JPH02124997A - 表面処理剤及び表面処理鋼板 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばプレス加工用鋼板表面にプレス油の代
りとして塗布される表面処理剤、及びその桜な表面処理
剤を鋼板最表面に塗布して被膜を形成した表面処理鋼板
に関するものである。

［従来の技術］ 鋼板をプレス加工する際には、その加工性を良好にする
為に鋼板表面にプレス油が塗布されている。ところがこ
の様なプレス加工ではプレス油の飛散等によって作業環
境の悪化や公害問題の発生等を招き、或はプレス加工後
に脱脂工程が必要である等の問題がある。そこでプレス
油を使用しないでも良好なプレス加工性を達成する為の
各種表面処理技術が検討されている。

この様な技術としては、例えばミルボンド被膜や潤滑剤
を含む有機樹脂系被膜等を鋼板表面に形成したり、或は
ワックスエマルションを塗布して得られるワックス被膜
を鋼板表面に形成する等の方を去がある。

上記方法のうち潤滑性能に憬れ且つ比較的低コストで実
施できるのは、鋼板表面にワックス被膜を形成する方法
である。またこの方法においては、ワックスを有機溶剤
でエマルション化する方法と、水系の溶液でエマルショ
ン化する方法に大別される。

［発明が解決しようとする課題］ ワックスを有機溶剤でエマルション化する方法では、ワ
ックスと有機溶剤の比重差が大き過ぎることによって安
定したエマルション状態が得られず、また有機溶剤によ
る毒性や火災の危険性等の問題がある。従って、ワック
ス被膜を鋼板表面に形成するに当たっては多くの場合は
水系の溶液でワックスをエマルション化し、該ワックス
エマルションを鋼板表面に塗布している。

ところがワックス被膜は一般的に軟らかく、また鋼板表
面との密着性が悪いので、プレス加工を加えると被膜剥
離が発生し易いという欠点を有していた。そればかりか
水溶液でワックスをエマルション化するために乳化剤や
分散剤を添加する場合がある。これら乳化剤や分散剤を
含有するワックス被膜の表面は親水性になり、ワックス
被膜が持つべき撥水性能が低下することに原因して、ワ
ックス被膜を形成した鋼板はプレス加工後の耐食性が非
常に悪いという問題がある。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、潤滑性やプレス加工性等の表面処理剤本来
の特性を僅えつつ、従来の欠点を悉く解消し得るワック
ス被膜が得られる様な表面処理剤、及びその様な表面処
理剤を塗布することによって得られる耐食性の優れた表
面処理鋼板を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明の表面処理剤とは、ワック
スエマルションに、コロイダルシリカを、皮膜形成後の
全固形分量中の５ｉＯｚｆＬが１〜５０％となる様に添
加してなる点に要旨を有するものである。またこの様な
表面処理剤を鋼板表面に塗布することによって、プレス
加工後の塗装を省略する場合であっても優れた耐食性を
示すことのできる表面処理鋼板が得られる。尚本発明に
係る表面処理剤は上述の如く鋼板表面に直接塗布しても
その効果を発揮するものであるが、種々の表面処理を施
した後へ、最表面処理剤として適用するのが特に有効で
ある。即ち耐食性を更に向上させるという観点からすれ
ば、鋼板表面に亜鉛合金めっきを施し、該めっき層上に
クロメート皮膜を形成し、該クロメート皮膜の上に、ウ
レタン系樹脂およびＳｉＯ２の複合物質または混合物質
を主成分とする皮膜層を形成した後の最表面に前記表面
処理剤を塗布すれば本発明の効果が更に顕著に発揮され
る。

［作用］ 本発明者らはワックス被膜の強度や密着性を向上させた
いという観点から種々研究を重ねた結果、ワックスエマ
ルションに適量のコロイダルシリカを添加した表面処理
剤を鋼板表面に塗布して乾燥すれば、鋼板表面には希望
するワックス被膜が形成され、この鋼板は特に加工後に
おける耐食性が大幅に向上できることを見出し、本発明
を完成した。

本発明に係る表面処理剤は、ワックスエマルションにコ
ロイダルシリカを添加してなるものであるが、該コロイ
ダルシリカの濃度及び添加量は被膜形成後の全固形分量
中のＳｉｎ、量が１〜５０％の範囲となる様に調整する
必要がある。コロイダルシリカの濃度及び添加量が不足
して上記範囲の下限値を満足しない様な場合はワックス
にシリカを含有させただけの効果が得られない。これに
対し、コロイダルシリカの添加が上記割合の上限を超え
る様な結果となったときは潤滑性能が低下するばかりか
被膜の硬度が増加しすぎて脆くなるので、鋼板のプレス
加工に際して？１ｌＥＩｌｉにクラックが発生し易くな
り、加工後における鋼板の耐食性が低下する。またワッ
クス皮膜の塗布量は０．１〜２．０　ｇ／Ｉ１１”であ
ることが好ましい。

尚コロイダルシリカ中のシリカ粒子径は２０ｍμ以下と
するのが好ましい。即ち粒子径が２０ｍμを超えると、
シリカの凝集などによって、表面処理剤の塗布性の低下
１被膜の潤滑性や密着性の低下を招く、またシリカの粒
子径のより好ましい範囲は６ｍμ以下であり、この様な
シリカを含むコロイダルシリカであれば、その添加効果
が最大限に発揮される。この様なコロイダルシリカとし
ては、「スノーティクスＸＳＪ、ｒスノーティクスＳＳ
Ｊ　　（いずれも商品名）等の市販品を挙げることがで
きる。

一方ワックスエマルションの種類については何ら限定す
るものではなく、例えばカルナバワックス（植物系）、
ラノリン（動物系）、モンタンワックス（鉱物系）、パ
ラフィンワックス（石油系）等の天然ワックスや、ポリ
エチレンワックス（合成炭化水素）等の合成ワックス、
その他の配合ワックスのうちから１　ｆｆｌ又は２種以
上を組合わせて原料とし、該原料な水その他の溶液に分
散・乳化させたものを用いればよい。尚ワックスエマル
ションの製造の過程でコロイダルシリカを添加すること
もできる。

本発明に係る表面処理剤を塗布・乾燥して得られるワッ
クス被膜は、シリカを含むものであるので従来のワック
ス被膜に比べて非常に硬く且つ密着性に優れている。ま
たシリカの粒子径を好ましい範囲とすることは、より緻
密で硬く且つ密着性の優れたワックスを得る上で極めて
効果的である。従って本発明の表面処理剤によれば、ワ
ックス自体の持つ撥水機能に加え、微粒子シリカの添加
によって緻密なワックス被膜を形成することができるの
で、ワックス被膜自身の耐食性を向上させることが可能
となる。またワックス被膜の強度と密着性が向上するの
で、この様なワックス被膜を形成した鋼板においては、
プレス加工による被膜剥離が少なくなり、ワックス被膜
自体の耐食性が良好であることとも相俟って加工後にお
ける鋼板の耐食性をも向上させることになる。尚乳化剤
や分散剤が含まれると、ワックス被膜表面が親水性とな
り撥水機能が低下するのは上述した通りであるが、乳化
剤や分散剤が含まれる場合であっても、被膜中にシリカ
を含ませることによって乳化剤や分散剤による撥水機能
低下を最小限に抑えることができる。

本発明に係る表面処理鋼板は、この様に耐食性が優れて
いるのでプレス加工後の塗装が行なわれにい様な用途、
例えば家電製品の底板や内部モータカバー用として特に
最適であるが、塗装鋼板への適用を排除するものでない
ことは言う迄もない。

本発明においてワックス被膜が形成される鋼板素材につ
いては何ら限定されないが、例えば亜鉛（又は亜鉛合金
）めワき鋼板、或はこれらの鋼板をクロメート処理や燐
酸塩処理等の化成処理した鋼板であれば一層効果的であ
る。

本発明者らの実験によれば、亜鉛合金めつ縫鋼板表面を
クロメート処理し、更にその上へ、ウレタン系樹脂とＳ
　ｉ　Ｏｚの複合物質または混合物質を主成分とする皮
膜層を形成した鋼板の最表面に、シリカ粒子を含むワッ
クス被膜を形成したものは耐食性にも優れ更に有効であ
ることが分かりた。即ち従来から汎用されていたところ
によれば、亜鉛合金めっきの上へクロメート被膜および
ウレタン樹脂被膜を形成することが耐食性向上において
有用と考えられているが、プレス加工が施された部分で
は亜鉛合金めっきに亀裂が発生し易く、それに付随して
クロメート被膜やウレタン系樹脂層にも亀裂が発生する
。しかも金型にょる摺察を受けるので、形成されたクロ
メート被膜やウレタン系樹脂皮膜が損傷され耐食性が劣
化する。

本発明者らは、ウレタン系樹脂被膜にＳｔ、、を複合物
または混合物の形態で分散させ、該被膜の密着性を向上
させることによって加工性を改善した防錆鋼板を既に提
案しているが（特開昭６２−２８９２７４号）、この様
な被膜を形成した鋼板の最表面に、本発明に係る表面処
理剤を用いてワックス被膜を形成すれば、本発明の効果
が最も顕著なものとなることが分かった。尚このとき用
いる亜鉛合金めっ籾の種類については、Ｚｎ−Ｎｉ系、
Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ｍｎ系等の各種のものが使用でき
るが、加工性の改良ということからすれば、被膜が硬く
それ自身の加工性に問題があるＺｎ−Ｎｉ系亜鉛めっき
の表面へ本発明を適用したときに、その効果は非常に大
籾なものとなる。

クロトメート処理を施す場合には、クロトメート被膜量
はクロム付着量で１０〜１００　ｍｇ／ｍ”であること
が好ましい、クロム付着量が１０　ｍｇ／ｍ２未満では
耐食性に効果がなく、１００　Ｂ／ｍ’を超えると鋼板
が著しく着色したり加工性が劣化する等の問題が生じる
。

一方本発明で用いることのできるウレタン系樹脂被膜は
、ウレタン系樹脂と他の樹脂、例えばエポキシ系、アク
リル系、フェノール系等の各種樹脂との混合物であって
もよい。またウレタン系樹脂と５ｉＯｚは、シリコンカ
ップリング剤によって複合物質としたものでもよく、或
は１．に混合した状態の混合物質としてもよい、更に必
要によってはウレタン系樹脂中に亜鉛粉末を含有させる
こともでき、これによって該被膜の耐食性を一層向上さ
せることができる。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例コ 実施例１ まずクロメート処理を施した両面電気亜鉛めっき鋼板（
亜鉛付着量２０　ｇ／ｖ’、クロム付着量１３ＩＩ１ｇ
／ｌ１１２）を素材鋼板として用いた。またワックスエ
マルションとしてはカルナバ系ワックスを水によってエ
マルション化したものを用い（乳化剤使用）、該ワック
スエマルションに粒子径４〜６ｍμのコロイダルシリカ
を被膜形成後の全固形分のＳｉＯ２量が２５％となる様
に添加し、本発明の表面処理剤を得た。該表面処理剤を
前記素材鋼板に塗布して乾燥し、付着量０．２５ｇ／ｍ
２のシリカ含有ワックス被膜を形成した。一方比較材と
して、シリカを含まない従来のワックス被膜についても
同様に形成した。

得られた各表面処理鋼板について、平板による塩水噴π
試験を行なった。その結果を第１図に示す。第１図から
明らかであるが、本発明の表面処理鋼板は従来の表面処
理鋼板に比べて平板における耐食性（即ち被膜自体の耐
食性）が大幅に向上しているのが理解される。

実施例２ モンタン酸ワックスエマルション（アンモニアで乳化安
定）に、粒子径４〜６ｍμと１０〜２０ｍμの２系列の
コロイダルシリカを夫々被膜形成後の全固形分中の５ｉ
０２量が２５％となる様に添加し、本発明の表面処理剤
を得た。これらの表面処理剤を実施例１で示した素材鋼
板の表面に塗布した後乾燥し、付着量０．２５ｇ／ｍ”
のシリカ含有ワックス被膜を形成した。一方比較例とし
て、シリカを含まない従来のワックス被膜についても同
様に形成した。

得られた各表面処理鋼板について、エリクセン押出しく
　６　ｆｆ１ｍ）後の塩水噴霧試験を行なったところ、
本発明の表面処理鋼板は比較例と比べて加工後の耐食性
が優れていることが認められた。特に粒子径が４〜６ｍ
μのコロイダルシリカを用いたものは、粒子径が１０〜
２０ｍμのコロイダルシリカを用いたものに比べてより
一層の耐食性向上効果が肥められた。

また上記各表面処理鋼板について、円筒深絞り試験と摺
動試験を行ない、限界絞り比と動摩擦係数を測定した。

尚限界絞り比はブランク径１００■φ、ポンチ径５０ｍ
ｍφの単一表板法によって求めたものであり、動摩擦係
数は第２図に示す装置を用い、加圧力（Ｐ）１５０ｋｇ
、引抜き速度３００　ｍｍ／ｆｆ１ｉｎにおける摺動試
験によって求めたものである。

動摩擦係数＝　ＣＦ）／２　（Ｐ）・・・（１）［但し
、（Ｆ）は引抜き荷重ｋｇコ この結果を第１表に示す。第１表から明らかであるが、
本発明の表面処理鋼板はシリカ添加によって潤滑性やプ
レス加工性に悪影響が現われていないことが理解される
。即ち本発明の表面処理鋼板は、シリカを含まないワッ
クス被膜を施した従来の表面処理鋼板と比べても遜色が
ない程の優れた潤滑性とプレス加工性を有している。

第 表 実施例３ クロトメート処理を施したＺｎ−１２％Ｎｉめっき鋼板
（亜鉛合金付着ｉ　２０　ｇ／ｌｎ２、クロム付着量５
０　ｍｇ／ｍ”　）に、ウレタン系樹脂皮・膜（樹脂付
着量１．０３７ｍ”）を形成したものを素材鋼板として
用いた。

尚ウレタン系樹脂被膜の形成は、次の手順によった。即
ち、水溶性ウレタンエマルション（固形成分；３０％）
１００重量部、コロイダルシリカ（Ｓｉ０２：４０重量
％）５０重量部、および蒸留水２４０重量部を混合して
塗液を調製し、この塗液を、脱脂処理およびクロメート
処理（無水クロム酸水溶液塗布後１９５℃で３０秒乾燥
）を施したＺｎ−Ｎｔめっき鋼板表面にバーコーターで
塗布し、炉温２００℃で１分間焼付けることによって（
Ｓ　ｉ　０２　／ウレタン樹脂）比が０．４の被膜を厚
さ１．０μｍとなる様に形成した。

上記素材鋼板に実施例１で示した表面処理剤を塗布して
乾燥し、付着量０．２１（７ｍ”のシリカ含有ワックス
被膜を形成した。

得られた表面処理鋼板について、実施例２と同様にして
動摩擦係数を測定したところ、Ｑ、ＩＱの値を示した。

また上記表面処理鋼板について、下記の方法により、（
ａ）加工時の被膜剥離性および（ｂ）加ニー後の耐食性
を調査した。

（ａ）加工時の被膜剥離性 第３図に示すドロービート試験装置を用い、引張速度３
００　ｍ１ｌｌ／　ｍｌ　ｎｚ伸び１５％とし摺動部に
対して粘着テープを貼付けた後に引き剥し、該テープに
付着したワックス被膜量で被膜剥離性を評価した。

（ｂ）加工後の耐食性 上記ドロービート試験後の表面処理鋼板について、下記
に示すサイクル試験を行なった後の腐食深さによって耐
食性を評価した。

塩水噴露試験（３５℃×４時間）−乾燥（６０℃×２時
間）→湿潤（５０℃×２時間）を１サイクルとし、これ
を２００サイクル繰り返した。

その結果、表面処理鋼板の皮膜剥離量は０．１８７ｍ２
であり、耐食性については２００サイクル後の摺動部２
１０　ｃｍ２当たりでは腐食は全（発生しなかった。

実施例４ 実施例３で示した素材鋼板に、各種ワックスエマルショ
ンに粒子径４〜６μｍのコロイダルシリカを各種割合で
添加した表面処理材を塗布して乾燥した。得られた各表
面処理鋼板の動摩擦係数を実施例２と同様に、また被膜
剥離性および耐食性を実施例３と同様にして評価した。

尚比較材として、実施例３で示した素材鋼板に対してワ
ックス被膜を形成しないもの、およびシリカを含まない
従来のワックス被膜を形成したものについても同様の実
験を行なった。その結果は第２表に示す通りであるが、
実施例（Ｎｏ、１〜３）は皮膜剥離性および耐食性が優
れており、動摩擦係数もシリカを含まないワックス皮膜
を施した従来の表面処理鋼板と同程度の値を示している
。これに対し、シリカを含まないワックス被膜を形成し
たもの（Ｎｏ、４〜７）は、ワックス皮膜を形成しない
もの（Ｎｏ。

８）に比べて皮膜剥離性および耐食 性が若干優れているものの、 その特性は本発明の 第 表 ［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、シリカを含有するワッ
クスエマルション（表面処理剤）を鋼板に塗布・乾燥す
ることによフて、良好な潤滑性やプレス加工性を維持し
つつ強度及び密着性の優れたワックス被膜を形成するこ
とができ、この様なワックス被膜を形成した表面処理鋼
板はプレス加工後の耐食性においても優れたものとなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における各鋼板について行なった塩水
噴ｎ試験の結果を示すグラフ、第２図は動摩擦係数測定
装置の概略説明図、第３図はドロービート試験装置の概
略説明図である。 第１図 塩ｙＫ’２Ｍ霧時間 （ｈｒ〕 平成 １年 ９月２１日 平成０１年特許願第１９７４１６号 発明の名称 表置処理剤及び表面処理鋼板 ３、補正をする者 事件との関係 特許比１人 代 理 人 住 所 大阪市北区堂島２丁目３番７号 シシコー仁ゝル４０ ５、補正命令の日付 年 月 日 （自発補正） 正 誤 表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワックスエマルションに、コロイダルシリカを、
   被膜形成後の全固形分量中のＳｉＯ＿２量が１〜５０％
   （重量％の意味、以下同じ）となる様に添加してなるこ
   とを特徴とする鋼板の表面処理剤。
2. （２）シリカ粒子を１〜５０％含有するワックス被膜を
   鋼板表面に形成したものであることを特徴とする表面処
   理鋼板。
3. （３）亜鉛合金めっき鋼板上にクロメート皮膜が形成さ
   れ、該クロメート皮膜の上に、ウレタン系樹脂とＳｉＯ
   ＿２の複合物質または混合物質を主成分とする皮膜層が
   形成され、更に該皮膜層に、シリカ粒子を１〜５０％含
   有するワックス被膜を形成したものであることを特徴と
   する表面処理鋼板。