JPH02122083A - 水ガラス系セラミックコーティング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミックコーティング法に関するものであ
り、さらに詳しく述べるならば水ガラス系セラミックを
コーティングをする前の下地処理を改良したセラミック
コーティング法に関するものである。

（従来の技術） 水ガラス系セラミックコーティング剤は、水ガラスにア
ルミナ、シリカ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｚｎ。

Ｃａ、Ｍｇ等の酸化物などを分散させた金属表面処理剤
であって、ガラス層中にセラミックが分散した皮膜が素
材の耐食性、耐摩耗性、耐熱性、表面硬度などを改良す
る機能を有し、またガラス層がアモルファスに被覆され
るために、家電などの部品への適用が提案されている。

水ガラス系セラミックコーティング剤のｐ）ｌは１０以
上であるために、両性金属であるアルミニウムや亜鉛素
材に直接コーティングすると素材が著しく浸食され、コ
ーティング皮膜が形成されないかあるいは皮膜の密着力
が低下する問題があるために、これらの素材を先ず脱脂
等の通常の清浄化処理を行ない、次に、水ガラス系セラ
ミックコーティング特有の下地処理として陽極酸化処理
を施し、その後コーティング剤の塗布と焼成が行なわれ
ている。アルミニウムや亜鉛の皮膜を施した表面処理鋼
板も上記と同様の問題がある。

鉄鋼、ステンレス鋼および銅などの金属材料への水ガラ
ス系セラミックコーティングは、通常の浄化処理を行な
えば可能であり、特別の下地処理は必要としない。

（発明が解決しようとする課題） 水ガラス系セラミックコーティング剤をアルミニウムや
亜鉛あるいはこれらの皮膜を施した素材にコーティング
すると、セラミックコーティング剤は両性金属のアルミ
ニウムや亜鉛と反応し、発生する水素ガスが皮膜に発泡
や含泡などを生じるので良好な塗膜が得られない。素材
がアルミニウムやマグネシウムの場合は陽極酸化による
下地処理を行なうことにより素材の耐アルカリ性が向上
するが、ｐＨが高い水ガラス系セラミックコーティング
剤は陽極酸化皮膜も腐食するので、皮膜の品質は十分と
は言えない。

本発明は、ｐＨの高いアルカリ性の水ガラス系セラミッ
クコーティング剤を、アルミニウムや亜鉛あるいはこれ
らの皮膜を施した各種素材に施す為の下地処理方法を改
良するとともに、アルミニウムや亜鈴に比較して品質が
良好な皮膜が得られる鋼、銅などの各種素材に適用した
場合−層良好な品質を提供する下地処理方法を開発する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、被処理材を化成処理後、化成皮膜に、水ガラ
ス系セラミックコーティング剤の焼成温度以上あるいは
該焼成温度未満かつ近傍の温度で熱処理を施こし、その
後前記水ガラス系セラミックコーティング剤を前記焼成
温度で焼成することを特徴とする。

本発明の下地処理は、化成処理とその後の熱処理を骨子
とする。以下、水ガラス系セラミックコーティング剤を
アルミニウムと亜鉛に施す例について主として説明する
が、これらの金属が表面に存在する表面処理鋼板につい
ても同様に良好なコーティング皮膜が形成される。

本発明によればまずアルミニウムや亜鉛に化成処理を施
こす、ここで化成処理とはクロメートおよびリン酸塩化
成処理を指す、化成皮膜は、リン酸亜鉛、リン酸カルシ
ウム、リン酸鉄、クロム酸クロメート、リン酸クロメー
ト等を同等制限されない。これらの処理は従来上として
塗装下地処理として使用されて来たが、耐アルカリ性が
良好であるために本発明では水ガラス系セラミックコー
ティング剤の下地皮膜として使用する。

本発明者等は、上記化成処理皮膜を水ガラス系セラミッ
クコーティング剤の下地として使用する条件につき種々
研究したところ、予めコーティング剤の焼成温度とほぼ
同じ温度以上で熱処理を施すと、化成皮膜の耐アルカリ
性が著しく向上し、その後セラミックコーティングをす
る事により、焼成後良好な塗膜が得られることを見出し
た。−最に、水ガラス系セラミックコーティング剤の焼
成温度は１５０℃から４００℃である。使用する水ガラ
ス系セラミックコーティング剤の組成等によって決まる
焼成温度とほぼ同じ温度あるいはこれより高温で化成皮
膜の予備熱処理を行なうと最も良好な結果が得られる。

すなわち、予備熱処理温度が焼成温度より著しく低いと
化成皮膜の改良されない。好ましい最低予備熱処理温度
は焼成温度−５０℃、より好ましくは焼成温度−（２０
〜３０℃）である、予備熱処理温度の上限は、化成皮膜
の耐アルカリ性の面からは特に制限されず、素材のアル
ミニウム、亜鉛等の材質の熱的劣化の面からのみ制限さ
れる。すなわち、化成皮膜の耐アルカリ性は予備熱処理
温度が高いほど高められるが、余り高温で熱処理すると
アルミニウム等の素材の過時効や変形を招き好ましくは
ない。

水ガラス系セラミックコーティング剤の種類は特に制限
されず、例えば次のものを使用することができる：（ａ
）ケイ酸カリウム水溶液に超微粒子状シリカ、水を加え
て得られる無機質バインダーＳｉｎ、とに、Ｏのモル比
ｎ＝４ｊ〜５ｊ：　（ｂ）（ａ）に着色剤を添加した無
機質組成物；（Ｃ）ケイ酸カリウム（固形分換算）１０
０重量部に硬化剤と充填剤５０〜２５０重量部と着色剤
２０〜１００重量部を添加し、適量の水を加えた組成物
。

（作用） ｐＨ１０以上を有するセラミックコーティング剤は両性
金属のアルミニウムや亜鉛と＋１−１．１−２＋のよう
に反応し、この結果水素ガスが発生する。

２人！＋３に２０＋４＋１□０→Ａ＃２０ｓ・３に２Ｏ
−ＨｚＯ＋３ｔｌｚｌ　　　　　（１−１）２Ｚａ＋に
２０＋５１１２０　　→　２Ｋ［Ｚｏ（ＯＨ）３１＋２
１１□ｔ　　　　　　　　（１−２）アルミニウムや亜
鉛及び表面処理鋼板に化成皮膜を形成し、セラミックコ
ーティングを行なうと、焼成中に発泡あるいは含泡が発
生し塗膜不良になるが、化成処理皮膜の予備熱処理を行
なった後にセラミックコーティングを施すと発泡あるい
は含泡の発生がなく良好な塗膜が得られる。この機構に
つき本発明者の実験例により説明する。

亜鉛めっき鋼板にリン酸亜鉛化成処理を施し、予備加熱
処理（２３０℃）を施した供試材と予備加熱処理を施さ
ない供試材を用意し、これらのＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉ
ｅｒ　Ｔｒａａｇｆｏｒｍａｔｉｏａ　ｌｌ１ｆｒａｒ
ｅｄ　５ｐｅｃ−ｔｒｏｓｃｏｐｙ）による表面解析を
行な公、第１図（予備熱処理を施したもの）および第２
図（予備加熱を施さないもの）に示す結果を得た。第１
図および第２図を比較すると、予備熱処理したものはリ
ン酸亜鉛の水酸基が減少し、ｏ＝ｐ−ｏ結合が増えてい
ることが解る。さらにＸ線回折より予備熱処理後、Ｚｎ
５（ＰＯ）ｚ・４Ｈ２０がＺｎ１（ＰＯ）２・２　Ｈ２
０に変換され、脱水が起こっていることが分かった。

以上の結果より、予備熱処理により化成皮膜中のＯＨが
減少し、これにともない化成皮膜の耐アルカリ性が向上
し、その結果アルカリと素地との反応による水素ガス発
生が抑えられ、また焼成時に発生する化成皮膜からの脱
水反応も抑えられると考えられる。

同様に、アルミニウムにリン酸クロム系化成処理を行な
ったものについても表面解析を行なった。ＦＴ−ＩＲに
よる表面解析結果を示す第３図および第４図に示したよ
うに前記と同様に水酸基が熱処理後減少していることが
分がる。

第５図に、Ｃｒ（ＰＯ４）・２Ｈ２０は加熱により脱水
を受けると、Ｐと０の結合距離Ｉが変化しＰＯ４の赤外
吸収が高波数側にシフトしていることを示す。

以上の結果より、亜鉛及び表面処理鋼板と同様に、アル
ミニウムに対する化成皮膜も、処理後予備加熱処理する
ことによって同様な効果が得られることが分かる。

上記の皮膜構造の変化が皮膜の耐アルカリ性を向上させ
る効果を確認するために下記要領の試験を行なった。

素材−アルミニウム合金（Ａ５０５２）処理−クロム酸
クロメート化成処理 （皮膜量Ｃｒ＝１６０ｍｇ／ｓ２） 試験−クロム酸クロメート処理したアルミニウム板を予
備加熱（２３０℃Ｘ３０５））を施さないものと、施し
たものの板温度を ２５℃にし、７５℃のＫＯＨ（１５０ ｇ／ｇ）の水溶液を試験片に滴下し表 面状態を観察しな。

○：良好（変化無し） ×：不良（腐食発生） 試験結果を表１に示す。

表 （クロメートの耐アルカリ性の結果） 表１より予備熱処理によりクロメート皮膜の耐アルカリ
性が良好になることが分かる。

以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。

（実施例） 予備試験１：下地処理なしｌの試験 アルミニウム合金（Ａ５０５２）を素材として用い、こ
れにアルカリ脱脂接水ガラス系セラミックコーティング
剤（ＣＲＭ−７００（Ｓ）奥野製薬工業（創製原液、ｐ
Ｈ＝１２）をスプレイでコーティングした。スプレィ量
は乾燥後２０μｍの皮膜厚みが得られるようにした。２
３０’Ｃで２０分焼成を行なった。

焼成後の皮膜には、発泡、含泡があり、良好なコーティ
ング皮膜を得ることができなかった。

実施例１：　（クロム酸クロメートによる下地処理の比
較例） アルミニウム合金（Ａ５０５２）を素材として用い、こ
れをアルカリ脱脂後、クロム酸クロメート用薬剤（アル
クロム−７１３−日本パー力ライジング（株）製）を７
２ｇ／ρの濃度として建浴後液温３５℃にて３０秒〜１
分の範囲で時間を変えて供試材を処理液に浸漬して化成
処理を行なった。化成皮膜の量は５０ｇ／ｍ２と１００
ｇ／ｍ２であった。化成皮膜を室温で乾燥後、予備熱処
理なしで、予備実験と同じ水ガラス系セラミックコーテ
ィング剤（ＣＲＭ−７００（Ｓ）−奥野製薬工業情）製
）をスプレィで、（焼成後）２０μｍの膜厚が得られる
ようにコーティングを行なった。焼成は２３０°Ｃで２
０分行なった。なお、焼成後の膜厚と焼成温度、時間は
以下の実施例でも同じであった。

焼成後、供試材表面には化成処理液浸漬時間の短かく化
成皮膜量が少ない（５０ｇ／ｍ２）のものも、化成処理
液浸漬時間が長く皮膜量が多い（１００ｇ／ｍ２）もの
でも２発泡と含泡が認められ、良好なコーティング皮膜
を得ることができなかった。

実施例２：（クロム酸クロメート法の実施例）化成処理
液への浸漬時間を５秒〜５分とし、また予備加熱処理（
１００℃、１５０℃、２３゜’Ｃ，３００℃×３０分）
を実施した外は実施例１と同じ試験を行なった。

焼成温度が２３０℃以上で、化成皮膜量が５０　ｍ　ｇ
　／　ｍ　２以上の場合は、発泡、含泡のない良好なコ
ーティング皮膜が得られた。焼成温度が１５０℃以下で
はコーティング皮膜の全面に皮膜が発生した。焼成温度
が２３０℃以上で、化成皮膜量が５ｍｇ／ｍ２の場合は
皮膜の一部に膨れが発生したが、概ね良好なコーティン
グ皮膜が得られた。

実施例３：　（リン酸クロメートによる下地処理の実施
例） Ａ５０５２素材として用い、これをアルカリ脱脂後、リ
ン酸クロメート化成処理薬品（アルクロム−に７０１−
日本パー力ライジング（創製）を１１．５ｇ／ρの濃度
で建浴した処理液に液温４５℃にて５秒〜１０分時間を
変えて供試材を浸漬して化成処理を行なった。その後予
備加熱処理（２３０℃×３０分）を行なった供試材に、
水ガラス系セラミツクコ−ティグ剤（ＣＲＭ−６００（
Ｓ）　（奥野製薬工業（創製、原液ｐ）（＝１２゜５）
をスプレィでコーティングした。

焼成温度が２３０’Ｃ以上で、化成皮膜量が５０ｍｇ／
ｍ２以上の場合は、発泡、含泡のない良好なコーティン
グ皮膜が得られた。焼成温度が１５０℃以下ではコーテ
ィング皮膜の全面に膨れが発生した。焼成温度が２３０
”Ｃ以上で、化成皮膜量が５　ｍ　ｇ　／　ｍ　２堝合
は皮膜の一部に膨れが発生したが、概ね良好なコーティ
ング皮膜が得られた。

表２に以上の実験例をまとめて表示する。

（以下余白） 予備試験１；下地処理なしＺｎの試験 電気亜鉛めっき鋼板を素材として用い、これにアルカリ
脱脂復水ガラス系セラミックコーティング剤（ＣＲＭ−
４００（Ｓ）−奥野製薬工業（Ｉり製原液ｐＨ＝（））
をスプレィでコーティングした。スプレィ量は乾燥後２
０μｍの皮膜厚みが得られるようにした。その後、２３
０℃で２０分焼成を行なった。

焼成後のコーティング皮膜には、発泡、含泡があり良好
なコーティングを得ることができなかった。

実施＠４：（リン酸亜鉛化成法による下地処理の比較例
） 電気亜鉛メツキ鋼板を素材として用い、これをアルカリ
脱脂後、リン酸亜鉛化成処理薬品（パルボンド−Ｒ３０
２０−日本バー力ライジング（引裂）を４８ｇ／ｇの濃
度に建浴した処理液に液温４５℃にて供試材を１分〜５
分時間を変えて浸漬して化成処理を行ない、室温で乾燥
後予備熱処理なしで、水ガラス系セラミックコーティン
グ１１１（ＣＲＭ４００　（Ｓ）（奥野製［業（Ｉｔｌ
製）をスプレィでコーティングした。

焼成後のコーティング皮膜には、発泡、含泡があり良好
なコーティングを得ることができなかった。

実施例５：（リン酸亜鉛化成法による下地処理の実施例
） 電気亜鉛メツキ鋼板を化成処理した供試材を予備加熱処
理（２３０℃Ｘ３０分）した外は実施例４と同じ処理を
行なった。

２３０℃以上の焼成温度の場合、発泡、含泡のない良好
なコーティング皮膜が得られた。

実施例６；　（塗布クロムメート化成処理による実施例
） 電気亜鉛メツキ鋼板を素材として用い、これをアルカリ
脱脂後、塗布クロメート処理薬品（パルクロム−Ｒ２８
２−日本バー力ライジング（１）製）を３５１０ｇ／Ｑ
の濃度に建浴した処理液をロールコータで供試材に塗布
し１１０℃で焼付は後、予備熱処理（２３０℃Ｘ３０分
）した。このように処理した供試材に水ガラス系セラミ
ックコーティング剤ＣＲＭ−７００（Ｓ）（奥野製薬工
業ｆｌｌ製−原液、ｐＨ＝１２）をスプレィでコーティ
ングした０次に２３０℃で２０分焼成を行なった。

焼成後のコーティング皮膜は、発泡、含泡のない良好な
ものであった。

表３に予備実験２、実施例４〜６をまとめて表示する。

（以下余白） 実施例７ 市販の水ガラス系セラミックコーティング剤（セントシ
ルガラス社製、シルビーコート−（ｐＨ＝１２）を使用
し、化成処理後の予備熱処理有無の効果を調べるために
、耐食性試験（塩水噴霧試験）を行なった。

アルミニウム合金（Ａ５０５２）にクロム酸クロメート
化成処理（皮膜量Ｃｒ＝１００ｍｇ／ｍｘ　）を施し、
予備熱処理（１８０℃×３０分〉を行なわないものと、
行なったものと、クロム酸クロメート処理も予備熱処理
もしないものとにつき、セラミックコーティング剤をコ
ーティングしく塗膜厚さ≧２０μｍ）　、１８０℃で５
分間焼成した。各供試材につき塩水噴霧試験（ＪＩＳ　
　Ｚ２３７１）を行ない、セラミックコーティングの耐
食性の評価試験を行なった。その結果を表４に示す８表
４に示すように、予備加熱を行なうと耐食性が良くなる
事が判明した。

実施例７ 市販の水ガラス系セラミックコーティング剤（セントシ
ルガラス社製、シルビーコート−（ｐＨ＝１２）を使用
し、化成処理後の予備熱処理有無の効果を調べるために
、耐食性試験（塩水噴霧試験）を行なった。

アルミニウム合金（Ａ５０５２）にクロム酸クロメート
化成処理（皮膜量Ｃｒ＝１００ｍｇ／ｍ２）を施し、予
備熱処理（１８０℃Ｘ３０分）を行なわないものと、行
なったものと、クロム酸クロメート処理も予備熱処理も
しないものとにつき、セラミックコーティング剤をコー
ティングしく塗膜厚さ２２０μｍ）、１８０’Ｃで５分
間焼成した。各供試材につき塩水噴霧試験（ＪＩＳ　　
Ｚ２３７１）を行ない、セラミックコーティングの耐食
性の評価試験を行なった。その結果を表４に示す。表４
に示すように、予備加熱を行なうと耐食性が良くなる事
が判明した。

（以下余白） 表４ セラミックコーティング剤 の評価試験 （発明の効果） 本発明により発泡、含泡のない密着性のよいコーティン
グ皮膜ができるようになったので、アルミニウム、亜鉛
およびこれらで表面処理した材料を建材パネル、家電部
品などに適用することが可能になり、用途が拡大された
。

従来アルミニウムに対して施されていた陽極酸化処理と
本発明による化成処理とを比較すると、工数、薬剤、エ
ネルギーの使用量の点で後者の法がコスト的に有利であ
る。

また、亜鉛に対しても化成処理を施すことによってセラ
ミックコーティングが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、亜鉛めっき鋼板のリン酸亜鉛皮膜（予備熱処
理あり）のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すグラフ、 第２図は、亜鉛めっき鋼板のリン酸亜鉛皮膜（予備熱処
理無し）のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すグラフ、 第３図は、リン酸クロメート皮膜（予備熱処理あり）の
ＦＴ−ＩＲ分析結果を示すグラフ、第４図は、リン酸り
ロメート皮Ｍ（予備熱処理無し）のＦＴ−ＩＲ分析結果
を示すグラフ、第５図は皮膜中のＰＯモデルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理材を化成処理後、化成皮膜に、水ガラス系セ
   ラミックコーティング剤の焼成温度以上あるいは該焼成
   温度未満かつ近傍の温度で熱処理を施こし、その後前記
   水ガラス系セラミックコーティング剤を前記焼成温度で
   焼成することを特徴とする水ガラス系セラミックコーテ
   ィング法。 ２、被処理材が、少なくともアルミニウム、亜鉛又は表
   面処理鋼から構成される請求項１記載の水ガラス系セラ
   ミックコーティング法。