JPH03291380A

JPH03291380A - 高耐食性表面処理鋼材

Info

Publication number: JPH03291380A
Application number: JP9178290A
Authority: JP
Inventors: Akito Sakota; 章人迫田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-12-20

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、表面に高耐食性被覆を設けた鋼材あるいはめ
っき鋼材から成る高耐食性表面処理鋼材に関するもので
ある。

本発明にかかる表面処理鋼材は、建材および輸送機ある
いは自動車の外装材等耐食性を要求される分野において
利用可能である。

（従来の技術） −ａに、耐食性が要求される鋼材あるいはめっき鋼材（
以下単に「鋼材」と総称することもある）は、その表面
に、（イ）クロメート処理によるクロム酸化物皮膜、（
ＩＩ）りん酸塩処理によるりん酸亜鉛またはりん酸鉄皮
膜等を設け、これらの表面処理被覆により耐食性を付与
されている。

上記の表面処理被覆は、いずれも処理すべき鋼材あるい
はめっき鋼材と処理液との溶液反応、すなわちウェット
・プロセスによって形成されるものであることから、次
のような問題点が指摘されている。

（１）処理液自体が環境問題を引き起こす物質となるも
のであり、特に、クロム酸塩溶液の毒性は周知のところ
である。したがって、クロメート処理の採用に当っては
公害防止対策に多大の設備、費用を要しているのが現状
である。

（２）多くの場合、水洗工程、乾燥工程等の付帯設備が
必要とされ、規模が大きくなるとともにプロセスが複雑
化する。

（３）被処理材の表面特性に応じて、いわゆるムラ、ハ
ジキ等の表面処理被覆の不均一が生じやすい。

そこで、近年に至り、これらの問題点を一挙に抜本的に
解決するために、溶液反応型の表面処理を脱皮してドラ
イ・プロセスの通用が検討されている。

たとえば、林公隆等「セラミックスコーティングしたＺ
ｎ−Ｎｉ合金めっき鋼板の耐食特性」　“材料と７”Ｏ
−１’Ｘ″Ｖｏ１．２（１９８９）　１６４６　ニおイ
テは、ＳＩＣ％ＳｉＮｘ等のセラミックス被覆を表面に
有するＺｎ−Ｎｉ合金めっき鋼板が示されている。

しかしながら、上記の酸化クロム皮膜やりん酸塩皮膜の
代替として今日開発されつつあるセラミックスコーティ
ングでは充分な耐食性向上効果が得られない、特に、鋼
板あるいはめっき鋼板を加工した部位の耐食性が不充分
である。

また、上述のセラミックスコーティング法では、セラミ
ックスコーティングの生成にイオンブレーティング法を
用いているが、この方法では大面積に均一に表面処理を
施すのが困難である。

（発明が解決しようとする課題）ここに、本発明の一般的目的は、溶液反応を用いないで
生成可能であり、且つ耐食性のすぐれた被覆を備えた、
高耐食性表面処理鋼材を提供することである。

本発明の具体的目的は、ドライプロセスによる表面処理
で大面積に均一に被覆を設けた高耐食性表面処理鋼材を
提供する二七である。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため本発明者は鋭意検討を重ねた結
果、先に本発明者が発明した特願平ｌ−８６５７９号「
金属材料の着色方法Ｊによりて得られた炭素薄膜が非晶
質であって、すぐれた耐食性を示すことを知見し、本発
明を完成するに至った。

また、本発明者は、各種のプロセスを検討したが、大面
積の鋼材あるいはめワき鋼材表面に均一に表面処理を施
すことが可能との観点から、直流グロー放電プラズマ処
理法を用いることに着目ｊ７た。これは、被処理鋼材表
面上に生じる放電の均一性に依るものである。

そして、直流グロー放電プラズマ処理法を用いて、各種
の表面処理被覆を鋼板あるいはめっき鋼板の表面に形成
してその防食特性について評価した結果、非晶質炭素膜
（ダイヤモンドライク・カーボン）が最もすぐれた性能
を有することを確認した。

また、ふっ素を含有するプラズマを用いて炭素を骨格成
分とする被処理鋼材の表面にぶつ化物層から成る膜を形
成する、いわゆるぶつ化技術については既に少なからぬ
研究例が存在する０例えば、Ｍ、Ａｎａｎｄ、　　Ｒ，
Ｅ、Ｃｏｈｅｎ、ａｎｄ　　Ｒ，Ｆ、Ｂａｄｄｏｕｒ：
　　Ｐｏｌｙｍｅｒ。

２２　（１９８１）３６１においては、ＣＦ、Ｈ，Ｃ，
Ｆ、等を含有するグロー放電プラズマ中でポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン等の有機高分子材料の
表面をぶつ化することに成功している。かかるぶつ化処
理によって表面の撥水性が発現される。

そこで、本発明者らは、このようなぶつ化技術を上述の
非晶質炭素膜に応用することに着目し、検討したところ
、予想外にも該非晶質炭素膜表面に−ＣＦ、−ＣＦ、、
４Ｆｉ等からなるぶつ化層を形成すると、所期の目的で
あった鋼材あるいはめっき鋼材に対する防食作用が相乗
的に改善されることを見出した。

これらの点に基づいてなされた本発明は、鋼材あるいは
めっき鋼材の表面に、好ましくは直流グロー放電プラズ
マ処理法による非晶質炭素被覆、つまりダイヤモンドラ
イク・カーボン被覆を有することを特徴とする高耐食性
表面処理鋼材をその要旨とするものである。

さらに別の面からは、本発明は、鋼材あるいはめっき鋼
材の表面に前述の非晶質炭素被覆を有し、更に該非晶質
炭素被覆の表面に、例えば−ＣＦ、−ＣＦ８、−Ｃｈ等
から成るぶつ化物層を有することを特徴とする高耐食性
表面処理鋼材をその要旨とするものである。

本発明が対象とする鋼材の形態は板材はもちろん、棒材
、管材のいずれであってもよいが、広面積の耐食性表面
を容易に形成できることから板材としたときにその効果
が特に発揮される。めっき層の有無では特に区別されな
い。

なお、本発明の好適態様において利用する「直流グロー
放電プラズマ処理法」は、広い面積領域を均一に表面処
理するために採用するのであって、非晶質炭素膜を形成
するだけであれば、その他イオンビーム法、スパッタデ
ポジション法などの方法を採用してもよい。

（作用）本発明の構成と作用について説明する。

鋼材表面に被覆された非晶質炭素（ダイヤモンドライク
・カーボン）は極めてすぐれた防食特性を示す、グラフ
ァイト構造に依拠する緻密な構造により被処理鋼材表面
に対する隠ぺい力が高く、かつ撥水性がみられるからで
あると考えられる。

特に大気中の湿分によっても容易に腐食する鋼板の表面
処理に適用された場合には、撥水化による腐食抑制効果
が大きいものと考えられる。

また、上記のように、非晶質炭素膜の防食性能が表面の
撥水性に依存するものと考えられたので、撥水性を更に
高める目的で非晶質炭素膜の表面にぶつ化物層を形成す
る。このぶつ化物層は、−ＣＦ、−ＣＦ、、−ｃｐｓ等
が結合されて構成され、著しい撥水性を示す、この場合
の耐食性は、ぶつ化処理前に比して格段にすぐれたもの
となった０両者の相乗的作用効果は顕著である。

本発明における非晶質炭素膜の膜厚さおよびぶつ化物層
の層厚さについては特に制限ないが、−般には、非晶質
炭素膜の膜厚さは２０〜１０００ｎ■、およびふっ化物
層の層厚さは、２〜５０ｎ−程度で十分である。

第１図は、本発明鋼材を製造するための放電装置の略式
断面図であり、図示装置は、例えば市販のイオン窒化装
置をそのまま使用するだけでもよい、すなわち、金属容
器１０内をまず炭化水素ガス（例：　Ｃ１，）もしくは
ふっ素含有ガス（例：　ＣＦ、）で置換し、次いでポン
プ１２で減圧し、所定の真空度が達成されたとき、内部
の金属材料試料１４を陰極、金属容器１０を陽極として
外部電源１６から直流電圧を印加して、容器内部でグロ
ー放電を行わせる。

試料温度は熱電対２０によって測定する。符号２２はの
ぞき窓を示す。

非晶質炭素被膜を形成する場合には、封入ガスとして炭
化水素ガスを、ふう化処理を行う場合にはふっ素含有ガ
スを用いればよく、その時の処理条件は次の通りである
。

直流グロー放電処理は、金属材料を陰極として１００〜
８００ｖの直流高電圧を印加することにより発生させる
ことができる。　１００Ｖ未満では充分な被膜を形成せ
ず、一方８００ｖ超では安定なグロー放電の維搏が困難
となる。望ましくは、２００〜６００νである。

なお、鉄鋼材料の浸炭処理では金属基板の温度を５００
℃以上とするのが一般的であるが、本発明において加熱
は必須ではなく、常温でも処理は可能である。むしろ、
１５０℃超の場合には被覆形成は困難となる場合がある
。

このように、図示装置によれば、極めて簡単な方法でも
って金属材料に炭素薄膜を形成でき、その形成速度は大
きく、例えば数１０秒間の処理により被膜形成が可能で
ある。またぶつ化処理も数１０秒間程度の処理で行うこ
とができる。

なお、本発明調材における被膜形成を連続処理化するに
は、グロー放電処理装置の前後に差圧シール装置を配設
すればよい。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが
、本発明はこれによって限定されるものではない。

実施例１本例では、処理すべき供試材として冷延鋼板を用い、図
示装置によって表面処理を行った。非晶質炭素被覆の形
成は、０．６Ｔｏｒｒ、のＣ）１．雰囲気中において、
上記供試材を陰極として直流グロー放電処理を施し、放
電電圧−２５０ｖおよび処理時間−１００秒の条件下で
行った。生成した皮膜が非晶質炭素であることは、ラマ
ン散乱分光法により確認された。非晶質炭素被覆の膜厚
は２５０　ｎｍであった。

これらの表面処理鋼材をＪＩＳ　Ｚ　２３７１の塩水噴
霧試験に供しで、耐食性を評価した。結果を第１表にま
とめて示す。

実施例２本例では実施例１を繰り返して非晶質炭素被覆鋼材を得
、これにぶつ化処理を行った。

ふっ化処理は、同じく図示装置を使い、１．０↑ｏｒｒ
。

のＣＦ、Ｈ雰囲気中において、高周波（１３，５６Ｍ１
（り放電を生じさせ、発生したプラズマを、非晶質炭素
膜で被覆された供試鋼板表面に照射することにより行っ
た。処理条件は高周波電力−５０−および処理時間−２
０秒であった。電子分光法（）ｔｓｃＡ）により非晶質
炭素被覆表面には最表面から少なくとも５ｎｍの深さま
で、主に−ＣＦ、から成り、−ＣＦ　、−ＣＦｔｂ混在
するふつ化物層の存在することが確認された。

これらの表面処理鋼材をＪＩＳ　Ｚ　２３７１の塩水噴
霧試験に供して、耐食性を評価した。結果を第１表にま
とめて示す。

実施例３供試材として亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板（めっき付
着量−３０ｇ／ボ）を用い、実施例１に準じて非晶質炭
素皮膜を形成した。

実施例４本例では実施例３を繰り返して非晶質炭素被覆鋼材を得
、これにふう化処理を行った。

ふう化処理は、同じ図示装置を使い、３．０Ｔｏｒｒ。

のｃｐ、雰囲気中において、高周波（１５０ｋＨｚ）放
電を生じさせ、発生したプラズマを、炭素膜で被覆され
た供試鋼板面に照射することにより行った。高周波電力
−８０Ｗおよび処理時間−１５秒であった。

ＥＳＣＡにより非晶質炭素被覆表面には最表面から少な
くとも５ｎｓの深さまで、主に−ＣＦ２から成り、−Ｃ
Ｆ、−ＣＦｔも混在するふ、化物層の存在することが確
認された。

比較例本例では、供試材として亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板
（めっき付着量−３０ｇ／ｒｄ）を用いた。

セラミックス被覆の形成は、イオンブレーティング（ホ
ロカソード法）により、シリコンナイトライド被覆を得
た。供試材温度−１８０℃およびｈガス分圧−２Ｘｌ０
−’Ｔｏｒｒであった。膜厚は２１０　ｎ＊であった。

追加比較例として冷延鋼板およびめっき鋼材の塩水噴霧
による耐食性評価試験の結果も併せて示す。

（発明の効果）本発明は、以上説明したとおりに構成され、閉じた真空
系を用いて得られた非晶質炭素により被覆された鋼材あ
るいはめっき鋼材はすぐれた耐食性を示し、特にさらに
その非晶質炭素被覆の表面をぶつ化処理した場合には、
更に格段にすぐれた耐食性が得られ、今日さらにすぐれ
た高耐食性を要求される自動車外装材、建材等への通用
が可能であって、産業上きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる表面処理鋼材を製造する装置
の略式断面図である。１０：金属容器　　　１２：真空ポンプ１４：金属材料
試料　１６：外部電源２０：熱電対　　　　２２：のぞき芯

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼材あるいはめっき鋼材の表面に非晶質炭素被覆
を有することを特徴とする高耐食性表面処理鋼材。
（２）鋼材あるいはめっき鋼材の表面に非晶質炭素被覆
を有し、更に該非晶質炭素被覆の表面にふっ化物層を有
することを特徴とする高耐食性表面処理鋼材。