JP2019189937A - Method and apparatus for forming functional layer on surface of metal base material layer - Google Patents

Method and apparatus for forming functional layer on surface of metal base material layer Download PDF

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Abstract

To provide a method for forming a functional layer on the surface of a base material layer, capable of forming a functional layer, such as a resin coating layer and a plating layer on the surface of the base material layer by simple work, forming a new functional layer with high adhesion and reducing work time and work load.SOLUTION: The method for forming a functional layer on the surface of a base material layer comprises the steps of: contacting superheated steam to the surface of the base material layer to remove contamination (including an oxide film), etc., adhering to the surface and simultaneously, temporarily extend a surface depression, a crack and a space between molecules or atoms; contacting a catalyst layer formation agent including catalyst layer formation molecules to the surface to penetrate the catalyst layer formation molecules into the space and bonding them with the surface of the base material layer to form a catalyst layer; and forming a functional layer in at least a part of the surface of the catalyst layer. The surface of the base material layer is activated by contacting the superheated steam on the surface, and the activated surface and the catalyst layer formation molecules are bonded.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属又は金属合金の基材層の表層に、これら基材層の防錆、防食、保護、透水抑制、装飾、軽量化など種々の機能を目的として機能層を形成するに際し、前記機能層を前記表層に高い密着性で一体的に形成することのできる方法及びそのための装置に関する。   When the present invention forms a functional layer on the surface layer of a base layer of a metal or metal alloy for the purpose of various functions such as rust prevention, corrosion prevention, protection, water permeation suppression, decoration, weight reduction of the base layer, The present invention relates to a method capable of integrally forming a functional layer on the surface layer with high adhesion and an apparatus therefor.

基材層の表層に形成される前述の用途を目的とした機能層の代表例として、メッキや樹脂塗装などを挙げることができる。このうちメッキは、金属を溶解した溶液中などで処理を行なうウエット方式と、真空中などで行なうドライ方式があり、基材層の表層に金属の薄い膜を形成する技術である。
また、樹脂塗装は、基材層の表層に樹脂塗料を接触させて樹脂塗膜層を形成する技術である。更に、金属と樹脂の異種材料を接着剤で接合して軽量化する技術が用いられていた。
そして、従来、基材層の表層と機能層との密着性を高めるために、先ず基材層の表層の汚れの除去、粗面化または、機能層との馴染を高めるために下地層の形成などが行なわれている。
Typical examples of the functional layer for the purpose described above formed on the surface layer of the base material layer include plating and resin coating. Among these, the plating includes a wet method in which the treatment is performed in a solution in which a metal is dissolved and a dry method in which the treatment is performed in a vacuum, and is a technique for forming a thin metal film on the surface layer of the base material layer.
Resin coating is a technique for forming a resin coating layer by bringing a resin paint into contact with a surface layer of a base material layer. Furthermore, a technique for reducing the weight by joining different materials of metal and resin with an adhesive has been used.
Conventionally, in order to improve the adhesion between the surface layer of the base material layer and the functional layer, first, the surface layer of the base material layer is first removed to remove dirt, roughen, or improve the familiarity with the functional layer. Etc. are done.

ここで、前述した基材層の表層に機能層を強固に密着させるため、有機溶剤やアルカリ系洗浄剤、又は酸洗い(エッチング)等が用いられていた。更に、表面の状態によっては、ケレンやブラストなどでの研磨で基材の劣化した機能層や汚れ(酸化被膜を含む)を除去するなどして、清浄で活性な表層を得ていた。また、特許文献1には、金属表層に発生した酸化被膜などの不純物の除去が開示され、このような酸洗い(エッチング)を用いることで基材層の表層を活性化することも行われている。   Here, in order to firmly adhere the functional layer to the surface layer of the base material layer described above, an organic solvent, an alkaline cleaning agent, pickling (etching), or the like has been used. Furthermore, depending on the state of the surface, a clean and active surface layer was obtained by removing a functional layer or dirt (including an oxide film) on which the base material deteriorated by polishing with kelen or blast. Patent Document 1 discloses removal of impurities such as an oxide film generated on a metal surface layer, and the surface layer of the base material layer is also activated by using such pickling (etching). Yes.

特開2011−20006号公報(例えば段落0011の記載参照)JP 2011-20006 (see, for example, paragraph 0011) 特開2012−237064号公報JP 2012-237064 A

しかし、いずれの方法においても得られた活性表面は、大気中の酸素と接触して酸化し安定した酸化被膜を形成するので、この酸化被膜に機能層を形成することになり、優れた密着強度で接着することは困難であった。このような問題を解決するために、本願出願人は、鉄又はチタンを主成分とする合金の表面性状を改質し、もって樹脂などの機能層との密着性を向上させることのできる表面改質剤と処理方法である特許文献2において提案している。   However, the active surface obtained by either method oxidizes in contact with oxygen in the atmosphere to form a stable oxide film, so that a functional layer is formed on this oxide film and has excellent adhesion strength. It was difficult to bond with. In order to solve such a problem, the applicant of the present application has modified the surface properties of an alloy containing iron or titanium as a main component, thereby improving the adhesion with a functional layer such as a resin. It has proposed in patent document 2 which is a quality agent and a processing method.

この特許文献2に記載の方法によれば、化学研磨溶液を用いることで活性表面が酸化安定被膜を形成するのを遅らせるカップリング層を形成する作業は、比較的小さく小型なものには対応できるものの、大型な製品や屋外に設置されている構造物などに対して用いることは周辺環境保護の観点から使用が著しく制限されている。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、大型な製品や屋外に設置されている構造物などに対して用いることも可能で、周辺環境にも悪影響を及ぼすことがなく、かつ、簡単な作業で基材層の表層にキャタリスト層を形成することにより、従来の、樹脂塗装層や鍍金層等の機能層を作業負担も軽減すると共に、細部に渡り高い密着性で機能層を形成する方法及びこの方法の実施を自動化できる装置の提供を目的とする。
According to the method described in Patent Document 2, the operation of forming a coupling layer that delays the formation of an oxidation-stable film on the active surface by using a chemical polishing solution can be applied to a relatively small and small one. However, its use for large products and structures installed outdoors is remarkably restricted from the viewpoint of protecting the surrounding environment.
The present invention has been made in view of the above problems, and can be used for large products and structures installed outdoors, without adversely affecting the surrounding environment, and By forming a catalyst layer on the surface layer of the base material layer with a simple operation, the functional layer such as the conventional resin coating layer and plating layer can be reduced, and the functional layer can be applied with high adhesiveness in every detail. It is an object to provide a method of forming and an apparatus capable of automating the implementation of this method.

本発明の発明者が鋭意研究を行った結果、基材の組成に応じて、ハロゲン系無機酸や果実酸並びに電解酸性水などの酸性水溶液(PH5.8以下から0.1程度)、または水、或いはアルカリ水溶液(PH8.6以上から12.5程度)を適時選択し、基材表層に、先ず過熱蒸気として接触させることで表層の汚れが除去されると同時に微細な無数の凹み(図7のA及びB参照)や亀裂(同C参照)或いは、表層の凹みや亀裂、前記表層を形成する結晶組織の分子間又は原子間の間隙を一時的に拡開させることで、付着または、内在している水分や汚れ等を除去できることがわかった。本発明の発明者はこのような知見に基づき、前記表層に各種用途に応じた機能層を強固に形成する本発明の方法に想到した。前記本発明の方法の概念を図1に示す。また、本発明の概念に含まれる実施の形態を図6に示す。   As a result of intensive studies by the inventors of the present invention, depending on the composition of the base material, an acidic aqueous solution (PH 5.8 or less to about 0.1) such as halogen-based inorganic acid, fruit acid, and electrolytic acid water, or water, or An alkaline aqueous solution (PH8.6 or more to about 12.5) is selected in a timely manner, and the surface layer is first brought into contact with the substrate surface as superheated steam, and the surface layer is removed and at the same time numerous fine dents (A and B in FIG. 7). See) and cracks (see C), or dents and cracks in the surface layer, or the interstitial or interatomic gaps of the crystal structure forming the surface layer, thereby temporarily adhering or existing moisture. It was found that dirt and dirt can be removed. Based on such knowledge, the inventor of the present invention has come up with the method of the present invention in which a functional layer corresponding to various uses is firmly formed on the surface layer. The concept of the method of the present invention is shown in FIG. An embodiment included in the concept of the present invention is shown in FIG.

請求項1に記載する発明は、基材層の表層に過熱蒸気を接触させ、前記表層の凹み、亀裂、分子間又は原子間の間隙を一時的に拡開する工程と、キャタリスト層形成分子を含有するキャタリスト層形成剤を前記表層に接触させ、一時的に拡開させた前記間隙に前記キャタリスト層形成分子を侵入させた後、前記間隙を閉じ、前記間隙の内部に前記キャタリスト層形成分子を閉じこめ、前記間隙の内部と外側の前記キャタリスト層形成分子を結合させてキャタリスト層を形成する工程と、前記キャタリスト層の表層の少なくとも一部に機能層を形成する工程とを有する方法としてある(図6(i))。
過熱蒸気の接触により既述の部分から水分等が蒸発し、体積が減少することで真空の潜熱を帯びた活性な表層状態となり、その後、キャタリスト層形成剤を形成する成分を含む水溶液(単に「キャタリスト層形成剤」と記載することもある)を接触(好ましくは過熱蒸気として接触)させることでキャタリスト層形成剤を基材層の表層に吸収させ、基材表層の潜熱と自己熱の関与によりキャタリスト層形成剤に含まれる水分が蒸発し、無数の凹みや亀裂などの空隙内に成分のみがドーピングされ基材表層と強固に一体化したキャタリスト層が形成されると推測できる。
なお、本発明において「汚れ」とは、金属加工時に発生した偏析し粗大化した結晶粒(イオン化傾向の高い結晶粒や塊を含む)や、結晶粒界に侵入したガス体又は/並びに介在物、さらには表層を覆う酸化被膜を指す。
The invention described in claim 1 includes a step of bringing superheated steam into contact with the surface layer of the base material layer to temporarily widen the recesses, cracks, intermolecular or interatomic gaps in the surface layer, and catalyst layer forming molecules. The catalyst layer forming agent containing the catalyst layer is brought into contact with the surface layer, the catalyst layer forming molecules are allowed to enter the gap that has been temporarily expanded, the gap is then closed, and the catalyst is placed inside the gap. Forming a catalyst layer by confining layer-forming molecules and bonding the catalyst layer-forming molecules inside and outside the gap; and forming a functional layer on at least a part of the surface layer of the catalyst layer; (FIG. 6 (i)).
Moisture and the like evaporate from the above-mentioned part by contact with superheated steam, and the volume is reduced to become an active surface layer with latent heat of vacuum, and then an aqueous solution containing a component that forms a catalyst layer forming agent (simply The catalyst layer forming agent is absorbed by the surface layer of the base material layer by contacting (preferably contacting as superheated steam), and the latent heat and self-heating of the base material surface layer. It can be inferred that the moisture contained in the catalyst layer forming agent evaporates due to the involvement of the catalyst, and only a component is doped into the voids such as innumerable dents and cracks to form a catalyst layer firmly integrated with the substrate surface layer. .
In the present invention, “dirt” refers to segregated and coarsened crystal grains (including crystal grains and lumps having a high ionization tendency) generated during metal processing, gas bodies or / and inclusions that have entered the crystal grain boundaries. Furthermore, it refers to an oxide film covering the surface layer.

請求項2に記載するように、前記基材層の表層に過熱蒸気を接触させることで前記表層を活性化させ、活性化させた前記表層と前記キャタリスト層形成分子とを結合させるようにしてもよい。
このようにすることでより強固に基材層に結合したキャタリスト層を得ることができる。
According to a second aspect of the present invention, the surface layer is activated by bringing superheated steam into contact with the surface layer of the base material layer, and the activated surface layer and the catalyst layer forming molecule are bound to each other. Also good.
By doing in this way, the catalyst layer couple | bonded with the base material layer more firmly can be obtained.

本発明の方法によって基材層の表層に形成される前記機能層としては、請求項3に記載するように、合金層、化合物層、混合物層、セラミック層、樹脂層、鍍金層又は防護層のいずれかとすることができる。
請求項4に記載するように、前記キャタリスト層形成剤に粘性付与剤を添加してもよい。また、請求項5に記載するように前記キャタリスト層形成剤を前記表層に接触させた後に過熱蒸気を接触させてもよい(図6(vi))。この方法は、塗布や浸漬によりキャタリスト層を形成する場合に特に有効である。
請求項6に記載するように、前記過熱蒸気の水溶液にキャタリスト層形成剤を含有させることで、前記過熱蒸気を接触させる工程と前記キャタリスト層を形成する工程とを同時に行うことができるようになる(図6(ii)(v))。
As the functional layer formed on the surface layer of the base material layer by the method of the present invention, as described in claim 3, an alloy layer, a compound layer, a mixture layer, a ceramic layer, a resin layer, a plating layer, or a protective layer It can be either.
As described in claim 4, a viscosity imparting agent may be added to the catalyst layer forming agent. Further, as described in claim 5, superheated steam may be contacted after the catalyst layer forming agent is contacted with the surface layer (FIG. 6 (vi)). This method is particularly effective when a catalyst layer is formed by coating or dipping.
The step of bringing the superheated steam into contact with the step of forming the catalyst layer can be simultaneously performed by adding a catalyst layer forming agent to the superheated steam aqueous solution. (Fig. 6 (ii) (v)).

請求項7に記載するように、前記キャタリスト層形成剤はドーピング金属分子を含んでいてもよく、このようなドーピング金属分子としては金属イオン分子や金属酸化物の分子を挙げることができる。
なお、前記基材層の表層に過熱蒸気を接触させる工程の前に、基材の組成に応じて酸性水溶液及びアルカリ水溶液を前記基材層に接触させる工程を設けてもよい(図6(iii) (iv))。この酸性水溶液及びアルカリ水溶液は、過熱蒸気としてもよいし、過熱蒸気としなくてもよい。
According to a seventh aspect of the present invention, the catalyst layer forming agent may contain doping metal molecules, and examples of such doping metal molecules include metal ion molecules and metal oxide molecules.
Prior to the step of bringing superheated steam into contact with the surface layer of the base material layer, a step of bringing an acidic aqueous solution and an alkaline aqueous solution into contact with the base material layer according to the composition of the base material may be provided (FIG. 6 (iii) (iv)). The acidic aqueous solution and the alkaline aqueous solution may or may not be superheated steam.

請求項8に記載するように、前記過熱蒸気は酸性水溶液、水又はアルカリ水溶液のいずれかであってもよく、請求項9に記載するように、前記酸性水溶液を前記表層に接触させた後に、中性水溶液又はこの過熱蒸気を前記表層に接触させてもよい(図6(iii)(iv)参照)。
基材層の表層への過熱蒸気の接触、キャタリスト層形成剤の接触及び機能層形成剤の接触処理方法としては、例えば図5(b)に示すように、各々の接触処理を行うチャンバー又は領域5を上流側から下流側に向けて順に配置し、上流側のチャンバー又は領域5から下流側のチャンバー又は領域5へ、コンベア6等で基材Wを矢印IIの方向に移動させながら各処理を順次行うバッチ処理方式を挙げることができる。
As described in claim 8, the superheated steam may be an acidic aqueous solution, water or an alkaline aqueous solution, and as described in claim 9, after contacting the acidic aqueous solution with the surface layer, A neutral aqueous solution or this superheated steam may be brought into contact with the surface layer (see FIGS. 6 (iii) and (iv)).
For example, as shown in FIG. 5 (b), the contact process of the superheated steam to the surface layer of the base material layer, the contact of the catalyst layer forming agent, and the contact treatment method of the functional layer forming agent may be performed by a chamber or The region 5 is arranged in order from the upstream side to the downstream side, and each process is performed while moving the substrate W in the direction of arrow II by the conveyor 6 or the like from the upstream chamber or region 5 to the downstream chamber or region 5. A batch processing system that sequentially performs the above can be given.

また、例えば請求項10及び図5(a)に示すように、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部と、基材層に近接して配置された複数の噴射ノズルとを準備し、前記噴射ノズルを上流側から順に、過熱蒸気を噴射する過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射するキャタリスト層形成剤噴射ノズル、機能層形成剤を噴射する機能層形成剤噴射ノズルとして割り当て、これらノズルを一体的に前記表層に対して移動させるようにしてもよい。この場合、請求項11に記載するように、前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含む場合に、前記過熱蒸気を一定圧力及び一定温度で保持して密閉する密閉容器を用いて、前記過熱蒸気噴射ノズルから噴射して基材に接触させるようにしてもよい。
このようにすることで、前記複数の噴射ノズルを通過させるだけで、過熱蒸気の接触、キャタリスト層の形成、機能性の形成を行うことができる。
Further, for example, as shown in claim 10 and FIG. 5A, a superheated steam generator for generating superheated steam and a plurality of spray nozzles arranged close to the base material layer are prepared, and the spray nozzle Are assigned as a superheated steam injection nozzle for injecting superheated steam, a catalyst layer forming agent injection nozzle for injecting superheated steam of a catalyst layer forming agent, and a functional layer forming agent injection nozzle for injecting a functional layer forming agent. These nozzles may be integrally moved with respect to the surface layer. In this case, as described in claim 11, when the superheated steam includes the catalyst layer forming agent, the superheated steam is held using a hermetically sealed container that holds the superheated steam at a constant pressure and a constant temperature. You may make it inject from a vapor | steam injection nozzle and make it contact a base material.
By doing in this way, contact of superheated steam, formation of a catalyst layer, and formation of functionality can be performed only by passing the plurality of injection nozzles.

前記基材層としては、Be・Mg・Al・Ti・Fe・Co・Ni・Cu・Zn・Mo・Rh・Pd・Ag・Sn・Sb・W・Ir・Pt・Au・Pb・Biの金属又は前述の金属を含む合金並びにB・Siのメタロイド系半金属のいずれかとすることができる。
なお、防護層や犠牲防食層などの形成に用いられる金属イオン及び/又は金属酸化物及び/又はその塩としては、特に、クロム、亜鉛、チタン、アルミニウム、錫、ビスマス、カルシウム、マグネシウム、セリウム又はモリブデンから選ばれた少なくとも1種類以上を挙げることができる。
また、キャタリスト層形成剤は、没食子酸、ピロガロール、タンニン酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、酒石酸、グリコール酸、グリセリン酸、オキシ吉草酸、サリチル酸、安息香酸、マンデル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸又はフタル酸或いはそれらのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、或いはEDTAのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩の中から選ばれた少なくとも1種以上を含む水溶液とするとよい。
As the base material layer, metals such as Be, Mg, Al, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Sb, W, Ir, Pt, Au, Pb, Bi Or it can be set as either the alloy containing the above-mentioned metal, and the metalloid type semimetal of B * Si.
In addition, as metal ions and / or metal oxides and / or salts thereof used for forming a protective layer, a sacrificial anticorrosive layer, etc., in particular, chromium, zinc, titanium, aluminum, tin, bismuth, calcium, magnesium, cerium or There may be mentioned at least one selected from molybdenum.
The catalyst layer forming agent is gallic acid, pyrogallol, tannic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, tartaric acid, glycolic acid, glyceric acid, oxyvaleric acid, salicylic acid, benzoic acid, mandelic acid, oxalic acid, malonic acid. And an aqueous solution containing at least one selected from succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid or phthalic acid, or an alkali metal salt or ammonium salt thereof, or an alkali metal salt or ammonium salt of EDTA. .

本発明において、「接触」とは、前記各種水溶液や過熱蒸気が、基材層の表層に触れることを意味し、塗布や浸漬、過熱蒸気の噴射、過熱蒸気雰囲気中での暴露など、その接触方法について限定されるものではない。   In the present invention, the term “contact” means that the various aqueous solutions and superheated steam touch the surface layer of the base material layer, such as coating, immersion, jetting of superheated steam, and exposure in a superheated steam atmosphere. The method is not limited.

本発明においてドーピング金属分子である金属イオンや金属酸化物としては、ベリリウム、マンガン、バリウム、アルミニウム、ホウ素、ケイ素、チタン、クロム、タングステン、マグネシウム、セリウム、ビスマス、カルシウム、亜鉛、錫、銅、アンチモン、ビスマス、コバルト、インジウム、ニッケル、モリブデン、パラジウム、銀、金、白金、ジルコニウム又はタングステンから選ばれた少なくとも1種以上となされたものが挙げられる。キャタリスト層形成剤に加えられるこれらドーピング金属は、キャタリスト層形成剤中で活性な状態を保ち、基材の表層においても活性な状態を維持するものである。   In the present invention, the metal ions and metal oxides which are doping metal molecules include beryllium, manganese, barium, aluminum, boron, silicon, titanium, chromium, tungsten, magnesium, cerium, bismuth, calcium, zinc, tin, copper, and antimony. , Bismuth, cobalt, indium, nickel, molybdenum, palladium, silver, gold, platinum, zirconium, or tungsten. These doping metals added to the catalyst layer forming agent remain active in the catalyst layer forming agent and remain active in the surface layer of the substrate.

本発明においてキャタリスト層とは、基材表層の微細な凹部や亀裂、更には、表層を形成する金属分子の間隙に入り込んだ金属イオンや金属酸化物などを含むキャタリスト層を形成することのできる成分と、基材層表層とで形成された状態の層である。また、過熱蒸気として使用された場合は、活性化した基材層表層の金属イオンとキャタリスト層形成分子とのイオン結合で形成された化合物層である。
同様に本発明では、キャタリスト層形成剤を含む水溶液の過熱蒸気を基材層表層に接触させた直後に機能層形成剤を接触させることで、機能層形成剤の分子がキャタリスト層形成剤の成分と強固に密着した機能層を形成することができる。
このように本発明の方法で基材層の表層にキャタリスト層を形成することにより、キャタリスト層を介して基材層と強固に密着した機能層を形成することができる。
In the present invention, the catalyst layer refers to the formation of a catalyst layer including fine recesses and cracks in the surface layer of the base material, and metal ions or metal oxides that have entered the gaps between the metal molecules forming the surface layer. It is a layer formed with a component that can be formed and a surface layer of the base material layer. When used as superheated steam, it is a compound layer formed by ionic bonds between activated metal ions on the surface layer of the base material layer and catalyst layer forming molecules.
Similarly, in the present invention, the molecule of the functional layer forming agent is brought into contact with the surface layer of the base layer immediately after the superheated steam of the aqueous solution containing the catalyst layer forming agent is brought into contact with the catalyst layer forming agent. It is possible to form a functional layer that is firmly adhered to the component.
As described above, by forming the catalyst layer on the surface layer of the base material layer by the method of the present invention, it is possible to form a functional layer that is firmly adhered to the base material layer via the catalyst layer.

上記方法を実施するための本発明の基材層表層への機能層の形成装置は、
請求項12に記載するように、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部と、移動方向の上流側から下流側に向けてフープバッチ処理方式(別図5−B参照)や基材層に近接して配置された複数の噴射ノズル別図5−A参照)とを有し、前記噴射ノズルを上流側から順に、過熱蒸気を噴射する過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射するキャタリスト層形成剤噴射ノズル、機能層形成剤を噴射する機能層形成剤噴射ノズルとして割り当てた構成としてある。このようにすることで、基材層に強固に密着した機能層の形成を短時間で効率よく行うことができる。
The apparatus for forming a functional layer on the surface layer of the base material layer of the present invention for carrying out the above method,
As described in claim 12, a superheated steam generator that generates superheated steam, and a hoop batch processing method (see FIG. 5-B) or a base material layer in the direction of movement from the upstream side toward the downstream side. A superheated steam spray nozzle for injecting superheated steam in order from the upstream side, and a catalyst for injecting superheated steam of a catalyst layer forming agent. The wrist layer forming agent injection nozzle and the functional layer forming agent injection nozzle for injecting the functional layer forming agent are assigned. By doing in this way, the functional layer firmly adhered to the base material layer can be efficiently formed in a short time.

上記方法を実施するための機能層の形成装置は、請求項12に記載するように、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部と、移動方向の上流側から下流側に向けて基材層に近接して配置された複数の噴射ノズルとを有し、前記噴射ノズルを上流側から順に、過熱蒸気を噴射する過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射するキャタリスト層形成剤噴射ノズル、機能層形成剤を噴射する機能層形成剤噴射ノズルとして割り当てた構成とするとよい。   An apparatus for forming a functional layer for carrying out the above method includes a superheated steam generator for generating superheated steam, and a proximity of the base material layer from the upstream side to the downstream side in the moving direction. A superheated steam spray nozzle for injecting superheated steam in order from the upstream side, and a catalyst layer forming agent spray for injecting superheated steam of a catalyst layer forming agent. It is good to set it as the structure allocated as a functional layer formation agent injection nozzle which injects a nozzle and a functional layer formation agent.

前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含む場合は、機能層形成の過程で揮発性のキャタリスト形成剤の成分が前記過熱蒸気から失われてしまわないように、請求項13に記載するように、前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含む場合に、前記過熱蒸気を一定圧力及び一定温度で保持して密閉する密閉容器を有する構成とするとよい。なおこの場合は、前記過熱蒸気噴射ノズルを前記キャタリスト層形成剤の噴射ノズルとして用いることができる。   When the superheated steam contains the catalyst layer forming agent, the components of the volatile catalyst forming agent are not lost from the superheated steam in the process of forming the functional layer. In addition, when the superheated steam contains the catalyst layer forming agent, the superheated steam is preferably held at a constant pressure and a constant temperature to be sealed. In this case, the superheated steam injection nozzle can be used as an injection nozzle for the catalyst layer forming agent.

本発明の機能層の形成装置によれば、例えば上流側の噴射ノズルを過熱蒸気の噴射用に割り当て、下流側の噴射ノズルをキャタリスト層形成剤の噴射用に割り当てることで、過熱蒸気を基材層の表層に接触させた直後に、キャタリスト層を基剤層の表層に形成することできる。
また、機能層形成噴射ノズルを、前記キャタリスト層形成剤噴射ノズル又は過熱蒸気噴射ノズルよりも下流側に配置することで、過熱蒸気接触及びキャタリスト層形成の直後に樹脂塗装層等の機能層を形成することができる。
また、本発明はチタンやステンレスなどで形成された医療用器具にも好適に適用が可能である。請求項14に記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法を用いた医療用器具である構成としてある。また、本発明は、多積層コンデンサやコイル、回路基板などの電子部品にも適用が可能である。
According to the functional layer forming apparatus of the present invention, for example, the upstream injection nozzle is assigned for superheated steam injection, and the downstream injection nozzle is assigned for injection of the catalyst layer forming agent. Immediately after contacting the surface layer of the material layer, the catalyst layer can be formed on the surface layer of the base layer.
Further, by disposing the functional layer forming injection nozzle on the downstream side of the catalyst layer forming agent injection nozzle or the superheated steam injection nozzle, a functional layer such as a resin coating layer is formed immediately after the superheated steam contact and the catalyst layer formation. Can be formed.
The present invention can also be suitably applied to medical instruments made of titanium or stainless steel. Invention of Claim 14 is set as the structure which is a medical instrument using the formation method of the functional layer to the metal base material layer surface layer in any one of Claims 1-11. The present invention can also be applied to electronic components such as multi-layer capacitors, coils, and circuit boards.

本発明の方法では、基材層の表層と強固に結合したキャタリスト層を形成することができ、これによってキャタリスト層を介して馴染性に優れた基材層に均一に機能層を形成することができる。また、キャタリスト層が形成された基材層の隙間に機能層形成分子を閉じこめることで、基材層にさらに強固に密着した機能層を得ることができる。
本発明の方法は新しい基材層の表層に各種の機能層を形成する場合に効果があるが、基材層の表層に各種の機能層を再生する場合、例えば基材層に強固に形成された塗膜の一部や錆(酸化被膜を含む)や鍍金層並びに、有害な金属物質を含む塗料などの劣化した機能層が残存していても、その上から各種の機能層を高い密着度で形成できるという効果もある。
In the method of the present invention, a catalyst layer that is firmly bonded to the surface layer of the base material layer can be formed, whereby a functional layer is uniformly formed on the base material layer having excellent conformability through the catalyst layer. be able to. Moreover, the functional layer which adhered more firmly to the base material layer can be obtained by confining the functional layer forming molecules in the gaps of the base material layer on which the catalyst layer is formed.
The method of the present invention is effective when various functional layers are formed on the surface layer of a new base material layer, but when various functional layers are regenerated on the surface layer of the base material layer, for example, it is firmly formed on the base material layer. Even if a part of the coated film, rust (including oxide film) or plating layer, and a deteriorated functional layer such as a paint containing a harmful metal substance remain, various functional layers are adhered to it with high adhesion. There is also an effect that it can be formed.

そのため、機能層の形成作業を簡単にすることができて作業者の作業負担を軽減することができるほか、作業時間の短縮と機能層形成のコストを大幅に削減することができ、かつ、機能層の形成の自動化も可能となる。尚、従来の手法により劣化した機能層を、物理的研磨方法等を用いて除去することなく新しい機能層を形成することができるので、環境や作業者の健康等の面でも有利である。
さらに、スチームエゼクターや複数の噴射ノズルを並列して配置し、移動方向の上流側から基材組成に応じて酸性水溶液及び水、並びにアルカリ水溶液から選ばれた水溶液を用いる過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤噴射ノズル及び機能層形成ノズルとするか
若しくはキャタリスト層形成剤を含む過熱蒸気噴射ノズル及び機能層形成ノズルとすることで、組合わせた噴射ノズルの一回の移動操作で基材層表層に強固な機能層を形成することができる。
Therefore, it is possible to simplify the work of forming the functional layer, reduce the work burden on the worker, shorten the work time and the cost of forming the functional layer, and Automation of layer formation is also possible. In addition, since a new functional layer can be formed without removing the functional layer deteriorated by the conventional method using a physical polishing method or the like, it is advantageous in terms of environment and health of workers.
Furthermore, a steam ejector and a plurality of injection nozzles are arranged in parallel, and a superheated steam injection nozzle and catalyst using an aqueous solution selected from an acidic aqueous solution and water and an alkaline aqueous solution according to the base material composition from the upstream side in the moving direction. By using a layer forming agent injection nozzle and a functional layer forming nozzle or a superheated steam injection nozzle and a functional layer forming nozzle containing a catalyst layer forming agent, the base material layer can be moved by a single movement operation of the combined injection nozzle. A strong functional layer can be formed on the surface layer.

本発明に使用する過熱蒸気の作用及び条件を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the effect | action and conditions of a superheated steam used for this invention. 本発明の第一の実施形態にかかる機能層の形成方法の概略図である。It is the schematic of the formation method of the functional layer concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態にかかる機能層の形成方法の概略図である。It is the schematic of the formation method of the functional layer concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施形態にかかる機能層の形成方法の概略図である。It is the schematic of the formation method of the functional layer concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の方法に使用する機能層の形成装置を説明する概略図である。It is the schematic explaining the formation apparatus of the functional layer used for the method of this invention. 本発明の方法の概念を説明する工程図である。It is process drawing explaining the concept of the method of this invention. 基材層表層を形成する結晶組織の拡大写真である。It is an enlarged photograph of the crystal structure which forms a base material layer surface layer. 冷間圧延鋼板(SPCC)の基材層の処理前における状態を示すもので、(a)は表層の電子顕微鏡写真、(b)は(a)の表層における元素の定性分析結果、(c)は(a)の表層における定量分析結果を示している。The state before the process of the base material layer of a cold rolled steel plate (SPCC) is shown, (a) is an electron micrograph of a surface layer, (b) is the qualitative analysis result of the element in the surface layer of (a), (c) Shows the quantitative analysis results on the surface layer of (a). 亜鉛イオンを含むキャタリスト層形成剤を用いた場合の基材層の処理後の状態を示すもので、(a)は表層の電子顕微鏡写真、(b)は(a)の表層における元素の定性分析結果、(c)は(a)の表層における定量分析結果を示している。It shows the state after processing of the base material layer when a catalyst layer forming agent containing zinc ions is used, (a) is an electron micrograph of the surface layer, (b) is a qualitative element in the surface layer of (a) The analysis results, (c), show the quantitative analysis results on the surface layer of (a). 銀イオンを含むキャタリスト層形成剤を用いた場合の処理後の状態を示すもので、(a)は表層の電子顕微鏡写真、(b)は(a)の表層における元素の定性分析結果、(c)は(a)の表層における定量分析結果を示している。It shows the state after treatment when a catalyst layer forming agent containing silver ions is used, (a) is an electron micrograph of the surface layer, (b) is a result of qualitative analysis of elements in the surface layer of (a), ( c) shows the quantitative analysis results on the surface layer of (a). 本発明の実施例にかかり、各基材層の表層における過熱蒸気接触前と接触後の顕微鏡写真と、定量分析結果を示すもので、(a)はSUS304の場合を、(b)はCuの場合を示している。It shows the microphotograph before and after the superheated steam contact in the surface layer of each base material layer, and the quantitative analysis result according to the example of the present invention, and (a) shows the case of SUS304, (b) shows the Cu. Shows the case. 本発明の実施例にかかり、各基材層の表層における過熱蒸気接触前と接触後の顕微鏡写真と、定量分析結果を示すもので、(a)はAlの場合を、(b)はSPCCの場合を示している。It shows the microphotograph before superheated steam contact in the surface layer of each base material layer, and after contact, and a quantitative analysis result concerning an example of the present invention, (a) shows the case of Al, (b) shows SPCC. Shows the case. 本発明の実施例4にかかり、医療用器具などに用いられるチタン材の汚れを除去する前後の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state before and behind removing the stain | pollution | contamination of the titanium material which concerns on Example 4 of this invention, and is used for a medical instrument. 本発明の実施例4にかかり、別の医療用器具に用いられるチタン材の汚れを除去する前後の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state before and behind removing the stain | pollution | contamination of the titanium material which concerns on Example 4 of this invention, and is used for another medical instrument.

1 基材層
1a 表層
2 錆
3 機能層
4 キャタリスト層
5 チャンバー又は領域
6 コンベア
S 機材層等表層
H 過熱蒸気
W 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material layer 1a Surface layer 2 Rust 3 Functional layer 4 Catalyst layer 5 Chamber or area | region 6 Conveyor S Surface layers, such as equipment layers H Superheated steam W Base material

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照にして説明する。
[第一の実施形態]
第一の実施形態にかかる本発明の機能層の形成方法は、図6(i)に示すように、基材層表層に過熱蒸気を接触させた後に、キャタリスト層形成剤を接触させ、しかる後に機能層を形成するものである。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
In the method for forming a functional layer of the present invention according to the first embodiment, as shown in FIG. 6 (i), after contacting superheated steam with the surface layer of the base material layer, the catalyst layer forming agent is contacted. A functional layer will be formed later.

[基材層]
本発明が適用可能な基材層としては、Be・Mg・Al・Ti・Fe・Co・Ni・Cu・Zn・Mo・Rh・Pd・Ag・Sn・Sb・W・Ir・Pt・Au・Pb・Biの金属又は前述の金属を含む合金、若しくはガラス、石英、セラミック、コンクリート及びコンクリート二次製品、や孔及び空隙のある木製品、更に、樹脂及び樹脂形成品を挙げることができる。前記樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミドヒダントイン変性ポリエステル、ホルマール、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルホルマール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリヒダントイン、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリプロピレン、ウレタン、シリコンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む熱硬化性樹脂が挙げられる。
[機能層]
上記の基材層に形成される機能層としては、前記基材層の防錆、防食、保護、透水抑制、装飾、軽量化などの種々の機能を発揮するものであればよく、上記した基材層を形成する金属や樹脂などをそのまま機能層として用いることができる。
[Base material layer]
As the base material layer to which the present invention can be applied, Be, Mg, Al, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Sb, W, Ir, Pt, Au, Examples thereof include Pb / Bi metals or alloys containing the aforementioned metals, glass, quartz, ceramic, concrete and concrete secondary products, wood products having holes and voids, and resins and resin-formed products. Examples of the resin include polyimide, polyamideimide, polyesterimide, polyetherimide, polyimide hydantoin-modified polyester, formal, polyurethane, polyester, polyvinyl formal, epoxy resin, phenol resin, polyhydantoin, polybenzimidazole (PBI), polypropylene, and urethane. And a thermosetting resin containing at least one selected from the group consisting of silicon.
[Functional layer]
The functional layer formed on the base material layer may be any layer that exhibits various functions such as rust prevention, corrosion prevention, protection, water permeability suppression, decoration, and weight reduction of the base material layer. The metal or resin that forms the material layer can be used as it is as the functional layer.

[過熱蒸気]
本発明に使用する過熱蒸気の条件を、図1を参照しつつ説明する。
本発明において基材層に接触させられる過熱蒸気は、図1に示すような作用を奏するものである。
図1において符号M1で示す白丸は、基材層の表層を形成する金属原子又は金属分子である。また、符号M2で示す黒丸は、新たなキャタリスト層を形成する分子である。
[Superheated steam]
The conditions of the superheated steam used in the present invention will be described with reference to FIG.
In the present invention, the superheated steam brought into contact with the base material layer has an action as shown in FIG.
In FIG. 1, white circles indicated by a symbol M <b> 1 are metal atoms or metal molecules that form the surface layer of the base material layer. A black circle indicated by a symbol M2 is a molecule that forms a new catalyst layer.

初期状態においては、図1(a)に示すように基材層表層を形成する金属原子又は金属分子(以下、説明の便宜上「分子M1」と記載する)は間隙が閉じている。過熱蒸気Hを分子M1,M1・・・に接触させることで、分子M1,M1・・・の間隙が図1(b)に示すように拡がり、キャタリスト層形成分子M2,M2・・・の受け入れが可能な状態になる。
すなわち、過熱蒸気Hの温度及び吐出圧力は、キャタリスト層形成分子M2,M2・・・が含浸可能な状態になるまで、の受け入れが可能になるまで、分子M1,M1・・・の間隙が拡張される拡がる温度であり、キャタリスト層形成分子M2及び分子M1の種類によって相違するが、実験などで求めることができる。
In the initial state, as shown in FIG. 1 (a), the gap between metal atoms or metal molecules (hereinafter referred to as “molecule M1” for convenience of explanation) forming the base layer is closed. By bringing the superheated steam H into contact with the molecules M1, M1,..., The gap between the molecules M1, M1,... Expands as shown in FIG. It will be ready for acceptance.
That is, the temperature of the superheated steam H and the discharge pressure are such that the gap between the molecules M1, M1,... Is until the catalyst layer forming molecules M2, M2,. Although the temperature is expanded and spread, it varies depending on the types of the catalyst layer forming molecule M2 and the molecule M1, but it can be obtained by experiments or the like.

分子M2,M2・・・の受け入れが可能になるまで間隙が拡がった基材表層分子M1,M1・・・にドーピング元素を含むキャタリスト層形成剤を接触させることで、図1(c)に示すように、ドーピング元素を含むキャタリスト層形成分子M2,M2・・・が分子M1,M1・・・間に入り込む。この状態で冷却等により分子M1,M1・・・間の間隙が元に戻れば、図1(d)に示すように分子M1,M1・・・の表層及び内部にキャタリスト層形成分子M2,M2・・・が閉じこめられたり、挟まれた状態になるとともに、分子M1,M1・・・の表層及び内部に閉じこめられたり、挟まれたキャタリスト層形成分子M2,M2・・が、分子M1,M1・・・の外側のキャタリスト層形成分子M2,M2・・とイオン結合して、基材層表層に強固に密着したキャタリスト層が形成される。   By bringing a catalyst layer forming agent containing a doping element into contact with the base material surface molecules M1, M1,..., Whose gaps are expanded until the molecules M2, M2,. As shown, the catalyst layer forming molecules M2, M2,... Containing the doping element enter between the molecules M1, M1,. In this state, when the gap between the molecules M1, M1,... Is restored by cooling or the like, as shown in FIG. M2... Is confined or sandwiched, and the catalyst layer forming molecules M2, M2... That are confined or sandwiched in the surface layer or inside of the molecules M1, M1. , M1... Are ionically bonded to the catalyst layer forming molecules M2, M2,... On the outer side of M1,.

図8は、冷間圧延鋼板(SPCC)の基材層の処理前における状態を示すもの、図9及び図10は、図8の基材層の処理後の状態を示すもので、図9は亜鉛イオンを含むキャタリスト層形成剤を用いたもの、図10は銀イオンを含むキャタリスト層形成剤を用いたものである。図8、図9及び図10において、(a)は表層の電子顕微鏡写真、(b)は(a)の表層における元素の定性分析結果、(c)は(a)の表層における定量分析結果を示している。
なお、表層の状態は、日立ハイテクノロジーズ社製TM3030卓上顕微鏡Miniscopeのエネルギー分散型X線分析装置AZtecOneで測定して分析を行った。
FIG. 8 shows a state before processing of the base layer of the cold rolled steel plate (SPCC), and FIGS. 9 and 10 show a state after processing of the base layer of FIG. FIG. 10 shows a catalyst layer forming agent containing silver ions. FIG. 10 shows a catalyst layer forming agent containing silver ions. 8, 9, and 10, (a) is an electron micrograph of the surface layer, (b) is a qualitative analysis result of the element in the surface layer of (a), and (c) is a quantitative analysis result in the surface layer of (a). Show.
The state of the surface layer was measured and analyzed with an energy dispersive X-ray analyzer AZtecOne of a TM3030 tabletop microscope Miniscope manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.

図9の処理では、ピロガロール4重量%を含む酸性電解水(PH4.0)に、亜鉛イオンを5重量%含有するキャタリスト層形成剤を用い、このキャタリスト層形成剤を吐出口温度125±5℃の過熱蒸気として表層に120秒間接触させた。
図10の処理では、ピロガロール4重量%を含む酸性電解水(PH4.0)に、銀イオンを5重量%含有するキャタリスト層形成剤を用い、このキャタリスト層形成剤を吐出口温度125±5℃の過熱蒸気として表層に120秒間接触させた。
図9及び図10に示すように、表層には亜鉛及び銀を含むキャタリスト層が形成されていることがわかる。
In the treatment of FIG. 9, a catalyst layer forming agent containing 5% by weight of zinc ions is used in acidic electrolyzed water (PH4.0) containing 4% by weight of pyrogallol, and this catalyst layer forming agent is discharged at an outlet temperature of 125 ±. The surface layer was contacted as superheated steam at 5 ° C. for 120 seconds.
In the process of FIG. 10, a catalyst layer forming agent containing 5% by weight of silver ions is used in acidic electrolyzed water (PH4.0) containing 4% by weight of pyrogallol, and this catalyst layer forming agent is discharged at an outlet temperature of 125 ±. The surface layer was contacted as superheated steam at 5 ° C. for 120 seconds.
As shown in FIGS. 9 and 10, it can be seen that a catalyst layer containing zinc and silver is formed on the surface layer.

[過熱蒸気用の水溶液]
過熱蒸気Hのもととなる水溶液の種類は、基材の組成に因って塩酸水溶液や果実酸並びに強電解酸性水溶液や、水(PH5.8以上8.6未満)、或いは、水酸化ナトリウムやアルカリ電解のアルカリ水溶液などであってもよく、酸性水溶液の場合はpH3.0〜1.0未満程度、アルカリ水溶液の場合はpH8.6以上〜12.5未満程度とするとよい。
酸性水溶液を用いることで、基材層表層の酸化被膜を除去し、基材層表層を活性化させることができる。このように活性化させた基材層表層では、キャタリスト層形成分子M2,M2・・と分子M1,M1・・・とがイオン結合し、さらに強固に密着したキャタリスト層を形成することができる。
[Aqueous solution for superheated steam]
Depending on the composition of the base material, the aqueous solution used as the superheated steam H can be either hydrochloric acid aqueous solution, fruit acid, strong electrolytic acidic aqueous solution, water (PH 5.8 or more, less than 8.6), sodium hydroxide or alkali. An alkaline aqueous solution of electrolysis may be used. In the case of an acidic aqueous solution, the pH is preferably about 3.0 to less than 1.0.
By using the acidic aqueous solution, the oxide film on the surface layer of the base material layer can be removed and the surface layer of the base material layer can be activated. On the surface layer of the base material layer thus activated, the catalyst layer forming molecules M2, M2,... And the molecules M1, M1,. it can.

[キャタリスト層形成剤の材料]
キャタリスト層形成剤は、前記基材層等表層に接触させることで前記基材層表層を活性化するとともに活性化した基材表層を酸化することを遅らせ、機能層と基材層表層との密着性を均一にまた、強固にするためのものである。
キャタリスト層を形成することができるキャタリスト層形成剤としては、没食子酸、ピロガロール、タンニン酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、酒石酸、グリコール酸、グリセリン酸、オキシ吉草酸、サリチル酸、安息香酸、マンデル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸又はフタル酸或いはそれらのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、或いはEDTAのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩の中から選ばれた少なくとも1種以上を含ませた水溶液を用いることができる。
なお、本願発明においては、本願出願人よる特許第5422696号に記載した表層改質処理剤をキャタリスト層形成剤として利用することができる。
[Material of catalyst layer forming agent]
The catalyst layer forming agent activates the substrate layer surface layer by bringing it into contact with the surface layer such as the substrate layer and delays oxidation of the activated substrate surface layer, and the functional layer and the substrate layer surface layer This is to make the adhesiveness uniform and strong.
As a catalyst layer forming agent capable of forming a catalyst layer, gallic acid, pyrogallol, tannic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, tartaric acid, glycolic acid, glyceric acid, oxyvaleric acid, salicylic acid, benzoic acid, At least one selected from mandelic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid or phthalic acid, or an alkali metal salt or ammonium salt thereof, or an alkali metal salt or ammonium salt of EDTA An aqueous solution containing seeds or more can be used.
In the present invention, the surface layer modifying treatment agent described in Japanese Patent No. 5422696 by the applicant of the present application can be used as the catalyst layer forming agent.

[ドーピング金属]
この実施形態においてキャタリスト層形成剤を含む水溶液は、金属イオン及び/又は金属酸化物のドーピング金属を配合してもよい(第二の実施形態を含む他の実施形態についても同様である)。この場合、水溶液全体に対して、金属イオン及び/又は金属酸化物の配合割合はその効果や安全性、更に取扱性や作業環境等の観点から、0.001〜5重量%の範囲、好ましくは、0.05〜3重量%の範囲に調整するのが一層望ましい。
[Doping metal]
In this embodiment, the aqueous solution containing the catalyst layer forming agent may contain metal ions and / or metal oxide doping metals (the same applies to other embodiments including the second embodiment). In this case, the mixing ratio of metal ions and / or metal oxides in the entire aqueous solution is in the range of 0.001 to 5% by weight, preferably from the viewpoints of the effect and safety, and the handleability and work environment. It is more desirable to adjust to the range of 0.05 to 3% by weight.

ドーピング金属イオン及び/又は金属酸化物の添加量が水溶液全体に対して、0.001重量%未満では金属イオン等の添加量が少な過ぎて所要の効果が得られないため好ましくなく、一方、5重量%を超えると、ドーピング効果に限界が生じるので意味が無いだけでなく、基材表層に不用なドーピング金属による膜層を形成したり、また、不経済となるので好ましくない。
なお、これらの金属イオン及び/又は金属酸化物は、一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良いのである。
If the addition amount of doping metal ions and / or metal oxides is less than 0.001% by weight based on the total amount of the aqueous solution, the addition amount of metal ions and the like is too small to obtain the desired effect. Exceeding% by weight is not preferable because the doping effect is limited, so that not only is meaningless, but a film layer made of unnecessary doping metal is formed on the surface layer of the base material, and it becomes uneconomical.
Note that these metal ions and / or metal oxides may be added not only as one type but also as a mixture of two or more types.

具体的に前記ドーピング金属イオン及び/又は金属酸化物を構成する金属としては、ベリリウム、錫、マンガン、バリウム、アルミニウム、ホウ素、ケイ素、チタン、クロム、タングステン、亜鉛、錫、銅、アンチモン、ビスマス、カルシウム、コバルト、インジウム、ニッケル、モリブデン、パラジウム、銀、金、白金、マグネシウム、セリウム、ジルコニウム又はタングステンから選ばれた少なくとも1種又はそれらの混合物を挙げることができる。   Specifically, the metal constituting the doping metal ion and / or metal oxide includes beryllium, tin, manganese, barium, aluminum, boron, silicon, titanium, chromium, tungsten, zinc, tin, copper, antimony, bismuth, Mention may be made of at least one selected from calcium, cobalt, indium, nickel, molybdenum, palladium, silver, gold, platinum, magnesium, cerium, zirconium or tungsten, or a mixture thereof.

[キャタリスト層形成剤の作用]
「キャタリスト層」とは、基材の組成に応じた処理水溶液を過熱蒸気として接触させることで汚れ(酸化被膜含む)等が除去され、清浄化された基材表層と、錯体を構成する金属イオンを含む錯体形成用物質を接触させることで、活性表層を保護するキャタリスト層を形成することである。
キャタリスト層は、清浄基材層が酸化安定被膜を形成するのを遅らせることが可能で基材層表層を保護する機能を有し、基材層内部への水分やガス等の浸透を防ぐことで基材層の表層から深層への腐食の進行を防止する効果を果たすと共に、機能層としての合金層、化合物層、混合物層、セラミック層、樹脂層、鍍金層、防護層又は犠牲防食層との密着性を強固にし、基材層と機能層とを一体化するものである。
なお、機能層が防護層や犠牲防食層である場合、防護剤や犠牲防食剤として加える金属イオン及び/又は金属酸化物としては、クロム、亜鉛、チタン、アルミニウム、錫、ビスマス、カルシウム、マグネシウム、セリウム又はモリブデンから選ばれた少なくとも1種類以上を挙げることができる。これら金属イオン及び/又は金属酸化物は、キャタリスト層形成剤中で活性な状態を保ちつつ基材層の活性表層にキャタリスト層を形成できるのであり、防護剤や犠牲防蝕剤を含むキャタリスト層は、活性な状態を一定時間維持することができる。
[Operation of catalyst layer forming agent]
“Catalyst layer” is a metal that forms a complex with a surface layer of a substrate that has been cleaned by removing dirt (including an oxide film) by bringing a treated aqueous solution in accordance with the composition of the substrate into contact with superheated steam. By contacting a complex-forming substance containing ions, a catalyst layer that protects the active surface layer is formed.
The catalyst layer has the function of protecting the surface of the base material layer by preventing the clean base material layer from forming an oxidation-stable film, and prevents the penetration of moisture and gas into the base material layer. In addition to fulfilling the effect of preventing the progress of corrosion from the surface layer to the deep layer of the base material layer, an alloy layer, a compound layer, a mixture layer, a ceramic layer, a resin layer, a plating layer, a protective layer or a sacrificial anticorrosive layer as a functional layer The base layer and the functional layer are integrated.
When the functional layer is a protective layer or a sacrificial anticorrosive layer, the metal ions and / or metal oxides added as the protective agent or sacrificial anticorrosive include chromium, zinc, titanium, aluminum, tin, bismuth, calcium, magnesium, There may be mentioned at least one selected from cerium or molybdenum. These metal ions and / or metal oxides can form a catalyst layer on the active surface layer of the base material layer while maintaining an active state in the catalyst layer forming agent, and include a catalyst containing a protective agent and a sacrificial corrosion inhibitor. The layer can remain active for a period of time.

[機能層形成の第一の実施形態]
上記の基材層、過熱蒸気、キャタリスト層形成剤を使った機能層形成の手順を、図2を参照しつつ説明する。
図2(a)に示す初期状態において、基材層1の表層1aを形成する金属分子は、図1(a)のような状態である。
[First embodiment of functional layer formation]
The procedure for forming a functional layer using the base material layer, superheated steam, and catalyst layer forming agent will be described with reference to FIG.
In the initial state shown in FIG. 2A, the metal molecules forming the surface layer 1a of the base material layer 1 are in the state as shown in FIG.

この表層1aに、図2(b)に示すように過熱蒸気Hを接触させると、図1(b)に示すように表層1aの分子M1,M1・・・の間隙が開いて基材表層に含まれる水分等が蒸発し乾燥した真空状態となり、キャタリスト層形成分子M2,M2・・・が取込まれ易い状態になる。
次に、基材層1の表層1aにキャタリスト層形成剤を接触させる。これにより、図1(c)に示すように分子M1,M1・・・の開いた間隙からキャタリスト層形成分子M2,M2・・・が分子M1,M1・・・の内部に入り込む。この後、潜熱を帯びた表層が元の表層温度となることで分子M1,M1・・・の間隙が元の状態に戻ることで、図2(c)に示すように表層1aにキャタリスト層4が形成される。
最後に、図2(d)に示すように、このキャタリスト層4の表層に、機能層形成剤を接触させて機能層5を形成する。
When superheated steam H is brought into contact with the surface layer 1a as shown in FIG. 2B, the gaps between the molecules M1, M1,... Of the surface layer 1a are opened as shown in FIG. The moisture contained therein evaporates and becomes a dry vacuum state, and the catalyst layer forming molecules M2, M2,.
Next, the catalyst layer forming agent is brought into contact with the surface layer 1 a of the base material layer 1. As a result, as shown in FIG. 1C, the catalyst layer forming molecules M2, M2,... Enter the inside of the molecules M1, M1,. Thereafter, the surface layer with latent heat becomes the original surface layer temperature, so that the gaps between the molecules M1, M1,... Return to the original state, and as shown in FIG. 4 is formed.
Finally, as shown in FIG. 2D, the functional layer 5 is formed by bringing a functional layer forming agent into contact with the surface layer of the catalyst layer 4.

過熱蒸気、キャタリスト層形成剤、機能層形成剤の表層1aへの接触は、例えば図5のAに示すような装置を用いて一回の工程で行うことができる。
すなわち、図示しない装置本体は、過熱蒸気を噴射するノズル7a、キャタリスト層形成剤を噴射するノズル7b及び機能層形成剤を噴射するノズル7cを有している。ノズル7a,7b,7cは、間隔を置いて移動方向Iの上流側からノズル7a,7b,7cの順で近接して配置される。ノズル7a,7b,7cのそれぞれには、過熱蒸気を発生させる容器8a,キャタリスト層形成剤を収容する容器8b,機能層形成剤を収容する容器8cに連結され、それぞれの容器8a,8b,8cから過熱蒸気、キャタリスト層形成剤、機能層形成剤がノズル7a,7b,7cに供給される。キャタリスト層形成剤を収容する容器8bは、キャタリスト層形成剤の主要成分が蒸発しないように、密閉できるものを選択する。
そして、ノズル7a,7b,7cのそれぞれから過熱蒸気、キャタリスト層形成剤、機能層形成剤を噴射しながら、予め設定された速度で矢印I方向にノズル7a,7b,7cを移動させる。このようにすることで、表層1aに対して過熱蒸気の接触、キャタリスト層の形成、次に機能層の形成とほぼ同時に行うことが可能になる。
また、このような装置を、基材層に沿って自動的に移動する移動体に搭載することで、これら作業の自動化を図ることが可能になる。
The contact of the superheated steam, catalyst layer forming agent, and functional layer forming agent with the surface layer 1a can be performed in a single step using, for example, an apparatus as shown in FIG.
That is, the apparatus main body (not shown) has a nozzle 7a for injecting superheated steam, a nozzle 7b for injecting a catalyst layer forming agent, and a nozzle 7c for injecting a functional layer forming agent. The nozzles 7a, 7b, and 7c are arranged close to each other in the order of the nozzles 7a, 7b, and 7c from the upstream side in the moving direction I with an interval therebetween. Each of the nozzles 7a, 7b, and 7c is connected to a container 8a that generates superheated steam, a container 8b that contains a catalyst layer forming agent, and a container 8c that contains a functional layer forming agent, and the respective containers 8a, 8b, Superheated steam, catalyst layer forming agent, and functional layer forming agent are supplied from 8c to nozzles 7a, 7b, and 7c. As the container 8b for storing the catalyst layer forming agent, a container that can be sealed is selected so that the main component of the catalyst layer forming agent does not evaporate.
The nozzles 7a, 7b, and 7c are moved in the direction of arrow I at a preset speed while jetting superheated steam, catalyst layer forming agent, and functional layer forming agent from each of the nozzles 7a, 7b, and 7c. By doing in this way, it becomes possible to carry out the contact of superheated steam with the surface layer 1a, formation of the catalyst layer, and then formation of the functional layer almost simultaneously.
In addition, by mounting such an apparatus on a moving body that automatically moves along the base material layer, it is possible to automate these operations.

なお、容器8bでキャタリスト層形成剤の過熱蒸気を発生させ、ノズル7bからキャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射させてもよいし、容器8cで機能層形成剤の過熱蒸気を発生させ、ノズル7cから機能層形成剤の過熱蒸気を噴射させてもよい。   In addition, the superheated steam of the catalyst layer forming agent may be generated in the container 8b, and the superheated steam of the catalyst layer forming agent may be injected from the nozzle 7b, or the superheated steam of the functional layer forming agent may be generated in the container 8c, The superheated vapor of the functional layer forming agent may be jetted from the nozzle 7c.

[機能層形成の第二の実施形態]
本発明の方法は、基材層1の表層1aに劣化した金属の機能層(鍍金層やコーティング層など)が残存していたり錆があったりしても適用が可能である。
例えば、過熱蒸気との接触で鉄(Fe)系素材の場合は錆であるFe(OH)3 ⇒ Fe3O4の四酸化鉄に変化することで耐食性のある被膜に変化する。
図3(a)に示す初期状態において、基材層1の表層1aには、鍍金層等の劣化した金属の機能層3が部分的に残存しており、機能層3が剥がれて基材層1の表層1aが露出している部分の一部には錆2が発生している。なお、以下の説明では、劣化した機能層3,錆2及び表層1aを「基材層等表層」と総称し、符号Sで示す。
[Second Embodiment of Functional Layer Formation]
The method of the present invention can be applied even if a deteriorated metal functional layer (such as a plating layer or a coating layer) remains on the surface layer 1a of the base material layer 1 or rusts.
For example, in the case of an iron (Fe) -based material in contact with superheated steam, it changes to a corrosion-resistant coating by changing from rust Fe (OH) 3 ⇒ Fe 3 O 4 to iron tetroxide.
In the initial state shown in FIG. 3 (a), the functional layer 3 of a deteriorated metal such as a plating layer remains partially on the surface layer 1a of the base material layer 1, and the functional layer 3 is peeled off to form the base material layer. Rust 2 is generated in a part of the exposed portion of the surface layer 1a. In the following description, the deteriorated functional layer 3, the rust 2 and the surface layer 1a are collectively referred to as “surface layer such as a base material layer” and indicated by a symbol S.

この基材層等表層Sに、図3(b)に示すように過熱蒸気Hを接触させる。
この場合も先の実施形態と同様に、機能層3,錆2及び表層1aを形成するそれぞれの分子M1,M1・・・の間隙が開いて、キャタリスト層形成剤の分子M2,M2・・・の受け入れが可能な状態になる。
次に、図3(c)に示すように、基材層等表層Sにキャタリスト層形成剤を接触させて、基材層等表層Sにキャタリスト層4を形成する。
最後に、図3(d)に示すように、このキャタリスト層4の表層に、機能層形成剤を接触させて新しい機能層5を形成する。
この場合も、ノズル7bからキャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射させてもよいし、ノズル7cから機能層形成剤の過熱蒸気を噴射させてもよい。
Superheated steam H is brought into contact with the surface layer S such as the base material layer as shown in FIG.
Also in this case, as in the previous embodiment, the gaps between the molecules M1, M1,... That form the functional layer 3, the rust 2, and the surface layer 1a are opened, and the catalyst layer forming agent molecules M2, M2,.・ Acceptance is possible.
Next, as shown in FIG. 3C, the catalyst layer forming agent is brought into contact with the surface layer S such as the base material layer to form the catalyst layer 4 on the surface layer S such as the base material layer.
Finally, as shown in FIG. 3D, a functional layer forming agent is brought into contact with the surface layer of the catalyst layer 4 to form a new functional layer 5.
Also in this case, the superheated steam of the catalyst layer forming agent may be injected from the nozzle 7b, or the superheated steam of the functional layer forming agent may be injected from the nozzle 7c.

本発明では、基材層1の表層1aに強固に付着残留している錆2や鍍金層などの劣化した機能層3が残存していても、そのまま新しい機能層5を形成することができる。また、本発明の方法によって形成された新しい機能層5は、錆2や劣化した機能層3を研磨等で完全に除去したうえで形成した従来の再生機能層と比して、密着力においてほとんど差が無かった。   In the present invention, even if the deteriorated functional layer 3 such as the rust 2 or the plating layer that remains firmly adhered to the surface layer 1a of the base material layer 1 remains, the new functional layer 5 can be formed as it is. In addition, the new functional layer 5 formed by the method of the present invention has almost no adhesion in comparison with the conventional regenerated functional layer formed after the rust 2 and the deteriorated functional layer 3 are completely removed by polishing or the like. There was no difference.

[機能層形成の第三の実施形態]
第一の実施形態において、図6(i)の過熱蒸気Hを接触させる工程でその水溶液としてキャタリスト層形成剤を含有するものを用いれば、図6(ii)に示すように過熱蒸気接触の工程とキャタリスト層形成の工程とを一つにすることができる。
すなわち、図4に示すように、キャタリスト層形成剤を含有する過熱蒸気Hを基材層等表層Sに接触させることで、過熱蒸気接触の工程で基材層等表層Sにキャタリスト層4を形成することができ、このキャタリスト層4の表層に、機能層形成剤を接触させることで新しい機能層5を形成することができる。
[Third embodiment of functional layer formation]
In the first embodiment, if a solution containing a catalyst layer forming agent is used as the aqueous solution in the step of contacting the superheated steam H of FIG. 6 (i), the superheated steam contact as shown in FIG. 6 (ii) is used. The process and the catalyst layer forming process can be combined into one.
That is, as shown in FIG. 4, by bringing the superheated steam H containing the catalyst layer forming agent into contact with the surface layer S such as the base material layer, the catalyst layer 4 is attached to the surface layer S such as the base material layer in the superheated steam contact process. A new functional layer 5 can be formed by bringing the functional layer forming agent into contact with the surface layer of the catalyst layer 4.

この第三の実施形態におけるキャタリスト層形成剤を含有する過熱蒸気用の水溶液においては、当該水溶液全体に対してキャタリスト層形成剤の配合割合を0.05〜10重量%の範囲に調整するが望ましい。このように、キャタリスト層形成剤が水溶液全体に対して0.05重量%未満では少なすぎて所要の効果を得ることができないのであり、一方、10重量%を超えると、多すぎて配合する意味が無く好ましくない。   In the superheated steam aqueous solution containing the catalyst layer forming agent in the third embodiment, the blending ratio of the catalyst layer forming agent is adjusted in the range of 0.05 to 10% by weight with respect to the entire aqueous solution. Is desirable. Thus, if the catalyst layer forming agent is less than 0.05% by weight with respect to the entire aqueous solution, it is too small to obtain the required effect, while if it exceeds 10% by weight, it is too much to be blended. Not meaningful and not preferred.

前記水溶液において、ピロガロール、ビスマスを含む三成分系のものが望ましく、この場合、水溶液全体において、ピロガロールの配合割合を0.05〜8.0重量%の範囲、ビスマスの配合割合を0.005〜3重量%の範囲とするのが望ましい。   In the aqueous solution, a ternary system containing pyrogallol and bismuth is desirable. In this case, in the whole aqueous solution, the proportion of pyrogallol is in the range of 0.05 to 8.0% by weight, and the proportion of bismuth is 0.005 to 0.005. A range of 3% by weight is desirable.

前記キャタリスト層形成剤の添加量としては、対象物である基材層1の素材の組成等によって適宜決定されるものであり、特に限定されるものではないが、一般的には、前記水溶液全体に対して、0.01〜10.0重量%の範囲とするのが好ましく、更に、0.1〜5.0重量%程度とするのが一層好ましい。
なお、これらの有機酸は、所望により、一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良い。
The amount of the catalyst layer forming agent added is appropriately determined depending on the composition of the material of the base material layer 1 that is an object, and is not particularly limited. It is preferable to set it as the range of 0.01-10.0 weight% with respect to the whole, Furthermore, it is still more preferable to set it as about 0.1-5.0 weight%.
Note that these organic acids may be added by appropriately mixing not only one type but also two or more types, if desired.

[機能層形成の第四の実施形態]
この第四の実施形態では、図6 (iii)に示すように、基材層等表層Sに過熱蒸気Hを接触させる前に、塩酸水溶液や果実酸並びに電解水などの水溶液を接触させる。この水溶液を基材層等表層Sに塗布等することで直接接触させるようにしてもよいが、過熱蒸気として接触させてもよい。
酸性水溶液を接触させることにより、基材層1の表層1aに形成されている酸化被膜を除去することができる。酸性水溶液を用いて基材層等表層Sにおける酸化被膜を除去すると、基材層等表層Sが活性化し、その活性表層に生成した基材層等表層Sを構成する成分の元素イオンとキャタリスト層形成剤とが結合して、キャタリスト層3が基材層等表層Sに形成される。アルカリ水溶液を用いた場合も同様である。
この後、中性水溶液の過熱蒸気を基材層等表層Sに接触させて表層1aにキャタリスト層を形成し、このキャタリスト層4の表層に機能層形成剤を接触させて新しい機能層5を形成する。
[Fourth Embodiment of Functional Layer Formation]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6 (iii), before the superheated steam H is brought into contact with the surface layer S such as the base material layer, an aqueous solution such as hydrochloric acid aqueous solution, fruit acid or electrolyzed water is brought into contact. The aqueous solution may be directly contacted by applying it to the surface layer S such as the base material layer, but may be contacted as superheated steam.
By contacting the acidic aqueous solution, the oxide film formed on the surface layer 1 a of the base material layer 1 can be removed. When the oxide film on the surface layer S such as the base material layer is removed using the acidic aqueous solution, the surface layer S such as the base material layer is activated, and the element ions and the catalyst of the components constituting the surface layer S such as the base material layer generated in the active surface layer The catalyst layer 3 is formed on the surface layer S such as the base material layer by combining with the layer forming agent. The same applies when an alkaline aqueous solution is used.
Thereafter, a superheated steam of a neutral aqueous solution is brought into contact with the surface layer S such as the base material layer to form a catalyst layer on the surface layer 1a, and a functional layer forming agent is brought into contact with the surface layer of the catalyst layer 4 to form a new functional layer 5 Form.

[機能層形成の第五の実施形態]
この第五の実施形態は第四の実施形態の変形例であり、図6(iv)に示すように、キャタリスト層形成剤を混合した中性水溶液の過熱蒸気Hを基材層等表層Sに接触させてキャタリスト層3を形成するものである。
この実施形態によれば、第三の実施形態における中性水溶液の過熱蒸気を接触させる工程とキャタリスト層形成剤の接触工程とを一つにすることができ、第三の実施形態よりも工程数を減らすことができる。
[Fifth embodiment of functional layer formation]
This fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. As shown in FIG. 6 (iv), the superheated steam H of the neutral aqueous solution mixed with the catalyst layer forming agent is used as the surface layer S such as the base material layer. To form the catalyst layer 3.
According to this embodiment, the process of contacting the superheated steam of the neutral aqueous solution and the contact process of the catalyst layer forming agent in the third embodiment can be combined into one, and the process is more than the process of the third embodiment. The number can be reduced.

[その他の実施形態]
第一及び第四の実施形態においては、図6(v)に示すように、キャタリスト層形成剤を混合した酸性水溶液の過熱蒸気を用いてキャタリスト層を形成してもよい。この場合は、キャタリスト層を形成した後に中性水溶液の過熱蒸気を接触させるとよい。
また、キャタリスト層は、過熱蒸気に限らず塗布や浸漬で形成することができる。この場合は、塗布又は浸漬の直後に中性水溶液の過熱蒸気を接触させるとよい(図6(vi)参照)。また、キャタリスト層形成剤が表層に留まりやすくするために、キャタリスト層形成剤には粘性付与剤を添加するのが好ましい。
[Other Embodiments]
In the first and fourth embodiments, as shown in FIG. 6 (v), the catalyst layer may be formed using superheated steam of an acidic aqueous solution mixed with a catalyst layer forming agent. In this case, after forming a catalyst layer, it is good to contact the superheated steam of neutral aqueous solution.
The catalyst layer can be formed not only by superheated steam but also by application or immersion. In this case, it is advisable to contact the superheated steam of the neutral aqueous solution immediately after application or immersion (see FIG. 6 (vi)). Moreover, in order to make a catalyst layer forming agent remain on a surface layer easily, it is preferable to add a viscosity imparting agent to a catalyst layer forming agent.

[実施例 1]
先ず、本願発明に係る基材層の表層に接触させる過熱蒸気として、SUS及び銅基材並びに鉄基材には電解酸性水溶液(PH4.5)、また、アルミニウム基材には電解アルカリ水溶液(PH9.2)を用いた。
[Example 1]
First, as superheated steam to be brought into contact with the surface layer of the base material layer according to the present invention, SUS and copper base material and iron base material are electrolytic acidic aqueous solution (PH4.5), and aluminum base material is electrolytic alkaline aqueous solution (PH9). .2) was used.

使用テスト基材層の材料として、SUS304板(角50mm×t3mm、平均Ra0.27、Rz1.90)、銅板(角50mm×t2.5mm、平均Ra0.37、Rz1.64)、アルミ板(角50mm×t2mm、平均Ra0.34、Rz2.07)、更に、鉄板(角50mm×t2.3mm、平均Ra0.21、Rz1.28)の4種類とし、それぞれの大きさ及び粗さ(ミツトヨ社製:サーフテストSJ−301で測定)のものを用意した。 SUS304 plate (square 50mm x t3mm, average Ra0.27, Rz1.90), copper plate (square 50mm x t2.5mm, average Ra0.37, Rz1.64), aluminum plate (square) There are four types, 50mm x t2mm, average Ra0.34, Rz2.07), and iron plate (square 50mm x t2.3mm, average Ra0.21, Rz1.28), each size and roughness (Mitutoyo) : Measured with Surf Test SJ-301).

次に、ノズル出口における吐出口温度をともに125±5℃とし、ノズル出口における吐出圧力は0.32MPaとして、それぞれの基材層の組成に適した水溶液を過熱蒸気として120秒間接触させた結果、SUS304平均Ra0.33、Rz1.96)及び、銅板(平均Ra0.82、Rz5.23)、アルミ板(平均Ra0.45、Rz2.98)、更に、鉄板(平均Ra0.66、Rz4.34)となり、いずれの場合も表層の不純物が除去されるなどして凹部などが拡開され、表層粗さ(Ra)が大きくなった。図11及び図12に、各基材層の表層における過熱蒸気接触前と接触後の顕微鏡写真と、定量分析結果を示す。図11(a)はSUS304の場合を、(b)はCuの場合を示し、図12(a)はAlの場合、(b)はSPCCの場合を示している。各顕微鏡写真と定量分析結果とからも、各基材層の表層の凹部などが拡開されたことがわかる。 Next, the discharge port temperature at the nozzle outlet was 125 ± 5 ° C., the discharge pressure at the nozzle outlet was 0.32 MPa, and an aqueous solution suitable for the composition of each substrate layer was contacted as superheated steam for 120 seconds, SUS304 average Ra0.33, Rz1.96), copper plate (average Ra0.82, Rz5.23), aluminum plate (average Ra0.45, Rz2.98), and iron plate (average Ra0.66, Rz4.34) In either case, the recesses and the like were expanded by removing impurities on the surface layer, and the surface layer roughness (Ra) was increased. In FIG.11 and FIG.12, the microphotograph before and after the superheated steam contact in the surface layer of each base material layer, and a quantitative analysis result are shown. 11A shows the case of SUS304, FIG. 11B shows the case of Cu, FIG. 12A shows the case of Al, and FIG. 12B shows the case of SPCC. It can be seen from the micrographs and the results of quantitative analysis that the concave portions of the surface layer of each base material layer were expanded.

その後、亜鉛金属イオン及びピロガロール水溶液を混入させたキャタリスト層形成剤を過熱蒸気として1分間接触させてキャタリスト層を形成した後に、スプレー樹脂塗料(株式会社アサヒペン製:多用途スプレー速乾タイプ)を塗布し機能層を形成した。このテスト基材は、スプレー樹脂塗料を塗布後、室温で30分間自然乾燥させた後、50℃のオーブンで30分間乾燥させた。
図5(a)に示すような三つのノズル7a,7b,7cを備える形成装置を用いて、過熱蒸気接触、キャタリスト層形成及び機能層である樹脂塗装層の形成を同時に行った。
After that, a catalyst layer forming agent mixed with zinc metal ions and pyrogallol aqueous solution is contacted as superheated steam for 1 minute to form a catalyst layer, and then spray resin paint (manufactured by Asahi Pen Co., Ltd .: Multipurpose spray quick-drying type) Was applied to form a functional layer. The test substrate was naturally dried at room temperature for 30 minutes after the spray resin coating was applied, and then dried in an oven at 50 ° C. for 30 minutes.
Using a forming apparatus including three nozzles 7a, 7b, and 7c as shown in FIG. 5A, superheated steam contact, catalyst layer formation, and formation of a resin coating layer as a functional layer were simultaneously performed.

比較例として、各テスト基材を、従来の常温のエタノール脱脂液に1分間浸漬し、自然乾燥させた脱脂基材と、耐水紙ヤスリ♯1000(三共理化学株式会社製:商品名FUJISTAR)で研磨し表層を粗面化した後、水洗いを行ってその後自然乾燥させたペーパー品、並びに、35℃に保った改質処理剤(北陸濾化社製:商品名KR-S)に5分浸漬し、その後、水の超音波洗浄→水洗→エアブローを行った後の改質処理された基材を各々準備して、上記実施例1と同様にテスト基材の表面にスプレー樹脂塗料を塗布して密着評価を行った。結果を表1に示す。 As a comparative example, each test substrate was dipped in a conventional room temperature ethanol degreasing solution for 1 minute and naturally dried, and then polished with water-resistant paper file # 1000 (manufactured by Sankyo Rikagaku Co., Ltd .: trade name FUJISTAR). After the surface layer is roughened, it is immersed for 5 minutes in a paper product that has been washed with water and then naturally dried, as well as a modification treatment agent (trade name KR-S, manufactured by Hokuriku Filter Co., Ltd.) maintained at 35 ° C. Then, each of the substrates subjected to the modification treatment after ultrasonic cleaning of water → water washing → air blowing was prepared, and the spray resin paint was applied to the surface of the test substrate in the same manner as in Example 1 above. Adhesion evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

[密着性評価 1]
密着性の評価は、乾燥後、乾燥した樹脂塗膜にカッターで縦横5mm間隔の切れ目を入れ、縦横10列の合計100マスのマス目を形成して行った。
テスト基材の樹脂塗膜面に、粘着テープ(ニチバン社製:商品名セロテープ(登録商標)CT1535)を貼付け、爪で何度か擦った後、テスト基材とテープとが60度の角度になるように剥離試験を碁盤目試験(クロスカット法)で比較した後の状態で評価した。このセロハンテープによる密着評価試験は、2回行い、その平均を結果として表1に示す。密着強度は点数で表し、◎を90〜100点、○を70〜89点、△を40〜69点、×を39点以下とした。機能層の品質としては、○(70〜89点)以上が合格である。
[Adhesion evaluation 1]
Evaluation of adhesion was carried out by drying and then cutting the dried resin coating film with 5 mm length and width intervals with a cutter to form a total of 100 squares in 10 rows.
Adhesive tape (manufactured by Nichiban Co., Ltd .: trade name Cellotape (registered trademark) CT1535) is applied to the resin coating surface of the test substrate, and after rubbing with a nail several times, the test substrate and tape are at an angle of 60 degrees. Thus, the peel test was evaluated in a state after comparison by a cross cut test (cross cut method). The adhesion evaluation test using the cellophane tape was performed twice, and the average is shown in Table 1. The adhesion strength is represented by a score, where 90 is 90 to 100 points, ○ is 70 to 89 points, Δ is 40 to 69 points, and × is 39 points or less. As the quality of the functional layer, ○ (70 to 89 points) or more is acceptable.

[密着性評価 2]
Arcotest社製の、ぬれ性チェック用ダインペン(表面エネルギー値評価用テストペン)を使用した。評価値における、32mN/mが標準規格のぬれ性を示し、以後、34・36・38・40 mN/mとぬれ性が低いものを用いた。評価方法は、既述の通りテスト基材表面を処理して、基材表面にインクを線状に付着させインクが2秒以上保持されれば、〇が均一塗布で、△は、部分的な弾きがある状態、×は、弾いた状態を表2から表5に示した。
[Adhesion evaluation 2]
A dyne pen for wettability check (surface energy value evaluation test pen) manufactured by Arcotest was used. In the evaluation value, 32 mN / m indicates the wettability of the standard, and thereafter, 34, 36, 38, and 40 mN / m, which have low wettability, were used. As described above, the test substrate surface is treated as described above, the ink is linearly attached to the substrate surface, and if the ink is held for 2 seconds or more, ◯ is a uniform application, and Δ is a partial Tables 2 to 5 show the state of playing, and the state of × showing the state of playing.

上記の実験の結果、実施例のいずれにおいても基材層表層に対する機能層の高い密着性が認められ、本発明の方法による効果が確認できた。
このことから、本発明のように過熱蒸気の接触及びキャタリスト層を形成した後に機能層を形成する方法は、従来の機能層形成の工程を大幅に削減し、作業負担の軽減と作業コストの低減に大きく寄与できることが確かめられた。
As a result of the above experiment, high adhesion of the functional layer to the surface layer of the base material layer was observed in any of the examples, and the effect of the method of the present invention was confirmed.
From this, the method of forming the functional layer after the contact of the superheated steam and the catalyst layer as in the present invention significantly reduces the conventional functional layer forming process, reduces the work load, and reduces the work cost. It was confirmed that it can greatly contribute to the reduction.

[実施例 2]
この実施例2では、錫や亜鉛などの卑金属が鉄合金(ステンレス)に対して海水など導電性のある電解質溶液中で犠牲となって腐食することにより、鉄合金の腐食を防止する「犠牲防食」の実験を行った。
この実施例2の条件は以下のとおりである。
(1) 基材
鉄系合金素材であるSUS436Lの平板を用いた。前記平板は、亜鉛メッキのボルト(亜鉛ボルト)を取り付けたものと取り付けないものとを準備した。
(2) 前処理
前記平板の表面に、防錆や塗装下地を目的としたリン酸亜鉛でミクロンオーダーの薄い被膜を生成したものと、表面活性化を目的とした前処理剤を使用したもの。表6において「CH−S」と表記した。当該被膜を生成しないものとしたものを準備した。
(3) 卑金属
亜鉛を用いた。キャタリスト形成剤をベースとし、表6において亜鉛をドーピング金属として使用した処理剤を「KR−Z」と表記した。
(4) キャタリスト層形成剤
酸性溶液とピロガロール水溶液を混入させたキャタリスト層形成剤を準備した。表6において「KR−SH」と表記した。
(5) キャタリスト層の形成
ノズル出口における吐出口温度をともに125±5℃とし、ノズル出口における吐出圧力は0.32MPaとして、キャタリスト層形成剤を過熱蒸気として1分間接触させてキャタリスト層を形成した。図5(a)に示すようなノズル7a,7bを備える形成装置を用いて、過熱蒸気接触とキャタリスト層形成および金属膜層の形成とを同時に行い機能層である防護層又は犠牲防食層を前記平板の表面に形成した。機能層を形成した基材をカチオン電着塗料に浸漬し表面に塗料を塗布することで完成となる。
以上のようにして得られたテストピースを、5%、50℃の塩温水に浸し、一定時間経過後に実施例1と同様にテープ剥離試験を行った。亜鉛ボルト付では、縦方向と横方向に剥離試験を行った。その結果を表6に示す。
[Example 2]
In this Example 2, a base metal such as tin or zinc is corroded and corroded in a conductive electrolyte solution such as seawater with respect to an iron alloy (stainless steel), thereby preventing the corrosion of the iron alloy. ”Was conducted.
The conditions of Example 2 are as follows.
(1) Substrate A SUS436L flat plate, which is an iron-based alloy material, was used. The flat plate was prepared with and without a galvanized bolt (zinc bolt) attached.
(2) Pretreatment The surface of the flat plate is formed with a thin coating of micron order with zinc phosphate for the purpose of rust prevention and coating foundation, and the one using a pretreatment agent for the purpose of surface activation. In Table 6, “CH-S” was used. The thing which did not produce | generate the said film was prepared.
(3) Base metal Zinc was used. A treating agent based on a catalyst forming agent and using zinc as a doping metal in Table 6 is denoted as “KR-Z”.
(4) Catalyst layer forming agent A catalyst layer forming agent in which an acidic solution and a pyrogallol aqueous solution were mixed was prepared. In Table 6, it was described as “KR-SH”.
(5) Formation of catalyst layer The discharge port temperature at the nozzle outlet is 125 ± 5 ° C., the discharge pressure at the nozzle outlet is 0.32 MPa, and the catalyst layer forming agent is contacted as superheated steam for 1 minute. Formed. Using a forming apparatus including the nozzles 7a and 7b as shown in FIG. 5A, a protective layer or a sacrificial anticorrosive layer as a functional layer is formed by simultaneously performing superheated steam contact, catalyst layer formation and metal film layer formation. It formed on the surface of the flat plate. It is completed by immersing the base material on which the functional layer is formed in the cationic electrodeposition coating material and applying the coating material on the surface.
The test piece obtained as described above was immersed in a salt warm water of 5% and 50 ° C., and a tape peeling test was conducted in the same manner as in Example 1 after a predetermined time. With a zinc bolt, a peel test was conducted in the vertical and horizontal directions. The results are shown in Table 6.

平板と異種金属である亜鉛ボルトを取り付けることで、5%,50℃の塩温水中で腐食が進むことがわかる。亜鉛を鍍金したものは、本発明の手法によりキャタリスト層を形成することで、72時間から240時間の全ての領域で良好な密着強度が得られた。   It can be seen that corrosion proceeds in 5%, 50 ° C. salt water by attaching zinc bolts, which are different metals from the flat plate. In the case of plating with zinc, a good adhesion strength was obtained in all regions from 72 hours to 240 hours by forming a catalyst layer by the method of the present invention.

[実施例 3]
この実施例3では、2枚の平板の間に機能層としての樹脂層を形成して前記2枚の平板を接着し、接着後に2枚の前記平板を接着面に対して平行に引っ張ることで、前記平板に対する前記樹脂層の密着強度を試験するものである。自動車や航空機、船舶などでは軽量化のために金属と樹脂の複合化が進んでいるが、樹脂と金属とをいかに強固に一体化するかが課題となっている。この実施例は、本発明の方法によりこのような複合材料において密着強度を如何に高めることができるかを検証するものである。この実施例3の主要な条件は以下のとおりである。
改質処理液80℃で3分間過熱蒸気を接触させた基材各2枚(50mm×50mm)を、白光株式会社製のホットメルト接着剤塗布器ハッコーメルターに、同社製ホットメルト接着剤ハッコーメルタースティックをセットし、2枚の基材が中央部分で25mm±0.5×50mm±0.5重なるように接着部分を作り、株式会社ナベヤ製リード型バイス 万力 ERON100で挟み、5分間固定し徐冷を行った。5分経過後、万力より取り出し、基材の下方15mmを同万力で挟み上方部分15mmをGISUKE社製オートマチックバイスプライヤーで固定した。固定したオートマチックバイスプライヤーを接着面に平行に引っ張り2枚の基材が破断した時の引張力を測定した。引張力を測定する為にオートマチックバイスプライヤーには株式会社エー・アンド・デイ社製デジタルフォースゲージを取り付けて測定した。前記フォースゲージの最大数値は50Nを上限とする。使用した基材は、高温装置を使用し30度以上に基材加温状態を保った。接着剤は範囲を最小限とし重量範囲0.06〜0.08gで合わせ基材と接触後は10秒間圧力をかけた。処理工程は液温20度±2の常温とし処理時間は3分間とした。
[Example 3]
In Example 3, a resin layer as a functional layer is formed between two flat plates, the two flat plates are bonded, and after bonding, the two flat plates are pulled parallel to the bonding surface. The adhesion strength of the resin layer to the flat plate is tested. In automobiles, airplanes, ships, and the like, metal and resin are being compounded for weight reduction, but how to integrate the resin and metal firmly is an issue. This example verifies how the adhesion strength of such a composite material can be increased by the method of the present invention. The main conditions of Example 3 are as follows.
Two substrates (50mm x 50mm) each of which was contacted with superheated steam at 80 ° C for 3 minutes were applied to the hot melt adhesive applicator Hakko melter manufactured by Hakuko Co., Ltd. and the hot melt adhesive Hakko melter manufactured by the same company. Set the stick, make the adhesive part so that the two base materials overlap 25mm ± 0.5 × 50mm ± 0.5 at the center part, sandwich it with Nabeya Co., Ltd. Reed Vise Vise ERON100, fix for 5 minutes and cool slowly It was. After 5 minutes, it was taken out from the vise, the lower 15 mm of the base material was sandwiched with the same vise, and the upper part 15 mm was fixed with an automatic vice pliers manufactured by GGISKE. The fixed automatic vice pliers were pulled parallel to the adhesive surface, and the tensile force when the two substrates broke was measured. In order to measure the tensile force, a digital force gauge manufactured by A & D Co., Ltd. was attached to the automatic vice pliers. The maximum value of the force gauge has an upper limit of 50N. The used base material kept the base material warming state to 30 degree | times or more using the high temperature apparatus. The adhesive was kept in a minimum range and a weight range of 0.06 to 0.08 g was applied, and pressure was applied for 10 seconds after contact with the substrate. The treatment process was a room temperature with a liquid temperature of 20 ° ± 2 and the treatment time was 3 minutes.

[前処理条件]
以下のA〜Gの溶液を、基材に接触するときの温度が80度となる過熱蒸気として用いた。
A:純水
B:PH 0.3〜5の塩化ナトリウム溶液
C:PH 0.1〜4の塩酸水溶液
D:PH 9〜15の水酸化ナトリウム水溶液
E:PH 0.1〜4の硫酸水溶液
F:PH0.1〜5のリン酸水溶液
G:PH:0.1〜4の硝酸水溶液
[キャタリスト層形成剤の種類]
1:ピロガロール(0.4重量%)+硫酸(5重量%)+水(残部)
2:ピロガロール(0.02重量%)+硫酸(0.2重量%)+塩酸(2重量%)+水(残部)
3:ピロガロール(4重量%)+硫酸(0.3重量%)+水(残部)
4:塩化ナトリウム(12重量%)+燐酸(1.5重量%)+水(残部)
5:ピロガロール(0.91重量%)+フッ化ナトリウム(0.07重量%)+硝酸(0.4重量%)
6:柿タンニン(0.5重量%)+カーボン(カーボンナノチューブ 1重量%)
[ドーピング金属]
(キャタリスト層形成剤に加えた金属酸化物及びイオン)
I:亜鉛
II:アルミニウム
III:錫
IV:ビスマス
V:モリブデン
VI:酸化第二鉄(ベンガラ)
[Preprocessing conditions]
The following solutions A to G were used as superheated steam with a temperature of 80 degrees when contacting the substrate.
A: Pure water B: Sodium chloride solution of PH 0.3-5 C: Hydrochloric acid aqueous solution of PH 0.1-4
D: Sodium hydroxide aqueous solution of PH 9-15 E: Sulfuric acid aqueous solution of PH 0.1-4
F: Phosphoric acid aqueous solution with PH 0.1 to 5 G: Nitric acid aqueous solution with PH: 0.1 to 4 [Types of catalyst layer forming agent]
1: pyrogallol (0.4% by weight) + sulfuric acid (5% by weight) + water (remainder)
2: Pyrogallol (0.02 wt%) + sulfuric acid (0.2 wt%) + hydrochloric acid (2 wt%) + water (remainder)
3: Pyrogallol (4% by weight) + sulfuric acid (0.3% by weight) + water (remainder)
4: Sodium chloride (12% by weight) + phosphoric acid (1.5% by weight) + water (remainder)
5: pyrogallol (0.91% by weight) + sodium fluoride (0.07% by weight) + nitric acid (0.4% by weight)
6: Salmon tannin (0.5 wt%) + carbon (carbon nanotube 1 wt%)
[Doping metal]
(Metal oxide and ions added to catalyst layer forming agent)
I: Zinc
II: Aluminum
III: Tin
IV: Bismuth V: Molybdenum VI: Ferric oxide (Bengara)

25度の室温に15分間放置し、樹脂塗布(白光(株)製ホットメルト)後、30分間放置し冷却して、密着性確認を行った。評価は以下のとおりである。密着しなかった場合は(×)、密着強度が1N以上〜30N(ニュートン)以下は(△)、31N以上〜50N以下は(〇)、密着強度が強く計測不能の場合は(◎)と表示した。加工が不可能な条件は、―で表示した。   It was allowed to stand at room temperature of 25 ° C. for 15 minutes, and after resin application (Hot Melt manufactured by Hakuko Co., Ltd.), it was left to cool for 30 minutes to confirm adhesion. The evaluation is as follows. (X) if not closely contacted, (△) if the contact strength is 1N to 30N (Newton) or less, (◯) if the contact strength is 31N to 50N or less, and (◎) if the contact strength is too strong to be measured. did. Conditions that cannot be processed are indicated by-.

「使用テスト基材」
1 SUS板:厚さ1.2mm×横25mm×縦70mm :表面粗さ Ra0.36;Ry2.52(未処理)
2 SUS板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.38;Ry2.72
3 SUS板:同上基材を塩酸エッチングし粗面化:表面粗さ Ra0.43;Ry3.13
4 アルミ板:厚さ0.5mm×横25mm×縦70mm :表面粗さ Ra0.39;Ry2.60(未処理)
5 アルミ板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.53;Ry3.97
6 アルミ板:同上基材を苛性エッチングし粗面化:表面粗さ Ra0.43;Ry2.82
7 銅板:厚さ1.2mm×横25mm×縦70mm:Ra0.53;Ry3.97
8 銅板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.53;Ry3.97
9 銅板:同上基材を塩酸エッチングし粗面化:表面粗さ Ra0.48;Ry4.13
10 チタン板:厚さ1mm×横25 mm×縦70 mm:表面粗さ Ra0.29;Ry1.58(未処理)
11 チタン板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.36;Ry1.72
12 チタン板:同上基材を塩酸エッチングし粗面化:表面粗さ Ra0.33;Ry1.66
13 木板:厚さ30mm×横100mm×縦1700mm:Ra5.11;Ry30.6
14 木板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra5.62;Ry4.5
15 木板:同上基材を塩酸エッチングし粗面化:表面粗さ Ra5.57;Ry4.53
16 石板:厚さ30mm×横100mm×縦1700mm:Ra7.97;Ry42.93
17 石板:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra7.62;Ry43.5
18 石板:同上基材を塩酸エッチングし粗面化:表面粗さ Ra5.57;Ry4.53
19 ABS:厚さ1mm×横50mm×縦50mm:Ra0.36;Ry2.6
20 ABS:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.4;Ry2.67
21 PP:厚さ1mm×横50mm×縦50mm:Ra0.34;Ry2.28
22 PP:同上基材を♯1000番研磨紙で粗面化:表面粗さ Ra0.41;Ry2.91
23 コンクリート板(表面粗はオーバーレンジにより測定不能)
"Use test substrate"
1 SUS plate: thickness 1.2mm x width 25mm x length 70mm: surface roughness Ra0.36; Ry2.52 (untreated)
2 SUS plate: The same base material is roughened with # 1000 polishing paper: surface roughness Ra0.38; Ry2.72
3 SUS plate: hydrochloric acid etching of the same substrate as above, roughening: surface roughness Ra0.43; Ry3.13
4 Aluminum plate: thickness 0.5mm x width 25mm x length 70mm: surface roughness Ra0.39; Ry2.60 (untreated)
5 Aluminum plate: Roughening the same base material with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra0.53; Ry3.97
6 Aluminum plate: Caustic etching of the same substrate as above, roughening: Surface roughness Ra0.43; Ry2.82
7 Copper plate: thickness 1.2mm x width 25mm x height 70mm: Ra0.53; Ry3.97
8 Copper plate: Roughening the base material with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra0.53; Ry3.97
9 Copper plate: Etching base material with hydrochloric acid to roughen it: Surface roughness Ra0.48; Ry4.13
10 Titanium plate: Thickness 1 mm x width 25 mm x length 70 mm: surface roughness Ra0.29; Ry1.58 (untreated)
11 Titanium plate: Roughening the base material with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra0.36; Ry1.72
12 Titanium plate: Etching base material with hydrochloric acid to roughen it: Surface roughness Ra0.33; Ry1.66
13 Wood board: Thickness 30mm × Width 100mm × Length 1700mm: Ra5.11; Ry30.6
14 Wood board: Roughening the base material with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra5.62; Ry4.5
15 Wood board: Etching base material with hydrochloric acid to roughen it: Surface roughness Ra5.57; Ry4.53
16 Stone board: 30mm thick x 100mm wide x 1700mm long: Ra7.97; Ry42.93
17 Stone board: Same as above, roughened with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra7.62; Ry43.5
18 Stone board: Etching base material with hydrochloric acid to roughen it: Surface roughness Ra5.57; Ry4.53
19 ABS: Thickness 1mm x Width 50mm x Length 50mm: Ra0.36; Ry2.6
20 ABS: Same as above, roughened with # 1000 polishing paper: surface roughness Ra0.4; Ry2.67
21 PP: Thickness 1mm x Width 50mm x Length 50mm: Ra0.34; Ry2.28
22 PP: Roughening the base material with # 1000 abrasive paper: Surface roughness Ra0.41; Ry2.91
23 Concrete board (surface roughness cannot be measured due to overrange)

それぞれの基材は、ミツトヨ社製 サーフテストSJ−301を用いて2回測定した平均粗さである。
尚、用意した試験片の端部1箇所に1.2mmφ程度の穴を開けφ1.0mmのステンレス製ワイヤーで吊り下げられるようにした。
改質処理液で処理した基材各2枚(50mm×50mm)を、白光株式会社製のホットメルト接着剤塗布器ハッコーメルターに、同社製ホットメルト接着剤ハッコーメルタースティックをセットし、2枚の基材が中央部分で25mm±0.5×50mm±0.5重なるように接着部分を作り、株式会社ナベヤ製リード型バイス 万力 ERON100で挟み、5分間固定し徐冷を行った。5分経過後、万力より取り出し、基材の下方15mmを同万力で挟み上方部分15mmをGISUKE社製オートマチックバイスプライヤーで固定した。固定したオートマチックバイスプライヤーを接着面に平行に引っ張り2枚の基材が破断した時の引張力を測定した。引張力を測定する為にオートマチックバイスプライヤーには株式会社エー・アンド・デイ社製デジタルフォースゲージを取り付けて測定した。その結果を表7に記す。
Each base material has an average roughness measured twice using a surf test SJ-301 manufactured by Mitutoyo Corporation.
In addition, a hole of about 1.2 mmφ was made at one end of the prepared test piece so that it could be suspended by a stainless steel wire of φ1.0 mm.
Set each of the two substrates (50mm x 50mm) treated with the modified treatment solution to the Hakoko melter manufactured by Hakuko Co., Ltd. An adhesive part was formed so that the base material overlaps 25 mm ± 0.5 × 50 mm ± 0.5 at the center part, and sandwiched between lead type vise vise ERON100 manufactured by Nabeya Co., Ltd., fixed for 5 minutes, and slowly cooled. After 5 minutes, it was taken out from the vise, the lower 15 mm of the base material was sandwiched with the same vise, and the upper part 15 mm was fixed with an automatic vice pliers manufactured by GGISKE. The fixed automatic vice pliers were pulled parallel to the adhesive surface, and the tensile force when the two substrates broke was measured. In order to measure the tensile force, a digital force gauge manufactured by A & D Co., Ltd. was attached to the automatic vice pliers. The results are shown in Table 7.

[処理条件]
基材加温:高温装置を使用し30度以上に基材加温状態を保つ
接着剤:範囲を最小限とし重量範囲0.06〜0.08gで合わせ基材と接触後は10秒間圧力をかける
処理工程:処理時間3分間
[Processing conditions]
Base material warming: Adhesive that keeps the base material warmed to 30 ° C or higher using a high-temperature device: A process that applies pressure for 10 seconds after contact with the base material in a weight range of 0.06 to 0.08 g with a minimum range : Processing time 3 minutes

[実施例 4]
この実施例4では、医療用器具などに用いられるチタン材(純チタン、βチタン及びニッケルチタン(NiTi)合金)について、酸化被膜などの汚れ除去の効果を検証した。
[前処理条件]
以下のA〜Vの溶液を、基材に接触するときの温度が80度となる過熱蒸気として用いた。
A:硝酸 0.1〜10重量% B:硝酸 11〜20重量% C:硝酸 21〜30重量% D:硝酸 31重量%以上
E:硫酸 0.1〜10重量% F:硫酸 11〜20重量% G:硫酸 21重量%以上 H:塩酸 0.1〜10重量%
I:塩酸 11〜20重量% J:塩酸 21重量%以上 K:リン酸 0.1〜10重量%
L:リン酸 11〜20重量% N:リン酸 21〜30重量% M:リン酸 31重量%以上
O:フッ化水素酸 0.1〜4重量% P:フッ化水素酸 5〜10重量%
Q:酸性フッ化アンモニウム 0.1〜4重量% R:酸性フッ化アンモニウム 5〜10重量%
S:中性フッ化アンモニウム 0.1〜4重量% T:中性フッ化アンモニウム 5〜10重量%
U:フッ化ナトリウム 0.1〜4重量% V:フッ化ナトリウム 5〜10重量%
[Example 4]
In Example 4, the titanium material (pure titanium, β titanium, and nickel titanium (NiTi) alloy) used for medical instruments and the like was verified for the effect of removing dirt such as an oxide film.
[Preprocessing conditions]
The following solutions A to V were used as superheated steam at a temperature of 80 degrees when contacting the substrate.
A: Nitric acid 0.1 to 10% by weight B: Nitric acid 11 to 20% by weight C: Nitric acid 21 to 30% by weight D: Nitric acid 31% by weight or more E: Sulfuric acid 0.1 to 10% by weight F: Sulfuric acid 11 to 20% by weight G: Sulfuric acid 21 wt% or more H: hydrochloric acid 0.1 to 10 wt%
I: Hydrochloric acid 11-20% by weight J: Hydrochloric acid 21% by weight or more K: Phosphoric acid 0.1-10% by weight
L: Phosphoric acid 11-20% by weight N: Phosphoric acid 21-30% by weight M: Phosphoric acid 31% by weight or more
O: Hydrofluoric acid 0.1 to 4% by weight P: Hydrofluoric acid 5 to 10% by weight
Q: Acidic ammonium fluoride 0.1-4% by weight R: Acidic ammonium fluoride 5-10% by weight
S: Neutral ammonium fluoride 0.1 to 4% by weight T: Neutral ammonium fluoride 5 to 10% by weight
U: Sodium fluoride 0.1 to 4% by weight V: Sodium fluoride 5 to 10% by weight

この実施例4の結果を表8に記す。
また、図13及び図14は、異なる医療用器具について表8のNO34の処理剤を用いたときの処理前後の比較結果を示すもので、(a)は処理前の状態を、(b)は処理後の状態を示す写真である。
The results of Example 4 are shown in Table 8.
FIGS. 13 and 14 show the comparison results before and after the treatment when the NO34 treatment agent in Table 8 is used for different medical devices. (A) shows the state before the treatment, and (b) shows the state before the treatment. It is a photograph which shows the state after a process.

評価基準
Evaluation criteria

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。
そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
例えば上記の説明では、表層を形成する分子間の間隙を一時的に拡開させる場合を例に挙げて説明したが、表層にできた凹みや亀裂を一時的に拡開させるようにしてもよい。
Although preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof.
For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
For example, in the above description, the case where the gaps between the molecules forming the surface layer are temporarily expanded has been described as an example, but a dent or a crack formed in the surface layer may be temporarily expanded. .

本発明は、新設の鋼構造物やコンクリート構造物はもとより、経年共用された鉄系の主要元素で構成された部材として用いられた構造物の表層に樹脂塗装やその他のコーティング層を形成又は再形成する際に好適に利用することができる他、自動車や鉄道車両また船舶その他の大型産業機械の表層に機能層を形成する際や、医療用器具や電子部品などの小形の器具の表層に機能層を形成する際にも好適に利用することができる。   In the present invention, a resin coating or other coating layer is formed or re-formed on the surface layer of a structure that is used as a member composed of iron-based main elements that have been shared over time as well as new steel structures and concrete structures. In addition to being able to be used suitably when forming, it functions when forming functional layers on the surface of automobiles, railway vehicles, ships and other large industrial machines, and on the surface of small devices such as medical devices and electronic parts. It can also be suitably used when forming a layer.

Claims (14)

金属基材層の表層に過熱蒸気を接触させ、前記表層の微細な凹み、亀裂、分子間又は原子間の間隙を一時的に拡開する工程と、
キャタリスト層形成分子を含有するキャタリスト層形成剤を前記表層に接触させ、前記間隙に前記キャタリスト層形成分子を侵入させ基材表層と結合させてキャタリスト層を形成する工程と、
前記キャタリスト層の表層の少なくとも一部に機能層を形成する工程と、
を有することを特徴とする金属基材層表層への機能層の形成方法。
A step of bringing superheated steam into contact with the surface layer of the metal substrate layer, and temporarily expanding fine dents, cracks, intermolecular or interatomic spaces in the surface layer;
Contacting a catalyst layer-forming agent containing a catalyst layer-forming molecule with the surface layer, allowing the catalyst layer-forming molecule to invade the gap and bonding with the substrate surface layer to form a catalyst layer;
Forming a functional layer on at least a part of the surface layer of the catalyst layer;
A method for forming a functional layer on the surface of a metal base material layer, comprising:
前記金属基材層の表層に過熱蒸気を接触させることで前記表層を活性化させ、活性化させた前記表層と前記キャタリスト層形成分子とを結合させることを特徴とする請求項1に記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The surface layer of the metal base material layer is activated by bringing superheated steam into contact therewith, and the activated surface layer and the catalyst layer-forming molecule are combined. A method for forming a functional layer on the surface of a metal base material layer. 前記機能層が、合金層、化合物層、混合物層、セラミック層、樹脂層、鍍金層又は防護層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The functional layer is an alloy layer, a compound layer, a mixture layer, a ceramic layer, a resin layer, a plating layer, or a protective layer. Forming method. 前記キャタリスト層形成剤に粘性付与剤を添加したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The method for forming a functional layer on the surface layer of a metal substrate layer according to any one of claims 1 to 3, wherein a viscosity imparting agent is added to the catalyst layer forming agent. 前記キャタリスト層形成剤を前記表層に接触させた後に過熱蒸気を接触させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The method for forming a functional layer on the metal base material layer surface layer according to any one of claims 1 to 4, wherein superheated steam is contacted after contacting the catalyst layer forming agent with the surface layer. 前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含有し、前記過熱蒸気を接触させる工程と当該基材層の表層にキャタリスト層を形成する工程とを同時に行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The said superheated steam contains the said catalyst layer formation agent, and the process which makes the said superheated steam contact and the process of forming a catalyst layer in the surface layer of the said base material layer are performed simultaneously. The method for forming a functional layer on the surface layer of the metal substrate layer according to any one of the above. 前記キャタリスト層形成剤がドーピング金属分子を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の基材の表層への機能層の形成方法。   The method for forming a functional layer on a surface layer of a substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst layer forming agent contains a doping metal molecule. 前記過熱蒸気が、酸性水溶液、水又はアルカリ水溶液のいずれかであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The method for forming a functional layer on the surface of the metal substrate layer according to any one of claims 1 to 7, wherein the superheated steam is any one of an acidic aqueous solution, water, and an alkaline aqueous solution. 前記酸性水溶液を前記表層に接触させた後に、中性水溶液又は中性水溶液の過熱蒸気を前記表層に接触させる工程を設けたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   The metal group according to claim 1, further comprising a step of bringing a neutral aqueous solution or a superheated vapor of the neutral aqueous solution into contact with the surface layer after the acidic aqueous solution is brought into contact with the surface layer. A method for forming a functional layer on the surface layer of a material layer. 過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部と、移動方向の上流側から下流側に向けて基材層に近接して配置された複数の噴射ノズルとを準備し、前記噴射ノズルを上流側から順に、過熱蒸気を噴射する過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射するキャタリスト層形成剤噴射ノズル、機能層形成剤を噴射する機能層形成剤噴射ノズルとして割り当てたこと、
を特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。
Prepare a superheated steam generator that generates superheated steam, and a plurality of injection nozzles arranged close to the base material layer from the upstream side to the downstream side in the moving direction, and in order from the upstream side, the injection nozzles, Assigned as a superheated steam injection nozzle for injecting superheated steam, a catalyst layer forming agent injection nozzle for injecting superheated steam of a catalyst layer forming agent, and a functional layer forming agent injection nozzle for injecting a functional layer forming agent,
The method for forming a functional layer on the surface layer of the metal substrate layer according to any one of claims 1 to 9.
前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含む場合に、前記過熱蒸気を一定圧力及び一定温度で保持して密閉する密閉容器を用いて、前記過熱蒸気噴射ノズルから噴射して前記金属基材に接触させることを特徴とする請求項10に記載の金属基材層表層への機能層の形成方法。   In the case where the superheated steam contains the catalyst layer forming agent, the superheated steam is held at a constant pressure and a constant temperature to be sealed and sealed from the superheated steam spray nozzle to the metal substrate. The method for forming a functional layer on the surface layer of the metal base layer according to claim 10, wherein contact is made. 請求項10又は11に記載の金属基材層表層への機能層の形成方法のための形成装置であって、
過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部と、移動方向の上流側から下流側に向けて前記金属基材層に近接して配置された複数の噴射ノズルとを有し、前記噴射ノズルを上流側から順に、過熱蒸気を噴射する過熱蒸気噴射ノズル、キャタリスト層形成剤の過熱蒸気を噴射するキャタリスト層形成剤噴射ノズル、機能層形成剤を噴射する機能層形成剤噴射ノズルとして割り当てたこと、を特徴とする金属基材層表層への機能層の形成装置。
A forming apparatus for a method for forming a functional layer on a surface layer of a metal base material layer according to claim 10 or 11,
A superheated steam generating section for generating superheated steam; and a plurality of spray nozzles arranged close to the metal base material layer from the upstream side to the downstream side in the moving direction, and the spray nozzles from the upstream side In order, the superheated steam injection nozzle for injecting superheated steam, the catalyst layer forming agent injection nozzle for injecting the superheated steam of the catalyst layer forming agent, and the functional layer forming agent injection nozzle for injecting the functional layer forming agent, An apparatus for forming a functional layer on a surface layer of a metal base layer.
前記過熱蒸気が前記キャタリスト層形成剤を含む場合に、前記過熱蒸気を一定圧力及び一定温度で保持して密閉する密閉容器を有するとともに、前記過熱蒸気噴射ノズルを前記キャタリスト層形成剤噴射ノズルとして用いたことを特徴とする請求項12に記載の金属基材層表層への機能層の形成装置。   When the superheated steam contains the catalyst layer forming agent, the superheated steam is held at a constant pressure and a constant temperature so as to be sealed, and the superheated steam injection nozzle is connected to the catalyst layer forming agent injection nozzle. The apparatus for forming a functional layer on the surface layer of the metal base layer according to claim 12, wherein 請求項1〜11のいずれかに記載の方法によって前記金属基材層表層に機能層を形成したことを特徴とする医療用器具。
A medical device in which a functional layer is formed on the surface layer of the metal base material layer by the method according to claim 1.
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