JP3372954B2 - 片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯板あるいは鋼板を燐酸塩処理する方法 - Google Patents

片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯板あるいは鋼板を燐酸塩処理する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した
鋼帯板あるいは鋼板を、亜鉛、硝酸塩及び亜硝酸塩を含
む燐酸塩処理溶液により燐酸塩処理する方法に関する。
金属の燐酸塩処理は、金属表面上に強く機械的にかみ
こんだ金属燐酸塩層を形成する目的を追求するものであ
る。金属燐酸塩層はそれ自身、既に耐食性を改善するも
のであり、塗料やその他の有機物被覆と併用されて、付
着性の向上と共に、腐食浸透に対する抵抗力の向上に大
いに寄与する。さらに燐酸塩層は、電流の漏洩に対する
絶縁材として機能し、また潤滑剤と連携して、滑り機能
の補助役をも果す。
塗装の前処理には低亜鉛−燐酸塩処理法が好ましい。
この際の燐酸塩処理液は、例えば0.5〜1.5g/の範囲の
比較的低い亜鉛イオン濃度を有する(DE−C−2232067,
EP−B−39 093)。またこの条件下では、鋼上に高い
フォスフォフィリット(Zn2Fe(PO4・4H2O)含有量
を持った燐酸塩層が形成される。そしてこのフォスフォ
フィリットは亜鉛濃度の高い燐酸塩処理溶液から分離さ
れたホープアイト(Zn3(PO4・4H2O)よりも格段に
優れた耐食性を具備している。低亜鉛−燐酸塩溶液中に
ニッケルイオンおよび/またはマンガンイオンを共存さ
せることにより、塗料と連携して防食性がさらに高めら
れる(EP−A−228 151,EP−B−414 296,EP−B−41
4 301,EP−A−544 650,DE−A−39 18 136)。例
えばマンガンイオン0.5〜1.5g/および例えばニッケル
イオン0.3〜2.0g/を添加した低亜鉛法は、塗装、例え
ば自動車車体のカソード電着塗装のための金属表面の下
準備にいわゆる3カチオン法として広く適用されてい
る。
特に、電気亜鉛鍍金又は溶融亜鉛鍍金した鋼帯板の燐
酸塩処理のために、燐酸塩層を短時間内に形成する方法
が開発されている。特に、2g/m2よりも小重量の燐酸塩
層を持つ電気亜鉛鍍金鋼帯板を製造することが、例えば
DE−A−32 45 411で公知である。この場合、約1〜
2.5g/の亜鉛イオンを含有し、0.8〜3ポイントの遊離
酸含有量及び5〜10の全酸/遊離酸の酸比を示す溶液が
使用される。またこの場合に処理時間は、5秒を大幅に
超えるべきではない。電気および/又は溶融亜鉛鍍金鋼
帯板の今1つの燐酸塩処理法は、燐酸塩溶液を40〜70℃
の温度で2〜30秒の間継続して適用することが意図され
ている。なお上記燐酸塩溶液は、0.02〜0.75g/の亜鉛
イオン、0.2〜2.0g/のマンガンイオン、0.1〜2.0g/
のニッケルイオン、10〜20g/の燐酸イオンおよび0.5
〜30g/の硝酸イオンを含有する。この場合に遊離酸含
有量は、1.6〜3.0ポイントの範囲内に、全酸含有量は12
〜40ポイントの範囲内に、またニッケルイオンと硝酸イ
オンとの重量比は1:10〜1:60の範囲内に、さらにマンガ
ンイオンと硝酸イオンとの重量比は1:1〜1:40の範囲内
にあるべきである(DE−A−39 27 131)。
上記の短時間処理ができる燐酸塩溶液は両面を亜鉛鍍
金または溶融亜鉛鍍金した鋼帯板に適用される限りにお
いて、大きなトラブルは発生しない。しかし最近、しか
も益々、特に自動車工業において、単に片面を亜鉛鍍金
した鋼帯板が使用されている。ところが、片面を亜鉛鍍
金した鋼帯板へ上記短時間法を使用すると、上記燐酸塩
溶液中に、操業上障害になる程度の燐酸塩スラッジの大
発生をひき起す。その上、後続工程で例えば自動車車体
の燐酸塩処理が意図される際特に不都合となる筈の初期
燐酸塩層が鋼面に形成される結果を生む。
この発明の課題は、片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍
金した鋼帯板あるいは鋼板の燐酸塩処理法を提供するこ
とにある。この方法はスラッジの生成を押え、鋼側にお
ける燐酸塩層の生成を妨げ、亜鉛鍍金又は亜鉛合金鍍金
された側における燐酸塩層の生成および品質を阻害する
ことがない。しかもその操業においてこの方法は簡単で
あり、また経済的である。
上記課題は、始めに述べた方法を本発明に従って発展
させることによって解決する。それは亜鉛鍍金又亜鉛合
金鍍金した鋼帯板あるいは鋼板を、4〜20秒の間継続し
て温度45〜80℃の下記溶液に接触させることによって解
決する。この溶液は、 0.5〜5g/の亜鉛、 3〜20g/のP2O5、 0.005〜0.2g/のNO2、 3〜30g/のNO3および、 0.2〜2.5g/の鉄用錯化剤、 を含み、0.08〜0.30のS値を示す。そして、上記亜鉛鍍
金又は亜鉛合金鍍金した鋼帯板あるいは鋼板が溶融亜鉛
鍍金又は溶融亜鉛合金鍍金した鋼帯板あるいは鋼板の燐
酸塩処理の場合には、上記溶液はさらに錯体弗化物およ
び/または単純弗化物の0.2〜4g/(Fとして計算)の
範囲の添加量を有する。
本発明の思想によって、鉄用錯化剤濃度および亜硝酸
根濃度が上述のように決定されると、鋼帯板又は鋼板
の、亜鉛鍍金又は亜鉛合金鍍金されない側から溶液側に
移行する鉄分の大半が錯化されることが確認される。鋼
側の層生成は観測されない。燐酸塩溶液中の燐酸塩スラ
ッジの生成は完全に阻止されるか、または従来法で観察
されるスラッジ量の最大10%まで低減される。亜鉛鍍金
または亜鉛合金鍍金した面における所望の燐酸塩処理効
果は害されない。
錯化剤濃度が高すぎると燐酸塩層の生成が、この層を
形成する筈の陽イオンの錯化によって阻害されるが故
に、錯化剤の上述の範囲の濃度限界設定はその点で重要
である。錯化剤の添加が少な過ぎる場合、燐酸塩処理溶
液中の燐酸塩スラッジの生成と、鋼面上の初期燐酸塩層
生成とは避けられないことになる。他方、亜硝酸根濃度
をより高くかまたはより低く設定した場合、亜鉛鍍金ま
たは亜鉛合金鍍金鋼板の鋼面上の燐酸塩処理及び溶解さ
れた鉄の錯化は不利な影響を受ける。したがって例えば
高過ぎる亜硝酸根濃度の場合、鋼面上の初期燐酸塩層生
成を回避することができない。このような初期燐酸塩層
の生成は、自動車工場の後続工程での燐酸塩処理に悪影
響を及ぼし、しかもまた何れにせよ不都合なスラッジ生
成を招く。
通常の処理工率の際の自触媒的な亜硝酸塩の生成によ
って、上限を超える亜硝酸根濃度の上昇を妨げるため
に、適切な対策を選ぶことが通常の場合は必要となるだ
ろう。特に適切な対策は、尿素及び/又はアミドスルフ
ォン酸のような亜硝酸分解性物質によって、燐酸塩処理
溶液の亜硝酸根濃度を上記限界内に維持することから成
る。これは連続的又は不連続な添加という手段で行われ
る。特に洗練された方法は、燐酸塩処理液内で尿素濃度
を1〜3g/に及び/又はアミドスルフォン酸濃度を0.5
〜2g/に調整することによって、亜硝酸根濃度を必要
な限界内に維持することである。これによりある定常状
態が生み出され、この状態では、自触反応によって起る
と同じ程度に亜硝酸根が尿素成分又はアミドスルフォン
酸成分によって分解される。
本発明の方法で処理されるべき鋼帯板又は鋼板は、電
気亜鉛(ZE)、溶融亜鉛(Z)から成る層、または亜鉛
/ニッケル(ZNE)、亜鉛/鉄(ZF)あるいは亜鉛/ア
ルミニウム(ZAまたはAZ)ベースの合金から成る層を亜
鉛鍍金又は亜鉛合金鍍金した側に持つ。後者合金につい
ては通常の場合、例えば55重量%のアルミニウムおよび
45重量%の亜鉛を含む合金も、その中に含まれる。
本発明の好ましい実施形態は亜鉛鍍金又は亜鉛合金鍍
金した鋼帯板または鋼板が、 1〜2.5g/の亜鉛、 10〜20g/のP2O5、 0.020〜0.060g/のNO2、 5〜15g/のNO3、 0.2〜2.5g/の鉄用錯化剤、 を含み、0.12〜0.20のS値をもつ燐酸塩処理溶液と接触
されることである。本発明のこの実施形態は、スラッジ
生成が特に少量で、しかもその上、亜鉛鍍金又は亜鉛合
金鍍金した面に良好な燐酸塩層を生じるという長所を備
える。
特に有利な結果は、この発明の有利な設計に従って、
亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯板または鋼板が、
酒石酸、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ
三酢酸および/または修酸のごときキレート剤を鉄用錯
化剤として含む溶液と接触されたときに達成される。こ
の鉄用錯化剤に関して、燐酸塩処理液はその際好ましく
は、 酒石酸の濃度は0.5〜2.5g/に、 クエン酸の濃度は0.2〜0.4g/に、 ニトリロ三酢酸またはエチレンジアミン四酢酸の濃度
は0.2〜2.5g/に(エチレンジアミン四酢酸として計
算)、 に達するべきである。
生成される燐酸塩層の品質は、この発明のより広い実
施形態に従い、亜鉛鍍金又は亜鉛合金鍍金した鋼帯板あ
るいは鋼板が別の2価の陽イオン、特にマンガンイオン
又はニンケルイオンを含む燐酸塩溶液と接触させられる
ときに改善される。この場合、1〜3g/、取り分け1.5
〜2.5g/のマンガンイオンおよび/または0.1〜2.5g/
、とり分け0.5〜1.5g/のニッケルイオンを目標に、
燐酸塩処理溶液の濃度を調節することが有利である。
溶融亜鉛鍍金あるいは溶融亜鉛合金鍍金した鋼帯板又
は鋼板の場合、必要とされる燐酸塩処理溶液の高い腐食
性の故に、錯体弗化物および/または単純弗化物を含ん
だ燐酸塩処理溶液を使用することが不可欠である。
しかし本発明のより広い有利な設計に従って、電気亜
鉛鍍金した鋼帯板または鋼板の処理の場合も、錯体弗化
物および/または単純弗化物を好ましくは0.1〜3g/
(Fとして計算)の量で含む燐酸塩処理溶液が使用され
る。なお錯体弗化物としては、フルオロ硼酸塩、フルオ
ロ珪酸塩、フルオロチタン酸塩および/またはフルオロ
ジルコニウム酸塩が好ましい。
上記帯板又は板の燐酸塩処理は、浸漬または吹き付け
のような従来の方法によって行うことができる。しかし
ながら上記溶液を吹き付けて塗布する方法が特に有利で
ある。
上記燐酸塩溶液は通常の場合、補充用濃縮物によって
補充される。この場合にはその調整が、電導度測定によ
って例えば自動的に行われる。適切な補充用濃縮物は、
例えば10〜30重量%のP2O5、3〜20重量%のNO3および
0〜2重量%の亜鉛を含有する。上記補充用濃縮物中の
亜鉛濃度は、本質的には上記鋼帯板または鋼板上に存在
する亜鉛層または亜鉛合金層の反応度に合わせる。この
層が比較的高い反応性を有し、このため比較的多量の亜
鉛量が燐酸塩処理溶液の腐蝕攻撃によって浴槽内に供給
される場合には、上記補充用溶液は、0〜2重量%の範
囲内の、比較的少ない亜鉛濃度を有することができる。
極端な場合、すなわち殊に上記綱帯板の亜鉛鍍金の直ぐ
後に燐酸塩処理を行う場合には、上記補充用濃縮物は亜
鉛を含まなくてもよい。
この発明の方法による好ましい設計では、燐酸塩処理
溶液のニッケルイオンおよび/またはマンガンイオンの
濃度に関して、上記補充用濃縮物はなお0.2〜2重量%
のニッケルおよび/または1〜4重量%のマンガンを含
有する。
上記補充用溶液は同様に、鉄用錯化剤と、必要な場合
にはNO2分解性物質とを基本的に含んでいる。しかしな
がら必要な濃度のより良い調整ができるように、これら
2つの物質を別々に補うことが、一般に選択されるべき
である。
本発明の方法によれば、燐酸塩層の重量が約1〜2g/m
2に達する層が形成される。
本発明は以下の例に基いて、例示的にかつより詳細に
説明される。
例: 鋼帯板の電気亜鉛鍍金に直ぐ続いて、次の組成成分を
持つ溶液で燐酸塩処理が行われた。
亜鉛 1.8 g/ P2O5 14.5 g/ ニッケル 1.3 g/ マンガン 2.0 g/ 酒石酸 1 g 尿素 1 g/ NO3 7 g/ NO2 0.040g/ 上記燐酸塩処理溶液のS値は0.17に達し、この燐酸塩
処理溶液の温度は50〜55℃に調整された。その塗布は、
8秒間続く吹き付けで行われた。
25m2の浴槽の場合に、燐酸塩処理には16時間以上にわ
たる操業が行われた。そのあと燐酸塩処理溶液1当り
2mの湿ったスラッジが観測された。これは被吹き付け
鋼面1m2当り約0.6mのスラッジに相当する。上記亜鉛
面上には申し分のない燐酸塩層が生成され、その層重量
は1.6g/m2に達した。鋼面は申し分のない状態にあっ
た。すなわちこの鋼面には、実質的に層の形成が認めら
れなかった。
錯化剤およびNO2分解性物質を添加しない比較試験の
場合、同一条件の下で燐酸塩処理溶液1当り28mの
湿スラッジの発生を生じた。これは被吹き付け鋼面1m2
当り約8.4mのスラッジに相当する。亜鉛面の層重量は
この場合にも、1.6g/m2に達した。しかしながら鋼面
は、初期燐酸塩層の生成を示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーア,クラウス−ペーター ドイツ連邦共和国46562フェルデ・ゼー マンスカート51 (72)発明者 ヴェンデル,トーマス ドイツ連邦共和国65824シュヴァルバッ ハ・アヴリレシュトラーセ11 (72)発明者 ヴィッツォレク,ハーディ ドイツ連邦共和国65934フランクフル ト・アム・マイン・エーザーシュトラー セ127 (56)参考文献 特開 昭64−277(JP,A) 特開 昭63−190178(JP,A) 特開 昭63−100185(JP,A) 特開 平2−101175(JP,A) 特開 昭61−136684(JP,A) 特開 平2−101174(JP,A) 特表 平4−507436(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 22/00 - 22/86

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板を、亜鉛、硝酸塩、亜硝酸塩を含む燐
    酸塩処理溶液により燐酸塩処理する方法において、 片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯板あるいは
    鋼板が、 0.5 〜5 g/の亜鉛、 3 〜20 g/のP2O5、 0.005〜0.2g/のNO2、 3 〜30 g/のNO3および、 0.2 〜2.5g/の鉄用錯化剤 を含み、0.08〜0.30のS値を有する温度45〜80℃の燐酸
    塩処理溶液と、4〜20秒の間継続的に接触されることを
    特徴とする片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯
    板あるいは鋼板の燐酸塩処理法。
  2. 【請求項2】上記亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼帯
    板あるいは鋼板が溶融亜鉛鍍金または溶融亜鉛合金鍍金
    した鋼帯板あるいは鋼板であり、上記燐酸塩処理溶液が
    さらに0.2〜4g/(Fとして計算)の錯体弗化物および
    /または単純弗化物の添加成分を含んでいる請求項1記
    載の燐酸塩処理法。
  3. 【請求項3】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、尿素および/またはアミドスルホ
    ン酸により亜硝酸根濃度を0.005〜0.2g/の限度内に維
    持した燐酸塩処理溶液と接触される請求項1または2記
    載の燐酸塩処理法。
  4. 【請求項4】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、尿素濃度を1〜3g/におよび/
    またはアミドスルホン酸濃度を0.5〜2g/に調整するこ
    とによって、亜硝酸根濃度を0.005〜0.2g/の限度内に
    維持した燐酸塩処理溶液と接触される請求項3記載の燐
    酸塩処理法。
  5. 【請求項5】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、 1 〜2.5 g/の亜鉛、 10 〜20 g/のP2O5、 0.020〜0.060g/のNO2、 5 〜15 g/のNO3および、 0.2 〜2.5 g/の鉄用錯化剤 を含み、0.12〜0.20のS値を有する燐酸塩処理溶液と接
    触される請求項1,2,3または4記載の燐酸塩処理法。
  6. 【請求項6】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、上記鉄用錯化剤として酒石酸、ク
    エン酸、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸およ
    び/または修酸のごときキレート剤を含んだ燐酸塩処理
    溶液と接触される請求項1,2,3,4または5記載の燐酸塩
    処理法。
  7. 【請求項7】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、 0.5〜2.5g/の酒石酸、 0.2〜0.4g/のクエン酸および、 0.2〜2.5g/のニトリロ三酢酸またはエチレンジアミン
    四酢酸(エチレンジアミン四酢酸として計算) を含む燐酸塩処理溶液と接触される請求項6記載の燐酸
    塩処理法。
  8. 【請求項8】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、別の二価の陽イオンを含む燐酸塩
    処理溶液と接触される請求項1,2,3,4,5,6または7記載
    の燐酸塩処理法。
  9. 【請求項9】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した鋼
    帯板あるいは鋼板が、1〜3g/のマンガンおよび/ま
    たは0.1〜2.5g/のニツケルを含む燐酸塩処理溶液と接
    触される請求項8記載の燐酸塩処理法。
  10. 【請求項10】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した
    鋼帯板あるいは鋼板が、錯体弗化物および/または単純
    弗化物を0.1〜3g/(Fとして計算)の量で含む燐酸塩
    処理溶液と接触される請求項1,2,3,4,5,6,7,8または9
    記載の燐酸塩処理法。
  11. 【請求項11】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した
    鋼帯板あるいは鋼板が、上記錯体弗化物として、フルオ
    ロ硼酸塩、フルオロ珪酸塩、フルオロチタン酸塩および
    /またはフルオロジルコニウム酸塩を含む燐酸塩処理溶
    液と接触される請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9または10記載
    の燐酸塩処理法。
  12. 【請求項12】片面を亜鉛鍍金または亜鉛合金鍍金した
    鋼帯板あるいは鋼板が、吹き付け処理により燐酸塩処理
    溶液と接触される請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10または11
    記載の燐酸塩処理法。
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