理気相蒸着を用いて溶融アルミニウム鋼板上にＭｇをコーティングし、拡散熱処理を施してＭｇ含有量は高めかつメッキ層に金属間化合物を形成して犠牲防食性が向上したＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉコーティング鋼板が開発された。開発されたコーティング鋼板は、Ｍｇを溶融アルミニウムメッキ鋼板上に物理気相蒸着方法でコーティングするため、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉコーティング層のＭｇ含有量の制御に限界がなく、多様なコーティング層の構造を製作することが可能である。シリコンが含有された溶融アルミニウムメッキ鋼板にＭｇを蒸着し、熱処理により合金被膜を形成して犠牲防食性を付与すると同時に、薄い厚さでも高耐食性特性を有する合金コーティング鋼板を提供する。
【0037】
本発明は、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉコーティング鋼板にＺｎを添加して耐食性が向上した高耐食鋼板およびその製造方法を提供する。具体的には、Ａｌ、およびＳｉを含むメッキ層を含むアルミニウムメッキ鋼板上に、Ｍｇ、およびＺｎを物理気相蒸着でコーティングし、拡散熱処理を施すことによって、メッキ層内に金属間化合物と固溶したＭｇ、およびＺｎが存在してコーティング鋼板の耐食性と犠牲防食性を向上させることができる。
【0038】
合金コーティング鋼板の製造方法
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板の製造方法は、ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板を用意する用意段階と、メッキ層上にＭｇが含まれているＭｇコーティング層を形成させる第１コーティング段階と、Ｍｇコーティング層上にＺｎが含まれているＺｎコーティング層を形成させる第２コーティング段階と、Ｍｇコーティング層およびＺｎコーティング層が形成されたメッキ鋼板を熱処理してＭｇおよびＺｎをメッキ層に拡散させる熱処理段階とを含む。
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板の製造方法は、ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板を用意する用意段階と、メッキ層上にＭｇが含まれているＭｇコーティング層を形成させる第１コーティング段階と、Ｍｇコーティング層上にＺｎが含まれているＺｎコーティング層を形成させる第２コーティング段階と、Ｍｇコーティング層およびＺｎコーティング層が形成されたメッキ鋼板を熱処理してＭｇおよびＺｎをメッキ層に拡散させる熱処理段階とを含む。
【0039】
まず、用意段階では、ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板を用意する。メッキ鋼板は、溶融アルミニウムメッキ鋼板であってもよい。具体的には、メッキ層は、全体１００重量％に対して、８８～９０重量％のＡｌ、８～１０重量％のＳｉおよび５重量％以下のＦｅを含むことができる。
【0040】
メッキ層は、鋼板上に形成されたＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層およびＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層上に形成されたＡｌ－Ｓｉ層を含むことができる。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層は、メッキ鋼板の製造時、メッキ鋼板のＦｅがメッキ層に拡散して形成されたものであってもよい。
【0041】
次に、第１コーティング段階では、メッキ層上にＭｇが含まれているＭｇコーティング層を形成させる。このとき、Ｍｇのコーティングは、物理気相蒸着（ＰＶＤ）で行われるものであってもよい。具体的には、電磁浮上物理気相蒸着（ＥＭＬ－ＰＶＤ）で行われるものであってもよい。ただし、これに限定するものではなく、電子ビーム蒸発装置、熱蒸発装置、スパッタリングソース、陰極アークソースなどの物理的な方法でＭｇの蒸着が可能であれば、多様な方法を採用してＭｇをコーティングすることができる。
【0042】
次に、第２コーティング段階では、Ｍｇコーティング層上にＺｎが含まれているＺｎコーティング層を形成させる。このとき、Ｚｎのコーティングは、物理気相蒸着（ＰＶＤ）で行われるものであってもよい。具体的には、電磁浮上物理気相蒸着（ＥＭＬ－ＰＶＤ）で行われるものであってもよい。ただし、これに限定するものではなく、電子ビーム蒸発装置、熱蒸発装置、スパッタリングソース、陰極アークソースなどの物理的な方法でＺｎの蒸着が可能であれば、多様な方法を採用してＺｎをコーティングすることができる。
【0043】
次に、熱処理段階では、Ｍｇコーティング層およびＺｎコーティング層が形成されたメッキ鋼板を熱処理してＭｇおよびＺｎをメッキ層に拡散させる。誘導加熱装置を用いて熱処理することができる。ただし、これに限定するものではなく、適切な他の熱処理手段を採用することができる。
【0044】
具体的には、３００～４５０℃の温度で熱処理することができ、５～６００秒間熱処理することができる。
【0045】
熱処理によりＭｇおよびＺｎをメッキ層に拡散させることによって熱処理後、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層が形成される。Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ｍｇ－Ｚｎ合金相を含み、Ａｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相のうちの１種以上をさらに含むことができる。
【0046】
Ｍｇ－Ｚｎ合金相は、ＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１を含み、ＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む。
【0047】
Ａｌ、Ｍｇ、ＳｉおよびＺｎが含まれているメッキ浴に鋼板を浸漬させて溶融メッキを実施するのではなく、メッキ鋼板上にＭｇコーティング層およびＺｎコーティング層を蒸着させた後に熱処理する方式で製造するため、Ｍｇ－Ｚｎ合金相の中で安定した形態のＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１はもちろんのこと、比較的不安定な相であるＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含むのである。
【0048】
その他、Ａｌ－Ｍｇ合金相は、Ａｌ３Ｍｇ２およびＡｌ１２Ｍｇ１７のうちの１種以上を含むことができ、Ｍｇ－Ｓｉ合金相は、Ｍｇ２Ｓｉを含むことができる。
【0049】
図１は、合金コーティング鋼板の製造に使用できる連続コーティング装置の模式図である。ただし、これは、本発明の一実施形態による例示に過ぎず、これに限定するものではない。
【0050】
図１に開示された装置は、大気中で溶融アルミニウムメッキ鋼板１７を供給する鋼板供給装置１１と、真空中で鋼板を前処理できる逆マグネトロンスパッタリングソース（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ）１２と、前処理後に、ＭｇおよびＺｎをコーティングする物理気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）装置１３と、大気中に排出された鋼板を熱処理できる誘導加熱装置１４と、熱処理されたコーティング鋼板を再び巻き戻す鋼板排出装置１５とから構成されている。
【0051】
物理気相蒸着装置１３は、電磁浮上（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ；ＥＭＬ）ソースであってもよい。逆マグネトロンスパッタリングソース１２と物理気相蒸着装置１３は、真空容器１６内に設けられて運用される。
【0052】
まず、溶融アルミニウムメッキ鋼板１７を用意し、メッキ鋼板の表面上についている防錆油のような残留オイルを除去するためにアルカリ脱脂を実施できる。
【0053】
以後、メッキ鋼板を鋼板供給装置１１により移送させながら真空容器１６に供給する。この後、真空容器１６内に設けられた逆マグネトロンスパッタリングソース１２に電力を印加してメッキ鋼板の表面清浄を実施できる。
【0054】
清浄を完了した後、続いて、メッキ鋼板を移送させながら真空容器１６内に設けられた電磁浮上ソース１３によりメッキ層上にＭｇおよびＺｎを真空コーティングすることができる。ＭｇおよびＺｎコーティングは、２層形態と同時コーティングによって形成される。
【0055】
コーティングが完了した後、続いて、メッキ鋼板を移送させて大気中に排出した後、大気中で誘導加熱装置１４を用いて一定の温度および時間で熱処理することができる。熱処理が完了した後、続いて、鋼板を移送させて製造された合金コーティング鋼板を得ることができる。
【0056】
合金コーティング鋼板
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板は、図２を参照するとき、鋼板および鋼板上に位置するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層を含み、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ｍｇ－Ｚｎ合金相を含み、Ｍｇ－Ｚｎ合金相は、ＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１を含み、ＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む。
本発明の一実施形態による合金コーティング鋼板は、図２を参照するとき、鋼板および鋼板上に位置するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層を含み、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ｍｇ－Ｚｎ合金相を含み、Ｍｇ－Ｚｎ合金相は、ＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１を含み、ＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む。
【0057】
Ｍｇ－Ｚｎ合金相の中で安定した形態のＭｇＺｎ２およびＭｇ２Ｚｎ１１はもちろんのこと、比較的不安定な相であるＭｇＺｎ、Ｍｇ２１Ｚｎ２５、Ｍｇ５１Ｚｎ２０およびＭｇ２Ｚｎ３のうちの１種以上をさらに含む。これは、メッキ鋼板上にＭｇコーティング層およびＺｎコーティング層を蒸着させた後に熱処理する方式で合金コーティング鋼板を製造する方式に起因することができる。このようなＭｇ－Ｚｎ合金相の存在によりコーティング鋼板の耐食性と犠牲防食性が向上できる。
【0058】
その他、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、Ａｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相のうちの１種以上をさらに含むことができる。Ａｌ－Ｍｇ合金相は、Ａｌ３Ｍｇ２およびＡｌ１２Ｍｇ１７のうちの１種以上を含むことができ、Ｍｇ－Ｓｉ合金相は、Ｍｇ２Ｓｉを含むことができる。
【0059】
Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層は、全体１００重量％に対して、４０～８０重量％のＡｌ、１５～３０重量％のＭｇ、１～１０重量％のＳｉおよび１～２０重量％のＺｎを含むことができる。Ｚｎが４５重量％を超える場合、Ｚｎが過剰でＺｎ－Ｍｇ金属間化合物の量が増加し、表面の黒変、耐食性減少などの問題が発生しうる。
【0060】
ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成されたメッキ鋼板上にＭｇコーティング層およびＺｎコーティング層を形成させた後に熱処理して製造することにより、メッキ鋼板のＦｅがメッキ層に一部拡散して、鋼板およびＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層の間にＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層が位置することができる。
【0061】
その他、合金コーティング鋼板に関する説明は、前記合金コーティング鋼板の製造方法に関する説明に代えることとする。
【実施例】
【0062】
以下、本発明の具体的な実施例を記載する。しかし、下記の実施例は本発明の具体的な一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。
【0063】
実施例
（１）合金コーティング鋼板の製造
［実施例１］ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成された溶融アルミニウムメッキ鋼板上に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）を用いてＭｇコーティング層およびＺｎコーティング層を形成させた後、熱処理温度４００℃を基準として３００秒間熱処理を施した。Ｚｎは熱処理後、生成されたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層を基準として１．２重量％であった。
（１）合金コーティング鋼板の製造
［実施例１］ＡｌおよびＳｉを含むメッキ層が形成された溶融アルミニウムメッキ鋼板上に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）を用いてＭｇコーティング層およびＺｎコーティング層を形成させた後、熱処理温度４００℃を基準として３００秒間熱処理を施した。Ｚｎは熱処理後、生成されたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎ合金層を基準として１．２重量％であった。
【0064】
［実施例２］Ｚｎが２．６重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0065】
［実施例３］Ｚｎが５．０重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0066】
［実施例４］Ｚｎが８．０重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0067】
［実施例５］Ｚｎが１０．０重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0068】
［実施例６］Ｚｎが１５．０重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0069】
［実施例７］Ｚｎが４２．６重量％であることを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0070】
［比較例１］Ｚｎコーティング層を形成させないまま、熱処理を施したことを除けば、実施例１と同一の条件で製造した。
【0071】
（２）合金コーティング鋼板の微細構造変化の観察
図３は、Ｚｎ含有量に応じたコーティング層の組成をグロー放電分光器で分析した結果である。図３（ａ）はＺｎ含有量が１．２重量％、図３（ｂ）はＺｎ含有量が２．６重量％、図３（ｃ）はＺｎ含有量が７．９重量％であるコーティング鋼板のグロー放電分光分析の結果である。図３に示されているように、熱処理時間４００℃で３００秒間実施すれば、ＭｇおよびＺｎの拡散が起きてアルミニウムメッキ層に拡散する。ＭｇおよびＺｎの拡散深さは約３μｍであった。
図３は、Ｚｎ含有量に応じたコーティング層の組成をグロー放電分光器で分析した結果である。図３（ａ）はＺｎ含有量が１．２重量％、図３（ｂ）はＺｎ含有量が２．６重量％、図３（ｃ）はＺｎ含有量が７．９重量％であるコーティング鋼板のグロー放電分光分析の結果である。図３に示されているように、熱処理時間４００℃で３００秒間実施すれば、ＭｇおよびＺｎの拡散が起きてアルミニウムメッキ層に拡散する。ＭｇおよびＺｎの拡散深さは約３μｍであった。
【0072】
一方、図４は、Ｚｎ重量％に応じたＸ線回折分析の結果で、Ｚｎ含有量に関係なくＡｌ－Ｍｇ、Ｍｇ－Ｓｉ合金相が形成されたことが分かる。Ｍｇ－Ｚｎ合金相は３０°以下でＭｇＺｎ、ＭｇＺｎ２、Ｍｇ２１Ｚｎ２５などの形態で観察される。Ｚｎ含有量が低いほど、Ｘ線回折分析の結果においてＭｇ－Ｚｎ合金相の強度がＡｌ－Ｍｇ合金相およびＭｇ－Ｓｉ合金相の強度より小さいことを確認できる。
【0073】
（３）合金コーティング鋼板の耐食性評価
図５は、Ｚｎが含有されないＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ（比較例１）コーティング鋼板と、Ｚｎが１．２重量％含有されたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎコーティング鋼板（実施例１）の塩水噴霧試験の結果を示す。塩水噴霧試験はＡＳＴＭ Ｂ－１１７により実施した。
図５は、Ｚｎが含有されないＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ（比較例１）コーティング鋼板と、Ｚｎが１．２重量％含有されたＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｚｎコーティング鋼板（実施例１）の塩水噴霧試験の結果を示す。塩水噴霧試験はＡＳＴＭ Ｂ－１１７により実施した。
【0074】
図５および表１のように、Ｚｎが含有されないコーティング鋼板は、２７００時間後に試験片全体に赤サビが拡散したことを確認できる。Ｚｎが１．２重量％含有されたコーティング鋼板は、２７００時間後にも赤サビが試験片の全面積に拡散しないことを確認できる。実施例３、５、６は、４５００時間後にも実施例１より赤サビ面積が小さいことを確認できる。実施例７は、Ｚｎ含有量が４２．６質量％で、実施例の中で最も低い耐食性を示した。これは、先に説明したように、Ｚｎ含有量が高くなると、金属間化合物が増加して黒変および耐食性の低下現象によると判断される。
【0075】
【表1】
【0076】
本発明は、上記の実施形態および／または実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施形態および／または実施例はあらゆる面で例示的であり、限定的ではないと理解しなければならない。
【図1】
【図2】
【図3(a)】
【図3(b)】
【図3(c)】
【図4(a)】
【図4(b)】
【図4(c)】
【図5】
