JP5459574B2 - 耐指紋性および電磁波シールド性に優れたクロメートフリー表面処理金属材料 - Google Patents
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Description
本発明の技術の新規性はこれまで着目されなかった重リン酸マグネシウム/シリカ=65〜85質量%/35〜15質量%である下地処理皮膜とケイ素含有後処理皮膜と併用することで、格段の耐指紋性向上が起こることが発見であり、このためケイ素含有後処理皮膜の薄膜化が可能となり、良好な電磁波シールド性も同時に得ることができることを見出した点にある。
すなわち、本発明は、金属材料の片面乃至両面の表面に、第一層として皮膜量が0.01〜0.5g/m2であって、皮膜固形分が重リン酸マグネシウム65〜85質量%、残部がシリカである下地処理皮膜、第二層としてケイ素化合物、無機塩及び有機化合物を主成分とするケイ素含有後処理液により形成した皮膜量が0.15〜0.45g/m2で、皮膜中ケイ素含有率が0.2〜30質量%であるケイ素含有後処理皮膜を有することを特徴とする耐指紋性および電磁波シールド性に優れたクロメートフリー表面処理金属材料に関する。
本発明はまた、上記の金属材料が亜鉛系めっき鋼板であることを特徴とする耐指紋性および電磁波シールド性に優れたクロメートフリー表面処理金属材料に関する。
本発明のクロメートフリー表面処理金属材料は、金属材料の上に下地処理皮膜を被覆し、更にその上にケイ素含有後処理皮膜を薄く被覆させることで、耐食性を担保しつつ耐指紋性および電磁波シールド性に優れた皮膜を形成するものである。
本発明はまた、上記の金属材料が亜鉛系めっき鋼板であることを特徴とする表面処理金属材料に関するものである。
したがって、ケイ素含有後処理皮膜量が少なくても、下地処理皮膜付き材料表面凸部が露出している部位が減少し、指紋痕が残りづらくなり、耐指紋性は向上する。
更に、下地処理皮膜付き材料表面凸部の露出部は下地処理皮膜表面のSi−OH、P−OHの官能基が親水性であること、皮膜中のSi−O−Si結合とP−O−Si結合のネットワークによる反応不活性かつ表面付着因子のバリア効果により、人体油分に起因する指紋痕や、塩分等から供給されるイオンとの反応固着に起因する指紋痕が付きづらくなると考えられる。また、下地処理皮膜やケイ素含有後処理皮膜の表面特性として指紋痕がついても目視識別ができない効果も考えられる。これらの発現効果は、下地処理皮膜表面のSi−OH、P−OHの官能基と、皮膜中のSi−O−Si結合とP−O−Si結合の量的バランスによるものと考えられる。すなわち、下地処理皮膜剤の重リン酸塩とシリカの量比に相関するものである。本発明では、重リン酸マグネシウム/シリカの質量比に適正範囲があるのは、これが要因しているためと考えられる。
下地処理皮膜量が下限0.01g/m2以上において、耐食性(耐白錆性)が向上し、上限0.5g/m2の皮膜量は性能よりも経済性(コスト)による。重リン酸マグネシウム/シリカ=65〜85質量%/35〜15質量%の範囲は耐指紋性の良好領域で決まる。
更に、ケイ素含有後処理皮膜が下限0.15g/m2以上、且つ皮膜中ケイ素含有率が0.2質量%以上で耐白錆性は格段と向上し、また上限0.45g/m2以下、且つ皮膜中ケイ素含有率が30質量%以下の皮膜量は性能よりも経済性(コスト)による。ただし、ケイ素含有率が40質量%以下でないと、皮膜脆性が起こりやすくなる。
安定した耐指紋性および電磁波シールド性、耐食性の確保と製造コストの最小化を図るためには、重リン酸マグネシウム/シリカ=65〜85質量%/35〜15質量%組成前提で下地処理皮膜量の下限は0.01g/m2、上限は0.5g/m2であり、且つケイ素含有後処理皮膜量の下限が0.15g/m2、ケイ素含有率の下限が0.2質量%で、皮膜量の上限が0.45g/m2、ケイ素含有率の上限が30質量%であることが好ましい。
更に好ましくは、下地処理皮膜量の下限は0.03g/m2、上限は0.4g/m2であり、且つケイ素含有後処理皮膜量の下限が0.25g/m2、ケイ素含有率の下限が0.2質量%で、皮膜量の上限が0.50g/m2、ケイ素含有率の上限が30質量%である。
シリカとしては微粒子シリカおよびシリカゾルなど特に限定されない。シリカ単独は勿論のこと、シリカにアルミナ等の無機化合物、金属化合物の混合物でもかまわない。
シランカップリング剤としてはビニルメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロルプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−(ビニルベンジルアミン)―2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等を例として挙げることができ、これらの1種を単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
シリコーン樹脂はいわゆる有機ケイ素化合物(オルガノポリシロキサン)であり、特に限定するものではない。
無機塩の種類としては、ケイ酸塩も含み、りん酸塩、炭酸塩、硫酸塩など特に限定されることはないが、無機塩中のカチオン成分は亜鉛イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオンが好ましい。
更に、ケイ素含有率の算出法は以下のとおり。めっき鋼板への塗布前後の質量差を被覆面積で除して皮膜付着量とし、次に皮膜中のケイ素量を化学分析法(ICP等)で測定し被覆面積で除してケイ素付着量とすると、ケイ素含有率(質量%)=ケイ素付着量/皮膜付着量×100の式でケイ素含有率を算出した。
平板表面に3つの実指紋痕を残存させ、色彩色差計を用いて測定された実指紋痕前後の色差基準色データL*、a*、b*(JIS Z8729に順ずる)を基に、色差ΔE値を求め、3つの平均値を評価値とした。評価基準は以下の通り。耐指紋性は評点2以上が合格。
<耐指紋性評点>
評点5:指紋痕前後の色差ΔEの値が0.5未満
4:指紋痕前後の色差ΔEの値が0.5以上0.66未満
3:指紋痕前後の色差ΔEの値が0,6以上0.7未満
2:指紋痕前後の色差ΔEの値が0.7以上1.0未満
1:指紋痕前後の色差ΔEの値が1.0以上
ただし、アクリル系有機薄膜(1.1g/m2)鋼板の評点4を実績の基準とした。
以上の評価結果を後述の表2および表3−1〜3−3に示した。
平板を150mm(長手)×70mm(幅)サイズに切断し、板端面部と裏面部を市販の防錆テープでシーリングした後で、塩水噴霧試験SST(JIS Z2371)環境に仰角60°で放置し、所定期間試験後の腐食外観を下記の評点で評価した。評価基準は以下の通り。百分率は部位の錆発生面積率を表す。耐食性は評点2点以上が合格。
評点5:SST10日後、白錆発生面積率5%以下
4:SST5日後、白錆発生面積率5%以下
3:SST3日後、白錆発生面積率5%以下
2:SST1日後、白錆発生面積率5%以下
1:SST1日後、白錆発生面積率5%より大、または皮膜溶出による変色あり
以上の評価結果を表3−1〜3−3に示した。
国際規格(CISPR規格)や電界強度測定法に比べて、より高感度で漏洩電磁波測定が可能とされる入出力比測定法を用いた。板厚1.5mmの真鍮板を用いて、折り曲げおよびロウ付けにより、一辺が400mmで、上面のみが開放された筐体を作製した。筐体開放部の内側には、幅13mmのフランジを設けた。フランジ上に、一辺が400mmで中央に137mm×137mmの開口部を有する板厚3mmの真鍮製蓋をのせ、Cu箔の粘着テープで接合部をシールドした。これを電波暗室に設置した。筐体内に小型発信アンテナを水平に固定して、この発信アンテナと3m離れた位置においた受信アンテナをそれぞれネットワークアナライザーに接続した。開口部を覆うように、150mm×150mmの鋼板サンプルを置いたのち、周波数30MHzから1000MHzの連続的な電磁波を、ネットワークアナライザーを通じて発信し、受信した。本測定法はネットワークアナライザーの入出力比を測定するものである。
鋼板サンプルの筐体上への置き方は、ポリウレタンフォームをNiめっき導電布で覆った幅5mm、厚さ2mmのガスケットを筐体開口部周辺に配置し、その上に鋼板サンプルを載せた。導電性への悪影響を考慮し、ガスケット裏面の接着テープは除去した。ここで、(a):全オープンの受信レベル(dBm)は開口部に鋼板サンプルを置かずに開放したままの値、(b):全シールドの受信レベルは開口部にCu板を置き、周囲をCu箔の粘着テープでシールドした時の値、(c):開口部に鋼板サンプルを置いた場合の受信レベル値であり、これらの値から以下の算定式により、シールド効果を算定し、電磁波シールド性を評価した。
鋼板のシールド効果(dB)=(a)−(c)、
全シールド(dB)=(a)−(b)
上記の、シールド効果が全シールドに近いほど電磁波シールド性が良好となる。
評価基準は以下の通り。電磁波シールド性は評点2以上が合格。
評点5:シールド効果が45以上
4:シールド効果が35以上45未満
3:シールド効果が25以上35未満
2:シールド効果が20以上25未満
1:シールド効果が20未満
ただし、全シールドが69.5dBを基準とする。
以上の評価結果を表3−1〜3−3に示した。
Claims (2)
- 金属材料の片面乃至両面の表面に、第一層として皮膜量が0.01〜0.5g/m2であって、皮膜固形分が重リン酸マグネシウム65〜85質量%、残部がシリカである下地処理皮膜、
第二層としてケイ素化合物、無機塩及び有機化合物を主成分とするケイ素含有後処理液により形成した皮膜量が0.15〜0.45g/m2で、皮膜中ケイ素含有率が0.2〜30質量%であるケイ素含有後処理皮膜を有することを特徴とする耐指紋性および電磁波シールド性に優れたクロメートフリー表面処理金属材料。 - 請求項1記載の金属材料が亜鉛系めっき鋼板であることを特徴とする耐指紋性および電磁波シールド性に優れたクロメートフリー表面処理金属材料。
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