JP2001064782A - Surface treating method imparting high weather resistance to steel and high weather resistant steel - Google Patents

Surface treating method imparting high weather resistance to steel and high weather resistant steel

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treating method imparting high weather resistance to steel by combining hot dip galvanizing treatment building up secure position as already general surface treatment and surface treatment by a sol-gel method and synergistically exhibiting the advantages of both treatment and to provide high weather resistant steel treated thereby. SOLUTION: After the formation of a hot dip galvanized layer on the surface of steel, on the surface of the hot dip galvanized layer, a ceramics coating layer formed of metallic oxide having a single compsn. or metallic oxide added with secondary components or multicomponent system metallic oxide is formed. In particular, the ceramic coating layer is desirably formed of the oxide ceramic of Si, Al or Ti.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、鋼材に高耐候性を付与す
る表面処理方法及び高耐候性鋼材に係わり、更に詳しく
は鋼材の表面に溶融亜鉛めっき層とセラミックスコーテ
ィング層の複合皮膜を形成する表面処理方法及びその表
面処理方法によって得られた高耐候性鋼材に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method for imparting high weather resistance to steel and a high weather resistance steel, and more particularly, to forming a composite coating of a hot-dip galvanized layer and a ceramic coating layer on the surface of the steel. The present invention relates to a surface treatment method and a highly weather-resistant steel material obtained by the surface treatment method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ますます設備の拡充がなされてい
る送電鉄塔やパラボラアンテナなどの電力、通信設備を
はじめ多くの屋外建築構造物が増加傾向にあるが、これ
らの屋外建築構造物が亜硫酸ガスや窒素酸化物を成分と
する酸性雨に曝され、腐食の度合いが大きくなっていく
ことが予測される。また、平野部の少ない我が国におい
ては、交通量の増大、輸送力の向上のために建設される
新設の高速道路は、山間部や海岸部に設けざるを得ず、
そのため山間部では冬季の凍結対策として路面に散布し
た融雪剤(塩化ナトリウム、塩化カルシウムなど)、海
岸部では海水による道路施設関係の腐食が激しくなり、
従来の溶融亜鉛めっきでは十分に対応できない状態にあ
る。尚、溶融亜鉛めっきの白化を防止するために、その
表面をクロメート処理することも一般的に行われている
が、Crが公害の原因となるので最近ではクロメート処
理は敬遠されるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, many outdoor building structures, such as power transmission towers and parabolic antennas, which have been increasingly expanded, and many outdoor building structures have been increasing. Exposure to acid rain containing gas and nitrogen oxides is expected to increase the degree of corrosion. Also, in Japan, where there are few plains, new expressways constructed to increase traffic volume and transport capacity must be installed in mountainous and coastal areas,
As a result, the snowmelt (sodium chloride, calcium chloride, etc.) sprayed on the road surface as a measure against freezing in winter in the mountainous areas, and the seaside water causes severe corrosion of road facilities in the coastal areas.
Conventional hot-dip galvanizing is in a state where it cannot sufficiently cope. In addition, in order to prevent the whitening of hot-dip galvanizing, the surface is generally subjected to chromate treatment. However, since chromate causes pollution, chromate treatment has recently been shunned. Was.

【0003】従来、送電鉄塔や道路施設関係の鋼材、更
には建築構造物の鋼材に耐食性を付与する方法として、
溶融亜鉛めっき処理が良く知られている。この溶融亜鉛
めっきは、簡便な方法であり、鋼材の耐食性を高めるの
に優れた処理ではあるが、溶融亜鉛めっきよりも更に耐
食性の高い皮膜が要求されようになってきた。そこで、
亜鉛めっき皮膜よりも耐食性に優れている亜鉛−アルミ
ニウム合金めっき皮膜を鋼材表面に形成する処理方法、
つまり鋼材に予め亜鉛めっきを施した後に、亜鉛−アル
ミニウム合金めっきを行ういわゆる二浴法が提案され、
一部では実用化されている。
[0003] Conventionally, as a method of imparting corrosion resistance to power transmission towers, steel materials related to road facilities, and further to steel materials for building structures,
Hot-dip galvanizing is well known. This hot-dip galvanizing is a simple method and is an excellent treatment for improving the corrosion resistance of steel materials. However, a coating having higher corrosion resistance than hot-dip galvanizing has been required. Therefore,
A treatment method for forming a zinc-aluminum alloy plating film having better corrosion resistance than a zinc plating film on a steel material surface,
In other words, a so-called two-bath method in which a zinc-aluminum alloy plating is performed after galvanizing a steel material in advance is proposed,
Some have been put to practical use.

【0004】また、金属材料の高温酸化性と水溶液防食
性を改善する方法の一つとして、ゾルゲル法によってセ
ラミックスコーティング層を形成することが知られてい
る。このゾルゲル法は、1960年代にドイツでレンズ
やガラスに反射防止コーティングを施すことに利用さ
れ、実用化された技術である。そして、1970年代に
バルク状のガラスあるいはセラミックスの合成に利用す
る研究が活発に行われたが、コストと生産性の問題から
実用化には至らなかった。その後、長い低迷期を経て、
1990年代には薄膜への応用として見直され、再び注
目される技術となってきた。
[0004] Further, as one of the methods for improving the high-temperature oxidation property and the corrosion resistance of an aqueous solution of a metal material, it is known to form a ceramic coating layer by a sol-gel method. This sol-gel method was used in Germany in the 1960's to apply an anti-reflection coating to lenses and glass, and is a technology that has been put into practical use. In the 1970's, research into the use of bulk glass or ceramics for synthesis was actively conducted, but was not practically used due to cost and productivity problems. After a long downturn,
In the 1990's, it was reviewed as an application to thin films, and has become a technology that attracts attention again.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のゾルゲ
ル法による防食研究の大半は、ステンレス鋼のより一層
の耐食性の改善に関するものであり、またその他の金属
材料についても金属材料表面に直接セラミックスコーテ
ィングを施すものであった。このようにゾルゲル法は特
殊な分野でしか実用化されてなく、表面処理技術の分野
でも一般には馴染みが薄く、汎用の表面処理とは言い難
いものであった。
However, most of the research on corrosion prevention by the conventional sol-gel method relates to the further improvement of corrosion resistance of stainless steel, and other metal materials are directly coated with ceramics on the surface of the metal material. Was applied. As described above, the sol-gel method has been put to practical use only in a special field, and is generally unfamiliar in the field of surface treatment technology, and is hardly a general-purpose surface treatment.

【0006】そこで、本発明が解決しようとするところ
は、既に汎用の表面処理として確固たる地位を築いてい
る溶融亜鉛めっき処理と、ゾルゲル法による表面処理と
を組み合わせ、両処理の利点を相乗的に発揮させて、鋼
材に高耐候性を付与する表面処理方法を提供するととも
に、それによって処理された高耐候性鋼材を提供するも
のである。
Therefore, the present invention seeks to solve the problem by combining a hot-dip galvanizing treatment, which has already established a solid position as a general-purpose surface treatment, and a surface treatment by a sol-gel method, and synergistically combining the advantages of both treatments. It is an object of the present invention to provide a surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material by exerting the same, and to provide a high weather resistance steel material treated thereby.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1発明は、前述の課題
解決のために、鋼材表面に溶融亜鉛めっき層を形成した
後、該溶融亜鉛めっき層の上に、ゾルゲル法によって単
一組成の金属酸化物又は第二成分を添加した金属酸化物
又は多元系の複合金属酸化物で形成されたセラミックス
コーティング層を形成してなる鋼材に高耐候性を付与す
る表面処理方法を提供する。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is to form a hot-dip galvanized layer on the surface of a steel material, and then form a single composition by a sol-gel method on the hot-dip galvanized layer. Provided is a surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material having a ceramic coating layer formed of a metal oxide to which a metal oxide or a second component is added or a multicomponent composite metal oxide.

【0008】ここで、前記セラミックスコーティング層
が、ゾルゲル法によってSi、Al又はTiの酸化物セ
ラミックスで形成されたものであることが好ましい。
Here, it is preferable that the ceramic coating layer is formed of an oxide ceramic of Si, Al or Ti by a sol-gel method.

【0009】また、前記セラミックスコーティング層
が、Si、Al又はTiのアルコキシドを出発原料と
し、アルコールの溶液とした後、水と反応させて加水分
解し、そのゾル溶液を鋼材表面に付着させてゲル化し、
それを乾燥処理するゾルゲル法によって、鋼材の溶融亜
鉛めっき層表面にSi、Al又はTiの酸化物セラミッ
クス皮膜を形成したものであることが特に好ましい。
Further, the ceramic coating layer is formed by using an alkoxide of Si, Al or Ti as a starting material, forming an alcohol solution, reacting with water, and hydrolyzing the solution. And
It is particularly preferable to form an oxide ceramic film of Si, Al or Ti on the surface of a hot-dip galvanized layer of a steel material by a sol-gel method of drying it.

【0010】更に、アルミニウムイソプロポキシドに2
−プロパノールを加え、更に塩酸を添加してpHを0〜
3に調製し、アルミニウムイソプロポキシドの濃度を
0.2〜0.5mol/Lとしたアルミナ系のゾル溶液を
用いてなることが好ましい。ここで、前記ゾル溶液をス
プレー法によって鋼材表面に単又は複数回吹き付けて皮
膜を形成するのである。ここで、本発明では「L」はリ
ットルを示すこととする。
Further, aluminum isopropoxide has a
-Add propanol and then add hydrochloric acid to bring the pH to 0
3, and an alumina-based sol solution having an aluminum isopropoxide concentration of 0.2 to 0.5 mol / L is preferably used. Here, the sol solution is sprayed on the steel material surface one or more times by a spray method to form a film. Here, in the present invention, “L” indicates liter.

【0011】そして、前記鋼材表面に形成されたゲル皮
膜を、室温から200℃以下の温度で乾燥させること、
特に好ましくは前記鋼材表面に形成されたゲル皮膜を、
室温によって自然乾燥させるのである。
And drying the gel film formed on the surface of the steel material at a temperature from room temperature to 200 ° C. or less.
Particularly preferably, the gel film formed on the steel material surface,
It is naturally dried at room temperature.

【0012】また、前記加水分解時に、着色剤として遷
移金属塩を添加してイオン状態とし、遷移金属をイオン
状態のまま加水分解し、セラミックスコーティング層中
に0.01〜0.5重量%含有させることも好ましい。
During the hydrolysis, a transition metal salt is added as a coloring agent to form an ionic state, and the transition metal is hydrolyzed in the ionic state, and contained in the ceramic coating layer in an amount of 0.01 to 0.5% by weight. It is also preferable to make it.

【0013】そして、第2発明は、前述のゾルゲル法に
よる鋼材に高耐候性を付与する表面処理方法を用いて、
鋼材の表面に溶融亜鉛めっき層とセラミックスコーティ
ング層の複合皮膜を形成した高耐候性鋼材を提供するも
のである。
The second invention uses a surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material by the sol-gel method described above,
An object of the present invention is to provide a highly weather-resistant steel material in which a composite coating of a galvanized layer and a ceramic coating layer is formed on the surface of the steel material.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】次に、本発明の詳細を実施形態に
基づき更に詳しく説明する。
Next, the details of the present invention will be described in more detail based on embodiments.

【0015】(鋼材の溶融亜鉛めっき処理)鋼材の表面
に溶融亜鉛めっきを施すには、従来公知の方法を採用す
ることができる。つまり、鋼材を酸洗し、水洗した後、
フラックス処理し、それを所定温度に設定した溶融亜鉛
浴に所定時間浸漬し、所定速度で引き上げ、空冷又は水
冷し、鋼材の表面に所定厚さの溶融亜鉛めっき皮膜を形
成するのである。
(Hot-dip galvanizing treatment of steel material) In order to apply hot-dip galvanizing to the surface of a steel material, a conventionally known method can be adopted. In other words, after the steel material is pickled and washed with water,
The flux is treated, immersed in a molten zinc bath set at a predetermined temperature for a predetermined time, pulled up at a predetermined speed, air-cooled or water-cooled, and a hot-dip galvanized film having a predetermined thickness is formed on the surface of the steel material.

【0016】また、溶融亜鉛めっき皮膜は、着色処理し
たものであっても良い。この着色処理には、本出願人の
特許発明(特許第2920148号公報)を利用するこ
とができる。つまり、亜鉛めっき皮膜を形成した鋼材
を、マンガンを主成分とした化成処理液に浸漬して皮膜
表面を黒色系に着色する化成処理を施した後、水洗し、
次いでクロムを主成分とした後処理液に浸漬して耐食性
を賦与する後処理を施してなる亜鉛めっき皮膜の着色方
法であり、具体的には、過マンガン酸カリウム(KMn
4):10〜80g/リットルと、リン酸三ナトリウ
ム(Na3PO4・12H2O):20〜200g/リッ
トルと、水酸化ナトリウム(NaOH):10〜100
g/リットルからなる化成処理液を用い、処理液温度3
0〜70℃、処理時間2〜15分の化成処理条件で亜鉛
めっき鋼材を浸漬する化成処理と、無水クロム酸(Cr
3):1〜20g/リットルからなり、pH1.0〜
4.0に調製した処理液を用い、処理液温度30〜70
℃、処理時間1〜10分の処理条件で亜鉛めっき鋼材を
浸漬する後処理Iと、からなるものである。
Further, the hot-dip galvanized film may have been subjected to a coloring treatment. For this coloring treatment, a patent invention of the present applicant (Japanese Patent No. 2920148) can be used. In other words, the steel material on which the galvanized film is formed is immersed in a chemical conversion solution containing manganese as a main component, subjected to a chemical conversion treatment in which the film surface is colored black, and then washed with water.
Next, this is a method for coloring a galvanized film which is subjected to a post-treatment for imparting corrosion resistance by immersion in a post-treatment solution containing chromium as a main component. Specifically, potassium permanganate (KMn
O 4 ): 10 to 80 g / l, trisodium phosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O): 20 to 200 g / l, and sodium hydroxide (NaOH): 10 to 100
g / liter of a chemical conversion treatment solution and a treatment solution temperature of 3
A chemical conversion treatment in which a galvanized steel material is immersed under a chemical conversion treatment condition of 0 to 70 ° C. and a treatment time of 2 to 15 minutes;
O 3 ): 1 to 20 g / liter, pH 1.0 to
Using the treatment liquid prepared at 4.0, the treatment liquid temperature was 30 to 70.
Post-treatment I in which a galvanized steel material is immersed under a treatment condition of 1 ° C. and a treatment time of 1 to 10 minutes.

【0017】(ゾルの調製)ゾルの調製は、金属アルコ
キシドあるいは金属アセチルアセトナト又は金属ハライ
ドに、これらと水の共通溶媒であるアルコール類、更に
は加水分解に必要な微量の水と触媒としての酸又は塩基
を混合することにより行うのである。ここで、本発明で
は、金属アルコキシドとして、Si、Al又はTiのア
ルコキシドを使用し、この金属アルコキシドを出発原料
とし、アルコールの溶液とした後、水と反応させて加水
分解してゾルを生成する。尚、反応性の高いアルコキシ
ドに水を直接添加すると、局部的に加水分解を起こして
沈殿を生ずるので、その場合にはゾルに加水分解による
沈殿生成を抑制する効果のある沈殿抑制剤を添加するこ
とも好ましい。
(Preparation of Sol) A sol is prepared by adding a metal alkoxide, a metal acetylacetonate, or a metal halide to an alcohol which is a common solvent of the alkoxide, the metal acetylacetonate or the metal, and a small amount of water required for hydrolysis and a catalyst. This is done by mixing an acid or a base. Here, in the present invention, an alkoxide of Si, Al, or Ti is used as a metal alkoxide, and the metal alkoxide is used as a starting material. After forming an alcohol solution, the alkoxide is reacted with water and hydrolyzed to form a sol. . When water is directly added to a highly reactive alkoxide, local hydrolysis occurs to cause precipitation, and in this case, a precipitation inhibitor having an effect of suppressing precipitation due to hydrolysis is added to the sol. It is also preferred.

【0018】また、出発原料として単一組成の金属アル
コキシドを使用すれば、単一組成のの金属酸化物からな
るセラミックスコーティング層が得られるが、出発原料
に第二成分や元素を付加することによって、第二成分を
添加した金属酸化物又は多元系の複合金属酸化物からな
るセラミックスコーティング層が得られる。
When a metal alkoxide having a single composition is used as a starting material, a ceramic coating layer composed of a metal oxide having a single composition can be obtained, but by adding a second component or element to the starting material, And a ceramic coating layer comprising a metal oxide to which the second component is added or a multicomponent composite metal oxide.

【0019】ゾルの微細構造は、ゲル構造に影響を与
え、ひいては最終のセラミックスコーティング層の特性
に影響を与えることが知られている。ゾルの微細構造
は、ゾルの調製によりある程度は制御できるので、この
ゾルの調製は重要である。ゾルはその調製によって、環
状の一次粒子が集合した粒子状の微細構造、若しくは鎖
状或いは若干の架橋を伴ったリニア鎖の微細構造とな
り、粒子状よりもリニア鎖の微細構造がより緻密な構造
となる。そして、若干の架橋を伴ったリニア鎖のゾルを
ゲル化すると高度架橋した構造に変化し、このゲルは高
温での熱処理をしなくても高い強度を有するセラミック
スコーティング層となる。
It is known that the microstructure of the sol affects the gel structure and thus the properties of the final ceramic coating layer. The preparation of this sol is important because the microstructure of the sol can be controlled to some extent by the preparation of the sol. Depending on its preparation, the sol becomes a particulate microstructure in which cyclic primary particles are aggregated, or a linear chain microstructure with chains or slight cross-links, and a finer structure of linear chains than in particles. Becomes Then, when the linear chain sol with some crosslinking is gelled, the structure changes to a highly crosslinked structure, and this gel becomes a ceramic coating layer having high strength without heat treatment at a high temperature.

【0020】ゾルの形成過程は、ゾルのpH値をパラメ
ータとした加水分解反応と重縮合反応との競争反応であ
り、両反応の反応速度比が重要なファクターとなる。ゾ
ルのpH値が低い強酸性領域では、加水分解反応速度が
大きく、重縮合反応速度が小さいため、原料のアルコキ
シドは完全に加水分解される。ゾルのpH値が中性を含
む弱酸性、弱アルカリ性領域では、逆に重縮合反応速度
が大きく、加水分解反応速度が小さいため、ゾルを形成
することは困難である。そのため、先ず強酸性領域で加
水分解を終了させた後、アルカリ性の添加剤を添加して
調製することになる。また、ゾルのpH値が高い強アル
カリ性領域では、加水分解反応速度も重縮合反応速度が
大きいため、加水分解で生成すると、直ぐに重縮合反応
することになり、大きな粒子を生成するので本発明には
利用できない。
The sol formation process is a competitive reaction between the hydrolysis reaction and the polycondensation reaction using the pH value of the sol as a parameter, and the ratio of the reaction rates of both reactions is an important factor. In the strongly acidic region where the pH value of the sol is low, the hydrolysis reaction rate is high and the polycondensation reaction rate is low, so that the raw material alkoxide is completely hydrolyzed. In the weakly acidic or weakly alkaline region where the pH value of the sol is neutral, the polycondensation reaction rate is conversely high and the hydrolysis reaction rate is low, so that it is difficult to form a sol. For this reason, the hydrolysis is first terminated in the strongly acidic region, and then the preparation is performed by adding an alkaline additive. In addition, in the strongly alkaline region where the pH value of the sol is high, the hydrolysis reaction rate is also large, so that when it is produced by hydrolysis, it immediately undergoes a polycondensation reaction, and large particles are generated. Is not available.

【0021】従って、強酸性領域でゾルを調製すること
が最も簡単であり、ゾルも安定であるので、工業的には
有利である。ここで、ゾル溶液が強酸性である場合に、
爾後に形成される溶融亜鉛めっき層とセラミックスコー
ティング層の複合皮膜の耐久性において、ゾルの強酸性
が悪影響を及ぼすことが当初は予想されたが、その後の
実験によって全く問題がないことが分かった。逆に、当
初の予備実験において好ましいと思われた中性を含む弱
酸性、弱アルカリ性のゾル溶液を用いて形成した複合皮
膜は、長時間にわたる塩水噴霧試験の結果、耐食性にお
いて不十分であることが分かった。そのため、本発明で
は、ゾル溶液のpHを0〜3の強酸性に調製した。
Therefore, it is simplest to prepare a sol in a strongly acidic region, and the sol is stable, which is industrially advantageous. Here, when the sol solution is strongly acidic,
Initially, it was expected that the strong acidity of the sol would have an adverse effect on the durability of the composite coating of the hot-dip galvanized layer and the ceramic coating layer that was subsequently formed, but subsequent experiments revealed no problems. . Conversely, the composite film formed using a weakly acidic or weakly alkaline sol solution, which was considered favorable in the initial preliminary experiments, was insufficient in corrosion resistance as a result of a long time salt spray test. I understood. Therefore, in the present invention, the pH of the sol solution was adjusted to a strongly acidic value of 0 to 3.

【0022】金属アルコキシドの加水分解反応は、金属
の種類によって反応速度が大きく異なるので、反応速度
を制御するために酸やアルカリの触媒を添加する。代表
的な触媒としては、酸では、塩酸、硝酸、硫酸、有機酸
が挙げられ、アルカリでは、アンモニア、アミン類が挙
げられる。どの触媒を使用するかは、ゾルの微細構造に
よって選択する。
Since the reaction rate of the metal alkoxide hydrolysis reaction varies greatly depending on the type of metal, an acid or alkali catalyst is added to control the reaction rate. Representative catalysts include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and organic acids for acids, and ammonia and amines for alkalis. Which catalyst to use depends on the microstructure of the sol.

【0023】また、ゾルの重縮合反応も金属の種類によ
って反応速度が大きく異なり、反応速度の遅いSiでは
問題にならないが、Tiなどの多くの元素では反応速度
が速すぎて制御できない。そのため、金属アルコキシド
或いはメタロキサン鎖に配位して反応速度を制御可能な
速さまで遅くする作用を有する反応安定化剤をゾルに添
加する。代表的な反応安定化剤としては、酸では、塩酸
などの無機酸、有機酸が挙げられ、アルコールでは、セ
ロソルブ、アミノアルコールが挙げられ、その他では、
アセチルアセトン、アルキルアミン、フォルムアミド等
が挙げられる。
Also, the polycondensation reaction of the sol greatly varies in reaction rate depending on the type of metal, and is not a problem with Si having a low reaction rate, but cannot be controlled with many elements such as Ti because the reaction rate is too fast. Therefore, a reaction stabilizer having the effect of coordinating to a metal alkoxide or metalloxane chain to reduce the reaction rate to a controllable rate is added to the sol. Typical reaction stabilizers include, for acids, inorganic acids such as hydrochloric acid and organic acids, and for alcohols, cellosolve and amino alcohol.
Examples include acetylacetone, alkylamine, and formamide.

【0024】(ゾルのコーティング)鋼材の表面にゾル
をコーティングする方法としては、刷毛塗り法、スプレ
ー法、浸漬法がある。浸漬法はもっとも簡便ではある
が、大型の鋼材の場合には浸漬槽が必然的に大きくなっ
て多量のゾル溶液が必要になるので、小型で複雑な形状
の鋼材の場合以外は、ゾル溶液が少なくて済むことから
刷毛塗り法やスプレー法が好ましい。特に、スプレー法
は、ゾル溶液を鋼材表面に均一に塗布できるので好まし
い。鋼材の表面にゾルをコーティングする場合、何れの
コーティング方法でもその皮膜の厚さは略一様にするこ
とが望ましい。浸漬法の場合は、鋼材をゾル槽に一定時
間浸漬した後、一定速度で引き上げるのである。その場
合、ゾル皮膜の厚さは、ゾルの粘度と引上げ速度の増加
とともに厚くなり、ゾルの表面張力と密度の増加ととも
に薄くなることが知られている。従って、ゾル皮膜の厚
さを所定の厚さにするには、ゾルの粘度と引上げ速度を
制御することが必要になる。ゾルの粘度の調節は、刷毛
塗り法やスプレー法においても重要である。ここで、何
れのコーティング方法を採用するにしても、一回の浸漬
又は塗布で所定の皮膜厚さを得られるようにすること
は、処理効率の点において重要であるが、所定の皮膜厚
さが得られない場合には最小限の回数の浸漬又は塗布を
繰り返すことになる。
(Sol Coating) As a method of coating a sol on the surface of a steel material, there are a brush coating method, a spray method, and a dipping method. The immersion method is the simplest, but in the case of large steel materials, the immersion tank is inevitably large and a large amount of sol solution is required. The brush coating method and the spray method are preferred because they require only a small amount. In particular, the spray method is preferable because the sol solution can be uniformly applied to the surface of the steel material. When a sol is coated on the surface of a steel material, it is desirable that the thickness of the coating be substantially uniform in any coating method. In the case of the immersion method, the steel material is immersed in the sol tank for a certain time, and then pulled up at a certain speed. In that case, it is known that the thickness of the sol film increases with an increase in the viscosity and pulling rate of the sol, and decreases with an increase in the surface tension and density of the sol. Therefore, in order to make the thickness of the sol film a predetermined thickness, it is necessary to control the viscosity and the pulling speed of the sol. Adjustment of the viscosity of the sol is also important in the brush coating method and the spray method. Regardless of which coating method is used, it is important to obtain a predetermined film thickness by one dipping or coating, but it is important in terms of processing efficiency. If is not obtained, immersion or coating is repeated a minimum number of times.

【0025】(乾燥・加熱処理)鋼材の表面にゾルをコ
ーティングすると、湿潤ゲル膜が形成される。この湿潤
ゲル膜を乾燥し、次いで乾燥ゲル膜の緻密化を行う加熱
処理を施すと耐食性に優れたセラミックスコーティング
層が形成される。ここで、加熱処理では、乾燥ゲル膜中
に残存している水分の除去の他に、残留有機物の除去が
行われる。尚、湿潤ゲル膜を超臨界乾燥すると、体積収
縮の殆どないエアロゲル膜となる。
(Drying / Heat Treatment) When a sol is coated on the surface of a steel material, a wet gel film is formed. When this wet gel film is dried and then subjected to a heat treatment for densifying the dried gel film, a ceramic coating layer having excellent corrosion resistance is formed. Here, in the heat treatment, in addition to the removal of water remaining in the dried gel film, the removal of residual organic substances is performed. When the wet gel film is supercritically dried, it becomes an airgel film with almost no volume shrinkage.

【0026】乾燥ゲル膜やエアロゲル膜は、一般的には
500℃から1000℃程度の熱処理によってセラミッ
クスコーティング層を形成しているが、本発明では鋼材
の表面に下地として溶融亜鉛めっき層を形成しているこ
とから、また加熱による鋼材の変質を防止するために
も、可及的に低い温度の熱処理が好ましい。従って、本
実施形態では、乾燥・加熱処理の温度は常温(室温)か
ら高々200℃としている。ここで、残留有機物を酸化
により二酸化炭素や水蒸気として除去するため、酸素雰
囲気中にて加熱した場合、アルゴン雰囲気や大気中に比
べて皮膜が一層緻密化する。しかし、室温乾燥のみで耐
久性のあるセラミックスコーティング層を形成すること
ができれば、工業的に非常に有利である。本発明は、室
温乾燥のみで実用に耐えられる耐候性のあるセラミック
スコーティング層を形成することができる条件を見出
し、更に高度の耐候性が要求される場合にのみ200℃
以下の加熱処理を行うようにしている。
The dry gel film and the airgel film generally form a ceramic coating layer by heat treatment at about 500 ° C. to 1000 ° C. In the present invention, a hot-dip galvanized layer is formed as a base on the surface of a steel material. Therefore, a heat treatment at a temperature as low as possible is preferable in order to prevent deterioration of the steel material due to heating. Therefore, in this embodiment, the temperature of the drying / heating treatment is from room temperature (room temperature) to 200 ° C. at most. Here, in order to remove residual organic substances as carbon dioxide and water vapor by oxidation, when heated in an oxygen atmosphere, the film becomes more dense than in an argon atmosphere or in the air. However, it is industrially very advantageous if a durable ceramic coating layer can be formed only by drying at room temperature. The present invention has found a condition capable of forming a weather-resistant ceramic coating layer that can withstand practical use only by drying at room temperature.
The following heat treatment is performed.

【0027】また、加熱処理の代わりに常温付近の温度
でゲル膜の緻密化を行う他の方法として、湿潤ゲル膜に
紫外線を照射する方法がある。湿潤ゲル膜は波長185
nmの紫外線を吸収する原理を利用するものであり、紫
外線源として低圧水銀ランプ(波長:254nmと18
5nm)が使用できる。つまり、ゲル及び湿潤ゲル膜が
波長185nmの紫外線を吸収すると、アルキル基−O
結合の切断と金属−O結合の形成がなされるとともに、
雰囲気中に生成したオゾンや原子状酸素による残留有機
物の酸化によって皮膜の緻密化が行われるのである。従
って、室温乾燥のみでは特殊な用途にあった耐候性が得
られない場合には、紫外線照射処理を実行したり、前述
の加熱処理とを組み合わせて更に耐候性を向上させるこ
とが可能である。
As another method of densifying the gel film at a temperature near normal temperature instead of the heat treatment, there is a method of irradiating the wet gel film with ultraviolet rays. The wet gel film has a wavelength of 185.
A low-pressure mercury lamp (wavelength: 254 nm and 18 nm) is used as a source of ultraviolet light.
5 nm) can be used. That is, when the gel and the wet gel film absorb ultraviolet light having a wavelength of 185 nm, the alkyl group -O
While breaking the bond and forming a metal-O bond,
Densification of the film is performed by oxidation of residual organic matter by ozone and atomic oxygen generated in the atmosphere. Therefore, when the weather resistance suitable for the special use cannot be obtained only by drying at room temperature, it is possible to further improve the weather resistance by executing an ultraviolet irradiation treatment or combining with the above-mentioned heat treatment.

【0028】(セラミックスコーティング層の膜厚制
御)鋼材の表面に形成されたセラミックスコーティング
層の膜厚を制御するには、鋼材をゾル槽に浸漬し、引上
げ、乾燥・加熱処理までのコーティング工程を所望回数
繰り返せば良く、コーティング回数に比例して膜厚は増
加する。尚、1回のコーティング工程で膜厚を厚くする
には、前述の如くゾルの粘度と引上げ速度を増加させれ
ば良いが、臨界膜厚を超えると、皮膜中からの有機溶媒
の揮発に伴って発生する表面に平行に働く引張り応力に
より皮膜に亀裂が発生するので、1回にコーティングす
る膜厚を最適に設定しなければならない。それには、ゾ
ルの粘度と引上げ速度をパラメータとして、最適な条件
を探せば良い。同様に、ゾル溶液をスプレー法によって
塗布する場合も、その塗布回数によって膜厚を制御でき
る。しかし、工業的には、浸漬法でもスプレー法でも浸
漬あるいは塗布回数が少ない方が有利である。
(Control of the thickness of the ceramic coating layer) In order to control the thickness of the ceramic coating layer formed on the surface of the steel material, the steel material is immersed in a sol tank, pulled up, and dried and heated. It may be repeated a desired number of times, and the film thickness increases in proportion to the number of coatings. Incidentally, in order to increase the film thickness in one coating step, the viscosity of the sol and the pulling rate may be increased as described above, but when the film thickness exceeds the critical film thickness, the organic solvent is volatilized from the film. Cracks occur in the film due to tensile stress acting parallel to the surface that occurs, so the film thickness to be coated at one time must be set optimally. To do so, the optimum conditions may be searched for using the viscosity of the sol and the pulling rate as parameters. Similarly, when the sol solution is applied by a spray method, the film thickness can be controlled by the number of times of application. However, industrially, it is advantageous that the number of times of immersion or application is small in both the immersion method and the spray method.

【0029】(セラミックスコーティング層の特性)セ
ラミックスコーティング層の特性、特に強度や耐候性
は、ゾル溶液のpH値、モル濃度、浸漬あるいは塗布回
数、更にゾルの微細構造やその後に施す乾燥・加熱処理
に依存するところが大きい。
(Characteristics of Ceramic Coating Layer) The properties of the ceramic coating layer, especially the strength and weather resistance, are determined by the pH value, molar concentration, number of times of immersion or application of the sol solution, the fine structure of the sol, and the subsequent drying / heating treatment. It largely depends on.

【0030】(セラミックスコーティング層の着色)本
発明のゾルゲル法によって得られたセラミックスコーテ
ィング層は、皮膜の厚さが薄ければ下地の溶融亜鉛めっ
き層が透けて見える程度の透明性を有するので、溶融亜
鉛めっき層を着色処理しても鋼材の表面は着色された外
観を呈する。しかし、着色溶融亜鉛めっき層は、ゾルゲ
ル法による処理によって変色し、著しく暗色になること
がある。
(Coloring of Ceramic Coating Layer) The ceramic coating layer obtained by the sol-gel method of the present invention has such transparency that the underlying hot-dip galvanized layer can be seen through if the thickness of the film is small. Even if the hot-dip galvanized layer is colored, the surface of the steel material has a colored appearance. However, the colored hot-dip galvanized layer may be discolored by treatment by the sol-gel method, and may become extremely dark.

【0031】そこで、溶融亜鉛めっき層は無着色とし、
セラミックスコーティング層を着色することも可能であ
る。つまり、前記加水分解時に、着色剤として遷移金属
塩を添加してイオン状態とし、遷移金属をイオン状態の
まま加水分解し、セラミックスコーティング層中に含有
させることにより着色することができる。ここで、着色
剤に用いる遷移金属塩は、Co、Mn又はNiの硝酸塩
又は塩化物が好ましい。また、乾燥・熱処理後のセラミ
ックスコーティング層を形成する金属酸化物に対して遷
移金属は0.01〜0.5重量%の範囲であることが好
ましく、0.01重量%より少ないと着色が薄すぎ、
0.5重量%より多くなると暗色にくすんだ着色にな
り、更に熱処理の際、コロイド状あるいは結晶状になる
ので好ましくない。尚、遷移金属をイオン状態のままに
するには、溶液のpHを4〜6に調製することにより達
成できる。このセラミックスコーティング層中に遷移金
属を含有させる着色処理は、Crを使用しないので公害
が発生する恐れが全くないので、理想的な表面処理であ
ると言える。
Therefore, the hot-dip galvanized layer is not colored,
It is also possible to color the ceramic coating layer. That is, at the time of the hydrolysis, a transition metal salt is added as a coloring agent to form an ionic state, the transition metal is hydrolyzed in the ionic state, and the transition metal is colored in the ceramic coating layer. Here, the transition metal salt used for the coloring agent is preferably a nitrate or chloride of Co, Mn or Ni. Further, the transition metal is preferably in the range of 0.01 to 0.5% by weight based on the metal oxide forming the ceramic coating layer after drying and heat treatment. Too much
If it exceeds 0.5% by weight, it becomes dark and dull, and furthermore, it becomes undesirably colloidal or crystalline during heat treatment. The transition metal can be kept in the ionic state by adjusting the pH of the solution to 4 to 6. This coloring treatment for incorporating a transition metal in the ceramic coating layer is an ideal surface treatment because there is no risk of pollution since Cr is not used.

【0032】[0032]

【実施例】本発明による効果を実証するため70mm×
30mm×2.3mmの鋼板に、溶融亜鉛めっきを施し
たものと、溶融亜鉛めっきを着色処理(本出願人による
特許第2920148号の一部の処理を利用)を施した
供試材をそれぞれ作成した。つまり、ここでの着色処理
は、過マンガン酸カリウム(KMnO4):10〜80
g/リットルと、リン酸三ナトリウム(Na3PO4・1
2H2O):20〜200g/リットルと、水酸化ナト
リウム(NaOH):10〜100g/リットルからな
る化成処理液を用い、処理液温度30〜70℃、処理時
間2〜15分の化成処理条件で亜鉛めっき鋼材を浸漬す
る化成処理までを行ったものである。そして、着色処理
を施した供試材の表面に処理条件を変えてSi酸化物、
Al酸化物及びTi酸化物からなるセラミックスコーテ
ィング層を形成する予備実験を行った。つまり、各金属
成分につき、ゾルの濃度を単位濃度の略整数倍に設定
し、浸漬回数は1〜3回とし、焼成条件を変えた処理条
件でセラミックスコーティング層を形成した。
EXAMPLES In order to demonstrate the effect of the present invention, 70 mm ×
A 30 mm × 2.3 mm steel plate was subjected to hot-dip galvanizing, and a test material was prepared by subjecting hot-dip galvanizing to a coloring treatment (using a part of the processing of Japanese Patent No. 2920148 by the present applicant). did. That is, the coloring treatment here is performed using potassium permanganate (KMnO 4 ): 10 to 80.
and g / l, trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 1
2H 2 O): and 20 to 200 g / l, sodium hydroxide (NaOH): using a 10 to 100 g / liter consisting chemical conversion treatment liquid, the treatment liquid temperature 30 to 70 ° C., chemical treatment and processing time of 2-15 minutes The process up to the chemical conversion treatment in which the galvanized steel material is immersed is performed. Then, by changing the treatment conditions on the surface of the test material subjected to the coloring treatment, Si oxide,
A preliminary experiment for forming a ceramic coating layer made of Al oxide and Ti oxide was performed. That is, for each metal component, the concentration of the sol was set to approximately an integral multiple of the unit concentration, the number of times of immersion was set to 1 to 3, and the ceramic coating layer was formed under processing conditions with different firing conditions.

【0033】ここで、ゾルの調製は以下のようにした。
何れもゾル溶液のpHは5〜6の範囲である。
Here, the sol was prepared as follows.
In any case, the pH of the sol solution is in the range of 5-6.

【0034】Siの場合、Si(OC254に、エタ
ノールを混合した後、水と塩酸及びエタノールを混合
し、1時間攪拌してゾル状のアルコキシド溶液を作成し
た。
In the case of Si, after mixing ethanol with Si (OC 2 H 5 ) 4 , water, hydrochloric acid and ethanol were mixed and stirred for 1 hour to prepare a sol-like alkoxide solution.

【0035】Alの場合、Al(OCH(CH323
還流しながら塩酸を混合し、ゾル状のアルコキシド溶液
を作成した。
In the case of Al, Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3
Hydrochloric acid was mixed while refluxing to prepare a sol-like alkoxide solution.

【0036】Tiの場合、Ti(OC373に、2−
プロパノールを混合し、1時間攪拌してゾル状のアルコ
キシド溶液を作成した。
In the case of Ti, Ti (OC 3 H 7 ) 3 has 2-
Propanol was mixed and stirred for 1 hour to prepare a sol-like alkoxide solution.

【0037】そして、これらのゾルに供試材を浸漬し、
室温で30分間乾燥後、250℃で30分間の加熱処理
を施した。尚、Siに関しては、500℃で1時間、2
50℃で30分間の加熱処理も別途施した。その結果
は、次の表1に示した。
Then, the test material is immersed in these sols,
After drying at room temperature for 30 minutes, a heat treatment was performed at 250 ° C. for 30 minutes. Incidentally, regarding Si, 2 hours at 500 ° C.
A heat treatment at 50 ° C. for 30 minutes was also separately performed. The results are shown in Table 1 below.

【0038】[0038]

【表1】 【table 1】

【0039】この表中、クラックと皮膜量は走査電子顕
微鏡(SEM)で観察し、耐食性は塩水噴霧試験(SS
T)により評価した。塩水噴霧試験は、JIS Z 2
371に準拠し、セラミックスコーティング層が存在す
る部分に白錆が面積比で20%発生した時間で評価し
た。
In this table, cracks and film amount were observed by a scanning electron microscope (SEM), and corrosion resistance was evaluated by a salt spray test (SS).
T). The salt spray test is based on JIS Z 2
371 was evaluated based on the time when white rust was generated in an area ratio of 20% in a portion where the ceramic coating layer was present.

【0040】この結果、概ね溶融亜鉛めっき層の上にセ
ラミックスコーティング層が形成されることが実証で
き、Alでは比較的耐食性に優れたものが得られること
も確認できた。これらの結果を踏まえて更にAlについ
て予備試験を行った。ここで使用したゾルは前記同様に
して調製したものであるが、緻密な微細構造のAl酸化
物皮膜を作成するため、ゾル濃度を低くし、浸漬回数を
3回に固定し、また室温で30分間乾燥後、250℃で
30分間の加熱処理を施した。その結果は、次の表2に
示した。
As a result, it was proved that a ceramic coating layer was generally formed on the hot-dip galvanized layer, and it was also confirmed that Al was excellent in corrosion resistance. Based on these results, a preliminary test was further performed on Al. The sol used here was prepared in the same manner as described above. However, in order to form an Al oxide film having a fine and fine structure, the sol concentration was reduced, the number of times of immersion was fixed to three times, and 30 minutes at room temperature. After drying for minutes, a heat treatment was performed at 250 ° C. for 30 minutes. The results are shown in Table 2 below.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】この結果、20%白錆発生時間がサンプル
2では96時間、サンプル3では、108時間と非常に
耐食性が高いセラミックスコーティング層が形成される
ことが確かめられた。これは、セラミックスコーティン
グ層が、ピンホールの少ない緻密な微細構造の皮膜とな
っているためと思われる。
As a result, it was confirmed that a ceramic coating layer having a very high corrosion resistance was formed, with a 20% white rust generation time of 96 hours in Sample 2 and 108 hours in Sample 3. This is presumably because the ceramic coating layer is a film having a fine microstructure with few pinholes.

【0043】更に、Alについて、室温で30分間乾燥
後の加熱処理の条件を変えて試験を行った。ここで使用
したゾルの濃度は0.1mol/L、浸漬回数3回で固定
し、加熱処理の条件は室温、50℃、100℃、250
℃でそれぞれ30分間と1時間とした。その結果は、次
の表3に示した。
Further, Al was tested by changing the conditions of the heat treatment after drying at room temperature for 30 minutes. The concentration of the sol used here was fixed at 0.1 mol / L and the number of times of immersion was three times, and the conditions of the heat treatment were room temperature, 50 ° C., 100 ° C., 250
C. for 30 minutes and 1 hour, respectively. The results are shown in Table 3 below.

【0044】[0044]

【表3】 [Table 3]

【0045】この結果、20%白錆発生時間は、加熱温
度がより低く、また加熱時間がより長い方が、長くなる
傾向があることが確かめられた。
As a result, it was confirmed that the 20% white rust generation time tends to be longer when the heating temperature is lower and the heating time is longer.

【0046】そこで、Alについて工業的な実施に有利
な条件を見出すために更に実験を繰り返した結果、ゾル
溶液のpH値、モル濃度、浸漬あるいは塗布回数、乾燥
・加熱条件の最適な範囲を特定した。ここで、Alのゾ
ル溶液の調製は以下のようにした。
Therefore, as a result of repeating experiments to find conditions advantageous for industrial implementation of Al, the optimum range of the pH value, molar concentration, number of times of immersion or application, and drying / heating conditions of the sol solution was specified. did. Here, the preparation of the Al sol solution was performed as follows.

【0047】先ず、107.1343gのアルミニウム
イソプロポキシド(純度99.999%、高純度化学
製)に、2−プロパノールを加えて加熱還流し、途中で
加熱を止め、室温まで冷却した後、35%塩酸を約45
mL加えてさらに加熱還流し、生成した溶液に2−プロ
パノールを加えて全量1000mLとし、0.5245
mol/Lの溶液(pH=0)を調製した。この溶液を2
−プロパノールで希釈し、それぞれ0.5、0.4、
0.3、0.2mol/Lのゾル溶液(pH=0)を調製
した。
First, 2-propanol was added to 107.1343 g of aluminum isopropoxide (purity: 99.999%, manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.), and the mixture was heated to reflux. About 45% hydrochloric acid
The mixture was further heated under reflux, and 2-propanol was added to the resulting solution to make the total volume 1000 mL.
A mol / L solution (pH = 0) was prepared. This solution is
-Diluted with propanol, 0.5, 0.4, respectively
0.3 and 0.2 mol / L sol solutions (pH = 0) were prepared.

【0048】前述の調製したゾル溶液を用い、無着色溶
融亜鉛めっき供試材と、着色溶融亜鉛めっき供試材の表
面に、浸漬法とスプレー法で1〜3回の浸漬あるいは塗
布回数で付着させ、それを室温乾燥、あるいは室温乾燥
後に加熱処理を施したものの塩水噴霧試験による耐食性
を評価した。その結果を、表4に示す。
Using the sol solution prepared as described above, adhere to the surface of the non-colored hot-dip galvanized test material and the surface of the colored hot-dip galvanized test material by dipping and spraying one to three times or by the number of coatings. It was dried at room temperature or subjected to heat treatment after drying at room temperature, and the corrosion resistance was evaluated by a salt spray test. Table 4 shows the results.

【0049】[0049]

【表4】 [Table 4]

【0050】次に、各サンプルの塩水噴霧試験の結果に
ついて簡単に説明する。先ず、サンプル101〜109
について、加熱時間による耐食性の変化では、濃度0.
1mol/Lの場合は何れの処理時間でも72時間以内に
20%以上の白錆の発生が確認された。濃度0.3mol
/Lの場合、20%白錆発生時間は加熱時間に大きく依
存しており、加熱時間10分、20分で約270時間、
30分の場合は500時間以上となった。濃度0.4mo
l/Lの場合、20%白錆発生時間は加熱時間10分で
約400時間、20分、30分加熱では500時間以上
となった。ゾル溶液の濃度が0.1mol/Lと低い場合
は、加熱時間に依らず20%白錆発生時間は72時間以
内であったが、濃度0.3mol/L以上になると、加熱
時間が長いほど耐食性に優れていた。以上より、濃度
0.3mol/L以上、加熱時間10分以上であれば、2
0%白錆発生時間は250時間以上となり、十分な耐食
性を得ることができることが分かった。
Next, the results of the salt spray test of each sample will be briefly described. First, samples 101 to 109
For the change in corrosion resistance due to heating time, the
In the case of 1 mol / L, generation of white rust of 20% or more was confirmed within 72 hours in any treatment time. Concentration 0.3mol
/ L, the 20% white rust generation time greatly depends on the heating time, and the heating time is about 270 hours for 10 minutes and 20 minutes.
In the case of 30 minutes, it was 500 hours or more. Concentration 0.4mo
In the case of l / L, the 20% white rust generation time was about 400 hours with a heating time of 10 minutes, and 500 hours or more with heating for 20 minutes and 30 minutes. When the concentration of the sol solution was as low as 0.1 mol / L, the generation time of 20% white rust was within 72 hours irrespective of the heating time. Excellent corrosion resistance. From the above, if the concentration is 0.3 mol / L or more and the heating time is 10 minutes or more, 2
The 0% white rust generation time was 250 hours or more, indicating that sufficient corrosion resistance could be obtained.

【0051】また、サンプル110〜113について、
加熱処理を施さなくても室温乾燥(自然乾燥)のみで十
分な耐食性が得られることが分かり、この場合もゾル溶
液の濃度が高いほど耐食性に優れていることが分かっ
た。耐食性について、加熱処理をした前述のサンプルと
同等な結果が得られたことは、特筆すべき事実であり、
特に濃度0.5、0.4mol/Lでは、408時間でも
約15%程度の白錆発生面積であるので、加熱処理を施
したサンプルに匹敵する耐食性を有することが予想され
る。
For samples 110 to 113,
It was found that sufficient corrosion resistance was obtained only by drying at room temperature (natural drying) without heat treatment. In this case as well, it was found that the higher the concentration of the sol solution, the better the corrosion resistance. It is noteworthy that the same results were obtained for the corrosion resistance of the heat-treated sample,
In particular, when the concentration is 0.5 or 0.4 mol / L, since the white rust generation area is about 15% even in 408 hours, it is expected that the sample has corrosion resistance comparable to that of the sample subjected to the heat treatment.

【0052】また、サンプル114〜117について、
加熱処理を施さず、しかも浸漬回数を1〜2回に減らし
ても、少なくとも濃度が0.4、0.3mol/Lであれ
ば、何れの場合も20%白錆発生時間が168時間以上
となり、十分な耐食性が備わっていることが分かった。
加熱処理を施す場合には、浸漬回数が増加するほど耐食
性に優れている結果が得られ、浸漬回数が1回では24
時間以内、2回では72時間以内に20%白錆発生が確
認されているが、加熱処理を省略した場合には浸漬回数
が1回でも十分な耐食性が得られることは特筆すべき事
実である。少ない浸漬回数であれば、加熱処理を省略す
ることで耐食性が向上する理由は、加熱処理によって皮
膜に形成される微細なクラックが、加熱処理を省略する
ことで最小限に抑制された結果であると推測でき、また
表面顕微鏡観察の結果もこの事実を裏付けるものであ
る。
For samples 114 to 117,
Even if the heat treatment is not performed, and even if the number of times of immersion is reduced to 1-2 times, at least the concentration is 0.4 or 0.3 mol / L, in each case, the 20% white rust generation time becomes 168 hours or more. , It was found to have sufficient corrosion resistance.
In the case of performing the heat treatment, as the number of times of immersion increases, the more excellent the corrosion resistance is, the more the results are obtained.
Within 20 hours, it was confirmed that 20% white rust was generated within 72 hours. However, it is noteworthy that sufficient corrosion resistance can be obtained even with only one immersion if heat treatment is omitted. . If the number of times of immersion is small, the reason why the corrosion resistance is improved by omitting the heat treatment is that the fine cracks formed in the film by the heat treatment are minimized by omitting the heat treatment. The results of surface microscopy confirm this fact.

【0053】また、サンプル118〜121は、溶融亜
鉛めっき表面を無着色のまま、つまり無処理のままのサ
ンプルであり、その表面に加熱処理を省略して皮膜を形
成したものである。20%白錆発生までの時間は、ゾル
溶液の濃度によらず72〜128時間の範囲であった。
着色処理を施した供試材の結果と比較すると、耐食性に
劣ることが分かったが、通常の用途において十分な耐食
性が得られていることは重要である。
Samples 118 to 121 are samples in which the surface of the hot-dip galvanized coating is uncolored, that is, untreated, and a film is formed on the surface by omitting the heat treatment. The time until the occurrence of 20% white rust was in the range of 72 to 128 hours regardless of the concentration of the sol solution.
Compared with the result of the test material subjected to the coloring treatment, it was found that the corrosion resistance was inferior, but it is important that sufficient corrosion resistance is obtained in ordinary applications.

【0054】また、サンプル122〜125は、無着色
溶融亜鉛めっきの供試材についての結果である。耐食性
は、ゾル溶液の濃度が高く、また浸漬回数が多いほど優
れていることが分かる。ゾル溶液の濃度が0.4mol/
Lで2回浸漬した場合には、20%白錆発生時間が15
0時間以上であった。一方、濃度が0.3mol/Lで1
回浸漬の場合には同時間は24時間であった。しかし、
それ以外の場合には、72時間以上の耐食性が得られて
いるので、濃度と浸漬回数を調整すれば最小工程、最小
コストで通常の用途において使用に耐えうる十分な耐食
性を付与することが可能である。
Samples 122 to 125 show the results of the test materials for the non-colored hot-dip galvanizing. It can be seen that the corrosion resistance is excellent as the concentration of the sol solution is high and the number of times of immersion is large. The concentration of the sol solution is 0.4 mol /
When immersed twice in L, the 20% white rust generation time is 15%.
It was 0 hours or more. On the other hand, when the concentration is 0.3 mol / L, 1
In the case of repeated immersion, the same time was 24 hours. But,
In other cases, corrosion resistance of 72 hours or more is obtained, so by adjusting the concentration and the number of times of immersion, it is possible to provide sufficient corrosion resistance that can be used in ordinary applications with the minimum process and minimum cost. It is.

【0055】最後に、サンプル126〜129は、供試
材へのゾル溶液の付着をスプレー法によって行った結果
である。この場合、ゾル溶液の濃度が0.5mol/Lと
高い場合ではあるが、3回の塗布によって着色処理の有
無、加熱処理の有無に係わらず20%白錆発生時間が7
2時間以上となって実用に十分な耐食性が得られること
が分かった。特に、溶融亜鉛めっき表面の着色処理の有
無に係わらず、加熱処理を省略した場合の方が耐食性に
おいて優れていることが分かった。このことは、スプレ
ー法を採用して、しかも室温での自然乾燥のみで十分な
耐食性が得られることを意味し、工業的に実施する場合
において特に重要な結果である。
Finally, Samples 126 to 129 are the results of applying the sol solution to the test material by the spray method. In this case, although the concentration of the sol solution is as high as 0.5 mol / L, the 20% white rust generation time is 7 times regardless of the presence or absence of the coloring treatment and the heating treatment by the three coatings.
It was found that at least 2 hours, practically sufficient corrosion resistance was obtained. In particular, it was found that irrespective of the presence or absence of the coloring treatment on the hot-dip galvanized surface, the case where the heat treatment was omitted was superior in corrosion resistance. This means that sufficient corrosion resistance can be obtained only by natural drying at room temperature by employing the spray method, and this is a particularly important result in industrial practice.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上にしてなる本発明の鋼材に高耐候性
を付与する表面処理方法は、鋼材表面に溶融亜鉛めっき
層を形成した後、該溶融亜鉛めっき層の上にゾルゲル法
によってセラミックスコーティング層を形成してなるの
で、溶融亜鉛めっき層の低いが信頼性の高い耐食性と、
セラミックスコーティング層の優れた耐食性による溶融
亜鉛めっき層の保護作用との相乗効果を期待できるもの
であり、またセラミックスコーティング層は200℃以
下の比較的低い温度の熱処理、あるいは室温での自然乾
燥のみによって形成することができるので、融点が低い
溶融亜鉛めっき層の上にも形成することができ、大型で
複雑な形状の鋼材にも適用することができるものであ
る。また、この表面処理方法は、セラミックスコーティ
ング層中にCrを含有しないので、六価クロムを原因と
する公害が発生する恐れが全くない理想的な表面処理で
ある。
As described above, the surface treatment method for imparting high weather resistance to the steel material of the present invention comprises forming a hot-dip galvanized layer on the surface of the steel material, and coating the hot-dip galvanized layer with a ceramic coating by a sol-gel method. Since the layer is formed, the galvanized layer has a low but reliable corrosion resistance,
It can be expected to have a synergistic effect with the protective effect of the hot-dip galvanized layer due to the excellent corrosion resistance of the ceramic coating layer, and the ceramic coating layer can be heat-treated at a relatively low temperature of 200 ° C or less, or only dried naturally at room temperature. Since it can be formed, it can also be formed on a hot-dip galvanized layer having a low melting point, and can be applied to a large and complicated-shaped steel material. Further, since this surface treatment method does not contain Cr in the ceramic coating layer, it is an ideal surface treatment that does not cause any pollution caused by hexavalent chromium.

【0057】また、本発明の表面処理方法によって得ら
れた高耐候性鋼材は、表面に溶融亜鉛めっき層とセラミ
ックスコーティング層の複合皮膜が形成されているの
で、溶融亜鉛めっき層の低いが信頼性の高い耐食性と、
セラミックスコーティング層の優れた耐食性による溶融
亜鉛めっき層の保護作用との相乗効果による高耐候性を
備えたものとなるのである。
The highly weather-resistant steel material obtained by the surface treatment method of the present invention has a low hot-dip galvanized layer but low reliability because a composite film of a hot-dip galvanized layer and a ceramic coating layer is formed on the surface. High corrosion resistance and
The ceramic coating layer has high weather resistance due to a synergistic effect with the protective action of the hot-dip galvanized layer due to the excellent corrosion resistance.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋼材表面に溶融亜鉛めっき層を形成した
後、該溶融亜鉛めっき層の上に、ゾルゲル法によって単
一組成の金属酸化物又は第二成分を添加した金属酸化物
又は多元系の複合金属酸化物で形成されたセラミックス
コーティング層を形成してなることを特徴とする鋼材に
高耐候性を付与する表面処理方法。
After a hot-dip galvanized layer is formed on the surface of a steel material, a metal oxide of a single composition, a metal oxide to which a second component is added, or a multi-component metal oxide is formed on the hot-dip galvanized layer by a sol-gel method. A surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material, comprising forming a ceramic coating layer formed of a composite metal oxide.
【請求項2】 前記セラミックスコーティング層が、ゾ
ルゲル法によってSi、Al又はTiの酸化物セラミッ
クスで形成されたものである請求項1記載の鋼材に高耐
候性を付与する表面処理方法。
2. The surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material according to claim 1, wherein the ceramic coating layer is formed of an oxide ceramic of Si, Al or Ti by a sol-gel method.
【請求項3】 前記セラミックスコーティング層が、S
i、Al又はTiのアルコキシドを出発原料とし、アル
コールの溶液とした後、水と反応させて加水分解し、そ
のゾル溶液を鋼材表面に付着させてゲル化し、それを乾
燥処理するゾルゲル法によって、鋼材の溶融亜鉛めっき
層表面にSi、Al又はTiの酸化物セラミックス皮膜
を形成したものである請求項1又は2記載の鋼材に高耐
候性を付与する表面処理方法。
3. The ceramic coating layer according to claim 1, wherein
The alkoxide of i, Al or Ti is used as a starting material, and after being made into a solution of alcohol, it is hydrolyzed by reacting with water. The surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material according to claim 1 or 2, wherein an oxide ceramic film of Si, Al or Ti is formed on the surface of the galvanized layer of the steel material.
【請求項4】 アルミニウムイソプロポキシドに2−プ
ロパノールを加え、更に塩酸を添加してpHを0〜3に
調製し、アルミニウムイソプロポキシドの濃度を0.2
〜0.5mol/Lとしたアルミナ系のゾル溶液を用いて
なる請求項3記載の鋼材に高耐候性を付与する表面処理
方法。
4. Addition of 2-propanol to aluminum isopropoxide and further addition of hydrochloric acid to adjust the pH to 0 to 3 and concentration of aluminum isopropoxide to 0.2
The surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material according to claim 3, wherein an alumina-based sol solution having a concentration of 0.5 mol / L is used.
【請求項5】 前記ゾル溶液をスプレー法によって鋼材
表面に単又は複数回吹き付けて皮膜を形成してなる請求
項3又は4記載の鋼材に高耐候性を付与する表面処理方
法。
5. The method according to claim 3, wherein the sol solution is sprayed on the surface of the steel material one or more times by spraying to form a film.
【請求項6】 前記鋼材表面に形成されたゲル皮膜を、
室温から200℃以下の温度で乾燥させてなる請求項3
〜5何れかに記載の鋼材に高耐候性を付与する表面処理
方法。
6. The gel film formed on the surface of the steel material,
4. Drying at a temperature from room temperature to 200 ° C. or less.
A surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material according to any one of the above-mentioned items.
【請求項7】 前記鋼材表面に形成されたゲル皮膜を、
室温によって自然乾燥させてなる請求項3〜5何れかに
記載の鋼材に高耐候性を付与する表面処理方法。
7. The method according to claim 7, wherein the gel film formed on the surface of the steel material is
The surface treatment method for imparting high weather resistance to a steel material according to any one of claims 3 to 5, which is naturally dried at room temperature.
【請求項8】 前記加水分解時に、着色剤として遷移金
属塩を添加してイオン状態とし、遷移金属をイオン状態
のまま加水分解し、セラミックスコーティング層中に
0.01〜0.5重量%含有させてなる請求項3〜7何
れかに記載の鋼材に高耐候性を付与する表面処理方法。
8. During the hydrolysis, a transition metal salt is added as a coloring agent to form an ionic state, the transition metal is hydrolyzed in an ionic state, and contained in the ceramic coating layer in an amount of 0.01 to 0.5% by weight. A surface treatment method for imparting high weather resistance to the steel material according to claim 3.
【請求項9】 請求項1〜8何れかに記載の鋼材に高耐
候性を付与する表面処理方法を用いて、鋼材の表面に溶
融亜鉛めっき層とセラミックスコーティング層の複合皮
膜を形成したことを特徴とする高耐候性鋼材。
9. A method for forming a composite coating of a hot-dip galvanized layer and a ceramic coating layer on the surface of a steel material by using the surface treatment method for imparting high weather resistance to the steel material according to claim 1. Highly weather-resistant steel material.
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