JP2002275685A

JP2002275685A - 塗膜密着性に優れたステンレス鋼板、塗装ステンレス鋼板、及びそれらの製造方法

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Publication number: JP2002275685A
Application number: JP2001074201A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shibata; 俊夫柴田; Shinji Fujimoto; 慎司藤本; Osamu Matsuura; 修松浦; Osamu Yamazaki; 修山崎
Original assignee: Nippon Kinzoku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kinzoku Co Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JP3668147B2

Abstract

(57)【要約】【課題】塗膜密着性に優れたステンレス鋼板、塗膜密
着性に優れた塗装ステンレス鋼板、及びこれらの製造方
法を提供すること。【解決手段】アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭
酸塩及びアルカリ金属燐酸塩からなる群から選ばれた少
なくとも１種のアルカリ成分と、アンチモン化合物、亜
鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、珪酸塩及びヨウ化物
からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を含む
アルカリ水溶液中で、陰極電解処理してなるステンレス
鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗膜密着性に優れ
たステンレス鋼板、これを塗装してなる塗装ステンレス
鋼板、及びこれらの製造方法に関する。さらに詳細に
は、ステンレス鋼板表面を陰極とし、アルカリ溶液中に
おいて陰極電解処理を施して得られるステンレス鋼板及
びこれを塗装してなる塗装ステンレス鋼板及びこれらの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属材料はニーズの多様化や高度
化に伴い、カラー化による意匠性向上、或いは耐食性や
潤滑性など、高機能が付加されたものが要求される場合
が多くなってきている。金属材料の塗装において重要な
技術的課題は塗膜の密着性であり、これが不十分である
とフクレが生じ、最終的には発銹の原因となる。また、
それがプレコート鋼板の場合には成形加工される過程に
おいて塗膜剥離による外観劣化や剥離した塗膜紛による
金型押し疵が発生する。

【０００３】金属材料と塗膜との密着性を向上させるに
は、金属材料表面にクロメート処理を施し密着性の良好
な皮膜を成形する方法、或いは、サンド・ブラスト処理
を施すなどして機械的な凹凸を生じせしめる方法が一般
的に行われている。しかしながら、前者はクロム酸の廃
液処理の問題があり、さらには、金属材料と塗膜の界面
に有害重金属である六価クロムが存在するため、近年の
環境問題から敬遠される傾向にある。また、後者は粉塵
の環境問題もさることながら、ブラスト用サンドの管理
が難しく、一定の肌に保持するのが非常に困難であっ
た。さらに、表面にサンドが付着したまま塗装を施すと
密着性に悪影響を及ぼすため、処理後の洗浄にはシビア
な管理を必要としていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、塗膜密着性に優れたステンレス鋼板を提供すること
である。本発明の第２の目的は、塗膜密着性に優れた塗
装ステンレス鋼板を提供することである。本発明の第３
の目的は、環境上の問題を起すことなく、塗膜密着性に
優れたステンレス鋼板を製造する方法を提供することで
ある。本発明の第４の目的は、生産性良く、塗膜密着性
に優れた塗装ステンレス鋼板を製造する方法を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ水溶
液中で陰極電解処理してなる塗膜密着性に優れたステン
レス鋼板、及び該ステンレス鋼板から製造された物品を
提供するものである。本発明はさらに、ステンレス鋼板
をアルカリ水溶液中で陰極電解処理することを特徴とす
る塗膜密着性に優れたステンレス鋼板の製造方法、及び
得られたステンレス鋼板を塗装することを特徴とする塗
装ステンレス鋼板の製造方法を提供するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において表面処理されるステンレス鋼板として
は、マルテンサイト系、フェライト系及びオーステナイ
ト系等の全てのステンレス鋼板が挙げられる。一般に本
発明の表面処理がなされるステンレス鋼板は、予め表面
仕上げがなされているが、その表面仕上げとしては、光
輝焼鈍仕上げ、酸洗仕上げ、ハード仕上げ及び研磨仕上
げ等が挙げられる。

【０００７】本発明において使用するアルカリ水溶液
（表面処理液）は、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金
属炭酸塩及びアルカリ金属燐酸塩からなる群から選ばれ
た少なくとも１種のアルカリ成分と、アンチモン化合
物、亜鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、珪酸塩及びヨ
ウ化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物
を含むものが好ましい。アルカリ金属水酸化物としては
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等
が、アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭
酸カリウム、炭酸リチウム等が、アルカリ金属燐酸塩と
しては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸リ
チウム等が挙げられる。また、アンチモン化合物として
は、三塩化アンチモン、五塩化アンチモン、酸化アンチ
モン等が、亜鉛化合物としては、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、
硝酸亜鉛、炭酸亜鉛等が、錫化合物としては、塩化錫第
一錫、塩化第二錫、硫酸錫、フッ化錫等が、砒素化合物
としては、三酸化二砒素、五酸化二砒素等が、珪酸塩と
しては、メタ珪酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム等
が、及びヨウ化物としては、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化
カリウム等が挙げられる。

【０００８】表面処理液の好適なアルカリ成分濃度は、
アルカリ金属換算で０．０１〜１０ｋｍｏｌ／ｍ³（以
下Ｍと略す）、好ましくは０．１〜１Ｍである。０．０
１Ｍ未満では、密着性の向上が充分でない場合があり、
また１０Ｍを越えて増量しても効果に変化がなく、経済
的に不利である。表面処理液に添加するアンチモン化合
物、亜鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、珪酸塩及びヨ
ウ化物の好適な濃度は、それぞれ物質中の金属イオン、
珪素原子、ヨウ素イオンに換算して、０．０００１〜
０．１Ｍ、好ましくは０．００１〜０．０１Ｍである。
０．０００１Ｍ未満では、密着性の向上が充分でない場
合があり、０．１Ｍを越えて増量しても効果に変化がな
く、経済的に不利である。

【０００９】電解処理の好ましい条件は、液温２０〜９
０℃、さらに好ましくは５０〜７０℃、電流密度０．１
〜１００Ａ／dm²、さらに好ましくは５〜１５Ａ／dm²、
処理時間１〜６００秒、さらに好ましくは３０〜２００
秒である。液温が２０℃未満では密着性向上の効果が小
さく、９０℃以上では液温度の管理が難しい。また、電
流密度が０．１Ａ／dm²未満、処理時間が１秒未満では
密着性向上の効果が小さく、電流密度が１００Ａ／dm²
を越え、処理時間が６００秒を越えても効果に変化がな
く、経済的に不利である。

【００１０】本発明のステンレス鋼板は、好ましくは、
表面の水酸化物皮膜中の原子％のＣｒ／Ｆｅ比が１．１
以上、さらに好ましくは１．３以上である。表面の水酸
化物皮膜中の原子％のＣｒ／Ｆｅ比が１．１以上である
と、塗膜と反応し、密着性が向上するという点で好まし
い。本発明のステンレス鋼板は、好ましくは、表面の水
酸化物皮膜及び酸化物皮膜が、アンチモン、亜鉛、錫、
砒素、珪素、及びヨウ素を含まない。

【００１１】本発明はさらに上記ステンレス鋼板を塗装
してなる塗装ステンレス鋼板を提供するものである。本
発明の上記表面処理を行ったステンレス鋼板の表面に塗
装される塗料としては、これらに制限されないが、有機
溶剤系塗料及び水溶系塗料が挙げられ、例えば、アクリ
ル系、ポリビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル
系、エポキシ系、天然ゴム系及び合成ゴム系等の塗料が
挙げられる。ステンレス鋼板を塗装する方法は特に限定
されない。塗膜の厚さは、用途により異なるが一般に
０．５〜５０μm程度である。

【００１２】本発明によれば、ステンレス鋼板をアルカ
リ水溶液中で陰極電解処理することにより、さらに好ま
しくは、ステンレス鋼板を、アルカリ金属水酸化物、ア
ルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属燐酸塩からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種のアルカリ成分と、アンチモ
ン化合物、亜鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、珪酸塩
及びヨウ化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の
化合物を含むアルカリ水溶液中で陰極電解処理すること
により、基材金属であるステンレス鋼板表面の水酸化物
皮膜中のＦｅの還元を促進し、その結果として、水酸化
物皮膜中のＣｒ濃度を増加させ、ステンレス鋼板表面と
塗膜との密着性が飛躍的に向上するものと考えられる。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。ただ
し、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に制
約されるものではない。

【実施例１】ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の２Ｂ仕上げ材
（板厚０．５mm)を、水酸化ナトリウム１Ｍにメタ珪酸
ナトリウム０．００２Ｍ（珪素濃度：０．００２Ｍ）を
添加した水溶液中、６０℃で、陰極電解電流密度１〜１
５Ａ／dm²、電解時間１０〜１８０秒の範囲内で処理し
た後、水洗、乾燥させた。この後、アクリル系塗料を５
〜６μｍの厚さで塗布し、１００℃で５分間焼成した
後、密着性を調査した。比較例として、珪酸塩を添加し
ない溶液についても同様の実験を行った。密着性の評価
は、ＪＩＳＺ２２４８「金属材料曲げ試験方法」に
準じた方法により行った。まず同試験方法５．３のＶブ
ロック法（Ｖブロックの角度６０度、押金具の頂点のＲ
は半径１．３mm）により、Ｖブロック上に塗面を下にし
て試料をのせ、押金具で試料を押し込み断面形状Ｖ型と
する。これを同試験方法の図３に示す密着曲げ（ｔ＝
０）を行う。ｔ＝０の密着曲げ加工、すなわち０Ｔ曲げ
加工後、塗膜の剥離の程度を拡大鏡で判定し、●：亀裂
も剥離も無し、△：亀裂はあるが剥離は無し、×：剥離
有り、の３段階で評価した。結果を図１に示す。水酸化
ナトリウム溶液中にケイ酸塩を添加すると、無添加のも
のと比べて密着性が飛躍的に向上することが分かる。

【００１４】

【実施例２】ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の２Ｂ仕上げ材
（板厚０．５mm)を、水酸化ナトリウム１Ｍを基本溶液
として、以下に示す各物質を０．００２Ｍ添加した水溶
液中、６０℃で、陰極電解電流密度５Ａ／dm²、電解時
間６０秒で処理した後、水洗、乾燥させた。この後、ア
クリル系塗料、エポキシ系塗料、アクリロニトリルブタ
ジエンゴム（以下ＮＢＲと略す）又はフッ素ゴムを５〜
６μｍの厚さで塗布し、アクリル系塗料を塗布したもの
は１００℃で５分間、エポキシ系塗料を塗布したものは
１８０℃で３０分間、ＮＢＲを塗布したものは２２０℃
で１０分間、フッ素ゴムを塗布したものは２００℃で３
０分間、それぞれ焼成した後、密着性を調査した。

【００１５】・メタ珪酸ナトリウム０．００２Ｍ（珪素
濃度：０．００２Ｍ）・三塩化アンチモン０．００２Ｍ（アンチモン濃度：
０．００２Ｍ）・ヨウ化ナトリウム０．００２Ｍ（ヨウ素濃度：０．
００２Ｍ）・塩化亜鉛０．００２Ｍ（亜鉛濃度：０．０
０２Ｍ）・塩化第一錫０．００２Ｍ（錫濃度：０．００
２Ｍ）・三酸化二砒素０．００１Ｍ（砒素濃度：０．０
０１Ｍ）比較例として、未処理材及び上記に示した各物質を添加
しない溶液についても同様の実験を行った。密着性の評
価は密着曲げ（０Ｔ）で行った。０Ｔ曲げ加工後、塗膜
の剥離の程度を拡大鏡で判定し、●：亀裂も剥離も無
し、△：亀裂はあるが剥離は無し、×：剥離有り、の３
段階で評価した。結果を表１に示す。水酸化ナトリウム
溶液中に上記に示した各物質を添加すると、未処理材及
び無添加のものと比べて密着性が飛躍的に向上すること
が分かる。表１において「−」は試料を作成しなかった
ことを示す。

【００１６】

【表１】表１密着曲げ試験結果

【００１７】次に、本発明溶液中でのカソード分極曲線
を測定した。試験溶液は実施例２と同じものを用いた。
供試材はＳＵＳ３０４ステンレス鋼の２Ｂ仕上げ材（板
厚０．５mm)、試験温度は６０℃である。なお、測定前
にアルゴンによる脱気を行った。結果を図２に示す。本
発明溶液中と無添加溶液中で測定したカソード分極曲線
を比べると、自然腐食電位から−１２００ｍＶまでは、
本発明溶液の方が高い電流密度を示し、−１２００ｍＶ
より卑な電位では両者の分極曲線は一致した。また、全
ての溶液において、−９５０ｍＶ付近に電流密度のピー
ク（極大値）が認められた。ここで、実験に使用した溶
液のｐＨは１３〜１４の範囲内であったことから、本発
明溶液及び無添加溶液中での理論上の水素発生電位は式
（１）より、−１０９８ｍＶ〜−１１６４ｍＶの範囲内
である。Ｅ_H＝０．１９８Ｔ・ｐＨ−２４１（ｍＶｖｓ．ＳＣＥ） …（１）Ｅ_H＝水素酸化還元電位Ｔ：絶対温度（Ｋ）ｐＨ：溶液のｐＨ −９５０ｍＶ付近で電流密度のピーク（極大値）が認め
られた要因としては、酸化皮膜中の鉄の還元電流（Ｆｅ
³⁺→Ｆｅ²⁺）が考えられる。したがって、本発明溶液は
不動態皮膜中の鉄の還元を促進していると考えられる。

【００１８】

【実施例３】ＳＵＳ３０４ステンレス鋼のＢＡ仕上げ材
（板厚０．４mm)を、水酸化ナトリウム１Ｍにメタ珪酸
ナトリウム０．００２Ｍ（珪素濃度：０．００２Ｍ）を
添加した水溶液中、６０℃で、陰極電解電流密度５Ａ／
dm²、電解時間６０秒で処理した後、水洗、乾燥させ
た。この後、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて表面
分析を行った。比較例として、未処理材及び珪酸塩を添
加しない溶液で処理したものについても同様の実験を行
った。結果を表２に示す。各供試材の皮膜構造は、上層
が水酸化物皮膜、下層が酸化物皮膜の２層構造となって
いた。本発明の珪酸塩を添加した溶液中で陰極電解処理
を施したものは、未処理材及び無添加のものと比べて、
塗膜との密着性に直接関与する最も上層にある水酸化物
皮膜中の原子％のＣｒ／Ｆｅ比が増加していた。すなわ
ち、本発明の陰極電解処理は、水酸化物皮膜中のＦｅの
還元を促進し、その結果として、水酸化物皮膜中のＣｒ
濃度を増加させ、密着性が飛躍的に向上したと推定され
る。

【表２】表２ＸＰＳ分析結果

【００１９】

【発明の効果】以上の結果から明らかなように、本発明
の表面処理ステンレス鋼板は、基材と塗膜との密着性が
極めて優れており、塗装金属材料が使用される用途、例
えば、内外装建材、家電、ＯＡ機器などに好適に使用で
きる。さらに、本発明の方法はステンレス鋼板の生産性
に優れ、また、本発明に使用する処理液の廃液処理も比
較的簡単な方法で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１により製造した、アクリル系塗料を塗
布したステンレス鋼板の密着性の評価結果を示す図面で
ある。●：亀裂も剥離も無し、△：亀裂はあるが剥離は
無し、×：剥離有り

【図２】種々の処理液を用いてＳＵＳ３０４ステンレス
鋼のカソード分極曲線を調べた結果を示す図面である。
ＮａＯＨ：水酸化ナトリウム水溶液、Ｓｉ：メタ珪酸ナ
トリウム添加溶液、Ｓｂ：三塩化アンチモン添加溶液、
Ｉ：ヨウ化ナトリウム添加溶液

フロントページの続き (72)発明者松浦修東京都板橋区舟渡４丁目10番１号日本金属株式会社内 (72)発明者山崎修東京都板橋区舟渡４丁目10番１号日本金属株式会社内Ｆターム(参考） 4K026 AA04 AA22 BA03 BA08 BB06 CA15 CA23 DA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ水溶液中で陰極電解処理してな
る塗膜密着性に優れたステンレス鋼板。
【請求項２】アルカリ水溶液が、アルカリ金属水酸化
物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属燐酸塩からな
る群から選ばれた少なくとも１種のアルカリ成分と、ア
ンチモン化合物、亜鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、
珪酸塩及びヨウ化物からなる群から選ばれた少なくとも
１種の化合物を含む請求項１記載のステンレス鋼板。
【請求項３】電解処理が、液温２０〜９０℃、電流密
度０．１〜１００Ａ／dm²、処理時間１〜６００秒で行
われる請求項１又は２記載のステンレス鋼板。
【請求項４】表面の水酸化物皮膜中の原子％のＣｒ／
Ｆｅ比が１．１以上である請求項１〜４のいずれか１項
記載のステンレス鋼板。
【請求項５】表面の水酸化物皮膜及び酸化物皮膜が、
アンチモン、亜鉛、錫、砒素、珪素、及びヨウ素を含ま
ないことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載
のステンレス鋼板。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載のステ
ンレス鋼板を塗装してなる塗装ステンレス鋼板。
【請求項７】請求項６記載のステンレス鋼板から製造
された物品。
【請求項８】ステンレス鋼板をアルカリ水溶液中で陰
極電解処理することを特徴とする塗膜密着性に優れたス
テンレス鋼板の製造方法。
【請求項９】アルカリ水溶液が、アルカリ金属水酸化
物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属燐酸塩からな
る群から選ばれた少なくとも１種のアルカリ成分と、ア
ンチモン化合物、亜鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、
珪酸塩及びヨウ化物からなる群から選ばれた少なくとも
１種の化合物を含む請求項８記載のステンレス鋼板の製
造方法。
【請求項１０】電解処理が、液温２０〜９０℃、電流
密度０．１〜１００Ａ／dm²、処理時間１〜６００秒で
行われる請求項９又は１０記載のステンレス鋼板の製造
方法。
【請求項１１】請求項１〜５のいずれか１項記載のス
テンレス鋼板を塗装することを特徴とする塗装ステンレ
ス鋼板の製造方法。