JP2006225714A - アルミニウム合金用ノンクロメート化成処理液の精製装置およびこの精製装置によるアルミニウム合金の化成処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノンクロメート化成処理液中に含まれるアルミニウムおよびその他の金属イオンを除去して化成処理液を有効に使用できる精製装置と、この精製装置を使用したアルミニウム合金の化成処理方法とを提供する。
【解決手段】 化成処理液槽からの化成処理液が通液するように構成されたイオン交換樹脂塔に、化成処理液の成分バランスを保つように酸処理されたイオン交換樹脂が充填されてなる精製装置。この精製装置に化成処理液を通液させて、化成処理液中のアルミニウムイオンおよびその他の金属イオンを除去しながら、クローズドの系で化成処理液の連続化成処理を可能にするアルミニウム合金の化成処理方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、アルミニウム合金の表面処理を行うノンクロメート化成処理液（６価クロムを含まない化成処理液）の精製装置と、この精製装置を用いたアルミニウム合金の表面の化成処理方法とに関する。

一般に、アルミニウム合金の表面の化学処理には、６価クロムを含む化成処理液が使用されてきた。しかし、６価クロムは、環境および人体への悪影響が指摘されているため、近年では、アルミニウム合金の化成処理液として、６価クロムを含有しないノンクロメート化成処理液が広く使用されるようになってきている。

このようなアルミニウム合金を化成処理する場合のノンクロメート化成処理液は、従来の６価クロムを含む化成処理液と同じように、処理後の化成処理液をイオン交換樹脂塔に通液して精製を行うことができれば、化成処理槽の化成処理液を適宜に精製して連続化成処理することができる。しかし、イオン交換樹脂塔に通液して再使用しようとすると、アルミニウムおよびその他の金属イオンは除去できるものの、通液初期に化成処理液の成分濃度が著しく変化することがあり、それが原因で、化成処理液が白濁してしまう、或いは目的とする化成皮膜が生成しないといった不都合を生じることとなる。

そこで、従来より、このようなノンクロメート化成処理液によるアルミニウム合金の表面の化学処理方法としては、オートドレーン方式が採用されていた。すなわち、処理負荷に応じて化成処理液中に増大するアルミニウムおよびその他の金属イオンなどの不純物を強制廃棄し、これによって化成処理液の成分バランスを安定させながら連続化成処理を行っていた。
特開２００３−１５５５７７号公報

しかし、上記従来のオートドレーン方式の場合、処理負荷に応じてアルミニウムおよびその他の金属イオンを強制廃棄するため、これらの処理に多大の排水処理費用が嵩むこととなってしまう。

そのため、オートドレーン方式ではなくイオン交換樹脂塔に通液してアルミニウムおよびその他の金属イオンの除去を行うことが考えられるが、この場合、上記したように化成処理液の成分バランスが変化し、目的とする化成皮膜が生成できず、品質が低下するといった不都合を生じることとなる。

また、処理負荷に応じて処理液の成分バランスを調整しなければならないため、作業が複雑化し、常時多くの化成処理剤を使用することとなる。

したがって、従来のアルミニウム合金のノンクロメート化成処理方法では、作業が煩わしく、かつ、コストが嵩むといった不都合を生じていた。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金に対してノンクロメート化成処理液による化成処理を行う場合、化成処理液中に含まれるアルミニウムおよびその他の金属イオンを除去して化成処理液を有効に使用できる精製装置と、この精製装置を使用したアルミニウム合金の化成処理方法とを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明のアルミニウム合金用ノンクロメート化成処理液の精製装置は、ノンクロメート化成処理液によるアルミニウム合金の化成処理方法において、化成処理液槽からの化成処理液が通液するように構成されたイオン交換樹脂塔に、化成処理液の成分バランスを保つように酸処理されたイオン交換樹脂が充填されてなるものである。

また、イオン交換樹脂塔には、リン酸化合物をＰＯ₄ 換算で１００〜２０００ｍｇ／リットル、ジルコニウム化合物をＺｒ換算で１０〜３００ｍｇ／リットル、ｐＨが１．５〜６．０の範囲に化成処理液の成分バランスを保つように酸処理されたイオン交換樹脂が充填されてなるものである。

また、上記課題を解決するための本発明のアルミニウム合金の化成処理方法は、ノンクロメート化成処理液によるアルミニウム合金の化成処理方法であって、上記精製装置に化成処理液を通液させて、化成処理液中のアルミニウムイオンおよびその他の金属イオンを除去しながら、クローズドの系で化成処理液の連続化成処理を可能にするものである。

本発明において化成処理槽に設けられる化成処理液は、６価クロムを含まないノンクロメート化成処理液が使用される。このノンクロメート化成処理液としては、例えば、リン酸化合物とジルコニウム化合物を主成分としたアルミニウム合金用の化成処理液を使用することができる。

本発明において、ノンクロメート化成処理液中のジルコニウム化合物は、ジルコニウム換算で１０〜３００ｍｇ／リットルであることが好ましい。ジルコニウム化合物がジルコニウム換算で１０ｍｇ／リットル未満の場合には化成皮膜の生成速度が極端に低くなり、満足な化成皮膜が形成できない。一方、３００ｍｇ／リットルを越えた場合には、ジルコニウム添加の効果はそれほど向上せず、経済性を考慮すると、３００ｍｇ／リットル以下で十分である。

ジルコニウム化合物としては、Ｈ₂ ＺｒＦ₆ 、( ＮＨ₄)₂ ＺｒＦ₆ 、Ｎａ₂ ＺｒＦ₆ 、Ｋ₂ ＺｒＦ₆ 等が挙げられる。

本発明において、ノンクロメート化成処理液中のリン酸化合物は、ＰＯ₄ 換算で１００〜２０００ｍｇ／リットルであることが好ましい。１００ｍｇ／リットル未満の場合には、化成皮膜と塗膜との密着性が悪化する。一方、２０００ｍｇ／リットルより多い場合には、沸水黒変性が悪化し、塗膜との密着性も悪化する。

リン酸化合物としては、Ｈ₃ ＰＯ₄ 、ＮａＨ₂ ＰＯ₄ 、( ＮＨ₄)Ｈ₂ ＰＯ₄ 等が挙げられる。

ノンクロメート化成処理液のｐＨの範囲は、１．５〜６．０であることが好ましい。この範囲外のときには、沸水黒変が生じ易くなり、塗膜との密着性が悪化する。

このノンクロメート化成処理液には、ｐＨの維持や化成処理の促進などのために、適宜に添加剤が配合されていてもよい。

本発明のアルミニウム合金の化成処理に供される対象素材としては、例えばアルミニウム、アルミニウム−銅、アルミニウム−亜鉛、アルミニウム−マンガン、アルミニウム−マグネシウム、アルミニウム−マグネシウム−マンガン、アルミニウム−マグネシウム−珪素、アルミニウム−亜鉛−マグネシウム等が挙げられる。更に、対象素材の形状は板状、棒状、線、管でもよく、飲料缶などに適用できる。

本発明のアルミニウム合金の表面処理方法( 以下「処理方法」) の処理温度としては、室温〜６０℃、好ましくは３０〜５０℃である。処理温度が室温( 例えば２５℃) 未満の場合には、皮膜生成速度が遅いため、高濃度仕様となり経済的に不利である。処理温度が６０℃を越える場合には、処理浴が白濁し、スラッジが発生し易くなる。また、温度維持に多大なエネルギ−を必要とするため、経済的に不利である。

本実施形態の処理方法の処理時間は、処理組成物、処理温度と処理方法によって異なるが、一般的には５〜６０秒であり、本実施形態の処理方法としては、上記処理浴中にアルミニウム製品等を浸漬してもよいし、また、上記処理浴をアルミニウム製品等に噴霧または塗布等の公知の方法で処理してもよい。

本発明において、精製装置は、化成処理液槽からの化成処理液を通液可能なように構成されたイオン交換樹脂塔によって形成されている。

このイオン交換樹脂塔としては、例えば、Ｈ型に調整した陽イオン交換樹脂が充填されたものを使用することができる。

ただし、このイオン交換樹脂塔に通液した場合、通液初期にノンクロメート化成処理液中のリン酸イオンが、あらかじめ陽イオン交換樹脂に付着する水と置換するため、化成処理液の成分バランスが崩れ、白濁する現象が見られる。したがって、このイオン交換樹脂塔に充填される陽イオン交換樹脂としては、あらかじめノンクロメート化成処理液の成分バランスを保つような酸、例えばリン酸水溶液で処理したものを使用する。これにより、陽イオン交換樹脂は、ノンクロメート化成処理液の成分バランスを崩すことなく、化成処理操作中に化成反応でアルミニウム合金から液中に溶出したアルミニウムおよびその他の金属イオンを選択的に吸着回収し、通過した液はそのままアルミニウム合金表面の化成処理液として使用することが可能となる。

なお、酸処理の方法としては、例えば、陽イオン交換樹脂を、酸の水溶液に浸せきさせる、または酸の水溶液で洗浄し、この酸の水溶液とともにイオン交換樹脂塔に充填した後、酸の水溶液を脱液することによって行うことができる。

また、ノンクロメート化成処理液の成分バランスを保つような酸としては、特に限定されるものではないが、ノンクロメート化成処理液の成分として含まれるリン酸化合物の水溶液を用いるのがコスト面や技術面から最も効率的である。

さらに、ここで使用するイオン交換樹脂は、アルミニウムおよびその他の金属イオンを吸着する樹脂であれば、特にＨ型に調整された陽イオン交換樹脂に限る必要はない。

このイオン交換樹脂塔は、ポンプなどの通液手段を有する配管を介して化成処理槽との間に接続され、通液可能となされる。

この精製装置によると、イオン交換樹脂塔にノンクロメート化成処理液を通液させても、酸処理されたイオン交換樹脂によって、化成処理液の成分バランスを保つことができる。したがって、この精製装置を用いることで、安定した化成処理が可能となる。特に、リン酸の濃度が低いノンクロメート化成処理液を用いて行われる光沢が重視される化成処理の場合には、この精製装置を用いることで有効な化成処理が可能となる。

また、オートドレーン方式を採用すること無く、ノンクロメート化成処理液の化成処理液槽と精製装置とをクローズドの系にしても、化成処理液の成分バランスを保つことができるので、アルミニウム合金の連続化成処理を可能にすることができる。したがって、化成処理剤の使用量の低下、排水処理費用の削減などを図ることができる。

以上述べたように、本発明の精製装置によると、アルミニウム合金のノンクロメート化成処理液を、精製することができる。

また、この精製装置を用いた化成処理方法は、化成処理液中のアルミニウムイオンおよびその他の金属イオンを除去しながら、クローズドの系で化成処理液の連続化成処理を可能にするので、化成処理剤の使用量の低下、排水処理費用の削減などを図り、かつ、品質に優れた化成処理を有効に行うことができる。

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
実施例中の（％）は、重量％を表す。

５〜１０％重量濃度の塩酸溶液で６０〜１８０ｇ／リットル−Ｒ（樹脂１リットルあたりの塩酸量）でＨ型に変換し、水４〜７リットル／リットル−Ｒ（樹脂１リットルあたりの水量）で水洗調整したＨ型に調整された陽イオン交換樹脂に０．１〜０．５重量％のリン酸溶液で樹脂内部の水を置換した。

その後、このリン酸溶液を脱液して酸処理された陽イオン交換樹脂を、陽イオン交換樹脂搭（容量２リットル）に充填した。

この陽イオン交換樹脂搭に上記ノンクロメート化成処理液を通液し、イオン交換樹脂量１リットルに対する通液量（リットル／リットル−Ｒ）が５、１００、２００の際のそれぞれの化成処理液の成分組成ならびにｐＨの変化を評価した。

この際、アルミニウム合金を化成処理するノンクロメート化成処理液は、表１に示す組成のものを１０リットル使用した。

また、２００（リットル／リットル−Ｒ）通液後、アルミニウム合金のＡＣ４Ｃ材（ＪＩＳ規格）の試験片（サイズ：横７０ｍｍ×縦１５０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）を、アルカリ脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→純水洗→乾燥の順に従って化成処理した。

上記の処理工程において、実施例および比較例ともにアルカリ脱脂は、グランダークリーナー２０５０（ミリオン化学社製）２０ｇ／リットルを水に溶かし、５０℃、3 分スプレー処理をした。

酸洗は、６２％硝酸１６０ｇ／リットルを水道水で希釈し、室温、３０秒スプレー処理をした。

また、上記の処理工程中の水洗は、室温３０秒浸漬洗浄、純水洗は室温で３０秒掛け流しをし、乾燥は８０℃、１０分とした。

上記の処理工程において、実施例の化成処理条件としては、上記ノンクロメート化成処理液に３５℃で３分スプレー処理を行った。

このようにして得られた試験片の化成処理された表面に、エポキシ系塗料による下塗りとアクリル系塗料による上塗りとを行い乾燥塗膜の合計が３０μｍとなるように塗布し、１４０℃、２０分の条件で乾燥させた。この試験片について、２ｍｍの碁盤目試験法により塗膜の評価を行った。

碁盤目試験法では、カッターナイフを用いて、塗膜上に２ｍｍ幅で１００個の桝目を形成し、粘着テープを貼り付けた後、引き剥がし、塗膜が残った桝目の数を数えた。

また、陽イオン交換樹脂搭に通液する前の上記ノンクロメート化成処理液の原液についても、この原液を用いて上記と同様の化成処理を行った試験片を形成し、碁盤目試験法により塗膜の評価を行った。

結果を表１に示す。

表１に示すように、通液初期よりリン酸は所定濃度に保たれており、白濁等の現象は認められなかった。また、碁盤目試験法の結果からも、この化成処理液を用いた化成処理には問題は無く、優れた塗膜密着性が得られた。

比較例１

５〜１０％重量濃度の塩酸溶液で６０〜１８０ｇ／リットル−Ｒ（樹脂１リットルあたりの塩酸量）でＨ型に変換し、水４〜７リットル／リットル−Ｒ（樹脂１リットルあたりの水量）で水洗調整したＨ型に調整された陽イオン交換樹脂を、陽イオン交換樹脂搭（容量２リットル）に充填した。

このように酸処理を行わない陽イオン交換樹脂を用いる以外は、上記実施例１と同様に構成した陽イオン交換樹脂搭に、上記実施例１と同様のノンクロメート化成処理液を通液し、イオン交換樹脂量１リットルに対する通液量（リットル／リットル−Ｒ）が５、１００、２００の際のそれぞれの化成処理液の成分組成ならびにｐＨを評価した。

また、２００（リットル／リットル−Ｒ）通液後、上記実施例１と同様に試験片に塗膜を形成し、碁盤目試験法により塗膜の評価を行った。

結果を表１に示す。

表１に示すように、通液初期にはリン酸の濃度が低下し、白濁現象が認められた。また、碁盤目試験法の結果からも、この化成処理液を用いた化成処理では、充分な塗膜密着性が得られ無かった。

アルミニウム合金のノンクロメート化成処理に適用できる。

Claims (3)

1. ノンクロメート化成処理液によるアルミニウム合金の化成処理方法において、化成処理液の精製に用いられる精製装置であって、
   化成処理液槽からの化成処理液が通液するように構成されたイオン交換樹脂塔に、化成処理液の成分バランスを保つように酸処理されたイオン交換樹脂が充填されてなることを特徴とするアルミニウム合金用ノンクロメート化成処理液の精製装置。
2. イオン交換樹脂塔には、リン酸化合物をＰＯ₄ 換算で１００〜２０００ｍｇ／リットル、ジルコニウム化合物をＺｒ換算で１０〜３００ｍｇ／リットル、ｐＨが１．５〜６．０の範囲に化成処理液の成分バランスを保つように酸処理されたイオン交換樹脂が充填されてなる請求項１記載のアルミニウム合金用ノンクロメート化成処理液の精製装置。
3. ６価クロムを含まない化成処理液によるアルミニウム合金の化成処理方法であって、
   請求項１または２記載の精製装置に化成処理液を通液させて、化成処理液中のアルミニウムイオンおよびその他の金属イオンを除去しながら、クローズドの系で化成処理液の連続化成処理を可能にすることを特徴とするアルミニウム合金の化成処理方法。