JP2014504681A - リン酸塩コーティングの特徴を改善する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ｃａ、ＦｅおよびＭｎのリン酸塩コーティング中にナノ寸法六方晶窒化ホウ素を収容する混合物の開発、この混合物の適用、ならびに六方晶窒化ホウ素が収容されたＺｎ、Ｚｎ−Ｃａ、ＦｅおよびＭｎのリン酸塩でコーティングされた製品に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ｃａ、ＦｅおよびＭｎのリン酸塩コーティング中にナノ寸法六方晶窒化ホウ素を収容する混合物の開発、この混合物の適用、ならびに六方晶窒化ホウ素が収容されたＺｎ、Ｚｎ−Ｃａ、ＦｅおよびＭｎのリン酸塩でコーティングされた製品に関する。

リン酸塩コーティングは、鋼を腐食から保護するためにまたはプラスチックコーティングのより良い接着性を確保するために主として使用されたが、やがて、それは、金属を成形するために使用されるか、または摩擦を防止するためにその多孔質構造中に油を吸収することにより潤滑剤として使用され始めた。

Ｚｎ、Ｚｎ−ＣａおよびＦｅのリン酸塩コーティングは、一般に、押出しおよび圧延による金属成形加工に用いられる油および成形化学物質をその表面上に保持する。それにより、金属が二次成形されるときに成形化学物質が滲み出ることが確実となる。金属は、これらの条件で容易に流れ、金属が型にくっつかないので、型の寿命は増加する。

リン酸Ｍｎは、１９４０年代に鋼腐食を防止するために使用され始めた。やがて、それは、潤滑に用いられるコーティングになった。油を内部に閉じ込めるその硬質で多孔質構造のために、それは、潤滑を必要とする腐食環境のための最も適したコーティングとして使用され始めた。潤滑していない金属対金属の接触は、高温および高圧を発生させる。このような潤滑されていない環境における金属対金属の接触は、部品の腐食、磨耗、および破損をもたらす。ここで、金属対金属の摩擦を防止する重要性が、最も前面に現れるようになる。リン酸塩コーティングは、金属対金属の接触を止め、したがって、一般に、機械部品、ギア、ベッドおよびボールベアリング、リング、軸受け、シャフトならびに順に重ねて動かす同様の部品をコーティングするために、様々な分野、例えば、自動車、冷蔵庫、エアコン用コンプレッサなどに使用されている。

リン酸Ｍｎは、磨耗および摩擦に対して考え得る最善の特徴を有するリン酸塩コーティングの一種である。リン酸Ｍｎコーティングの適用の仕方は、英国特許第８１２０９５号明細書および英国特許第１，４１７，２６９号明細書と番号付けられた特許公報に広く記載されている。

米国特許出願公開第２００４／００６２８６９Ａ１号明細書には、リン酸Ｍｎコーティングが、特に可動部品に対する負荷の必要性およびより長い耐用年数に対して、最近の展開に応えられず、したがって、単純なリン酸マンガンコーティングは、ある種の分野でもはや使用することができないことが指摘されている。リン酸Ｍｎコーティングを改良するために、コーティングは、二硫化モリブデンを含有する水系樹脂を用いて表面膜で被覆された。

米国特許第１，６９６，３５９号明細書には、ギアおよび軸受けにおける摩擦を最小化するためのリン酸Ｍｎの適用、および磨耗を防止するために油への潤滑性リン成分の添加が開示されている。

米国特許第４，６６２，２６７号明細書では、リン酸Ｍｎでコーティングされたコンプレッサ部品に、樹脂と混合された二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛および窒化ホウ素を含有する潤滑膜が適用されている。

米国特許第６，５０９，０９９号明細書では、自動車分野の鋼シートに用いられるリン酸Ｚｎコーティングが、成形を容易にするために、様々な種類の樹脂と混合された、窒化ホウ素層に適用されている。

上記特許では、固体潤滑剤を含有する層の適用により、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｚｎ−ＣａおよびＦｅのリン酸塩コーティングの特徴を改善することが可能となる。リン酸塩コーティング上に追加されるこの層は、磨耗によって一定の期間後に破壊され、リン酸塩コーティングは露呈される。その上、それぞれの追加の層に追加の手順が必要とされ、これは、コストを増大させる。

本発明によって、リン酸処理の間にめっき浴に固体潤滑剤として知られる六方晶窒化ホウ素のナノ寸法粒子を添加するための混合物が開発される。この混合物の適用の結果として、ナノ寸法六方晶窒化ホウ素は、成形中にリン酸塩結晶の間に入る(ｉｎｔｅｒｌａｙｓ）。

六方晶窒化ホウ素は、コーティングされた製品の潤滑特徴を改善するが、その理由は、六方晶窒化ホウ素粒子が、リン酸塩結晶よりも良好な潤滑特性を有するからである。リン酸塩結晶の間に入ってしまうので、ナノ寸法六方晶窒化ホウ素は、他の方法と比較してより長期間持続し、追加の処理は、リン酸塩コーティングの間に適用されるので、必要とされない。

本発明は以下の利点を与える：
１．リン酸塩処理に用いられる六方晶窒化ホウ素のナノ寸法粒子をリン酸塩処理の間にリン酸塩コーティング浴（めっき浴）中に添加するための混合物の調製。
２．リン酸塩処理の間にこの混合物と一緒に浴溶液中へのナノ寸法六方晶窒化ホウ素の添加。これにより、リン酸塩層において結晶の間にそれが入るようになる。
３．きわめて低い摩擦係数（０．１５％）を有し、固体潤滑剤としても知られている六方晶窒化ホウ素によるリン酸塩コーティングの潤滑特性の改善。
４．ナノ寸法六方晶窒化ホウ素がリン酸塩コーティング浴中に直接添加されるので、追加の処理が必要とされなという理由で、時間および費用の節約。
５．ナノ寸法六方晶窒化ホウ素が、リン酸塩結晶の間に入るので、リン酸塩層による長期間の持続性。
６．この方法を用いてコーティングされた製品についての摩擦係数の低下、および他の利点（主題の当業者によって推測され得る利点とは別に、磨耗影響が少ないための製品寿命の増加および使用中のエネルギー節約を含む）。

図１は、リン酸Ｍｎ結晶の間に入っているナノ寸法六方晶窒化ホウ素粒子を示す概略図である。 図２は、リン酸Ｍｎ結晶の間のナノ寸法六方晶窒化ホウ素粒子の拡大（５０００×）図である。 図３は、リン酸Ｍｎ結晶の間のナノ寸法六方晶窒化ホウ素粒子の拡大（５００００×）図である。

本発明は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ｃａ、ＦｅおよびＭｎのリン酸塩コーティング浴中に六方晶窒化ホウ素を添加するための混合物の調製を提供する。これは、０．２から１０重量％の六方晶窒化ホウ素を含有する水系混合物である。六方晶窒化ホウ素は、独立して用いることができるが、同様に種々の添加剤を用いることが可能である。混合物は、様々な比率で、ナノ寸法固体潤滑剤（限定されるものではないが、二硫化モリブデン、黒鉛、二硫化タングステンを含む）、界面活性剤および湿潤剤（限定されるものではないが、非イオン性、アニオン性、カチオン性、両イオン性界面活性剤および湿潤剤を含む）、ならびにリン酸塩浴化学物質（限定されるものではないが、アルカリ金属／重金属イオンを含有するリン酸溶液、オルトリン酸、リン酸マンガン塩、酸化剤、触媒、α−ヒドロキシ酸、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＴＰＡ グリコン酸、ニッケル、タングステンイオンを含む）も含有する。混合物中の六方晶窒化ホウ素のＤ５０は、５００ナノメートル未満である。ナノ寸法六方晶窒化ホウ素を含有するこの混合物は、リン酸塩コーティング浴に添加する前に、機械式および／または超音波方法を用いて十分に混合される。この混合物は、リン酸塩浴中に、コーティングの特性に依存して１％から５０％の比率で添加される。コーティング条件に関して他の変更は行われない。コーティングが完了すると、ナノ寸法六方晶窒化ホウ素は、コーティング処理の間に形成されるリン酸塩層の間隙の間に入っている。

図１は、リン酸Ｍｎ結晶の間に入っているナノ寸法六方晶窒化ホウ素粒子の概略図を示す。図２および図３は、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、リン酸Ｍｎ結晶の間のナノ寸法六方晶窒化ホウ素の存在を示す。図２は、リン酸Ｍｎ結晶を明瞭に示す５０００×の拡大図である。

リン酸Ｍｎ結晶の間のナノ寸法六方晶窒化ホウ素粒子は、寸法が非常に小さいので、鮮明ではない。しかしながら、５００００×の拡大画像である図３において、２つのリン酸Ｍｎの間に入ったナノ寸法六方晶窒化ホウ素を細部にわたって明瞭に薄片として見ることができる。

本発明は、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｚｎ−ＣａおよびＦｅのリン酸塩コーティング層の間にナノ寸法六方晶窒化ホウ素を入れることによって、追加の手順なしに、コーティング表面の摩擦係数を減少させる。リン酸Ｍｎコーティング中に六方晶窒化ホウ素を入れることによって摩擦係数のみならず、耐摩耗性が改善することにより、様々な分野（例えば、自動車、白物家電）で、コーティングされた製品自体を使用することが可能になる。

Claims (9)

1. リン酸塩コーティングの特性を改善するための本発明による方法において、固体潤滑剤として知られる六方晶窒化ホウ素のナノ寸法粒子をリン酸処理の間に前記コーティング浴中に添加するための混合物を調製し、および適用するステップを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載のリン酸塩コーティングの特性を改善する方法において、前記適用される混合物が、２つの方式であり得る、すなわち、１つは、０．２重量％から１０重量％のみの六方晶窒化ホウ素を含有する水系であるか、または１つは、同量の前記六方晶窒化ホウ素に加えて、ナノ寸法固体潤滑剤（限定されるものではないが、二硫化モリブデン、黒鉛、二硫化タングステンを含む）、界面活性剤および湿潤剤（限定されるものではないが、非イオン性、アニオン性、カチオン性、両イオン性界面活性剤および湿潤剤を含む)、ならびにリン酸塩浴化学薬剤（限定されるものではないが、アルカリ金属／重金属イオンを含有するリン酸溶液、オルトリン酸、リン酸マンガン塩、酸化剤、触媒、α−ヒドロキシ酸、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＴＰＡ グリコン酸、ニッケル、タングステンイオンを含む）を様々な比率で含有する水系であることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載のリン酸塩コーティングの特性を改善する方法において、前記混合物が、リン酸塩コーティング浴中への添加前に機械式および／または超音波方法を用いて十分に混合された後に適用されることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリン酸塩コーティングの特性を改善する方法において、前記混合物が、Ｚｎ、Ｚｎ−Ｃａ、Ｆｅ、およびＭｎのリン酸浴中に１重量％から５０重量％の比率で添加されることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリン酸コーティングの特性を改善する方法において、リン酸塩コーティング浴中に添加されるナノ寸法六方晶窒化ホウ素の結晶粒サイズのＤ５０が、５００ナノメートル未満であるべきであることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリン酸塩コーティング潤滑特性を改善する方法において、前記方法が、成形中にリン酸塩結晶の間に六方晶窒化ホウ素のナノ寸法粒子を入れる結果としてリン酸塩コーティングの潤滑特性を改善することを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリン酸コーティングの特性を改善する方法において、機械部品、ギア、ベッドおよびボールベアリング、リング、軸受け、およびシャフトをコーティングするために、様々な分野、例えば、自動車、冷蔵庫、エアコン用コンプレッサなどの分野でのリン酸Ｍｎコーティングの適用が、摩擦係数を減少させ、耐摩耗性を増加させることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリン酸塩コーティングの特性を改善する方法において、前記適用されたＺｎ、Ｚｎ−Ｃａ、Ｆｅのリン酸塩コーティングが、摩擦係数を減少させるために金属成形における予備調製として使用されることを特徴とする方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のリン酸コーティングの特性を改善する方法において、前記適用されたＭｎ、Ｚｎ、Ｚｎ−Ｃａ、Ｆｅのリン酸塩コーティングが、適用される表面のすべてで摩擦係数を減少させるのに役立つことを特徴とする方法。

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