JP3340386B2 - 塩分含有雰囲気中で良好な耐食性を有する金属部材の保護被覆、ならびにこのような保護被覆を含む金属部材 - Google Patents
塩分含有雰囲気中で良好な耐食性を有する金属部材の保護被覆、ならびにこのような保護被覆を含む金属部材Info
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Description
で良好な耐食性を有する金属部材(または部品)の保護
被覆、ならびにこのような保護被覆を含む金属部材に関
する。より詳細には本発明は、高度な安全性が要求され
る飛行機のエンジン部材などの鋼製航空機部材の保護、
ならびに亜鉛酸塩の下層であらかじめ被覆したアルミニ
ウム合金部材の保護に適用される。
に、電解法により保護用陽極被覆として付着(deposi
t)されるカドミウムを使用することが知られている。
この被覆は235℃程度の温度までの高温で使用するこ
とができる。
好な保護を提供するが、その一方で高い毒性を示すと共
に、現存の材料と共に使用する際に本質的な不適合性を
有する。
合金と接触すると粒間腐食の危険性があり亀裂が形成さ
れ、合成油および燃料と接触すると好ましくない触媒作
用が生じる。
の被覆が提案されている。とくに、6から8%のニッケ
ルを含み、シアン化されていないアルカリ媒質中で作成
された亜鉛−ニッケル被覆は、良好な塩分耐食性を有す
ることから有利であることが判明しているが、交互サイ
クル(alternating cycling)におけるこれら被覆の強
度は凡庸である。
のニッケルを含み銅の下層上に付着されたスズ−ニッケ
ル被覆が良好な耐食特性を有することが知られている。
しかしながらこの種の被覆は鋼製の基材(substrate)
に対して犠牲的挙動を示さないため、交互サイクルなど
の過酷な条件下での寿命には限度がある。
を含まず、塩分含有雰囲気および交互サイクルにおける
腐食に対し有効な陽極保護を構成し、電気腐食を受けに
くい金属部材の保護被覆を提供することである。この目
的のため本発明は、8から35重量%の亜鉛を含む、ス
ズと亜鉛の合金の二元被覆を対象とする。
有雰囲気中で良好な耐食性を有する金属部材の保護被覆
は、8から35重量%の亜鉛を含むスズ/亜鉛合金の少
なくとも一つの層と、10から16重量%のニッケルを
含む亜鉛/ニッケル合金の下層とを有し、下層が、金属
部材と、スズ/亜鉛合金層との間に配設され、被覆の二
つの合金層の厚さの比率が、亜鉛/ニッケル合金が三分
の二であり、スズ/亜鉛合金が三分の一であることを特
徴とする。
量%の亜鉛を含むことが好ましい。
含むことが好ましい。
ッケル合金下層は電解により付着すると有利である。
する保護被覆を含む金属部材にも関する。
例を参照して行う以下の説明において明らかになろう。
ための有効な被覆を構成するためには、被覆は、金属基
材に対し陽極として挙動しなければならない。すなわ
ち、基材に対し犠牲的挙動を示さなければならない。ま
た、被覆が電気腐食を受ける危険性を軽減し、被覆の寿
命を長くするためには、被覆と基材との間の電気化学的
結合(galvanic coupling)は低くなければならない。
覆の特性の比較検討を行った結果、8から35重量%の
亜鉛、好ましくは、12から25重量%の亜鉛を含むス
ズ/亜鉛合金で構成される二元電解被覆が、過酷な交互
サイクルの条件下であっても満足の行く塩分腐食挙動を
有すとともに、金属基材との電気化学的結合が低いこと
が判明した。
ることができ、金属基材上に直接付着させることができ
る。
ッチ型被覆として使用することも可能である。この場
合、10から16重量%のニッケルを含む亜鉛/ニッケ
ル合金の下層の上に付着させる。亜鉛/ニッケル合金
は、電解法により、金属基材に付着させる。
の割合は、Zn−Niが2/3、Sn−Znが1/3で
ある。
して金属部材を二重に保護することができ、また、金属
基材に対する被覆の電気化学的結合を低減することによ
り、耐食性を向上させることができる。亜鉛/ニッケル
合金は、金属部材への被覆の密着度を向上させるために
下層として使用することが好ましい。
被覆はさらに、被覆の耐塩分腐食強度をさらに向上させ
ることができるクロム酸塩の外皮膜を含むことができ
る。
ケル合金の電解付着は、有機または金属の光沢剤(brig
htener)型添加剤を含まない電解浴を使用することによ
り行われる。なぜなら、これらの添加剤は、水素による
脆弱化の原因となるからである。
好ましくは67g/リットル ・ シアン化亜鉛: 2から10g/リットル、好まし
くは5.4g/リットル ・ ソーダ(水酸化ナトリウム): 2から10g/リ
ットル、好ましくは5g/リットル ・ シアン化ナトリウム: 15から45g/リット
ル、好ましくは28g/リットル である浴を使用して付着される。
り、電解中に適用されるカソード電流密度範囲は1〜3
A/dm2であり、印加電圧範囲は2〜5Vである。
ズと25重量%の亜鉛とを含むスズ−亜鉛合金陽極であ
ることが好ましい。
の結果、浴中の亜鉛が次第に冨化することから、二つの
スズ陽極と二つの亜鉛陽極とを交互に使用することもで
きる。
衛生および安全上の理由から、シアン化物錯化剤を、た
とえば単数または複数のアミン基および/または単数ま
たは複数のアミド基を含むシアン化されていない窒化ア
ルカリ錯化剤に置き換えることができる。
のニッケル)の電解被覆は、Slotoloy ZN5
0という商品名で知られる電解浴を使用して行われる。
/リットル ・ 亜鉛: ......7.5g/リットル ・ ニッケル: ....1.3g/リットル ・ ZN51: ....40ml/リットル ・ ZN52: ....75ml/リットル ・ ZN53: ....5ml/リットル 商品名ZN51の添加剤はアミンを含む錯化剤であり、
商品名ZN52およびZN53の添加剤は細粒化剤であ
る。亜鉛は、酸化亜鉛ZnOの形で導入され、ニッケル
はNiSO4・6H2Oの形で導入される。使用陽極はニ
ッケル陽極である。電解浴の温度範囲は63〜67℃で
あり、電解の間印加されるカソード電流密度の範囲は1
〜3A/dm2であり、印加電圧の範囲は3〜6Vであ
る。
初期の溶解ポテンシャルおよび5分に等しい時間t後に
測定した溶解ポテンシャルの値ならびに電気化学結合値
の比較表である。
す)を測定することにより、被覆と、被覆が付着される
基材との間に存在する可能性がある電気腐食を受ける危
険性を評価することができる。とくに、湿潤環境におい
て250mVを超える電気化学結合値は電気腐食を発生
することがあり、その結果、被覆が付着される基材に対
し被覆が犠牲的挙動を示す場合には、被覆が優先的に腐
食される。表1に示した材料または被覆の溶解の電気化
学ポテンシャルの測定は、電子多重測定器を用いて、飽
和塩化水銀基準電極(SCEと記す)を使用して行われ
る。
化ナトリウムと、1.284g/リットルのリン酸ニナ
トリウムと、0.187g/リットルのホウ酸とを含む
溶液である。電解溶液のpHは8±0.1に保ち、測定
は周囲温度で行う。
および15CDV6鋼という商品名でそれぞれ知られて
いる二つの異なる種類の鋼、およびこれらの鋼に付着さ
れた種々の被覆について、時点t=0(即測定)と、電
解液の安定化後5分経過した時点で測定する。
示す。
付着させた、クロム酸仕上げを行わない、およびクロム
酸仕上げを行ったカドミウム被覆と、XES鋼基材上に
付着させた、クロム酸仕上げを行わない、およびクロム
酸仕上げを行った、8から35重量%の亜鉛を含むスズ
/亜鉛合金の被覆と、クロム酸仕上げを行った、10か
ら16重量%のニッケルを含む亜鉛/ニッケル合金の被
覆である。カドミウム被覆は基準として使用する。測定
した溶解の電気化学ポテンシャルの値は、被覆は全て犠
牲的挙動を示し、当該被覆のうちの一つを具備する鋼の
基材は、鋼単独よりも陽極的であることを示している。
鉛を含むスズ/亜鉛合金の被覆との間の電気化学結合の
値が低いことは、この種の被覆が長寿命であることを予
想させる。
ロム酸塩皮膜を保護被覆上に付着させることにより、鋼
の基材と被覆との間の電気化学結合の値を著しく低く
し、それにより、被覆の寿命を大幅に長くすることがで
きることから、きわめて有利であることも示している。
被覆と呼ばれ、10から16重量%のニッケルを含む亜
鉛/ニッケル合金の電解被覆から成る第一層と、8から
35重量%の亜鉛を含むスズ/亜鉛合金の電解被覆から
成る第二層とを含む別の被覆とについて塩分を含む霧の
存在下および交互サイクルにおける試験を行った。
ある。
較表にまとめた。
4/.002に従って、すなわち、塩化ナトリウムを5
%含むpH7±0.1、35°±2℃の霧中に被覆をさ
らすことにより行った。暴露時間は336時間である。
も、カドミウム被覆は、塩分を含む霧に対しすぐれた挙
動を示す。336時間の暴露後も、鋼の基材の腐食点は
全くみられない。このことは、鋼に対するこの被覆の保
護効果を裏付けるものである。
/ニッケル合金の電解被覆と、8から35重量%の亜鉛
を含むスズ/亜鉛合金の電解被覆は、塩分を含む霧に対
し同じような挙動を示す。塩分を含む霧への暴露が21
6時間以降になると白色腐食の細かな縞が現われるが、
これは時間が経過しても変化しない。塩分を含む霧への
暴露が336時間になっても、鋼の基材の腐食は全くみ
られない。
+Sn−Zn(8から35重量%のZn)のサンドイッ
チ型被覆に関しては、塩分を含む霧への暴露が192時
間以降になると白色腐食の細かな縞が現われるが、これ
らの欠陥は著しいものではなく、336時間の暴露に至
るまで変化しない。鋼の基材の腐食点は全くみられな
い。
%のNi)被覆、Sn−Zn(8から35重量%のZ
n)被覆および2/3Zn−Ni(10から16重量%
のNi)+1/3Sn−Zn(8から35重量%のZ
n)被覆は、336時間の塩分を含む霧への暴露まで、
塩分腐食においてきわめて類似した挙動を示す。
は、雰囲気への暴露時にみられる腐食とは異なることが
多い。これは、気候条件、とくに湿度、温度、日光への
暴露の周期的変化によるものである。
3Zn−Ni(10から16重量%のNi)+1/3S
n−Zn(8から35重量%のZn)サンドイッチ型被
覆の挙動を評価するために、交互サイクル試験を行っ
た。
5℃の温度の塩分を含む霧に暴露し、次にこの材料を6
時間、一定の高温下に置くことから成る。この温度とし
ては、被覆の種々の成分の融解温度よりも低い温度が選
択される。
に等しい温度が選択され、スズと亜鉛の合金を含む被覆
およびサンドイッチ型被覆については、スズの融点が低
いことから、150℃に等しい温度が選択される。
試験後も鋼の基材の腐食はみられない。この被覆の挙動
はすぐれている。
/ニッケル合金の電解被覆に関しては、4サイクルの試
験後、白色腐食が被覆の表面の50%を占めた。5サイ
クル目の試験で白色腐食が進行し、被覆の全表面に及
ぶ。6サイクル目の試験では、鋼の基材の腐食点が現わ
れる。
合金の電解被覆の交互サイクルでの挙動は、亜鉛/ニッ
ケル合金の電解被覆の挙動と同様である。6サイクル目
の試験では、鋼の基材の表面の15から20%が白色腐
食により侵される。
動ははるかにすぐれている。8サイクルの試験後も白色
腐食は全くみられない。ただし8サイクルの試験後、数
個の0.5mm2程度の寸法の点食が表面に現われた。
−ニッケルおよびスズ−亜鉛被覆と比べ、塩分腐食およ
び交互サイクルにおいてより優れた挙動を有し、鋼部材
が過酷な条件下で使用される時には、同部材の有効な腐
食防止策となる。
には、亜鉛−ニッケル被覆およびスズ−亜鉛被覆をこの
部材の保護被覆として使用することも可能である。
は、あらかじめ亜鉛酸塩の下層で被覆されたアルミニウ
ム合金部材など、鋼以外の金属部材に適用することも可
能である。
れるものではなく、とくに、被覆の合金を付着させる電
解法は付着の実施コストのレベルにおいて有利であり、
電解の間、印加されるカソード電流密度の値を選択し、
また印加電圧値を選択することにより、合金の元素の濃
度を簡単に管理することができる。ただし、当該合金の
付着は、別のあらゆる知られている方法により行うこと
も可能である。
Claims (9)
- 【請求項1】 8から35重量%の亜鉛を含むスズ/亜
鉛の合金の少なくとも一つの層と、10から16重量%
のニッケルを含む亜鉛/ニッケルの合金の下層とを有
し、下層が金属部材とスズ/亜鉛合金層との間にあり、
被覆の二つの合金層の厚さの比率が、亜鉛/ニッケル合
金が三分の二であり、スズ/亜鉛合金が三分の一である
ことを特徴とする塩分含有雰囲気中で良好な耐食性を有
する金属部材の保護被覆。 - 【請求項2】 スズ/亜鉛合金層が12から25重量%
の亜鉛を含むことを特徴とする請求項1に記載の金属部
材の保護被覆。 - 【請求項3】 さらにクロム酸塩の外皮膜を含むことを
特徴とする請求項1または2に記載の金属部材の保護被
覆。 - 【請求項4】 スズ/亜鉛合金層および/または亜鉛/
ニッケル合金下層が電解により設けられたものであるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の
金属部材の保護被覆。 - 【請求項5】 スズ/亜鉛合金および/または亜鉛/ニ
ッケル合金の電解が、有機または金属の光沢剤型添加剤
を含まない電解浴を使用することにより行われることを
特徴とする請求項4に記載の金属部材の保護被覆。 - 【請求項6】 スズ/亜鉛合金を設けるための電解浴の
組成が、 ・ スズ酸ナトリウム: ...67g/リットル ・ シアン化亜鉛: .....5.4g/リットル ・ ソーダ: ........5g/リットル ・ シアン化ナトリウム: ..28g/リットル であることを特徴とする請求項5に記載の金属部材の保
護被覆。 - 【請求項7】 シアン化亜鉛およびシアン化ナトリウム
内で使用されるシアン化物錯化剤が、シアン化されてい
ない窒素化アルカリ錯化剤で置き換えられることを特徴
とする請求項6に記載の金属部材の保護被覆。 - 【請求項8】 スズ/亜鉛合金の電解が、スズ/亜鉛合
金陽極を使用して行われることを特徴とする請求項4か
ら6のいずれか一項に記載の金属部材の保護被覆。 - 【請求項9】 請求項1から8のいずれか一項に記載
の、塩分含有雰囲気中での腐食に対する保護被覆を含む
金属部材。
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