JPH04143284A - 亜鉛系めっき鋼板のクロメート処理方法 - Google Patents
亜鉛系めっき鋼板のクロメート処理方法Info
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Abstract
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Description
めっき鋼板および合金化亜鉛めっき鋼板(これらの鋼板
を以下総称して亜鉛系めっき鋼板と称する)の表面に、
特に低温かつ/または短時間乾燥においても優れた耐食
性、耐アルカリ性、耐溶接性ならびに塗装性(塗膜付着
性及び塗装後の耐食性)を有するクロメート皮膜を形成
し得るクロメート処理方法に関する。
溶液であってクロメート皮膜形成後、酸またはアルカリ
で処理された場合に難溶性である皮膜を形成する方法が
種々提案されている。以下、これらの従来技術と、その
利害得失について説明する。
させる方法として特開昭50−158535号があり、
これは無水クロム酸−リン酸−水溶性または水分散性高
分子化合物系のクロメート液を開示しており、その処理
液中の6価クロムイオンはエチレングリコール等の還元
剤で70%以上還元されたものである。しかしながらこ
の実施例に依って形成されるクロメート皮膜は高分子を
含有するので、難溶性、耐食性、塗装性において優れて
いるが溶接性が劣るという欠点を有している。次に、特
公昭61−58552号に開示されているクロメート液
はクロム酸−クロム酸還元生成物−シリカゾル系のもの
であるが、この方法でクロメート皮膜が形成された表面
処理鋼板を加工して塗装するに際し、塗装前のアルカリ
洗浄においてクロメート皮膜中の主として6価クロムが
溶比しやすいので皮膜の耐食性が低下するといった問題
を有している。
るためにシランカップリン剤を使用することを開示した
特開昭58−22383号および特開昭62−8347
8号が挙げられる。これらの方法で形成される皮膜は何
れも塗膜密着性に優れるものの、前者の方法で形成され
るクロメート皮膜はリン酸を含有しないタイプのクロメ
ート処理液で形成されたものであるので耐アルカリ性が
悪い、また、後者の方法においても同様に耐アルカリ性
が不十分である。
の性能を検討すると、有機高分子およびシリカは耐食性
を高めるが耐アルカリ性を悪化させる傾向が認められ、
また、シランカップリング剤はクロメート処理液中の6
価クロムイオンを還元する傾向があるので、クロメート
処理液中の6価クロムイオン濃度が皮膜使用中に暫時減
少し、クロメート皮膜の耐食性を不安定にする傾向が認
められる。
法もクロメート皮膜性能はクロメート処理の乾燥条件に
強(依存性しているので乾燥が低温かつ/または短時間
になるとクロメート皮膜の性能が不十分になる。
における従来技術の抱える諸問題、特に低温かつ/また
は短時間乾燥においても耐食性、耐アルカリ性、耐溶接
性、加工性ならびに塗装性に優れたクロメート皮膜を形
成させる方法を提供しようとするものである。
方法における従来技術の抱える問題点を解決するために
、先ず、塗布される水系クロメート液に次ぎに掲げるよ
うな検討を行った。
クロメート液中にリン酸及びフッ酸を含有させることに
関する検討。
な検討。
ム等とシランカップリング剤の量的検討。
液中に含まれるフッ酸とリン酸の相乗効果、および6価
クロムイオンが該塗布液の乾燥工程においてシランカッ
プリング剤による還元作用を被り、かつシランカップリ
ング剤のシラノール基の結合による網目状結合により低
温または短時間乾燥においても強固な皮膜が形成され耐
食性、耐アルカリ性、溶接性ならびに塗装性能(塗膜付
着性及び塗装後の耐食性)の優れたクロメート皮膜が形
成されることを見いだした。
と3価クロムイオン1〜30g/lを含有し、かつ6価
/3価クロムイオン重量比が0.1〜2.0であり、フ
ッ酸1〜59g/lとリン酸1〜59g/lを含み、か
つフッ酸とリン酸の合計が2〜60g/lであり、さら
にリン酸とフッ酸の合計が(フッ素イオン+リン駿イオ
ン)73価クロムイオンの重量比で0.5〜3.5であ
り、さらに、亜鉛イオンを0.1−10g/l及び/ま
たはニッケルイオンを0.1〜10g/l含有すること
の出来る水系クロメート液に、シランカップリング剤を
該水系クロメート液中の6価クロムイオン濃度に対する
モル比で0.05〜0.3となるようにそれぞれ添加混
合した後、該水系クロメート液を亜鉛系めっき鋼板表面
にクロム付着量がlθ〜150mg/+i”となるよう
に塗布することにより、低温かつ/または短時間乾燥に
おいても耐食性、耐アルカリ性、溶接性ならびに塗装性
能(塗膜付着性及び塗装後の耐食性)の優れたクロメー
ト皮膜を形成させることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板
のクロメート処理方法に関する。
て先ず説明する。
クロムイオン1〜30g/lと、3価クロムイオン1〜
30g/lを基本成分として含有する。ここで、Ig/
1未満の6価クロムイオン濃度および1g/1未満の3
価クロムイオン濃度では満足な耐食性を示すクロメート
皮膜を形成させ難く、逆に30g/l超の6価クロムイ
オン濃度および30g/l 超ノ3価クロムイオン濃度
では、クロメート液の粘度が高くなり、且つクロメート
液の安定性が悪くなってクロム付着量の制御もしに(く
なる、又クロム量において重要なことは6価と3価のク
ロムイオン含有比率であって、6価/3価クロムイオン
重量比が0.1〜2.0の範囲であることが必要である
。6価/3価クロムイオン重量比が0.1未満ではクロ
メート液がゲル化し易くなりかつ形成するクロメート皮
膜の耐食性が低下する。逆に、6価/3価クロムイオン
重量比が2.0超では6価クロムイオン濃度がそれだけ
高くなるので、該液にシランカップリング剤を配合した
ときにシランカップリング剤によるクロメート液中の6
価クロムイオンの還元反応が起こり易くなってクロメー
ト液の品質低下を招来する。
蓚酸、澱粉、蔗糖などの公知の還元剤を必要により添加
することにより行なう事もできるが、炭酸クロム、塩基
性炭酸クロム、水酸化クロム等3価のクロム塩類なフッ
酸、リン酸、クロム酸に溶かして調節することも出来る
。
リン酸を合計で2〜60g/lとする必要がある。フッ
酸とリン酸の合計量が2g/1未満ではクロメート皮膜
の耐食性、耐アルカリ性が低下し、逆に60g/l超で
はクロメート液中の6価クロムイオンのシランカップリ
ング剤による還元を急速に進行させるのでクロメート液
の品質を低下させる。これらの酸中フッ酸およびリン酸
は1 g/1以上以上59g辺l以下ることが好ましい
。フッ酸とリン酸の合計量において、特に重要なのはク
ロメート液中の(フッ素イオン+リン酸イオン)73価
クロムイオンの重量比率である。(フッ素イオン+リン
酸イオン)73価クロムイオンの比は0.5〜3.5の
範囲である。この比が0.5未満ではクロメート皮膜の
耐アルカリ性ならびに耐食性が低下する傾向を示し、逆
に3.5超ではクロメート皮膜の乾燥性が低下し、吸湿
しやす(なり塗装後の耐食性が低下する。尚、該水系ク
ロメート液には必要に応じて0.1〜10g/lの亜鉛
イオン及び、または0.1〜10g/lニッケルイオン
を配合して耐アルカリ性、耐食性を更に向上させること
が出来る。亜鉛イオン及びまたはニッケルイオンの量が
Q、1g/1未満ではそれによる向上効果を確認し難く
、逆にlOg/l超では処理液中の3価クロムイオンが
沈澱しやすくなるので好ましくない、亜鉛イオンは亜鉛
華、炭酸亜鉛、水酸化亜鉛、リン酸亜鉛、またはフッ化
亜鉛、ニッケルイオンは炭酸ニッケル、塩基性炭酸ニッ
ケル、水酸化ニッケルまたはフッ化ニッケルの形で該ク
ロメート液に添加することができる。
シランカップリング剤をクロメート液中の6価クロムの
モル濃度に対するモル比(シランカップリング剤/6価
クロムイオンモル比)で0゜05〜0.3の範囲内で添
加し混合することが好ましい。しかし塗布直前に全成分
を同時に混合してもよい。
、好ましいものとして下記の一般式[1]及び[21で
示されるものを挙げることが出来る。
トキシシラン、γ−ジメルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン
、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、
γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−
メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、など
を奉げることができる。
て0.05未満ではクロメート皮膜の耐アルカリ性向上
効果が充分ではなく、逆に0,3以上ではクロメート液
の安定性が徐々に低下する傾向、すなわち、クロメート
液中に3価クロムイオンが増大しゲル化し易くなる傾向
を示すようになる。
合することである。
ト液は、例えばロールコータ−などで亜鉛系めっき鋼板
表面に塗布し次いで乾燥されクロム付着量としてlO〜
150o+g/a+”のクロメート皮膜を形成させる。
塗装後の耐食性が不十分であり、150mg/m”超で
はクロメート皮膜のクロム付着量の制御が困難となり、
又耐食性の向上効果が飽和してそれ以上の効果が期待し
難(かつクロメート皮膜の一部が外力により除去され易
くなるので塗膜付着性低下の原因となるとともに溶接性
が低下する。
時間の乾燥条件については特に限定するものではないが
、100℃未満、5秒以下の乾燥においても十分な性能
を発揮するものである。
pHは望ましくは1〜3位である。
配合して亜鉛系めっき鋼板の表面に塗布して乾燥する過
程において、主として!2燥時の熱エネルギーにより水
系クロメート液中の3価、6価クロムイオンおよびフッ
酸とリン酸の各成分力Sめっき表面と反応して次の(a
)にて各々表わされる無色化合物、(b)および(C)
にて表わされる緑色系化合物ならびに、(d)および(
e)で表わされる黄金色系化合物とがクロメート皮膜の
形成成分となる。
. (n=(1−2)(b) Zn5(PO4)tiH
i。
(n=(1〜2)(d) N15(PO4)2・8H
30(e) CrF−(0)1)yただし)(+y=3
. (x=O〜3)(f) CrPO4・6)120 (g) Zn0・3Zn(OH)2・cros 。
ム酸亜鉛系化合物 (h) Cr(OH)s・cr(OH)・Cr04(
クロミッククロメート)次に、シランカップリング剤に
ついて説明する。ここでトリメトキシ基を有するシラン
カップリング剤を例にとりこれをYRSz (OCH3
) sで示すとこれは下式(1)に示されるような加水
分解をする。すなわち、 (1) YRSl (OCHs)s + 3HaO→(
i) YRSl(OH)a +3CH,OH この様なりロメート液は塗布後の乾燥条件が低温または
短時間であっても例えば前記(h)のクロミッククロメ
ートはさらにシラノール基とに第1図で例示されるよう
な縮合反応を起こすと共に、さらに第2図で例示される
ようにクロミッククロメートはシランカップリング剤の
加水分解成分(i)と架橋結合し、またメタノールはク
ロミッククロメート中の6価クロムイオンを還元する。
剤の加水分解生成・物と複雑な結合を行なって編目状の
高分子構造対を形成するものと推察される。
ロム化合物の組織内に前述の(a)(b) 、 (c)
、(d) 、(e) 、(f) 、 (g)の各成分
が封鎖された状態又は前記高分子クロム化合物と結合し
た状態で存在するものと推定される。
皮膜はシラノール基の結合効果も加わって耐アルカリ性
が強い、すなわち、アルカリ洗浄によって皮膜中のクロ
ムが溶出し難い皮膜となる。しかも編目状分子構造は耐
食性の向上に寄与していると推定される。さらに、本ク
ロメート皮膜は有機高分子化合物を含有しないので、耐
アルカリ性が優れ、また層間絶縁抵抗値が比較的に低い
ため、耐溶接性も優れているのである。
例を挙げ比較例と共に示す。
酸200gを水500gで溶解し、この水溶液にリンM
(75%水溶液)を83g、メタノールを18g添加し
80〜90℃で1時間加熱し3価クロムイオン/6価ク
ロムイオンの重量比が1.0になるよう還元し冷却し、
次いでフッ酸(55%水溶液)36g/lを加え、さら
に水を加えて全量をlにgとした。以下、この液を水系
クロメート液と称する。
/lとなるように水で希釈して、クロメート塗布液Aを
調製した。以下、クロメート塗布液B〜にはクロメート
塗布液Aと同様の手順で、第1表に示す組成になるよう
調製した。
すプロセスで電気亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛ニッケル
合金めっき鋼板の表面に塗布し、乾燥して得られたもの
を第2表に示した。
ール絞り一乾燥(風乾)−クロメート塗布→ロール絞り
一乾煉($3) (*l)被処理鋼板は、両面電気亜鉛めっき鋼板(亜鉛
めっき量20g/n+”/ 20g/が)及び、両面電
気亜鉛ニッケル合金めっき鋼板(めっき量20g/m”
/20g/m”、ニッケル1]wt%含有)で、そのサ
イズは200 X 300mm板厚0.8mmのオイリ
ング材を使用した。
ーカライジング製・バルクリーン342) 2%水溶液
で、温度60℃、スプレー30秒行なった。
。
(a)に記すアルカリ洗浄した後、焼付型メラミンアル
キッド塗料(大日本塗料製・テ゛リコン700白)を塗
装し、140℃で20分分焼付乾燥して、塗装板(塗膜
厚25μm)を製作した。
後におけるクロム付着量を蛍光X線で測定(mg/m”
) L、耐アルカリ性として下式によって表示した。す
なわち%の値が小さい程、耐アルカリ性が優れているこ
とを示し、0の値は本試験において全くアルカリに影響
されていないことを示す。
=フルU洗浄後のクロム付着量(a+g/が)アルカリ
洗浄は、珪酸ソーダを主成分とするアルカリ脱脂剤(日
本パー力うイジング製・バルクリーフN364S)の2
%水溶液で、温度60’C、2分間のスプレー処理をし
た。
50mm1でJIS−Z−2371に規定された塩水噴
霧試験を150時間行ない、試験片の全面積に対する白
錆発生状態から耐食性を評価した。
3o%以上 電気亜鉛ニッケル合金めっき鋼板: アルカリ洗浄前後における試験片で、塩水噴霧4時間、
乾燥(60℃)2時間、湿潤(50℃、8895%以上
)2時間を1サイクルとする複合腐食試験法により、5
(Jf4クル試験を実施し、試験片の全面積に対する赤
錆発生状態から耐食性を評価した。
噴霧試験を電気亜鉛めっき鋼板は200時間、電気亜鉛
ニッケル合金めっき鋼板は300時間実施した。実施後
粘着テープ(を吋−7°)剥離を行ない判定はキズから
の最大片側剥離中を測定した(単位IIIII+)。
m+a平方のマス目を素地金属まで達するようにカッタ
ーで切り込み、接着テープ(セロテープ)を試験片面に
貼り付けて急速に剥がし、塗膜の剥離程度を観察した。
リクセン押出機により6II1]押出し、セロテープを
貼り付けて急速に剥がし、塗膜の剥離程度を観察した。
4段階に分けて評価した。
接を以下の条件で連続的に行なうと、徐々に溶接端子が
劣化し溶接性が悪くなるので、その劣化度により溶接性
が判断出来る。すなわち、打点100点毎に30x 1
00mmの別の試験片を溶接し、その試験片の引張強度
が400kg維持できるまでの打点回数を記録した。
ム−銅 (以下余白) [発明の効果] 上記の実施例及び比較例から明からであるように、本発
明によれば亜鉛系めっき鋼板に低温かつ/または短時間
乾燥においても優れた耐食性、耐アルカリ性、耐溶接性
ならびに塗装性(塗膜付着性及び塗装後の耐食性)を存
するクロメート皮膜を形成し得る。一方、比較例 3.
4.6.7.8及び9は明らかに耐アルカリ性及び塗膜
密着性が劣る。比較例 1.2.5.6、及び7は耐食
性、塗装板耐食性及び塗膜密着性が劣る。
応の説明図、 第2図はクロミッククロメートの架橋反応説明図である
。 特許出願人 新日本製鐵株式會社 日本パー力ライジング株式会社
Claims (3)
- 1.6価クロムイオン1〜30g/lと3価クロムイオ
ン1〜30g/lを含有し、かつ6価/3価クロムイオ
ン重量比が0.1〜2.0であり、フッ酸1〜59g/
lとリン酸1〜59g/lを含み、かつフッ酸とリン酸
の合計が2〜60g/lであり、さらにリン酸とフッ酸
の合計が(フッ素イオン+リン酸イオン)/3価クロム
イオンの重量比で0.5〜3.5である水系クロメート
液に、シランカップリング剤を該水系クロメート液中の
6価クロムイオン濃度に対するモル比で0.05〜0.
3となるようにそれぞれ添加混合したクロメート液を亜
鉛系めっき鋼板表面に塗布しついで乾燥して、その表面
にクロム付着量が10〜150mg/m^2のクロメー
ト皮膜を形成させることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板
のクロメート処理方法。 - 2.該水系クロメート液に含有するシランカップリング
剤は下記一般式[1]および[2]で示されるものから
少なくとも1種類選ばれたものである請求項1記載の亜
鉛系めっき鋼板のクロメート処理方法。 一般式[1](YR)_mSiX_n [2]Y_mSiX_n 但しm+n=4、且つnは1〜3 R・・・アルキル基 X・・・メトキシ基またはエトキシ基 Y・・・ビニル基、メルカプト基、グリシ ドキシ基またはメタクリロキシ基 - 3.水系クロメート液は0.1〜10g/lの亜鉛イオ
ン及びニッケルイオンの少なくとも一種を含有する請求
項1または請求項2記載の亜鉛系めっき鋼板のクロメー
ト処理方法。
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