JP2915233B2 - 燐酸亜鉛処理液の活性度測定方法及び燐酸亜鉛処理液の活性度管理方法 - Google Patents
燐酸亜鉛処理液の活性度測定方法及び燐酸亜鉛処理液の活性度管理方法Info
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- C23C22/77—Controlling or regulating of the coating process
Description
ミニウム合金材表面に燐酸亜鉛被膜を形成するための燐
酸亜鉛処理液の活性度の測定方法及び管理方法に関する
ものであり、さらに詳細には、活性物質として錯フッ化
水素酸を含有する燐酸亜鉛処理液の活性度の測定方法及
び管理方法に関するものである。
は、軽量化等の目的でアルミニウム又はアルミニウム合
金素材が採用されており、また採用が検討されている。
これらの用途においては、カチオン型電着塗装などの電
着塗装により塗膜が形成される場合があるが、このよう
な場合塗膜の密着性及び耐食性を向上させるため、一般
に電着塗装の前処理として燐酸亜鉛被膜を表面に形成す
る。アルミニウム系素材の表面に燐酸亜鉛被膜を形成す
る方法としては、例えば、特公昭45−16566号公
報に開示されたような方法がある。この公報に開示され
た方法では、亜鉛イオン、硝酸イオン、燐酸イオン、S
iF6 イオン、鉄(II)イオン及びFイオンを主成分と
して含有する燐酸亜鉛処理液を用いて、燐酸亜鉛被膜を
形成している。このような燐酸亜鉛処理液において、S
iF6 イオン及びFイオンがH2 SiF6 及びHFとし
て存在している場合、以下に示すような化学反応式でア
ルミニウム系素材の表面をエッチングし活性化させる。
鉛被膜処理の際にアルミニウムと反応し、それぞれのア
ルミニウム塩となる。その結果、遊離のHF及びH2 S
iF6 濃度が処理によって低下し、アルミニウム系素材
に対する活性度が低下する。これらの活性度を制御し
て、常に一定の活性度を有する燐酸亜鉛処理液とするた
めには、遊離のHF濃度及びH2 SiF6 濃度を測定す
る必要がある。
メーターを用いることにより測定することができる。特
公昭42−17632号公報では、このようなケイ素電
極メーターを用いた遊離のHF濃度の測定方法が開示さ
れている。この公報に開示された方法では、被測定液を
充填した電解槽内の不活性なカソード電極とP型ケイ素
のアノード電極の間に定電圧による電解電流を流し、そ
の電流密度で被測定液中のHF濃度を測定している。ま
た、燐酸亜鉛処理液中のF- イオンに関しては、特開昭
60−251280号公報に開示されているように、フ
ッ素イオンを含有した処理液を20〜200倍容量に希
釈し、フッ素イオン電極を用いて測定することができ
る。
iF6 などの錯フッ化水素酸の濃度は、上記ケイ素電極
メーターやフッ素イオン電極等で測定することができ
ず、簡易な測定方法が存在しなかった。
と反応すると、そのアルミニウム塩になる。従って、処
理によって活性度が低下した処理液中には、H2 SiF
6 とAl2 (SiF6 )3 が含有されている。このよう
な処理液中の活性度を測定するためには、例えば、以下
のようにして測定する必要があった。
〜3.5)を、全イオン強度調整緩衝液(TISAB)
で稀釈し、F換算の全フッ素濃度をフッ素イオン電極法
で測定する。
オン強度調整のための塩化ナトリウム58g、多価陽イ
オンのマスキングのためのクエン酸ナトリウム1g、及
びpH調整のための氷酢酸50mlを、純水約500m
lに加えて溶かした後、これに5Nの水酸化ナトリウム
液を加えて、pHメーターを用いてpHを5.3に調整
し、さらに純水を加えて1000mlとしたものであ
る。
らに燐酸亜鉛処理液中のAl濃度を原子吸光分析法等で
測定することにより、遊離のH2 SiF6 濃度を求める
ことができる。
た活性度をもとの活性度に戻す場合、一般には、消費さ
れた錯フッ化水素酸を補充している。このように新たに
錯フッ化水素酸が補充された場合には、上述の全フッ素
濃度及びAl濃度に加えて、Siの濃度も測定する必要
が生じてくる。従って、従来の活性度測定方法は非常に
複雑であり、多くの時間を要するものであった。
を含有した燐酸亜鉛処理液の活性度を簡便にかつ迅速に
測定することのできる方法が従来から要望されており、
またこの方法を用いて燐酸亜鉛処理液の活性度を管理す
る方法が望まれている。本発明の目的は、H2 SiF6
やHBF4 などの錯フッ化水素酸を含有する燐酸亜鉛処
理液の活性度を簡便にかつ迅速に測定する方法並びにそ
の活性度を管理する方法を提供することにある。
は、アルミニウム又はアルミニウム合金材表面に燐酸亜
鉛被膜を形成するための燐酸亜鉛処理液であり、活性物
質として錯フッ化水素酸を含有し、かつ単純フッ化物の
含有量がHF換算で50ppm以下である燐酸亜鉛処理
液の活性度を測定する方法であり、燐酸亜鉛処理液から
採取した被測定液に所定量の単純フッ化物を添加する工
程と、単純フッ化物を添加した被測定液中のHF濃度を
測定することによって被測定液の活性度である錯フッ化
水素酸の濃度を評価する工程とを備えることを特徴とし
ている。
HF濃度は、例えば、ケイ素電極メーターによって簡便
に測定することができる。ケイ素電極メーターとして
は、例えば、特公昭42−17632号公報に開示され
ているケイ素電極メーターを用いることができる。この
ようなケイ素電極メーターを用いたHF濃度測定用の機
器としては、例えば、サーフプロガード101N(商品
名:日本ペイント社製)がある。このようなケイ素電極
メーターを用いる場合には、下記に示すような平衡式に
おいてHF濃度が高くなるように、すなわち平衡が右方
向に進むようにpHが2以下に調整されていることが好
ましい。 H+ +F- →HF
調整剤としては、硫酸、塩酸、硝酸、及び燐酸等の無機
酸並びに酢酸、クエン酸、酒石酸等の有機酸を用いるこ
とができる。測定後の被測定液を処理槽の燐酸亜鉛処理
液中にもどす場合には、処理液成分であるような燐酸や
硝酸をpH調整剤として用いることが好ましい。
は、HF、NaF、NaHF2 、KF、KHF2 、NH
4 F及びNH4 HF2 などを挙げることができる。この
ような単純フッ化物は、単独で用いてもよいし、複数組
み合わせて用いてもよい。
載の活性度測定方法を用いた管理方法であり、燐酸亜鉛
処理液から被測定液を採取する工程と、採取した被測定
液に所定量の単純フッ化物を添加する工程と、単純フッ
化物を添加した被測定液中のHF濃度を測定することに
よって被測定液の活性度である錯フッ化水素酸の濃度を
評価する工程と、被測定液の活性度の評価に基づき、燐
酸亜鉛処理液の活性度が管理基準の範囲内となるように
燐酸亜鉛処理液に単純フッ化物を添加して活性度を調整
する工程とを備えることを特徴としている。
燐酸亜鉛処理液に所定量の単純フッ化物を添加する。錯
フッ化水素酸がH2 SiF6 の場合、アルミニウムとの
反応により、Al2 (SiF6 )3 が生成するが、単純
フッ化物として例えばHFが添加された場合、次式のよ
うな反応を生じる。 Al2(SiF6)3 +12HF→2H3 AlF6 +3H2 SiF6 ……(I)
塩と単純フッ化物の反応が進行し、錯フッ化水素酸のア
ルミニウム塩がなくなるまで単純フッ化物が消費され
る。従って、過剰の単純フッ化物を添加し、残留する単
純フッ化物をHF濃度として測定することにより、錯フ
ッ化水素酸のアルミニウム塩の量を測定し、活性度を評
価することができる。残留する単純フッ化物は、上述の
ようにケイ素電極メーター等により簡易に測定すること
ができる。ケイ素電極メーターによるHF濃度の測定
は、測定誤差の小さい濃度範囲を選択して測定すること
が好ましく、ケイ素電極メーターとしてサーフプロガー
ド101Nを用いる場合には、残留する単純フッ化物濃
度が、HF換算で200〜500ppmとなるように被
測定液に所定量の単純フッ化物として添加することが好
ましい。
のアルミニウム塩と反応する単純フッ化物は、HF換算
でアルミニウム塩の6倍当量であるので、処理液中の錯
フッ化水素酸の濃度及び処理条件等から経験的に処理後
の処理液中に存在するアルミニウム塩の濃度が概ね推定
され、これに対応する単純フッ化物濃度を求めることが
できる。従って、この濃度にケイ素電極メーターで測定
され得る範囲の単純フッ化濃度を加算すれば、被測定液
に添加する単純フッ化物の所定量を決定することができ
る。
の被測定液はpHが2以下に調整されていることが好ま
しい。pHを2以下に調整することにより、上述のよう
に遊離のHF濃度を高めることができ、測定誤差を小さ
くすることができる。また、HF濃度を測定する際の温
度も一定にすることが望ましく、例えば20℃〜60℃
の範囲内で適宜測定温度を設定することができる。
ウム(NaHF2 )を用いる場合にも、同様に次式のよ
うな反応で錯フッ化水素酸が生成する。 Al2(SiF6)3 +6NaHF2 →2Na3 AlF6 +3H2 SiF6 ……(II)
これらの反応によって錯フッ化水素酸が生成することを
説明するための式であり、実際にはpHによりフッ化ア
ルミニウム塩の形態等が異なる。NaFなどの水素を含
有しない単純フッ化物を用いた場合には、系内における
酸性成分から水素が供給されH2 SiF6 を生成する。
2 SiF6 を例にして説明したが、HBF4 などのその
他の錯フッ化水素酸においても同様にして処理液中の活
性度を測定することができる。
量の単純フッ化物を含有する燐酸亜鉛処理液に対しても
適用することができる。すなわち、ケイ素電極メータで
測定できないような微量の、例えばHF換算で50pp
m以下の単純フッ化物を含有する燐酸亜鉛処理液に本発
明を適用し、処理液の活性度、すなわち単純フッ化物及
び錯フッ化水素酸の濃度を測定することができる。
鉛処理液槽内の燐酸亜鉛処理液から被測定液を採取し、
この被測定液中の活性度を、上述のようにして単純フッ
化物を添加することにより測定し、この活性度の評価に
基づき、燐酸亜鉛処理液槽中の燐酸亜鉛処理液に単純フ
ッ化物を添加する。単純フッ化物の添加により燐酸亜鉛
処理液中の錯フッ化水素酸のアルミニウム塩が、錯フッ
化水素酸に変換され、燐酸亜鉛処理液の活性度を管理基
準の範囲内とすることができる。
補充するのではなく、単純フッ化物を添加することによ
り錯フッ化水素酸を系内で生成させ、その濃度を所定の
範囲内とし、活性度を維持している。このため、処理液
の組成が複雑化することなく、経済的に処理液を長期間
使用することができる。
る量の単純フッ化物を段階的に添加して、ケイ素電極メ
ーターを用い電解電流値を測定し、処理液中の単純フッ
化物のHF換算濃度を求めた。ケイ素電極メーターとし
ては、上述のサーフプロガード101Nを用いた。
ウムを用い、これを燐酸亜鉛処理液に、HF換算で、1
50、200、250、300、350、及び400p
pmとなるように加えた。酸性フッ化ナトリウムを添加
した各燐酸亜鉛処理液100mlに対し50%硫酸を2
ml加え、35℃で電解電流値を測定した。
り、FAは遊離酸度を示している。遊離酸度(FA)及
び全酸度(TA)は、溶液10mlを中和するのに必要
な0.1NのNaOHの量(ml)を示しており、それ
ぞれブロムフェノールブルー及びフェノールフタレイン
を指示薬として中和滴定することにより求められる。
化物濃度との関係を図1に示す。このようにして得られ
た曲線は、燐酸亜鉛処理液中の単純フッ化物濃度の検量
線として用いることができる。
の5000系アルミニウム・マグネシウム合金材を連続
処理した。連続処理の間、一定面積の処理毎に処理液を
採取した。採取した処理液に酸性フッ化ナトリウムをH
F換算で400ppm添加し、次いで100mlあたり
50%硫酸を2ml加え、これを被測定液としてサーフ
プロガード101Nにより電解電流値を測定した。測定
された電解電流値を図1に示す検量線によりHF濃度に
換算した。これらの結果を表2に示す。
化物アルミニウム塩の濃度を従来の方法で測定した。上
述のように全イオン強度調整緩衝液(TISAB)を用
いて全フッ素濃度をフッ素イオン電極法で求め、トータ
ルのSiF6 濃度を算定し、原子吸光法でAl3+濃度を
測定して、Al2 (SiF6 )3 濃度を算定し、これら
の値から遊離のH2 SiF6 濃度を算定した。これらの
結果を表2に示す。
ミニウム材の被覆性についても評価した。アルミニウム
材の被覆性については以下のようにして評価した。 ○:被膜量が1.0g/m2 を超えるもの △:被膜量が0.5〜1.0g/m2 のもの ×:被膜量が0.5g/m2 未満のもの
ド101Nにより求めた電解電流値、すなわち、被測定
液中の残留単純フッ化物濃度が減少するにつれて、遊離
のH 2 SiF6 が減少しており、アルミニウム塩が増加
している。また遊離のH2 SiF6 濃度に比例してアル
ミニウム材の被覆性が低下していることがわかる。
酸亜鉛処理液に所定量の単純フッ化物を添加し、ケイ素
電極メーターによって被測定液中のHF濃度を測定する
ことにより、燐酸亜鉛処理液中の活性度を簡便かつ迅速
に評価することができる。
添加し活性化する実施例について説明する。アルミニウ
ム系素材を処理し不活性になった燐酸亜鉛処理液3種類
を用意した。それぞれの処理液にHF換算で単純フッ化
物としての酸性フッ化ナトリウムを300、400、5
00、600、700、800ppmと段階的に添加
し、サーフプロガード101Nを用いて電解電流値を求
めた。単純フッ化物添加量と電解電流値の関係を図2に
示す。
て燐酸亜鉛処理液の電解電流値が一定値(例えば20μ
A)示すまでの単純フッ化物の添加量がそれぞれ異なっ
ている。これは、各処理液中に存在する錯フッ化水素酸
のアルミニウム塩の濃度が異なるためであり、処理液中
に存在するアルミニウム塩がすべて単純フッ化物と反応
するまで電解電流値が増加しない。すなわち、処理液中
に存在するアルミニウム塩に対し6倍当量の量を超える
単純フッ化物を添加するまで電解電流値が上昇しない。
純フッ化物を段階的に添加し、その際の電解電流値を測
定することにより、燐酸亜鉛処理液中の錯フッ化水素酸
のアルミニウム塩濃度を求めることができ、不活性にな
った燐酸亜鉛処理液を活性化するのに必要な単純フッ化
物のHF換算の添加量を求めることができる。
る。表1に示す燐酸亜鉛処理液を用いて市販の5000
番系アルミニウム・マグネシウム合金材を以下の工程に
より燐酸亜鉛処理する。 (a)脱脂→(b)水洗→(c)表面調整→(d)化成
→(e)水洗→(f)純水洗→(g)乾燥
る。 (a)脱脂 アルカリ性脱脂剤(日本ペイント社製「サーフクリーナ
ーSD250」)の2重量%水溶液に40℃で2分間浸
漬する。このときの浴管理は、アルカリ度(ブロムフェ
ノールブルーを指示薬として、10mlの浴の中和に要
する0.1N−HClのml数で表す)を初期値に維持
するようにした。補給用薬剤としてサーフクリーナー−
SD250を用いる。
行う。
5」)の0.1重量%水溶液に、室温で15秒間浸漬す
る。浴管理は、サーフファイン5N−5を補給して、同
様にアルカリ度を維持することにより行う。
離酸度(ブロムフェノールブルーを指示薬として10m
lの浴の中和に要する0.1N−NaOHのml数で表
す)を初期値に維持することにより行う。
鉛処理を行い、処理後の燐酸亜鉛処理液の活性度を一定
に保つように表3に示す濃厚補給剤A及び濃厚補給剤B
を用いて調整した。
度(表1に示す)を維持するように、処理後の燐酸亜鉛
処理液中に添加する。また濃厚補給剤Bは、燐酸亜鉛処
理液の活性度、すなわち遊離のH2 SiF6 濃度が初期
の1000ppmを維持するように添加する。すなわ
ち、処理液槽から採取した処理液100mlに、単純フ
ッ化物として酸性フッ化ナトリウムをHF換算で300
ppm添加し、さらにPHを2以下にするため硫酸(5
0重量%)2mlを加えた後、サーフプロガード101
N測定器により、電解電流値を測定する。図1に示す検
量線を用いて、この電解電流値から被測定液中のHF換
算の単純フッ化物濃度を求め、採取後添加した300p
pmからこの濃度を差し引いた量の単純フッ化物が添加
されるように濃厚補給剤Bを処理液槽の処理液中に添加
する。
ッ化物及び硫酸を添加した被測定液が、サーフプロガー
ド101N測定器で20μAの電解電流値を示した場
合、燐酸亜鉛処理液槽内の処理液中に、Al2 (SiF
6 )3 が単純フッ化物(HF換算)50ppm相当分存
在していると判断できるので、濃厚補給剤Bを単純フッ
化物(HF換算)で50ppm相当分添加すればよい。
の遊離酸度及び活性度を管理することにより、連続して
アルミニウム合金材を処理しても、仕上がり外観が一定
した良質の燐酸亜鉛被膜をアルミニウム合金材上に形成
させることができる。
に所定量の単純フッ化物を添加し、添加後の被測定液中
のHF濃度を測定することによって被測定液中の錯フッ
化水素酸の濃度、すなわち活性度を測定することができ
る。従って、燐酸亜鉛処理液中の活性度を簡易かつ迅速
に測定することができる。
このようにして測定した被測定液の活性度の評価に基づ
き、燐酸亜鉛処理液の活性度が管理基準の範囲内となる
ように燐酸亜鉛処理液に単純フッ化物を添加する。本発
明の活性度管理方法によれば、簡便にかつ迅速に活性度
を測定し、常に一定の活性度を維持した燐酸亜鉛処理液
で処理することが可能になるので、仕上がり外観等の一
定した良質の燐酸亜鉛被膜を形成させることができるよ
うになる。
液に添加した単純フッ化物濃度と、ケイ素電極メーター
の電解電流値との関係を示す図。
液に単純フッ化物を段階的に添加したときの電解電流値
を示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】 アルミニウム又はアルミニウム合金材表
面に燐酸亜鉛被膜を形成するための燐酸亜鉛処理液であ
り、活性物質として錯フッ化水素酸を含有し、かつ単純
フッ化物の含有量がHF換算で50ppm以下である燐
酸亜鉛処理液の活性度を測定する方法であって;前記 燐酸亜鉛処理液から採取した被測定液に所定量の単
純フッ化物を添加する工程と; 単純フッ化物を添加した被測定液中のHF濃度を測定す
ることによって被測定液の活性度である錯フッ化水素酸
の濃度を評価する工程とを備える、燐酸亜鉛処理液の活
性度測定方法。 - 【請求項2】 前記被測定液中のHF濃度をケイ素電極
メーターによって測定する、請求項1に記載の燐酸亜鉛
処理液の活性度測定方法。 - 【請求項3】 前記単純フッ化物を添加した被測定液の
pHを2以下にするため、被測定液にpH調整剤を添加
する工程をさらに備える、請求項1又は2に記載の燐酸
亜鉛処理液の活性度測定方法。 - 【請求項4】 前記pH調整剤が燐酸または硝酸であ
る、請求項3に記載の燐酸亜鉛処理液の活性度測定方
法。 - 【請求項5】 前記単純フッ化物が、HF、NaF、N
aHF2 、KF、KHF2 、NH4 F、及びNH4 HF
2 からなるグループより選ばれる少なくとも1種であ
る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燐酸亜鉛処理
液の活性度測定方法。 - 【請求項6】 アルミニウム又はアルミニウム合金材表
面に燐酸亜鉛被膜を形成するための燐酸亜鉛処理液であ
り、活性物質として錯フッ化水素酸を含有し、かつ単純
フッ化物の含有量がHF換算で50ppm以下である燐
酸亜鉛処理液の活性度を管理基準の範囲内に管理する方
法であって; 前記燐酸亜鉛処理液から被測定液を採取する工程と; 前記採取した被測定液に所定量の単純フッ化物を添加す
る工程と; 単純フッ化物を添加した被測定液中のHF濃度を測定す
ることによって被測定液の活性度である錯フッ化水素酸
の濃度を評価する工程と; 前記被測定液の活性度の評価に基づき、前記燐酸亜鉛処
理液の活性度が前記管理基準の範囲内となるように燐酸
亜鉛処理液に単純フッ化物を添加して活性度を調整する
工程とを備える、燐酸亜鉛処理液の活性度管理方法。
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