JP2007321205A - 金属表面処理用水溶液、及び該水溶液を利用する金属表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で加工物の酸化膜を除去する水溶液とその除去方法を提供する。
【解決手段】 ０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニウム類の水溶性塩とを含み組成される５〜５０ｇ／ｌの添加剤とによって水溶液を組成し油脂、汚れを除去する脱脂洗浄のステップと、該脱脂洗浄の処理を行うことによって該ワーク表面に残留する処理剤を除去する水洗いのステップと、該ワーク表面に該水溶液を接触させるステップと、該水溶液が付着したワークを水洗いするステップと、ワーク表面に残留する処理液成分を中和して急速な酸化を防ぐ中和とさび止めのステップと、該ワークを水洗いするステップと、残留する水分を除去して乾燥させるステップとを行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属表面処理を行う水溶液と、その金属表面処理の方法に関し、特にステンレス鋼の表面に発生する酸化膜を除去するための金属表面処理用水溶液、及び該水溶液を利用する金属表面処理方法に関する。

ステンレス鋼は耐食性に優れ、かつ好ましい機械的性質、加工性、溶接性などを有する。このため、家庭の台所用品、器、皿などから、耐食性を必要とする化学工業用の原料貯蔵タンクや、原料の輸送管、もしくは建築物の外壁に用いる物品に至るまで幅広く応用されている。

ステンレス鋼を加工する場合、溶接を行うと、ワークの表面に数十μｍの厚さの酸化層が生成され酸化皮膜を形成する。かかる酸化皮膜は、後工程における組み立てなどの加工を行う上で不利な要素となるのもならず、製品の美観にも大きな影響を与える。よって、溶接したステンレス鋼は一般に該酸化層を先に除去しなければ、使用に適さない。

目下、業界ではワークのサイズや型式に基づいて、ステンレス鋼の表面に生成した酸化皮膜を除去する方法を選択している。例えば、小型もしくは着脱可能なワークの場合、高い腐食性を具えた液体に浸漬し、高温で３０分以上加熱する。但し、腐食性の液体は危険であるのみならず、高温で加熱しなければならないため、作業を行う場合に作業員に危害を与える恐れがあり、作業の安全が問題となる。

着脱が不可能な大型のワークの酸化層を除去する場合、高い腐食性を有する液体をクリーム状にしたものを塗布する。この方法は有効に酸化層を除去することができるが、薬品が高価である。よって、広い面積に塗布する場合、大量の薬品を購入するため経費がかさみ、経済的でない。また、広い面積に塗布する場合、作業時間が長くなり、数時間から１日以上の作業時間が必要になる。

この発明は、溶接したステンレス鋼に生成する酸化皮膜を短時間で効率よく除去する金属表面処理用水溶液と、及び該水溶液を用いたステンレス鋼の表面に生成する酸化皮膜を除去する方法を提供することを課題とする。

そこで本発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、０．１〜２ｇ／ｌ（リットル）のカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤とを含んでなり、かつ該添加剤が、尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニウム類の水溶性塩とを含み組成される金属表面処理用水溶液、及び該水溶液を利用する溶接後のステンレス鋼表面の酸化膜を除去する方法によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基づき本発明を完成させた。
以下、この発明について具体的に説明する。

請求項１に記載する金属表面処理用の水溶液は、０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤とを含んでなり、かつ該添加剤が、尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニウム類の水溶性塩とを含み組成される。

請求項２に記載の金属表面処理用の水溶液は、請求項１における水溶液が、１ｇ／ｌのカルボン酸と、３０ｇ／ｌの塩素イオンと、３０ｇ／ｌの硝酸イオンと、６０ｇ／ｌのふっ素化合物と、２０ｇ／ｌの添加剤を含み組成される。

請求項３に記載の金属表面処理方法は、ステンレス鋼の表面に生成する酸化皮膜を除去する方法であって、溶接を行ったステンレス鋼のワーク表面に残留する油脂、汚れを除去する脱脂洗浄のステップと、該脱脂洗浄の処理を行うことによって該ワーク表面に残留する処理剤を除去する水洗いのステップと、該ワーク表面に金属表面処理用水溶液を接触させるステップと、金属表面処理用水溶液が付着したワークを水洗いするステップと、該水洗いしたワーク表面に残留する処理液成分を中和して急速な酸化を防ぐ中和とさび止めのステップと、該ステップを水洗いするステップと、水洗いしたワーク表面に残留する水分を除去し、短時間でワーク表面を乾燥させるステップとを含んでなり、該ワークに金属表面処理用水溶液を接触させるステップは、該金属表面処理用水溶液を該ワーク表面にスプレーするか、もしくは該金属表面処理用水溶液を投入した容器に該ワークを浸漬し、該金属表面処理用水溶液が０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤を含み、且つ該添加剤が尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニア類の水溶性塩を含み組成される。

この発明による金属表面処理用水溶液及び該水溶液を利用した金属表面処理方法は、溶接したステンレス鋼の表面に生成する酸化皮膜を短時間で効率よく除去することができるため、ステンレス鋼を加工する工程の効率を高め、且つ生産コストを低減させるとともに、作業上の安全を高めるという利点がある。

この発明は、ステンレス鋼の表面に生成する酸化膜を除去する金属表面処理用水溶液と、及び該水溶液を利用したステンレス鋼の表面に生成する酸化皮膜を除去する方法を提供するものである。該水溶液は、０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸（Ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオン（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｉｏｎ）と、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオン（Ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）と、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）とを含み組成される。

該カルボン酸は、クエン酸（Ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）、りんご酸（Ｍａｌｉｃ ａｃｉｄ）、しゅう酸（Ｏｘａｌｉｃ ａｃｉｄ）、こはく酸（Ｓｕｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ）、酒石酸（Ｔａｒｔａｒｉｃ ａｃｉｄ）、酢酸（Ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ）、もしくはぎ酸（Ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ）などから選択される有機酸と、及びこれら酸化類の水溶性塩とを含む。

該塩素イオン（Ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｉｏｎ）は、塩化鉄（Ｉｒｏｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩化アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩化ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩化カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩素酸（Ｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ）、もしくは過塩素酸（Ｐｅｒｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ）から選ばれる任意の一と、及びこれら酸化類の水溶性塩とを含む。

該硝酸イオン（Ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）は、硝酸第二鉄（Ｉｒｏｎ ｎｉｔｒａｔｅ）、硝酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）、硝酸ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）、賞賛カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ）、もしくは硝酸（Ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）から選択される任意の一と、及びこれら酸化類の水溶性塩とを含む。

該ふっ素化合物（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）は、ふっ化水素アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ふっ化水素ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ふっ化水素カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ふっ化アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、もしくはふっ化水素酸（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）から選択される任意の一と、及びこれら酸化類の水溶性塩とを含む。該ふっ素化合物は水溶液内においてふっ化水素を生成することができる。該ふっ化水素の生成化合物は、ふっ化水素アンモニウム、ふっ化水素ナトリウム、ふっ化水素カリウム、ふっ化水素酸、もしくはふっ化アンモニウムから選択する。

該添加剤（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）は、尿素（Ｕｒｅａ）か、もしくはチオ尿素（Ｔｈｉｏｕｒｅａ）と及びこれらアンモニウム類の水溶性の塩とを含む。

本願の発明人は、上述する水溶液について、それぞれ異なる成分比で組成した。その結果を表１に開示する。

表１における番号６、８、１０、１２の成分比において、最も好ましい酸化皮膜を除去する効果が得られた。

上述する金属表面処理用水溶液を利用して、溶接したステンレス鋼に生成する酸化皮膜を除去する方法について、図１を参照にして次に説明する。

先ず、第１のステップにおいて、ステンレス鋼によるワークを溶接する。この場合、ステンレス鋼の表面に酸化皮膜が生成する。

次いで、第２のステップにおいて、化学的方法で脱脂洗浄を行い、ワークの表面に残留する油脂や汚れを除去する。

第３のステップにおいて、水洗いを行い、第２のステップの脱脂洗浄によってワークの表面に残留した処理剤を除去する。

第４のステップにおいて、ワークの表面に、この発明による金属表面処理用水溶液をスプレーするか、もしくはこの発明による金属表面処理用水溶液にワークを浸漬する。この場合、この発明による金属表面処理用水溶液を投入した水溶液槽にワークを浸漬してワーク表面に該水溶液を接触させ、機械的方法で均一に攪拌する。さらに塩素イオンや硝酸イオンなどの酸化剤を添加して、電気化学において陽極の解離を発生させる過電位を増幅し、かかる過電位の条件において、外部の電源から印加することなく、硫酸及びふっ素イオンの作用によって水溶液内のワーク表面に生成した酸化皮膜を除去する。また、ワークと金属表面処理用水溶液との接触時間は３〜５分間とし、ワークの表面処理の温度条件は１〜５０℃とする。

第５のステップにおいて、ワークの腐食を防ぐため、ワークを水洗する。

第６のステップにおいて、ワークの表面に残留する処理剤を中和して、急速な酸化を防ぐ。

第７のステップにおいて、ワークを水洗いする。

第８のステップにおいて、ワークの表面に残留する水分を除去して、ワークの表面を短時間で乾燥させる。

この発明によれば、図２の写真は、全浸透溶接を行ったワーク表面にこの発明による金属表面処理方法を行う前と行った後の状態を表わす。

図３の写真は、ＴＩＧ溶接を行ったワーク表面にこの発明による金属表面処理方法を行う前と行った後の状態を表わす。

図４の写真は、ＭＩＧ溶接を行ったワーク表面にこの発明による金属表面処理方法を行う前と行った後の状態を表わす。

以上の写真を比較すると、この発明による金属表面処理方法の効果が明らかに分かる。

以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

この発明による金属表面処理方法のステップを示したフローチャートである。 この発明の金属表面処理方法を行う前（化学浸蝕前）と行った後（化学浸蝕後）の状態を表わす金属表面の写真である。 ＴＩＧ溶接を行ったワーク表面にこの発明による金属表面処理方法を行う前（化学浸蝕前）と行った後（化学浸蝕後）の状態を表わす金属表面の写真である。 ＴＩＧ溶接を行ったワーク表面に、この発明による金属表面処理方法を行う前（化学浸蝕前）と行った後（化学浸蝕後）の状態を表わす溶接部分の写真である。

Claims (3)

1. ０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤とを含んでなり、かつ該添加剤が、尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニウム類の水溶性塩とを含み組成されることを特徴とする金属表面処理用の水溶液。
2. 前記水溶液が、１ｇ／ｌのカルボン酸と、３０ｇ／ｌの塩素イオンと、３０ｇ／ｌの硝酸イオンと、６０ｇ／ｌのふっ素化合物と、２０ｇ／ｌの添加剤を含み組成されることを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理用の水溶液。
3. ステンレス鋼の表面に生成する酸化皮膜を除去する方法であって、
   溶接を行ったステンレス鋼のワーク表面に残留する油脂、汚れを除去する脱脂洗浄のステップと、
   該脱脂洗浄の処理を行うことによって該ワーク表面に残留する処理剤を除去する水洗いのステップと、
   該ワーク表面に金属表面処理用水溶液を接触させるステップと、
   金属表面処理用水溶液が付着したワークを水洗いするステップと、
   該水洗いしたワーク表面に残留する処理液成分を中和して急速な酸化を防ぐ中和とさび止めのステップと、
   該ステップを水洗いするステップと、
   水洗いしたワーク表面に残留する水分を除去し、短時間でワーク表面を乾燥させるステップとを含んでなり、
   該ワークに金属表面処理用水溶液を接触させるステップは、該金属表面処理用水溶液を該ワーク表面にスプレーするか、もしくは該金属表面処理用水溶液を投入した容器に該ワークを浸漬し、
   該金属表面処理用水溶液が０．１〜２ｇ／ｌのカルボン酸と、４〜４０ｇ／ｌの塩素イオンと、４〜４０ｇ／ｌの硝酸イオンと、１０〜１００ｇ／ｌのふっ素化合物と、５〜５０ｇ／ｌの添加剤を含み、且つ該添加剤が尿素か、もしくはチオ尿素と、及びこれらアンモニア類の水溶性塩を含み組成されることを特徴とする金属表面処理方法。