JP2002053977A - 金属表面の親水化処理方法 - Google Patents

金属表面の親水化処理方法

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光弘 松本
Hiroyuki Iizuka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】金属表面に、密着性、耐久性のよい親水性皮膜
を形成することによって、優れた親水性を付与する方法
を提供する。 【解決手段】金属表面に皮膜形成を伴う化学エッチング
処理を行う第一工程と、金属表面に形成された該皮膜を
化学的に除去する第二工程とを施すことによって金属表
面を粗面にし、その後該金属表面に親水性皮膜を形成さ
せる金属表面の親水化処理方法である。前記第二工程を
経た金属表面の表面粗度（Ｒｚ）が１．５μｍ以上であ
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属表面の親水化
処理方法、更に詳しくは金属表面に密着性、耐久性に優
れた親水性皮膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】熱交換器用伝熱管を例にとると、熱交換器
用伝熱管は、熱伝導向上のため、金属製伝熱管の内外表
面と水や臭化リチウム水溶液との親和性、すなわち金属
管表面の親水性（濡れ性）が要求される。金属表面を親
水性にするには、従来、機械的研磨、酸洗等の化学的洗
浄などの処理を施し金属表面そのものの親水性を改善す
る方法（特開平５−１７９４１９号）が採られたり、ま
た酸洗等の化学的洗浄を施した後に親水性塗料を塗装し
て親水性皮膜を形成させる方法（特公平４−７３０６８
号）などが採られている。
【０００３】しかし、機械的研磨法の場合には、処理後
に研磨微粉が金属表面に付着して親水性を阻害する。ま
た、機械的研磨法の場合は、その処理対象物の形状に影
響され、複雑な形状物では機械的に研磨できない個所が
生じ、目的を達し得ないことがある。また、化学的洗浄
法の場合には、処理対象物の形状には影響されないが、
処理後に金属表面が露出するために経時変化を受け易
く、目的とする親水性が得られない。更に、化学的洗浄
を施した後に親水性塗料を塗装する方法の場合、酸洗程
度の化学的洗浄では金属表面に十分な粗面が形成されな
いため、金属表面と親水性塗料との密着性が十分ではな
く、使用中に経時的に親水性塗料が剥離し、そして剥離
後には目的とする親水性を得ることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みなされたもので、金属表面に、密着性、耐久性の
よい親水性皮膜を形成することによって、優れた親水性
を付与する方法を提供し、またたとえ使用中経時的に親
水性皮膜が失われても金属表面が親水性を維持できる方
法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記従来
技術の抱える問題点を解決するための手段について鋭意
検討を重ねた結果、親水化処理に当っての金属材料の形
状依存性を無くすには化学的処理で行なうのが好ましい
こと、形成される親水性皮膜との強固な密着性を得るた
めには表面を効率的なくさび効果が発揮できる形態に粗
面化するのが好ましいこと、またこの粗面の状態によっ
て親水性皮膜が剥離などで失われても表面に親水性を維
持できることを知見し、本発明を完成した。
【０００６】すなわち、本発明は、金属表面に皮膜形成
を伴う化学エッチング処理を行う第一工程と、金属表面
に形成された該皮膜を化学的に除去する第二工程とを施
すことによって金属表面を粗面にし、その後該金属表面
に親水性皮膜を形成させることを特徴とする金属表面の
親水化処理方法である。前記第二工程を経た金属表面の
表面粗度（Ｒｚ）が１．５μｍ以上であることが好まし
い。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の親水性化処理の対象とな
る金属素材は、特に限定されないが、実用的には鉄系、
亜鉛系、アルミニウム系、マグネシウム系、チタニウム
系、ジルコニウム系、銅系及びニッケル系の金属材料が
挙げられる。本発明は、これらの金属の基合金にも好ま
しく適用され、例えば鉄系材料の場合には、ステンレス
にも適用できる。また、これらの金属は他の材料表面上
にめっきされているものにも適用できる。このように、
本発明において、「〜系」とは、当該金属自体の他、当
該金属を基合金とするもの、当該金属がメッキされたも
の、及び当該金属を基合金とする材料がメッキされたも
のの全てを含む概念であり、例えば、「鉄系」というと
きは、鉄自体の他、炭素鋼、及び鉄−亜鉛合金、さらに
亜鉛めっき鋼板や鉄−亜鉛合金でめっきされた鋼板等が
含まれる。
【０００８】本発明の処理方法を適用するには、予め対
象となる金属表面の汚れ、特に油汚れや表面酸化膜等を
除去しておくことが好ましい。すなわち、第一工程を実
施するに先立って、例えば油汚れは有機溶剤やアルカリ
脱脂剤によって洗浄除去し、表面酸化物などは適用金属
素材に応じて塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸のような
各種の酸により酸洗しておくことが好ましい。勿論、こ
の場合の酸洗は、本発明の第一工程で目的とするエッチ
ングを意図するものではなく、表面酸化膜が除去し得る
程度行えば十分であり、表面に凹凸を形成する必要も無
く、既述の通り、酸洗のみでは所望の凹凸を形成するこ
とは極めて困難である。
【０００９】本発明の処理方法における第一工程を説明
する。第一工程は、金属表面に皮膜形成を伴う化学エッ
チング処理を行う工程である。ここに、「金属表面に皮
膜形成を伴う化学エッチング処理」とは、金属表面に化
学エッチング剤を接触させたとき、アノード・カソード
反応により金属表面に無数の微視的に小さい皮膜を形成
させ、この皮膜形成部分以外の部分を化学的にエッチン
グ処理することである。通常の化学エッチング処理で
は、得られた金属表面は微視的には角が取れた滑らかな
凹凸形状となっている。一方、上記の皮膜形成を伴う化
学エッチング処理によれば、金属表面にエッチングによ
りシャープな凹凸を有する金属表面を効率的に得ること
ができる。すなわち、皮膜形成を伴う化学エッチング処
理によれば、金属表面の皮膜が形成されていない部分の
みエッチングされるので、金属表面に対しシャープな角
度をもつ窪み状の凹凸が形成される。
【００１０】第一工程の金属表面に皮膜形成を伴う化学
エッチング処理について具体的に説明する。この皮膜形
成を伴う化学的エッチング処理は、被処理金属素材によ
って処理液を適宜選択する。表面処理を施そうとする金
属が、鉄系、亜鉛系、アルミニウム系、及び銅系からな
る群より選ばれる一つの金属である場合には、亜鉛イオ
ン、ニッケルイオン、コバルトイオン、カルシウムイオ
ン及びマンガンイオンからなる群より選ばれる少なくと
も1種の金属イオンと、りん酸イオンとを少なくとも含
有し、かつｐＨが１〜５の範囲である水溶液を用いるこ
とにより、皮膜形成を伴う化学エッチング処理を行うこ
とができる。
【００１１】また、表面処理を施そうとする金属が、チ
タン系、ジルコニウム系及びアルミニウム系からなる群
より選ばれる一つの金属である場合には、フッ素化合物
イオン、りん酸イオン及びアルカリ金属イオンから選ば
れる少なくとも１種のイオンを含有する酸性水溶液を用
いることにより、皮膜形成を伴う化学エッチング処理を
行うことができる。また、表面処理を施そうとする金属
が、両性金属である場合には、亜鉛イオン、ニッケルイ
オン、コバルトイオン、モリブデン酸イオン、タングス
テン酸イオン、クロム酸イオン、バナジウム酸イオン及
び鉄イオンからなる群より選ばれる少なくとも一つの重
金属イオン又は重金属酸イオンを含有するアルカリ性水
溶液を用いることにより、皮膜形成を伴う化学エッチン
グ処理を行うことができる。
【００１２】更に、表面処理を施そうとする金属が、ス
テンレス系の材料である場合には、少なくともシュウ酸
イオンとフッ素イオンとを含有する水溶液により、皮膜
形成を伴う化学エッチング処理を行うことができる。ま
た、表面処理を施そうとする金属が、銅系の材料である
場合には、少なくとも銅イオンと酸化剤とを含有する強
アルカリ性水溶液により、皮膜形成を伴う化学エッチン
グ処理を行うことができる。
【００１３】次に本発明における第二工程について説明
する。この第二工程は、前記第一工程の化学エッチング
の際に金属表面に形成された無数の微視的に小さい皮膜
を除去する工程である。この皮膜除去のとき、金属表面
の皮膜のみを除去し、金属表面を侵さないような処理を
行なうことが好ましいが、処理自体が金属表面をも侵し
てしまうような処理であっても、処理条件（時間、温度
等）を適切に調整することにより、適用可能である。
【００１４】金属の表面を侵さずに、皮膜のみを除去し
得る方法としては、例えば、表面処理を施そうとする金
属が、鉄系の材料である場合には、クロム酸水溶液又は
強アルカリ水溶液を用いて皮膜を除去する処理が挙げら
れ、表面処理を施そうとする金属が、銅系の材料である
場合には、塩酸を用いて皮膜を除去する処理が挙げら
れ、また、表面処理を施そうとする金属がアルミニウム
系の材料である場合には、硝酸を用いて皮膜を除去する
処理が挙げられる。なお、前記第一工程及び／又は前記
第二工程を電解法を用いて行うことは、電圧、通電時間
等の条件を適宜調整でき、所望の表面状態を得るための
コントロール性が高くなるため好ましい。電解法は通常
用いられている既知の方法が適用できる。
【００１５】上記の第一工程及び第二工程によって、均
一に粗面化された金属表面が形成される。この場合、金
属表面の粗度（Ｒｚ）は１．５μｍ以上であることが好
ましい。そして、この第一工程及び第二工程を施した金
属表面には、前述したように、金属表面に対しシャープ
な角度をもつ窪み状の凹凸が形成されるが、この形状の
粗面は、測定値において他の方法により得られる金属表
面と同じ表面粗さ（Ｒｚ，Ｒａ）であっても、その後に
形成させる親水性皮膜に対するくさび効果が大きく、し
たがって、耐久性が良く、密着性に優れた親水性皮膜を
形成できる。また、この粗面は、たとえ親水性皮膜が失
われても、その形状が有効に働くため、優れた親水性を
有する。表面粗さ（Ｒｚ）が１．５μｍ未満では目的と
する効果が不十分となる可能性がある。また、本発明の
化学エッチング処理によれば、化学薬剤との接触を利用
したものであるため、処理対象となる金属部材の形状の
制限を受けることがない利点がある。
【００１６】本発明では、前記の第一工程及び第二工程
によって均一に粗面化された金属表面に、親水性皮膜を
形成させる。親水性皮膜を形成させるには親水性皮膜形
成処理剤にて処理する。この親水性皮膜形成処理剤は、
特定されないが、一般には有機皮膜（樹脂）系と無機皮
膜系を用いることができる。有機皮膜系としては、アク
リル系樹脂やウレタン系樹脂などがあり、さらにシリカ
やアルミナゾルなどを含有している薬剤も挙げられる。
また無機皮膜系としては、水溶性アルカリ珪酸塩に代表
される、いわゆる水ガラスが挙げられる。また、親水性
を発現させうる処理液、たとえば酸化チタンを含有する
処理液なども用いることができる。
【００１７】親水性皮膜形成処理剤による処理方法とし
ては、浸せき法、塗布法、スプレー法などが挙げられ、
処理液の性質と被塗物の形状によって選択することがで
きる。この処理によって、金属表面に密着性、耐久性の
優れた親水性皮膜を形成することができ、金属表面に親
水性（濡れ性）を付与できる。また、この親水性皮膜形
成処理の前に、金属の腐食を軽減させるために、前記第
二工程後の表面粗度に影響を及ぼさない範囲で耐食性処
理を行うことができる。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例とともに挙げ
て、より具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に
何ら制約されるものではない。 実施例１ ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）の表面を、アルカリ脱
脂剤（日本パーカライジング（株）製 ファインクリー
ナー４３６０）にて清浄にした後、常温の１０％塩酸中
に１０分間浸せきして酸洗した。次に、このステンレス
鋼板を９５℃に加温したシュウ酸鉄処理液（硝酸を５ｇ
／Ｌ、フッ化水素酸を１．５ｇ／Ｌ、及びシュウ酸を３
０ｇ／Ｌの濃度で含有する水溶液）中に１０分間浸せき
して、その表面に皮膜重量６．５ｇ／ｍ2のシュウ酸鉄
皮膜を形成した。
【００１９】さらに、このシュウ酸鉄皮膜が形成された
ステンレス鋼板を、常温の硝酸−フッ化水素酸混酸（硝
酸１３％、フッ化水素酸１．２％の水溶液）中に約５分
間浸せきしてシュウ酸鉄皮膜を剥離し、直ちに水洗した
後、日本パーカライジング（株）製パルトップ３９７５
（有機系の親水性皮膜形成剤）処理液（Ａ剤１０に対し
Ｂ剤４を混合した）中に３０秒浸せきし、１５０℃に設
定した熱風乾燥炉にて１０分間乾燥し、親水性皮膜（膜
厚５μｍ）を形成した。なお、親水性皮膜形成処理前の
試料の表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝２．２μｍで
あった。
【００２０】実施例２ アルミニウム板（Ａ１１００材）の表面をアルカリ脱脂
剤（日本パーカライジング（株）製 ファインクリーナ
ー３１５）にて清浄にした後、９０℃に加温した３％硅
フッ化ナトリウムの懸濁水溶液中に２分間浸せきして、
皮膜重量１１ｇ／ｍ2のフッ化アルミニウムナトリウム
皮膜を形成した。
【００２１】さらに、このフッ化アルミニウムナトリウ
ム皮膜が形成されたアルミニウム板を、常温の３０％硝
酸水溶液中に約３分間浸せきして、フッ化アルミニウム
ナトリウム皮膜を剥離し、直ちに水洗した後、日本パー
カライジング（株）製パーレン４５２６（無機系の親水
性皮膜形成剤）処理液（２０％液）中に３０秒浸せき
し、１５０℃に設定した熱風乾燥炉にて１０分間乾燥
し、親水性皮膜（膜厚３μm）を形成した。なお、親水
性皮膜形成処理前の試料の表面粗さを測定したところ、
Ｒｚ＝４．７μmであった。
【００２２】実施例３ 銅板（Ｃ１１００Ｐ材）の表面をアルカリ脱脂剤（日本
パーカライジング（株）製 ファインクリーナー４３６
０）にて清浄にした後、常温のクロム酸−硫酸混酸（無
水クロム酸０．５％、硫酸２％の溶液）に浸せきして、
表面酸化膜を除去した後、沸騰状態に加温した酸化銅処
理液（硝酸を１３ｇ／Ｌの濃度となるように溶解した水
溶液に、銅イオン濃度が３ｇ／Ｌになるように硫酸銅を
添加して調整したもの）に１０分間浸せきして、皮膜重
量２．６ｇ／ｍ2の酸化銅皮膜を形成した。
【００２３】さらに、この酸化銅皮膜が形成された銅板
を、常温の前記クロム酸−硫酸混酸中に約３分間浸せき
して、酸化銅皮膜を剥離し、直ちに水洗した後、日本化
学工業（株）製Ａ珪酸カリ（ＳｉＯ2 ２５．５〜２
７．５％、Ｋ2Ｏ １２．５〜１４．５％）液を５倍に
希釈した処理液中に３０秒浸せきし、１５０℃に設定し
た熱風乾燥炉にて１０分間乾燥し、親水性皮膜（膜厚２
μm）を形成した。なお、親水性皮膜形成処理前の試料
の表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝２．０μmであっ
た。
【００２４】比較例１ ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）の表面を、アルカリ脱
脂剤（日本パーカライジング（株）製 ファインクリー
ナー４３６０）にて清浄にした後、常温の１０％塩酸中
に１０分間浸せきして酸洗し、水洗した。次に、日本パ
ーカライジング（株）製パルトップ３９７５処理液（Ａ
剤１０に対してＢ剤４を混合した）中に３０秒浸せき
し、１５０℃に設定した熱風乾燥炉にて１０分間乾燥
し、親水性皮膜（膜厚５μｍ）を形成した。なお、親水
性皮膜形成処理前の試料の表面粗さを測定したところ、
Ｒｚ＝０．８μmであった。
【００２５】比較例２ アルミニウム板（Ａ１１００材）の表面をアルカリ脱脂
剤（日本パーカライジング（株）製 ファインクリーナ
ー３１５）にて清浄にした後、常温の硝酸（１０％水溶
液）中に１０分間浸せきして、化学エッチングを行った
後、直ちに水洗を行った。その後、日本パーカライジン
グ（株）製パーレン４５２６処理液（２０％）中に３０
秒浸せきし、１５０℃に設定した熱風乾燥炉にて１０分
間乾燥し、親水性皮膜（膜厚３μm）を形成した。な
お、親水性皮膜形成処理前の試料の表面粗さを測定した
ところ、Ｒｚ＝１．５μmであった。
【００２６】比較例３ 銅板（Ｃ１１００Ｐ材）の表面をアルカリ脱脂剤（日本
パーカライジング（株）製 ファインクリーナー４３６
０）にて清浄にした後、常温のクロム酸−硫酸混酸（無
水クロム酸０．５％、硫酸２％の溶液）に浸せきして、
表面酸化膜を除去した後、沸騰状態に加温した酸化銅処
理液（硝酸を１３ｇ／Ｌの濃度となるように溶解した水
溶液に、銅イオン濃度が３ｇ／Ｌになるように硫酸銅を
添加して調整したもの）に１０分間浸せきして、皮膜重
量２．６ｇ／ｍ2の酸化銅皮膜を形成した。その後、こ
の酸化銅皮膜を剥離することなく、日本化学工業（株）
製Ａ珪酸カリ（ＳｉＯ2 ２５．５〜２７．５％、Ｋ2Ｏ
１２．５〜１４．５％）液を５倍に希釈した処理液中
に３０秒浸せきし、１５０℃に設定した熱風乾燥炉にて
１０分間乾燥し、親水性皮膜（膜厚２μm）を形成し
た。
【００２７】（試験及びその結果）上記の実施例及び比
較例で得た、親水性皮膜形成処理した試験板（ステンレ
ス鋼板、アルミニウム材及び銅板）について、初期濡
れ性、耐久性（耐水性）を調べた。初期濡れ性は、
親水性処理した試験板上に蒸留水を滴下して、その広が
り具合を目視観察した。耐久性は、親水性処理した試
験板をイオン交換水を３００ｍＬ／分の流量で循環させ
た水槽中に１０日間浸せき後、乾燥し、この乾燥後のス
テンレス鋼板上にイオン交換水を滴下して、その広がり
具合を目視観察した。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１より明らかなように、本発明の実施例
品は特に耐久性に優れていた。全比較例とも本発明実施
品に対し耐久性の低下が認められ、本発明が目的とする
耐久性のよい親水性が得られなかった。比較例１のよう
に酸洗程度では明らかに耐久性の低下が認められた。こ
れは親水性皮膜が残存しておらず、その表面粗度も不十
分であったことによると考えられる。また、比較例２も
適切な凹凸表面が得られていないため、比較例１と同様
に親水性皮膜が残存していなかった。しかし、比較例１
より表面粗度があるため、比較例１より耐久性が優れた
ていた。しかし、本発明が目的とする親水性は得られな
かった。比較例３においても、親水性皮膜が残存してい
なかった。また、酸化銅皮膜の親水性が本発明が目的と
する親水性より劣るため、目的を達し得なかった。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の親水化処理
方法は、金属表面に皮膜形成を伴う化学エッチング処理
を行う第一工程、及び金属表面に形成された該皮膜を化
学的に除去する第二工程を施して金属表面を粗面にし
て、金属表面に対しシャープな角度をもつ窪み状の凹凸
表面を形成させた後に、金属表面に親水性皮膜を施した
ので、金属表面の凹凸がくさび効果を発揮し、そのため
親水性皮膜は密着性、耐久性に優れている。また、この
金属表面は、たとえ使用中に経時的に親水性皮膜が失わ
れても金属表面が親水性を維持できる。また、エッチン
グ工程と親水性皮膜形成工程とを独立させているので、
確実に適切な凹凸表面を形成することができ、そのため
に目的に応じた親水性処理剤の選定とその密着性を得る
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 22/63 Ｃ２３Ｃ 22/63 22/83 22/83 Ｆ２８Ｆ 13/18 Ｆ２８Ｆ 13/18 Ｂ (72)発明者 飯塚 浩之 東京都中央区日本橋１−15−１ 日本パー カライジング株式会社内 Ｆターム(参考） 4D075 BB20X BB65X BB66X CA37 DA23 DB01 DC16 4K026 AA02 AA04 AA06 AA09 AA22 BA03 BA13 BB02 CA13 CA15 CA18 CA22 CA23 CA28 CA29 CA30 CA31 CA40 DA03 EA07 EA08 EB03 EB04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属表面に皮膜形成を伴う化学エッチング
    処理を行う第一工程と、金属表面に形成された該皮膜を
    化学的に除去する第二工程とを施すことによって金属表
    面を粗面にし、その後該金属表面に親水性皮膜を形成さ
    せることを特徴とする金属表面の親水化処理方法。
  2. 【請求項２】第二工程を経た金属表面の表面粗度（Ｒ
    ｚ）が１．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１
    記載の金属表面の親水化処理方法。
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