JP2827878B2 - 耐候性に優れた鋼材の表面処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の新しい表面処理
方法に関し、特に、大気腐食環境に対する保護作用を有
する錆、いわゆる耐候性錆の層を、短期間で鋼材の表面
に育成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼にＰ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ等の元
素を添加することにより、大気中における耐食性を向上
させることができる。これらの低合金鋼は耐候性鋼と呼
ばれるが、屋外において数年で腐食に対して保護性のあ
る錆（以下耐候性錆という）を形成し、以後塗装等の耐
食処理作業を不要とするいわゆるメインテナンスフリー
鋼である。

【０００３】しかしながら、耐候性錆が形成されるまで
に数年かかるため、それまでの期間中に赤錆や黄錆等の
浮き錆や流れ錆を生じてしまい、外見的に好ましいばか
りでなく周囲の環境の汚染原因にもなるという問題点を
残している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この問題については、
たとえば特開平１−１４２０８８号に示されているよう
に、リン酸塩被膜を形成させる表面処理方法が提案され
ている。しかし、リン酸塩被膜を形成させる以前に適当
な前処理を施す必要がある等処理の内容が複雑であり、
また鋼材の溶接が必要な場合は溶接部に処理を施すこと
は容易ではなく、建築構造物には適用が困難なものであ
る。

【０００５】そこで、本発明の主たる課題は、簡単な処
理により、赤錆や黄錆等の浮き錆や流れ錆をほとんど生
じることなく、大気腐食環境に対して安定した耐候性錆
を生成することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本第１発明は、鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に、
１．０〜３０．０質量％の硫酸アルミニウムを含む水溶
液を塗布する点を、その構成とする。

【０００７】また、本第２発明は、鋼材表面あるいは鋼
材の錆層に、１．０〜３０．０質量％の硫酸アルミニウ
ムを含み、かつリン酸、Ｆｅ(II)、Ｆｅ(III) 、Ｃｒ(I
II)、Ｎｉイオンのうちの一種あるいは二種以上を、そ
れらの総質量％で０．１〜１０質量％含む水溶液を塗布
する点を、その構成とする。

【０００８】さらに、本第３発明は、鋼材表面あるいは
鋼材の錆層に、１．０〜３０．０質量％の硫酸アルミニ
ウムおよび１．０〜１７．０質量％の硫酸銅(II)のうち
の少なくとも一方を含む水溶液に、その質量の０．００
５〜２倍の質量のα−ＦｅＯＯＨを添加してなる水溶液
を塗布する点を、その構成とする。

【０００９】そして、本第４発明は、鋼材の表面あるい
は鋼材の錆層に、１．０〜３０．０質量％の硫酸アルミ
ニウムおよび１．０〜１７．０質量％の硫酸銅(II)のう
ちの少なくとも一方、およびリン酸、Ｆｅ(II)、Ｆｅ(I
II) 、Ｃｒ(III) 、Ｎｉイオンのうちの一種あるいは二
種以上を、それらの総質量％で０．１〜１０質量％含む
水溶液に、その質量の０．００５〜２倍の質量のα−Ｆ
ｅＯＯＨを添加してなる水溶液を塗布する点を、その構
成とする。

【００１０】

【作用】以下、本発明に用いられる各物質の作用につい
て説明する。 （１）硫酸アルミニウムおよび硫酸銅(II) 耐候性錆のの構造が緻密であれば、大気腐食環境を遮断
し易く、また浮き錆や流れ錆の根本的な原因であるＦｅ
イオンの溶出を軽減する。しかし一方、耐候性錆中に割
れや細孔があると水や酸素の供給経路となり、耐候性錆
の防食性が低減する。

【００１１】硫酸アルミニウムおよび硫酸銅(II)の少な
くとも一方を含有した水溶液（以下、アルミ−銅水溶液
という）を鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に塗布する
と、熱力学的に安定で、電気化学的に還元され難い錆層
が形成される。またその錆層は、極めて微細な結晶によ
って構成され、錆粒子間の密着性が向上しているため、
緻密で安定し、しかも割れや細孔の少ない構造となって
いる。したがって、水や酸素の供給経路を断ち、浮き錆
や流れ錆の根本的な原因であるＦｅイオンの溶出を軽減
できるとともに、大気腐食環境を非常に良く遮断する。

【００１２】なお、本発明に係る効果を得るためには、
アルミ−銅水溶液は、１．０質量％以上の濃度の硫酸ア
ルミニウムおよび１．０質量％以上の濃度の硫酸銅(II)
の少なくとも一方が必要である。また、それぞれ３０．
０質量％および１７．０質量％を超えても効果は飽和
し、経済的にも不利となり、また溶解度を超え結晶が析
出する可能性があるので、それぞれの範囲を１．０〜３
０．０質量％、１．０〜１７．０質量％と限定した。

【００１３】（２）Ｆｅ、リン酸、Ｃｒ、Ｎｉイオン Ｆｅ、リン酸、Ｃｒ、Ｎｉイオンは、錆と鋼との界面構
造を密にするとともに、錆粒子間の密着性を向上させる
ものである。したがって、これら各イオンのうちの一種
あるいは二種以上を、前述のアルミ−銅水溶液に添加し
て形成された水溶液（以下、イオン添加水溶液という）
を、鋼材の表面または鋼材の錆層に塗布すると、さらに
緻密で安定した構造の錆層が得られ、アルミ−銅水溶液
を塗布した時の効果を一層向上させる。

【００１４】なお、硫酸イオンが熱力学的に安定なα−
ＦｅＯＯＨを育成するのに効果的であるため、（１）に
示した硫酸アルミニウム、硫酸銅(II)のように、これら
のイオンは、硫酸塩として利用することが特に好適であ
る。

【００１５】本発明に係る効果を得るためには、各イオ
ンの添加量については、Ｆｅ、リン酸、Ｃｒ、Ｎｉイオ
ンの一種あるいは二種以上を０．１質量％以上含まれて
いる必要があり、好ましくは、２種以上を添加するのが
よい。しかし、１０質量％を超える添加では、効果は飽
和し、経済的にも不利となるので、添加イオン濃度の範
囲を０．１〜１０質量％に限定した。

【００１６】（３）α−ＦｅＯＯＨ粉末 α−ＦｅＯＯＨは、耐候性鋼を長期暴露して形成される
防食性の高い安定錆層の主要構成化合物であり、通常の
大気腐食環境中で化学的に安定で相変態や溶解が生じな
い性質を有する。このため、アルミ−銅水溶液またはイ
オン添加水溶液にα−ＦｅＯＯＨ粉末を添加すると、安
定なα−ＦｅＯＯＨを主として鋼材の表面を被覆できる
とともに、単にα−ＦｅＯＯＨを形成させるだけでなく
添加したα−ＦｅＯＯＨを核として極めて微細な錆粒子
を形成させることとなり、錆の緻密さをさらに向上させ
る。

【００１７】したがって、錆層の相変態や溶解に伴う電
気化学的反応が抑制されるとともに、そのような安定な
錆層が物理的にも緻密になるので、その後に割れや空隙
等の構造的欠陥が生じ難く、酸素や水あるいは大気中の
腐食性物質の侵入を防ぐことにもなり、結果として大気
腐食環境を遮断し易く、また浮き錆や流れ錆の根本的な
原因であるＦｅイオンの溶出をさらに軽減できる。

【００１８】また、本発明に係る効果を得るためには、
α−ＦｅＯＯＨを添加する水溶液の０．００５倍以上の
質量のα−ＦｅＯＯＨを水溶液に添加する必要がある。
一方、添加する水溶液の２倍を超えてα−ＦｅＯＯＨを
添加しても、効果は飽和するだけでなく、処理終了後に
過剰なα−ＦｅＯＯＨが鋼材表面から脱落し、周囲の汚
染の原因ともなるため、α−ＦｅＯＯＨの添加量の範囲
を水溶液質量％の０．００５〜２倍と限定した。

【００１９】以上、述べてきた処理液は、通常の塗装方
法と同じくエアスプレー、エアレススプレーあるいは刷
毛塗り等のいずれの方法によっても塗布することができ
るため、場所を選ばず施工が可能である。また、望まし
くは、複数回降雨毎に塗布するのが良いが、１回の塗布
作業でも効果があるため経済性にも優れる。さらに現地
塗装が可能なため、現地での鋼材の切断、溶接等の加工
後にも対応できる。また、対象とする鋼材は、耐候性鋼
に限らず、通常の大気腐食環境中で錆を生成する鋼材で
あれば良く、たとえば低合金鋼や炭素鋼等も本発明の対
象の鋼材として挙げられる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実験例を示し、この実験例に
基づいて本発明の効果および各物質の限定条件を詳説す
る。 ＜実験例１＞実験は、次の手順により行った。表１に示
す化学成分からなり、寸法が１５０×６０×３ｍｍ³ で
ある試験鋼片の表面を、エメリー紙研磨およびバフ研磨
し、鏡面とした。この試験鋼片を、新潟県直江津市にお
ける海岸より５０ｍの地点に、前記試験鋼片を３０日間
暴露し、表面に錆層を形成させた試験鋼片の表面に、表
２〜表１４に示す組成の処理液を塗布し、乾燥してから
再び処理液を塗布することを３回繰り返し、錆付鋼を生
成した。一方、上記の試験鋼片に直接表２〜表１４に示
す組成の処理液を塗布した裸鋼をも生成した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】

【表５】

【００２６】

【表６】

【００２７】

【表７】

【００２８】

【表８】

【００２９】

【表９】

【００３０】

【表１０】

【００３１】

【表１１】

【００３２】

【表１２】

【００３３】

【表１３】

【００３４】

【表１４】

【００３５】上記処理を施した各試験片を同一条件のも
とに大気腐食環境にある新潟県直江津市における海岸か
ら５０ｍの位置に３６５日間暴露した。その結果、裸
鋼、錆付鋼のいずれにおいても、本発明例である試験番
号１〜１２８では、ほとんど流れ錆が認められなかった
のに対し、比較例である試験番号１２９〜１３７におい
ては、非常に多くの流れ錆が確認された。

【００３６】また、ＥＰＭＡにより錆中の主要元素分布
を調査した結果、いずれの試験番号の裸鋼、錆付鋼と
も、本発明例である試験番号１〜１２８においては、処
理液中の有効元素が濃縮しており、錆の割れも少なく耐
候性鋼が形成されていると考えられる。これに対し、比
較例である試験番号１２９〜１３７においては、有効元
素の濃縮は僅かであり、緻密さにおいて劣っていると言
える。

【００３７】次に、各試験鋼片の暴露後の板厚減少量を
表１５〜表１９に示す。

【００３８】

【表１５】

【００３９】

【表１６】

【００４０】

【表１７】

【００４１】

【表１８】

【００４２】

【表１９】

【００４３】表１５〜表１９によると、本発明例である
試験番号１〜１２８の板厚減少量と、比較例である試験
番号１２９〜１３７の板厚減少量とを比較した場合、本
発明例の板厚減少量は、比較例の板厚減少量の半分以下
に抑えられていることが判る。すなわち、本発明に係る
処理液を塗布することにより、耐候性錆の保護性がより
高められたと考えられる。

【００４４】なお、α−ＦｅＯＯＨの添加は、試験番号
２７と１３８、３８と１３９、４９と１４０、６０と１
４１、８２と１４２をそれぞれ比較することより明らか
なように、水溶液の２倍を超えた質量％のα−ＦｅＯＯ
Ｈを添加しても、その効果は飽和してしまう。

【００４５】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、簡単な処
理により、赤錆や黄錆等の浮き錆や流れ錆をほとんど生
じることなく、大気腐食環境に対して安定した耐候性錆
を生成することが可能となる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−156466（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−48080（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−142088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−77236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−11739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−55389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−97478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260866（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−97477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−90545（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−264256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−111836（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−48776（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 22/00 - 22/86 C23C 24/00 - 30/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に、１．０
   〜３０．０質量％の硫酸アルミニウムを含む水溶液を塗
   布することを特徴とする耐候性に優れた鋼材の表面処理
   方法。
2. 【請求項２】鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に、１．０
   〜３０．０質量％の硫酸アルミニウムを含み、かつリン
   酸、Ｆｅ(II)、Ｆｅ(III) 、Ｃｒ(III) 、Ｎｉイオンの
   うちの一種あるいは二種以上を、それらの総質量％で
   ０．１〜１０質量％含む水溶液を塗布することを特徴と
   する耐候性に優れた鋼材の表面処理方法。
3. 【請求項３】鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に、１．０
   〜３０．０質量％の硫酸アルミニウムおよび１．０〜１
   ７．０質量％の硫酸銅(II)のうちの少なくとも一方を含
   む水溶液に、その水溶液の質量の０．００５〜２倍の質
   量のα−ＦｅＯＯＨを添加してなる水溶液を塗布するこ
   とを特徴とする耐候性に優れた鋼材の表面処理方法。
4. 【請求項４】鋼材の表面あるいは鋼材の錆層に、１．０
   〜３０．０質量％の硫酸アルミニウムおよび１．０〜１
   ７．０質量％の硫酸銅(II)のうちの少なくとも一方、お
   よびリン酸、Ｆｅ(II)、Ｆｅ(III) 、Ｃｒ(III) 、Ｎｉ
   イオンのうちの一種あるいは二種以上を、それらの総質
   量％で０．１〜１０質量％含む水溶液に、その水溶液の
   質量の０．００５〜２倍の質量のα−ＦｅＯＯＨを添加
   してなる水溶液を塗布することを特徴とする耐候性に優
   れた鋼材の表面処理方法。