JP6205426B2 - 金属表面処理用組成物の製造方法、これを用いた表面処理鋼板、及びこの製造方法 - Google Patents

金属表面処理用組成物の製造方法、これを用いた表面処理鋼板、及びこの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、金属表面処理用として用いることができる組成物を製造する方法、上記組成物によって表面処理された表面処理鋼板、及び上記表面処理鋼板の製造方法に関する。
一般に、自動車の車体などに適用される鋼板は、自動車メーカーにおいて車体を組み立てた後、リン酸塩の処理及び塗装を行う。このとき、組み立てられた車体のうち、鋼板が重なる部分がいくつか発生するが、このように重なった部分にはリン酸塩または塗料が浸透することが困難になって、耐食性が弱くなるという問題点がある。
従来は、このような問題を解決すべく、鋼板が重なる部分にシーリング処理して腐食因子がその部分に近くなることを遮断する方法が適用された。しかし、これは最終製品の生産性の下落とともに原価上昇をもたらすという問題があるため、シーリング処理を排除しながら耐食性に優れた表面処理鋼板が求められる実情である。
最近は、シーリング処理を省略した表面処理鋼板として、素地鋼板上に亜鉛めっきなどのめっきを施してめっき層を有するめっき鋼板または有機被膜を塗布した鋼板について広く研究されており、実際に一定の厚さの有機被膜層を有する表面処理鋼板が実用化している。
しかし、めっき鋼板を製造するために、素地鋼板をＺｎ、ＡｌまたはＭｇなどの酸化物形成元素を多量に含有するめっき浴に入れて製造するが、このとき、上記酸化物形成元素が素地鋼板の表面に拡散して鋼板の表面に酸化物を形成することにより、めっき性などが劣化して、生成されためっき層が剥離されるという問題がある。
また、有機被膜層を有する表面処理鋼板は、リン酸塩または塗装処理されていない部分にも耐食性を確保することができるという長所があるが、厚い有機被膜層によって電気抵抗溶接性が低下するという問題がある。
したがって、優れた耐食性を確保するとともに、後述のグラフェンの卓越した電気伝導性または熱伝導性の活用による溶接性の向上を図りながら、加工処理に影響を及ぼさない表面処理鋼板が求められている。
本発明の一目的は、金属に表面処理が可能な組成物、上記組成物によって高機能性の特性を有する表面処理鋼板の製造方法、及びそれによって製造された表面処理鋼板を提供することである。
本発明の一側面は、黒鉛からグラフェン溶液を製造する段階と、上記グラフェン溶液に金属物質及び有機溶媒を添加してから混合してグラフェン−金属混合物を製造する段階と、を含む、金属表面処理用組成物の製造方法を提供する。
本発明の他の一側面は、上記金属表面処理用組成物を素地鋼板の表面にコーティングする段階と、上記コーティングされた素地鋼板を乾燥する段階と、を含む、高機能性を有する表面処理鋼板の製造方法を提供する。
本発明のさらに他の一側面は、素地鋼板、及び上記素地鋼板の上部にグラフェン層を含む、高機能性を有する表面処理鋼板を提供する。
本発明によると、電気伝導度などの特性に非常に優れたグラフェンを用いることにより、電気泳動法によって効果的に鋼材にコーティングすることができる。これにより、耐食性、電気伝導性、熱伝導性などの高機能性の特性を有する表面処理鋼板を得ることができる。
本発明の一実施例で、金属表面処理用組成物の製造方法のフローチャートである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、１ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間３ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。 炭素鋼の表面に金属表面処理用組成物（１．０ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、１．０ｗｔ％の塩化ニッケル）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間２ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、２．５ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間５ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（５．０ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、１０ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間５ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（２．５ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、２．５ｗｔ％の塩化ニッケル）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間２ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、０．２ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間１ｓ間電気泳動処理した後、その表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）でそれぞれ５００倍（図７の（ａ））、１００００倍（図７の（ｂ））拡大して観察した結果を示したものである。 ＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間１ｓ間電気泳動処理した後、その断面を走査電子顕微鏡で観察した結果で、（ａ）は０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液及び０．２ｗｔ％の硝酸マグネシウムを用いたものであり、（ｂ）は０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液及び１．０ｗｔ％の硝酸マグネシウムを用いたものである。
本発明者らは鋼板の表面に従来のようなめっき層または有機被膜をコーティングする代わりに、またはこれに付加して未来産業の主軸として台頭しているグラフェンを用いて表面処理が可能な組成物を製造した後、これを用いてグラフェン層をコーティングする場合は、さらに向上した蒸着力、耐食性などの性能を実現することができることを見出し、本発明を完成させた。
グラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）は、炭素原子からなり、原子１つの厚さからなる薄い膜で、炭素が六角形の形態で連結されたハチの巣形状の２次元平面構造をなす物質である。これは、電気伝導度、熱伝導度、及び機械的強度に非常に優れた特性を示す材料として知られている。
このようなグラフェンを素地鋼板の表面にコーティングしてグラフェン層を形成すると、グラフェンの固有の特徴を与えることができるため、従来の表面処理鋼板に比べて耐食性、電気伝導性などの側面においてより有利である。
したがって、本発明の表面処理鋼板は、素地鋼板、及び上記素地鋼板の上部にコーティングされたグラフェン層を含む。上記素地鋼板としては、通常の（未めっき）鋼板、めっき鋼板、有機被膜鋼板など、その種類は特に制限されないが、鋼板またはめっき鋼板がより好ましい。
上記表面処理鋼板を得るために考えられる方法としては、グラフェンを製造した後、これを素地鋼板上にコーティングする方法を優先的に考えることができる。
グラフェンを製造する方法としては、大きく物理的剥離法、直接成長法、化学的剥離法などが知られている。
物理的剥離法は、セロテープ（登録商標）の接着力を用いて黒鉛から単層グラフェンを分離する方法で、容易にグラフェンを得ることができるという長所があるが、大量生産が不可能であるという短所がある。
直接成長法のうちの最も代表的な方法は、ニッケルまたは銅などの遷移金属層を触媒層として用いる化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）である。上記化学気相蒸着法（ＣＶＤ）は、基板の表面において化学反応によって目的とする化合物を合成する方法で、ニッケルまたは銅などの触媒層を基板上に形成した後、高温においてガスを注入して炭素を上記触媒層に蒸着させてから触媒層を除去して最終的にグラフェンを分離させる方法である。ＣＶＤは、高い物性のグラフェンを製造することができるという長所があるが、高温において製造しなければならないという短所があり、触媒層が遷移金属に限定されているため鋼板の表面処理に活用するには制限的である。
化学的剥離法は酸化還元法及び非酸化法に区分される。酸化還元法は黒鉛を酸化させてから超音波などで破砕してグラフェンを分離する方法で、水溶液上においてグラフェンを製造した後、還元剤で処理してＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ；還元された酸化グラフェン）の形態でグラフェンを製造する方法である。非酸化法は黒鉛を酸化させる過程を行わず、界面活性剤などを用いて直ちにグラフェンに分散させる方法である。
上述の方法などによって製造されたグラフェンまたはグラフェン溶液を素地鋼板の表面にコーティングすることにより表面処理鋼板を製造することができるが、高速の大面積の表面処理が困難になる可能性がある。また、素地鋼板とグラフェンとの付着強度が弱くなって耐久性または耐食性が十分に得られないという問題点がある。
これにより、本発明者らはこのような問題を解決するために熟考した結果、グラフェンを鋼板の表面にコーティングする過程において、グラフェンと鋼板の表面を反応させる場合、グラフェンが高い強度で鋼板の表面にコーティングできることを発見し、鋼板をコーティングするための新たなグラフェン組成物及びその製造方法をともに提案する。
まず、本発明の一側面である金属表面処理用組成物を製造するための方法について具体的に説明する。
図１に示されているように、金属表面処理用組成物を製造するための方法は、黒鉛からグラフェン溶液を製造する段階（Ｓ１１）、及び上記グラフェン溶液に金属物質及び有機溶媒を添加してから混合してグラフェン−金属混合物を製造する段階（Ｓ１２）を含む。
以下、本発明による金属表面処理用組成物を製造する方法について詳細に説明する。
まず、黒鉛からグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）溶液を製造する（Ｓ１１）。
本発明において用いられるグラフェン溶液は、ＲＧＯ溶液またはグラフェンパウダー／プレートレット（板状）であってよい。上記グラフェン溶液がＲＧＯ溶液である場合のグラフェン含量は０．１〜２．０重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％である。グラフェンパウダー／プレートレットである場合のグラフェン含量は０．１〜２０重量％、より好ましくは０．２〜１０重量％である。ここで、上記それぞれのグラフェン溶液に含有されるグラフェンの含量は、後で素地鋼板上にコーティング時にグラフェンを均一かつ緻密に蒸着させることができる最適の範囲を示したものである。即ち、グラフェン溶液のうちのグラフェン含量が上述の範囲を満たす場合、素地鋼板上に緻密にコーティング層を形成することにより、目的とする優れた効果を得ることができる。
上記グラフェンは、グラフェン製造方法の一種である化学的剥離法を用いて製造することができ、上記化学的剥離法はＨｕｍｍｅｒ’ｓ ｍｅｔｈｏｄと呼ばれる酸化還元法及び非酸化法に分離されることができる。
上記酸化還元法は、黒鉛を酸化させた後、超音波などを用いて破砕する方法で、水溶液上に分散された酸化グラフェン（ＧＯ）を製造してから還元剤を用いて熱膨張還元処理して再びＲＧＯ形態のグラフェンを得る方法である。また、上記非酸化法は、酸化過程を経ず、界面活性剤などを用いて黒鉛を直ちに分散させる方法で、上記非酸化法によると、薄い厚さのグラフェンパウダー／プレートレットを得ることができる。
その後、上記製造されたグラフェン溶液を洗浄することができる。
このとき、洗浄は上記黒鉛から製造されたグラフェンの純度を高めるために行われることができ、洗浄方法としてはグラフェンを洗浄することができるいかなる方法も適用可能で、特に限定されない。
次に、上記によって得られたグラフェン溶液に有機溶媒及び金属物質を添加してから混合することによりグラフェン−金属混合物を製造する（Ｓ１２）。ここで、グラフェン−金属混合物は、一般的に電荷を帯びないグラフェンに電荷を帯びる粒子またはラジカルを与えたものである。このとき、上記電荷を帯びる粒子またはラジカルは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＣｒからなるグループより選択された１種以上の金属を用いることができる。
より具体的には、上記金属物質として硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２・Ｈ２０）、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、及び硝酸クロム（Ｃｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）からなるグループより選択された１種以上の化合物を用いることができる。
また、上記金属物質とグラフェン溶液をともに分散させるための溶液としてはいかなる溶液も用いることができるが、金属物質の分散だけでなく、先に製造されたグラフェン溶液とも均一に混合されることができる溶液を用いることが好ましい。したがって、エタノールまたはイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を用いることがより好ましい。
上記で、グラフェン−金属混合物を製造するために設けられた金属物質と有機溶媒をグラフェン溶液に添加した後、ブレードなどの道具を用いて混合することによりグラフェン−金属混合物を製造することができる。
このとき、グラフェン溶液がＲＧＯ溶液である場合、グラフェンの含量が０．１〜２．０重量％、より好ましくは０．２〜０．５重量％であるため、これとともに混合される金属物質の含量は０．１〜１０重量％、より好ましくは０．２〜５．０重量％で混合されることが好ましい。また、グラフェン溶液がグラフェンパウダー／プレートレットである場合、グラフェンの含量が０．１〜２０重量％、より好ましくは０．２〜１０重量％であるため、これとともに混合される金属物質の含量は０．１〜４０重量％、より好ましくは０．２〜２０重量％で混合されることが好ましい。
グラフェン−金属混合物を製造するにあたり、グラフェン溶液内のグラフェン含量に対する金属物質の含量は、得ようとするグラフェン層によって制御されることができる。即ち、素地鋼板上にコーティングされたグラフェン層を純粋のグラフェン層に得ようとする場合はグラフェンと金属物質を約１：１程度に混合することが好ましく、グラフェン−金属複合層の形態にグラフェン層を得ようとする場合はグラフェンと金属物質を約１：２または１：２以上程度に混合することが好ましい。このとき、グラフェンに比べて金属物質の含量が高い場合、グラフェンの電荷を帯びる性質が高くなって素地鋼板上に蒸着される速度を速くすることができる。
上記混合は、１０〜３０分間実施する場合、十分な電荷量を帯びる粒子またはラジカルをグラフェンの表面に与えることができる。また、これによって製造されたグラフェン−金属混合物は、グラフェン−Ｍｇ、グラフェン−Ｎｉ、グラフェン−Ｚｎ、グラフェン−Ｃｕ、及びグラフェン−Ｃｒからなるグループより選択された１種以上のグラフェン−金属混合物であってよい。
上記適正時間行われた混合が完了した後、溶液内においてより均一にグラフェンを分散させるために超音波処理をさらに行うことができる。このとき、超音波処理は、いかなる方法によっても可能であり、一例として超音波粉砕機を用いることができる。
上記では、電荷を帯びないグラフェンの表面に電荷を帯びる金属イオンを人為的に吸着させることによりグラフェンに電荷を与えることができる。
以下、本発明の一側面である高機能性を有する表面処理鋼板を製造する方法について詳細に説明する。
本発明の高機能性を有する表面処理鋼板を製造するための好ましい一例は、上記の金属表面処理用組成物を素地鋼板の表面にコーティングする段階、及び上記素地鋼板を乾燥する段階を含む。
まず、上記によって製造された金属表面処理用組成物を素地鋼板上にコーティングする。
上記素地鋼板としては、いかなる鋼板も用いることができ、非鉄金属を含有する非鉄鋼材料も用いることができる。
上記の素地鋼板上にグラフェン−金属混合物を含む金属表面処理用組成物をコーティングするための方法としては、上記混合物を素地鋼板の全体面積に均一にコーティング可能であるいかなる方法も用いることができ、好ましくは、電気泳動法（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＥＰＤ）を用いて大面積にコーティングすることができる。
上記電気泳動法は、電解質溶液内の電荷を帯びる粒子またはラジカルの静電気的な力を用いて電荷がかけられた電極面に所望する粒子を蒸着させる方法としてよく知られている。このような電荷を帯びる粒子またはラジカルをチャージャーというが、上記チャージャーが陽の電荷を帯びるようになると陰極の電気泳動法（Ｃａｔｈｏｄｉｃ ＥＰＤ）、陰の電荷を帯びるようになると陽極の電気泳動法（Ａｎｏｄｉｃ ＥＰＤ）になる。上記電気泳動法によると、所望する粒子を数ｎｍ〜数μｍの高さに蒸着させることができ、蒸着速度が速いという長所を有する。上記電気泳動法による場合、気孔がある表面または粗さが激しい材質の表面を所望する粒子で均一に満たすことができる。
本発明では、上記電気泳動法を通じて５０Ｖ以下の低電圧において０．１μｍ／ｓ〜１．０μｍ／ｓの速い蒸着速度で金属表面処理用組成物を素地鋼板上にコーティングすることにより、均一なグラフェン層を形成させることができ、形成されたグラフェン層によって耐食性、電気伝導性、熱伝導性などに優れた表面を有することができる。
その後、上記表面処理された素地鋼板を乾燥することができる。
このとき、乾燥する段階は、通常の鋼板を乾燥させるときに用いられるいかなる方法も利用することができ、特に限定されない。
上述の通り、本発明のグラフェン−金属混合物は電荷を帯びないグラフェンの表面に人為的に金属イオンを吸着させたもので、このように電荷を帯びるグラフェンを電気泳動法によって素地鋼板上にコーティングすると、上記電荷によってグラフェンを素地鋼板上から分離させずに蒸着させることができる。これにより、従来のグラフェンを蒸着するとき、蒸着力が低下するという問題点を解決することができる。
より具体的には、上記電気泳動法を通じて１００Ｖ以下、好ましくは５０Ｖ以下の低電圧において０．１μｍ／ｓ〜１．０μｍ／ｓの速い蒸着速度でグラフェンを素地鋼板上に蒸着させることができる。
以下、本発明のさらに他の一側面である高機能性を有する表面処理鋼板について詳細に説明する。
本発明による表面処理鋼板は、素地鋼板、及び上記素地鋼板の上部に一定の厚さのグラフェン層を含んでなることができる。
本発明のように、グラフェン層を有する表面処理鋼板は優れた高機能性（耐食性、電気伝導性、熱伝導性など）の特性を示すが、これは素地鋼板上に蒸着されたグラフェン層によって得られることができる。このとき、蒸着されたグラフェン層の厚さは、特に限定されないが、グラフェンの特性を発揮することができる１ｎｍ以上の厚さを有しながら、均一かつ緻密に形成されたグラフェン層であることが好ましい。
このように、水素ガスも通過できないグラフェンの固有の特性を素地鋼板上に与えることができるため、素地鋼板の耐食特性及び電気的特性を向上させることができる。
以下、実施例を通じて本発明についてより具体的に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は、同一の思想の範囲内における他の構成要素の追加、変更、削除などによって退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案できるが、それも本発明の思想の範囲内に含まれる。
（実施例）
まず、グラフェン溶液としては、化学的剥離法を用いて黒鉛からグラフェンを分離し、酸化還元法によって製造されたＲＧＯ溶液（Ａｎｇｓｔｒｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ社）を用意し、グラフェンパウダー／プレートレットとしては、グラフェンナノプレートレット（ＸＧ−ＳＣＩＥＮＣＥ社）を購買して用意した。
上記用意されたそれぞれのグラフェン溶液を用いてグラフェン−金属混合物を含む金属表面処理用組成物を製造した。このとき、用いられた有機溶媒及びチャージャーを下記表１及び表２にそれぞれ示した。
組成物を製造するに先立って、グラフェン溶液のうちのグラフェンパウダー／プレートレット（グラフェンナノプレートレット）は真空濾過機を用いてエタノールで洗浄して純度９０％以上を得た。その後、下記表１及び２に示されたそれぞれの金属物質（チャージャー）及びエタノールを上記それぞれのグラフェン溶液に添加した後、ブレードで混合された溶液を３０分間混合して、それぞれのグラフェン−金属混合物を製造した。その後、上記それぞれのグラフェン−金属混合物を超音波粉砕機で１時間超音波処理して、最終的に金属表面処理用組成物を製造した。続いて、製造された金属表面処理用組成物を電気泳動法を用いて素地鋼板上にコーティングした後、上記素地鋼板を乾燥した。
上記電気泳動を行うとき、カソード（素地鋼板）としてＳＴＳ３０４または炭素鋼、アノードとしてＳＵＳ３０４を用いており、極間距離は５ｍｍ、１０ｍｍまたは１５ｍｍ、適用された電圧は１２〜１６Ｖ、実施時間は１〜２０ｓ間行った。
上記によって表面処理された各試片の表面を肉眼で観察した結果を図２から図６に示し、さらに走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察してその結果を図７及び図８に示した。
Figure 0006205426
Figure 0006205426
図２はアノードとして用いられたＳＵＳ３０４の表面にグラフェン溶液としてＲＧＯ溶液を用いた金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、１ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間３ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。
図３はカソードとして用いられた炭素鋼の表面にグラフェン溶液としてグラフェンパウダー／プレートレットを用いた金属表面処理用組成物（１．０ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、１．０ｗｔ％の塩化ニッケル）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間２ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。
図４はアノードとして用いられたＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、２．５ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間５ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。
図５はＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（５．０ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、１０ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間５ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。
図６はＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（２．５ｗｔ％のグラフェンパウダー／プレートレット、２．５ｗｔ％の塩化ニッケル）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間２ｓ間電気泳動処理した後、その表面を肉眼で観察した結果を示したものである。
図２から図６に示されているように、グラフェン溶液と金属物質（チャージャー）の割合が１：１または１：１以上含有された金属表面処理用組成物を電気泳動を用いてコーティングする場合、グラフェン−金属混合物が均一にコーティングされることが確認できる。
また、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通じてコーティングされた表面を観察した。
図７はＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、０．２ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間１ｓ間電気泳動処理した後、その表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）でそれぞれ５００倍（図７の（ａ））、１００００倍（図７の（ｂ））拡大して観察した結果を示したものである。
５００倍拡大して観察した結果ではグラフェン−金属混合物が比較的均一にコーティングされた表面形状が示され、１００００倍拡大して観察した結果では微細な皺が表面に沿って形成されることが確認できた。
図８の（ａ）は上記図７の試片の断面を走査電子顕微鏡で観察した結果で、図８の（ｂ）はＳＵＳ３０４の表面に金属表面処理用組成物（０．２５ｗｔ％のＲＧＯ溶液、１．０ｗｔ％の硝酸マグネシウム）を電圧１５Ｖ、極間距離５ｍｍ、コーティング時間１ｓ間電気泳動処理した後、走査電子顕微鏡でその断面を観察した結果である。
図８はグラフェン溶液とチャージャーの成分比による蒸着率を比較するための実施例である。これによると、チャージャーの役割をする硝酸マグネシウムの量が増加するほど蒸着速度が速くなって、（ｂ）の場合、コーティング層が（ａ）に比べて厚く形成されることが確認できた。
また、これら各試片に対してＥＤＳ成分を分析した結果、グラフェン溶液と金属物質（チャージャー）の比率が約１：１の割合である場合は８０％のＲＧＯグラフェンが観測されるのに対し、その比率が１：２以上である場合は相対的に金属物質（チャージャー）の成分が増加することが確認できた。
その結果、グラフェン溶液と金属物質（チャージャー）の成分比を調節することにより、純粋なグラフェン層またはグラフェン−金属複合層のコーティングが可能であることが分かる。
上記表１または表２の成分からなる本発明による金属表面処理用組成物は、グラフェン溶液としてどの溶液を用いるかによって各組成物に含有される成分の最適成分比が異なる。もし、金属表面処理用組成物においてグラフェン溶液内に含有されたグラフェンの成分比率が金属物質（チャージャー）に比べて高い場合、９０％以上のグラフェンの固有の特性を有する表面処理を実現することができる。これに対し、金属物質（チャージャー）の比率が高い場合は、金属物質（チャージャー）の特性を生かした金属−グラフェン混合物の表面処理が可能である。また、このようにグラフェン−金属混合物のコーティング時にコーティングの厚さが厚くなるにつれて、表面応力による剥奪現象が発生するため、グラフェン−金属混合物の組成による最適の厚さ及びコーティング時間が制御されなければならない。

Claims (7)

  1. 黒鉛からグラフェン溶液を製造する段階と、
    前記グラフェン溶液に金属物質及び有機溶媒を添加してから混合してグラフェンと金属の成分比（グラフェン：金属）が１：１または１：１以上で金属が多いグラフェン−金属混合物を製造する段階と、を含み、
    前記グラフェン溶液はＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）溶液またはグラフェンパウダー／プレートレットであり、
    前記グラフェン溶液がＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）溶液である場合のグラフェン含量はＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）溶液に対し０．１〜２．０重量％であり、ここに添加される前記金属物質含量は０．１〜１０重量％であり、
    前記グラフェン溶液がグラフェンパウダー／プレートレットである場合のグラフェン含量はグラフェンパウダー／プレートレットに対し０．１〜２０重量％であり、ここに添加される前記金属物質含量は０．１〜４０重量％である、
    金属表面処理用組成物の製造方法。
  2. 前記グラフェン−金属混合物の製造段階において、前記金属物質はＭｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＣｒからなるグループより選択された１種以上の金属を含む、請求項１に記載の金属表面処理用組成物の製造方法。
  3. 前記グラフェン−金属混合物の製造段階において、前記有機溶媒はエタノールまたはイソプロピルアルコールである、請求項１または２に記載の金属表面処理用組成物の製造方法。
  4. 前記グラフェン−金属混合物はグラフェン−Ｍｇ、グラフェン−Ｎｉ、グラフェン−Ｚｎ、グラフェン−Ｃｕ及びグラフェン−Ｃｒからなるグループより選択された１種以上のグラフェン−金属混合物である、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属表面処理用組成物の製造方法。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された金属表面処理用組成物を素地鋼板の表面にコーティングする段階と、
    前記コーティングされた素地鋼板を乾燥する段階と、を含む、高機能性を有する表面処理鋼板の製造方法。
  6. 前記コーティングする段階は電気泳動法を用いる、請求項５に記載の高機能性を有する表面処理鋼板の製造方法。
  7. 素地鋼板、及び前記素地鋼板の上部にグラフェン層を含み、
    前記グラフェン層は、グラフェンと金属の成分比（グラフェン：金属）が１：１または１：１以上で金属が多く、グラフェン溶液がＲＧＯ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）溶液である場合のグラフェン含量が０．１〜２．０重量％であり、ここに添加される金属物質含量は０．１〜１０重量％であり、前記グラフェン溶液がグラフェンパウダー／プレートレット（ｐｏｗｄｅｒ／ｐｌａｔｅｌｅｔ）である場合のグラフェン含量は０．１〜２０重量％であり、ここに添加される金属物質含量は０．１〜４０重量％である金属表面処理用組成物によって形成される、高機能性を有する表面処理鋼板。
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