JP2005171385A - アルミニウム合金の硫酸陽極処理後に適用可能な六価クロムを含有しない封孔方法、前記方法において使用される封孔液、および前記方法を使用して処理される物品 - Google Patents

アルミニウム合金の硫酸陽極処理後に適用可能な六価クロムを含有しない封孔方法、前記方法において使用される封孔液、および前記方法を使用して処理される物品 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な塩類耐食性を有する酸化物フィルムを金属基板上に作製するための封孔方法を提供すること。
【解決手段】前記方法は、少なくとも1種の単純なコバルトII塩および少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を含む緩衝化封孔液を提供するステップと、予め陽極処理した表面を有する金属基板を、混合コバルト/リチウム酸化物フィルムを形成するのに十分な期間、前記封孔液と接触させるステップとを含むことを特徴とする。さらに具体的には、この方法は、硫酸媒体中で陽極処理されたアルミニウムまたはアルミニウム合金から作製された金属基板に適用可能である。
【選択図】図1

Description

本発明は、塩類腐食に対して耐食性を有する酸化物層またはフィルムを金属基板上に作製するための封孔方法、前記方法において使用される封孔液、および前記方法により処理された物品に関する。
詳しくは、本発明は、前記封孔方法または前記封孔液を、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される金属基板に適用することに関し、前記方法は、その前の硫酸陽極処理の後に実行される。
アルミニウムは、表面が酸化して無定形Al型アルミナを形成することにより、大気腐食に対する自然の防食膜を有する。このアルミナは、空気中で自然に形成するが、硫酸陽極処理によって生じることもでき、層を急速に作製しなければならないとき、さらに、層を厚くしなければならないときには、硫酸陽極処理が好ましい。これは、10マイクロメートル(μm)〜20μmの、「硬質」陽極処理の場合は100μmまでの厚みを生じさせる、硫酸陽極処理(SA)(硫酸陽極酸化)型の従来の陽極処理についても当てはまる。
しかし、アルミニウム合金表面のアルミナの薄層は、その部分がこうむる腐食に対する耐性が不十分である。
対照的に、陽極処理では、形成されるアルミナは、六方対称に近い幾何形状を有する柱状構造であり、孔により、環境に相当敏感になり、特に化学的攻撃に対して透過性になる。
このため、かかる孔は封孔(seal)により塞いでしまわなければならない。アルミナの機械的性質を低下させることなく、アルミナ層の耐食性を増強するために実行すべき封孔は、前記孔の中に(金属)元素を固定してアルミナ層の透過率を減少させることを狙いとする。
特に、硫酸陽極処理後、アルミナ層は、その部分を化学浴内に置くことにより、知られているやり方で封孔される。現在行われている封孔法によれば、その浴はクロム酸をベースとする溶液であり、六価クロムすなわちクロムVIによって孔を塞ぐことができる。
塩類腐食に対して耐性を有するフィルムを形成するために、アルミニウムまたはアルミニウム合金部分の表面上に存在するアルミナ層の孔を塞ぐために使用される、この種類の封孔法は、米国特許第2,796,370号および第2,796,371号に記載されているように、クロムVIを含む酸性溶液を従来から使用してきた。
しかし、クロムVIベースの溶液を使用することは、重金属の毒性および環境配慮に基づく法的制約のために、現在は禁止されている。
別法として、米国特許第5,411,606号および第5,472,524号およびヨーロッパ特許EP−A−0,488,430号には、他の封孔液が提案されており、そこでは、コバルトIIIベースの錯塩を含む封孔液を使用している。
しかし、その種の封孔液は、相対的に高価であり、pHおよびコバルトIIIベースの錯塩は不安定である、すなわち浴の時間経過に応じて錯塩は沈殿する傾向があるために、使用することが難しい。そのために、その種の溶液は、不安定であり、操作が厳密に再現可能ではなくなり、得られた層の品質に有害な影響を及ぼす。
本発明は、クロムを含有せず、良い結果を生む、特に産業規模で実行しやすい封孔液を使用する、新規の封孔法を提案することによって、従来技術の封孔液の問題、特にクロムの毒性の問題を克服することを狙いとする。
この目的のために、本発明の封孔法は、
少なくとも、1種の単純なコバルトII塩および少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を含む、好ましくは、反応水溶液ベースの緩衝化封孔液を提供するステップと、
予め陽極処理した表面を有する前記金属基板を、化学変換により得られる混合コバルト/リチウム酸化物フィルムを形成するのに十分な期間、前記封孔液と接触させるステップと
を含むことを特徴とする。
したがって、前記「混合コバルト/リチウム化学封孔」は、耐食性および良好なペイント表面付着特性を有する極めて接着性のよい封孔層を形成することにより、予め陽極処理した基板を保護することができる。
アルミニウム基板またはアルミニウム合金基板の場合は、このことは、アルミナの孔が金属コバルトおよびリチウム塩によって塞がれたとき、フィルムが形成されることを意味する。
このようにして、日常的に使用される製品である、単純なコバルトII塩および単純なリチウムII塩が存在すると、前記方法は極めて実行しやすくなることが理解される。
驚くべきことに、少なくとも1種の単純なコバルトII塩および少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を組み合わせることによって、少なくとも1種の単純なコバルトII塩のみを使用するか、または少なくとも1種の単純なリチウムIII塩のみを使用することにより得られる結果よりも、相当に優れた結果がもたらされる。
好ましくは、前記単純なコバルトII塩は、硫酸コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルトおよび酢酸コバルトにより構成される群からのものである。特に、前記単純なコバルトII塩は、3グラム/リットル(g/リットル)〜6g/リットルの範囲、すなわち1.2×10−2モル/リットル〜2.41×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち1.61×10−2モル/リットル〜2.01×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の、酢酸コバルトCo(CHCOO)・4HOである。
好ましくは、前記単純なリチウムIII塩は、硫酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムおよび酢酸リチウムによって構成される群からのものである。特に、前記単純なリチウムIII塩は、0.5g/リットル〜1.5g/リットルの範囲、すなわち6.77×10−3モル/リットル〜2.03×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、0.75g/リットル〜1g/リットルの範囲、すなわち1.02×10−2モル/リットル〜1.35×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の、炭酸リチウムLiCOである。
好ましい実施形態においては、前記封孔液は、ホウ酸、酢酸、クエン酸および酒石酸から構成される群からの少なくとも1種の弱酸を含んでもいる。特に、前記弱酸は、3g/リットル〜6g/リットルの範囲、すなわち4.85×10−2モル/リットル〜9.7×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち6.47×10−2モル/リットル〜8.09×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の、ホウ酸HBOである。
前記溶液は、再現しやすいこと、均一な結果を与えること、封孔液のpHを安定化させる、弱酸の緩衝効果のために、封孔液の再使用が可能であること、という追加の利点を有する。
前記弱酸は、封孔液の緩衝液となることができ、封孔液は、5〜6の範囲、有利には5.1〜5.9の範囲、好ましくは5.5±0.1のpHを有する。
好ましいが、場合によって行われる実施形態においては、問題としている封孔液は、ラウリル硫酸ナトリウムおよび/またはドデシル硫酸ナトリウムC1225NaOSなどの界面活性剤を含んでもいる。
特に、前記界面活性剤は、1.5mg/リットル〜3.5mg/リットルの範囲、すなわち5.20×10−6モル/リットル〜1.21×10−5モル/リットルの範囲、好ましくは、2mg/リットル〜3mg/リットルの範囲、すなわち6.94×10−6モル/リットル〜1.04×10−5モル/リットルの範囲にある濃度の、ラウリル硫酸ナトリウムである。
そのような化合物を添加すると、結果が向上する(より平坦な層およびアルミナの孔における単純なコバルトおよびリチウム塩のより良好な分布)。実際、界面活性剤の添加は、金属基板と封孔液間の界面張力を減少させることに寄与し、また弱酸により遊離される水素イオンHを捕捉して、溶液のpH安定性を改善する。
さらなる好ましい実施形態においては、封孔液の温度は、87℃を超え、好ましくは90℃を超え、有利には95℃を超え、より好ましくは、95℃〜98℃の範囲にある。
好ましくは、基板を封孔液に接触させるステップの持続期間は、15分を超え、有利には20分を超え、好ましくは20分〜25分の範囲である。
本発明はまた、封孔液が少なくとも1種の単純なコバルトII塩、少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を含むこと、および封孔液が緩衝化されており、それによって、混合コバルト/リチウムフィルムが得られることを特徴とする、封孔液に関する。
本発明は、また、上で定義した種類の封孔液を使用し、上で定義した種類の方法を実行した結果得られる、処理された物品に関する。
好ましい実施形態においては、前記物品は、15μm〜20μmの厚さを有する、封孔された陽極処理フィルムを備えている。
一般に、本発明の提案により、クロムを使用せずに、簡単かつ確実に、金属基板上に耐食性を有するフィルムを生じる、混合コバルト/リチウム封孔を作りだすことができる。
本発明の他の利点および特徴は、添付図面を参照した以下の記述から明らかになるであろう。
40分間の硫酸陽極処理を受け(得られたアルミナ層の厚さ:16マイクロメートル(μm))、97℃±2℃の温度で20分を超えて封孔液中に浸漬されていた、アルミニウムの試料を使用して、極めて決定的な試験を実施した。
使用した封孔液は、以下の特性を有する水溶液であった。
単純なコバルトII塩:3g/リットル〜6g/リットルの範囲、すなわち1.2×10−2モル/リットル〜2.41×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち1.61×10−2モル/リットル〜2.01×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の酢酸コバルトCo(CHCOO)・4HO;
単純なリチウムII塩:0.5g/リットル〜1.5g/リットルの範囲、すなわち6.77×10−3モル/リットル〜2.03×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、0.75g/リットル〜1g/リットル、すなわち1.02×10−2モル/リットル〜1.35×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の炭酸リチウムLiCO
弱酸:3g/リットル〜6g/リットルの範囲、すなわち4.85×10−2モル/リットル〜9.7×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち6.47×10−2モル/リットル〜8.09×10−2モル/リットルの範囲にある濃度のホウ酸;
界面活性剤として:1.5mg/リットル〜3.5g/リットルの範囲、すなわち5.20×10−6モル/リットル〜1.21×10−5モル/リットルの範囲、好ましくは、2mg/リットル〜3mg/リットルの範囲、すなわち6.94×10−6モル/リットル〜1.04×10−5モル/リットルの範囲の濃度で存在するラウリル硫酸ナトリウム;および
温度:90℃±3℃。
ホウ酸で緩衝されているため、pHが5.5±0.1に保持されている封孔液を得た。
コバルト−リチウム媒体中で陽極処理され、封孔された試料は、−650ミリボルトの陽極電位(飽和カロメル電極、SCE、を基準にして測定した)を有していた。したがって、この高い、陽極(アノード)防食値は、従来技術の二クロム酸塩溶液で得られた値(−655mV)と同程度の大きさである。
さらに、前記アルミニウム合金(2024)試料は、フランス標準AFNOR NFX41002または国際標準ISO9227に準拠した塩霧耐久性試験で、700時間を超えて持ちこたえた。
図1は、790時間、塩霧に曝した後の試料の断面を示す写真である。アルミニウム合金2024から作製した基板10の上には、硫酸陽極処理されたアルミナ層12が載っており、アルミナ層中で、組成の異なる3つの別々の領域を識別することができる。
基板10の上に載っており、コバルトおよび炭素が存在しない組成によって特徴付けられる、封孔されたアルミナの下部層12a;
封孔アルミナの下部層12aの上に載っており、コバルトおよび炭素の濃度が非常に低い組成によって特徴付けられる、封孔アルミナの上部層12b;および
封孔アルミナの下部層12aの上に載っており、封孔液中のコバルト塩および炭酸リチウムからの炭素の存在に関係するコバルトおよび炭素を含む組成によって特徴付けられる、封孔アルミナ層の表面12c;
である。
本発明の封孔法および封孔液のおかげで、特に塩類腐食に対する良好な耐性を有する物品を得られることが理解されよう。
好ましい実施形態においては、前記物品は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金ベースの金属基板と、
酸化アルミニウム、酸化コバルトおよび酸化リチウムを含む、封孔されたフィルムと
を含む。
本発明の方法を使用して処理された物品は、孔がなく、表面に通常の亀裂が入った構造を有する、封孔されたアルミナ層により形成されたフィルムを有する。これは添付の図2の写真に見られる。
塩霧に790時間暴露した後の、本発明の方法を使用して(AUZGN blade)処理された試料の横断面を示す写真である。 本発明の方法を使用して処理された試料の表面外観の上面を示す写真である。
符号の説明
10 基板
12a 封孔アルミナの下部層
12b 封孔アルミナの上部層
12c 封孔アルミナ層の表面

Claims (28)

  1. 少なくとも1種の単純なコバルトII塩および少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を含む緩衝化封孔液を提供するステップと、および
    予め陽極処理した表面を有する金属基板を、混合コバルト/リチウム酸化物フィルムを形成するのに十分な期間、前記封孔液と接触させるステップと、
    を含むことを特徴とする、塩類に対する耐食性を有する酸化物フィルムを、金属基板上に作製するための封孔方法。
  2. 前記単純なコバルトII塩が、硫酸コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルトおよび酢酸コバルトにより構成される群からのものであることを特徴とする請求項1に記載の封孔方法。
  3. 前記単純なコバルトII塩が、3グラム/リットル(g/リットル)〜6g/リットルの範囲、すなわち1.2×10−2モル/リットル〜2.41×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち1.61×10−2モル/リットル〜2.01×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の、酢酸コバルトCo(CHCOO)・4HOであることを特徴とする請求項2に記載の封孔方法。
  4. 前記単純なリチウムIII塩が、硫酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムおよび酢酸リチウムによって構成される群からのものであることを特徴とする請求項1に記載の封孔方法。
  5. 前記単純なリチウムIII塩が、0.5g/リットル〜1.5g/リットルの範囲、すなわち6.77×10−3モル/リットル〜2.03×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、0.75g/リットル〜1g/リットルの範囲、すなわち1.02×10−2モル/リットル〜1.35×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の炭酸リチウムLiCOであることを特徴とする請求項4に記載の封孔方法。
  6. 前記封孔液が、ホウ酸、酢酸、クエン酸および酒石酸から構成される群からの少なくとも1種の弱酸を、さらに含むことを特徴とする請求項1に記載の封孔方法。
  7. 前記弱酸が、3g/リットル〜6g/リットルの範囲、すなわち4.85×10−2モル/リットル〜9.7×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち6.47×10−2モル/リットル〜8.09×10−2モル/リットルの範囲にある濃度のホウ酸HBOであることを特徴とする請求項6に記載の封孔方法。
  8. 封孔液が、5〜6の範囲のpHを有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の封孔方法。
  9. 封孔液が、ラウリル硫酸ナトリウムおよび/またはドデシル硫酸ナトリウムを含む界面活性剤をさらに含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の封孔方法。
  10. 前記界面活性剤が、1.5mg/リットル〜3.5mg/リットルの範囲、すなわち5.20×10−6モル/リットル〜1.21×10−5モル/リットルの範囲、好ましくは、2mg/リットル〜3mg/リットルの範囲、すなわち6.94×10−6モル/リットル〜1.04×10−5モル/リットルの範囲にある濃度のラウリル硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項9に記載の封孔方法。
  11. 封孔液の温度が、87℃を超えていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の封孔方法。
  12. 前記基板がアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の封孔方法。
  13. 基板と封孔液との前記接触持続期間が15分を超えることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の封孔方法。
  14. 少なくとも1種の単純なコバルトII塩、少なくとも1種の単純なリチウムIII塩を含むこと、および緩衝化されており、それによって、混合コバルト/リチウムフィルムが得られることを特徴とする、金属基板上に酸化物フィルムを生成するための封孔液。
  15. 前記単純なコバルトII塩が、硫酸コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルトおよび酢酸コバルトにより構成される群からのものであることを特徴とする請求項14に記載の封孔液。
  16. 前記単純なコバルトII塩が、3グラム/リットル(g/リットル)〜6g/リットルの範囲、すなわち1.2×10−2モル/リットル〜2.41×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち1.61×10−2モル/リットル〜2.01×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の、酢酸コバルトCo(CHCOO)・4HOであることを特徴とする請求項15に記載の封孔液。
  17. 前記単純なリチウムIII塩が、硫酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムおよび酢酸リチウムによって構成される群からのものであることを特徴とする請求項14に記載の封孔液。
  18. 前記単純なリチウムII塩が、0.5g/リットル〜1.5g/リットルの範囲、すなわち6.77×10−3モル/リットル〜2.03×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、0.75g/リットル〜1g/リットルの範囲、すなわち1.02×10−2モル/リットル〜1.35×10−2モル/リットルの範囲にある濃度の炭酸リチウムLiCOであることを特徴とする請求項17に記載の封孔液。
  19. 前記封孔液が、ホウ酸、酢酸、クエン酸および酒石酸から構成される群からの少なくとも1種の弱酸を、さらに含むことを特徴とする請求項14に記載の封孔液。
  20. 前記弱酸が、3g/リットル〜6g/リットルの範囲、すなわち4.85×10−2モル/リットル〜9.7×10−2モル/リットルの範囲、好ましくは、4g/リットル〜5g/リットルの範囲、すなわち6.47×10−2モル/リットル〜8.09×10−2モル/リットルの範囲にある濃度のホウ酸であることを特徴とする請求項19に記載の封孔方法。
  21. 封孔液が、5〜6の範囲のpHを有することを特徴とする請求項14から20のいずれか一項に記載の封孔液。
  22. ラウリル硫酸ナトリウムおよび/またはドデシル硫酸ナトリウムを含む表面活性剤を、さらに含むことを特徴とする請求項14から21のいずれか一項に記載の封孔液。
  23. 前記界面活性剤が、1.5mg/リットル〜3.5mg/リットルの範囲、すなわち5.20×10−6モル/リットル〜1.21×10−5モル/リットルの範囲、好ましくは、2mg/リットル〜3mg/リットルの範囲、すなわち6.94×10−6モル/リットル〜1.04×10−5モル/リットルの範囲にある濃度のラウリル硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項22に記載の封孔液。
  24. その温度が、87℃を超えていることを特徴とする請求項14から23のいずれか一項に記載の封孔液。
  25. 前記基板が、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項14から24のいずれか一項に記載の封孔液。
  26. 請求項14から25の一項の封孔液を使用して、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法によって作製される、被覆された物品。
  27. 15μm〜20μmの範囲の厚さのフィルムを含むことを特徴とする請求項26に記載の物品。
  28. 耐食性、特に塩類腐食に対する耐食性を有し、
    アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される金属基板と、
    酸化アルミニウム、酸化コバルトおよび酸化リチウムを含むフィルムとを含むことを特徴とする請求項26に記載の物品。
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