JP3680098B2 - 被膜形成組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材表面に形成させたアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた被膜の上に施す鋼材表面処理用の被膜形成組成物、さらに詳しくは該鋼材表面処理用の水系クロメート処理液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の耐食性を高める表面処理に、金属亜鉛および／あるいはアルミニウムフレーク、無水クロム酸、グリコールなどからなる分散水溶液に浸漬した後、約３００℃に加熱処理して金属表面に水不溶性のアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた構造の被膜を形成させる方法〔特開平６−２８００４０号公報など〕がある。この方法は、米国ダイヤモンドシャムロック社によって１９９０年に開発され、日本では日本ダクロシャムロック社が改良して上市され、広く「ダクロ被膜」として自動車、土木、建築などの金属製品防錆処理技術として広範囲に採択され使用されている。
この被膜〔以降、「ダクロ被膜」と略す〕は、イオン化傾向が高い亜鉛あるいはアルミニウム金属の電気的作用によって鉄の腐食を抑制し保護する自己犠牲保護作用（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）と、重合体状態のクロム酸による素地面の不動態化（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）、および亜鉛および／あるいはアルミニウムの層とクロム化合物の層の多層構造により外部の腐食因子から障壁の役割をする障壁作用（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｅｆｆｅｃｔ）によって構成され、この構成により耐食性が実現されていると考えられている。
【０００３】
ダクロ被膜は、脱脂→脱錆→浸漬→加熱により達せられるが、耐食性を高めるために２回以上繰り返し、被膜層を厚くするのが普通である。しかし、さらに高い耐食性能、さらに耐候性、耐薬品性にが要求され、簡単でより強力な耐食被膜を作る表面処理技法が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記ダクロ被膜の耐食性能を一段と高め、しかも耐候性および耐薬品性に優れる金属の被膜形成組成物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項１の発明は鋼材表面に形成させたアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた被膜に施す鋼材表面処理用の被膜形成組成物であり、クロム酸類１０〜２５重量％、炭酸ニッケル８〜１０重量％、還元剤１〜５重量％および界面活性剤２〜４重量％が含まれる水溶液からなることを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は請求項ｌ記載の被膜形成組成物であり、還元剤は、一価アルコール、二価アルコール、オキシカルボン酸から選ばれたものであることを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は請求項ｌ記載の被膜形成組成物であり、界面活性剤は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤から選ばれたものであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の被膜形成組成物は、クロム酸類、炭酸ニッケル、還元剤および界面活性剤が含まれる水溶液であり、従来行われていたダクロ被膜上にさらに耐食性、耐候性および耐薬品性を高め、美麗な黒化被膜を作る特徴がある。
【０００９】
クロム酸類は、耐食性、黒化および被膜の付着力増大の役割をし、全組成物中１０〜３０重量％、好ましくは２０〜２５重量％である。１０重量％未満であると、耐食性、黒化および被膜の付着力増大の目的が充分でなく、３０重量％を超えると被膜が剥離することがあり好ましくない。
【００１０】
クロム酸類は、無水クロム酸、クロム酸の水溶性塩、重クロム酸水溶性塩が使用可能であり、クロム酸水溶性塩は、クロム酸ナトリウム、クロム酸カリウム、クロム酸カルシウム、クロム酸マグネシウム、重クロム酸水溶性塩は、重クロム酸亜鉛、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナトリウム、重クロム酸マグネシウム、重クロム酸カルシウムなどである。
【００１１】
炭酸ニッケルは、６価、３価のクロムと結合して黒色被膜を形成する役割をし、全組成物中７〜１０重量％、好ましくは８〜９重量％である。７重量％未満では黒色化が不安全になり、１０重量％を超えると被膜が剥離し易くなり好ましくない。
【００１２】
還元剤は、６価、３価クロムを適正比率で重合形成および保持する役割をし、全組成物中１〜５重量％、好ましくは２〜３重量％である。この適正範囲の外では６価、３価クロムが適正比率の重合体とならず好ましくない。
【００１３】
還元剤は、一価アルコール、二価アルコール、脂肪族オキシカルボン酸が好ましく選らばれる。具体的な例を挙げると、一価アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどであり、二価アルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどであり、脂肪族オキシカルボン酸は、乳酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸などである。
【００１４】
界面活性剤は、被膜の平滑度保持の役割をし、全組成物に対して１〜４重量％、好ましくは２〜３重量％である。この適正範囲は、被膜の平滑度、組成物の安定性の観点から選ばれたものである。本発明で使用可能な界面活性剤は陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤から適宜選ばれるが、水溶性の高いものが好ましい。
【００１５】
本発明の被膜形成組成物は、上記各成分を所定の割合で含むようにした水溶液として完成される。このとき、最終組成物として酸性にするのがよい。酸性にすることで、炭酸ニッケルの溶解もよくなる。
【００１６】
本発明の被膜形成組成物は、ダクロ被膜の上に施すものである。すなわち、対象とする金属は先ず、ダクロ被膜を形成させ、次いでこのダクロ被膜上に本発明の被膜形成組成物を浸漬あるいはスピン方式でコーティングした後、２６０〜２７０℃で１５〜２０分間熱処理する。このとき、コーティング−加熱処理の過程を２回以上繰り返して行うのが好ましい。
【００１７】
このようにして作られた被膜は、最終的に厚さが３μｍ以上となるようにすると、黒色になり本発明の目的が達せられる。すなわち、従来公知のダクロ被膜が黒化し、耐食性、耐候性および耐薬品性が向上する。本発明の被膜形成組成物は、鉄はもちろん各種合金および燒結金属など金属防錆処理分野に広範囲に使用することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を下記実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１９】
〔評価方法〕
鋼材表面に公知の方法でダクロ被膜を作り、この上に、無水クロム酸２５重量％、炭酸ニッケル９重量％、乳酸（還元剤）２重量％、非イオン性界面活性剤３重量％を含む水溶液をコーティングし、２６０℃で熱処理する過程を１回、あるいは２回行った。形成した被膜の物性を表１に示した。耐食性は塩水噴霧試験（韓国工業規格：ＫＳ９５０２）に基づいて行い、耐候性は空気汚染度がひどい釜山沙上公団鋳物団地内建物屋上で１．５年間暴露し、耐薬品性は５％塩酸水溶液浸漬させた。
【００２０】
【表１】
この結果によれば、本発明のコーティング組成物が耐食性、耐候性および耐薬品性において比較例に比べて極めて優れることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による被膜形成組成物は、ダクロ被膜上にコーティングした後、熱処理を行うことにより、ダクロ被膜上に黒化した被膜を形成し、ダクロ被膜の耐食性、耐候性および耐薬品性を一段向上させることができる。これは、鉄はもちろん各種合金および燒結金属など金属防錆処理分野で広範囲に使用できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材表面に形成させたアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた被膜の上に施す鋼材表面処理用の被膜形成組成物、さらに詳しくは該鋼材表面処理用の水系クロメート処理液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の耐食性を高める表面処理に、金属亜鉛および／あるいはアルミニウムフレーク、無水クロム酸、グリコールなどからなる分散水溶液に浸漬した後、約３００℃に加熱処理して金属表面に水不溶性のアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた構造の被膜を形成させる方法〔特開平６−２８００４０号公報など〕がある。この方法は、米国ダイヤモンドシャムロック社によって１９９０年に開発され、日本では日本ダクロシャムロック社が改良して上市され、広く「ダクロ被膜」として自動車、土木、建築などの金属製品防錆処理技術として広範囲に採択され使用されている。
この被膜〔以降、「ダクロ被膜」と略す〕は、イオン化傾向が高い亜鉛あるいはアルミニウム金属の電気的作用によって鉄の腐食を抑制し保護する自己犠牲保護作用（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）と、重合体状態のクロム酸による素地面の不動態化（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）、および亜鉛および／あるいはアルミニウムの層とクロム化合物の層の多層構造により外部の腐食因子から障壁の役割をする障壁作用（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｅｆｆｅｃｔ）によって構成され、この構成により耐食性が実現されていると考えられている。
【０００３】
ダクロ被膜は、脱脂→脱錆→浸漬→加熱により達せられるが、耐食性を高めるために２回以上繰り返し、被膜層を厚くするのが普通である。しかし、さらに高い耐食性能、さらに耐候性、耐薬品性にが要求され、簡単でより強力な耐食被膜を作る表面処理技法が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記ダクロ被膜の耐食性能を一段と高め、しかも耐候性および耐薬品性に優れる金属の被膜形成組成物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項１の発明は鋼材表面に形成させたアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた被膜に施す鋼材表面処理用の被膜形成組成物であり、クロム酸類１０〜２５重量％、炭酸ニッケル８〜１０重量％、還元剤１〜５重量％および界面活性剤２〜４重量％が含まれる水溶液からなることを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は請求項ｌ記載の被膜形成組成物であり、還元剤は、一価アルコール、二価アルコール、オキシカルボン酸から選ばれたものであることを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は請求項ｌ記載の被膜形成組成物であり、界面活性剤は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤から選ばれたものであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の被膜形成組成物は、クロム酸類、炭酸ニッケル、還元剤および界面活性剤が含まれる水溶液であり、従来行われていたダクロ被膜上にさらに耐食性、耐候性および耐薬品性を高め、美麗な黒化被膜を作る特徴がある。
【０００９】
クロム酸類は、耐食性、黒化および被膜の付着力増大の役割をし、全組成物中１０〜３０重量％、好ましくは２０〜２５重量％である。１０重量％未満であると、耐食性、黒化および被膜の付着力増大の目的が充分でなく、３０重量％を超えると被膜が剥離することがあり好ましくない。
【００１０】
クロム酸類は、無水クロム酸、クロム酸の水溶性塩、重クロム酸水溶性塩が使用可能であり、クロム酸水溶性塩は、クロム酸ナトリウム、クロム酸カリウム、クロム酸カルシウム、クロム酸マグネシウム、重クロム酸水溶性塩は、重クロム酸亜鉛、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナトリウム、重クロム酸マグネシウム、重クロム酸カルシウムなどである。
【００１１】
炭酸ニッケルは、６価、３価のクロムと結合して黒色被膜を形成する役割をし、全組成物中７〜１０重量％、好ましくは８〜９重量％である。７重量％未満では黒色化が不安全になり、１０重量％を超えると被膜が剥離し易くなり好ましくない。
【００１２】
還元剤は、６価、３価クロムを適正比率で重合形成および保持する役割をし、全組成物中１〜５重量％、好ましくは２〜３重量％である。この適正範囲の外では６価、３価クロムが適正比率の重合体とならず好ましくない。
【００１３】
還元剤は、一価アルコール、二価アルコール、脂肪族オキシカルボン酸が好ましく選らばれる。具体的な例を挙げると、一価アルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどであり、二価アルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどであり、脂肪族オキシカルボン酸は、乳酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、リンゴ酸などである。
【００１４】
界面活性剤は、被膜の平滑度保持の役割をし、全組成物に対して１〜４重量％、好ましくは２〜３重量％である。この適正範囲は、被膜の平滑度、組成物の安定性の観点から選ばれたものである。本発明で使用可能な界面活性剤は陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤から適宜選ばれるが、水溶性の高いものが好ましい。
【００１５】
本発明の被膜形成組成物は、上記各成分を所定の割合で含むようにした水溶液として完成される。このとき、最終組成物として酸性にするのがよい。酸性にすることで、炭酸ニッケルの溶解もよくなる。
【００１６】
本発明の被膜形成組成物は、ダクロ被膜の上に施すものである。すなわち、対象とする金属は先ず、ダクロ被膜を形成させ、次いでこのダクロ被膜上に本発明の被膜形成組成物を浸漬あるいはスピン方式でコーティングした後、２６０〜２７０℃で１５〜２０分間熱処理する。このとき、コーティング−加熱処理の過程を２回以上繰り返して行うのが好ましい。
【００１７】
このようにして作られた被膜は、最終的に厚さが３μｍ以上となるようにすると、黒色になり本発明の目的が達せられる。すなわち、従来公知のダクロ被膜が黒化し、耐食性、耐候性および耐薬品性が向上する。本発明の被膜形成組成物は、鉄はもちろん各種合金および燒結金属など金属防錆処理分野に広範囲に使用することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を下記実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１９】
〔評価方法〕
鋼材表面に公知の方法でダクロ被膜を作り、この上に、無水クロム酸２５重量％、炭酸ニッケル９重量％、乳酸（還元剤）２重量％、非イオン性界面活性剤３重量％を含む水溶液をコーティングし、２６０℃で熱処理する過程を１回、あるいは２回行った。形成した被膜の物性を表１に示した。耐食性は塩水噴霧試験（韓国工業規格：ＫＳ９５０２）に基づいて行い、耐候性は空気汚染度がひどい釜山沙上公団鋳物団地内建物屋上で１．５年間暴露し、耐薬品性は５％塩酸水溶液浸漬させた。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】
本発明による被膜形成組成物は、ダクロ被膜上にコーティングした後、熱処理を行うことにより、ダクロ被膜上に黒化した被膜を形成し、ダクロ被膜の耐食性、耐候性および耐薬品性を一段向上させることができる。これは、鉄はもちろん各種合金および燒結金属など金属防錆処理分野で広範囲に使用できる。
Claims (3)
- 鋼材表面に形成させたアモルファスクロム酸層、その上に亜鉛および／あるいはアルミニウムが重ねられた被膜に施す鋼材表面処理用の被膜形成組成物であり、クロム酸類１０〜２５重量％、炭酸ニッケル８〜１０重量％、還元剤１〜５重量％および界面活性剤２〜４重量％が含まれる水溶液からなることを特徴とする被膜形成組成物。
- 還元剤は、一価アルコール、二価アルコール、オキシカルボン酸から選ばれたものであることを特徴とする請求項ｌ記載の被膜形成組成物。
- 界面活性剤は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤から選ばれたものであることを特徴とする請求項１記載の被膜形成組成物。
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