JP5085741B2 - 耐食性に優れた金属材料 - Google Patents
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Description
本願は、2008年10月8日に、日本に出願された特願2008−262182号、及び、2008年10月8日に、日本に出願された特願2008−262216号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一態様は、下地金属と;前記下地金属の表面に配され、表層部を含むリン酸化合物系被膜と;を備え、リン酸化合物からなるとともに亜鉛を含有する前記リン酸化合物系被膜に、Zr系リン酸化合物が分散されてなり、前記リン酸化合物系被膜の前記表層部にZrが含有されている金属材料である。
(2)上記(1)に記載の金属材料においては、前記リン酸化合物系被膜が、1mg/m2以上のZrを含有しても良い。
(3)上記(1)〜(2)に記載の金属材料においては、前記リン酸化合物系被膜のリン酸化合物が、主にリン酸亜鉛であっても良い。
(4)上記(1)〜(3)に記載の金属材料においては、前記リン酸化合物系被膜の、その厚み方向において、表面から50%までの深さの部分に、前記リン酸化合物系被膜に含有されるZrの75質量%以上が存在していても良い。
(5)上記(1)〜(4)に記載の金属材料においては、前記リン酸化合物系被膜が、Zrを含有する少なくとも1つの層と、Zrを含有しない少なくとも1つの層とを含む複数の層を有し、前記複数の層のうち、最上層のZr含有率が最も高くても良い。
(6)上記(1)〜(5)に記載の金属材料においては、前記リン酸化合物系被膜の全付着量がP換算で1g/m2以上、20g/m2以下であっても良い。
(7)上記(1)〜(6)に記載の金属材料は、前記Zr系リン酸化合物被膜の上に配される潤滑被膜をさらに有しても良い。
(8)上記(1)〜(7)に記載の金属材料は、前記下地金属の前記表面が、鉄を主成分としても良い。
(9)本発明の第2態様は、下地金属の表面にリン酸化合物からなるリン酸亜鉛系被膜を形成する工程と;リン酸亜鉛とZr系化合物とを混合溶解し加熱保温した処理液中に、前記リン酸亜鉛系被膜が形成された前記下地金属を浸漬させることで、前記リン酸亜鉛系被膜における上層部にZr系リン酸化合物を分散させる工程と;を有する金属材料の製造方法である。
(10)上記(9)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液中のZrとPのモル比(Zrイオン/Pイオン)が0.0003〜0.09であっても良い。
(11)上記(9)〜(10)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液中のZrイオンモル濃度が0.001mol/L〜0.1mol/Lであっても良い。
(12)上記(9)〜(11)に記載の金属材料の製造方法では、前記下地金属の前記浸漬は、1分間〜20分間行われても良い。
(13)上記(9)〜(12)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液の温度が40〜90℃であっても良い。
(14)上記(9)〜(13)に記載の金属材料の製造方法では、前記金属材料をステアリン酸ナトリウム溶液や石灰石鹸溶液に浸漬することで前記金属材料の表面に石鹸層を形成しても良い。
(15)本発明の第3態様は、下地金属の表面にリン酸亜鉛からなるリン酸亜鉛系被膜を形成する工程と;リン酸にZr系化合物を添加して混合溶解し加熱保温した処理液中に、前記リン酸亜鉛系被膜が形成された前記下地金属を浸漬させることで、前記リン酸亜鉛系被膜上にZr系リン酸化合物被膜を形成する工程と;を有する金属材料の製造方法である。
(16)上記(15)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液中のZrとPのモル比(Zrイオン/Pイオン)が0.1〜1000であっても良い。
(17)上記(15)〜(16)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液中のZrイオンモル濃度が0.001mol/L〜1mol/Lであっても良い。
(18)上記(15)〜(17)に記載の金属材料の製造方法では、浸漬時間が1分間〜20分間であっても良い。
(19)上記(15)〜(18)に記載の金属材料の製造方法では、前記処理液の温度が40〜90℃であっても良い。
(20)上記(15)〜(19)に記載の金属材料の製造方法では、前記金属材料をステアリン酸ナトリウム溶液や石灰石鹸溶液に浸漬することで前記金属材料の表面に石鹸層を形成しても良い。
(2)〜(6)に記載の本発明によれば、更に良好で安定した耐食性を有する金属材料が得られる。
(7)に記載の本発明によれば、Zrを含有するリン酸化合物系被膜の上に潤滑被膜を形成することにより、潤滑性能と良好な耐食性を備える金属材料が得られる。
(8)に記載の本発明によれば、他のメッキ処理等を施した金属を下地金属として用いる場合に比べ、低コストで上述の効果を発現できる金属材料を得ることができる。
(9)〜(20)に記載の本発明によれば、良好な耐食性を有する金属材料を製造でき、特に(14)と(20)に記載の本発明によれば、耐食性と潤滑性を兼ね備えた金属材料を製造できる。
リン酸亜鉛系被膜3’の形成は、ボンデ処理とも言われているリン酸亜鉛処理液(第一の処理液)を用いた化成処理によって行われても良い。処理条件は通常知られている条件で良い。また、リン酸亜鉛系被膜3’の付着量は、一般的な鋼材表面へのリン酸亜鉛系被膜処理の際の付着量と同等で良い。即ち、リン酸亜鉛系被膜3’の付着量は、リン酸亜鉛系被膜3’全体で、P換算で1〜20g/m2程度であれば良く、好ましくは1〜10g/m2である。リン酸亜鉛系被膜3’の付着量が1g/m2より少ない場合はリン酸亜鉛系被膜3’の下地金属2への被覆率が不十分となり、その機能が十分確認されない場合がある。また、リン酸亜鉛系被膜3’の付着量が20g/m2より多い場合は、後に付与するZrの量に対するバランスが悪くなり、耐食性が不十分になる虞がある。
尚、成膜効率、均一性に有効に作用させるために、処理液の撹拌や基材の揺動等を適宜行っても良い。
下地金属に形成される被膜として良好な耐食性を発揮するZr(ジルコニウム)を含有するリン酸化合物には、いろいろな化合物や形態が存在する。その中でも、例えばリン酸ジルコニムやリン酸水素ジルコニウムに代表されるZr系リン酸化合物を主体として構成される被膜は、優れたバリア性を有する。
リン酸亜鉛系被膜13’の形成は、ボンデ処理とも言われているリン酸亜鉛処理液(第一の処理液)を用いた化成処理によって行われても良い。処理条件は通常知られている条件で良い。また、リン酸亜鉛系被膜13’の付着量は、一般的な鋼材表面へのリン酸亜鉛系被膜処理の際の付着量と同等で良い。即ち、リン酸亜鉛系被膜13’の付着量は、リン酸亜鉛系被膜13’全体で、P換算で1〜20g/m2程度であれば良く、好ましくは1〜10g/m2である。リン酸亜鉛系被膜13’の付着量が1g/m2より少ない場合はリン酸亜鉛系被膜13’の下地金属12への被覆率が不十分となり、その機能が十分確認されない場合がある。また、リン酸亜鉛系被膜13’の付着量が20g/m2より多い場合は後に付与するZr量とのバランスが悪くなり、耐食性が不十分になる虞がある。
φ25mm×30mmのS45C材を下地金属とした。前記下地金属にリン酸亜鉛系被膜をボンデ処理により形成したものを比較対象材(サンプル1)として、本発明の実施例を評価した。
Zr化合物である(NH4)2ZrF6またはZrO(NO3)2とボンデ処理液を表1に示す量で混合溶解した処理液を準備した。この処理液を80℃に加熱保温し、上述の下地金属を浸漬した。このようにして、Zr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜が下地金属に形成されたサンプル2−19を準備した。ボンデ処理と、Zr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜の形成処理と、の組み合わせは表1に示す通りである。即ち、サンプル1は従来通りのボンデ処理のみを行ったため、リン酸亜鉛系被膜を有する。サンプル2−13は、ボンデ処理後にZr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜の形成処理を行ったため、表層にZr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜を有する。サンプル14−19は、前記Zr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜の形成処理のみを行ったため、下地金属の直上にもZr系リン酸化合物を含有するリン酸亜鉛系被膜を有する。
φ25mm×30mmのS45C材を下地金属とした。この下地金属にリン酸亜鉛系被膜をボンデ処理により形成したものを比較対象材(サンプル1)として、本発明の実施例を評価した。
Zr化合物である(NH4)2ZrF6またはZrO(NO3)2を表2に示す量で溶解したものを処理液として準備した。この処理液を80℃に加熱保温し、上述した下地金属をこの処理液に浸漬させ、Zr酸化物被膜を形成させた(サンプル2、7、10、15、18、21)。また、Zr化合物である(NH4)2ZrF6またはZrO(NO3)2とリン酸を表2に示す量で混合溶解したものを処理液として準備した。この処理液を80℃に加熱保温し、この処理液に上述した下地金属を浸漬させ、Zr含有リン酸化合物系被膜を形成させた(サンプル3−6、8−9、11−14、16−17、19−20、22−23)。ボンデ処理と前記処理との組み合わせは表2に示す通りである。このようにして、従来通りのボンデ処理のみのリン酸亜鉛含有被膜材、ボンデ処理後に前記処理を行い、下層がリン酸亜鉛で上層がZr酸化物被膜としたサンプル、ボンデ処理後に前記処理を行い、下層がリン酸亜鉛で上層がZr系リン酸化合物被膜としたサンプルを準備した。
2 下地金属
3 リン酸化合物系被膜
3’ リン酸亜鉛系被膜
3a Zr系リン酸化合物
5 潤滑被膜
11 金属材料
12 下地金属
13 リン酸化合物系被膜(下層被膜)
13’リン酸亜鉛系被膜
14 Zr系リン酸化合物被膜(上層被膜)
15 潤滑被膜
P 成形圧力
Claims (20)
- 下地金属と;
前記下地金属の表面に配され、表層部を含むリン酸化合物系被膜と;
を備える金属材料であって、
リン酸化合物からなるとともに亜鉛を含有する前記リン酸化合物系被膜に、Zr系リン酸化合物が分散されてなり、前記リン酸化合物系被膜の前記表層部にZrが含有されていることを特徴とする金属材料。 - 前記リン酸化合物系被膜が、1mg/m2以上のZrを含有することを特徴とする請求項1に記載の金属材料。
- 前記リン酸化合物系被膜のリン酸化合物が、主にリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属材料。
- 前記リン酸化合物系被膜の、その厚み方向において、表面から50%までの深さの部分に、前記リン酸化合物系被膜に含有されるZrの75質量%以上が存在していることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の金属材料。
- 前記リン酸化合物系被膜が、Zrを含有する少なくとも1つの層と、Zrを含有しない少なくとも1つの層とを含む複数の層を有し、前記複数の層の最上層のZr含有率が最も高いことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の金属材料。
- 前記リン酸化合物系被膜の全付着量がP換算で1g/m2以上、20g/m2以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の金属材料。
- 前記Zr系リン酸化合物被膜の上に配される潤滑被膜を更に有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の金属材料。
- 前記下地金属の前記表面は、鉄を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の金属材料。
- 下地金属の表面にリン酸化合物からなるリン酸亜鉛系被膜を形成する工程と;
リン酸亜鉛とZr系化合物とを混合溶解し加熱保温した処理液中に、前記リン酸亜鉛系被膜が形成された前記下地金属を浸漬させることで、前記リン酸亜鉛系被膜における上層部にZr系リン酸化合物を分散させる工程と;
を有する金属材料の製造方法。 - 前記処理液中のZrとPのモル比(Zrイオン/Pイオン)が0.0003〜0.09であることを特徴とする請求項9に記載の金属材料の製造方法。
- 前記処理液中のZrイオンモル濃度が0.001mol/L〜0.1mol/Lであることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の金属材料の製造方法。
- 前記下地金属の前記浸漬は、1分間〜20分間行われることを特徴とする請求項9乃至請求項11の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
- 前記処理液の温度が40〜90℃であることを特徴とする請求項9乃至請求項12の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
- 前記金属材料をステアリン酸ナトリウム溶液や石灰石鹸溶液に浸漬することで前記金属材料の表面に石鹸層を形成することを特徴とする請求項9乃至請求項13の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
- 下地金属の表面にリン酸亜鉛からなるリン酸亜鉛系被膜を形成する工程と;
リン酸にZr系化合物を添加して混合溶解し加熱保温した処理液中に、前記リン酸亜鉛系被膜が形成された前記下地金属を浸漬させることで、前記リン酸亜鉛系被膜上にZr系リン酸化合物被膜を形成する工程と;
を有する金属材料の製造方法。 - 前記処理液中のZrとPのモル比(Zrイオン/Pイオン)が0.1〜1000であることを特徴とする請求項15に記載の金属材料の製造方法。
- 前記処理液中のZrイオンモル濃度が0.001mol/L〜1mol/Lであることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の金属材料の製造方法。
- 前記下地金属の前記浸漬は、1分間〜20分間行われることを特徴とする請求項15乃至請求項17の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
- 前記処理液の温度が40〜90℃であることを特徴とする請求項15乃至請求項18の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
- 前記金属材料をステアリン酸ナトリウム溶液や石灰石鹸溶液に浸漬することで前記金属材料の表面に石鹸層を形成することを特徴とする請求項15乃至請求項19の何れか一項に記載の金属材料の製造方法。
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