JP6024053B2 - 3価クロム化成皮膜用仕上げ剤及び黒色3価クロム化成皮膜の仕上げ方法 - Google Patents
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Description
このような状況下において、6価クロムフリーであって、3価クロム化成皮膜を形成する方法が提案されている(例えば、米国特許第5,415,702号、特開2003−166074号及び特開2003−166075号)。この方法により形成した3価クロム化成皮膜は、耐食性に優れているものの、従来の黒色の6価クロメートに比べ、やや光沢が不足した外観であった。そこで、より優れた光沢を得るためには、樹脂皮膜や珪酸塩被膜などを3価クロム化成皮膜表面に再度厚くオーバーコーティングする必要があった。しかしながら、これらのオーバーコーティングを施した場合は、絶縁性や締め付け性に問題が生じる場合がある。また、3価クロム源、リン酸イオン源、亜鉛イオン源、及び3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤を含有した3価クロム化成皮膜用仕上げ剤(例えば、特開2005−23372号)で処理した場合は、絶縁性や締め付け性に問題は生じないが、この皮膜は例えば仕上げ処理における乾燥工程などにおいて、品物同士の接触により多数の擦れキズや、液溜まりなどに起因する緑シミや白シミなどのシミが発生する問題が生じる場合がある。また、仕上げ剤にカビが発生する問題が生じる場合もある。
本発明は、又、上記3価クロム化成皮膜を得るための仕上げ方法を提供することを目的とする。
本発明は、又、6価クロムフリーの耐食性皮膜を有する金属物品を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、3価クロム源、リン酸イオン源、亜鉛イオン源、3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤、並びにポリビニルアルコール及びその誘導体、ポリビニルピロリドン及びその誘導体、ポリアルキレングリコール及びその誘導体並びにセルロースエーテル及びその誘導体からなる群より選択される非イオン性の水溶性高分子化合物を含有することを特徴とする3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を提供する。
本発明は、又、3価クロム源、リン酸イオン源、亜鉛イオン源、3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤、並びに尿素、チオ尿素、2酸化チオ尿素並びにそれらの誘導体から選ばれるシミ防止剤を含有することを特徴とする3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を提供する。
本発明は、又、3価クロム源、リン酸イオン源、亜鉛イオン源、3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤、並びに前記非イオン性の水溶性高分子化合物、及び前記しみ防止剤を含有することを特徴とする3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を提供する。
本発明は、又、3価クロム錯体、リン酸イオン、亜鉛イオン、非イオン性の水溶性高分子及び/又はシミ防止剤、並びに水を含有し、水溶液の形態にあり、非イオン性の水溶性高分子化合物がポリビニルアルコール及びその誘導体、ポリビニルピロリドン及びその誘導体、ポリアルキレングリコール及びその誘導体並びにセルロースエーテル及びその誘導体からなる群より選択され、シミ防止剤が尿素、チオ尿素、2酸化チオ尿素及びそれらの誘導体から選ばれる、3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を提供する。
本発明は、又、黒色3価クロム化成皮膜を有する基体に対して、その黒色3価クロム化成皮膜に、水溶液の形態にある前記3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を付着させ、次で乾燥することを特徴とする黒色3価クロム化成皮膜の仕上げ方法を提供する。
本発明は、又、金属基体、その上に設けられた黒色3価クロム化成皮膜及びその上に設けられた仕上げ層を有する6価クロムフリーの耐食性皮膜を有する金属物品であって、仕上げ層が3価クロム、亜鉛及びリン元素を含有し、3価クロム、亜鉛及びリン元素の合計を100重量部としたときに、3価クロムが10〜40重量部、亜鉛が20〜75重量部、リンが3〜40重量部であることを特徴とする金属物品を提供する。
ところが、本発明によれば、亜鉛、亜鉛合金めっき上に擦れキズ、シミ、特に液溜まりに起因する緑シミの少ない低絶縁性で、かつ締め付け性を損なうことなく光沢、耐食性の優れた6価クロムフリー耐食性皮膜、特に黒色の3価クロム化成皮膜を形成することができるため、今後、電子機器などの種々の分野で幅広く利用されることが期待できる。
本発明の3価クロム皮膜用仕上げ剤で用いるリン酸イオン源としては、リン酸、亜リン酸等のリンの酸素酸、及びそれらの塩、特にアルカリ塩等が挙げられる。これらのリン酸イオン源は、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。その濃度は、0.3〜70g/Lであるのが好ましく、より好ましくは、1〜40g/Lである。
本発明では、3価クロム源及びリン酸イオン源として、リン酸クロムを用いることができる。ここで、リン酸クロムとしては、Cr(HnPO4)(3/3-n)の構造式(式中、nは1〜2)を有するものを用いると高温高湿下での耐久性が得られるので好ましく、特にnが1のものが最も好ましい。
本発明の3価クロム皮膜用仕上げ剤で用いる3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸やトリカルボン酸等の多価カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸(例えば、グリシン)又はそれらの塩が挙げられる。これらのうち、シュウ酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸が好ましい。これらのキレート剤は、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。その濃度は水溶液中に0.5〜100g/L含有させるのが好ましく、より好ましくは1〜50g/Lである。
3価クロムに対するキレート剤のモル比は、耐食性、仕上り外観(処理外観)に影響するため、0.2〜2であるのが好ましい。さらに好ましくは、0.5〜1である。亜鉛に対するキレート剤のモル比は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.7〜1である。
ポリビニルアルコール及びそれらの誘導体としては、ポリビニルアルコール、スルホン酸変性ポリビニルアルコール等が挙げられる。例えば、日本合成化学のPVA NL05、GM−13、ゴーセランL3266等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
ポリビニルピロリドン及びその誘導体としては、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル・ビニルピドリドン共重合体などが挙げられる。例えば、日本触媒のK-30、K-30W、K-90等が挙げられるがこれに限定されるものではない。
ポリアルキレングリコール及びその誘導体としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びそれらのエーテル誘導体等が挙げられる。例えば、日油(株)のPEG-200、PEG-1000及びPEG-4000、日油(株)のユニオールD-700及びD-2000、並びに日油(株)のユニオールTG-1000等が挙げられるがこれに限定されるものではない。
これらの非イオン性の水溶性高分子化合物は、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。非イオン性の水溶性高分子化合物の濃度は、0.01g/L〜50g/Lが好ましく、より好ましくは0.1g/L〜10g/Lである。ただし、50g/Lを越えても性能上問題はないが、それ以上の効果も期待できない。
これらの非イオン性の水溶性高分子化合物の添加は、特に擦れキズの防止に寄与し、従って3価クロム化成被膜の外観の向上に加えて耐食性も向上する。本発明の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤により、低絶縁性で、かつ締め付け性を損なうことなく擦れキズのない光沢、耐食性の優れた6価クロムフリー耐食性化成皮膜、特に黒色の3価クロム化成皮膜を形成することができる。
尿素、チオ尿素、2酸化チオ尿素及びそれらの誘導体としては、例えば下記一般式で表される化合物などが挙げられる。
R1〜R4の鎖状炭化水素基としては、好ましくは炭素原子数1〜8の鎖状炭化水素基であり、より好ましくは炭素原子数1〜8のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基、直鎖状ないし分岐鎖状のプロピル基、ブチル基、へキシル基などが挙げられる。
環状炭化水素基としては、好ましくは炭素原子数3〜8の環状炭化水素基であり、より好ましくは炭素原子数5〜6の環状炭化水素基であり、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
アラルキル基としては、好ましくはベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。これらのフェニル基にはアルキル基等が置換していてもよい。
アリール基としては、好ましくはフェニル基、トルイル基、低級アルコキシフェニル基等が挙げられる。
R1〜R4は、より好ましくはそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基である。
これらのシミ防止剤は、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。シミ防止剤の濃度は、0.01g/L〜30g/Lが好ましく、より好ましくは0.1g/L〜15g/Lである。
これらのシミ防止剤の添加は、特にシミの防止、とりわけに液溜まりに起因する緑シミの防止に寄与し、加えて耐食性も向上する。本発明の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤により、低絶縁性で、かつ締め付け性を損なうことなくシミのない光沢、耐食性の優れた6価クロムフリー耐食性化成皮膜、特に黒色の3価クロム化成皮膜を形成することができる。
さらに、本発明においては、前記非イオン性の水溶性高分子化合物に加えて前記シミ防止剤を併用添加することにより、低絶縁性で、かつ締め付け性を損なうことなく擦れキズ及びシミのない光沢、耐食性の優れた6価クロムフリー耐食性化成皮膜、特に黒色の3価クロム化成皮膜を形成することができる。非イオン性の水溶性高分子化合物に加えてしみ防止剤を併用添加する場合、各々の添加濃度は前記添加濃度の範囲であって、また合計濃度としては、0.01g/L〜50g/Lが好ましく、より好ましくは0.1g/L〜15g/Lである。
これらのカビ抑制成分は、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。カビ抑制成分の濃度は、0.01g/L〜50g/Lが好ましく、より好ましくは0.1g/L〜5g/Lである。ただし、50g/Lを越えても性能上問題はないが、経済上好ましくない。
本発明の3価クロム皮膜用仕上げ剤は、さらに、得られる皮膜の耐食性を高めるためには、アルミニウム、珪素、モリブデン、マンガン及びコバルトからなる群から選ばれる金属イオンを添加するのがよい。これらの金属イオンは、1種あるいは2種以上を組合せて使用することができる。その濃度は、0.1g/L〜30g/Lが好ましく、より好ましくは0.5g/L〜5g/Lである。
添加する界面活性剤としては、エーテル系非イオン界面活性剤、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等が挙げられる。その濃度は、0.01g/L〜100g/Lが好ましく、より好ましくは1g/L〜50g/Lである。
添加する水溶性樹脂としては、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性メラミン樹脂、エマルジョン型ワックス等があげられる。その濃度は、0.01g/L〜100g/Lが好ましく、より好ましくは1g/L〜50g/Lである。尚、水溶性樹脂を添加する場合は、仕上げ剤組成物のpHを7〜8にするのが好ましい。
また、本発明の3価クロム皮膜用仕上げ剤の液切れを促進し、乾燥シミを防止するために、シリコーンを添加することもできる。その濃度は、1〜1000ppmが好ましく、より好ましくは10〜100ppmである。
例えば、硫酸浴、アンモン浴、カリ浴などの酸性浴、アルカリノーシアン浴、アルカリシアン浴等のアルカリ浴のいずれかを用いて亜鉛めっき皮膜を形成するのがよい。ここでは、特に、アルカリノーシアンめっき浴(Dipsol製 NZ−98浴、NZ−87浴など)を用いるが好ましい。
また、亜鉛合金めっきとしては、亜鉛−鉄合金めっき、亜鉛−ニッケル合金めっき、亜鉛−コバルト合金めっき等が挙げられる。亜鉛や亜鉛合金めっきの厚みは任意とすることができるが、1μm以上であるのが好ましく、より好ましくは5〜25μmである。
3価クロム化成皮膜は、米国特許第5,415,702号明細書、特開2003−166074号公報や特開2003−166075号公報などに記載の種々の3価クロム化成処理液を用いて行うことができるが、国際公開第2003/076686号に記載の黒色3価クロム化成処理液、つまり、硝酸イオンと3価クロムのモル比(NO3 -/Cr3+)が0.5未満であり、3価クロムがキレート剤との水溶性錯体の形態で存在し、コバルトイオン及び/又はニッケルイオンを含み、コバルトイオン及び/又はニッケルイオンがキレート剤と難溶性の金属塩を形成して沈殿することなしに該処理溶液中に安定に存在し、亜鉛及び亜鉛合金めっきを該処理溶液に接触させたときに、亜鉛と反応して、亜鉛とクロムと、コバルト及び/又はニッケルと、キレート剤とを含む黒色3価クロム化成処理溶液を用いるのが好ましい。
このようにして、3価クロム化成皮膜を、0.1〜0.3μm程度の厚みで亜鉛や亜鉛系合金めっき層上に設けるのがよい。
本発明では、3価クロム化成皮膜、特に黒色3価クロム化成皮膜を有する基体を、水洗した後又は水洗することなしに、その3価クロム化成皮膜に、水溶液の形態にある本発明の仕上げ剤組成物に接触させ(好ましくは、仕上げ剤組成物に浸漬し)、仕上げ剤組成物を付着させ、次いで乾燥、好ましくは水洗なしに脱水乾燥して、3価クロム化成皮膜上に仕上げ層を形成させることができる。
接触時間(好ましくは、浸漬時間)は、3〜30秒が好ましく、より好ましくは3〜5秒である。
乾燥温度は、50℃〜200℃が好ましく、より好ましくは80℃〜120℃である。
乾燥時間は、5分〜60分が好ましく、より好ましくは10分〜20分である。
この仕上げ処理により、3価クロム化成皮膜上に、3価クロム、亜鉛及びリン元素を含有し、例えば3価クロム、亜鉛及びリン元素の合計を100重量部としたときに、3価クロムが10〜40重量部、亜鉛が20〜75重量部、リンが3〜40重量部である仕上げ層を設けることができる。3価クロム/亜鉛/リンの最適の重量比は、(20〜25)/(60〜50)/(20〜25)である。ここで、仕上げ層中の3価クロム、亜鉛及びリン元素の合計が30〜75重量%であるのが好ましい。
尚、仕上げ層の厚みは、任意とすることができるが、0.05〜0.3μm程度であるのが好ましい。
本発明では、金属基体、その上に設けられた3価クロム化成皮膜、及びその上に設けられた上記仕上げ層を有する6価クロムフリーの耐食性皮膜を有する金属物品を提供する。
この金属物品は、ねじやボルトなどの金属部材や自動車用部品などの金属製品として好適に用いることができる。
次に本発明を実施例により詳細に説明する。
Dipsol製 NZ−87浴を使用し、M8のボルトにジンケート亜鉛めっきを厚さ8μm施したものを、黒色3価クロム化成処理剤ディップソール(株)製 ZTB−447S123C3タイプ(ZTB−447S1:50mL/L、ZTB−447S2:20mL/L及びZTB−447S3:7mL/L)で処理(30℃で40秒間)後、表1に示す仕上げ剤に50℃で5秒間浸漬し、遠心脱水した後、120℃で乾燥した。
M8のボルトに鉄合金めっき(Fe:0.5重量%)を厚さ8μm施したものを、黒色3価クロム化成処理剤(ディップソール(株)製ZTB−447A(200mL/L)及びZTB−447K(8mL/L))で処理(50℃で60秒間)後、表2に示す仕上げ剤に50℃で5秒間浸漬し、遠心脱水した後、120℃で乾燥した。
M8のボルトに亜鉛ニッケル合金めっき(Ni:15重量%)を厚さ8μm施したものを、黒色3価クロム化成処理剤ディップソール(株)製IZB−256(IZB−256AY:150mL/L及びIZB−256BY:50mL/L)で処理(25℃で45秒間)後、表3に示す仕上げ剤に50℃で5秒間浸漬し、遠心脱水した後、120℃で乾燥した。
比較例としてM8のボルトに、実施例1と同様に亜鉛めっきを厚さ8μm施したものに、黒色6価クロメート処理(25℃で60秒間)を行った。
黒色6価クロメートはディップソール(株)製ZB−535A(200ml/L)及びZB−クロ50B(10ml/L)を使用した。
比較例としてM8のボルトに8μm亜鉛めっきを施したものに、黒色3価クロメート処理を行った後、実施例1のNo.1〜No.4の仕上げ剤からポリビニルアルコール、シミ防止剤及びカビ防止成分を抜いた表4記載の仕上げ剤で仕上げ処理を行った。黒色3価クロム化成処理はディップソール(株)製ZTB−447A(200ml/l)及びZTB−447K(8ml/l)を使用した(処理条件は、50℃で60秒間)。
表5に示されるように、ポリビニルアルコールを含んだ実施例1のNo1及び3〜10の皮膜は、ポリビニルアルコールを含まない比較例2のNo.1、3及び4の皮膜と比較し、キズの少ない光沢外観が得られ、耐食性も良好であった。実施例2及び3のNo1〜4も、キズ及び溜まりシミの少ない光沢外観が得られ、耐食性はさらに優れていた。
室温放置1ヶ月の仕上げ剤のカビ発生状況は、カビ防止成分を含まない比較例2のNo.1〜No.4は、全てカビが発生したが、カビ防止成分を含有した実施例1のNo3〜10、実施例2及び3のNo2〜4では全く発生は認められなかった。
JIS Z2371に従う塩水噴霧試験を行い、白錆発生までの時間で評価した。
(かび発生試験・評価方法)
仕上げ剤を室温で1か月自然放置し、カビの発生を目視で<発性あり、なし>と判定した。
(処理外観評価方法)
(擦れキズ試験・評価方法)
実施例1〜3並びに比較例1及び2と同様に処理したM10×60mmフランジボルト70本を1m上空から3回落下させ、擦りキズを目視で<擦りキズあり、なし>と判定した。
(シミ試験・評価方法)
頭部に凹みのあるボルトに3価黒色化成処理まで施した後、頭部に仕上げ液を滴下し、液溜まりをつくり、そのまま80℃で10分間乾燥し、シミの発生を目視で<シミあり、なし>と判定した。
(光沢試験・評価方法)
処理品の外観色と光沢を目視で、例えば光沢のある黒色を光沢黒と判定した。
Claims (14)
- (1)3価クロム源、(2)リン酸イオン源、(3)亜鉛イオン源、(4)3価クロムと錯体を形成することができるキレート剤、(5)尿素、チオ尿素、2酸化チオ尿素及びそれらの誘導体から選ばれるシミ防止剤、並びに(6)ポリビニルアルコール及びその誘導体、ポリビニルピロリドン及びその誘導体、ポリアルキレングリコール及びその誘導体並びにセルロースエーテル及びその誘導体からなる群より選択される非イオン性の水溶性高分子化合物を含有することを特徴とする3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- ポリビニルアルコール及びその誘導体がポリビニルアルコール又はスルホン酸変性ポリビニルアルコールである、請求項1記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- さらに、カビ抑制成分を含有する請求項1又は2記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- リン酸イオン源がリンの酸素酸又はその塩である、請求項1〜3のいずれか1項記載の仕上げ剤組成物。
- 3価クロム源とリン酸イオン源がリン酸クロムである、請求項1〜4のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- キレート剤がモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸及びそれらの塩からなる群より選択される、請求項1〜5のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- キレート剤がシュウ酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸及びリンゴ酸からなる群より選択される、請求項6記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- カビ抑制成分がイソチアゾリン系化合物である、請求項3〜7のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- pHが2.5〜8の範囲にある請求項1記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- さらに、アルミニウム、珪素、モリブデン、マンガン及びコバルトからなる群から選択される金属イオンを含有する請求項1〜9のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- さらに、界面活性剤を含有する請求項1〜10のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- ハロゲンイオン、硫酸イオン及びスルホン酸イオンを含有しない、請求項1〜11のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤。
- 黒色3価クロム化成皮膜を有する基体に対して、その黒色3価クロム化成皮膜に、水溶液の形態にある請求項1〜12のいずれか1項記載の3価クロム化成皮膜用仕上げ剤を付着させ、次で乾燥することを特徴とする黒色3価クロム化成皮膜の仕上げ方法。
- 黒色3価クロム化成皮膜への仕上げ剤の付着を10〜80℃で行う、請求項13記載の方法。
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