JP2014224280A - Composition for phosphate chemical-conversion treatment bath and method for forming phosphate chemical-conversion film - Google Patents

Composition for phosphate chemical-conversion treatment bath and method for forming phosphate chemical-conversion film Download PDF

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松田 茂樹
Shigeki Matsuda
茂樹 松田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a phosphate chemical-conversion film on a material other than iron and steel (1), to improve the corrosion resistance of a coating (2), to shorten phosphate chemical-conversion treatment time (3), and to secure the stability of a treatment bath (4).SOLUTION: A composition for an electrolytic phosphate chemical-conversion treatment bath, which is constituted of phosphate ion, zinc ion, nickel ion and nitrate ion, and characterized in that the weight ratio of total zinc/phosphoric acid is within the range of 0.35-0.65, is obtained through a step (1) for forming an assembly of phosphoric acid and zinc: [HPO-Zn-HPO-..] by dissolving or chemically combining zinc oxide into a phosphoric acid solution in a ratio of zinc/phosphoric acid (weight ratio) of 0.26-0.35, a step (2) for adding nitric acid to a solution containing [the assembly of phosphoric acid and zinc] obtained in the step (1) to dissolve the solution containing the assembly, a step (3) for adding zinc nitrate into a solution obtained in the step (2) to dissolve the zinc nitrate therein, and a step (4) for dissolving nickel nitrate into a solution obtained in the step (3).

Description

本発明のリン酸塩化成処理浴組成物は、主に鉄鋼やアルミニウムの表面にリン酸塩を含む皮膜を形成するための組成物であり、より詳細には、塗装下地処理に利用することができる組成物である。 The phosphate chemical conversion bath composition of the present invention is a composition for mainly forming a coating film containing phosphate on the surface of steel or aluminum, and more specifically, it can be used for coating base treatment. Composition.

リン酸塩化成処理は、無電解処理方式と電解処理方式がある。現在の実用化の状況は、ほとんどが無電解方式である。しかし、本発明は電解リン酸塩化成処理に関するものである。
電解方式の既存技術(特許)としては、特許文献1がある。
The phosphate chemical conversion treatment includes an electroless treatment method and an electrolytic treatment method. The current state of practical use is mostly electroless. However, the present invention relates to electrolytic phosphate chemical treatment.
As an existing technique (patent) of the electrolytic method, there is Patent Document 1.

特許文献1は、実用化した電解リン酸塩化成処理技術の基本事項を示したものである。その特徴は、皮膜成分とならない金属イオン(例えば、ナトリウムイオン)を実質的に処理浴に含ませない事を特徴としている。その上で、リン酸、硝酸イオン、亜鉛などリン酸イオンと錯体を形成しリン酸塩として皮膜となる金属イオン、及びリン酸塩とはならないが皮膜として析出する金属イオン(ニッケル等)を含む処理浴を用いて外部電源を用いる電解処理でリン酸塩を含む皮膜を形成する事を示している。 Patent document 1 shows the basic matter of the electrolytic phosphate chemical conversion technology put into practical use. The feature is that metal ions (for example, sodium ions) that do not become film components are not substantially contained in the treatment bath. In addition, it contains metal ions that form complexes with phosphate ions such as phosphate, nitrate ion, and zinc, and form metal films (such as nickel) that do not form phosphates but precipitate as films. It shows that a coating film containing phosphate is formed by electrolytic treatment using an external power source using a treatment bath.

特許文献1には、電解リン酸塩処理を適用する事でリン酸塩処理を無電解処理で行う事に対し塗装耐食性が向上する事が開示されている。(実施例1、3、4、5と比較例1、3) Patent Document 1 discloses that coating corrosion resistance is improved by applying electrolytic phosphate treatment to performing phosphate treatment by electroless treatment. (Examples 1, 3, 4, 5 and Comparative Examples 1, 3)

特許文献2は、特許文献1の実用化設備での課題を対策したものであり、塗装耐食性特許文献1と同様に優れている事を示している。
特許文献1,2は、対象部品は鉄鋼材料であり、耐食性の評価は塩水浸漬試験(55℃ 5%食塩水に240時間浸漬後、テープ剥離を行い剥離幅の大小で塗装耐食性を評価)で行っている。又、電解処理での皮膜形成時間はいずれも120秒以上である。
Patent Document 2 is a countermeasure against the problem in the practical application facility of Patent Document 1, and shows that it is excellent in the same manner as Patent Document 1 for coating corrosion resistance.
In Patent Documents 1 and 2, the target part is a steel material, and the corrosion resistance is evaluated by a salt water immersion test (after 240 hours of immersion in 55% 5% saline solution, the tape is peeled off and the coating corrosion resistance is evaluated by the size of the peel width). Is going. Further, the film formation time in the electrolytic treatment is 120 seconds or more.

特許文献3は、電解処理時間の短縮を行ったものである。電解処理時間は50秒及び30秒である。電解リン酸塩処理を短縮するために処理浴の組成をニッケル>亜鉛、硝酸イオン>リン酸としている。又、塗装耐食性の評価は塩水噴霧試験で行っている。塩水噴霧試験2000時間で耐食性良好な耐食性を有する。しかし、電解リン酸塩処理30秒で、電着塗装45秒のものは1250時間で塗膜剥離幅10mmであり、一般的な規格の5mmを超過している。又、特許文献3も対象とする金属材料は鉄鋼のみである。
特許文献4は、リン酸塩処理浴のリン酸の解離状態の変更を試みたものである。リン酸100重量部に対し酸化亜鉛からの亜鉛を25部まで溶解させた。そして、電解処理時間30秒での皮膜形成を可能とした。
Patent Document 3 is obtained by shortening the electrolytic treatment time. The electrolytic treatment time is 50 seconds and 30 seconds. In order to shorten the electrolytic phosphate treatment, the composition of the treatment bath is nickel> zinc and nitrate ion> phosphoric acid. Moreover, the corrosion resistance of the coating is evaluated by a salt spray test. Corrosion resistance is excellent in the salt spray test 2000 hours. However, the electrolytic phosphating treatment for 30 seconds and the electrodeposition coating for 45 seconds have a coating peeling width of 10 mm after 1250 hours, which exceeds the general standard of 5 mm. Moreover, the metal material which also makes patent document 3 object is only steel.
Patent Document 4 attempts to change the dissociation state of phosphoric acid in a phosphating bath. Up to 25 parts of zinc from zinc oxide were dissolved in 100 parts by weight of phosphoric acid. Then, it was possible to form a film with an electrolytic treatment time of 30 seconds.

特許文献1,2は、塩水浸漬試験で耐食性を評価しているが、特許文献3は、塩水噴霧試験で耐食性を評価している。そして、いずれの文献もアルミ材の塗装耐食性の評価は行っていない。 Patent Documents 1 and 2 evaluate corrosion resistance in a salt water immersion test, while Patent Document 3 evaluates corrosion resistance in a salt water spray test. None of the documents evaluates the corrosion resistance of aluminum materials.

特開2000−234200号JP 2000-234200 A 特開2002−322593号JP 2002-322593 A 特開2007−46149号JP 2007-46149 A 特開2006−302789号JP 2006-302789 A

アルミニウムの化成処理技術の変遷と動向 島倉俊明:表面技術,61、223(2010)Transition and Trend of Chemical Treatment Technology for Aluminum Toshiaki Shimakura: Surface Technology, 61, 223 (2010) アルミニウムホイール用化成処理 蓬原正伸:表面技術,61、251(2010)Chemical conversion treatment for aluminum wheels Masanobu Sugawara: Surface Technology, 61, 251 (2010) 自動車車体用リン酸亜鉛処理 石井 均:表面技術,61、232(2010)Zinc phosphate treatment for automobile bodies Hitoshi Ishii: Surface Technology, 61, 232 (2010) リン酸塩処理の基礎 石井 均:表面技術,61、216(2010)Basics of Phosphate Treatment Hitoshi Ishii: Surface Technology, 61, 216 (2010) グローバル生産に向けた小ロット、コンパクト鍛造ラインの開発 森下 弘一:塑性と加工,vol.52 1247(2011)Development of small lot and compact forging line for global production Koichi Morishita: Plasticity and processing, vol. 52 1247 (2011) デンソーの部品加工技術の現状と今後の展望 黒田吉孝:デンソーテクニカルレビュー Vol.11 No.2、14(2006)Current status and future prospects of DENSO parts processing technology Yoshitaka Kuroda: Denso Technical Review Vol. 11 No. 2, 14 (2006)

本発明が解決しようとする主たる課題は、(1)鉄鋼以外の材料へのリン酸塩化成皮膜形成(2)塗装耐食性の向上、(3)リン酸塩化成処理時間の短縮、及び(4)処理浴の安定化確保、である。 The main problems to be solved by the present invention are: (1) Phosphate conversion film formation on materials other than steel (2) Improvement of coating corrosion resistance, (3) Reduction of phosphate conversion treatment time, and (4) Ensuring stabilization of the treatment bath.

(1)「鉄鋼以外の材料へのリン酸塩化成皮膜形成」
近年の自動車は軽量化に伴い鉄鋼以外の金属を用いる比率を向上させる方向である。自動車の車体ではアルミ材の使用比率を上昇させている。現在の自動車車体塗装は、従来の無電解処理でのリン酸塩皮膜を形成する方法が採用されている。無電解処理は鉄鋼材料にリン酸塩皮膜を形成する事ができるが、アルミ材表面には基本的にリン酸塩皮膜を形成する事が出来ない。現状の自動車車体は、アルミ材比率が10%以下の鉄―アルミ複合材であり、鉄材部分へのリン酸塩皮膜形成に付随してアルミ材部分にもリン酸塩皮膜が形成される事でアルミ材にリン酸塩皮膜を形成している状況である。又、現状の無電解処理ではアルミ材表面の反応性を確保する必要からフッ素イオンを含んでいる。又、無電解処理では処理浴を45℃程度以上に加熱する。そして、皮膜形成に伴いスラッジを生成する。これらの事から、高エネルギー消費で、環境汚染物質を排出する処理方法である。
(1) “Formation of phosphate conversion coating on materials other than steel”
In recent years, automobiles have a tendency to improve the ratio of using metals other than steel with weight reduction. The proportion of aluminum used in automobile bodies is increasing. The current automobile body coating employs a conventional method of forming a phosphate film by electroless treatment. Electroless treatment can form a phosphate film on a steel material, but basically a phosphate film cannot be formed on the surface of an aluminum material. The current automobile body is an iron-aluminum composite material with an aluminum material ratio of 10% or less, and a phosphate film is also formed on the aluminum material part along with the phosphate film formation on the iron material part. In this situation, a phosphate film is formed on the aluminum material. Further, in the current electroless treatment, fluorine ions are contained because it is necessary to ensure the reactivity of the aluminum material surface. In the electroless treatment, the treatment bath is heated to about 45 ° C. or higher. And sludge is produced | generated with film formation. From these things, it is a processing method that discharges environmental pollutants with high energy consumption.

又、無電解リン酸塩処理は、アルミ単独材に対してリン酸塩化成皮膜を形成できない。故に、アルミ単独材(例えば、自動車ホイール)に対する塗装下地処理はジルコニウム系等の皮膜が塗装下地処理膜として採用されている。このような非リン酸塩処理の下地処理でも、無電解処理浴はアルミ表面の酸化被膜を除去する為、フッ素イオンを含んでいるのが一般的である。 Moreover, the electroless phosphating treatment cannot form a phosphate chemical conversion film on an aluminum single material. Therefore, a coating based on zirconium or the like is employed as a coating ground treatment film for coating ground treatment on an aluminum single material (for example, an automobile wheel). Even in such non-phosphate surface treatment, the electroless treatment bath generally contains fluorine ions in order to remove the oxide film on the aluminum surface.

(2)「塗装耐食性の向上」
鉄鋼材に対して電解リン酸塩処理を用いた塗装が無電解処理の場合に比較して、塗装耐食性が優れている事は、特許文献2に記載されている。しかし、アルミ材に対しての塗装耐食性の比較はない。本発明は、アルミ単独材に対し有効な電解リン酸塩処理を開発する。それは、従来の非リン酸塩皮膜の無電解処理膜(例えば、ジルコニウム系膜)を適用したものより塗装耐食性に優れたものである。
(2) “Improvement of coating corrosion resistance”
It is described in Patent Document 2 that the coating corrosion resistance of the steel material is superior to that in the case where the coating using electrolytic phosphate treatment is electroless treatment. However, there is no comparison of coating corrosion resistance against aluminum materials. The present invention develops an effective electrolytic phosphating treatment for aluminum alone. That is, the coating corrosion resistance is superior to that of a conventional non-phosphate coating electroless treatment film (for example, a zirconium-based film).

(3)「リン酸塩化成処理時間の短縮」
近年、自動車は世界各地での生産されるようになって来ている。それに伴い自動車部品の生産も世界各地での製造に対応する事が求められてきている。
上記の非技術文献5・6は、グローバル生産に対応するため生産設備の小型化を進める事が記載されている。塑性加工等の機械加工では加工時間の短縮を伴う事無く、時間当たりの処理数を下げる事等で設備の小型化を達成できる。実際2つの文献とも設備の小型化を行っているが、加工時間の短縮には言及していない。
しかし、化学処理設備では処理時間を短縮する事なく設備の小型化を達成する事は困難である。故に、上記の技術文献では化学反応を伴う化学処理設備の小型化には言及していない。そして、自動車部品製造ラインは、機械加工設備ばかりでなく化学処理設備も含んだ製造ラインである。このような事から、化学処理設備の小型化は必要であり、それを達成する為には化学処理(化学反応)時間の短縮が必要である。
(3) “Reduction of phosphate chemical conversion treatment time”
In recent years, automobiles are being produced all over the world. Along with this, the production of automobile parts is also required to be compatible with production in various parts of the world.
The above non-technical documents 5 and 6 describe that production facilities are to be downsized in order to cope with global production. Machine processing such as plastic working can reduce the number of treatments per hour without reducing the processing time, and can reduce the size of the equipment. In fact, both documents are downsizing the equipment, but no mention is made of shortening the machining time.
However, it is difficult to reduce the size of chemical processing equipment without shortening the processing time. Therefore, the above technical literature does not mention downsizing of the chemical treatment facility accompanied by a chemical reaction. The automobile parts production line is a production line including not only machining equipment but also chemical treatment equipment. For these reasons, it is necessary to reduce the size of the chemical processing equipment, and in order to achieve this, it is necessary to shorten the chemical processing (chemical reaction) time.

従来の無電解処理のリン酸塩処理時間は2分以上である(特許文献1、比較例1,及び非特許文献4)
又、塗装下地用の電解リン酸塩処理の処理時間は30秒が最短で報告されている。(特許文献3)
The conventional electroless treatment phosphate treatment time is 2 minutes or longer (Patent Document 1, Comparative Example 1, and Non-Patent Document 4).
Moreover, the processing time of the electrolytic phosphate treatment for the coating base has been reported as short as 30 seconds. (Patent Document 3)

本発明が解決する事は、30秒以下の(望ましくは15秒程度)電解時間で、塗装耐食性を有する皮膜を形成する事である。そして、その下地処理を適用する事で電着塗装時間を60秒(従来の1/2)以下として、良好な塗装膜を形成する事である。そして、それは鉄鋼以外の材料(例えばアルミ材)に対しても適用可能な事である。 The solution of the present invention is to form a film having coating corrosion resistance in an electrolysis time of 30 seconds or less (preferably about 15 seconds). Then, by applying the ground treatment, an electrodeposition coating time is reduced to 60 seconds (1/2 of the conventional one) or less to form a good coating film. And it is applicable also to materials (for example, aluminum material) other than steel.

(4)「処理浴の安定化確保」
処理浴の安定化確保とは、電解処理に伴うスラッジの生成防止である。本発明の電解リン酸塩処理は、亜鉛、又はニッケル金属を陽極として処理浴中に置き、被処理物を陰極に設置し、少なくとも5v以上の電圧を両電極間に印加し、被処理物表面にリン酸塩化成皮膜を形成する。電解処理の従来技術との違いは、30秒以下の時間で良好な皮膜を形成する事である。その為、従来の処理浴組成とは異なった組成を有する。それは、処理浴と電極との間で、電圧を印加した時も電圧を印加しない時も無駄な反応を起こさないように工夫するものである。特に処理を行っていない時に処理浴と電極(亜鉛)との反応を抑える事が重要である。
(4) “Ensuring stabilization of treatment bath”
Ensuring stabilization of the treatment bath is prevention of sludge formation accompanying electrolytic treatment. In the electrolytic phosphate treatment of the present invention, zinc or nickel metal is placed in a treatment bath as an anode, an object to be treated is placed on the cathode, a voltage of at least 5 V is applied between both electrodes, and the surface of the object to be treated To form a phosphate conversion coating. The difference from the prior art of electrolytic treatment is that a good film is formed in a time of 30 seconds or less. Therefore, it has a composition different from the conventional treatment bath composition. It is devised so as not to cause a useless reaction between the treatment bath and the electrode both when the voltage is applied and when the voltage is not applied. In particular, it is important to suppress the reaction between the treatment bath and the electrode (zinc) when the treatment is not performed.

本発明は、酸化亜鉛をリン酸溶液に亜鉛/リン酸(重量比)=0.26〜0.35の範囲で溶解又は化合させ、リン酸と亜鉛の会合体:「H2PO4 ‐Zn2+‐H2PO4 ‐・・」を形成する工程(1)、前記工程(1)で得られた「リン酸と亜鉛の会合体」含む溶液に硝酸を加え会合体を含む溶液を溶解させる工程(2)、前記工程(2)で得られた溶液に硝酸亜鉛を加え溶解させる工程(3)及び前記工程(3)で得られた溶液に硝酸ニッケルを溶解させる工程(4)によって得られ、全亜鉛/リン酸の重量比が0.35〜0.65の範囲であることを特徴とするリン酸イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、硝酸イオンから構成される電解リン酸塩化成処理浴組成物である。 In the present invention, zinc oxide is dissolved or combined in a phosphoric acid solution in a range of zinc / phosphoric acid (weight ratio) = 0.26 to 0.35, and an aggregate of phosphoric acid and zinc: “H 2 PO 4 −Zn 2+ −”. H 2 PO 4 - - ·· "step of forming a (1) a step of dissolving a solution containing meeting adding nitric acid incorporated into a solution aggregate" including a "phosphoric acid and zinc obtained in the step (1) (2) obtained by the step (3) of adding zinc nitrate to the solution obtained in the step (2) and dissolving the solution and the step (4) of dissolving nickel nitrate in the solution obtained in the step (3); Electrolytic phosphate chemical treatment bath composition comprising phosphate ions, zinc ions, nickel ions and nitrate ions, wherein the weight ratio of total zinc / phosphoric acid is in the range of 0.35 to 0.65 It is.

上記電解リン酸塩化成処理浴組成物は、リン酸が40〜120g/L、全亜鉛が20〜78g/L、ニッケルが0.3〜30g/l、硝酸イオンが13〜90g/Lであることが好ましい。 The electrolytic phosphate chemical treatment bath composition should have phosphoric acid of 40 to 120 g / L, total zinc of 20 to 78 g / L, nickel of 0.3 to 30 g / l, and nitrate ions of 13 to 90 g / L. preferable.

酸化亜鉛をリン酸溶液に亜鉛/リン酸(重量比)=0.30〜0.35の範囲で溶解又は化合させ、リン酸と亜鉛の会合体:「H2PO4 ‐Zn2+‐H2PO4 ‐・・」を形成する工程(1)を有することが好ましい。 Zinc oxide is dissolved or combined in a phosphoric acid solution in the range of zinc / phosphoric acid (weight ratio) = 0.30 to 0.35, and an aggregate of phosphoric acid and zinc: “H 2 PO 4 −Zn 2+ −H 2 PO 4 - - ... "it is preferred to have the step (1) to form a.

本発明は、上述した電解リン酸塩化成処理浴を用い、陽極として亜鉛又はニッケルを用い、陰極に被処理物を直流電源を介して接続し5〜30秒の通電を行い被処理物表面にリン酸塩皮膜を形成する事を特徴とする電解リン酸塩処理方法でもある。 In the present invention, the electrolytic phosphate chemical treatment bath described above is used, zinc or nickel is used as an anode, an object to be treated is connected to the cathode via a DC power source, and energization is performed for 5 to 30 seconds on the surface of the object to be treated. It is also an electrolytic phosphate treatment method characterized by forming a phosphate film.

(1)鉄鋼及び鉄鋼以外の材料に適用でき、30秒以下の処理時間で塗装耐食性に優れた塗装下地処理技術:電解リン酸塩処理技術を開発した。処理時間30秒以下、且つ、鉄鋼以外へのリン酸塩化成皮膜形成は設備の小型化に寄与する。
(2)Zn(ZnO)/HPO:酸化亜鉛から溶解させた亜鉛のリン酸に対する比率(重量比)を、0.26以上、望ましくは 0.3以上とし、且つ、全Zn/HPO:全亜鉛のリン酸に対する比率(重量比)を、0.35以上とする処理浴を用いる事で、電極に使用する金属電極(亜鉛、ニッケル)の溶解を防止する電解リン酸塩処理処理浴、及び処理技術を開発した。
(1) A coating base treatment technology that is applicable to steel and materials other than steel and has excellent coating corrosion resistance in a treatment time of 30 seconds or less has been developed: electrolytic phosphate treatment technology. The treatment time of 30 seconds or less, and the formation of a phosphate conversion coating other than steel contributes to the downsizing of the equipment.
(2) Zn (ZnO) / H 3 PO 4 : The ratio (weight ratio) of zinc dissolved from zinc oxide to phosphoric acid is 0.26 or more, preferably 0.3 or more, and the total Zn / H 3 PO 4 : Electrolytic phosphating treatment that prevents dissolution of metal electrodes (zinc, nickel) used for electrodes by using a treatment bath in which the ratio (weight ratio) of total zinc to phosphoric acid is 0.35 or more. Bathing and processing techniques were developed.

リン酸−亜鉛会合体の形成と遊離リン酸の存在比率を示す図である。It is a figure which shows formation of a phosphate-zinc aggregate and the abundance ratio of free phosphoric acid. 本発明の化成処理浴の範囲を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the range of the chemical conversion treatment bath of this invention. 実施例及び比較例における塩水浸漬試験結果を示す図である。It is a figure which shows the salt water immersion test result in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例における塩水噴霧試験結果を示す図である。It is a figure which shows the salt spray test result in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例における塩水浸漬試験結果を示す図である。It is a figure which shows the salt water immersion test result in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例における塩水噴霧試験結果を示す図である。It is a figure which shows the salt spray test result in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例における塩水浸漬試験結果を示す図である。It is a figure which shows the salt water immersion test result in an Example and a comparative example. 比較例7のA6061塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt water immersion test of the comparative example 7. 比較例7のSPCC塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt water immersion test of the comparative example 7. 実施例3のA6061塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt water immersion test of Example 3. 実施例3のSPCC塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt water immersion test of Example 3. FIG. 比較例7のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of the comparative example 7. 比較例7のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of the comparative example 7. 実施例3のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of Example 3. FIG. 実施例3のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of Example 3. 比較例15のA6061塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt water immersion test of the comparative example 15. 比較例15のSPCC塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt water immersion test of the comparative example 15. 実施例11のA6061塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt water immersion test of Example 11. FIG. 実施例11のSPCC塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt water immersion test of Example 11. 比較例15のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of the comparative example 15. 比較例15のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of the comparative example 15. 実施例11のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of Example 11. 実施例11のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of Example 11. 比較例17のA6061塩水浸漬試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt water immersion test of the comparative example 17. 比較例18のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of the comparative example 18. 比較例17のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of the comparative example 17. 比較例18のSPCC塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the SPCC salt spray test of the comparative example 18. 参考例のA6061塩水噴霧試験後の剥離結果を示す図である。It is a figure which shows the peeling result after the A6061 salt spray test of a reference example. 比較例1〜8で使用した亜鉛電極の試験後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state after the test of the zinc electrode used by Comparative Examples 1-8. 実施例1〜8で使用した亜鉛電極の試験後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state after the test of the zinc electrode used in Examples 1-8.

(1)鉄鋼以外の金属へのリン酸塩皮膜形成の手段
鉄鋼以外へのリン酸塩皮膜形成は電解処理で可能な事は特許文献1に明示している(実施例2、3、4)。但し、そのリン酸塩化成皮膜の塗装耐食性の適用は明示していなく不明である。
(1) Means for forming phosphate film on metal other than steel It is clearly shown in Patent Document 1 that formation of phosphate film on steel other than steel is possible by electrolytic treatment (Examples 2, 3, 4). . However, the application of the corrosion resistance of the phosphate chemical coating is not clearly shown and is unknown.

「リン酸塩化成皮膜形成機構の解析と操作」
鉄鋼以外の材料にリン酸塩化成皮膜が形成されるには、鉄鋼材料と同様な反応機構でリン酸塩皮膜が形成できる事である。アルミ材に無電解処理でリン酸塩化成皮膜ができないのは、アルミ材のリン酸塩処理浴(無電解)での反応挙動が鉄材と異なる為である。
リン酸塩処理反応(皮膜形成反応)は、電気化学反応である。鉄鋼材では処理浴に鉄鋼を浸漬する事で鉄が溶解し、反応系に電子が供給され電気化学反応系が形成される。
"Analysis and operation of phosphate chemical film formation mechanism"
In order to form a phosphate chemical conversion film on a material other than steel, the phosphate film can be formed by the same reaction mechanism as that of the steel material. The reason why a phosphate conversion coating cannot be formed on an aluminum material by electroless treatment is that the reaction behavior of the aluminum material in a phosphate treatment bath (electroless) is different from that of an iron material.
The phosphating treatment reaction (film formation reaction) is an electrochemical reaction. In steel materials, iron is dissolved by immersing steel in a treatment bath, and electrons are supplied to the reaction system to form an electrochemical reaction system.

しかし、その処理浴中でアルミを溶解させる事は出来ない。(2)の反応は起きないのである。   However, aluminum cannot be dissolved in the treatment bath. The reaction (2) does not occur.

金属材料の溶解は処理浴の組成で異なる事は当然の事である。既存の鉄鋼材用の無電解リン酸塩処理浴は、鉄鋼材に対しては反応(溶解)するが、アルミ材に対しては溶解しない。故に、鉄鋼材用の無電解処理浴は、アルミ材単独に対しては適用する事は出来ない。
何故、無電解処理では被処理材の溶解が必要であるか。これは、リン酸塩処理反応が電気化学反応であるからである。電気化学反応は電子の移動を伴うものである。そして、無電解処理浴では外部から電源を通して反応系に電子が供給されないので、材料自体が溶解し、電子を供給する必要がある。
It is natural that the dissolution of the metal material differs depending on the composition of the treatment bath. Existing electroless phosphating baths for steel materials react (dissolve) with steel materials, but do not dissolve with aluminum materials. Therefore, the electroless treatment bath for steel materials cannot be applied to aluminum materials alone.
Why is it necessary to dissolve the material to be treated in electroless treatment? This is because the phosphating treatment reaction is an electrochemical reaction. An electrochemical reaction involves the movement of electrons. In the electroless treatment bath, electrons are not supplied to the reaction system from the outside through a power source. Therefore, it is necessary to dissolve the material itself and supply electrons.

一方、本発明では外部電源を用いる。故に、電解リン酸塩処理では反応系への電子の供給は外部電源から供給されるため、被処理材を溶解させる必要はない。そして、被処理材を溶解させることなくリン酸塩皮膜を形成する事ができる。故に、リン酸塩処理浴に溶解しない金属(アルミ材等)に対してもリン酸塩皮膜形成は可能である。 On the other hand, an external power source is used in the present invention. Therefore, in the electrolytic phosphating treatment, since the supply of electrons to the reaction system is supplied from an external power source, it is not necessary to dissolve the material to be treated. And a phosphate membrane | film | coat can be formed, without dissolving a to-be-processed material. Therefore, a phosphate film can be formed even on a metal (such as an aluminum material) that does not dissolve in the phosphating bath.

(2)塗装耐食性向上の手段
電解リン酸塩処理を行い、皮膜中にニッケル成分を含ませる事で塗装耐食性が向上する事は特許文献1に明示されている。(実施例4、5)ニッケルは、被処理物金属への皮膜の密着性を向上させる。しかし、塗装耐食性を改善するためにはリン酸塩化成被膜を金属材料状に確実に形成させることがより重要となる、電解リン酸塩処理は、外部電源を用いて反応系に電子(e)を供給する事からリン酸塩化成皮膜を金属材料に確実に形成する事ができる。
(2) Means for improving coating corrosion resistance It is clearly disclosed in Patent Document 1 that coating corrosion resistance is improved by performing electrolytic phosphate treatment and including a nickel component in the film. (Examples 4 and 5) Nickel improves the adhesion of the film to the metal to be treated. However, in order to improve the coating corrosion resistance, it is more important that the phosphate conversion coating is reliably formed in the form of a metal material. Electrolytic phosphate treatment uses electrons (e) in the reaction system using an external power source. As a result, the phosphate chemical conversion film can be reliably formed on the metal material.

(3)リン酸塩処理時間の短縮:30秒以下
リン酸塩処理に関する電気化学反応速度を向上させる。
本発明の処理浴の成分は、基本的に陽イオンは亜鉛イオン、ニッケルイオンであり、陰イオンは、リン酸イオン及び硝酸イオンである。
(3) Shortening of phosphating time: 30 seconds or less Improve the electrochemical reaction rate related to phosphating.
The components of the treatment bath of the present invention are basically that the cation is zinc ion or nickel ion, and the anion is phosphate ion or nitrate ion.

リン酸塩化成処理は、電気化学反応である。
電気化学反応は、アノード反応(酸化反応)とカソード(還元反応)から構成される。
リン酸塩処理のアノード反応は、リン酸の解離反応(3)である。
The phosphate chemical conversion treatment is an electrochemical reaction.
The electrochemical reaction includes an anode reaction (oxidation reaction) and a cathode (reduction reaction).
The phosphating anodic reaction is a phosphoric acid dissociation reaction (3).

リン酸皮膜の形成は、リン酸解離に伴って、リン酸イオンが亜鉛イオンと結合する事であり(4)に集約して示される。 The formation of the phosphoric acid film is that phosphoric acid ions are combined with zinc ions as phosphoric acid is dissociated, and is collectively shown in (4).

又、それに対応するカソード反応は硝酸イオンの還元(5)である。 The corresponding cathodic reaction is the reduction of nitrate ions (5).

従って、リン酸塩処理を迅速に行う事は、リン酸及び硝酸イオンに係わる(3)、(5)の電気化学反応を迅速に行うようにする事である。 Therefore, promptly performing the phosphate treatment is to rapidly perform the electrochemical reactions (3) and (5) related to phosphoric acid and nitrate ions.

(5)の還元反応を制御する必要性は既に特許文献2に記載されている。しかし、本発明は還元反応速度を更に向上させる必要がある。下記にその理由を説明する。
尚、一般の化学反応式は、反応速度を表示するものではない。しかし、最終生成物に至る反応経路が簡潔である方が、複雑な経路であるよりも反応速度が速いのは納得できる事である。又、NO3 の最終還元状態がNO(g)である必要性は、最終状態では気体として反応系から抜け出る必要があるからである。NOは、沸点が−151℃であり、処理浴から容易に抜け出るが、中間状態のものは気体であっても(例えば、N2O4(g))処理浴から抜け出す事は遅い。
硝酸イオンの還元反応は最終的には(5)に集約されるが、最終状態のNO(g)に至る経路は幾つか存在する。それを下記に示す。
The necessity of controlling the reduction reaction of (5) has already been described in Patent Document 2. However, the present invention needs to further improve the reduction reaction rate. The reason is explained below.
The general chemical reaction formula does not indicate the reaction rate. However, it can be convinced that the simple reaction route to the final product has a faster reaction rate than the complicated route. Moreover, the necessity for the final reduction state of NO 3 being NO (g) is that it is necessary to escape from the reaction system as a gas in the final state. NO has a boiling point of −151 ° C. and easily escapes from the treatment bath. However, even when the intermediate state is a gas (eg, N 2 O 4 (g)), it is slow to escape from the treatment bath.
The reduction reaction of nitrate ions is finally summarized in (5), but there are several routes to the final state of NO (g). This is shown below.

(6)以外の反応は、最終生成物に至る中間生成物を生成する反応である。例えば、(7)で生成するHNO2(aq)は(10)の反応で最終生成物に至る。 Reactions other than (6) are reactions that produce an intermediate product that reaches the final product. For example, HNO 2 (aq) produced in (7) reaches the final product in the reaction of (10).

故に、硝酸イオンを迅速に還元するには(6)を利用すべきである。
アノード反応であるリン酸の酸化(解離)は、下記の経路で進む。
Therefore, (6) should be used to reduce nitrate ions rapidly.
The oxidation (dissociation) of phosphoric acid, which is an anodic reaction, proceeds through the following route.

しかし、リン酸は、「弱酸」であり酸の解離が小さい酸である。
リン酸の酸解離状況は酸解離定数で表示されており下記に(12)(13)(14)に示される。pKaは酸解離定数である。
However, phosphoric acid is an “weak acid” and is an acid with little acid dissociation.
The acid dissociation state of phosphoric acid is indicated by an acid dissociation constant, and is shown in (12), (13) and (14) below. pKa is the acid dissociation constant.

リン酸は通常の状態では(12)に示される平衡状態で溶液中に存在する。そして、(12)は、1molのリン酸は、PH2程度の状態で存在し、H3PO4(aq)が99%、H2PO4 (aq)が1%程度の比率で存在する事を示す。 Phosphoric acid is normally present in the solution in the equilibrium state shown in (12). Then, (12), phosphoric acid 1mol is present in about PH2 state, H 3 PO 4 (aq) is 99%, H 2 PO 4 - (aq) be present in a ratio of about 1% Indicates.

リン酸塩処理は、(11)式に示したようにリン酸を解離の最終状態であるPO4 3 (aq)まで酸化(脱水素)する事である。これは、陰極電解でリン酸をアノード反応させる事で行う。
本発明の課題は、リン酸塩処理を30秒以下で迅速に行い有効な皮膜を形成する事である。故に、迅速にリン酸の解離を行う工夫を行う。
Phosphating, (11) it is a final state of dissociation of phosphoric acid as shown formula PO 4 3 - is to (aq) until oxidation (dehydrogenation). This is performed by cathodic electrolysis by causing phosphoric acid to undergo an anodic reaction.
An object of the present invention is to form an effective film by carrying out a phosphating treatment rapidly in 30 seconds or less. Therefore, devise to dissociate phosphoric acid quickly.

(12)(13)(14)で示されたリン酸の解離状態の中で、リン酸塩処理浴に関係するものは、(12)である。本発明のリン酸塩処理浴は、亜鉛イオン、ニッケルイオンを溶解させている。それらは硝酸塩で供給されるので硝酸イオンを含む事になる。亜鉛イオン、ニッケルイオンが全て硝酸塩で供給されたならば、処理浴のリン酸は(12)式の平衡状態で存在する。リン酸塩処理の電解反応は(12)の状態(H3PO4(aq)が99%、H2PO4 (aq)が1%程度の比率で存在する状態)を反映した速度になる。その状況では、リン酸の解離は(12)に多く費やされる事になる。そして、(12)の平衡が右に移動しても、その状態ではリン酸の解離は不十分である。電解電流の多くを(12)の移動に費やしては、30秒以下でリン酸塩化成皮膜を形成できない。 (12) Among the dissociated states of phosphoric acid shown in (13) and (14), (12) relates to the phosphating bath. The phosphating bath of the present invention dissolves zinc ions and nickel ions. Since they are supplied with nitrates, they will contain nitrate ions. If zinc ions and nickel ions are all supplied as nitrates, the phosphoric acid in the treatment bath exists in an equilibrium state of the equation (12). The electrolytic reaction of phosphating is a rate reflecting the state of (12) (the state where H 3 PO 4 (aq) is present at a ratio of 99% and H 2 PO 4 (aq) at a ratio of about 1%). . In that situation, the dissociation of phosphoric acid will be spent much on (12). And even if the equilibrium of (12) shifts to the right, dissociation of phosphoric acid is insufficient in that state. If most of the electrolysis current is spent moving (12), a phosphate conversion coating cannot be formed in 30 seconds or less.

反応速度を上げるには、処理浴のリン酸の状態を(12)の可能な限り右側に寄せた状態にしておく事である。この考えの一端は、特許文献4に記載されている。しかし、特許文献4の方法は不十分であり、本発明は、更なる対策を行う。
特許文献4は、リン酸溶液に酸化亜鉛を溶解させて、リン酸溶液(H2PO4 + Zn2+)を
形成する。
In order to increase the reaction rate, the state of phosphoric acid in the treatment bath should be as close as possible to the right side of (12). One end of this idea is described in Patent Document 4. However, the method of Patent Document 4 is insufficient, and the present invention takes further measures.
In Patent Document 4, zinc oxide is dissolved in a phosphoric acid solution to form a phosphoric acid solution (H 2 PO 4 + Zn 2+ ).

そして、特許文献4は、リン酸に対する亜鉛の溶解量は、リン酸100重量部に対し亜鉛25重量部溶解した状態が最大溶解量としている。(〔0025〕) 故に、特許文献4の方法では、リン酸100gに対し亜鉛を25gまで溶解できるのみである。 In Patent Document 4, the amount of zinc dissolved in phosphoric acid is the maximum amount dissolved in 25 parts by weight of zinc per 100 parts by weight of phosphoric acid. ([0025]) Therefore, the method of Patent Document 4 can only dissolve up to 25 g of zinc per 100 g of phosphoric acid.

本発明は、リン酸溶液に亜鉛を溶解すると言う概念を用いない。その代わりに酸化亜鉛からの「リン酸−亜鉛会合体」を形成するという概念を採用する。その事で、リン酸100gに対し亜鉛を25g以上で、「リン酸−亜鉛会合体」生成の限界まで会合させる手法を開発する。
「リン酸−亜鉛会合体」は、リン酸を酸化亜鉛(又は、金属亜鉛、水酸化亜鉛)と会合させ形成する。 その反応は(16)であり、会合体の状態を示す。
The present invention does not use the concept of dissolving zinc in a phosphoric acid solution. Instead, the concept of forming “phosphate-zinc aggregates” from zinc oxide is adopted. Therefore, we develop a method of associating with 25g or more of zinc to 100g of phosphoric acid to the limit of the formation of "phosphate-zinc aggregate".
The “phosphate-zinc aggregate” is formed by associating phosphoric acid with zinc oxide (or zinc metal, zinc hydroxide). The reaction is (16), indicating the state of the aggregate.

(16)の反応を確実に行えば、リン酸2モルに対し亜鉛1モルの対応となる。これは、リン酸196重量部(2モル)に対し亜鉛65.4重量部(1モル)が結合した、新たな「リン酸−亜鉛」会合体を形成する。上記の会合体は、理論的には亜鉛1モルに対しリン酸2モルまで形成可能である。それはリン酸100重量部に対し亜鉛33.3重量部まで対応させる事である。(亜鉛:1モル/リン酸:2モル=65.4/196=0.333) If the reaction (16) is performed reliably, 1 mol of zinc corresponds to 2 mol of phosphoric acid. This forms a new “phosphate-zinc” aggregate in which 65.4 parts by weight (1 mole) of zinc are bound to 196 parts by weight (2 moles) of phosphoric acid. The above aggregate can theoretically be formed up to 2 mol of phosphoric acid per 1 mol of zinc. That is, up to 33.3 parts by weight of zinc per 100 parts by weight of phosphoric acid. (Zinc: 1 mol / phosphoric acid: 2 mol = 65.4 / 196 = 0.333)

「リン酸−亜鉛会合体」の考えは、リン酸溶液に対する亜鉛(固体)の溶解ではなく、会合体の形成である。会合体は、リン酸100重量部に対し亜鉛25重量部までは溶液状で存在する。しかし、25重量部以上では溶液状態を維持するには工夫を要する。 The idea of “phosphate-zinc aggregate” is not the dissolution of zinc (solid) in a phosphate solution but the formation of an aggregate. The aggregate is present in a solution state up to 25 parts by weight of zinc with respect to 100 parts by weight of phosphoric acid. However, it is necessary to devise to maintain the solution state at 25 parts by weight or more.

そして、「リン酸−亜鉛会合体」の形成状況とリン酸の状況を図1に示す。
図1は、リン酸と亜鉛(酸化亜鉛からの)を会合させ、「リン酸-亜鉛会合体」を形成する場合の「リン酸-亜鉛会合体」の形成状況を示したものである。図1の縦軸はZn/H3PO4の重量比率を示し、横軸は「リン酸−亜鉛会合体」: [H2PO4 ― Zn2+ ― H2PO4 ] と「遊離のリン酸:H3PO4」の比率を示す。
Zn/H3PO4:重量比0.33では、フリーなリン酸の存在比率はゼロである。特許文献4のZn/リン酸:重量比0.25ではリン酸−亜鉛会合体に拘束されたリン酸は25/33=0.76であり、24%のリン酸は活性な状態である。同様に、Zn/リン酸:重量比30ではリン酸−亜鉛会合体に拘束されたリン酸は30/33=0.91であり、9%のリン酸は活性な状態である。
本発明は、処理浴中の「遊離のリン酸:H3PO4」の比率を出来るだけ低下させる事で、反応の迅速化を狙う。
The formation status of “phosphate-zinc aggregate” and the status of phosphoric acid are shown in FIG.
FIG. 1 shows the formation status of “phosphate-zinc aggregate” when phosphoric acid and zinc (from zinc oxide) are associated to form a “phosphate-zinc aggregate”. The vertical axis of FIG. 1 represents the weight ratio of Zn / H 3 PO 4, the horizontal axis is "phosphate - zinc associate": [H 2 PO 4 - - Zn 2+ - H 2 PO 4 -] "free of The ratio of phosphoric acid: H 3 PO4 is shown.
At a Zn / H 3 PO 4 : weight ratio of 0.33, the abundance of free phosphoric acid is zero. In the Zn / phosphoric acid: weight ratio of 0.25 in Patent Document 4, phosphoric acid bound to a phosphoric acid-zinc aggregate is 25/33 = 0.76, and 24% phosphoric acid is in an active state. Similarly, at a Zn / phosphoric acid: weight ratio of 30, the phosphoric acid bound to the phosphoric acid-zinc aggregate is 30/33 = 0.91 and 9% phosphoric acid is in the active state.
The present invention aims to speed up the reaction by reducing the ratio of “free phosphoric acid: H 3 PO 4 ” in the treatment bath as much as possible.

特許文献4の状態はリン酸全体の24%が「遊離のリン酸:H3PO4」である。「遊離のリン酸」を低下させ、「リン酸−亜鉛会合体」の比率を上昇させる方法を以下に示す。 In the state of Patent Document 4, 24% of the total phosphoric acid is “free phosphoric acid: H 3 PO 4 ”. A method for decreasing “free phosphoric acid” and increasing the ratio of “phosphate-zinc aggregate” will be described below.

「リン酸−亜鉛会合体」の作成方法
通常の状況で溶解できる以上の亜鉛を含んだ状態は、室温でゲル状物質として得る事ができる。その方法を概略示す。
撹拌しているリン酸100重量部の溶液に、酸化亜鉛からの亜鉛25重量部以上を徐々に混入させる。
この時、加える亜鉛の形態は酸化亜鉛、水酸化亜鉛、金属亜鉛に限られる。それらの亜鉛種のみが、リン酸の解離を促進させる。
Method for Producing “Phosphate-Zinc Aggregate” A state containing zinc that can be dissolved in a normal state can be obtained as a gel-like substance at room temperature. The method is schematically shown.
More than 25 parts by weight of zinc from zinc oxide is gradually mixed into the stirred solution of 100 parts by weight of phosphoric acid.
At this time, the form of zinc added is limited to zinc oxide, zinc hydroxide, and metal zinc. Only those zinc species promote the dissociation of phosphate.

その溶液を50℃程度以上に加熱し保持する。50℃以上に保持する事で、亜鉛29重量部までは溶解が可能である。しかし、この溶液は加熱を停止し、室温に冷却されるとゲル状態となる。又、亜鉛30重量部以上では僅かの不溶性状態が存在する。これらの不溶性物質も撹拌を長時間行い、冷却されればゲル状態となる。 The solution is heated to about 50 ° C. or higher and held. By maintaining the temperature at 50 ° C. or higher, it is possible to dissolve up to 29 parts by weight of zinc. However, the solution stops heating and enters a gel state when cooled to room temperature. Moreover, a slight insoluble state exists at 30 parts by weight or more of zinc. These insoluble substances are also stirred for a long time and become a gel state when cooled.

ゲル状物質は、そのままではリン酸塩処理浴として使用できない。リン酸塩処理浴は、イオンが溶解した状態:透明状態である事が前提になる。ゲル状態を溶解するのは、必要最低限の硝酸を添加し行う。溶解に必要な硝酸の量はリン酸に対し会合させた亜鉛の比率で調整する。 The gel substance cannot be used as a phosphating bath as it is. The phosphating bath is premised on a state in which ions are dissolved: a transparent state. The gel state is dissolved by adding a minimum amount of nitric acid. The amount of nitric acid required for dissolution is adjusted by the ratio of zinc associated with phosphoric acid.

例えば、リン酸80g/Lで亜鉛/リン酸=0.3(重量比)の場合には、硝酸(HNO3)を9.5g/L添加すれば、ゲル及び固形分が溶解し透明な溶液を得る。又、リン酸80g/Lで亜鉛/リン酸=0.34の場合には、硝酸(HNO3)を19g/L添加すれば、ゲル及び固形分が溶解し透明な溶液を得る。
硝酸の配合量は、硝酸の重量がリン酸の重量を越えない範囲であることが好ましい。
For example, when phosphoric acid is 80 g / L and zinc / phosphoric acid is 0.3 (weight ratio), adding 9.5 g / L of nitric acid (HNO 3 ) dissolves the gel and the solid content to obtain a transparent solution. Further, when phosphoric acid is 80 g / L and zinc / phosphoric acid is 0.34, if 19 g / L of nitric acid (HNO 3 ) is added, the gel and solid matter dissolve and a transparent solution is obtained.
The amount of nitric acid is preferably in a range where the weight of nitric acid does not exceed the weight of phosphoric acid.

実際のリン酸塩処理浴は、上述した工程によって得られた溶液のリン酸に対する全亜鉛量及びニッケル量を調整する。それは硝酸塩を加えて行う。本発明の処理浴は、リン酸に対する亜鉛の量を(a)「Zn(ZnO)/H3PO4:酸化亜鉛からの亜鉛/リン酸の比率」、及び(b)「全Zn/H3PO4」の2つの指標で示す。 The actual phosphating bath adjusts the total zinc content and nickel content relative to the phosphoric acid of the solution obtained by the above-described process. This is done by adding nitrate. The treatment bath of the present invention has the amount of zinc to phosphoric acid (a) “Zn (ZnO) / H 3 PO 4 : zinc / phosphoric acid ratio from zinc oxide” and (b) “total Zn / H 3 It is indicated by two indicators of “PO 4 ”.

(a)は、「リン酸−亜鉛会合体」の形成に関するものであるが、その比率「Zn(ZnO)/H3PO4」は、0.26〜0.35である。
(b)は、リン酸塩化成皮膜を形成するに必要な全Zn/H3PO4の比率である。本件では、全Zn/H3PO4の比率は0.35〜0.65としている。
(b)は、(a)の不足分の亜鉛を硝酸亜鉛として追加して加えた後の全亜鉛/リン酸(重量比)の指標である。
「リン酸−亜鉛会合体」=[H2PO4 ― Zn2+ ― H2PO4 ] の厳密な亜鉛/リン酸比率(重量比)は、0.333である。しかし、本発明は、「遊離のリン酸」を確実にゼロとする為、同比率の上限を0.35とする。
(A) relates to the formation of “phosphate-zinc aggregate”, and the ratio “Zn (ZnO) / H 3 PO 4 ” is 0.26 to 0.35.
(B) is the ratio of the total Zn / H 3 PO 4 required to form the phosphate conversion coating. In this case, the ratio of all Zn / H 3 PO 4 is set to 0.35 to 0.65.
(B) is an index of total zinc / phosphoric acid (weight ratio) after adding the zinc shortage of (a) as zinc nitrate.
The exact zinc / phosphate ratio (weight ratio) of “phosphate-zinc aggregate” = [H 2 PO 4 −Zn 2+ −H 2 PO 4 ] is 0.333. However, in the present invention, the upper limit of the ratio is set to 0.35 in order to ensure that “free phosphoric acid” is zero.

硝酸亜鉛は、ゲル状物質である「リン酸−亜鉛会合体」を硝酸で溶解した溶液に加えられ、容易に溶解する。そして、処理浴の溶解性(透明性)は確保される。
又、処理浴には必要に応じてニッケルを硝酸ニッケルを入れて溶解させる。硝酸ニッケルも容易に溶解するので処理浴の溶解性(透明性)は確保される。
Zinc nitrate is added to a solution in which a “phosphate-zinc aggregate”, which is a gel substance, is dissolved in nitric acid, and is easily dissolved. And the solubility (transparency) of a processing bath is ensured.
Further, nickel nitrate is added to the treatment bath and dissolved as necessary. Since nickel nitrate is also easily dissolved, the solubility (transparency) of the treatment bath is ensured.

「硝酸添加の意図」
硝酸はいわゆる「強酸」である。そして、硝酸の酸解離定数は(17)である。
"Intention of nitric acid addition"
Nitric acid is a so-called “strong acid”. The acid dissociation constant of nitric acid is (17).

(17)は、硝酸が通常の状態で右側に移行した状態で存在する事を示す。それは、活性な酸(H+)が、強い溶解作用を有する事を示す。故に、硝酸は、上記に生成したゲル状「リン酸−亜鉛会合体」を溶解させる。しかし、「リン酸−亜鉛会合体」を分解する事はない。硝酸は、「リン酸−亜鉛会合体」を形成した後溶液に加え、同会合体を溶解する。溶解させるために必要な量は、成分比によって変化するが、硝酸の添加量は上記会合体を溶解させるための最低限の量とすることが好ましい。 (17) indicates that nitric acid exists in a state in which it moves to the right in a normal state. It shows that the active acid (H + ) has a strong dissolving action. Therefore, nitric acid dissolves the gel-like “phosphate-zinc aggregate” produced above. However, the “phosphate-zinc aggregate” is not decomposed. Nitric acid forms a “phosphate-zinc aggregate” and then is added to the solution to dissolve the aggregate. The amount necessary for dissolution varies depending on the component ratio, but the amount of nitric acid added is preferably the minimum amount for dissolving the aggregate.

「ニッケルの添加」
塗装下地に適したリン酸塩皮膜は、リン酸亜鉛(Zn3(PO42)+ニッケル(Ni)である。 リン酸塩化成皮膜の主たる成分であるリン酸亜鉛は、リン酸が解離(酸化)して形成される。ニッケルは、リン酸塩結晶とはならず、リン酸塩処理反応系の中でリン酸塩とは別の還元反応で形成される。
"Addition of nickel"
A suitable phosphate coating for the paint substrate is zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ) + nickel (Ni). Zinc phosphate, which is the main component of the phosphate chemical film, is formed by dissociation (oxidation) of phosphoric acid. Nickel does not form phosphate crystals, but is formed by a reduction reaction different from phosphate in the phosphating reaction system.

そして、金属ニッケルとしてリン酸塩化成皮膜の中に存在する。それは、リン酸塩化成皮膜の密着性を補強する事になり、塗装耐食性に寄与する。尚、ニッケル添加量は必要に応じて、0.3〜30g/lであることが好ましい。それは、硝酸ニッケルとして処理浴に加えられる。 And it exists in a phosphate chemical conversion film as metallic nickel. That will reinforce the adhesion of the phosphate conversion coating and contribute to the coating corrosion resistance. In addition, it is preferable that nickel addition amount is 0.3-30 g / l as needed. It is added to the treatment bath as nickel nitrate.

「リン酸塩化成処理浴の作成」
1.「リン酸−亜鉛会合体」の作成手順を1Lの処理浴作成で説明する。なお、以下の調整方法は説明のための一例であって、本発明は以下の方法に限定されるものではない。
(i)リン酸1モルを水4.2〜6.5モルの量に溶解する。これは、リン酸:98gに対し、72〜117gの水を対応させる事である。80g/Lリン酸溶液を作成する場合、85%リン酸溶液は55.7mlである。それに水を100ml程度加えた溶液とする。リン酸に対する水の量を調整するのは、リン酸を水に溶解するのでなく、「リン酸−亜鉛会合体」を作成する為である。
"Creation of phosphate chemical treatment bath"
1. The procedure for preparing the “phosphate-zinc aggregate” will be described in the preparation of a 1 L treatment bath. The following adjustment method is an example for description, and the present invention is not limited to the following method.
(I) 1 mol of phosphoric acid is dissolved in an amount of 4.2 to 6.5 mol of water. This is to make 72-117 g of water correspond to 98 g of phosphoric acid. When making an 80 g / L phosphoric acid solution, the 85% phosphoric acid solution is 55.7 ml. A solution obtained by adding about 100 ml of water to it. The reason for adjusting the amount of water relative to phosphoric acid is not to dissolve phosphoric acid in water but to create a “phosphate-zinc aggregate”.

(ii)上記の溶液に酸化亜鉛(ZnO)を30g加え、溶液が50℃〜75℃程度になるように加熱・撹拌する。これは、Znとして24g添加する事になる。この添加で、Zn(ZnO)/H3PO4=24/80=0.3の状態の溶液を作成する。酸化亜鉛は発熱を伴ってリン酸溶液に溶解するが、僅かに固形分を残した状態で透明になる。尚、この溶液の撹拌を続け、冷却するとゲル状の溶液となる。溶解した会合体[ H2PO4 ― Zn2+ ― H2PO4 ]は、撹拌と冷却でゲル状になる。 (Ii) Add 30 g of zinc oxide (ZnO) to the above solution, and heat and stir so that the solution is about 50 ° C to 75 ° C. This will add 24g of Zn. With this addition, a solution of Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 24/80 = 0.3 is prepared. Zinc oxide dissolves in the phosphoric acid solution with heat generation, but becomes transparent while leaving a slight solid content. When the solution is continuously stirred and cooled, it becomes a gel-like solution. The dissolved aggregate [H 2 PO 4 −Zn 2+ −H 2 PO 4 ] becomes a gel by stirring and cooling.

(iii)次に、70%硝酸溶液を7.5ml(HNO3として9.5g)加える。この操作で、僅かに残った固形分等は溶解する。透明になったら溶液の加熱は停止する。尚、ゲル状となった溶液も硝酸の添加で同様に溶解する。 (Iii) Next, 7.5 ml of a 70% nitric acid solution (9.5 g as HNO 3 ) is added. By this operation, the remaining solid content and the like are dissolved. Stop heating the solution once it is clear. Note that the gel-like solution is similarly dissolved by the addition of nitric acid.

(iv)水を加え溶液量を500〜650ml程度とする。
(v)硝酸亜鉛6水和物(Zn(NO32・6H2O)を36.4g加え溶解させる。これはZn(硝酸亜鉛からの)を8g添加する事になる。この添加で全亜鉛イオン量は32gとなる。全Zn/H3PO4比率(重量比)=0.4である。
(vi)次いで、硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO32・6H2O)を50g添加し、溶解させる。
ニッケルイオンの添加量は10gである。
(vii)溶液の全体量を1Lとする。
(Iv) Add water to make the amount of solution about 500-650 ml.
(V) 36.4 g of zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) is added and dissolved. This will add 8 g of Zn (from zinc nitrate). With this addition, the total zinc ion amount is 32 g. The total Zn / H 3 PO 4 ratio (weight ratio) = 0.4.
(Vi) Next, 50 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is added and dissolved.
The amount of nickel ion added is 10 g.
(Vii) The total amount of the solution is 1L.

(viii)得られた溶液の組成は
リン酸:80g/L、Znイオン:32g/l、Niイオン:10g/l、硝酸イオン:45.7g/Lの組成であり、且つZn(ZnO)/H3PO4=0.3、全Zn/H3PO4=0.4である。
(Viii) The composition of the obtained solution was phosphoric acid: 80 g / L, Zn ion: 32 g / l, Ni ion: 10 g / l, nitrate ion: 45.7 g / L, and Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 0.3, total Zn / H 3 PO 4 = 0.4.

本発明の処理浴は上記の手順に従って作成するZn(ZnO)/H3PO4=0.26〜0.35で全Zn/H3PO4=0.35〜0.65でリン酸を50〜120g/L、亜鉛を20〜78g/L、ニッケルを0.3〜30g/l、硝酸イオンを13〜90g/Lである電解リン酸塩化成処理浴組成物である。Zn(ZnO)/H3PO4は、0.30〜0.35であることがより好ましい。 The treatment bath of the present invention is prepared in accordance with the above procedure. Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 0.26 to 0.35, total Zn / H 3 PO 4 = 0.35 to 0.65, and phosphoric acid 50 to 120 g / L And an electrolytic phosphate chemical treatment bath composition having zinc of 20 to 78 g / L, nickel of 0.3 to 30 g / l, and nitrate ions of 13 to 90 g / L. Zn (ZnO) / H 3 PO 4 is more preferably 0.30 to 0.35.

尚、リン酸塩処理浴は金属イオンとしては、マンガンを含む事は可能であり、硝酸マンガンの形で適切な量を添加する事ができる。又、陰イオンでは、アルミ材・ステンレス材、チタン材等の表面に酸化膜を有する材料のイオン透過性を助ける意味でフッ素イオンを適量添加する事は可能である。フッ素イオンはフッ化亜鉛の形で添加することが好ましい。フッ素イオンの含有量は0〜0.5g/Lであることが好ましい。 The phosphating bath can contain manganese as a metal ion, and an appropriate amount can be added in the form of manganese nitrate. In addition, in the case of anions, it is possible to add an appropriate amount of fluorine ions in order to assist the ion permeability of materials having an oxide film on the surface such as aluminum, stainless steel, and titanium. Fluorine ions are preferably added in the form of zinc fluoride. The fluorine ion content is preferably 0 to 0.5 g / L.

「電解方法」
本発明の電解方法は、亜鉛、又はニッケルを陽極とし、鉄鋼材、アルミ材等の金属被処理物を陰極とする陰極電解処理である。電圧は概ね5v〜15vの範囲で30秒以下の電解処理で金属被処理物表面にリン酸塩化成皮膜を形成する。陽極を亜鉛、又はニッケルに限定するのは電解効率を維持する為である。30秒以下の短時間で皮膜形成するには、適切な電圧で電流を効率よく流す事の出来る電極材料を選定する必要がある。亜鉛、ニッケルは、処理浴の成分である事から、陽極表面と溶液の間の抵抗が少なく、電解電流を効率よく流すことができる。
"Electrolysis method"
The electrolysis method of the present invention is a cathodic electrolysis treatment using zinc or nickel as an anode and a metal workpiece such as steel or aluminum as a cathode. A phosphate conversion film is formed on the surface of the metal object by electrolytic treatment within a voltage range of approximately 5v to 15v for 30 seconds or less. The reason for limiting the anode to zinc or nickel is to maintain electrolytic efficiency. In order to form a film in a short time of 30 seconds or less, it is necessary to select an electrode material that can efficiently flow current at an appropriate voltage. Since zinc and nickel are components of the treatment bath, there is little resistance between the anode surface and the solution, and an electrolytic current can flow efficiently.

又、電解リン酸塩処理は、処理浴成分を処理浴に薬品(液体)として補給する事から、電極成分の溶解は僅かである。電気めっきでは、薬品を補給しないため陽極成分が皮膜として生成する。例えば、亜鉛めっきは、亜鉛を陽極とし、溶解させる。その時、亜鉛を薬品の形態で補給する事はしない。電気めっきと、電解リン酸塩処理の違いは、皮膜成分の補給形態が違う事である。そして、電解リン酸塩処理の陽極は、基本的に成分補給の意図は少なく主として、電解電流を効率よく流す事から選定する。その事から電極は、亜鉛及びニッケルを選定する。 In addition, since the electrolytic phosphate treatment supplies the treatment bath component to the treatment bath as a chemical (liquid), the electrode component is slightly dissolved. In electroplating, since no chemicals are supplied, an anode component is formed as a film. For example, in zinc plating, zinc is used as an anode and dissolved. At that time, zinc is not replenished in the form of chemicals. The difference between electroplating and electrolytic phosphating is that the form of replenishment of film components is different. The electrolytic phosphating anode is basically selected with the intention of replenishing components mainly because the electrolytic current flows efficiently. Therefore, zinc and nickel are selected for the electrode.

(4)電解リン酸塩化成処理浴の安定化確保
本発明の電解リン酸塩処理は、亜鉛、又はニッケル金属を陽極として処理浴中に置き、被処理物を陰極に設置し、少なくとも5v以上の電圧を両電極間に印加し、被処理物表面にリン酸塩化成皮膜を形成する。電解処理の従来技術との違いは、30秒以下の時間で皮膜を形成する為、従来の処理浴組成とは異なった組成を有する。それは、「電圧を印加した時」も「電圧を印加しない時:休止時」も電極(陽極)と処理浴の間で無駄な反応が起こらない工夫をする事である。
(4) Ensuring stabilization of electrolytic phosphate chemical treatment bath In the electrolytic phosphate treatment of the present invention, zinc or nickel metal is placed in the treatment bath as an anode, and an object to be treated is placed at the cathode. Then, a voltage of at least 5 V or more is applied between both electrodes to form a phosphate chemical conversion film on the surface of the object to be processed. The difference from the prior art of the electrolytic treatment is that the film is formed in a time of 30 seconds or less, so that it has a composition different from the conventional treatment bath composition. That is, a device is devised so that a wasteful reaction does not occur between the electrode (anode) and the treatment bath both when the voltage is applied and when the voltage is not applied: when the voltage is not applied.

その工夫とは、図1に示した遊離の(活性な)H3PO4の存在比率を出来る限り小さくする事である。遊離のH3PO4は、「電圧を印加した時」は、リン酸塩化成皮膜の形成を遅らせる作用を有する。又、「電圧を印加しない時:休止時」は、電極材である亜鉛と反応する事になり、電極の表面にリン酸亜鉛(Zn3(PO42 )を形成する。電極表面に形成したリン酸亜鉛結晶は絶縁物質である。絶縁物が電極表面に存在すると電解処理時に電流の流れを妨害する。それが電解効率を低下させる。電解リン酸塩処理浴は、作業をしない時(休日等)は処理浴と電極の反応を防止する為、電解槽の処理浴を別の槽(循環・予備槽)に移す。その為、電極表面は大気に曝され乾燥する。遊離の活性なリン酸が電極表面で反応し形成したリン酸亜鉛結晶は、大気に放置される事で、電極表面に強固に結合した固形膜となる。そのような膜(リン酸亜鉛)は、亜鉛ではなく、且つ、亜鉛表面での電解作用を妨害する。 The idea is to make the abundance ratio of free (active) H 3 PO 4 shown in FIG. 1 as small as possible. Free H 3 PO 4 has the effect of delaying the formation of a phosphate conversion film “when a voltage is applied”. In addition, when “no voltage is applied: at rest”, it reacts with zinc as an electrode material, and zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ) is formed on the surface of the electrode. The zinc phosphate crystal formed on the electrode surface is an insulating material. The presence of an insulator on the electrode surface hinders the flow of current during electrolysis. This reduces the electrolysis efficiency. When the electrolytic phosphating bath is not used (holidays, etc.), the electrolytic bath is moved to another bath (circulation / preliminary bath) in order to prevent the reaction between the processing bath and the electrode. Therefore, the electrode surface is exposed to the atmosphere and dried. Zinc phosphate crystals formed by reaction of free active phosphoric acid on the electrode surface become a solid film firmly bonded to the electrode surface when left in the atmosphere. Such a membrane (zinc phosphate) is not zinc and interferes with the electrolysis on the zinc surface.

又、リン酸亜鉛結晶が電極から離脱し、処理浴に移行すれば、それはスラッジとなる。そして、スラッジが、そのまま被処理物表面に移動し固着すれば、それは溶液(イオン状態)から生成したリン酸塩化成皮膜でなく固形分が緩やかに接合した密着性のない化成皮膜を形成する。これは、リン酸塩化成皮膜の密着性を低下させ、塗装後の耐食性を低下させる。これらの事から、処理浴中の遊離したH3PO4は出来る限り少ない方が良い。 In addition, if zinc phosphate crystals are detached from the electrode and transferred to the treatment bath, it becomes sludge. Then, if the sludge moves and adheres to the surface of the workpiece as it is, it forms a non-adhesive chemical film in which the solid content is gently joined instead of the phosphate chemical film produced from the solution (ionic state). This reduces the adhesion of the phosphate conversion coating and reduces the corrosion resistance after painting. From these things, it is better that the free H 3 PO 4 in the treatment bath is as small as possible.

特許文献4は、処理浴中に本件で言う遊離(活性な)リン酸の低減を目指したものでる。H3PO4 100重量部に対し酸化亜鉛(ZnO)からのZnを最大で25重量部溶解させている。しかし、その状況は、リン酸全体の24%が活性なH3PO4の状態である。 Patent document 4 aims at the reduction | restoration of the free (active) phosphoric acid said by this case in a processing bath. Up to 25 parts by weight of Zn from zinc oxide (ZnO) is dissolved in 100 parts by weight of H 3 PO 4 . However, the situation is the state of H 3 PO 4 in which 24% of the total phosphoric acid is active.

本発明は、「リン酸−亜鉛会合体」:[ H2PO4 ― Zn2+ ― H2PO4 ] の形成を行い、コロイド状の「リン酸−亜鉛会合体」を形成し、それに硝酸の最低量の添加で会合体を溶解し、透明なリン酸塩処理浴を形成する。その事で、処理浴中の遊離(活性な)H3PO4の低減を行う。 In the present invention, a “phosphate-zinc aggregate”: [H 2 PO 4 − Zn 2+ − H 2 PO 4 ] is formed to form a colloidal “phosphate-zinc aggregate”. Add the minimum amount of nitric acid to dissolve the aggregates and form a clear phosphating bath. This reduces the free (active) H 3 PO 4 in the treatment bath.

すなわち、H3PO4 100重量部に対し酸化亜鉛(ZnO)からのZnを0.255以上0.35まで加え、加熱溶解し、硝酸溶液を加える事で「リン酸−亜鉛会合体」を溶解し、処理浴を作成する。故に、特許文献4よりも遊離のHPOを低減した処理浴を用いる。その事から処理浴の安定化を達成する。 That is, Zn from zinc oxide (ZnO) is added from 0.255 to 0.35 with respect to 100 parts by weight of H 3 PO 4 , dissolved by heating, and a nitric acid solution is added to dissolve the “phosphate-zinc aggregate”. And create a treatment bath. Therefore, a treatment bath in which free H 3 PO 4 is reduced as compared with Patent Document 4 is used. Therefore, stabilization of the treatment bath is achieved.

本発明の電解リン酸塩化成処理浴組成物による化成処理は、被処理物を特に限定するものではなく、通常の金属であれば任意に適用することができる。例えば、鉄鋼、ステンレス、銅、アルミニウム等に適用することができる。なかでも、特に塗装用の素材の化成処理に適したものである。   The chemical conversion treatment using the electrolytic phosphate chemical treatment bath composition of the present invention does not particularly limit the object to be processed, and any metal can be applied as long as it is a normal metal. For example, it can be applied to steel, stainless steel, copper, aluminum and the like. Especially, it is suitable for the chemical conversion treatment of the raw material for painting.

本発明の電解リン酸塩化成処理浴組成物による処理を行う前には、必要に応じて、脱脂、酸洗、表面調整等の、化成処理において一般的に行われる通常の前処理を行うものであってもよい。   Before performing the treatment with the electrolytic phosphate chemical treatment bath composition of the present invention, if necessary, ordinary pretreatment commonly performed in chemical conversion treatment such as degreasing, pickling and surface adjustment is performed. It may be.

本発明の電解リン酸化成処理浴組成物による処理は、塗装下地として使用されるものであることが好ましい。すなわち、本発明の電解リン酸化成処理浴組成物による処理を行った後には、塗装処理を行うことが好ましい。行われる塗装としては特に限定されず、カチオン電着塗料による電着塗装等を挙げることができる。また、水性塗料、粉体塗料、溶剤系塗料等の前処理として、本発明の電解リン酸化成処理浴組成物による処理を行うこともできる。 The treatment with the electrolytic phosphorylation treatment bath composition of the present invention is preferably used as a coating base. That is, it is preferable to perform the coating treatment after the treatment with the electrolytic phosphorylation treatment bath composition of the present invention. The coating performed is not particularly limited, and examples thereof include electrodeposition coating with a cationic electrodeposition coating. Further, as a pretreatment of water-based paint, powder paint, solvent-based paint, etc., treatment with the electrolytic phosphorylation treatment bath composition of the present invention can also be performed.

以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例は、大きく4段階に分けて報告する。
又、評価は、耐食性の評価を中心に述べる。その後、膜厚、光沢度について言及する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to a following example.
The examples are reported in four steps.
The evaluation will focus on the evaluation of corrosion resistance. Then, mention is made of film thickness and glossiness.

(実施例1)
85%リン酸でリン酸80g(85%リン酸で55.7ml)に対して40gの水を添加し、この溶液に対して30gの固体酸化亜鉛(亜鉛として24g)を添加し、攪拌しながら溶解させた。その際には70℃にまで発熱した。このようにして得られたゲルに水200gを加え、更に硝酸を9.5g(70%硝酸で7.5ml)加えて溶解させた。このようにして得られた溶液に、硝酸亜鉛で亜鉛8g、硝酸イオン15.2gとなるように加え、硝酸ニッケルでニッケル1.5g、硝酸イオン3.2gとなるよう添加し、更に水を加え全体を1Lとして実施例1の電解リン酸塩化成処理浴組成物を得た。
Example 1
40 g of water is added to 80 g of phosphoric acid with 85% phosphoric acid (55.7 ml with 85% phosphoric acid), and 30 g of solid zinc oxide (24 g as zinc) is added to this solution while stirring. Dissolved. At that time, heat was generated up to 70 ° C. 200 g of water was added to the gel thus obtained, and 9.5 g of nitric acid (7.5 ml of 70% nitric acid) was further added and dissolved. To the solution thus obtained, zinc nitrate is added to 8 g of zinc and 15.2 g of nitrate ion, nickel nitrate is added to 1.5 g of nickel and nitrate ion of 3.2 g, and water is further added. The electrolytic phosphate chemical conversion bath composition of Example 1 was obtained with 1L as a whole.

(実施例2〜8、比較例1〜8)
同様の製造方法で、表1に示した処方で、実施例2〜8、比較例1〜8の電解リン酸塩化成処理浴組成物を得た。
(Examples 2-8, Comparative Examples 1-8)
With the same manufacturing method, the electrolytic phosphate chemical treatment bath compositions of Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 were obtained with the formulations shown in Table 1.

(耐食性評価)
第1段階
Zn(ZnO)/H3PO4を指標として、本発明(Zn(ZnO)/H3PO4=0.30、0.35)と従来技術(特許文献4:Zn(ZnO)/H3PO4=0.20、0.25)の違いを確認する。
全Zn/HPO=0.4の浴で、リン酸濃度80g/Lの浴を使用する。この試験では、処理浴の安定性は評価できないが、上記の「(4) 電解リン酸塩化成処理浴の安定化確保」を挙げた事から、実施例と比較例に区分する。
表1に実施例1〜8、比較例1〜8の処理浴組成を示す。
(Corrosion resistance evaluation)
1st stage
Using Zn (ZnO) / H 3 PO 4 as an index, the present invention (Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 0.30, 0.35) and the prior art (Patent Document 4: Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 0.20, Confirm the difference of 0.25).
A bath with a total Zn / H 3 PO 4 = 0.4 and a phosphoric acid concentration of 80 g / L is used. In this test, although the stability of the treatment bath cannot be evaluated, it is classified into Examples and Comparative Examples because “(4) Ensuring the stabilization of the electrolytic phosphate chemical treatment bath” is mentioned.
Table 1 shows the treatment bath compositions of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8.

実施例と比較例の違いは、「Zn(ZnO)/H3PO4」比である。実施例は、0.3と0.35であるに対し、比較例は0.2及び、0.25である。
試験材は、アルミ材(A6061)と冷間圧延鋼板(SPCC-SD)を用いた。試験材の寸法は、50mm×110mm×0.8tであり、表面積は110cmである。
脱脂→水洗→表面調整→電解リン酸塩処理→水洗→純水水洗→カチオン電着塗装→焼付を行った。
脱脂は、アルキレンF−500Y(貴和化学薬品(株)を3%濃度で60℃・3分の浸漬で行った。
The difference between the example and the comparative example is the “Zn (ZnO) / H 3 PO 4 ” ratio. Examples are 0.3 and 0.35, while comparative examples are 0.2 and 0.25.
As the test material, an aluminum material (A6061) and a cold rolled steel plate (SPCC-SD) were used. The dimensions of the test material are 50 mm × 110 mm × 0.8 t, and the surface area is 110 cm 2 .
Degreasing → Washing → Surface conditioning → Electrolytic phosphate treatment → Washing → Pure water washing → Cation electrodeposition coating → Baking was performed.
Degreasing was performed by immersing alkylene F-500Y (Kiwa Chemicals Co., Ltd.) at a concentration of 3% at 60 ° C. for 3 minutes.

表面調整は、グランダーファイナー #7(ミリオン化学(株))を使用し、0.3%でコロイド状固形分を含む溶液とし、室温で15秒程度浸漬する。
電解リン酸塩処理は、亜鉛及びニッケルを陽極とし、被処理材を陰極として、12v程度の電圧を15秒程度印加し、アルミ材、冷延鋼板(SPCC−SD)にリン酸塩化成皮膜を形成した。電解槽の大きさは14cm(L)×9cm(W)×13cm(H)であり、1.6Lの容量である。温度は29〜35℃である。
For surface preparation, use Grander Finer # 7 (Million Chemical Co., Ltd.), make a solution containing colloidal solid content at 0.3%, and soak at room temperature for about 15 seconds.
In electrolytic phosphating, zinc and nickel are used as the anode, the material to be treated is used as the cathode, a voltage of about 12v is applied for about 15 seconds, and a phosphate conversion coating is applied to the aluminum material and cold-rolled steel sheet (SPCC-SD). Formed. The size of the electrolytic cell is 14 cm (L) × 9 cm (W) × 13 cm (H), and has a capacity of 1.6 L. The temperature is 29-35 ° C.

カチオン電着塗装は、dupont-神東(株) サクセードv-80で245v・48秒で電着塗装した。電解槽の大きさは17cm(L)×17cm(W)×16cm(H)であり、4.6Lの容量である。塗装したものは純水で水洗後、170℃×20分の保持で焼付を行った。 Cationic electrodeposition was applied with dupont-Shinto Co., Ltd. Saxade v-80 at 245v for 48 seconds. The size of the electrolytic cell is 17 cm (L) × 17 cm (W) × 16 cm (H) and has a capacity of 4.6 L. The painted product was washed with pure water and baked by holding at 170 ° C. for 20 minutes.

表2は、亜鉛電極を用いた時の電解リン酸塩処理時の電流、電着塗装膜の厚み、電着塗装膜の光沢度、塗装品の塩水浸漬試験後の塗装膜のテープ剥がれ状況、及び塗装品の塩水噴霧試験後の塗装膜のテープ剥がれ状況を示している。 Table 2 shows the current at the time of electrolytic phosphating when using a zinc electrode, the thickness of the electrodeposition coating film, the glossiness of the electrodeposition coating film, the tape peeling state of the coating film after the salt water immersion test of the coated product, And the tape peeling state of the coating film after the salt spray test of the coated product is shown.

電解リン酸塩処理時の電流は、被処理物表面積110cm(1.1dm)当たりの電流である。
電着塗装膜厚は、アルミ材は渦電流式膜厚計 LH−300J(株式会社 ケット科学研究所)で計測した。鉄鋼材(SPCC−SD)は、電磁誘導方式膜厚計LZ−200J(株式会社 ケット科学研究所)で測定した値である。
The current during the electrolytic phosphate treatment is a current per surface area 110 cm 2 (1.1 dm 2 ) to be processed.
The electrodeposition coating film thickness was measured with an eddy current film thickness meter LH-300J (Kett Science Laboratory Co., Ltd.) for aluminum materials. Steel (SPCC-SD) is a value measured with an electromagnetic induction type film thickness meter LZ-200J (Kett Science Laboratory Co., Ltd.).

電着塗装膜光沢度は、光沢計 グロスチェカーIG−310((株)堀場製作所)で計測した。光沢度は反射の%を表示する。数字が大きい程、反射率が良好である。それは、塗膜の光沢度を表す。 The gloss of the electrodeposition coating film was measured with a gloss meter Gloss Checker IG-310 (Horiba, Ltd.). The glossiness indicates the percentage of reflection. The larger the number, the better the reflectivity. It represents the glossiness of the coating film.

塩水浸漬試験は、塗装膜にナイフで金属面に届く傷(クロスカット)を付けた後、55℃の5%食塩水(5%NaCl水)に240時間浸漬した後、自然乾燥後JIS Z 1522適合 25mm幅の粘着テープ(ニチバン株式会社 商品名「セロテープ」)を傷(クロスカット)部に張り付けた後、その部分の塗膜の剥離状況を見たものである。判定基準は、剥離幅5mmが良好とする。塩水浸漬試験は、塗装加工物を浸漬する塩水の温度の設定で、浸漬後の塗膜剥離幅は大きく変化する。その設定温度は、40℃〜55℃程度が設定されている。温度設定が高ければ、塩水が塗膜と素材金属の間に浸透する作用は大きくなり、塗膜の密着性は低下する。本発明が行う塩水浸漬試験の設定温度は55℃である。この温度は、塩水浸漬試験の中で高い設定である。そして、塗膜の密着性に対しては、塩水噴霧試験(35℃の塩水を噴霧)より過酷な試験である。 In the salt water immersion test, the coating film was scratched (cross cut) reaching the metal surface with a knife, immersed in 5% saline solution (5% NaCl water) at 55 ° C. for 240 hours, then naturally dried and then JIS Z 1522. Applicable 25 mm wide adhesive tape (Nichiban Co., Ltd., trade name “Cellotape”) is applied to the scratched (cross cut) part, and then the peeled state of the coating film is observed. The criterion for judgment is that a peel width of 5 mm is good. The salt water immersion test is a setting of the temperature of salt water for immersing the coated product, and the coating film peeling width after the immersion greatly changes. The set temperature is set to about 40 ° C to 55 ° C. If the temperature setting is high, the action of the salt water penetrating between the coating film and the material metal increases, and the adhesion of the coating film decreases. The set temperature of the salt water immersion test performed by the present invention is 55 ° C. This temperature is a high setting in the salt water immersion test. And it is a test severer than the salt water spray test (spraying 35 degreeC salt water) with respect to the adhesiveness of a coating film.

塩水噴霧試験は、塗装膜にナイフで金属面に届く傷(クロスカット)を付けた後、35℃の5%食塩水(5%NaCl水)噴霧する塩水噴霧試験機に1500時間置いた後、自然乾燥後JIS Z 1522適合 25mm幅の粘着テープを傷(クロスカット)部に張り付けた後、その部分の塗膜の剥離状況を見たものである。判定基準は、剥離幅5mmが良好とする。 In the salt spray test, the coating film was scratched (cross cut) reaching the metal surface with a knife, and then placed in a salt spray tester spraying 5% saline solution (5% NaCl water) at 35 ° C. for 1500 hours. After natural drying, JIS Z 1522 compliant 25 mm wide adhesive tape is applied to the scratched (cross cut) part, and then the state of peeling of the coating film at that part is observed. The criterion for judgment is that a peel width of 5 mm is good.

表2は、電解リン酸塩処理を亜鉛電極を用いて、12v、15秒(30−35℃)行い、その後カチオン電着を行った塗装膜の結果である。 Table 2 shows the results of a coating film obtained by performing electrolytic phosphate treatment using a zinc electrode for 12v for 15 seconds (30-35 ° C.) and then performing cationic electrodeposition.

亜鉛を陽極としてリン酸塩化成皮膜を形成し、その上に電着塗装を行った場合では、塩水浸漬試験の結果は、比較例、実施例とも全て規格内であり、塗装耐食性は良好である。
塩水噴霧試験では、実施例は良好であるが、比較例では規格を満足できないものがある。
When a phosphate conversion coating is formed with zinc as the anode and electrodeposition coating is performed on it, the results of the salt water immersion test are all within the specifications for both the comparative example and the example, and the coating corrosion resistance is good. .
In the salt spray test, the examples are good, but some of the comparative examples cannot satisfy the standard.

表2の塩水浸漬試験の結果を図3にまとめる。又、表2の塩水噴霧試験の結果を図4にまとめる。比較例1〜8と実施例1〜8の耐食性の結果では、一部を除いて差がみられないとも言える。しかし、比較例と実施例では、処理浴の安定性が明確に異なる。すなわち、遊離のリン酸を多く含む比較例では、電極表面が処理浴と反応し、処理浴の安定性は確保できない。それ故、実用化に際して、比較例は不利である。又、図3、図4には無電解処理の結果を比較して提示する。無電解処理の結果は、現在の実用化されている技術レベルである。実施例の結果は、無電解処理の結果より優れている。 The results of the salt water immersion test in Table 2 are summarized in FIG. The results of the salt spray test shown in Table 2 are summarized in FIG. In the corrosion resistance results of Comparative Examples 1 to 8 and Examples 1 to 8, it can be said that there is no difference except for a part. However, the stability of the treatment bath is clearly different between the comparative example and the example. That is, in the comparative example containing a large amount of free phosphoric acid, the electrode surface reacts with the treatment bath, and the stability of the treatment bath cannot be ensured. Therefore, the comparative example is disadvantageous for practical use. 3 and 4 show the results of electroless treatment in comparison. The result of the electroless treatment is the technical level that is currently in practical use. The results of the examples are superior to the results of the electroless treatment.

次いで、電解リン酸塩処理の電極をニッケルに代えた以外は表2と同じ操作を行った結果を表3に示す。 Next, Table 3 shows the result of the same operation as in Table 2 except that the electrode for electrolytic phosphate treatment was replaced with nickel.

比較例では、塩水浸漬試験、塩水噴霧試験とも規格を外れたものがある。ニッケル電極の適用は亜鉛電極使用時よりも品質が低下する。これは、いずれの浴も亜鉛>ニッケルである事に起因するものと思われる。又、比較例の結果が劣るのは、遊離のH3PO4が影響していると考えられる。
表3の塩水浸漬試験の結果を図5にまとめる。又、表3の塩水噴霧試験の結果を図6にまとめる。比較例9〜16と実施例9〜16の耐食性の結果は、差がみられる。そして、比較例と実施例では、処理浴の安定性が明確に異なる。すなわち、遊離のリン酸を多く含む比較例では、電極表面が処理浴と反応し、処理浴の安定性は確保できない。それ故、実用化に際して、比較例は不利である。又、図5、図6には無電解処理の結果を比較して提示する。無電解処理の結果は、現在の実用化されている技術レベルである。実施例の結果は、無電解処理の結果より優れている。
In the comparative examples, both the salt water immersion test and the salt water spray test are out of specification. The use of a nickel electrode results in lower quality than when using a zinc electrode. This seems to be due to the fact that both baths are zinc> nickel. Moreover, the results of Comparative Example is inferior is believed to free H 3 PO 4 is affecting.
The results of the salt water immersion test in Table 3 are summarized in FIG. The results of the salt spray test shown in Table 3 are summarized in FIG. There is a difference in the corrosion resistance results between Comparative Examples 9-16 and Examples 9-16. The stability of the treatment bath is clearly different between the comparative example and the example. That is, in the comparative example containing a large amount of free phosphoric acid, the electrode surface reacts with the treatment bath, and the stability of the treatment bath cannot be ensured. Therefore, the comparative example is disadvantageous for practical use. 5 and 6 show the results of the electroless treatment in comparison. The result of the electroless treatment is the technical level that is currently in practical use. The results of the examples are superior to the results of the electroless treatment.

第2段階
現在実用化されている無電解塗装前処理の状況を把握する。(故に、比較例17、18は従来技術例1、2とする事も出来る)
比較例17は アルミ材(A6061)を従来の無電解処理の方式で塗装前処理→カチオン電着を行ったものである。塗装前処理は、ジルコニウム系の皮膜を形成したものであり、カチオン電着塗装は上記1〜16と同じものである。現時点で、アルミ材に対し電解処理を適用し、リン酸塩化成皮膜を形成し塗装した例は報告されていない。
Phase 2 Understand the status of electroless coating pretreatment currently in practical use. (Thus, Comparative Examples 17 and 18 can be used as Prior Art Examples 1 and 2.)
In Comparative Example 17, an aluminum material (A6061) was subjected to pre-coating treatment → cation electrodeposition by a conventional electroless treatment method. The pretreatment for coating is performed by forming a zirconium-based film, and the cationic electrodeposition coating is the same as in the above 1-16. At present, no example has been reported in which electrolytic treatment is applied to an aluminum material to form a phosphate conversion coating and then paint.

比較例17に使用する塗装下地処理浴は、ナノメーター(nm)レベルの無機皮膜をアルミ材表面に形成する。その処理浴は、無電解処理でジルコニウム系皮膜を形成する。故に、ジルコニウムイオン、フッ素イオン、硝酸イオンを含むPH2の浴で、温度を45℃に維持し、2.5分の浸漬でアルミ材表面にnmレベルのジルコニウム系皮膜を形成する。nmレベルの皮膜は、μmレベルであるリン酸塩化成皮膜より密着性に劣る事が推定される。 The coating ground treatment bath used in Comparative Example 17 forms an inorganic film having a nanometer (nm) level on the aluminum material surface. The treatment bath forms a zirconium-based film by electroless treatment. Therefore, a PH2 bath containing zirconium ions, fluorine ions and nitrate ions is maintained at a temperature of 45 ° C., and a zirconium-based film of nm level is formed on the aluminum material surface by immersion for 2.5 minutes. It is presumed that the nanometer level coating is inferior in adhesion to the phosphate chemical coating at the μm level.

従って、比較例17は現状の実用化されているレベルの耐食性を表す。
比較例17の塗装結果を表5に示す。
Therefore, Comparative Example 17 represents the current level of practical corrosion resistance.
The coating results of Comparative Example 17 are shown in Table 5.

現状のアルミ材の無電解処理の下地処理を使用した塗装の塩水噴霧試験の結果は電解処理実施品と同レベルである。しかし、塩水浸漬試験では剥離幅12mmであり、剥離しない電解リン酸塩化成皮膜形成品よりも大幅にレベルは低下する。無電解処理で塩水噴霧試験と塩水浸漬試験で剥離幅が異なるのは、温度の影響と考える。塩水浸漬試験は55℃の浴に浸漬するに対し、塩水噴霧試験は、35℃の塩水を噴霧する。塗膜剥離は、その部分に塩素イオンが浸透し、塗膜を素材から剥離するものであるが、温度が高ければ浸透作用は強くなる。又、55℃の浴に浸漬するのと、35℃の大気中で液を噴霧するのでは、55℃の浴に浸漬する方が温度の作用は大きい。故に、温度の差が試験に影響して、両者の違いを生じたものと考える。 The results of the salt spray test of the coating using the ground treatment of the current aluminum material for electroless treatment are at the same level as the electrolytic treatment product. However, in the salt water immersion test, the peel width is 12 mm, and the level is significantly lower than that of an electrolytic phosphate conversion film-formed product that does not peel. The difference in peel width between the salt spray test and the salt water immersion test in electroless treatment is considered to be due to the effect of temperature. The salt water immersion test is immersed in a 55 ° C. bath, whereas the salt spray test sprays 35 ° C. salt water. In coating film peeling, chlorine ions permeate into the portion, and the coating film is peeled off from the material. However, if the temperature is high, the penetrating action becomes strong. In addition, when immersed in a 55 ° C. bath and when spraying a liquid in an atmosphere of 35 ° C., the effect of temperature is greater when immersed in a 55 ° C. bath. Therefore, it is considered that the difference in temperature has affected the test, resulting in a difference between the two.

注)参考例として図28に塗装下地処理を実施しないもの(T/P)を塩水噴霧試験1500時間行ったものを示す。下地処理無でも塩水噴霧での剥離幅は3mmであり、これは規格(5mm以下)を満足する。
又、工程は、(1)処理時間2.5分と長い事から大型設備となり、(2)処理温度45℃ (3)処理浴にフッ素を含有等の点で小エネルギー対応、環境負荷物質の点で課題がある。本発明の実施例は処理時間15秒、処理温度30℃、フッ素を含まない処理浴の工程(設備)で、耐食性も従来技術より上である。
Note) As a reference example, Fig. 28 shows a sample that was not subjected to coating surface treatment (T / P) and was subjected to a salt spray test for 1500 hours. Even without the surface treatment, the peeling width by salt spray is 3 mm, which satisfies the standard (5 mm or less).
In addition, the process is (1) a large facility due to the long processing time of 2.5 minutes, (2) a processing temperature of 45 ° C, and (3) a small energy response in terms of containing fluorine in the processing bath, and environmental impact substances. There are challenges. The embodiment of the present invention is a treatment bath process (equipment) having a treatment time of 15 seconds, a treatment temperature of 30 ° C., and no fluorine, and the corrosion resistance is higher than that of the prior art.

比較例18
比較例18は 冷延鉄鋼材(spcc-sd)を従来の無電解処理の方式で塗装前処理→カチオン電着を行ったものである。塗装前処理は、無電解処理でカチオン電着塗装は上記1〜16と同じものである。
表6 比較例18の冷延鋼板(SPCC−SD)塗装工程(無電解前処理)を示す。
Comparative Example 18
In Comparative Example 18, cold-rolled steel (spcc-sd) was subjected to pre-coating treatment → cationic electrodeposition by a conventional electroless treatment method. The pretreatment for coating is an electroless treatment, and the cationic electrodeposition coating is the same as the above 1-16.
Table 6 shows the cold rolled steel sheet (SPCC-SD) coating process (electroless pretreatment) of Comparative Example 18.


表7に比較例18の結果を示す。 Table 7 shows the results of Comparative Example 18.

塩水浸漬試験、塩水噴霧試験とも目標規格を外れており電解リン酸塩処理を適用したもの劣位である。工程(設備)的にも2分の処理時間であり、電解処理の15秒に対し劣っている。 Both the salt water immersion test and the salt spray test are out of the target standard and are inferior to those applying electrolytic phosphate treatment. The process time (equipment) is 2 minutes, which is inferior to the electrolytic process of 15 seconds.

第3段階: 全Zn/H3PO4比率を0.5、0.6 と大きくした時の確認
全Zn/HPO比率を大きくする方向は、リン酸塩化成皮膜の形成を容易とする方向であるが、塗装耐食性への影響を確認し、全Zn/H3PO4比率の上限を推測する。
Stage 3: direction to increase the check total Zn / H 3 PO 4 ratio when large as 0.5, 0.6 total Zn / H 3 PO 4 ratio, is in a direction to facilitate the formation of the phosphate conversion coating However, the effect on coating corrosion resistance is confirmed, and the upper limit of the total Zn / H3PO4 ratio is estimated.

全Zn/H3PO4比率を0.5(比較例19と実施例17、18)の時の塗装耐食性調査する。
比較例19はZn(ZnO)=0.25、実施例17=0.3 実施例18=0.35である。
12v、15秒の電解処理→電着塗装を行う。電解処理浴以外の工程は実施例1と同じ電解条件である。耐食性評価は、塩水浸漬試験で行い、結果を表9に示す。
The coating corrosion resistance is investigated when the total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.5 (Comparative Example 19 and Examples 17 and 18).
In Comparative Example 19, Zn (ZnO) = 0.25, Example 17 = 0.3, Example 18 = 0.35.
12v, 15 seconds of electrolytic treatment → electrodeposition coating. The steps other than the electrolytic treatment bath are the same electrolysis conditions as in Example 1. The corrosion resistance was evaluated by a salt water immersion test, and the results are shown in Table 9.

比較例19のA6061に規格外がある。
A6061 of Comparative Example 19 is out of specification.

全Zn/H3PO4比率を0.6(比較例20と実施例19、20)の時塗装耐食性を調査する。
比較例20はZn(ZnO)=0.25、実施例19=0.3 実施例20=0.35である。
電解リン酸塩処理は、8v×15秒で行う。その後電着塗装を行う。全Zn/H3PO4比率を0.6としたので、皮膜形成は容易な方向であり、故に、電解処理での印加電圧を下げる。12vの印加ではリン酸塩化成皮膜量が多くなり過ぎると推測する。
The coating corrosion resistance is investigated when the total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.6 (Comparative Example 20 and Examples 19 and 20).
In Comparative Example 20, Zn (ZnO) = 0.25, Example 19 = 0.3, Example 20 = 0.35.
Electrolytic phosphate treatment is performed at 8 v × 15 seconds. After that, electrodeposition coating is performed. Since the total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.6, the film formation is easy, so the applied voltage in the electrolytic treatment is lowered. It is presumed that the amount of phosphate conversion film increases too much when 12v is applied.


全Zn/H3PO4比率を0.6に上昇させた時、印加電圧を調整すれば耐食性良好な結果を得た。

When the total Zn / H 3 PO 4 ratio was increased to 0.6, good corrosion resistance was obtained by adjusting the applied voltage.

第4段階
全Zn/H3PO4比率を0.6で、印加電圧の最低値を把握
実施例21は、実施例20と同じ処理浴(Zn(ZnO)=0.35)である。実施例20は、印加電圧8vで良好であった。印加電圧を更に6vまで下げ、15秒の電解処理を実施する。
印加電圧の下限を推測する。
Fourth Step The total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.6, and the minimum value of the applied voltage is grasped. Example 21 is the same treatment bath (Zn (ZnO) = 0.35) as Example 20. Example 20 was good at an applied voltage of 8v. The applied voltage is further reduced to 6v and the electrolytic treatment is performed for 15 seconds.
Estimate the lower limit of the applied voltage.


6vの電解処理でも、アルミ材(A6061)、鉄鋼材(SPCC−SD)とも塩水浸漬試験の結果は良好である。しかし、実施例21の浴で、印加電圧4vでは耐食性は規格を満足できなかった。

Even in 6v electrolytic treatment, the results of the salt water immersion test are good for both the aluminum material (A6061) and the steel material (SPCC-SD). However, the corrosion resistance of the bath of Example 21 could not satisfy the standard at an applied voltage of 4 v.

第5段階 :リン酸の下限濃度の調査
実施例3の浴を希釈し、リン酸濃度の下限を推測する。
実施例22は、実施例3浴を0.8に希釈する。実施例23、実施例24は、実施例23浴を更に0.8に希釈する。実施例23、実施例24は、実施例3浴を0.64まで希釈した。(0.8×0.8=0.64)
Fifth stage: Investigation of lower limit concentration of phosphoric acid Dilute the bath of Example 3 and estimate the lower limit of phosphoric acid concentration.
Example 22 dilutes the Example 3 bath to 0.8. Examples 23 and 24 further dilute the Example 23 bath to 0.8. In Examples 23 and 24, the Example 3 bath was diluted to 0.64. (0.8 × 0.8 = 0.64)


12v・15秒で電解する。アルミ材(A6061)、冷延鋼板(SPCC)とも耐食性は良好である。

Electrolyze in 12v, 15 seconds. Both aluminum material (A6061) and cold-rolled steel plate (SPCC) have good corrosion resistance.


8v・15秒で電解する。アルミ材(A6061)の結果は悪いがあるが、冷延鋼板(SPCC)は良好である。リン酸50g/l程度で、8v電解は今回の試験例で最も低濃度、定電圧である。しかし、冷延鋼板(SPCC)は耐食性良好である。 Electrolyze in 8v, 15 seconds. Although the result of the aluminum material (A6061) is bad, the cold-rolled steel sheet (SPCC) is good. At about 50 g / l phosphoric acid, 8v electrolysis is the lowest concentration and constant voltage in this test example. However, cold rolled steel sheet (SPCC) has good corrosion resistance.


第6段階 :電解時間10秒での確認、:全Zn/H3PO4比率0.6 での確認
全Zn/H3PO4比率を0.6にした時で15秒(8v印加)は、比較例20、実施例19、実施例20で確認した。皮膜形成が容易な方向であり、印加電圧は8vまで低下させている。そして、電解時間の短縮を調査した。比較例21、実施例25、実施例26は、それぞれ比較例20、実施例19、実施例20で用いた処理浴を使用し、8v印加で10秒の電解処理を行い、電着塗装を行ったものの結果である。
Step 6: Confirmation at electrolysis time of 10 seconds: Confirmation at the total Zn / H 3 PO 4 ratio of 0.6 When the total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.6, 15 seconds (8v applied) is Comparative Example 20. These were confirmed in Example 19 and Example 20. The direction in which the film is formed is easy, and the applied voltage is reduced to 8v. And the shortening of the electrolysis time was investigated. Comparative Example 21, Example 25, and Example 26 use the treatment baths used in Comparative Example 20, Example 19, and Example 20, respectively, and perform electrolytic treatment for 10 seconds by applying 8v to perform electrodeposition coating. Is the result of

表15の結果は、全Zn/H3PO4比率を0.6にした時では、10秒の電解処理で、実施例の範囲の処理浴:Zn(ZnO)/H3PO4=0.3、0.35を使用すれば、塩水浸漬試験で塗膜剥離幅5mm以下を達成できる事を示している。本発明は、30秒以下での塗装前処理を行うものであるが10秒の電解処理でも目標の塗装耐食性を得る。 The results in Table 15 show that when the total Zn / H 3 PO 4 ratio is 0.6, electrolytic treatment for 10 seconds is performed, and the treatment bath in the range of the example: Zn (ZnO) / H 3 PO 4 = 0.3, 0.35 If used, the salt water immersion test shows that a coating film peeling width of 5 mm or less can be achieved. In the present invention, the coating pretreatment is performed in 30 seconds or less, but the target coating corrosion resistance is obtained even in the electrolytic treatment for 10 seconds.

実施例17〜26、比較例19〜21 (亜鉛電極使用)の塩水浸漬試験の結果を図7に示す。実施例24のA6061(アルミ材)でハガレ幅が規格5mmを超過する以外は、実施例は全て規格内である。実施例24は、リン酸濃度の下限を調査したものである。そして、鉄鋼材ではハガレ幅は規格内である。鉄鋼材でハガレ幅が無い事から、実施例24及びその浴は、本発明の範囲とする。一方、比較例では多くの場合で規格幅を超過している。
比較例は、Zn(ZnO)/H3PO4の指標で本発明の範囲外のものであり、それは耐食性評価でも規格外になる傾向である事を示している。
The result of the salt water immersion test of Examples 17-26 and Comparative Examples 19-21 (use of a zinc electrode) is shown in FIG. Except for A6061 (aluminum material) of Example 24, the peeling width exceeds the standard of 5 mm, all the examples are within the standard. In Example 24, the lower limit of the phosphoric acid concentration was investigated. And in steel materials, peeling width is within a specification. Example 24 and its bath are within the scope of the present invention because there is no peeling width in steel. On the other hand, the comparative examples often exceed the standard width.
The comparative example is an index of Zn (ZnO) / H 3 PO 4 that is out of the scope of the present invention, which indicates that the corrosion resistance evaluation tends to be out of specification.

塩水浸漬試験240hr、及び塩水噴霧試験1500hr 実施後の剥離状況を示した代表的な写真を示す。亜鉛電極を使用し、12v・15秒で電解した場合では、比較例7と実施例3を示す。(図8〜15) The typical photograph which showed the peeling condition after salt water immersion test 240hr and salt spray test 1500hr implementation is shown. In the case of using a zinc electrode and electrolyzing at 12 v · 15 seconds, Comparative Example 7 and Example 3 are shown. (Figs. 8-15)

ニッケル電極を使用し、12v・15秒で電解した場合では、比較例15と実施例11を示す。(図16〜23)上記の比較は、電解リン酸塩処理方法でのものである。現状の実用化技術は、比較例17、比較例18である。現状の耐食性状況を明確にするため、比較例17及び比較例18の結果も写真で示す。(図24〜27)   Comparative Example 15 and Example 11 are shown in the case of using a nickel electrode and performing electrolysis at 12 v · 15 seconds. (FIGS. 16-23) The above comparison is with the electrolytic phosphate treatment method. The current practical technologies are Comparative Example 17 and Comparative Example 18. In order to clarify the current state of corrosion resistance, the results of Comparative Example 17 and Comparative Example 18 are also shown by photographs. (Figs. 24-27)

「膜厚、光沢度」等の評価考察
表16に実施例の膜厚範囲と無電解処理品(比較例17、18)の膜厚を示す。
Evaluation consideration table 16 such as “film thickness and glossiness” shows the film thickness ranges of the examples and the film thicknesses of the electrolessly treated products (Comparative Examples 17 and 18).

無電解処理品は、電着塗装時間〜2.5分であるに対して、本発明の実施例は全て48秒で電着塗装を行っている。本発明の実施例は、塗装時間が短いにも関わらず同程度以上の膜厚を有する。これは本発明で生成するリン酸塩被膜が関係していると推測される。これは、本発明の効果の1つである。 The electroless treatment product has an electrodeposition coating time of ~ 2.5 minutes, while all the examples of the present invention perform electrodeposition coating in 48 seconds. The embodiment of the present invention has a film thickness of the same level or more in spite of a short coating time. This is presumed to be related to the phosphate coating produced in the present invention. This is one of the effects of the present invention.

表17に実施例の光沢度範囲と無電解処理品(比較例17、18)の光沢度を示す。 Table 17 shows the glossiness range of the examples and the glossiness of electrolessly treated products (Comparative Examples 17 and 18).

本発明の実施例は、現状の無電解処理品と同等の光沢度を有している。これは、本発明品が、外観(光沢度)で現状品レベルである事を示している。 The embodiment of the present invention has a glossiness equivalent to that of the current electroless processed product. This indicates that the product of the present invention is at the current product level in appearance (glossiness).

「使用した亜鉛電極の状態」
比較例と実施例で電解処理に使用した亜鉛電極の表面状態に違いが出る事を「電解リン酸塩化成処理浴の安定性確保」の所で記述した。その状況を図29(比較例)と図30(実施例)に示す。図29と図30は、実験を行った2ケ月間に使用した亜鉛電極を実験後2週間以上大気中に放置した後の外観である。比較例(図29)の電極表面はリン酸亜鉛結晶が表面に析出し、ザラザラした状況である。一方、実施例(図30)の電極表面は平滑である。
"State of used zinc electrode"
It was described in the section “Ensuring the stability of electrolytic phosphate chemical treatment bath” that the surface condition of the zinc electrode used in the electrolytic treatment differs between the comparative example and the example. The situation is shown in FIG. 29 (comparative example) and FIG. 30 (example). FIG. 29 and FIG. 30 are external views after the zinc electrode used in the two months of the experiment was left in the atmosphere for two weeks or more after the experiment. The surface of the electrode of the comparative example (FIG. 29) is in a rough state where zinc phosphate crystals are precipitated on the surface. On the other hand, the electrode surface of an Example (FIG. 30) is smooth.

実施例のまとめ:考察
本発明の処理浴は、リン酸40g/l程度〜120g/Lの範囲で、Zn(ZnO)/H3PO4と全Zn/H3PO4 で規定する事ができる。その概要を図2に示す。
Summary of Examples: Discussion The treatment bath of the present invention is defined by Zn (ZnO) / H 3 PO 4 and total Zn / H 3 PO 4 in the range of about 40 g / l phosphoric acid to 120 g / L. I can do it. The outline is shown in FIG.

本発明の電解リン酸塩化成処理浴組成物は、鉄鋼や鉄鋼以外の材料へのリン酸塩化成皮膜形成に適用することができる。

The electrolytic phosphate chemical treatment bath composition of the present invention can be applied to the formation of a phosphate chemical conversion film on materials other than steel and steel.

Claims (4)

酸化亜鉛をリン酸溶液に亜鉛/リン酸(重量比)=0.26〜0.35の範囲で溶解又は化合させ、リン酸と亜鉛の会合体:「H2PO4 ‐Zn2+‐H2PO4 ‐・・」を形成する工程(1)、
前記工程(1)で得られた「リン酸と亜鉛の会合体」含む溶液に硝酸を加え会合体を含む溶液を溶解させる工程(2)、
前記工程(2)で得られた溶液に硝酸亜鉛を加え溶解させる工程(3)及び
前記工程(3)で得られた溶液に硝酸ニッケルを溶解させる工程(4)によって得られ、
全亜鉛/リン酸の重量比が0.35〜0.65の範囲であることを特徴とするリン酸イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、硝酸イオンから構成される電解リン酸塩化成処理浴組成物。
Zinc oxide is dissolved or combined in a phosphoric acid solution in the range of zinc / phosphoric acid (weight ratio) = 0.26 to 0.35, and an aggregate of phosphoric acid and zinc: “H 2 PO 4 −Zn 2+ −H 2 PO 4 - - ... process to form a "(1),
A step (2) of adding nitric acid to the solution containing “associates of phosphoric acid and zinc” obtained in the step (1) to dissolve the solution containing the aggregates;
Obtained by the step (3) in which zinc nitrate is added and dissolved in the solution obtained in the step (2) and the step (4) in which nickel nitrate is dissolved in the solution obtained in the step (3);
An electrolytic phosphate chemical treatment bath composition comprising phosphate ions, zinc ions, nickel ions, and nitrate ions, wherein the total zinc / phosphoric acid weight ratio is in the range of 0.35 to 0.65.
リン酸が40〜120g/L、全亜鉛が20〜78g/L、ニッケルが0.3〜30g/l、硝酸イオンが13〜90g/Lである塗装下地用に用いる請求項1の電解リン酸塩化成処理浴組成物 2. The electrolytic phosphate chemical conversion composition according to claim 1, which is used for a coating base having phosphoric acid of 40 to 120 g / L, total zinc of 20 to 78 g / L, nickel of 0.3 to 30 g / l and nitrate ion of 13 to 90 g / L. Treatment bath composition 酸化亜鉛をリン酸溶液に亜鉛/リン酸(重量比)=0.30〜0.35の範囲で溶解又は化合させ、リン酸と亜鉛の会合体:「H2PO4 ‐Zn2+‐H2PO4 ‐・・」を形成する工程(1)を有する請求項1又は2の塗装下地用に用いる電解リン酸塩化成処理浴組成物 Zinc oxide is dissolved or combined in a phosphoric acid solution in the range of zinc / phosphoric acid (weight ratio) = 0.30 to 0.35, and an aggregate of phosphoric acid and zinc: “H 2 PO 4 −Zn 2+ −H 2 PO 4 - - ... "electrolytic phosphate chemical treatment bath composition used for coating base according to claim 1 or 2 comprising the step (1) to form a 請求項1、請求項2又は請求項3の電解リン酸塩化成処理浴を用い、陽極として亜鉛又はニッケルを用い、陰極に被処理物を直流電源を介して接続し5〜30秒の通電を行い被処理物表面にリン酸塩皮膜を形成する事を特徴とする電解リン酸塩処理方法。

Using the electrolytic phosphate chemical treatment bath according to claim 1, claim 2 or claim 3, using zinc or nickel as an anode, connecting an object to be treated to a cathode via a direct current power source, and energizing for 5 to 30 seconds. An electrolytic phosphating method characterized in that a phosphate film is formed on the surface of an object to be processed.

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