JP2962614B2 - 鉄鋼−アルミニウム含有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理方法 - Google Patents

鉄鋼−アルミニウム含有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼−アルミニウム含
有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理方法に関するも
のである。更に詳しく述べるならば、本発明は、鉄鋼材
料と、アルミニウム含有金属材料とをともに含む複合材
料を、リン酸塩化成処理液により連続的に処理するに際
し、処理液中に溶出蓄積されるアルミニウムイオンの悪
影響を防止し、前記複合材料上に良好なリン酸塩化成皮
膜を形成することのできる、鉄鋼−アルミニウム含有金
属複合材料の連続リン酸塩化成処理に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば自動車業界等において、車
体を軽量化するために、鉄鋼材料の一部分、又は全部を
アルミニウム、又はアルミニウム含有合金などのアルミ
ニウム含有金属材料により置換することが行われるよう
になっている。このような鉄鋼材料と、アルミニウム含
有金属材料とをともに含む複合材料に、従来方法によっ
てリン酸塩化成処理液による連続的化成処理を施すと、
処理液中に複合材料よりアルミニウムイオンが溶出し、
蓄積され、このために、複合材料上におけるリン酸塩化
成皮膜の均一な形成を阻害し、複合材料に十分な塗装性
能や耐食性能を付与することが困難になる。
【0003】上記のような問題点を、解消するために
は、例えば、特公昭63−157879号および特公昭
64−68481号などに記載されているように特殊な
リン酸塩化成処理方法を複合材料に施す方法、リン酸塩
化成処理液中のアルミニウムイオンを、イオン交換樹脂
を用いて除去しながら、複合材料にリン酸塩化成処理を
施す方法、およびリン酸塩化成処理液中のアルミニウム
イオンのみを、特殊処理剤を用いて選択的に沈澱させる
方法などが試みられている。
【0004】しかしながら、上述の従来方法には、複合
材料中の鉄鋼材料部分に対するリン酸塩化成処理効果を
良好に維持できるが、しかし複合材料中のアルミニウム
含有金属材料部分に対するリン酸塩化成処理効果が不十
分であるという問題点がある。すなわち、前記従来方法
には、アルミニウム含有金属材料部分の表面上における
リン酸塩化成皮膜の形成が不安定であって、或るとき
は、良好なリン酸塩化成皮膜が形成されるが、或るとき
は、リン酸塩化成皮膜が殆んど形成されず、従って、こ
の部分の塗装性および耐食性が不良になるという問題点
がある。
【0005】上記特殊イオン交換樹脂を用いる方法に
は、処理装置が大規模なものとなりその設備費が高く、
また、運転コスト、特にイオン交換樹脂の再生処理コス
トが高く、工業的規模の実施では、経済的に採算がとれ
ないという欠点がある。
【0006】さらに上記アルミニウムイオン沈澱法とし
ては、下記反応: Al3++2K+ +Na+ +6F- →K2 NaAlF6 を利用してアルミニウムイオンをエルパソライト(K2
NaAlF6 )として沈澱する方法が知られている。
【0007】アルミニウムイオンを含有するリン酸塩化
成処理液に上記エルパソライト沈澱法を施すためには、
当該化成処理液中に、ナトリウムおよびカリウムイオン
の合計イオン当量がアルミニウムイオンのイオン当量に
等しくなるようにナトリウム化合物およびカリウム化合
物を添加しなければならない。具体的には、酸性フッ化
ナトリウムと、酸性フッ化カリウムとを1:2のモル比
で含有する沈澱形成処理液を、当該化成処理液に添加
し、これをアルミニウムイオンと結合させて、エルパソ
ライト沈澱を、形成させる必要がある。
【0008】上記エルパソライト沈澱法において、アル
ミニウムイオンの当量以上の量のアルカリ(ナトリウム
およびカリウム)が化成処理液に添加されると、残留す
るアルカリイオンによって、化成処理液のリン酸塩化成
皮膜形成能が変化し、安定な化成処理が不可能になる。
また、上記酸性フッ化アルカリの添加により処理液中の
フッ素イオン濃度が過剰になると、複合材料中のアルミ
ニウム含有金属材料部分の化成皮膜形成性が悪化し、更
に鉄鋼材料部分の化成処理性も悪化するなどの欠点を生
ずる。
【0009】上述のように、従来の方法においては、複
合材料にリン酸塩化成処理を安定して施すことが極めて
困難であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄鋼材料
と、アルミニウム含有金属材料とをともに含有する複合
材料にリン酸塩化成処理液により連続的に処理を施す際
に、前記処理液中に溶出してくるアルミニウムイオンを
除去することなく、複合材料中の鉄鋼材料部分およびア
ルミニウム含有金属材料部分の両方に対し、良好なリン
酸塩化成皮膜を安定して形成することのできる、鉄鋼−
アルミニウム含有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理
方法を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄鋼材料およ
びアルミニウム含有金属材料をともに含む複合材料にリ
ン酸塩化成処理液による連続化成処理を施すに際し、処
理液中に溶出しているアルミニウムイオンの、処理液中
に添加された硝酸基イオンおよび全フッ素の合計量のモ
ル比および硝酸イオンの全フッ素に対するモル比を特定
範囲内に制御し、かつ遊離フッ素イオン濃度を特定値範
囲内に維持することによって上記課題の達成に成功した
ものである。
【0012】すなわち、本発明の鉄鋼−アルミニウム含
有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理方法は、鉄鋼材
料と、アルミニウム含有金属材料とをともに含む複合材
料をリン酸塩化成処理液中において連続的に処理するに
際し、前記リン酸塩化成処理液中に、硝酸基イオン(N
3 - )および遊離フッ素イオン(F- )を含有させ、
前記複合材料から、前記リン酸塩化成処理液中に溶出し
含有されるアルミニウムイオン(Al3+)の量を検出
し、そして、前記アルミニウムイオン(Al3+)の、前
記硝酸基イオン(NO3 - )と、全フッ素(F)の合計
量に対するモル比Al:(NO3 +F)を、1/3以下
に、かつ硝酸基イオンの全フッ素に対するモル比を1:
2〜2:1に制御するとともに、前記遊離フッ素イオン
(F- )の濃度を50〜500ppm (フッ素イオン感応
電極による測定値)に維持して、前記リン酸塩化成処理
液中に溶出し蓄積されたアルミニウムイオンを除去する
ことなく、前記複合材料の鉄鋼材料及びアルミニウム含
有金属材料の両者上にリン酸塩化成皮膜を形成させるこ
とを特徴とするものである。
【0013】上記本発明の方法において、前記リン酸塩
化成処理の開始時に、前記リン酸塩化成処理液が、下記
種類および濃度のイオン: 亜鉛イオン 0.2〜5.0g/リットル ニッケルイオン 0.1〜4.0g/リットル マンガンイオン 0.1〜2.0g/リットル リン酸基イオン 5〜30g/リットル 硝酸基イオン 1〜20g/リットル 亜硝酸基イオン 0.01〜1.0g/リットル および 遊離フッ素イオン 50〜500ppm (フッ素イオ
ン感応電極による測定値) を含有することが好ましい。
【0014】
【作用】本発明方法に供される複合材料は、鉄鋼材料
と、アルミニウム含有金属材料とをともに含むものであ
る。鉄鋼材料は、それがリン酸塩化成処理に供し得るも
のである限り格別の限定はなく、例えば、冷間圧延鋼
板、電気亜鉛メッキ鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、合金化
された溶融亜鉛メッキ鋼板、および2層メッキ鋼板など
を包含するものである。また、アルミニウム含有金属材
料とは、アルミニウム材料、例えば純アルミニウム系の
1000番系材料、アルミニウム、又はアルミニウム合
金によりメッキされた金属材料、およびアルミニウム含
有合金材料、例えばアルミニウム−銅系合金(例えばA
l−Cu系の2018)、アルミニウム−マンガン系合
金(例えばAl−Mn系の3003)、アルミニウム−
マグネシウム系合金(例えばAl−Mg系の505
2)、アルミニウム−マグネシウム−シリコン系合金
(例えばAl−Mg−Si系の6063)などを包含
し、リン酸塩化成処理に供し得るものである限り、その
種類に格別の制限はない。
【0015】本発明方法においては、複合材料中のアル
ミニウム含有金属材料部分から、リン酸塩化成処理液中
に溶出し、蓄積されるアルミニウムイオンの悪影響を防
止するために、化成処理液中に硝酸基イオン(N
3 - )およびフッ素(F)を含有させ、化成処理液中
のアルミニウムイオン(Al3+)の量を検出し、これら
アルミニウムイオンの、硝酸基イオンおよび全フッ素の
合計量に対するモル比Al:(NO3 +F)を1/3以
下に制御し、かつ、硝酸基イオンの全フッ素に対するモ
ル比を1:2〜2:1に制御するとともに、前記遊離フ
ッ素イオンの濃度を50〜500ppm (フッ素イオン感
応電極による測定値)に維持するものである。
【0016】本発明方法において、特に重要な点は、ア
ルミニウムイオンの蓄積による悪影響を防止するため
に、リン酸塩化成処理液におけるAl:(NO3 +F)
モル比を1/3以下に制御することである。Al:(N
3 +F)モル比が、1/3をこえて大きくなると、ス
ラッジ(沈澱物)発生量の増大、および形成されるリン
酸塩化成皮膜の結晶生成性が劣化(結晶の粗大化、緻密
性欠除、密着性劣化)するなどの悪影響がある。Al:
(NO3 +F)モル比を、1/3以下に管理することに
より、浮遊スラッジ量を低減することが可能となるが、
これはアルミニウムの溶存容量の増大の効果と推察され
る。
【0017】また、本発明方法において、硝酸イオン
(NO3 - ) の全フッ素に対するモル比を1/2〜2/
1に制御する。このモル比が1/2未満の場合は、不溶
性スラッジが増加し、設備のメンテナンス性が悪化する
などの不都合を生じ、また、このモル比が2/1より高
くなると、正常なリン酸生成性が阻害されるが、これ
は、錯フッ化物イオンの形成性の低下によるものと推定
される。
【0018】上記のように、処理液中に溶出蓄積される
アルミニウムイオンは、化成処理液中の遊離フッ素イオ
ンの濃度が50〜500ppm に維持されていると、リン
酸塩化成処理液の化成処理能に悪影響を与えることがな
く、また、鉄鋼材料およびアルミニウム含有金属材料の
表面のリン酸塩化成皮膜形成性を悪化させることもな
い。このため、本発明方法においては、リン酸塩化成処
理液中に溶出したアルミニウムイオンを沈澱などの手段
により除去することなく、複合材料中の鉄鋼材料部分表
面およびアルミニウム含有金属材料表面は、ともに、ア
ルミニウム含有リン酸塩化成処理液中で、安定して良好
なリン酸塩化成処理を受けることができる。
【0019】本発明方法において、リン酸塩化成処理液
中のアルミニウムイオンおよび硝酸基イオンの濃度は、
それぞれ従来慣用の方法、すなわち原子吸光光度法、お
よびイオンクロマット法によって測定することができ
る。
【0020】また、リン酸塩化成処理液中の遊離フッ素
イオンの濃度は、フッ素イオン感応電極を用いて下記の
ようにして測定することができる。すなわちIN−硝酸
ナトリウム水溶液中にフッ化ナトリウムの一定量(例え
ば10ppm ,100ppm ,又は1000ppm )を加え、
この混合液のpHを、必要により硝酸、または水酸化ナト
リウムを添加することにより、5〜6に調整して遊離フ
ッ素の各濃度の標準液を調製する。これらの標準液を用
いて、フッ素イオン感応電極(フッ素:F−125、比
較:HS−305DP、東亜電波工業(株)製)および
フッ素イオンメーター(IM−40S、東亜電波工業
(株)製)によるフッ素イオン濃度指示値を校正する。
この場合、フッ素イオン感応電極の指示値は、標準液に
含まれるフッ化ナトリウムに由来する全フッ素量を示す
ものと規定する。供試リン酸塩化成処理液中の遊離フッ
素イオン濃度をフッ素イオン感応電極および上記校正ず
みのフッ素イオンメーターを用いて測定し、その指示値
をもってフッ素イオン感応電極の指示値とする。
【0021】また、リン酸塩化成処理液中のフッ素含有
量は、従来慣用の方法、すなわち、フッ素蒸留法、イオ
ンクロマット法、又は上記フッ素イオン感応電極法によ
って測定することができる。
【0022】本発明方法において、リン酸塩化成処理液
中の硝酸基イオンの濃度は、処理液に硝酸および硝酸塩
類から選ばれた少なくとも1種を添加することによって
調整され、また遊離フッ素イオンの濃度は、NaF,K
F,NH4 F,HF,NH4HF2 ,およびH2 SiF
6 などから選ばれた少なくとも1種を添加することによ
って調整される。
【0023】本発明方法において、リン酸塩化成処理液
中の遊離フッ素イオン濃度は、50〜500ppm 、好ま
しくは100〜300ppm 、に維持されなければならな
い。化成処理液中のフッ素濃度が50ppm 未満のとき
は、複合材料中のアルミニウム含有金属材料部分におけ
るリン酸塩皮膜形成量が低下し、従って、その塗装性、
および耐食性が悪化する。また、それが500ppm を越
えて過剰になると、複合材料の鉄鋼材料およびアルミニ
ウム含有金属材料に対するエッチング作用が過大とな
り、またこれらの材料表面におけるリン酸塩結晶の析出
量が低下し、更にアルミニウム含有金属材料部分の表面
にAlF3 の沈着を生じ、このため、この部分に対する
リン酸塩化成処理効果が低下し、リン酸塩皮膜(結晶)
の形成が不十分になるなどの不都合を生じ、このため、
複合材料全体の外観が不良になり、更にその塗装性およ
び塗装後の耐食性が低下する。
【0024】リン酸塩化成処理液中の硝酸基イオン濃度
について、厳格な制限はないが一般に20g/リットル
以下であることが好ましい。すなわち硝酸基イオン濃度
が、20g/リットルをこえて過剰になると、リン酸塩
化成処理液の化成効果が低下し、得られる製品の塗装性
および耐食性が不十分になる。
【0025】本発明方法において、リン酸塩化成処理の
開始時のリン酸塩化成処理液は、下記種類および濃度の
イオン: 亜鉛イオン 0.2〜5.0g/リットル ニッケルイオン 0.1〜4.0g/リットル マンガンイオン 0.1〜2.0g/リットル リン酸基イオン 5〜30g/リットル 硝酸基イオン 1〜20g/リットル 亜硝酸基イオン 0.01〜1.0g/リットル および 遊離フッ素イオン 50〜500ppm (フッ素イオ
ン感応電極による測定値) を含有していることが好ましい。
【0026】
【実施例】本発明方法を、下記実施例により更に説明す
る。
【0027】実施例1および比較例1 実施例1および比較例1の各々において、鋼材およびア
ルミニウム材との複合材料に40℃において、2分間の
リン酸塩化成処理を連続的に施した。その処理開始時の
化成処理液は(商標:パルボンドL3080、日本パー
カライジング(株)製)下記種類および濃度のイオンを
含むものであった。 Znイオン 0.8g/リットル PO4 イオン 15g/リットル NO3 イオン 5g/リットル Niイオン 10g/リットル Mnイオン 0.8g/リットル 全フッ素 遊離フッ素イオン 120ppm NO2 イオン 120ppm この処理液のpHを、慣用方法により約2.9〜3.0に
調整し、維持した。
【0028】比較例1においては、処理時間の経過に対
応して遊離フッ素イオンのみを補充することなくリン酸
塩化成処理液のみを補充した。処理開始後しばらくの間
は、複合材料の鋼材部分およびアルミニウム材部分とも
に緻密なリン酸塩化成皮膜(結晶)により被覆されてい
ることが認められた。しかし、処理液中のアルミニウム
イオンの濃度が増するに伴って、リン酸塩化成処理効果
が低下し、その濃度が約100ppm を越えたとき、アル
ミニウム材部分上にはリン酸塩化成皮膜の形成が認めら
れず、鉄鋼材部分上に生成したリン酸塩結晶が次第に粗
大になった。アルミニウムイオン濃度が約150ppm に
達したとき、鉄鋼材上のリン酸塩結晶が著しく粗大にな
り化成処理効果が不良になった。
【0029】実施例1においては、化成処理時間の経過
とともにリン酸塩化成処理液中のアルミニウムイオン濃
度を逐次測定し、化成処理液補給液とともに、硝酸およ
び酸性フッ化ナトリウムを添加して、処理液中のモル比
Al:(NO3 +F)を、1/3以下に制御し、かつモ
ル比NO3 :Fを1:2〜2:1に制御するとともにか
つ遊離フッ素イオン濃度を150ppm に維持した。する
とアルミニウムイオン濃度の増大に拘らず、鉄鋼材部分
およびアルミニウム材部分に対するリン酸塩皮膜形成効
果は良好で変化がなく、アルミニウムイオン濃度が約5
00ppm に達しても、良好なリン酸塩化成処理効果が得
られた。
【0030】実施例2並びに比較例2および3 実施例2および比較例2の各々において、鋼材およびア
ルミニウム合金(JIS A5030)材料を含む複合
材料に対し、40℃において2分間の浸漬によるリン酸
塩化成処理を連続的に施した。その処理開始時における
リン酸塩化成処理液は下記種類および濃度の成分を含む
ものであった。 Znイオン 1.0g/リットル PO4 イオン 20g/リットル NO3 イオン 6g/リットル Ni 0.8g/リットル Mn 0.6g/リットル 全フッ素 0.8g/リットル 遊離フッ素イオン 220ppm NO2 イオン 100ppm この処理液のpHを、慣用方法により約2.9〜3.0に
調整し、維持した。
【0031】比較例2において、遊離フッ素イオン濃度
を除き、他のイオンが上記濃度を維持するように、処理
液を補充しながら、化成処理を連続的に行った。化成処
理液中のアルミニウムイオン濃度が、約200ppm に達
するまでは、複合材料の鉄鋼材部分の化成処理が支障な
く施された。しかし、アルミニウムイオン濃度の増大に
伴いアルミニウム合金材料部分の化成処理効果が次第に
減退し、アルミニウムイオン濃度が300ppm をこえる
と、アルミニウム合金材料部分の化成処理効果が著しく
低下し、鋼材部分上に形成されるリン酸塩結晶も粗大と
なり、得られる製品の品質は、不良となった。
【0032】比較例3において、化成処理液の補充とと
もに、化成処理液中に酸性フッ化ナトリウムを添加し、
遊離フッ素イオン濃度を230ppm に維持しながら、比
較例2と同様のリン酸塩化成処理を前記複合材料に連続
的に施した。化成処理液中のアルミニウムイオン濃度が
約200ppm に達するまでは、前記複合材料の鋼材部
分、およびアルミニウム合金部分上に、緻密なリン酸塩
結晶が形成され、得られた製品の塗装性、および耐食性
も良好であった。しかし、アルミニウムイオン濃度が約
300ppm を越えると、鋼材部分、およびアルミニウム
合金部分に対する化成処理効果が急速に減退し、得られ
た製品の塗装性および耐食性も不良となった。
【0033】実施例3 上記比較例2および3と同一のリン酸塩化成処理液を用
いて、前記複合材料に連続化成処理を施した。但し、化
成処理液に、その補充液とともに酸性フッ化ナトリウム
と硝酸とを添加して、化成処理液中のアルミニウムイオ
ンの、硝酸基イオンおよびフッ素の合計量に対するモル
比Al:(NO3 +F)を1/3以下に制御し、かつモ
ル比NO3 :Fを1:2〜2:1に制御するとともに、
遊離フッ素イオン濃度を230ppm に維持した。する
と、化成処理液中のアルミニウムイオン濃度が増大して
も、複合材料の鋼材部分およびアルミニウム合材部分に
対するリン酸塩化成皮膜の形成が十分に行われた。アル
ミニウムイオン濃度が約1000ppm に達しても、鋼材
およびアルミニウム合金材料部分に満足すべき化成処理
効果が得られ、製品の塗装性、および耐食性も良好であ
った。
【0034】
【発明の効果】本発明方法によって、鉄鋼−アルミニウ
ム含有金属複合材料に対するリン酸塩化成処理液による
連続化成処理を、処理液中に溶出蓄積されるアルミニウ
ムイオンの濃度が増大しても、安定して、継続すること
ができることになり、良好な塗装性および耐食性を有す
る化成処理複合材料の連続的製造が可能になった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 朝夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小島 治男 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−240972(JP,A) 特開 平2−277781(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 22/00 - 22/86

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄鋼材料と、アルミニウム含有金属材料
    とをともに含む複合材料をリン酸塩化成処理液中におい
    て連続的に処理するに際し、 前記リン酸塩化成処理液中に、硝酸基イオン(NO
    3 - )および遊離フッ素イオン(F- )を含有させ、 前記複合材料から、前記リン酸塩化成処理液中に溶出し
    蓄積されるアルミニウムイオン(Al3+)の量を検出
    し、 そして、前記アルミニウムイオン(Al3+)の、前記硝
    酸基イオン(NO3 -)および全フッ素(F)の合計量
    に対するモル比Al:(NO3 +F)を、1/3以下
    に、かつ、前記硝酸基イオン(NO3 - )の全フッ素に
    対するモル比を1:2〜2:1に制御するとともに、前
    記遊離フッ素イオン(F- )の濃度を50〜500ppm
    (フッ素イオン感応電極による測定値)に維持して、前
    記リン酸塩化成処理液中に溶出し蓄積されたアルミニウ
    ムイオンを除去することなく、前記複合材料の鉄鋼材料
    及びアルミニウム含有金属材料の両者上に、リン酸塩化
    成皮膜を形成させることを特徴とする鉄鋼−アルミニウ
    ム含有金属複合材料の連続リン酸塩化成処理方法。
  2. 【請求項2】 前記リン酸塩化成処理の開始時におい
    て、前記リン酸塩化成処理液が、下記種類および濃度の
    イオン: 亜鉛イオン 0.2〜5.0g/リットル ニッケルイオン 0.1〜4.0g/リットル マンガンイオン 0.1〜2.0g/リットル リン酸基イオン 5〜30g/リットル 硝酸基イオン 1〜20g/リットル 亜硝酸基イオン 0.01〜1.0g/リットル および 遊離フッ素イオン 50〜500ppm (フッ素イオン感応電極による測定値) を含有する、請求項1に記載の方法。
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