JP3524510B2

JP3524510B2 - マグネシウム合金成形品の表面処理方法

Info

Publication number: JP3524510B2
Application number: JP2001079700A
Authority: JP
Inventors: 勲中津川
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002275668A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム合金
成形品の耐食性や塗装密着性を向上させる表面処理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金成形品は、その耐食性
や外観を向上させるために各種の表面処理が施されてい
る。このうち、化成処理はマグネシウム合金成形品を酸
やアルカリの溶液に浸漬し、表面に各種酸化物や塩類を
科学的に析出させる方法である。化成処理を施した成形
品の表面は適度の耐食性を有し、塗装密着性にも優れて
いることから、塗装前処理として広く用いられている。
そして健全な化成処理を施すために、脱脂、酸洗い、脱
スマット、表面調整等からなる各種前処理が実施されて
いる（森田ら、刊行物「軽金属」、５０（２０００），
５６０．）。

【０００３】最初に前処理工程を説明する。脱脂工程
は、機械加工等で成形品表面に付着した油や汚れを除く
ものであり、成形品を各種有機溶剤や、界面活性剤を含
む高温・高アルカリ水溶液に一定時間浸漬する。酸洗い
工程は、成形品表面の酸化物や成形時に付着した離型剤
などを取り除くものであり、硫酸、リン酸など各種酸が
用いられる。酸洗い工程を実施することでマグネシウム
表層も数ミクロン程度溶解され、あとにスマットと呼ば
れる黒色の微粉末が表面に残留する。このスマットは塗
装密着性を低下させることから、脱スマット工程と呼ば
れる工程が必要となる。脱スマット工程は通常、高温・
高アルカリ溶液に成形品を一定時間浸漬することにより
行う。脱スマット工程ではスマットが取り除かれるだけ
ではなく、マグネシウム表面に水酸化物からなる皮膜を
形成する。このため、表面をわずかにエッチングして活
性化させる表面調整工程を伴うこともある。

【０００４】化成工程では、クロム酸塩、過マンガン酸
塩、ジルコニウム塩などを含む溶液中に成形品を一定時
間浸漬し、これらの金属塩を含む皮膜を化学反応により
析出させる。有機化合物からなる防錆剤を表面に塗布す
ることもある。また、各工程の前後に、室温水で表面を
水洗する工程が加わる。水洗は多くの場合２、３回実施
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、良好な化成
皮膜を形成させるためには前処理を含む各工程の適切な
選択と管理が重要である。しかしながら現行の工程は酸
やアルカリを繰り返し使用するため、液管理が複雑とな
る。この結果、化成処理は多くの場合に専門業者によっ
て実施される。さらに化成処理には金属塩を含むため、
適切な廃水処理が必要である。また、化成処理を施し、
塗装したマグネシウム合金成形品は市中にて使用の後に
回収し、塗膜を剥離した後に再溶解してリサイクルす
る。このとき、残存した化成皮膜が再溶解の際に混入し
てリサイクル品の品質を低下させることが懸念される。

【０００６】本発明は、上記のような従来法に伴う問題
点を解決するためになされたものであり、現行の化成処
理工程を必要とすることなく耐食性を確保し、かつ塗装
密着性を向上させることができる処理工程を提案するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、フッ化水
素を含む酸溶液中でエッチングしたマグネシウム表面が
中性水と活性に反応することに目をつけた。この反応は
水温を上げたり、超音波などの表面の物質移動を促進さ
せる手法を付加することで促進される。本発明は、係る
知見を基になされたものである。

【０００８】すなわち、上記課題を解決するため本発明
のうち、請求項１記載のマグネシウム合金成形品の表面
処理方法は、マグネシウム合金成形品を、フッ化化合物
を含み、硫酸、塩酸、酢酸、リン酸、硝酸の少なくとも
１つを含む酸溶液に接触させた後、該成形品を温水と接
触させることを特徴とする。

【０００９】請求項２記載のマグネシウム合金成形品の
表面処理方法は、請求項１記載の発明において、フッ化
化合物を含む酸溶液が、フッ化水素酸溶液またはこれを
含むものであることを特徴とする。

【００１０】

【００１１】請求項３記載のマグネシウム合金成形品の
表面処理方法は、請求項１または２に記載の発明におい
て、前記温水が４０℃以上の中性水であることを特徴と
する。

【００１２】請求項４記載のマグネシウム合金成形品の
表面処理方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明
において、前記温水と成形品との接触に際し、温水にバ
ブリング、撹拌、超音波の付与のいずれかを行うことを
特徴とする。

【００１３】請求項５記載のマグネシウム合金成形品の
表面処理方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明
において、前記温水と成形品との接触後、成形品を水で
洗浄し、乾燥させることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、マグネシウム合金成形品
をフッ化化合物を含む酸溶液に接触させることにより成
形品表面と酸溶液との間で反応が起こり、気泡が活発に
発生して成形品表面の酸洗いが効果的になされる。な
お、この処理によって成形品の表面には黒色のスマット
が形成される。上記酸溶液との接触後、成形品を温水と
接触させると、成形品の表面で気泡が発生し、酸洗いで
生じた成形品表面のスマットが徐々に、かつ効率的に取
り除かれ、マグネシウム素地が露出する。また上記反応
は単にスマット除去のみならず、耐食性の向上にも貢献
する。処理した成形品の塗装密着性も良好となる。な
お、耐食性が向上する理由は、詳細には不明であるが、
温水との接触に際し、成形体表面に何らかの不動態皮膜
が形成されるためではないかと考えられる。

【００１５】上記酸溶液では、フッ化化合物がフッ化水
素酸からなるもの、またはフッ化水素酸を含むものが望
ましい。酸溶液にフッ化水素酸が含まれることにより、
上記処理が効果的になされる。また、酸溶液には、硫
酸、塩酸、酢酸、リン酸、硝酸の少なくとも１つを含
む。これらの酸を含むことによってフッ化水素酸濃度を
減らし、酸洗いの作用を高めることができる。なお、酸
溶液とマグネシウム合金成形品との接触は、通常は成形
品を酸溶液に浸漬することにより行うが、本発明として
は、噴霧等の適宜の方法を採用することができる。ま
た、成形品と酸溶液との接触時間は特に限定されない
が、表面の汚染程度とエッチングに伴う寸法変化を考慮
して最適値を決定する。

【００１６】上記酸洗い後に、スマットの除去を主目的
としてなされる温水洗浄では、温水の温度は高いほどよ
いが、効果的に気泡を発生させてスマットを除去するた
めには、温水の温度を４０℃以上とするのが望ましい。
また、温水洗浄時に、バブリング、撹拌、超音波の付与
等を行うこともできる。これらを行うことによりスマッ
トの除去が促進され、短時間での処理が可能になる。な
お、温水はイオン交換水等の中性水が望ましい。これに
より余分な生成物が生成されるのを避けることができ
る。なお、温水とマグネシウム合金成形品との接触は、
通常は成形品を温水に浸漬することにより行うが、本発
明としては、噴霧等の適宜の方法を採用することができ
る。また、成形品と温水との接触時間は特に限定されな
いが、例えば気泡の発生の停止を目途に接触を終了させ
ることができる。

【００１７】上記した温水との接触後は、成形品を水に
よって洗浄し、乾燥処理するのが望ましい。ここで用い
る水は、上記温水と同様に中性水であるのが望ましい。
なお、乾燥処理の方法は特に限定されるものではなく、
加熱乾燥、送風乾燥等、適宜の方法を採用することがで
きる。上記温水、水における中性水としてイオン交換水
や蒸留水等の高純度水ｐＨ５．５〜８．５のものを例示
することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を添
付図に基づいて説明する。本発明の表面処理方法は、マ
グネシウム合金成形品１を対象とする。この成形品は、
種々の成分のマグネシウム合金材からなるものであり、
本発明としてはマグネシウムを主成分とする限りは、そ
の成分が特に限定されるものではない。また、成形品の
形状、用途も特に限定されるものではなく、

【００１９】該マグネシウム合金成形品１は、本発明の
処理に先立ってバレル研磨機２においてバレル研磨を行
う。この他にサンドブラスト等の機械的な方法によって
研磨することができる。本発明としては、このような機
械的な研磨は必須とされるものではないが、本発明工程
前に、ある程度、成形品表面についた離型剤や汚れを除
去しておけば、本発明工程の酸洗いの時間を短くでき、
全体として作業効率が向上するので、該機械研磨工程を
行うのが望ましい。

【００２０】次いで、マグネシウム合金成形品を酸洗い
槽３内の酸洗い液４に浸漬する。酸洗い液４としては、
例えば硫酸を５体積％およびフッ化水素酸を１０体積％
含む水溶液を作成する。本水溶液中にマグネシウム合金
成形品１を１０〜１５秒浸漬する。酸洗いに際しては、
酸洗い液の成分は適宜変更が可能であり、必要に応じて
各酸の濃度、浸漬時間、浴温度を調整する。浸漬の間、
マグネシウム合金成形品１の表面からは気泡５が活発に
発生する。引き上げたマグネシウム合金成形品１の表面
には黒色のスマット（図示しない）が認められる。つい
でマグネシウム合金成形品１を温水槽６内の約６０℃に
加熱したイオン交換水７中に浸漬する。また、この温水
槽６では、超音波発生装置８によってイオン交換水７中
に超音波振動を付与している。この状態で、成形品１を
イオン交換水７中に２分間浸漬する。すると、成形品１
の表面からは気泡９が活発に発生し、表面のスマットが
徐々に除かれる。２分ほど経つとその気泡発生反応は殆
ど停止する。なお、温水槽６ではスマットの除去具合に
応じて温水の温度や浸漬時間を調整する。その後、成形
品１を水洗槽１０に収容した室温のイオン交換水１１で
水洗し、その後、乾燥装置１２にて乾燥する。

【００２１】このようにして表面処理を施されたマグネ
シウム合金成形品１００は、良好な耐食性を示すととも
に、優れた塗装密着性を有する。したがって、上記処理
を施した成形品１００に良好に塗装を施すことができ
る。なお、上記実施形態では、本発明の一連の処理の
後、化成処理を施すことなく塗装を行うものとして説明
した。ただし、本発明としては、本発明の表面処理後に
化成処理を行うものを排除するものではなく、必要に応
じて化成処理を行うものであってもよい。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と対比しつつ
説明する。（実施例１）マグネシウム合金成形法の一種であるチク
ソモールディング法を用いて、ＡＺ９１Ｄマグネシウム
合金平板試験片（１５０×１００×２ｍｍ）を作製し
た。これを適当な大きさに切断した後に表面を６００番
のエメリー紙で研磨した。本試験片を（ａ）５体積％硫
酸水溶液、（ｂ）５体積％硫酸水溶液＋２．５体積％フ
ッ化水素酸水溶液、（ｃ）５体積％硫酸水溶液＋５体積
％フッ化水素酸水溶液、（ｄ）５体積％硫酸水溶液＋１
０体積％フッ化水素酸水溶液中にそれぞれ１０秒間浸漬
した。その後、６０℃のイオン交換水中に２分間浸漬し
た。その後、試験片を水洗、乾燥させた後に表面に残存
したスマットをセロハンテープに転写し、その量を比較
した。その結果、（ａ）および（ｂ）の溶液中に浸漬し
た試験片には黒色スマットが多量に認められた。（ｃ）
ではスマットの量が大幅に減少し、（ｄ）ではセロハン
テープに付着したスマットはわずかであった。

【００２３】（実施例２）実施例１と同じＡＺ９１Ｄマ
グネシウム合金平板試験片を用いた。試験片を６００番
のエメリー紙で研磨した後に、５体積％硫酸水溶液＋５
体積％フッ化水素酸水溶液中に１０秒間浸漬した。その
後、（ａ）２０℃、（ｂ）４０℃、（ｃ）６０℃、
（ｄ）７７℃、のイオン交換水中に２分間浸漬した。試
験片を水洗、乾燥させた後に表面に残存したスマットを
セロハンテープに転写し、その量を比較した。その結
果、洗浄する水温の上昇とともにスマットの量が減少
し、（ｄ）ではセロハンテープに付着したスマットはわ
ずかであった。スマットの残存量が満足できる程度に少
ないものは、（ｂ）（ｃ）（ｄ）であった。また（ｃ）
のイオン交換水においては、３８ｋＨｚの超音波揺動を
付加して洗浄する試験も試みた。これを（ｃ１）とする
と、処理した試験片の残存スマット量は（ｃ）および
（ｄ）よりも少なかった。

【００２４】（実施例３）実施例１と同じＡＺ９１Ｄマ
グネシウム合金平板試験片を用いた。試験片を６００番
のエメリー紙で研磨した後、（ａ）アセトンで脱脂、
（ｂ）６０℃の高アルカリ脱脂溶液中に５分間浸漬＋水
洗＋６０℃のリン酸系酸洗い液に３０秒間浸漬＋水洗＋
６０℃の高アルカリ脱スマット溶液中に７分間浸漬＋水
洗＋６０℃のリン酸マンガン塩を含む化成処理液に５分
間浸漬＋水洗、（ｃ）５体積％硫酸水溶液＋１０体積％
フッ化水素酸水溶液中に１０秒間浸漬＋３８ｋＨｚの超
音波を付加した６０℃のイオン交換水中に２分間浸漬、
その後、水洗、（ｄ）５体積％硫酸水溶液＋１０体積％
フッ化水素酸水溶液中に１０秒間浸漬＋室温のイオン交
換水にて水洗、の処理を施した。（ｂ）はすべて、市販
のマグネシウム用表面処理薬剤を用いた。処理後の試験
片を５％塩化ナトリウム水溶液噴霧試験装置中に２４時
間暴露し、暴露後の腐食状態を観察した。結果は表１の
ようになった。（ｃ）の処理によって、従来法である
（ｂ）と同等以上の耐食性が得られた。（ｄ）では十分
な耐食性が得られなかったことから、温水中への浸漬工
程が不可欠であることがわかる。

【００２５】

【表１】

【００２６】（実施例４）チクソモールディング形成機
を用いてＡＺ９１Ｄマグネシウム合金成形品（９２×４
６×６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を成形した。ゲート、オ
ーバーフローなどを取り除いた後に、成形品を流動バレ
ル研磨機により研磨した。本成形品を、（ａ）そのまま
（未処理）、（ｂ）６０℃の高アルカリ脱脂溶液中に５
分間浸漬＋水洗＋６０℃のリン酸系酸洗い液に３０秒間
浸漬＋水洗＋６０℃の高アルカリ脱スマット溶液中に７
分間浸漬＋水洗＋６０℃のリン酸マンガン塩を含む化成
処理液に５分間浸漬＋水洗、（ｃ）５体積％硫酸水溶液
＋１０体積％フッ化水素酸水溶液中に１０秒間浸漬＋３
８ｋＨｚの超音波を付加した６０℃のイオン交換水中に
２分間浸漬＋水洗、の処理を施した。（ｂ）はすべて市
販のマグネシウム用表面処理薬剤を用いた。ついでこれ
ら試験片をエポキシ系プライマ平均１５μｍ塗布→１６
０℃で３０分間焼き付け→アクリル系上塗り平均１５μ
ｍ塗布→１６０℃で３０分間焼き付けに基づく溶剤塗装
を施した。各塗装試験片を６０℃の温水中に４時間浸漬
し、取り出し、乾燥３０分後にセロハンテープ剥離試験
を行った。結果は表２のようになった。（ｃ）の処理に
よって、従来法である（ｂ）と同等の塗装密着性が得ら
れた。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマグネシ
ウム合金成形品の表面処理方法は、マグネシウム合金成
形品を、フッ化化合物を含み、硫酸、塩酸、酢酸、リン
酸、硝酸の少なくとも１つを含む酸溶液に接触させた
後、該成形品を温水に接触させるので、該処理のみにお
いて耐食性、塗膜密着性が大幅に向上し、塗膜密着性や
耐食性の向上のために必要と考えられてきた化成処理工
程を省略または簡略化することができる。この結果、設
備費、水や薬液の使用量、廃水水処理コスト、人件費、
光熱費等が低減できる。クロム酸や過マンガン酸などの
金属塩を含む化成工程を用いることなく良好な塗装下地
および耐食性皮膜を提供する。また、本工程では単独で
も表面処理として機能するが、他の化成処理やめっき、
陽極酸化などの他の表面処理の前工程としても利用でき
る。この場合、耐食性、皮膜密着性が顕著に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明する工程図であ
る。

【符号の説明】

１マグネシウム合金成形品２バレル研磨機３酸洗い槽４酸洗い液５気泡６温水槽７温水８超音波発生装置９気泡１０水洗槽１１水１２乾燥装置１００表面処理後のマグネシウム合金成形品

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシウム合金成形品を、フッ化化合
物を含み、硫酸、塩酸、酢酸、リン酸、硝酸の少なくと
も１つを含む酸溶液に接触させた後、該成形品を温水に
接触させることを特徴とするマグネシウム合金成形品の
表面処理方法。
【請求項２】フッ化化合物を含む酸溶液が、フッ化水
素酸溶液またはこれを含むものであることを特徴とする
請求項１記載のマグネシウム合金成形品の表面処理方
法。
【請求項３】前記温水が４０℃以上の中性水であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム
合金成形品の表面処理方法。
【請求項４】前記温水と成形品との接触に際し、温水
にバブリング、撹拌、超音波の付与のいずれかを行うこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネ
シウム合金成形品の表面処理方法。
【請求項５】前記温水と成形品との接触後、成形品を
水で洗浄し、その後、乾燥させることを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載のマグネシウム合金成形品の
表面処理方法。