JP2004167330A

JP2004167330A - 金属製品の塗装密着性向上方法

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Publication number: JP2004167330A
Application number: JP2002334509A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ishikawa; 忠石川; Kiyotaka Nakajima; 清孝中島; Tetsuo Nose; 哲郎野瀬; Noriyoshi Tominaga; 知徳冨永; Yakichi Higo; 矢吉肥後; Kazuki Takashima; 和希高島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP4015928B2

Abstract

【課題】金属製品の塗装密着性の向上方法を提供する。
【解決手段】金属製品の塗装密着性を向上させる方法であって、塗装の下地処理として、前記金属製品の表面に超音波衝撃処理を施して、深さ（ｈ）が５μｍ以上、円相当径（Ｄ）が５０μｍ〜１０００μｍ、縁のコーナー部における曲率半径（Ｒ）が１０μｍ〜ｈ／４の凹部を、面積率で２０％〜８０％の割合で存在させる加工を施すことを特徴とする金属製品の塗装密着性向上方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製品の塗装密着性を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋構造物、船舶、橋梁、自動車、産業機械、家庭電器製品、医療器械などの金属製品は、様々な分野で用いられて、他の材料に比べて強度とコスト面において優れており、産業上重要な役割を果たしている。
しかし、金属製品の表面に施される塗装は、時間とともに劣化し、約１０年に一度の割合で塗り替える必要があり、メンテナンス費用の大きな部分を占める。
【０００３】
そこで、金属製品全体の塗装を塗り替えるのではなく、劣化した塗装部分を補修することによって、塗装の寿命を延長する方法が採用されている。
この塗装の補修は、まず、劣化した塗膜をブラシなどによって機械的に剥がして、圧縮空気によるサンドブラスト処理を行って下地処理を行ったうえで、補修塗装を行うのが通例である。
しかし、金属製品の塗装密着性が悪いと、塗膜が簡単に剥がれてしまうことがあり、狙った寿命延長効果を達成できないうえ、下地処理を行うサンドブラスト装置を補修現場に持ち込むのは困難な場合が多かった。
なお、例えば、特許文献１に、溶接継手部に超音波振動を与えることによって、疲労強度を向上させる方法が開示されているが、超音波振動を金属製品の塗装密着性の向上に利用することは全く開示されていない。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，１７１，４１５号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、金属製品の塗装密着性の向上方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために鋭意検討の結果なされたもので、超音波衝撃処理を用いて金属製品の表面に凹部を形成することによって、塗装密着性を向上させる方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００７】
（１）金属製品の塗装密着性を向上させる方法であって、
塗装の下地処理として、前記金属製品の表面に超音波衝撃処理を施して、深さ（ｈ）が５μｍ以上、円相当径（Ｄ）が５０μｍ〜１０００μｍ、縁のコーナー部における曲率半径（Ｒ）が１０μｍ〜ｈ／４の凹部を、面積率で２０％〜８０％の割合で形成することを特徴とする金属製品の塗装密着性向上方法。
本発明において、金属製品とは橋梁や建築物などのいわゆる鋼構造物だけでなく、金属部品、鋼板やアルミ製品、チタン製品など、金属で構成されている製品を広く含む。
（２）前記超音波衝撃処理が、先端部の角部における曲率半径（ｒ１）が０．５ｍｍ以下の角型の超音波振動端子による打撃打撃処理、または、一辺の長さ（ｄ１）が０．５ｍｍ〜５ｍｍの超音波振動を与えた角型の塊状物を打ち付ける衝撃処理であることを特徴とする（１）に記載の金属製品の塗装密着性向上方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１および図２を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明における金属製品の塗装密着性向上方法の実施形態を示す図である。
図１において、金属製品１の表面の一部に超音波振動処理を施して凹部を形成する。
この凹部の形状は、深さ（ｈ）が５μｍ以上、円相当径（Ｄ）が５０μｍ〜１０００μｍ、縁のコーナー部における曲率半径（Ｒ）が１０μｍ〜ｈ／４とする。
深さ（ｈ）を５μｍ以上とするのは、凹部が深いほど塗膜が金属製品側に入り込むため、云わばアンカー効果（錨効果）によって塗装密着性が良好となり、５μｍ未満では密着性が不十分だからである。
また、円相当径（Ｄ）を５０μｍ〜１０００μｍとするのは、５０μｍ未満では、凹部が狭すぎて塗膜が入り込みにくく、また、１０００μｍを超えると凹部の間隔が粗すぎて密着効果が小さいからである。
【０００９】
縁のコーナー部における曲率半径（Ｒ）を１０μｍ〜ｈ／４とするのは、この曲率半径（Ｒ）が小さいほど塗装密着性が大きくなり、ｈ／４を超えると密着性が著しく小さくなるからである。ただし、曲率半径（Ｒ）を１０μｍ未満とすることは工業的に加工が困難なので１０μｍ以上とする。
また、凹部の面積率を２０％〜８０％とするのは、塗装密着性を高めるには凹部を５０％とすることが好ましく、５０％より少なくても多くても密着性は低減するので、その限界値として、下限を２０％、上限を８０％とする。
なお、前述の凹部を形成した表面に、あらかじめ脱脂、脱酸処理を実施した後に塗装処理を施すことが好ましい。
この脱脂、脱酸処理によって、金属製品の凹部との密着性を高めることができるからである。
【００１０】
本発明は、金属製品の塗装密着性を向上させたい境域に局所的に適用してもよいし、あらかじめ、本発明を適用して製造した鋼材を用いて金属製品を製造する等の方法により、金属製品全体に適用してもよい。
図２は、本発明の超音波衝撃処理に用いる超音波振動端子および超音波ショットピーニングを示す図である。
超音波衝撃処理では、金属製品の表面に微細な凹部を形成する必要があるため、超音波振動端子は角型とし、その先端部の角部の曲率半径（ｒ１）は０．５ｍｍ以下とする。この曲率半径（ｒ１）を小さくすることによって、微細な凹部を形成することができるからである。
【００１１】
また、超音波振動端子は、図２に示すように、直径が０．５ｍｍ以下の多数ピンを束ねて構成することが好ましい。
また、超音波ショットピーニングの場合は、一辺の長さ（ｄ１）が０．５〜５ｍｍの角型の塊状物を金属製品の表面に打ち付ける。
角型塊状物の角の部分によって、金属製品に形成する凹部の縁のコーナーにおける曲率半径（Ｒ）が小さい凹部を微細に多数、形成させることができる。
上記のいずれかの方法で形成した凹部の上から塗装を行うことによって、下地につけられた凹部に塗膜が入り込み、前述のアンカー効果によって塗装密着性を向上させることができる。
本発明に使用する超音波発生装置は問わないが、２ｗ〜３ｋｗの超音波発生電源を用いて、トランスデューサによって２ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの超音波振動を発生させ、ウェーブガイドにて増幅させることにより、上述の径のピンからなる超音波振動端子を２０〜６０μｍの振幅で振動させる装置が好ましい。
また、本発明の超音波衝撃処理に用いる塊状物の材質は問わないが、例えば、鋼材、超硬、セラミックス、アルミナ、ジルコニア、サイアロン等から適宜選択することができる。
以上の金属製品の表面に超音波衝撃処理による凹部を形成することによって、従来のようにブラシなどの機械的な方法によって劣化した塗膜を剥がす必要がなくなるうえ、サンドブラスト装置のように大掛かりな装置を必要としないので、前述の超音波振動端子を備えた装置を補修現場に持ち込むことによって、簡単に塗装の下地処理を行って、塗装密着性を向上させることができる。
さらに、金属製品のプライマー塗装を施す前に、超音波衝撃処理により金属製品の表面に凹部を形成することによって、プライマー塗装の密着性を飛躍的に向上させることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の金属製品の塗装密着性向上方法を、実際の金属製品に適用した場合を想定した実験を行った結果を表１乃至表３に示す。
表１は、金属製品を構成する素材Ａ（Ａ１〜Ａ９）の化学成分および板厚を示す。
表２は、超音波衝撃処理の条件および試験結果を示す。
＊１）加工種類は。表３に示すように、超音波振動端子であるハンマと、超音波ショットピーニングを行うショット粒の２種類とし、Ｈ▲１▼〜Ｈ▲４▼がハンマの条件を示し、Ｓ▲１▼〜Ｓ▲６▼がショット粒の条件を示す。
なお、表３のＳ▲３▼およびＳ▲６▼は、ショット粒の直径が本発明における５ｍｍ以下の条件を外れている比較例を示し、それ以外は本発明の条件を満足する発明例を示す。
＊２）凹部の面積率（％）とは、金属製品の塗装表面に対して、深さが５μｍ以上、円相当径５０〜１０００μｍ、縁のコーナー部の曲率半径（Ｒ）が１０μｍ以上で、深さ（ｈ）の２５％以上の凹部が存在する比率をいう。
【００１３】
＊３）＜試験片＞素材Ａに塗装した場合の密着性を評価するために、塗膜の表面から板厚５ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を機械加工により切出して採取する。
＜試験方法＞塗膜の剥離試験により塗膜の密着性を評価する。
＜評価＞５ｍｍの曲率半径で３点曲げを行い、その曲げ角度に応じて以下の５段階で評価する。
５：９０度まで曲げても塗膜面に割れ、剥離が発生しない。
４：６０度まで曲げても塗膜面に割れ、剥離が発生しない。
３：３０度まで曲げても塗膜面に割れ、剥離が発生しない。
２：１５度まで曲げても塗膜面に割れ、剥離が発生しない。
１：１５度までに塗膜面に割れ、剥離が発生する。
剥離試験の結果、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３は、本発明の条件を満足しているので、密着性の評価は、「５」または「４」であった。
Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１８は比較例であり、凹部の面積率が２〜１０％と低く、発明範囲の下限値である２０％を下回っているので、密着性が「３」に低下したものと考えられる。
また、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２２は比較例であり、超音波衝撃処理を行わなかったので密着性が低く「１」〜「２」の評価となった。
【表１】

【表２】

【表３】

【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波衝撃処理を用いて金属製品の表面に凹部を形成することによって、従来のようにブラシなどの機械的な方法によって劣化した塗膜を剥がす必要がないうえ、サンドブラスト装置のような大掛かりな装置を用いることなく金属製品の塗装密着性を向上させる方法を提供するができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における金属製品の塗装密着性向上方法の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の超音波衝撃処理に用いる超音波振動端子および超音波ショットピーニングを示す図である。
【符号の説明】
１：金属製品、

Claims

金属製品の塗装密着性を向上させる方法であって、
塗装の下地処理として、前記金属製品の表面に超音波衝撃処理を施して、深さ（ｈ）が５μｍ以上、円相当径（Ｄ）が５０μｍ〜１０００μｍ、縁のコーナー部における曲率半径（Ｒ）が１０μｍ〜ｈ／４の凹部を、面積率で２０％〜８０％の割合で形成することを特徴とする金属製品の塗装密着性向上方法。
前記超音波衝撃処理が、先端部の角部における曲率半径（ｒ１）が０．５ｍｍ以下の角型の超音波振動端子による打撃打撃処理、または、一辺の長さ（ｄ１）が０．５ｍｍ〜５ｍｍの超音波振動を与えた角型の塊状物を打ち付ける衝撃処理であることを特徴とする請求項１に記載の金属製品の塗装密着性向上方法。