JP2003293150A - 耐熱性に優れたクロムを含有しない化成処理皮膜を有する表面処理鋼板 - Google Patents

耐熱性に優れたクロムを含有しない化成処理皮膜を有する表面処理鋼板

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、耐熱性に優れ、環境負荷物質であ
るクロムを使用しない皮膜を被覆した表面処理鋼板を提
供する。 【解決手段】 ジルコニウム化合物とセリウム化合物お
よびシリカ化合物を含有する皮膜を０．０５ｇ／ｍ2 以
上，２ｇ／ｍ2 以下の厚みで被覆した耐熱性に優れたク
ロムを含有しない化成処理皮膜を有する表面処理鋼板。
上記ジルコニウム化合物とセリウム化合物の皮膜中組成
の合計は７０質量％以上、９８質量％以下が望ましい。
更に、皮膜中にリン酸化合物およびフッ素化合物の１種
または２種を含有させ、あるいは更に、皮膜中に潤滑付
与剤を含有させることも望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性に優れ、環
境負荷物質であるクロムを使用しない皮膜を被覆した表
面処理鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、家電製品や排気系製品の中で、加
熱部品に使用される表面処理鋼板としては、耐熱性に優
れるアルミ系めっき鋼板やＺｎ−Ｎｉ合金めっき鋼板が
知られている。これら鋼板は耐食性を確保するためクロ
メート処理が施されているが、クロメート皮膜は無機皮
膜であり、加熱されても変色や異臭が発生するような懸
念はなかった。
【０００３】しかし、クロメート皮膜に使用される六価
クロムは人体に対し発ガン性を示す等有害で、製品から
の溶出の可能性、あるいは製造時の廃液処理の問題から
好ましくない物質である。電解クロメートのように、三
価のクロムで処理した製品もあるが、この製品も製造時
には六価クロムを使用し、廃液処理という点では何ら代
わりが無い。このようにクロメートは望ましくない物質
であるが、クロメートに代替する諸性能を有する廉価な
処理がないというのが課題であった。これに対して多く
の研究が進められ、最近になってクロムを使用しない処
理皮膜がいくつか実用化されるようになってきた。即
ち、主には鋼板の腐食を抑制する機能を有した物質を含
有する有機樹脂皮膜を付与したもの等である。本発明者
らは特開２００１−３２０８５号公報でこれらの技術を
開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの皮膜は耐食性
をクロメート並にすることについては有効であるが、前
述した耐熱用途部品にとっては有効ではない。即ち、耐
熱性も要求される部分に有機皮膜を相当量含有した処理
皮膜は適さないのである。有機皮膜は樹脂種によって異
なるが、２００℃前後の耐熱性しかなく、アルミ系めっ
きやＺｎ−Ｎｉ合金めっき鋼板が使用される４００〜５
００℃の温度領域では使えない。即ち、耐熱性のある無
機物質を主成分とするクロメートに匹敵する耐食性に優
れた化成処理皮膜の開発が必要であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱性を確保
するために無機化合物を主体とし、かつ鋼板やめっき金
属の腐食を抑制する効果のある化合物を鋭意検討した結
果得られたものである。無機物質で皮膜形成能がある物
質としてはＳｉ化合物が良く知られており、シランカッ
プリング剤、シリカおよびケイ酸塩のコロイダルシリカ
などがある。Ｓｉ化合物の効果は、腐食因子侵入に対す
るバリアー皮膜形成や腐食環境をアルカリ側に保持し鋼
板やめっき層の腐食速度を遅くすることであるが、加工
した部分では皮膜の連続性が損なわれているためバリア
ー作用が十分に発揮されない。即ち、目標とする耐食性
能が確保されない場合がある。前述した特開２００１−
３２０８５号公報に開示した技術においては、フェノー
ル樹脂のような有機物質を含有させることによって、加
工した場合でも皮膜が追随し、バリアー効果が損なわれ
ないようにしている。
【０００６】本発明者らは、鋭意検討した結果、ジルコ
ニウムおよびセリウムに耐食性向上効果を有するものが
あることを知見した。そして、これらを適当量混合して
使用することでクロメート並の耐食性を有する皮膜を得
ることに成功した。更に、同時にシリカを含有させるこ
とで、従来からのシリカ防食作用を付加するだけでな
く、皮膜の造膜性を向上させる効果のあることも併せて
知見した。
【０００７】本発明は以上の様な知見から成されたもの
である。即ちその要旨は、ジルコニウム化合物とセリウ
ム化合物およびシリカ化合物を含有する皮膜を０．０５
ｇ／ｍ2 以上、２ｇ／ｍ2 以下の厚みで被覆した表面処
理鋼板であり、ジルコニウム化合物とセリウム化合物の
皮膜中組成の合計が７０質量％以上、９８質量％以下で
ある皮膜を被覆した表面処理鋼板である。更に、リン酸
化合物、フッ素化合物の１種または２種を添加しても良
い。更に加工性を出すためにポリエチレンに代表される
潤滑付与剤を添加することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明を詳細に説明する。ジ
ルコニウム化合物としてはジルコニウム（ＩＶ）を含む
もので、ペルオキシジルコン酸塩（Ｋ4 ＺｒＯ4 ・４Ｈ
2 Ｏ2 ・２Ｈ2 Ｏ）やフルオロジルコン酸塩（Ｍ2 Ｚｒ
Ｆ6 ，Ｍ4 ＺｒＦ8 ）などである。これらを酸性処理液
中に適当量混合溶解する。ジルコニウム（ＩＶ）の作用
については詳細が解明されたわけではないが、皮膜中に
含有されたジルコニウムが核となって緻密な皮膜を形成
すると考えられ、腐食因子に対する強固なバリア皮膜が
形成されるものと期待される。
【０００９】セリウム化合物としてはセリウム（ＩＩ
Ｉ）を含むもので、硝酸セリウム、塩化セリウム、シュ
ウ酸セリウム、炭酸セリウムなどである。これらを酸性
処理液中に適当量混合溶解する。セリウム（ＩＩＩ）の
作用についても詳細に解明されたわけではないが、ジル
コニウムと同様な緻密な皮膜を形成することと皮膜中に
含有されたセリウムが腐食環境中でめっき、或は鋼板上
に腐食阻止皮膜、いわゆる不働態化皮膜を形成するもの
と考えられる。
【００１０】上述のようにジルコニウム化合物やセリウ
ム化合物の添加のみでも耐食性向上効果は認められる
が、混合添加することによりいっそうの効果が認められ
た。しかし、これらの皮膜中含有量としては合計で７０
質量％未満であるとその防食効果の点で望ましくない。
一方、９８質量％を超えるとシリカ化合物の皮膜造膜効
果が発揮されなくなるため耐食性は飽和するか逆に低下
するような現象が観察され、また加工性も低下する場合
もあるので、７０〜９８％とするのが望ましい。
【００１１】シリカの効果は前述した様に、腐食因子侵
入に対するバリアー皮膜形成や腐食生成物の安定化によ
る防食効果とその膜形成能による皮膜造膜性向上であ
る。シリカ化合物としては、シランカップリング剤、シ
リカおよびケイ酸塩のコロイダルシリカ、気相および湿
式法何れで製造されたものでも良い。しかし、シリカ微
粒子は処理液中でマイナス電位を有しているため、金属
イオンのようなプラス電位を有した化合物が多く添加さ
れると表面電位が中和され凝集を起こし易くなることが
あるので、シリカ微粒子を使用する場合には注意が必要
である。
【００１２】次に、リン酸化合物はめっき金属と化合物
を形成したり、リン酸の縮合した状態で皮膜を形成した
りと種々の作用があり、耐食性に有利に作用することが
知られている。リン酸化合物としては一般的な無機リン
酸や有機物と結合した有機リン酸（ホスホン酸）などが
ある。フッ素化合物はめっき層に強固な酸化膜が生成さ
れていた場合でもその皮膜を破壊し、化成処理皮膜の密
着性や均一処理性を向上させる。結果的に、その作用が
均一な化成処理皮膜を形成させることに有効で耐食性向
上に繋がる。したがって、これらを耐食性確保の観点か
ら添加することは好ましい。
【００１３】次に潤滑付与剤を添加することで無機皮膜
でありながら、従来の有機皮膜と同等の良加工性皮膜を
生成することができる。潤滑付与剤としては、石油系ワ
ックスや合成炭化水素系ワックスであり、石油系として
はパラフィンワックスやマイクロクリスタリンワック
ス、合成炭化ワックスとしてはポリエチレンワックスや
ポリプロピレンワックスなどがある。以上の化合物で構
成された皮膜を皮膜質量で０．０５〜２ｇ／ｍ2 で鋼板
上に塗布する。０．０５ｇ／ｍ2 より少ないと皮膜処理
の効果が十分ではなく、また２ｇ／ｍ2 を超えるとその
作用は飽和し、電気抵抗が大きく成りすぎて溶接性を著
しく低下させるためこれ以上に厚くする必要はない。
【００１４】本発明は、クロメート並の耐食性を、クロ
ムを含まない無機系皮膜で達成することにより耐熱用途
に使用できる化成処理皮膜を完成させたものであり、対
象とするめっき鋼板は耐熱性のあるアルミめっき鋼板や
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっきが主であるが、当然ながら耐熱性
を必要としないめっき鋼板に対しても作用効果が発揮さ
れる。
【００１５】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。実機ラインで製造されたアルミめっき鋼板、Ｚ
ｎ−Ｎｉめっき鋼板、Ｓｎ−Ｚｎめっき鋼板を用い、表
１に示す組成の処理液をロールコート方式で塗布後、板
温度８０℃で焼付け乾燥を行った。
【００１６】次に作製した表面処理鋼板の特性を評価し
た。評価法は以下の通りである。 耐食性 平板（無加工），未塗装材での塩水噴霧試験（ＪＩＳ−
Ｚ２３７１）４８０時間後の錆発生率
【００１７】耐熱性 平板（無加工），未塗装材での加熱処理（誘導加熱方式
で板温５００℃まで３０秒で昇温）後の表面外観変化観
察を実施
【００１８】潤滑性 平板（無加工），未塗装材でのバウデン摩擦係数測定 １０ｍｍφのステンレス製鋼球を用い、荷重５００ｇに
て、バウデン法により測定した。測定は同一箇所を１０
回走査し、その平均値で評価した。 以上のような評価法に基づき得られた評価結果を表２に
示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の化成処理皮
膜は、環境負荷物質であるクロム（ＶＩ）を全く含まな
い。かつ無機化合物を主成分とすることから有機皮膜の
様な加熱時の変色がなく、耐熱部品用途に使用される表
面処理鋼板に使用できる。即ち、耐熱性に優れ、環境負
荷物質であるクロムを使用しない耐食性に優れた表面処
理鋼板が提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K026 AA02 AA12 AA13 AA22 BA01 BA03 BB04 BB08 BB10 CA16 CA18 CA26 CA27 CA28 CA37 CA39 CA41 DA02 DA16 EB11 4K044 AA02 AB02 BA06 BA10 BA11 BA14 BA17 BA21 BB03 BC01 BC02 BC05 BC11 CA11 CA16 CA17 CA53

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ジルコニウム化合物とセリウム化合物お
    よびシリカ化合物を含有する皮膜を０．０５ｇ／ｍ2 以
    上、２ｇ／ｍ2 以下の厚みで被覆したことを特徴とする
    耐熱性に優れたクロムを含有しない化成処理皮膜を有す
    る表面処理鋼板。
  2. 【請求項２】 ジルコニウム化合物とセリウム化合物の
    皮膜中組成の合計が７０質量％以上、９８質量％以下で
    ある請求項１に記載の耐熱性に優れたクロムを含有しな
    い化成処理皮膜を有する表面処理鋼板。
  3. 【請求項３】 更に、皮膜中にリン酸化合物およびフッ
    素化合物の１種または２種を含有したことを特徴とする
    請求項１又は２に記載の耐熱性に優れたクロムを含有し
    ない化成処理皮膜を有する表面処理鋼板。
  4. 【請求項４】 更に、皮膜中に潤滑付与剤を含有したこ
    とを特徴とする請求項１〜３に記載の耐熱性に優れたク
    ロムを含有しない化成処理皮膜を有する表面処理鋼板。
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