JP2006307339A - Corrosion protecting method of metallic material, highly corrosion-resistant metallic material, and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a corrosion protecting method of a metallic material, a highly corrosion-resistant metallic material, and its manufacturing method in which the highly corrosion-resistant metallic material can withstand a severe corrosive environment of the same degree as that of a conventional zinc-coating, zinc-rich paint, the electric corrosion protecting method or the like, any rare metal resources such as zinc are not used, any harmful metal such as chromium is not used, and any rectifier, transformer or the like is not required. <P>SOLUTION: The corrosion protecting method of a metallic material for preventing corrosion of a metallic material comprises a step of depositing a covered layer on a surface of the metallic material. The covered layer comprises an insertion material in which alkaline metal ions and/or alkaline earth metal ions are inserted, and has electronic conductivity. It also has the characteristic of permeating alkaline metal ions and/or alkaline earth metal ions. Corrosion of the metallic material can be prevented by releasing the alkaline metal ions and/or the alkaline earth metal ions in the insertion material from the surface of the covered layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、鉄鋼、ステンレス鋼等の各種金属材料の防食技術に関するものであり、屋外環境、湿潤環境等において腐食しやすい金属材料を、有害金属や低埋蔵量金属資源を実質的に使用することなく、長期にわたって保護する防食方法に関する。また、有害金属や低埋蔵量金属資源を実質的に含有せず、長期の腐食効果を奏する高耐食性金属材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to anticorrosion technology for various metal materials such as steel and stainless steel, and substantially uses harmful metals and low reserve metal resources for metal materials that easily corrode in outdoor environments and wet environments. It relates to the anticorrosion method which protects over a long period of time. The present invention also relates to a highly corrosion-resistant metal material that does not substantially contain harmful metals or low reserve metal resources and exhibits a long-term corrosion effect, and a method for producing the same.

これまでの鉄鋼材料等の金属材料の防食方法は、主にめっき、または塗装によるものであった。めっきによる防食は、めっき金属と基材金属材料との腐食電位差を利用するもので、キズや塗膜欠陥部の腐食を抑制することができる。例えば、鉄鋼材料の表面に亜鉛めっきを施した場合では、鉄鋼材料の表面に達するキズが生じても鉄の赤錆の発生を一定期間防止することができる。   The conventional anticorrosion methods for metal materials such as steel materials were mainly by plating or painting. Corrosion prevention by plating utilizes the difference in corrosion potential between the plated metal and the base metal material, and can inhibit the corrosion of scratches and coating film defects. For example, when galvanizing is performed on the surface of the steel material, the occurrence of red rust of iron can be prevented for a certain period even if a scratch reaching the surface of the steel material occurs.

これは、亜鉛の方が鉄よりも卑な金属で腐食電位が低いので、鉄よりも亜鉛が先に腐食して鉄を腐食から守るためである。このような防食方法を一般に犠牲防食と呼ぶ。従って、腐食が起きていないのではなく、実際は亜鉛の腐食が生じている。つまり、犠牲防食において亜鉛は消費されている。   This is because zinc is a base metal and has a lower corrosion potential than iron, so that zinc corrodes earlier than iron and protects iron from corrosion. Such an anticorrosion method is generally called sacrificial anticorrosion. Therefore, corrosion does not occur, but zinc corrosion actually occurs. That is, zinc is consumed in sacrificial protection.

しかし、近年、めっきに使用する資源(例えば、金属亜鉛)の埋蔵量の減少が顕在化しており、自動車用鋼板や建築材料、家電製品等に今までと同様なめっき処理を続ければ、あと20数年で枯渇すると予測されている。   However, in recent years, a decrease in the reserves of resources used for plating (for example, metallic zinc) has become apparent, and if the same plating treatment as before is applied to automobile steel plates, building materials, home appliances, etc., there will be another 20 It is expected to run out in a few years.

ところで、めっきとして用いた亜鉛等は、特に塩分濃度が高い環境下では急速に腐食が進行するため、防食効果が長続きしない。   By the way, since the corrosion of zinc and the like used for plating progresses rapidly particularly in an environment with a high salt concentration, the anticorrosion effect does not last long.

そこで、これを改善する方法としてクロム酸で表面処理を行うクロメート処理法が従来から行われている。しかし、有害な6価クロムを使用するため、これを用いない方法が求められてきた。   Therefore, as a method for improving this, a chromate treatment method in which a surface treatment with chromic acid is conventionally performed. However, since harmful hexavalent chromium is used, a method not using it has been demanded.

一方、塗装による防食は、外部からの水や酸素、塩などの腐食性物質の遮断や電気絶縁性による腐食電流の防止効果に優れているが、傷つきや塗膜の剥がれには弱く、これらの欠陥から錆の進行が一気に進む問題があった。   On the other hand, anti-corrosion by coating is excellent in blocking the corrosive substances such as water, oxygen and salt from the outside and preventing the corrosion current due to electrical insulation, but it is weak against scratches and peeling of the coating film. There was a problem that the progress of rust from the defect progressed all at once.

さらに、防食機能を強化した塗料としてジンクリッチペイントがあり、中でも有害な6価クロムを含まないジンクリッチペイントに類するものがある。例えば、特許文献1には6価クロムを使用せずに水系塗料として安定化させた防食塗料について記載されている。   Furthermore, there is a zinc rich paint as a paint with an enhanced anticorrosion function, and among them, there is a kind similar to a zinc rich paint not containing harmful hexavalent chromium. For example, Patent Document 1 describes an anticorrosion paint stabilized as an aqueous paint without using hexavalent chromium.

具体的には、亜鉛末100重量部、エポキシ樹脂のリン酸エステル及び水酸基含有樹脂のリン酸エステルからなる群から選ばれた少なくとも1種のリン酸エステル樹脂0.01〜70重量部、及びバインダー0〜69.99重量部を含有し、該リン酸エステル樹脂と該バインダーとの合計量が5〜70重量部であることを特徴とする亜鉛末含有水系組成物について特許文献1に記載されている。   Specifically, zinc powder 100 parts by weight, at least one phosphate ester resin selected from the group consisting of a phosphate ester of an epoxy resin and a phosphate ester of a hydroxyl group-containing resin, and a binder Patent Document 1 describes a zinc powder-containing aqueous composition containing 0 to 69.99 parts by weight, wherein the total amount of the phosphate resin and the binder is 5 to 70 parts by weight. Yes.

しかし、このような組成物は金属亜鉛を使用するので、将来の亜鉛資源の枯渇に対応できない。   However, since such a composition uses metallic zinc, it cannot cope with future depletion of zinc resources.

ところで、金属材料の防食方法としては、上記のようなめっき、塗装の他に、被防食金属体を電源装置に電気的に接続することによりカソード防食する電気防食法がある。
この方法は、鉄道レールやパイプライン、海洋構造物の防食などに使用されている。
By the way, as an anticorrosion method of a metal material, there is an anticorrosion method of cathodic protection by electrically connecting a metal body to be protected to a power supply device in addition to the above plating and coating.
This method is used for anticorrosion of railway rails, pipelines and offshore structures.

この電気防食法として、例えば、特許文献2には、塩分を含有するコンクリート構造物のコンクリート内部の鋼材を内部電極とし、コンクリートの表面部に設置した電極を表面電極とし、該表面電極の間、及び/又は該表面電極と内部電極間に電流を流す方法において、両電極間に水溶性リチウム化合物を含む電解質材料を供給して、コンクリート中のリチウム/ナトリウムのモル比が0.1以上とすることを特徴とする塩分を含有するコンクリートの処理方法が記載されている。   As this cathodic protection method, for example, in Patent Document 2, a steel material inside a concrete of a concrete structure containing salt is used as an internal electrode, an electrode installed on a surface portion of the concrete is used as a surface electrode, and between the surface electrodes, And / or, in the method of passing an electric current between the surface electrode and the internal electrode, an electrolyte material containing a water-soluble lithium compound is supplied between both electrodes, so that the molar ratio of lithium / sodium in the concrete is 0.1 or more. A method for treating concrete containing salt is described.

しかし、このような電気防食法は、実質的には長期にわたる効果を維持することが困難があった。また、このような電気防食法では電源設備が常時必要なことや、制御にノウハウが必要であり適用範囲が限られていた。
特開平11−124520号公報 特開平8−40784号公報
However, such an anticorrosion method has been difficult to maintain an effect over a long period of time. In addition, such an anti-corrosion method requires a power supply facility at all times, and requires know-how for control, so that its application range is limited.
JP 11-124520 A JP-A-8-40784

本発明は、従来の防食(防錆)方法のみでは、地球環境問題、資源の枯渇から限界があるとの認識に立ち、上記に示したような問題を解決した新しい防食技術を提供することを目的としたものである。   The present invention is based on the recognition that the conventional anticorrosion (rust prevention) method alone has a limit due to global environmental problems and depletion of resources, and provides a new anticorrosion technology that solves the problems as described above. It is intended.

従って、本発明は、従来の亜鉛めっきやジンクリッチペイント、電気防食法などと同程度の厳しい腐食環境に耐え、さらに、亜鉛などの稀少な金属資源を使用せず、クロム等の有害金属を使用せず、整流器・変圧器などの設備を必要としない画期的な防食方法、高耐食性金属材料およびその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can withstand a severe corrosive environment similar to that of conventional zinc plating, zinc rich paint, and anticorrosion methods, and does not use rare metal resources such as zinc, but uses harmful metals such as chromium. Therefore, it is an object of the present invention to provide an innovative anticorrosion method that does not require equipment such as a rectifier and a transformer, a highly corrosion-resistant metal material, and a manufacturing method thereof.

本発明者らは、上記の従来の防食方法だけでは将来、地球環境の保護や資源の枯渇の問題から逃れることができないとの予測のもと、従来のクロム酸処理や亜鉛めっき等に替わる新しい防食技術の研究開発に鋭意取り組んだ。
そして、環境汚染の心配がない、豊富で安価な資源を使用したアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを挿入したインサーション材料を利用する新しい原理に基づく防食技術により、上記課題を解決できることを見出した。
The present inventors have predicted that it will not be possible to escape from the problems of protecting the global environment and depleting resources in the future only by the above conventional anticorrosion method, and a new alternative to conventional chromic acid treatment, galvanization, etc. We worked hard on research and development of anticorrosion technology.
And the above-mentioned problems can be solved by anticorrosion technology based on a new principle using an insertion material inserted with alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions using abundant and inexpensive resources without concern for environmental pollution. I found.

即ち本発明は、下記(1)〜(28)である。
(1)金属材料の腐食を防止する金属材料の防食方法であって、前記金属材料の表面に被覆層を形成させる工程を有し、前記被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、電子伝導性を具備するとともに、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備し、前記インサーション材料中の前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが前記被覆層の表面から放出されることで前記金属材料の腐食が防止される金属材料の防食方法。
(2)前記金属材料の前記表面の電位が、前記金属材料の腐食電位よりも0.1V以上低い上記(1)に記載の金属材料の防食方法。
(3)さらに、連続的または断続的に、前記金属材料をカソード分極する工程を含む上記(1)または(2)に記載の金属材料の防食方法。
(4)前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の金属材料の防食方法。
That is, the present invention includes the following (1) to (28).
(1) A method for preventing corrosion of a metal material, comprising the step of forming a coating layer on the surface of the metal material, the coating layer comprising alkali metal ions and / or alkaline earth metal An insertion material having ions inserted therein and having electronic conductivity and a property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions; A method for preventing corrosion of a metal material, in which corrosion of the metal material is prevented by releasing alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions from the surface of the coating layer.
(2) The method for preventing corrosion of a metal material according to the above (1), wherein the surface potential of the metal material is 0.1 V or more lower than the corrosion potential of the metal material.
(3) The method for preventing corrosion of a metal material according to (1) or (2), further comprising a step of cathodic polarization of the metal material continuously or intermittently.
(4) The alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ion, magnesium ion and calcium ion, according to any one of (1) to (3) above. Anticorrosion method for metal materials.

(5)金属材料の表面に被覆層を有する高耐食性金属材料であって、前記被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、電子伝導性を具備するとともに、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する高耐食性金属材料。
(6)前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(5)に記載の高耐食性金属材料。
(7)前記インサーション材料の充放電電位が、標準水素電極基準で−1.8〜−0.4Vである上記(5)または(6)に記載の高耐食性金属材料。
(8)前記インサーション材料が、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、炭素材料および有機導電性材料からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む上記(5)〜(7)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(9)前記アルカリ金属化合物が、チタン酸リチウム、鉄酸リチウム、バナジン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびジルコニウム酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(8)に記載の高耐食性金属材料。
(10)前記アルカリ土類金属化合物が、チタン酸カルシウム、鉄酸カルシウム、バナジン酸カルシウム、ニオブ酸カルシウム、マンガン酸カルシウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、鉄酸マグネシウム、バナジン酸マグネシウム、ニオブ酸マグネシウム、マンガン酸マグネシウムおよびジルコニウム酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(8)または(9)に記載の高耐食性金属材料。
(5) A highly corrosion-resistant metal material having a coating layer on the surface of the metal material, the coating layer containing an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted, and electrons A highly corrosion-resistant metal material having conductivity and a property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions.
(6) The highly corrosion-resistant metal material according to (5), wherein the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ions, magnesium ions, and calcium ions.
(7) The highly corrosion-resistant metal material according to (5) or (6), wherein a charge / discharge potential of the insertion material is −1.8 to −0.4 V with respect to a standard hydrogen electrode.
(8) The above insertion material, wherein the insertion material includes at least one selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, a metal oxide, a metal carbide, a metal nitride, a carbon material, and an organic conductive material ( The high corrosion-resistant metal material according to any one of 5) to (7).
(9) The alkali metal compound according to (8), wherein the alkali metal compound is at least one selected from the group consisting of lithium titanate, lithium ferrate, lithium vanadate, lithium niobate, lithium manganate, and lithium zirconate. High corrosion resistance metal material.
(10) The alkaline earth metal compound is calcium titanate, calcium ferrate, calcium vanadate, calcium niobate, calcium manganate, calcium zirconate, magnesium titanate, magnesium ironate, magnesium vanadate, magnesium niobate The high corrosion-resistant metal material according to (8) or (9), which is at least one selected from the group consisting of magnesium manganate and magnesium zirconate.

(11)前記金属酸化物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化錫、酸化バナジウムおよび酸化ニオブからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(8)〜(10)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(12)前記酸化鉄が、FeOOH、γ−Feおよびα−Feからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(11)に記載の高耐食性金属材料。
(13)前記炭素材料が、グラファイト、活性炭、ナノカーボン、メソカーボン、コークスおよびカーボンブラックからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(8)〜(12)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(14)前記有機導電性材料が、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリンおよびポリピロールからなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(8)〜(13)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(15)前記被覆層が、有機および/または無機のバインダーを含む上記(5)〜(14)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(11) The above (8), wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, manganese oxide, tin oxide, vanadium oxide and niobium oxide. The high corrosion-resistant metal material according to any one of to (10).
(12) The highly corrosion-resistant metal material according to (11), wherein the iron oxide is at least one selected from the group consisting of FeOOH, γ-Fe 2 O 3 and α-Fe 2 O 3 .
(13) The highly corrosion-resistant metal according to any one of (8) to (12), wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of graphite, activated carbon, nanocarbon, mesocarbon, coke, and carbon black. material.
(14) The highly corrosion-resistant metal according to any one of (8) to (13), wherein the organic conductive material is at least one selected from the group consisting of polyacene, polyacetylene, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyaniline, and polypyrrole. material.
(15) The highly corrosion-resistant metal material according to any one of (5) to (14), wherein the coating layer includes an organic and / or inorganic binder.

(16)前記有機および/または無機のバインダーがアニオン性基を有する上記(15)に記載の高耐食性金属材料。
(17)前記アニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(16)に記載の高耐食性金属材料。
(16) The highly corrosion-resistant metal material according to (15), wherein the organic and / or inorganic binder has an anionic group.
(17) The anionic group comprises a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). The high corrosion resistance metal material according to (16), which is at least one selected from the group.

(18)前記被覆層は、30〜40%の相対湿度条件下における表面の接触電気抵抗が1〜1010Ω/cmである上記(5)〜(17)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(19)前記被覆層の表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層有する上記(5)〜(18)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(20)前記保護層が、粉体塗料、電着塗料、溶剤塗料および水系塗料からなる群から選ばれる少なくとも1つを用いて形成される上記(19)に記載の高耐食性金属材料。
(18) The high corrosion resistance according to any one of (5) to (17), wherein the coating layer has a surface contact electrical resistance of 1 to 10 10 Ω / cm 2 under a relative humidity of 30 to 40%. Metal material.
(19) The highly corrosion-resistant metal material according to any one of (5) to (18), wherein at least one protective layer having a higher contact electric resistance value than the coating layer is provided on the surface of the coating layer.
(20) The highly corrosion-resistant metal material according to (19), wherein the protective layer is formed using at least one selected from the group consisting of a powder coating material, an electrodeposition coating material, a solvent coating material, and a water-based coating material.

(21)前記保護層が、前記有機および/または無機のバインダーを含み、さらにこの有機および/または無機のバインダーがアニオン性基を有する上記(19)または(20)に記載の高耐食性金属材料。
(22)前記アニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つである上記(21)に記載の高耐食性金属材料。
(21) The highly corrosion-resistant metal material according to (19) or (20), wherein the protective layer contains the organic and / or inorganic binder, and the organic and / or inorganic binder has an anionic group.
(22) The anionic group comprises a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). The high corrosion-resistant metal material according to (21), which is at least one selected from the group.

(23)前記金属材料が、鉄鋼材料である上記(5)〜(22)のいずれかに記載の高耐食性金属材料。
(24)建築材料、橋梁部材、鉄塔、門扉、フェンス、手すり、車輌・船舶外装材、自動車鋼板、建築機械、自動車足回り部材、自転車、コンクリート用鉄筋、鋼管、レール、道路標識板、看板、ガードレール、家電製品外板またはボイラー、ガスもしくは水道の配管に用いられる上記(5)〜(23)に記載の高耐食性金属材料。
(23) The highly corrosion-resistant metal material according to any one of (5) to (22), wherein the metal material is a steel material.
(24) Building materials, bridge members, steel towers, gates, fences, handrails, vehicle / ship exterior materials, automobile steel plates, construction machinery, automobile undercarriage members, bicycles, concrete reinforcing bars, steel pipes, rails, road sign boards, signs, The high corrosion-resistant metal material according to the above (5) to (23), which is used for guard rails, home appliance outer plates or boiler, gas or water pipes.

(25)上記(5)〜(24)のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法であって、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入可能なインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する被覆層を、金属材料の表面に形成する工程と、その後、前記被覆層が形成された前記金属材料を、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを含有する電解液中でカソード分極して、前記インサーション材料中に、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入する工程とを具備する高耐食性金属材料の製造方法。
(26)さらに、前記カソード分極の後に、前記電解液を除去する工程を具備する上記(25)に記載の高耐食性金属材料の製造方法。
(27)上記(5)〜(24)のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法であって、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが挿入された前記インサーション材料を含有する組成物を、前記金属材料の表面に塗工することで前記被覆層を形成する高耐食性金属材料の製造方法。
(28)さらに、前記被覆層の表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層形成する工程を具備する上記(25)〜(27)のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法。
(25) The method for producing a highly corrosion-resistant metal material according to any one of (5) to (24) above, comprising an insertion material into which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions can be inserted. And forming a coating layer having a property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions on the surface of the metal material, and then the metal material on which the coating layer is formed. Is cathode-polarized in an electrolytic solution containing the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions, and the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions are inserted into the insertion material. A process for producing a highly corrosion-resistant metal material comprising the steps.
(26) The method for producing a highly corrosion-resistant metal material according to (25), further comprising a step of removing the electrolytic solution after the cathode polarization.
(27) The method for producing a highly corrosion-resistant metal material according to any one of (5) to (24) above, wherein the insertion material into which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions are inserted is used. The manufacturing method of the highly corrosion-resistant metal material which forms the said coating layer by apply | coating the containing composition to the surface of the said metal material.
(28) The height according to any one of (25) to (27), further including a step of forming at least one protective layer having a higher contact electric resistance value than the coating layer on the surface of the coating layer. A method for producing a corrosion-resistant metal material.

本発明の金属材料の防食方法、高耐食性金属材料およびその製造方法によれば、これまで広く使用されてきた6価クロムによるクロメート処理や、亜鉛めっき材料、ジンクリッチペイント、電気防食などの従来方法にかわって、これらの従来方法と同様な厳しい腐食環境においても金属の腐食を防止することが可能であり、これらの従来方法なしでは防食できなかった多くの部材に対して、環境汚染を防止しつつ稀少な金属資源を使用することなく防食が可能となる。また、めっきや塗装による補修が困難な建造物、構造物の場合においてもカソード分極処理を定期的に行うことにより、従来よりも長期間の腐食防止を行うことができる。   According to the method for preventing corrosion of a metal material, the highly corrosion-resistant metal material and the method for producing the same according to the present invention, conventional methods such as chromate treatment with hexavalent chromium, galvanized material, zinc rich paint, and cathodic protection, which have been widely used so far. Instead, it is possible to prevent metal corrosion even in the severe corrosive environment similar to these conventional methods, and to prevent environmental pollution for many parts that could not be protected without these conventional methods. However, corrosion protection is possible without using rare metal resources. Further, even in the case of a building or structure that is difficult to repair by plating or painting, it is possible to prevent corrosion for a longer period of time than before by performing the cathode polarization treatment periodically.

以下に本発明について詳細に説明する。
本発明は、金属材料の防食方法、高耐食性金属材料およびその製造方法である。
The present invention is described in detail below.
The present invention is a method for preventing corrosion of a metal material, a highly corrosion-resistant metal material, and a method for producing the same.

まず、本発明の防食方法および本発明の高耐食性金属材料について説明する。
本発明の防食方法は、金属材料の腐食を防止する金属材料の防食方法であって、前記金属材料の表面に被覆層を形成させる工程を有し、前記被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備し、前記インサーション材料中の前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが前記被覆層の表面から放出されることで前記金属材料の腐食が防止される金属材料の防食方法である。
First, the anticorrosion method of the present invention and the highly corrosion resistant metal material of the present invention will be described.
The anticorrosion method of the present invention is a metal material anticorrosion method for preventing corrosion of a metal material, and includes a step of forming a coating layer on the surface of the metal material, the coating layer comprising alkali metal ions and / or Containing an insertion material into which alkaline earth metal ions are inserted, and having the property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions, and the alkali metal ions in the insertion material and In the method of preventing corrosion of the metal material, the alkaline earth metal ions are released from the surface of the coating layer to prevent corrosion of the metal material.

また、本発明の高耐食性金属材料は、金属材料の表面に被覆層を有する高耐食性金属材料であって、前記被覆層は、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する高耐食性金属材料である。   The highly corrosion-resistant metal material of the present invention is a highly corrosion-resistant metal material having a coating layer on the surface of the metal material, and the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions are inserted into the coating layer. It is a highly corrosion-resistant metal material containing an insertion material and having the property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions.

<金属材料>
本発明で用いる金属材料は特に限定されず、例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、めっき鋼、亜鉛、アルミニウム、銅などを挙げることができるが、鉄鋼材料(鉄鋼やステンレス鋼、およびこれらの表面に亜鉛等の各種めっきを施しためっき鋼)であることが最も好ましい。鉄鋼材料は、比較的卑な腐食電位を示すとともに、酸素および水分含有雰囲気下(例えば空気中)において形成される酸化皮膜に腐食防止効果がないので、カソード防食が効果的であるからである。
<Metal material>
The metal material used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include steel, stainless steel, plated steel, zinc, aluminum, and copper. Steel materials (iron and stainless steel, zinc on the surface thereof, etc.) It is most preferable that the steel be plated with various types of plating. This is because a steel material exhibits a relatively low corrosion potential, and an oxide film formed in an atmosphere containing oxygen and moisture (for example, in the air) has no corrosion prevention effect, so that cathodic protection is effective.

また、このような金属材料の表面電位が、前記金属材料の腐食電位よりも0.1V以上低いことが好ましい。これにより防食効果がより高くなるからである。   Moreover, it is preferable that the surface potential of such a metal material is 0.1 V or more lower than the corrosion potential of the metal material. This is because the anticorrosion effect becomes higher.

なお、この表面電位は、ポテンシォスタットを使用し、標準水素電極や飽和甘コウ電極を標準電極として、NaClやKCl水溶液中で測定する。   The surface potential is measured in an aqueous solution of NaCl or KCl using a potentiostat and using a standard hydrogen electrode or a saturated sweet potato electrode as a standard electrode.

本発明の防食方法は、このような金属材料の表面に被覆層を形成させる工程を有する。
また、本発明の高耐食性金属材料は、このような金属材料の表面に被覆層を有する。
The anticorrosion method of this invention has the process of forming a coating layer on the surface of such a metal material.
The highly corrosion-resistant metal material of the present invention has a coating layer on the surface of such a metal material.

<被覆層>
本発明において被覆層は、インサーション材料を含有する。
<Coating layer>
In the present invention, the coating layer contains an insertion material.

<インサーション材料>
本発明で用いるインサーション材料は、固体/電解質(液体または固体)の物理界面を介してリチウムイオンなどのアルカリ金属イオンおよび/またはマグネシウムイオンやカルシウムイオンなどのアルカリ土類金属イオンや水素イオンなどのイオンを固体としての形態を保ちながら出し入れする(インターカレーションまたはデインターカレーション)ことができる材料をいう。ここでは活性炭、ナノカーボンなどの高比表面積材料、多孔質材料も含まれる。
<Insertion material>
Insertion materials used in the present invention include alkali metal ions such as lithium ions and / or alkaline earth metal ions such as magnesium ions and calcium ions and hydrogen ions via a solid / electrolyte (liquid or solid) physical interface. A material that allows ions to be taken in and out (intercalation or deintercalation) while maintaining a solid form. Here, high specific surface area materials such as activated carbon and nanocarbon, and porous materials are also included.

本発明で用いるインサーション材料は、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを、後述する方法で挿入することができる材料であれば特に限定されないが、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、炭素材料および有機導電性材料からなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。これらの物質は、層間や粒子間あるいは微細空孔中にアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンを挿入または吸着しやすいためである。   The insertion material used in the present invention is not particularly limited as long as the alkali metal ion and / or the alkaline earth metal ion can be inserted by a method described later. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of a compound, a metal oxide, a metal carbide, a metal nitride, a carbon material, and an organic conductive material. This is because these substances easily insert or adsorb alkali metal ions or alkaline earth metal ions between layers, between particles, or in fine pores.

ここで、アルカリ金属化合物とは、アルカリ金属元素(リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム)を含有する金属化合物であればよく、例えば、チタン酸リチウム、鉄酸リチウム、バナジン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、マンガン酸リチウム、ジルコニウム酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、鉄酸ナトリウム、チタン酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸セシウム、マンガン酸ルビジウムなどを例示することができる。   Here, the alkali metal compound may be a metal compound containing an alkali metal element (lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium). For example, lithium titanate, lithium ferrate, lithium vanadate, niobium Examples thereof include lithium oxide, lithium manganate, lithium zirconate, lithium cobaltate, lithium nickelate, sodium ferrate, potassium titanate, sodium niobate, cesium titanate, and rubidium manganate.

このようなアルカリ金属化合物において、チタン酸リチウム、鉄酸リチウム、バナジン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびジルコニウム酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、層状結晶からなる化合物を作りやすく、リチウムイオンを容易に挿入、脱離できるためである。また、金属材料として鉄鋼材料を用いる場合、このリチウムイオンを鉄の腐食電位よりもやや卑な電位で挿入、脱離できるので、より好ましい。   In such an alkali metal compound, at least one selected from the group consisting of lithium titanate, lithium ferrate, lithium vanadate, lithium niobate, lithium manganate and lithium zirconate is used as the insertion material used in the present invention. It is preferable to use it. The reason is that it is easy to make a compound composed of layered crystals, and lithium ions can be easily inserted and removed. Further, when a steel material is used as the metal material, this lithium ion can be inserted and desorbed at a slightly lower potential than the corrosion potential of iron, which is more preferable.

また、アルカリ土類金属化合物とは、アルカリ土類金属元素(ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム)を含有する金属化合物であればよく、例えば、チタン酸カルシウム、鉄酸カルシウム、バナジン酸カルシウム、ニオブ酸カルシウム、マンガン酸カルシウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、鉄酸マグネシウム、バナジン酸マグネシウム、ニオブ酸マグネシウム、マンガン酸マグネシウム、ジルコニウム酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸バリウムなどを例示することができる。   The alkaline earth metal compound may be any metal compound containing an alkaline earth metal element (beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium). For example, calcium titanate, calcium ferrate, vanadic acid Calcium, calcium niobate, calcium manganate, calcium zirconate, magnesium titanate, magnesium ironate, magnesium vanadate, magnesium niobate, magnesium manganate, magnesium zirconate, barium titanate, strontium titanate, barium niobate, etc. Can be illustrated.

このようなアルカリ土類金属化合物において、チタン酸カルシウム、鉄酸カルシウム、バナジン酸カルシウム、ニオブ酸カルシウム、マンガン酸カルシウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、鉄酸マグネシウム、バナジン酸マグネシウム、ニオブ酸マグネシウム、マンガン酸マグネシウムおよびジルコニウム酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。さらに、金属材料として鉄鋼材料を用いれば、Mg2+、Ca2+などのイオンの挿入、脱離電位が鉄の腐食電位よりもやや卑であるのでカソード防食効果が高まり、より好ましい。 In such alkaline earth metal compounds, calcium titanate, calcium ferrate, calcium vanadate, calcium niobate, calcium manganate, calcium zirconate, magnesium titanate, magnesium ironate, magnesium vanadate, magnesium niobate, It is preferable to use at least one selected from the group consisting of magnesium manganate and magnesium zirconate as the insertion material used in the present invention. Furthermore, if a steel material is used as the metal material, the insertion and desorption potentials of ions such as Mg 2+ and Ca 2+ are slightly lower than the corrosion potential of iron, so that the cathodic protection effect is increased, which is more preferable.

また、金属酸化物とは、特に限定されないが、中性〜弱アルカリ性のpHにおいて安定な金属酸化物であることが好ましく、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化錫、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化サマリウム、酸化ネオジムなどを例示することができる。   The metal oxide is not particularly limited, but is preferably a metal oxide that is stable at a neutral to weak alkaline pH. For example, titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, oxidation Examples thereof include manganese, tin oxide, vanadium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide, samarium oxide, and neodymium oxide.

このような金属酸化物において、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化錫、酸化バナジウムおよび酸化ニオブからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、導電性を有する層状化合物を形成しやすいためである。   In such a metal oxide, at least one selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, manganese oxide, tin oxide, vanadium oxide, and niobium oxide is used in the insert. It is preferable to use it as an application material. The reason is that it is easy to form a layered compound having conductivity.

さらに、この酸化鉄がFeOOH、γ−Feおよびα−Feからなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。これらの酸化鉄を用い、さらに、金属材料として鉄鋼材料を用いた場合、アルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンの挿入、脱離電位が、この鉄鋼材料の防食に好適な−0.5〜−1.2V/SHEの値となるので、さらに好ましい。 Further, the iron oxide is preferably at least one selected from the group consisting of FeOOH, γ-Fe 2 O 3 and α-Fe 2 O 3 . When these iron oxides are used, and when a steel material is used as a metal material, the insertion and desorption potentials of alkali metal ions and alkaline earth metal ions are suitable for corrosion protection of this steel material. The value is more preferably 1.2 V / SHE.

また、金属炭化物とは、その構造中にLi等(後述するアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオン)のイオンを挿入できる導電性の金属炭化物であればよく、例えば、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化ジルコニウムなどを例示することができる。 The metal carbide may be any conductive metal carbide capable of inserting ions such as Li + (alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions described later) into its structure. Tungsten, titanium carbide, molybdenum carbide, zirconium carbide and the like can be exemplified.

このような金属炭化物において、炭化ホウ素、炭化タングステンおよび炭化チタンからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、挿入できるイオンの量が多いためである。   In such a metal carbide, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of boron carbide, tungsten carbide and titanium carbide as an insertion material used in the present invention. The reason is that the amount of ions that can be inserted is large.

また、金属窒化物とは、同様に、その構造中にLi等のイオンを挿入できる導電性の金属窒化物であればよく、例えば、窒化チタン、窒化クロム、窒化珪素、窒化ニオブ、窒化鉄、窒化ジルコニウムなどを例示することができる。 Similarly, the metal nitride may be any conductive metal nitride that can insert ions such as Li + into its structure. For example, titanium nitride, chromium nitride, silicon nitride, niobium nitride, iron nitride Examples thereof include zirconium nitride.

このような金属窒化物において、窒化チタン、窒化クロム、窒化珪素および窒化ニオブからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、挿入可能なイオンの量が多いためである。   In such a metal nitride, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of titanium nitride, chromium nitride, silicon nitride, and niobium nitride as the insertion material used in the present invention. The reason is that the amount of ions that can be inserted is large.

また、炭素材料とは、結晶性で層間にLi、Mg2+等(後述するアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオン)のイオンを挿入できる材料や、アモルファスで材料中にこれらのイオンを挿入できる空間を有する炭素材料であればよく、例えば、グラファイト、活性炭、ナノカーボン、メソカーボン、コークス、カーボンブラックなどを例示することができる。 In addition, the carbon material is a crystalline material which can insert ions such as Li + , Mg 2+ and the like (an alkali metal ion and / or an alkaline earth metal ion described later) between the layers, and is an amorphous material in which these ions are inserted. Any carbon material having a space that can be inserted may be used. Examples thereof include graphite, activated carbon, nanocarbon, mesocarbon, coke, and carbon black.

このような炭素材料において、グラファイト、活性炭、ナノカーボン、メソカーボン、コークスおよびカーボンブラックからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、結晶性炭素材料の層間にLi等のイオンが挿入されたり、構造中の空隙や粒子間にこれらのイオンが挿入されやすいためである。 In such a carbon material, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of graphite, activated carbon, nanocarbon, mesocarbon, coke and carbon black as the insertion material used in the present invention. The reason is that ions such as Li + are easily inserted between the layers of the crystalline carbon material, or these ions are easily inserted between voids and particles in the structure.

また、有機導電性材料とは、その分子骨格中に共役二重結合を有する有機材料で、その構造により電子が移動できる有機導電性材料であればよく、例えば、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリピロール、およびこれらに導電性キャリアをドープしたものなどを例示することができる。   The organic conductive material is an organic material having a conjugated double bond in its molecular skeleton, and may be any organic conductive material that can move electrons depending on its structure. For example, polyacene, polyacetylene, polythiophene, polyphenylene vinylene And polyaniline, polypyrrole, and those doped with a conductive carrier.

このような有機導電性材料において、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリンおよびポリピロールからなる群から選ばれる少なくとも1つを、本発明で用いるインサーション材料として用いることが好ましい。理由は、Li、Mg2+などのイオンを多量に挿入することができるためである。 In such an organic conductive material, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of polyacene, polyacetylene, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyaniline and polypyrrole as an insertion material used in the present invention. The reason is that a large amount of ions such as Li + and Mg 2+ can be inserted.

このようなインサーション材料の大きさは特に限定されないが、数nm〜数μmの粒子径のものが好ましい。理由は、実表面積が大きく、イオンの速やかな挿入、脱離が可能なためである。
なお、ここで粒子径とは、顕微鏡または電子顕微鏡により測定した値である。
The size of such an insertion material is not particularly limited, but preferably has a particle diameter of several nm to several μm. The reason is that the actual surface area is large and ions can be quickly inserted and removed.
Here, the particle diameter is a value measured with a microscope or an electron microscope.

このような本発明で用いるインサーション材料は、その充放電電位が標準水素電極を基準とした電位で−1.8〜−0.4Vであることが好ましい。この電位が大きすぎるとカソード防食効果が弱まり、逆に小さすぎると水溶液に接触した場合に水素ガスが発生する可能性があるためである。前記金属材料が鉄鋼材料の場合に、特に好ましい充放電電位の範囲は−1.5〜−0.7Vである。   Such an insertion material used in the present invention preferably has a charge / discharge potential of −1.8 to −0.4 V with respect to a standard hydrogen electrode. If this potential is too large, the cathodic protection effect is weakened. Conversely, if the potential is too small, hydrogen gas may be generated when it comes into contact with the aqueous solution. When the metal material is a steel material, a particularly preferable range of the charge / discharge potential is −1.5 to −0.7V.

このような範囲の充放電電位を持つインサーション材料としては、γ−FeOOH等のFeOOH、γ−Fe、α−Feなどの酸化鉄、LiV(バナジン酸リチウム)、LiNb(ニオブ酸リチウム)などのアルカリ金属含有化合物、VO、SnOなどの金属酸化物があり、これらは本発明において特に好ましく使用できるインサーション材料である。 Insertion materials having a charge / discharge potential in such a range include FeOOH such as γ-FeOOH, iron oxides such as γ-Fe 2 O 3 and α-Fe 2 O 3 , LiV 3 O 8 (lithium vanadate). There are alkali metal-containing compounds such as LiNb 2 O 5 (lithium niobate) and metal oxides such as VO 2 and SnO 2 , and these are insertion materials that can be particularly preferably used in the present invention.

なお、ここでいう充放電電位は、Li等のイオンの挿入、脱離が主として行われる電位であり、定電流による充電または放電を行った場合の電位変化が少ない電位範囲として測定できるため、10mA/dmの定電流による充電−放電曲線(電位−時間)をプロットし、電位が平坦に近くなる電位を読みとるという方法で測定した場合の測定値である。 Note that the charge / discharge potential here is a potential at which insertion and desorption of ions such as Li + are mainly performed, and can be measured as a potential range in which a potential change is small when charging or discharging with a constant current is performed. It is a measured value when measured by a method of plotting a charge-discharge curve (potential-time) with a constant current of 10 mA / dm 2 and reading the potential at which the potential becomes nearly flat.

また、このようなインサーション材料は、被覆層に50質量%以上含有されることが好ましく、50質量%超含有されることが好ましい。さらに、この含有率は75質量%以上であることがさらに好ましく、85質量%以上であることが最も好ましい。また、後述するように、被覆層はインサーション材料のみからなるものであってもよい。   Further, such an insertion material is preferably contained in the coating layer in an amount of 50% by mass or more, and more preferably more than 50% by mass. Furthermore, the content is more preferably 75% by mass or more, and most preferably 85% by mass or more. Moreover, as will be described later, the coating layer may be made of only an insertion material.

このようなインサーション材料は、次に示すアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入される。   In such an insertion material, the following alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted.

<アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン>
本発明において、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンとは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン、フランシウムイオン、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンおよびラジウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つのイオンを意味する。
<Alkali metal ions, alkaline earth metal ions>
In the present invention, alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are lithium ions, sodium ions, potassium ions, rubidium ions, cesium ions, francium ions, beryllium ions, magnesium ions, calcium ions, strontium ions, barium ions. And at least one ion selected from the group consisting of radium ions.

このようなアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンにおいて、前記インサーション材料に挿入されるイオンは、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましく、リチウムイオンであることがさらに好ましい。
理由は、これらのイオンはイオン半径が小さいので前記インサーション材料へ挿入されやすく、挿入可能量も多いからである。さらに、後述するように被膜層の表面に形成され炭酸塩の層が水に溶解しにくいからである。
In such alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions, the ions inserted into the insertion material are preferably at least one selected from the group consisting of lithium ions, magnesium ions and calcium ions, More preferably, it is lithium ion.
The reason is that these ions have a small ion radius, so that they can be easily inserted into the insertion material and a large amount can be inserted. Furthermore, as described later, the carbonate layer formed on the surface of the coating layer is difficult to dissolve in water.

この被覆層は、上述したアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備するものであれば、その材質(前記インサーション材料以外の材料の材質)は特に限定されない。
なお、この被覆層を形成する材料自体が、このようなイオンを透過する性質を具備していることが好ましいが、具備していなくても、インサーション材料と、後述する有機および/無機バインダー等との混合比(質量比)を50:1〜1:1とすることで、被覆層全体としてのアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備させることができる。
As long as this coating layer has the property of permeating the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions described above, the material (material of the material other than the insertion material) is not particularly limited.
In addition, it is preferable that the material itself that forms the coating layer has such a property of transmitting ions, but even if it does not, the insertion material and organic and / or inorganic binders described later are used. By setting the mixing ratio (mass ratio) to 50: 1 to 1: 1, it is possible to have a property of transmitting alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions as the entire coating layer.

このような被覆層を形成する材料としては、例えば、有機バインダーとして、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリエチレン・ポリプロピレン樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、ポリサルファイド系樹脂などを挙げることができる。また、無機バインダーとして、珪酸リチウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウムなどの水ガラス、シリカゾル、アルミナゾル、ジルコニアゾル、酸化チタンゾルなどの酸化物ゾル、合成スメクタイト、セピオライトなどの粘土鉱物、リン酸アルミニウム、リン酸ジルコニウムなどのリン酸系化合物やセメント、モルタルを挙げることができる。
また、これらを任意に混合して用いてもよい。さらに、金属粒子、繊維、ガラス等を含有してもよい。この金属粒子、繊維、ガラス等の含有率は、50質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがさらに好ましい。
As a material for forming such a coating layer, for example, as an organic binder, polyester resin, epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, phenol resin, nylon resin, polyethylene / polypropylene resin, melamine resin And urea resins, polyimide resins, silicone resins, fluorine resins, chlorine resins, polysulfide resins, and the like. In addition, as inorganic binder, water glass such as lithium silicate, potassium silicate, sodium silicate, oxide sol such as silica sol, alumina sol, zirconia sol, titanium oxide sol, clay mineral such as synthetic smectite, sepiolite, aluminum phosphate, zirconium phosphate And phosphoric acid compounds such as cement and mortar.
Moreover, you may mix and use these arbitrarily. Furthermore, you may contain a metal particle, a fiber, glass, etc. The content of the metal particles, fibers, glass and the like is preferably 50% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less.

また、この有機バインダーおよび/または無機のバインダーがアニオン性基を有する化合物を含有することが好ましい。理由は、被覆層に挿入された前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを捕捉し、これらのイオンの急激な溶出を抑制して、カソード効果の持続性を向上させることができるからである。
このアニオン性基としては、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)、ペルオキシ基(−OOH)、イミノジ酢酸等を挙げることができる。これらの中でも、このアニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
The organic binder and / or inorganic binder preferably contains a compound having an anionic group. The reason is that the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions inserted in the coating layer can be captured, and rapid elution of these ions can be suppressed to improve the sustainability of the cathode effect. is there.
Examples of the anionic group include a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), a peroxy group (—OOH), iminodiacetic acid, and the like. Can be mentioned. Among these, this anionic group is a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). It is preferably at least one selected from the group consisting of

さらに、このアニオン性基がさらにキレート性を有することが好ましい。つまり、前記有機バインダーおよび/または無機のバインダーが複数のアニオン性基を有するキレート化合物を含むことが好ましい。理由は、前記有機バインダーおよび/または無機のバインダーが前記被覆層に挿入された前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを捕捉する程度が高まるからである。
前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンの種類がリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオンおよびフランシウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである場合には、この複数のアニオン性基がカルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびイミノジ酢酸基からなる群から選ばれる少なくとも2つであることが好ましい。
また、前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンの種類がベリリウム、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンおよびラジウムイオンである場合には、この複数のアニオン性基がカルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)およびイミノジ酢酸基からなる群から選ばれる少なくとも2つであることが好ましい。
Furthermore, it is preferable that this anionic group further has chelating properties. That is, it is preferable that the organic binder and / or the inorganic binder contains a chelate compound having a plurality of anionic groups. The reason is that the organic binder and / or the inorganic binder increases the degree of capturing the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions inserted into the coating layer.
When the kind of the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ion, sodium ion, potassium ion, rubidium ion, cesium ion and francium, the plurality of anions The functional group is preferably at least two selected from the group consisting of a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and an iminodiacetic acid group.
When the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is beryllium, magnesium ion, calcium ion, strontium ion, barium ion or radium ion, the plurality of anionic groups are carboxyl groups (- COOH), a sulfo group (—SO 3 H), and an iminodiacetic acid group are preferred.

また、この被覆層は、前記有機バインダーおよび/または前記無機バインダーを被覆層の全質量に対して、50質量%以下含むことが好ましく、50質量%未満含むことがさらに好ましい。この含有率は25質量%以下であることがさらに好ましく、15質量%以下であることが最も好ましい。この含有率が高すぎると被覆層の電子導電性が不足してカソード効果が低下する傾向がある。   The coating layer preferably contains the organic binder and / or the inorganic binder in an amount of 50% by mass or less, more preferably less than 50% by mass, based on the total mass of the coating layer. The content is more preferably 25% by mass or less, and most preferably 15% by mass or less. If this content is too high, the electron conductivity of the coating layer is insufficient, and the cathode effect tends to decrease.

このようなアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入された、または挿入され得るインサーション材料を含有する材料(組成物)を、前記金属材料の表面に塗布等して被覆層を形成する方法は、後述する本発明の高耐食性金属材料の製造方法に示す方法を好ましく適用することができる。   A coating layer is formed by, for example, applying a material (composition) containing an insertion material in which such alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted or can be inserted onto the surface of the metal material. As a method of performing, the method shown in the method for producing a highly corrosion-resistant metal material of the present invention described later can be preferably applied.

また、このような被覆層の厚さは特に限定されないが、0.1〜1000μmが好ましい。また、バインダーとしてモルタルを用いる場合には、数十μm〜数cmの厚さであることが好ましい。理由は、モルタル中には多くのアルカリイオン、アルカリ土類金属イオンを含むため厚膜化により充分な防食効果が得られるためである。   Moreover, although the thickness of such a coating layer is not specifically limited, 0.1-1000 micrometers is preferable. Moreover, when using mortar as a binder, it is preferable that it is several tens of micrometers-thickness of several cm. The reason is that since the mortar contains many alkali ions and alkaline earth metal ions, a sufficient anticorrosive effect can be obtained by increasing the film thickness.

また、このような被覆層は電子伝導性を具備する。ここで「電子伝導性を具備する」とは、常温、常圧下の室内で測定した体積抵抗率が10−2〜1010Ω・cmであることを意味する。 Such a coating layer has electron conductivity. Here, “having electronic conductivity” means that the volume resistivity measured in a room temperature and normal pressure is 10 −2 to 10 10 Ω · cm.

また、このような被覆層は、インサーション材料から前記金属材料の表面へ電子を移動させるので、電子伝導性が高いことが好ましい。前記組成物が、導電性バインダーを含有すれば電子伝導性がより高まるので好ましい。つまり、この被覆層が導電性バインダーを含有すれば電子導電性がより高まるので好ましい。   Moreover, since such a coating layer moves an electron from the insertion material to the surface of the said metal material, it is preferable that electron conductivity is high. It is preferable that the composition contains a conductive binder because electron conductivity is further increased. That is, it is preferable that this coating layer contains a conductive binder because the electronic conductivity is further increased.

したがって、電子伝導性が高く、常温、常圧下の室内で測定した体積抵抗率が1〜1010Ω・cmであることが好ましい。 Therefore, it is preferable that the volume resistivity measured in the room | chamber interior under normal temperature and normal pressure is 1-10 < 10 > ohm * cm that electronic conductivity is high.

また、このような被覆層は、30〜40%の相対湿度条件下における表面の接触電気抵抗が1〜1010Ω/cmであることが好ましく、10〜1010Ω/cmの範囲がさらに好ましい。
接触電気抵抗が低すぎると、被覆層中の電子が空気中の酸素や水と反応して失われやすいので好ましくない。このように被覆層表面の接触電気抵抗値が低すぎる場合には、樹脂などの高電気抵抗物質をコーティングまたは塗装したり後処理により酸化物等を表面に付着させて、後述する保護層を形成することにより接触電気抵抗値を高めることが好ましい。
In addition, such a coating layer preferably has a surface contact electrical resistance of 1 to 10 10 Ω / cm 2 under a relative humidity of 30 to 40%, and a range of 10 to 10 10 Ω / cm 2 . Further preferred.
If the contact electric resistance is too low, the electrons in the coating layer are liable to be lost by reacting with oxygen or water in the air, which is not preferable. In this way, when the contact electrical resistance value on the surface of the coating layer is too low, a protective layer, which will be described later, is formed by coating or painting a high electrical resistance material such as a resin or attaching an oxide or the like to the surface by post treatment It is preferable to increase the contact electric resistance value.

なお、ここでいう接触電気抵抗は、相対湿度30〜40%の環境下で、直径0.9mmφの黒鉛電極に100gの荷重をかけ、前記被覆層の表面に垂直に黒鉛電極を接触させて電位差(12V)を与え、前記金属材料と黒鉛電極の間に流れる電流値から算出したものである。   Note that the contact electric resistance referred to here is a potential difference obtained by applying a load of 100 g to a graphite electrode having a diameter of 0.9 mmφ in an environment with a relative humidity of 30 to 40% and bringing the graphite electrode into contact with the surface of the coating layer perpendicularly. (12V) is given, and is calculated from the value of current flowing between the metal material and the graphite electrode.

また、このような被覆層は、その表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層有することが好ましい。さらに、この保護層の接触電気抵抗値が前記被覆層よりも5倍以上高いことが好ましい。また、この保護層のアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンの透過性が、前記被覆層よりも低いことが、さらに好ましい。   Moreover, it is preferable that such a coating layer has at least one protective layer having a higher contact electric resistance value than the coating layer on the surface thereof. Furthermore, it is preferable that the contact electrical resistance value of the protective layer is five times higher than that of the coating layer. Further, it is more preferable that the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions of the protective layer have a lower permeability than the coating layer.

このような保護層を有することで、前記被覆層の表面(外部環境)からもたらされる酸素や水の供給や還元反応により、電子が無駄に消費されることを防止することができるので、本発明の高耐食性材料の耐食性がより向上する。また、本発明の防食方法による耐食効果がより向上する。さらに、これらの耐食性がより長期間保持される。   By having such a protective layer, it is possible to prevent wasteful consumption of electrons due to the supply or reduction reaction of oxygen or water brought from the surface (external environment) of the coating layer. The corrosion resistance of the high corrosion resistance material is improved. Moreover, the corrosion resistance effect by the anticorrosion method of this invention improves more. Furthermore, these corrosion resistances are maintained for a longer period.

なお、この保護層の材質、形成方法等は前記被覆層と同様であってもよく、前記インサーション材料を含有してもよい。
この場合、後述するような、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを再度挿入して再生する作業が容易になるので好ましい。
In addition, the material of this protective layer, the formation method, etc. may be the same as that of the said coating layer, and may contain the said insertion material.
In this case, it is preferable because an operation of reinserting and regenerating alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions as described later becomes easy.

また、後述するように本発明の被覆層の表面には、炭酸塩の層が形成される。この炭酸塩の層を保護層と見なすこともできる。   As will be described later, a carbonate layer is formed on the surface of the coating layer of the present invention. This carbonate layer can also be regarded as a protective layer.

また、この保護層が、粉体塗料、電着塗料、溶剤塗料および水系塗料からなる群から選ばれる少なくとも1つを用いて形成されることが好ましい。理由は、これらの方法により工業的に容易に皮膜を形成できるからである。   The protective layer is preferably formed using at least one selected from the group consisting of a powder coating material, an electrodeposition coating material, a solvent coating material, and a water-based coating material. The reason is that a film can be easily formed industrially by these methods.

また、この保護層が前記有機バインダーおよび/または無機のバインダーを含有する場合、この有機バインダーおよび/または無機のバインダーがアニオン性基を有することが好ましい。理由は、前記被覆層および/またはこの保護層に挿入された前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを捕捉し、これらのイオンの急激な溶出を抑制して、カソード効果の持続性を向上させることができるからである。
このアニオン性基としては、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)、ペルオキシ基(−OOH)、イミノジ酢酸等を挙げることができる。これらの中でも、このアニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
Moreover, when this protective layer contains the said organic binder and / or an inorganic binder, it is preferable that this organic binder and / or an inorganic binder have an anionic group. The reason is that the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions inserted in the covering layer and / or the protective layer are captured, and the rapid elution of these ions is suppressed, thereby maintaining the sustainability of the cathode effect. This is because it can be improved.
Examples of the anionic group include a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), a peroxy group (—OOH), iminodiacetic acid, and the like. Can be mentioned. Among these, this anionic group is a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). It is preferably at least one selected from the group consisting of

さらに、このアニオン性基がさらにキレート性を有することが好ましい。つまり、前記有機バインダーおよび/または無機のバインダーが複数のアニオン性基を有するキレート化合物を含むことが好ましい。理由は、前記有機バインダーおよび/または無機のバインダーが前記被覆層および/またはこの保護層に挿入された前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを捕捉する程度が高まるからである。
前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンの種類がリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオンおよびフランシウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである場合には、この複数のアニオン性基がカルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびイミノジ酢酸基からなる群から選ばれる少なくとも2つであることが好ましい。
また、前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンの種類がベリリウム、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンおよびラジウムイオンである場合には、この複数のアニオン性基がカルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)およびイミノジ酢酸基からなる群から選ばれる少なくとも2つであることが好ましい。
Furthermore, it is preferable that this anionic group further has chelating properties. That is, it is preferable that the organic binder and / or the inorganic binder contains a chelate compound having a plurality of anionic groups. The reason is that the organic binder and / or the inorganic binder increases the degree of capturing the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions inserted into the coating layer and / or the protective layer.
When the kind of the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ion, sodium ion, potassium ion, rubidium ion, cesium ion and francium, the plurality of anions The functional group is preferably at least two selected from the group consisting of a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and an iminodiacetic acid group.
When the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is beryllium, magnesium ion, calcium ion, strontium ion, barium ion or radium ion, the plurality of anionic groups are carboxyl groups (- COOH), a sulfo group (—SO 3 H), and an iminodiacetic acid group are preferred.

また、保護層の厚さは特に限定されないが、前記被覆層と前記保護層との厚さの合計が0.1〜1000μmであることが好ましい。   Moreover, although the thickness of a protective layer is not specifically limited, It is preferable that the sum total of the thickness of the said coating layer and the said protective layer is 0.1-1000 micrometers.

また、このような保護層は30〜40%の相対湿度条件下における表面の接触電気抵抗が10Ω/cm以上あることが好ましく、10Ω/cm以上であることがさらに好ましい。上限は特に限定されないが、1018Ω/cm以下であることが好ましく、1012Ω/cm以下であることがさらに好ましい。 Moreover, such a protective layer preferably has a surface contact electrical resistance of 10 5 Ω / cm 2 or more, more preferably 10 8 Ω / cm 2 or more, under a relative humidity of 30 to 40%. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 10 18 Ω / cm 2 or less, and more preferably 10 12 Ω / cm 2 or less.

このような本発明の防食方法により前記金属材料が防食される理由、および、本発明の高耐食性金属材料が高い耐食性を有する理由は、次のように推定される。
本発明の被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを透過する性質を有するため、腐食性の使用環境において、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが、インサーション材料から被覆層を透過して外部へ放出するとともに、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンをインサーション材料に挿入した際に同時に内部に蓄えられた電子も被覆層から金属材料の表面へ移動する。
そして、金属材料の表面が腐食しない卑な電位に保たれ、カソード防食効果が発現する。また、これらのアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが拡散により被覆層の表面に移動すると、空気中の炭酸ガスと反応し、安定な保護性の炭酸塩を主成分とする膜を形成する。そして、水素ガスの発生や溶存酸素の還元反応などの副反応が防止されることにより防食効果が持続する。
The reason why the metal material is anticorrosive by the anticorrosion method of the present invention and the reason why the high corrosion resistance metal material of the present invention has high corrosion resistance are presumed as follows.
Since the coating layer of the present invention has a property of permeating alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions, alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are removed from the insertion material in a corrosive use environment. When the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted into the insertion material, electrons stored inside are also transferred from the coating layer to the surface of the metal material. .
And, the surface of the metal material is kept at a base potential that does not corrode, and the cathodic protection effect is exhibited. In addition, when these alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions move to the surface of the coating layer by diffusion, they react with carbon dioxide in the air to form a stable protective carbonate-based film. To do. And by preventing side reactions such as generation of hydrogen gas and reduction reaction of dissolved oxygen, the anticorrosion effect is sustained.

なお、本発明の被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有する材料からなるが、この材料が前記インサーション材料のみを含有する場合であっても、本発明の範囲とする。   The coating layer of the present invention is made of a material containing an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted, and this material contains only the insertion material. Is also within the scope of the present invention.

また、このような本発明の高耐食性金属材料において、連続的または断続的に、前記金属材料をカソード分極することが好ましい。
つまり、本発明の防食方法において、さらに、連続的または断続的に、前記金属材料をカソード分極する工程を設けることが好ましい。
本発明の被覆層は、その表面からアルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが放出し、長期間の使用によりそのほとんど全てが放出されるが、このようなカソード分極を行えば、従来の亜鉛めっき等と異なり、再度効果を回復させることができる。
また、このような方法により、前記金属材料の前記表面の電位を、前記金属材料の腐食電位よりも低くすることが好ましい。
なお、カソード分極の具体的な方法は、後述の本発明の高耐食性金属材料の製造方法で示すものと同様である。
Moreover, in such a highly corrosion-resistant metal material of the present invention, it is preferable that the metal material is cathode-polarized continuously or intermittently.
That is, in the anticorrosion method of the present invention, it is preferable to further provide a step of cathodic polarization of the metal material continuously or intermittently.
In the coating layer of the present invention, alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are released from the surface, and almost all of them are released by long-term use. Unlike zinc plating, the effect can be restored again.
Moreover, it is preferable to make the surface potential of the metal material lower than the corrosion potential of the metal material by such a method.
A specific method of cathodic polarization is the same as that shown in the method for producing a highly corrosion-resistant metal material of the present invention described later.

従って、本発明の防食方法および本発明の高耐食性金属材料を従来の電気防食法(カソード防食法等)に応用すれば、従来の電気防食法(カソード防食法等)では常時電源の接続が必要であったものが、断続的、定期的な通電のみで効果を持続することができるようになる。そして、本発明の防食方法および本発明の高耐食性金属材料を、従来利用が困難であった太陽電池や風力発電設備、その他の断続的発電装置と組合わせて用いることができる。   Therefore, if the anticorrosion method of the present invention and the highly corrosion-resistant metal material of the present invention are applied to conventional anticorrosion methods (cathodic anticorrosion methods, etc.), the conventional anticorrosion methods (cathodic anticorrosion methods, etc.) always require connection of a power source. However, the effect can be sustained only by intermittent and periodic energization. The anticorrosion method of the present invention and the highly corrosion-resistant metal material of the present invention can be used in combination with solar cells, wind power generation facilities, and other intermittent power generation devices that have been difficult to use.

本発明の高耐食性金属材料は、建築材料、橋梁部材、鉄塔、門扉、フェンス、手すり、車輌・船舶外装材、自動車鋼板、建築機械、自動車足回り部材、自転車、コンクリート用鉄筋、鋼管、レール、道路標識板、看板、ガードレール、家電製品外板またはボイラー、ガス、水道の配管に好ましく用いることができる。
また、このような用途以外でも、鉄系材料をはじめとする一般の金属材料に使用できる。また、保護層として酸化チタンなどの光半導体層を設置することにより紫外線、光により防錆機能が維持される光カソード防食効果をあわせて得ることができる。
The highly corrosion-resistant metal material of the present invention is a building material, a bridge member, a steel tower, a gate, a fence, a handrail, a vehicle / ship exterior material, an automobile steel plate, a construction machine, an automobile undercarriage member, a bicycle, a concrete rebar, a steel pipe, a rail, It can be preferably used for road sign boards, signboards, guardrails, home appliances outer panels or boilers, gas and water pipes.
Moreover, it can be used for general metal materials including iron-based materials other than such applications. In addition, by providing an optical semiconductor layer such as titanium oxide as a protective layer, it is possible to obtain a photocathode anticorrosive effect that maintains the antirust function by ultraviolet rays and light.

次に本発明の高耐食性金属材料の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」ともいう)について説明する。
本発明の製造方法は、以下に示す2つ態様がある。以下、単に「本発明の製造方法」と示した場合は、この2つ態様を含むものとする。
なお、上記の本発明の高耐食性金属材料を製造する方法は、次に説明する本発明の製造方法に限定されるものではない。本発明の製造方法は、上記の本発明の高耐食性金属材料の製造方法の好ましい態様である。
Next, a method for producing a highly corrosion-resistant metal material of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the production method of the present invention”) will be described.
The manufacturing method of the present invention has the following two aspects. Hereinafter, when the term “the production method of the present invention” is simply indicated, these two aspects are included.
In addition, the method for producing the high corrosion resistance metal material of the present invention is not limited to the production method of the present invention described below. The production method of the present invention is a preferred embodiment of the above-described method for producing a highly corrosion-resistant metal material of the present invention.

本発明の製造方法の第1態様は、本発明の高耐食性金属材料の製造方法であって、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入可能なインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する被覆層を、金属材料の表面に形成する工程と、その後、前記被覆層が形成された金属材料を、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを含有する電解液中でカソード分極して、前記インサーション材料中に、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入する工程とを具備する高耐食性金属材料の製造方法である。   1st aspect of the manufacturing method of this invention is a manufacturing method of the highly corrosion-resistant metal material of this invention, Comprising: The said insertion material which can insert the said alkali metal ion and / or the said alkaline-earth metal ion is included, and A step of forming a coating layer having a property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions on the surface of the metal material, and then the metal material on which the coating layer is formed is converted to the alkali. A step of cathodic polarization in an electrolytic solution containing metal ions and / or alkaline earth metal ions, and inserting the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions into the insertion material. This is a method for producing a highly corrosion-resistant metal material.

また、本発明の製造方法の第2態様は、本発明の高耐食性金属材料の製造方法であって、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有する組成物を、前記金属材料の表面に塗工することで前記被覆層を形成する高耐食性金属材料の製造方法である。   A second aspect of the production method of the present invention is a method for producing a highly corrosion-resistant metal material of the present invention, which contains an insertion material into which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions are inserted. It is a manufacturing method of the highly corrosion-resistant metal material which forms the said coating layer by applying a composition on the surface of the said metal material.

このような本発明の製造方法において用いる金属材料、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオン、インサーション材料、組成物の含有成分の種類、好ましい態様、組成物の混合比、被覆層の厚さ等は、全て、上述した本発明の高耐食性金属材料と同様である。   Metal materials, alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions used in the production method of the present invention, insertion materials, types of components of the composition, preferred embodiments, mixing ratio of the composition, thickness of the coating layer All of them are the same as the above-described highly corrosion-resistant metal material of the present invention.

なお、ここで用いるインサーション材料は次のような方法で製造することが好ましい。例えばγ−FeOOHは、塩化第一鉄水溶液に鉄粉を共存させて弱酸性にした溶液を70℃程度に保持して空気を吹き込むことにより得らることが好ましい。またγ−Feは、このようにして得たγ−FeOOHを、さらに260℃程度で乾燥焼成することにより得られる。 The insertion material used here is preferably manufactured by the following method. For example, γ-FeOOH is preferably obtained by blowing air while keeping a solution made weakly acidic by coexisting iron powder in a ferrous chloride aqueous solution at about 70 ° C. Γ-Fe 2 O 3 can be obtained by further drying and firing the γ-FeOOH thus obtained at about 260 ° C.

まず、本発明の製造方法の第1態様の、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入可能なインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する被覆層を、金属材料の表面に形成する工程について説明する。   First, an insertion material into which the alkali metal ion and / or the alkaline earth metal ion can be inserted according to the first aspect of the production method of the present invention, and the alkali metal ion and / or the alkaline earth metal is inserted. A process of forming a coating layer having a property of transmitting metal ions on the surface of the metal material will be described.

この被膜層を前記金属材料の表面に形成する方法は特に限定されない。例えば、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンを挿入可能なインサーション材料と、前記有機および/または無機バインダー等とを含有する組成物を、前記金属材料の表面に従来法、例えばステンレスワイヤーバーを用いて塗工することで前記被覆層を形成することができる。
また、前記被覆層形成後は、50〜120℃程度の条件下で乾燥することが好ましい。
A method for forming the coating layer on the surface of the metal material is not particularly limited. For example, a composition containing an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions can be inserted and the organic and / or inorganic binder is applied to the surface of the metal material by a conventional method such as stainless steel wire. The coating layer can be formed by coating using a bar.
Moreover, it is preferable to dry on the conditions of about 50-120 degreeC after the said coating layer formation.

また、前記被膜層を前記金属材料の表面に形成する方法としては、上記の工程の他に、水溶液からの電解析出や化成処理、無電解液相析出、熱処理による酸化処理やそれらを組み合わせた処理によって前記金属材料の表面にインサーション材料の被膜を直接成膜する方法を挙げることができる。この方法は、特に酸化鉄や金属酸化物のインサーション材料を用いた場合には好ましい。   Moreover, as a method of forming the coating layer on the surface of the metal material, in addition to the above steps, electrolytic deposition from an aqueous solution, chemical conversion treatment, electroless liquid phase deposition, oxidation treatment by heat treatment, or a combination thereof An example is a method in which a film of an insertion material is directly formed on the surface of the metal material by treatment. This method is preferable particularly when an insertion material of iron oxide or metal oxide is used.

例えば、インサーション材料としてα−Feを用いる場合、硝酸第二鉄水溶液などの鉄塩水溶液に被処理金属材料を浸漬し、これをカソードとして陰極電解を行うことによって被処理金属材料表面にFeOOHの被覆層を形成し、しかるのちに空気中において100〜400℃で乾燥(焼成)することによって得ることができる。この場合には電解液中に硝酸イオンや過酸化水素などの酸化剤が含まれることにより陰極表面でpHが上昇してFeOOHが析出しやすいため好ましい。 For example, when α-Fe 2 O 3 is used as an insertion material, the surface of the metal material to be processed is immersed in an iron salt aqueous solution such as a ferric nitrate aqueous solution and subjected to cathode electrolysis using this as a cathode. A coating layer of FeOOH is formed on the substrate, and then dried (baked) at 100 to 400 ° C. in air. In this case, it is preferable that an oxidizing agent such as nitrate ion or hydrogen peroxide is contained in the electrolytic solution because the pH rises on the cathode surface and FeOOH is easily deposited.

次に、本発明の製造方法の第1態様の、前記被覆層が形成された金属材料を、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを含有する電解液中でカソード分極して、前記インサーション材料中に、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入する工程について説明する。
この工程は上記の被覆層を金属材料の表面に形成する工程の後に行う。
Next, the metal material on which the coating layer is formed according to the first aspect of the manufacturing method of the present invention is cathodically polarized in an electrolytic solution containing the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions, The step of inserting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions into the insertion material will be described.
This step is performed after the step of forming the coating layer on the surface of the metal material.

この工程における好ましい態様を図1を用いて説明する。
図1では、高耐食性材料1とグラファイト製板2とが電解槽10に挿入され、リチウムイオンを含有する電解液5に完全に浸されている。ここで、高耐食性金属材料1は、上記の第1工程で製造されたものであり、ステンレス板11の表面に被覆層12を有している。さらに、この被覆層12はチタン酸リチウムを含有している。
A preferred embodiment in this step will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, a highly corrosion resistant material 1 and a graphite plate 2 are inserted into an electrolytic cell 10 and completely immersed in an electrolytic solution 5 containing lithium ions. Here, the highly corrosion-resistant metal material 1 is manufactured in the first step, and has a coating layer 12 on the surface of the stainless steel plate 11. Further, the coating layer 12 contains lithium titanate.

そして、高耐食性材料1とグラファイト製板2とは、電解槽10の内部で、被覆層12とグラファイト製板2とが多孔質有機材料からなるセパレータ3を挟んで設置されている。さらに、高耐食性金属材料1とグラファイト製板2とは整流器15に接続されており、グラファイト製板2が正極、高耐食性金属材料1のステンレス板11が負極に接続されている。   The high corrosion resistance material 1 and the graphite plate 2 are installed inside the electrolytic cell 10 with the coating layer 12 and the graphite plate 2 sandwiching the separator 3 made of a porous organic material. Further, the high corrosion resistance metal material 1 and the graphite plate 2 are connected to a rectifier 15, and the graphite plate 2 is connected to the positive electrode, and the stainless steel plate 11 of the high corrosion resistance metal material 1 is connected to the negative electrode.

このような図1に示した態様によれば、電解により、電解液5内のリチウムイオンが、負極に接続されカソード分極している被覆層12内のチタン酸リチウムの内部に取り込まれる。   According to such an embodiment shown in FIG. 1, lithium ions in the electrolytic solution 5 are taken into the lithium titanate in the coating layer 12 that is connected to the negative electrode and is cathode-polarized by electrolysis.

このようにして、インサーション材料(チタン酸リチウム)中に、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオン(リチウムイオン)を挿入することができる。   In this way, the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions (lithium ions) can be inserted into the insertion material (lithium titanate).

なお、カソード分極は上述の態様に特に限定されず、従来公知の方法で行うことができる。   Cathodic polarization is not particularly limited to the above-described embodiment, and can be performed by a conventionally known method.

次に、本発明の製造方法の第2態様について説明する。
本発明の製造方法の第2態様は、例えば、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料と、前記有機および/または無機バインダー等とを含有する組成物を、前記金属材料の表面に従来法、例えばステンレスワイヤーバーを用いて塗工することで前記被覆層を形成することができる。
Next, the 2nd aspect of the manufacturing method of this invention is demonstrated.
In the second aspect of the production method of the present invention, for example, a composition containing an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted, the organic and / or inorganic binder, and the like, The coating layer can be formed by coating the surface of the metal material using a conventional method, for example, a stainless wire bar.

本発明の製造方法の第2態様について、具体例を示す。
硝酸第二鉄などの鉄の水溶性塩の水溶液に水酸化リチウム等のアルカリ水溶液を添加してFeOOHの沈殿を生成させ、この沈殿を必要に応じて洗浄し、100〜400℃で乾燥(焼成)する。このようにして本発明において特に好ましい材料のひとつであるα−Feを製造することができる。このα−Feはリチウムイオンが挿入されている。
このようにして得られたα−Feを粉砕し、適当なバインダー成分、溶媒成分と混合してインサーション材料を含む被覆層形成のための組成物とする。そして、この組成物を公知の方法で金属材料の表面に塗布することで、本発明の高耐食性金属材料を製造することができる。
A specific example is shown about the 2nd aspect of the manufacturing method of this invention.
An aqueous alkaline salt solution such as lithium hydroxide is added to an aqueous solution of a water-soluble iron salt such as ferric nitrate to form a precipitate of FeOOH, which is washed as necessary and dried at 100 to 400 ° C. (calcined) ) In this way, α-Fe 2 O 3 which is one of particularly preferred materials in the present invention can be produced. This α-Fe 2 O 3 has lithium ions inserted therein.
The α-Fe 2 O 3 thus obtained is pulverized and mixed with an appropriate binder component and solvent component to obtain a composition for forming a coating layer containing an insertion material. And the highly corrosion-resistant metal material of this invention can be manufactured by apply | coating this composition to the surface of a metal material by a well-known method.

また、本発明の製造方法においては、さらに、前記カソード分極の後に、前記電解液を除去する工程を具備することが好ましい。
具体的には、脱イオン水による洗浄や、アルコールなどの有機溶剤により置換するという方法で電解液を除去することができる。
Moreover, in the manufacturing method of this invention, it is preferable to further comprise the process of removing the said electrolyte solution after the said cathode polarization.
Specifically, the electrolytic solution can be removed by washing with deionized water or replacing with an organic solvent such as alcohol.

また、本発明の製造方法においては、さらに、前記被覆層の表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層形成する工程を具備することが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of this invention, it is preferable to further comprise the process of forming at least 1 layer of protective layers whose contact electrical resistance value is higher than the said coating layer on the surface of the said coating layer.

ここで、保護層の材質、形成方法等、および接触電気抵抗値の定義は、前述の本発明の高耐食性金属材料と同様である。   Here, the material of the protective layer, the forming method, and the definition of the contact electric resistance value are the same as those of the high corrosion resistance metal material of the present invention.

以下に本発明の金属材料の防食方法、高耐食性金属材料およびその製造方法について実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。   Hereinafter, the anticorrosion method for a metal material, the highly corrosion-resistant metal material and the method for producing the same according to the present invention will be described with reference to examples.

<実施例1>
インサーション材料としてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粒子(チタン工業社製、LT-FP:平均粒子径 約1μm)を使用した。
そして、このチタン酸リチウムの90gと、導電性カーボン粉末の10gと、バインダーとしてポリ塩化ビニリデンエマルジョン(旭化成ケミカルズ社製、サランラテックス、固形分濃度:20質量%)の60gとに、さらに水を加えて合計200gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、この塗料をアルカリ洗浄剤(日本パーカライジング社製、FC−4360)で脱脂洗浄した鋼板(SPCC:70×150×0.8mm)の表面にステンレスワイヤーバーで均一に塗布した。そして、さらに80℃で乾燥し、約20μmの厚さの被覆層を鋼板表面に形成した。このようにして得られた鋼板を被覆鋼板1とする。
このように作製した被覆鋼板1を、六フッ化リンリチウム(LiPF6)を含むエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネート混合非水系電解質液中でカソード電解し試験板1を得た。処理に用いた具体的な装置は図1と同様であり、正極にはグラファイト製板を使用した。カソード電解は、3Vの電圧で20分間行って被覆層中にリチウムイオンを挿入した。ここで、試験板1の被覆層の接触電気抵抗値は30Ω/cmであった。
このようにして得た試験板1を耐食性試験に供した。
この接触電気抵抗値は、相対湿度30〜40%の環境下で、直径0.9mmφの黒鉛電極に100gの荷重をかけ、試験板の表面に垂直に黒鉛電極と試験板とを接触させて電位差(12V)を与え、試験板と黒鉛電極の間に流れる電流値から算出したものである。
<Example 1>
Lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) particles (manufactured by Titanium Industry Co., Ltd., LT-FP: average particle diameter of about 1 μm) were used as the insertion material.
Further, water was added to 90 g of this lithium titanate, 10 g of conductive carbon powder, and 60 g of polyvinylidene chloride emulsion (produced by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., Saran latex, solid content concentration: 20% by mass) as a binder. A total of 200 g was uniformly mixed to obtain a coating for forming a coating layer.
Next, this paint was uniformly applied to the surface of a steel plate (SPCC: 70 × 150 × 0.8 mm) degreased and cleaned with an alkali cleaner (manufactured by Nippon Parkerizing Co., Ltd., FC-4360) with a stainless wire bar. And it dried at 80 degreeC further, and the coating layer about 20 micrometers thick was formed in the steel plate surface. The steel plate thus obtained is referred to as a coated steel plate 1.
The coated steel sheet 1 produced in this way was subjected to cathodic electrolysis in a mixed non-aqueous electrolyte solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) to obtain a test plate 1. The specific apparatus used for the treatment was the same as in FIG. 1, and a graphite plate was used for the positive electrode. Cathodic electrolysis was performed at a voltage of 3 V for 20 minutes, and lithium ions were inserted into the coating layer. Here, the contact electric resistance value of the coating layer of the test plate 1 was 30 Ω / cm 2 .
The test plate 1 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.
This electrical contact resistance value is obtained by applying a load of 100 g to a graphite electrode having a diameter of 0.9 mmφ in an environment with a relative humidity of 30 to 40%, and bringing the graphite electrode and the test plate into contact with each other perpendicular to the surface of the test plate. (12V) is given, and is calculated from the current value flowing between the test plate and the graphite electrode.

<実施例2>
インサーション材料として人造黒鉛微粉末(昭和電工社製、SCMG)を使用した。
そして、この人造黒鉛微粉末の50gと、バインダーであるポリフッ化ビニリデン粉末の8gとに、さらに水を加えて合計100gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。これを被覆鋼板2とする。得られた被覆層の厚さは約80μmであった。
このように作製した被覆鋼板2を、実施例1と同じ方法で電解し試験板2を得た。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は60Ω/cmであった。
このようにして得た試験板2を耐食性試験に供した。
<Example 2>
Artificial graphite fine powder (manufactured by Showa Denko KK, SCMG) was used as the insertion material.
Then, 50 g of the artificial graphite fine powder and 8 g of the polyvinylidene fluoride powder as the binder were further mixed with water to make a total of 100 g to obtain a coating layer forming coating material.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. This is referred to as a coated steel plate 2. The thickness of the obtained coating layer was about 80 μm.
The coated steel plate 2 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 2. Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 60 Ω / cm 2 .
The test plate 2 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例3>
インサーション材料としてα−Feを調製した。
まず、60gの硝酸第二鉄(Fe(NO3)3・9H2O)を、500gの蒸留水に溶解し、これに8%の水酸化リチウム水溶液を135g添加して攪拌した。そして、さらに1%の過酸化リチウム(Li2O2)水溶液を20g添加してFeOOHの沈殿を得た。これを、洗浄、吸引ろ過し、沈殿を分離した後乾燥し、約300℃で焼成した。このようにしてα−Fe調整した。なお、焼成後の沈殿は3μm以下に粉砕し、X線回折によりα−Feであることを確認した。
このようにして調製したα−Feの8gと、導電性カーボン粉末の0.1gと、バインダーとして水溶性フェノール樹脂(濃度:50%、群栄化学工業社製)の5gとに、さらに水を加えて合計30gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。これを被覆鋼板3とする。得られた被覆層の厚さは約10μmであった。
このように作製した被覆鋼板3を、実施例1と同様な方法で電解し試験板3を得た。実施例1との相違点は電圧を3Vから2.5Vへ変更した点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じ方法で電解した。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は15Ω/cmであった。
このようにして得た試験板3を耐食性試験に供した。
<Example 3>
Α-Fe 2 O 3 was prepared as an insertion material.
First, 60 g of ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was dissolved in 500 g of distilled water, and 135 g of an 8% aqueous lithium hydroxide solution was added thereto and stirred. Further, 20 g of a 1% aqueous solution of lithium peroxide (Li 2 O 2 ) was added to obtain a FeOOH precipitate. This was washed, filtered with suction, separated from the precipitate, dried, and calcined at about 300 ° C. In this way, α-Fe 2 O 3 was adjusted. The precipitate after firing was pulverized to 3 μm or less and confirmed to be α-Fe 2 O 3 by X-ray diffraction.
8 g of α-Fe 2 O 3 thus prepared, 0.1 g of conductive carbon powder, and 5 g of water-soluble phenol resin (concentration: 50%, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) as a binder, Further, water was added to make a total of 30 g, which was uniformly mixed to obtain a coating layer forming coating material.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. This is referred to as a coated steel plate 3. The thickness of the obtained coating layer was about 10 μm.
The coated steel plate 3 produced in this way was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 3. The only difference from Example 1 was that the voltage was changed from 3 V to 2.5 V. All other conditions were electrolyzed in the same manner as in Example 1. Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 15 Ω / cm 2 .
The test plate 3 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例4>
30gの硝酸第二鉄(Fe(NO3)3・9H2O)と、20gの硝酸ナトリウムとを蒸留水に溶解して1000gとし、これを電解液とした電解処理を行った。
ここで、実施例1と同じ鋼板に同じ方法で脱脂洗浄したものをカソードとし、カーボン電極をアノード対極として電圧4Vで電解処理を10分間行った。
その後、カソードに使用した鋼板を水洗、乾燥し、200〜300℃で焼成して鋼板表面上にα−Feの被膜層を形成した。このようにして得られた鋼板を被覆鋼板4とする。この被膜層の厚さは1〜3μmであった。
このように作製した被覆鋼板4を、実施例1と同様な方法で電解し試験板4を得た。実施例1との相違点は、用いた電解液が塩化マグネシウム10g/Lを含む水系電解質液であり、さらに、電解時間が10分間であることのみであり、その他の条件は全て実施例1と同じ方法で電解した。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は3Ω/cmであった。
このようにして得た試験板4を耐食性試験に供した。
<Example 4>
30 g of ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) and 20 g of sodium nitrate were dissolved in distilled water to 1000 g, and an electrolytic treatment was performed using this as an electrolytic solution.
Here, the same steel sheet as in Example 1 was degreased and washed by the same method as a cathode, and a carbon electrode was used as an anode counter electrode, and an electrolytic treatment was performed at a voltage of 4 V for 10 minutes.
Then, the steel plate used for the cathode was washed with water, dried, and fired at 200 to 300 ° C. to form an α-Fe 2 O 3 coating layer on the steel plate surface. The steel plate thus obtained is referred to as a coated steel plate 4. The thickness of this coating layer was 1 to 3 μm.
The coated steel plate 4 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 4. The difference from Example 1 is that the electrolyte used was an aqueous electrolyte containing 10 g / L of magnesium chloride, and that the electrolysis time was 10 minutes. All other conditions were the same as in Example 1. Electrolysis was done in the same way. Here, the contact electric resistance value of the coating layer was 3Ω / cm 2 .
The test plate 4 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例5>
インサーション材料としてγ−FeOOHを調製した。
まず、80gの塩化第一鉄(FeCl2・nH2O)に鉄粉3gを共存させてpHを弱酸性に調
整した。このような溶液を、約70℃に保持しながら空気を連続的に吹き込むことによりγ−FeOOHを得た。
このようにして調製したγ−FeOOHの10gと、導電性カーボン粉末の0.5gと、バインダーとしてエポキシ系樹脂エマルジョン(日立化成社製、W790)の15gとに、さらに水を加えて合計35gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、この塗料を実施例1と同様な方法で脱脂洗浄した耐候性鋼板(新日本製鉄社製コルテン鋼:70×150×5mm)の表面にステンレスワイヤーバーで均一に塗布した。そして、さらに80℃で乾燥し、約40μmの厚さの被覆層を耐候性鋼板の表面に形成した。これを被覆鋼板5とする。
このようにして作製した被覆鋼板5を、実施例1と同様な方法で電解し試験板5を得た。実施例1との相違点は、電解液として塩化カルシウム20g/Lを含む水系電解質液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は20Ω/cmであった。
このようにして得た試験板5を耐食性試験に供した。
<Example 5>
Γ-FeOOH was prepared as an insertion material.
First, 80 g of ferrous chloride (FeCl 2 .nH 2 O) was allowed to coexist with 3 g of iron powder to adjust the pH to be weakly acidic. Γ-FeOOH was obtained by continuously blowing air while maintaining such a solution at about 70 ° C.
10 g of γ-FeOOH prepared in this way, 0.5 g of conductive carbon powder, 15 g of epoxy resin emulsion (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., W790) as a binder, and water added to a total of 35 g The coating was uniformly mixed to form a coating layer forming paint.
Next, this paint was uniformly applied to the surface of a weather-resistant steel plate (Shin Nippon Steel Corp. corten steel: 70 × 150 × 5 mm) degreased and washed in the same manner as in Example 1 with a stainless wire bar. And it dried at 80 degreeC further, and formed the coating layer about 40 micrometers thick on the surface of a weather-resistant steel plate. This is referred to as a coated steel plate 5.
The coated steel plate 5 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 5. The only difference from Example 1 is that an aqueous electrolyte solution containing 20 g / L of calcium chloride was used as the electrolyte solution and that the voltage was set to 2.5 V. All other conditions were the same as in Example 1. It is. Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 20 Ω / cm 2 .
The test plate 5 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例6>
実施例5で得たγ−FeOOHを、さらに260℃程度で乾燥焼成することによりγ−Feを得た。
このようにして調製したγ−Feの10gと、導電性カーボン粉末の0.5gと、バインダーとしてエポキシ系樹脂エマルジョン(日立化成社製、W790)の3gとに、さらに水を加えて合計20gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。このようにして得られた被覆鋼板6とする。得られた被覆層の厚さは約20μmであった。
このように作製した被覆鋼板6を、実施例1と同様な方法で電解した。実施例1との相違点は用いた電解液が塩化マグネシウム20g/Lを含む水系電解質液であり、さらに、電解電圧が2.5Vであることのみであり、その他の条件は全て実施例1と同じ方法で電解した。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は25Ω/cmであった。
このような方法でγ−Feにマグネシウムイオンを挿入した。
その後、水洗、乾燥したのち、この被覆層の保護層として、さらにポリエステル系粉体塗装を静電粉体塗装法で行った。そして、γ−Feを含む被覆層とこの保護層との合計の厚さを80μmとした。このようにして得られた鋼板を試験板6とする。
この保護層形成後の接触電気抵抗値は108Ω/cm以上であった。
このようにして得た試験板6を耐食性試験に供した。
<Example 6>
The γ-FeOOH obtained in Example 5 was further dried and fired at about 260 ° C. to obtain γ-Fe 2 O 3 .
Water was further added to 10 g of γ-Fe 2 O 3 thus prepared, 0.5 g of conductive carbon powder, and 3 g of an epoxy resin emulsion (H790, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) as a binder. A total of 20 g was uniformly mixed to form a coating layer forming coating material.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. The coated steel sheet 6 thus obtained is designated. The resulting coating layer had a thickness of about 20 μm.
The coated steel plate 6 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the electrolytic solution used is an aqueous electrolyte containing 20 g / L of magnesium chloride, and that the electrolytic voltage is 2.5 V. All other conditions are the same as in Example 1. Electrolysis was done in the same way. Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 25 Ω / cm 2 .
Magnesium ions were inserted into γ-Fe 2 O 3 by such a method.
Then, after washing with water and drying, polyester powder coating was further performed by an electrostatic powder coating method as a protective layer of this coating layer. And the total thickness of the coating layer containing γ-Fe 2 O 3 and this protective layer was 80 μm. The steel plate thus obtained is designated as test plate 6.
The contact electrical resistance value after forming this protective layer was 10 8 Ω / cm 2 or more.
The test plate 6 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例7>
実施例4と同じ方法で、実施例4と同じα−Feからなる被覆層を有する被覆鋼板7を得た。
このように作製した被覆鋼板7を、実施例1と同様な方法で電解した。実施例1との相違点は、用いた電解液が塩化カルシウム20g/Lを含む水系電解質液であり、電解時間が10分間であることのみであり、その他の条件は全て実施例1と同じ方法で電解した。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は3Ω/cmであった。
このような方法でα−Feにカルシウムイオンを挿入した。
その後、水洗、乾燥したのち、この被覆層の保護層として、さらにカチオン電着塗装を行い、α−Feを含む被覆層とこの保護層との合計の厚さを30μmとした。このようにして得られた鋼板を試験板7とする。この保護層形成後の接触電気抵抗値は10Ω/cm以上であった。
このようにして得た試験板7を耐食性試験に供した。
<Example 7>
In the same manner as in Example 4, a coated steel sheet 7 having the same coating layer made of α-Fe 2 O 3 as in Example 4 was obtained.
The coated steel sheet 7 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the electrolytic solution used is an aqueous electrolyte solution containing 20 g / L of calcium chloride, and that the electrolysis time is 10 minutes. All other conditions are the same as in Example 1. Was electrolyzed. Here, the contact electric resistance value of the coating layer was 3Ω / cm 2 .
In this way, calcium ions were inserted into α-Fe 2 O 3 .
Then, after washing with water and drying, cationic electrodeposition was further applied as a protective layer of this coating layer, and the total thickness of the coating layer containing α-Fe 2 O 3 and this protective layer was 30 μm. The steel plate thus obtained is designated as test plate 7. The contact electrical resistance value after forming this protective layer was 10 8 Ω / cm 2 or more.
The test plate 7 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例8>
インサーション材料としてSnOを調製した。
まず、25gの塩化第一すずを、200gの蒸留水に溶解し、これを蒸発皿に移して乾燥させ、空気を供給しながら450℃で2時間焼成した。生成したSnOを粉砕して3μm以下の粒径としてSnO粉体を調製した。
このようにして調製したSnO粉体の10gと、導電性カーボン粉末の1gと、バインダーとして珪酸リチウム(濃度:20質量%)の5gとに、さらに水を加えて合計30gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、この塗料を、実施例1と鋼板に、実施例1と同じ方法で塗布した後、160℃で乾燥し、約20μmの厚さの被覆層を形成した。ここで得られた鋼板を被覆鋼板8とする。
このように作製した被覆鋼板8を、実施例1と同様な方法で電解し試験板8を得た。実施例1との相違点は、用いた電解液が塩化リチウム30g/Lを含む水系電解質液であり、さらに電解電圧が1.5Vであり、電解時間が5分間であることのみであり、その他の条件は全て実施例1と同じ方法で電解した。ここで、被覆層の接触電気抵抗値は10Ω/cmであった。
このようにして得た試験板8を耐食性試験に供した。
<Example 8>
SnO 2 was prepared as an insertion material.
First, 25 g of first tin chloride was dissolved in 200 g of distilled water, transferred to an evaporating dish and dried, and baked at 450 ° C. for 2 hours while supplying air. The produced SnO 2 was pulverized to prepare a SnO 2 powder having a particle size of 3 μm or less.
10 g of SnO 2 powder prepared in this way, 1 g of conductive carbon powder, 5 g of lithium silicate (concentration: 20% by mass) as a binder, and water added to make a total of 30 g uniform To form a coating layer forming coating material.
Next, this paint was applied to Example 1 and a steel plate in the same manner as in Example 1, and then dried at 160 ° C. to form a coating layer having a thickness of about 20 μm. The steel plate obtained here is referred to as a coated steel plate 8.
The coated steel plate 8 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 8. The difference from Example 1 is that the electrolytic solution used is an aqueous electrolytic solution containing 30 g / L of lithium chloride, the electrolytic voltage is 1.5 V, and the electrolysis time is 5 minutes. All the conditions were electrolyzed in the same manner as in Example 1. Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 10 Ω / cm 2 .
The test plate 8 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例9>
実施例1と同じ方法で被覆鋼板1を得た。
このように作製した被覆鋼板1を実施例1と同様な方法で電解し試験板9を得た。実施例1との相違点は、電解液として塩化リチウム10g/Lと塩化マグネシウム10g/Lとを含む水系電解液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。
ここで、被覆層の接触電気抵抗値は30Ω/cmであった。
このようにして得た試験板9を耐食性試験に供した。
<Example 9>
A coated steel sheet 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
The coated steel plate 1 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 9. The difference from Example 1 is only that the aqueous electrolyte containing 10 g / L of lithium chloride and 10 g / L of magnesium chloride is used as the electrolyte, and the voltage is 2.5 V. Other conditions Are all the same as in Example 1.
Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .
The test plate 9 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例10>
インサーション材料としてチタン酸リチウム(LiTi12)粒子(チタン工業製、LT−FP:平均粒子径 約1μm)を使用した。
そして、このチタン酸リチウムの90gと、導電性カーボン粉末の10gと、バインダーとしてポリ塩化ビニリデンエマルジョン(旭化成ケミカルズ社製、サランラテックス、固形分20質量%)の48gと、スチレン−イソプレンスルホン酸共重合ポリマー(固形分40質量%)6gとに、さらに水を加えて合計200gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。これを被覆鋼板10とする。得られた被覆層の厚さは約20μmであった。
このように作製した被覆鋼板10を実施例1と同様な方法で電解し試験板10を得た。実施例1との相違点は、電解液として塩化リチウム30g/Lを含む水系電解液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。ここで、被覆層の接触電気抵値は30Ω/cmであった。
このようにして得た試験板10を耐食性試験に供した。
<Example 10>
As the insertion material, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) particles (manufactured by Titanium Industry, LT-FP: average particle diameter of about 1 μm) were used.
And 90 g of this lithium titanate, 10 g of conductive carbon powder, 48 g of polyvinylidene chloride emulsion (Asahi Kasei Chemicals, Saran latex, solid content 20 mass%) as a binder, and styrene-isoprenesulfonic acid copolymer To 6 g of the polymer (solid content 40% by mass), water was further added to make a total of 200 g to obtain a coating composition for coating layer formation.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. This is referred to as a coated steel plate 10. The resulting coating layer had a thickness of about 20 μm.
The coated steel plate 10 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 10. The only difference from Example 1 is that an aqueous electrolyte containing 30 g / L of lithium chloride was used as the electrolyte and that the voltage was 2.5 V. All other conditions were the same as in Example 1. It is. Here, the contact electric resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .
The test plate 10 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例11>
実施例1と同じ方法で被覆鋼板1を得た。
このように作製した被覆鋼板1を実施例1と同様な方法で電解した。実施例1との相違点は、電解液として塩化リチウム30g/Lを含む水系電解液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。
ここで、被覆層の接触電気抵抗値は30Ω/cmであった。
その後、水洗、乾燥し、この被覆層の保護層として、さらにアニオン性基であるスルホ基を有する樹脂を添加した水系塗料で水系塗装を行い、被覆層とこの保護層との合計の厚さを30μmとした。このようにして得られた鋼板を試験板11とする。
この保護層形成後の接触電気抵抗値は108Ω/cm以上であった。
このようにして得た試験板11を耐食性試験に供した。
<Example 11>
A coated steel sheet 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
The coated steel sheet 1 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1. The only difference from Example 1 is that an aqueous electrolyte containing 30 g / L of lithium chloride was used as the electrolyte and that the voltage was 2.5 V. All other conditions were the same as in Example 1. It is.
Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .
Thereafter, it is washed with water and dried, and as a protective layer of this coating layer, water-based coating is further performed with a water-based paint to which a resin having a sulfo group that is an anionic group is added, and the total thickness of the coating layer and this protective layer is set. The thickness was 30 μm. The steel plate thus obtained is designated as test plate 11.
The contact electrical resistance value after forming this protective layer was 10 8 Ω / cm 2 or more.
The test plate 11 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例12>
実施例3と同じ方法で調整したα−Feの8gと、導電性カーボン粉末の0.1gと、バインダーとして水溶性フェノール樹脂(濃度:50質量%、群栄化学工業社製)の4.0gとアクリル酸−スルホン酸共重合体ポリマー(日本触媒社製、アクアリック、固形分30質量%)の1.5gとに、さらに水を加えて合計30gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。これを被覆鋼板12とする。得られた被覆層の厚さは約10μmであった。
このように作製した被覆鋼板12を実施例1と同様な方法で電解し試験板12を得た。実施例1との相違点は、電解液として塩化リチウム30g/Lを含む水系電解液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。ここで、被覆層の接触電気抵値は30Ω/cmであった。
このようにして得た試験板12を耐食性試験に供した。
<Example 12>
8 g of α-Fe 2 O 3 prepared in the same manner as in Example 3, 0.1 g of conductive carbon powder, and water-soluble phenol resin as a binder (concentration: 50% by mass, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) To 4.0 g and 1.5 g of acrylic acid-sulfonic acid copolymer polymer (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., aquaric, solid content of 30% by mass), water was further added to make a total of 30 g. Thus, a coating layer forming paint was obtained.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. This is referred to as a coated steel plate 12. The thickness of the obtained coating layer was about 10 μm.
The coated steel plate 12 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1 to obtain a test plate 12. The only difference from Example 1 is that an aqueous electrolyte containing 30 g / L of lithium chloride was used as the electrolyte and that the voltage was 2.5 V. All other conditions were the same as in Example 1. It is. Here, the contact electric resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .
The test plate 12 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<実施例13>
実施例3と同じ方法で被覆鋼板3を得た。
このように作製した被覆鋼板3を実施例1と同様な方法で電解した。実施例1との相違点は、電解液として塩化リチウム30g/Lを含む水系電解液を用いた点と、電圧を2.5Vとした点のみであり、その他の条件は全て実施例1と同じである。
ここで、被覆層の接触電気抵抗値は30Ω/cmであった。
その後、実施例11と同じ方法でこの被覆層の保護層を形成した。被覆層とこの保護層との合計の厚さは30μmとした。このようにして得られた鋼板を試験板13とする。
この保護層形成後の接触電気抵抗値は108Ω/cm以上であった。
このようにして得た試験板13を耐食性試験に供した。
<Example 13>
A coated steel plate 3 was obtained in the same manner as in Example 3.
The coated steel sheet 3 thus produced was electrolyzed in the same manner as in Example 1. The only difference from Example 1 is that an aqueous electrolyte containing 30 g / L of lithium chloride was used as the electrolyte and that the voltage was 2.5 V. All other conditions were the same as in Example 1. It is.
Here, the contact electrical resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .
Then, the protective layer of this coating layer was formed by the same method as Example 11. The total thickness of the coating layer and this protective layer was 30 μm. The steel plate thus obtained is used as a test plate 13.
The contact electrical resistance value after forming this protective layer was 10 8 Ω / cm 2 or more.
The test plate 13 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<比較例1>
実施例1と同じ方法で被覆鋼板1を得た。
そして、これにはリチウムイオンの挿入は行わず、耐食性試験に供した。すなわち、被覆鋼板1を、比較例1における試験板14とする。なお、被覆層の接触電気抵抗値は30Ω/cmであった。
<Comparative Example 1>
A coated steel sheet 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
This was not subjected to insertion of lithium ions, and was subjected to a corrosion resistance test. That is, the coated steel plate 1 is used as the test plate 14 in Comparative Example 1. The contact electrical resistance value of the coating layer was 30 Ω / cm 2 .

<比較例2>
実施例2と同じ方法で被覆鋼板2を得た。
そして、これにはリチウムイオンの挿入は行わず、耐食性試験に供した。すなわち、被覆鋼板2を、比較例2における試験板15とする。なお、被覆層の接触電気抵抗値は60Ω/cmであった。
<Comparative Example 2>
A coated steel plate 2 was obtained in the same manner as in Example 2.
This was not subjected to insertion of lithium ions, and was subjected to a corrosion resistance test. That is, the coated steel plate 2 is used as the test plate 15 in Comparative Example 2. The contact electrical resistance value of the coating layer was 60 Ω / cm 2 .

<比較例3>
実施例3と同じ方法で調製したα−Feの8gと、導電性カーボン粉末の0.5gと、バインダーとして水溶性フェノール樹脂(濃度:50質量%、群栄化学工業社製)の4gとに、さらに水を加えて合計20gとしたものを均一に混合して被覆層形成用塗料とした。
次に、実施例1と同じ鋼板を、同じ方法で脱脂洗浄したものの表面に同じ方法で被覆層を形成した。このようにして得た鋼板を被覆鋼板16とした。得られた被覆層の厚さは約10μmであった。
そして、これにはリチウムイオンの挿入は行わず、耐食性試験に供した。すなわち、被覆鋼板16を、比較例3における試験板16とする。なお、被覆層の接触電気抵抗値は15Ω/cmであった。
このようにして得た試験板16を耐食性試験に供した。
<Comparative Example 3>
8 g of α-Fe 2 O 3 prepared in the same manner as in Example 3, 0.5 g of conductive carbon powder, and water-soluble phenol resin (concentration: 50% by mass, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) as a binder To 4 g, water was further added to make a total of 20 g, which was uniformly mixed to obtain a coating layer forming coating material.
Next, the same steel plate as in Example 1 was degreased and washed by the same method, and a coating layer was formed by the same method. The steel plate thus obtained was designated as coated steel plate 16. The thickness of the obtained coating layer was about 10 μm.
This was not subjected to insertion of lithium ions, and was subjected to a corrosion resistance test. That is, the coated steel plate 16 is used as the test plate 16 in Comparative Example 3. The contact electrical resistance value of the coating layer was 15 Ω / cm 2 .
The test plate 16 thus obtained was subjected to a corrosion resistance test.

<比較例4>
実施例5と同じ方法で被覆鋼板5を得た。
そして、これにはカルシウムイオンの挿入は行わず、耐食性試験に供した。すなわち、被覆鋼板5を比較例4における試験板17とする。なお、被覆層の接触電気抵抗値は20Ω/cmであった。
<Comparative example 4>
A coated steel plate 5 was obtained in the same manner as in Example 5.
This was not subjected to the insertion of calcium ions, and was subjected to a corrosion resistance test. That is, the coated steel plate 5 is used as the test plate 17 in Comparative Example 4. The contact electric resistance value of the coating layer was 20 Ω / cm 2 .

このような実施例および比較例で作製した試験板について、中性の5%NaCl水溶液中での腐食電位をポテンシオスタットにより測定したところ、比較例では全てがほぼ鉄の腐食電位(−0.44Vvs.SHE)に近い数値を示したが、実施例では全ての試験板で鉄の腐食電位よりも0.2V以上低い−0.7〜−1.5Vvs.SHEの数値であった。   When the corrosion potentials in the neutral 5% NaCl aqueous solution were measured with a potentiostat for the test plates prepared in the examples and comparative examples, all of the comparative examples were almost iron corrosion potentials (−0. 44Vvs.SHE), a numerical value of -0.7 to -1.5Vvs.SHE, which is 0.2V or more lower than the corrosion potential of iron in all the test plates in the examples.

また、これらの実施例で作製した試験板の各々と、標準水素電極とをポテンシォスタットに接続し、NaCl水溶液(電解液)に浸した。そして、試験板の電位を+0.5Vとし、そのまま20分間保持した後、電解液中の元素分析を行った。
その結果、実施例1〜3および実施例8〜13の電解液中からリチウムイオンが検出された。同様に、実施例4、実施例6、実施例9ではマグネシウムイオンが、実施例5および7ではカルシウムイオンが検出された。これより、各々の試験板に形成された被覆層(実施例6、実施例7、実施例11、実施例13は上層塗装前のもの)には、アルカリ金属イオン、またはアルカリ土類金属イオン透過性があることが確認された。
In addition, each of the test plates prepared in these examples and a standard hydrogen electrode were connected to a potentiostat and immersed in an aqueous NaCl solution (electrolyte). Then, the potential of the test plate was set to +0.5 V and held as it was for 20 minutes, and then elemental analysis in the electrolytic solution was performed.
As a result, lithium ions were detected in the electrolytic solutions of Examples 1 to 3 and Examples 8 to 13. Similarly, magnesium ions were detected in Examples 4, 6, and 9, and calcium ions were detected in Examples 5 and 7. Thus, the coating layers formed on each test plate (Example 6, Example 7, Example 11, and Example 13 were before the upper layer coating) passed through alkali metal ions or alkaline earth metal ions. It was confirmed that there is sex.

前記実施例および比較例で作製した試験板の中央にカッターナイフで素地に達する幅約0.5mmのクロスカットをいれた試験板を用い、複合サイクル試験(CCT)により耐食性試験を行った。
この複合サイクル試験は、3%NaCl水溶液に浸漬したのち、50℃に保持した乾燥機にいれ1時間保持し、さらに1時間、50℃の湿潤環境で保持するサイクルを5サイクル行い、錆の程度により判定した。錆の程度は、観察面積に対する錆面積の百分率で示した。表1に試験結果を示した。
A corrosion resistance test was conducted by a combined cycle test (CCT) using a test plate in which a cross cut with a width of about 0.5 mm reaching the substrate with a cutter knife was inserted in the center of the test plate produced in the above-mentioned examples and comparative examples.
In this combined cycle test, after immersing in a 3% NaCl aqueous solution, put in a drier kept at 50 ° C. and hold for 1 hour, and further hold for 5 hours in a humid environment at 50 ° C. Judged by. The degree of rust was expressed as a percentage of the rust area relative to the observed area. Table 1 shows the test results.

Figure 2006307339
Figure 2006307339

前記実施例および比較例のうち、実施例1、3および実施例10〜13、比較例1、3で作製した試験板を用い、前記複合サイクル試験を更に5サイクル行い、計10サイクル行った。表2に試験結果を示した。   Among the examples and comparative examples, using the test plates prepared in Examples 1 and 3 and Examples 10 to 13 and Comparative Examples 1 and 3, the combined cycle test was further performed for 5 cycles for a total of 10 cycles. Table 2 shows the test results.

Figure 2006307339
Figure 2006307339

図1は、本発明の製造方法の具体例の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a specific example of the production method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 高耐食性金属材料
11 ステンレス板
12 被覆層
2 グラファイト製板
3 セパレータ
5 電解液
10 電解槽
15 整流器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High corrosion-resistant metal material 11 Stainless steel plate 12 Coating layer 2 Graphite plate 3 Separator 5 Electrolytic solution 10 Electrolytic tank 15 Rectifier

Claims (28)

金属材料の腐食を防止する金属材料の防食方法であって、
前記金属材料の表面に被覆層を形成させる工程を有し、
前記被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、電子伝導性を具備するとともに、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備し、
前記インサーション材料中の前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが前記被覆層の表面から放出されることで前記金属材料の腐食が防止される金属材料の防食方法。
A metal material anti-corrosion method for preventing corrosion of a metal material,
Forming a coating layer on the surface of the metal material;
The coating layer contains an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted, and has electronic conductivity, and the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions. Has the property of transmitting,
A method for preventing corrosion of a metal material, in which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions in the insertion material are released from the surface of the coating layer to prevent corrosion of the metal material.
前記金属材料の前記表面の電位が、前記金属材料の腐食電位よりも0.1V以上低い請求項1に記載の金属材料の防食方法。   The method for preventing corrosion of a metal material according to claim 1, wherein the potential of the surface of the metal material is 0.1 V or more lower than the corrosion potential of the metal material. さらに、連続的または断続的に、前記金属材料をカソード分極する工程を含む請求項1または2に記載の金属材料の防食方法。   Furthermore, the corrosion prevention method of the metal material of Claim 1 or 2 including the process of carrying out the cathode polarization of the said metal material continuously or intermittently. 前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項1〜3のいずれかに記載の金属材料の防食方法。   The method for preventing corrosion of a metal material according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ion, magnesium ion and calcium ion. 金属材料の表面に被覆層を有する高耐食性金属材料であって、
前記被覆層は、アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが挿入されたインサーション材料を含有し、かつ、電子伝導性を具備するとともに、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する高耐食性金属材料。
A highly corrosion-resistant metal material having a coating layer on the surface of the metal material,
The coating layer contains an insertion material into which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are inserted, and has electronic conductivity, and the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions. A highly corrosion-resistant metal material that has the property of transmitting light.
前記アルカリ金属イオンおよび/またはアルカリ土類金属イオンが、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項5に記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to claim 5, wherein the alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion is at least one selected from the group consisting of lithium ion, magnesium ion and calcium ion. 前記インサーション材料の充放電電位が、標準水素電極基準で−1.8〜−0.4Vである請求項5または6に記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to claim 5 or 6, wherein a charge / discharge potential of the insertion material is -1.8 to -0.4 V with respect to a standard hydrogen electrode. 前記インサーション材料が、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、炭素材料および有機導電性材料からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む請求項5〜7のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The insertion material includes at least one selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, a metal oxide, a metal carbide, a metal nitride, a carbon material, and an organic conductive material. The highly corrosion-resistant metal material according to any one of the above. 前記アルカリ金属化合物が、チタン酸リチウム、鉄酸リチウム、バナジン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびジルコニウム酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項8に記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to claim 8, wherein the alkali metal compound is at least one selected from the group consisting of lithium titanate, lithium ironate, lithium vanadate, lithium niobate, lithium manganate, and lithium zirconate. . 前記アルカリ土類金属化合物が、チタン酸カルシウム、鉄酸カルシウム、バナジン酸カルシウム、ニオブ酸カルシウム、マンガン酸カルシウム、ジルコニウム酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、鉄酸マグネシウム、バナジン酸マグネシウム、ニオブ酸マグネシウム、マンガン酸マグネシウムおよびジルコニウム酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項8または9に記載の高耐食性金属材料。   The alkaline earth metal compound is calcium titanate, calcium ferrate, calcium vanadate, calcium niobate, calcium manganate, calcium zirconate, magnesium titanate, magnesium ferrate, magnesium vanadate, magnesium niobate, manganic acid The highly corrosion-resistant metal material according to claim 8 or 9, which is at least one selected from the group consisting of magnesium and magnesium zirconate. 前記金属酸化物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化錫、酸化バナジウムおよび酸化ニオブからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項8〜10のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The metal oxide is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide, nickel oxide, cobalt oxide, manganese oxide, tin oxide, vanadium oxide, and niobium oxide. Highly corrosion-resistant metal material according to crab. 前記酸化鉄が、FeOOH、γ−Feおよびα−Feからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項11に記載の高耐食性金属材料。 The highly corrosion-resistant metal material according to claim 11, wherein the iron oxide is at least one selected from the group consisting of FeOOH, γ-Fe 2 O 3 and α-Fe 2 O 3 . 前記炭素材料が、グラファイト、活性炭、ナノカーボン、メソカーボン、コークスおよびカーボンブラックからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項8〜12のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to any one of claims 8 to 12, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of graphite, activated carbon, nanocarbon, mesocarbon, coke, and carbon black. 前記有機導電性材料が、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアニリンおよびポリピロールからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項8〜13のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to any one of claims 8 to 13, wherein the organic conductive material is at least one selected from the group consisting of polyacene, polyacetylene, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyaniline, and polypyrrole. 前記被覆層が、有機および/または無機のバインダーを含む請求項5〜14のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to claim 5, wherein the coating layer contains an organic and / or inorganic binder. 前記有機および/または無機のバインダーがアニオン性基を有する請求項15に記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to claim 15, wherein the organic and / or inorganic binder has an anionic group. 前記アニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項16に記載の高耐食性金属材料。 The anionic group is selected from the group consisting of a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). The high corrosion-resistant metal material according to claim 16, which is at least one selected from the group consisting of: 前記被覆層は、30〜40%の相対湿度条件下における表面の接触電気抵抗が1〜1010Ω/cmである請求項5〜17のいずれかに記載の高耐食性金属材料。 The high corrosion-resistant metal material according to any one of claims 5 to 17, wherein the coating layer has a surface contact electrical resistance of 1 to 10 10 Ω / cm 2 under a relative humidity of 30 to 40%. 前記被覆層の表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層有する請求項5〜18のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The highly corrosion-resistant metal material according to any one of claims 5 to 18, wherein at least one protective layer having a contact electrical resistance value higher than that of the coating layer is provided on a surface of the coating layer. 前記保護層が、粉体塗料、電着塗料、溶剤塗料および水系塗料からなる群から選ばれる少なくとも1つを用いて形成される請求項19に記載の高耐食性金属材料。   The high corrosion-resistant metal material according to claim 19, wherein the protective layer is formed using at least one selected from the group consisting of a powder coating material, an electrodeposition coating material, a solvent coating material, and a water-based coating material. 前記保護層が、前記有機および/または無機のバインダーを含み、さらにこの有機および/または無機のバインダーがアニオン性基を有する請求項19または20に記載の高耐食性金属材料。   The high corrosion-resistant metal material according to claim 19 or 20, wherein the protective layer contains the organic and / or inorganic binder, and the organic and / or inorganic binder has an anionic group. 前記アニオン性基が、ヒドロキシル基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホ基(−SOH)、ホスホ基(−PO)およびペルオキシ基(−OOH)からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項21に記載の高耐食性金属材料。 The anionic group is selected from the group consisting of a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfo group (—SO 3 H), a phospho group (—PO 3 H 2 ), and a peroxy group (—OOH). The highly corrosion-resistant metal material according to claim 21, wherein the metal material is at least one selected from the group consisting of: 前記金属材料が、鉄鋼材料である請求項5〜22のいずれかに記載の高耐食性金属材料。   The high corrosion resistance metal material according to any one of claims 5 to 22, wherein the metal material is a steel material. 建築材料、橋梁部材、鉄塔、門扉、フェンス、手すり、車輌・船舶外装材、自動車鋼板、建築機械、自動車足回り部材、自転車、コンクリート用鉄筋、鋼管、レール、道路標識板、看板、ガードレール、家電製品外板またはボイラー、ガスもしくは水道の配管に用いられる請求項5〜23に記載の高耐食性金属材料。   Building materials, bridge members, steel towers, gates, fences, handrails, vehicle / ship exterior materials, automobile steel plates, construction machinery, automobile undercarriage members, bicycles, concrete rebars, steel pipes, rails, road sign boards, signboards, guardrails, home appliances The highly corrosion-resistant metal material according to claim 5, which is used for product outer plates or boiler, gas or water pipes. 請求項5〜24のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法であって、
前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入可能なインサーション材料を含有し、かつ、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを透過する性質を具備する被覆層を、金属材料の表面に形成する工程と、
その後、前記被覆層が形成された前記金属材料を、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを含有する電解液中でカソード分極して、前記インサーション材料中に、前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンを挿入する工程とを具備する高耐食性金属材料の製造方法。
A method for producing a highly corrosion-resistant metal material according to any one of claims 5 to 24,
A coating layer containing an insertion material into which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions can be inserted, and having a property of transmitting the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions; Forming on the surface of the metal material;
Thereafter, the metal material on which the coating layer is formed is cathodically polarized in an electrolytic solution containing the alkali metal ion and / or the alkaline earth metal ion, and the alkali metal ion is incorporated into the insertion material. And / or a step of inserting the alkaline earth metal ion.
さらに、前記カソード分極の後に、前記電解液を除去する工程を具備する請求項25に記載の高耐食性金属材料の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the highly corrosion-resistant metal material of Claim 25 which comprises the process of removing the said electrolyte solution after the said cathode polarization. 請求項5〜24のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法であって、
前記アルカリ金属イオンおよび/または前記アルカリ土類金属イオンが挿入された前記インサーション材料を含有する組成物を、前記金属材料の表面に塗工することで前記被覆層を形成する高耐食性金属材料の製造方法。
A method for producing a highly corrosion-resistant metal material according to any one of claims 5 to 24,
A highly corrosion-resistant metal material for forming the coating layer by coating the surface of the metal material with a composition containing the insertion material into which the alkali metal ions and / or the alkaline earth metal ions are inserted. Production method.
さらに、前記被覆層の表面に、前記被覆層よりも接触電気抵抗値が高い保護層を少なくとも1層形成する工程を具備する請求項25〜27のいずれかに記載の高耐食性金属材料の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the highly corrosion-resistant metal material in any one of Claims 25-27 which comprises the process of forming at least 1 layer of protective layers whose contact electrical resistance value is higher than the said coating layer on the surface of the said coating layer. .
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