JPH0598497A - 銅又は銅合金材の緑青皮膜形成方法 - Google Patents

銅又は銅合金材の緑青皮膜形成方法

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JPH0598497A
JPH0598497A JP26225091A JP26225091A JPH0598497A JP H0598497 A JPH0598497 A JP H0598497A JP 26225091 A JP26225091 A JP 26225091A JP 26225091 A JP26225091 A JP 26225091A JP H0598497 A JPH0598497 A JP H0598497A
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JP
Japan
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copper
film
patina
forming
copper alloy
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JP26225091A
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English (en)
Inventor
Masumitsu Soeda
益光 副田
Tatsunori Nakajima
辰紀 中嶋
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間で発色し、加工時にも剥離せず、密着
性が優れた緑青皮膜を形成することができる銅又は銅合
金材の緑青皮膜形成方法を提供することを目的とする。 【構成】 炭酸塩及び/又は重炭酸塩と、硫酸塩及び/
又は燐酸塩と、水系樹脂とを含有する電解液中で、銅又
は銅合金を陽極として電解することにより、緑青皮膜を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅又は銅合金材の表面
に電気分解により緑青皮膜を形成する銅又は銅合金材の
緑青皮膜形成方法に関し、特に、屋根材に適用される建
材用銅板の表面に、工業的に加工性に優れた緑青皮膜を
電解で形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】銅又は銅合金の表面に、人工的に緑青皮
膜を形成させる方法は、これまで数多く提案されてお
り、大別すると、薬液で化学処理する方法、緑青形
成物質を含有する塗料を塗装する方法、薬液で電解処
理する方法等がある。
【0003】しかし、前記の方法は、緑青の発生が不
均一になりやすい。また、形成された緑青皮膜は密着性
が悪いので、工業的に用いる場合は、屋根加工が済んだ
現地で、ハケ等で何回も繰り返し処理する必要があり、
作業性が悪いためコスト高になっていた。
【0004】また、の方法は、塗装法であるので密着
性が良く、加工性は優れているが、経時変化で緑青色が
徐々に褪色した後、劣化により、塗膜が不均一に剥離す
る。塗膜が剥離した部分に天然の緑青が発生するには、
長年月を要し、更に屋根全体が緑青で覆われるには、極
めて長い年月を要するという欠点を有する。
【0005】の方法に該当する技術として、特公昭55
-12117、特公昭55-14157、特公昭55-15558、特公昭60-7
036 、特公昭60-7038 、特公昭60-34640又は特開昭64-4
493等に記載されたものがある。しかし、電解法は短時
間で緑青を発生させることが可能である反面、密着性が
悪いため、緑青皮膜が剥離するという欠点があり、工業
的に広く用いられていない。
【0006】これらの欠点を補うため、特開昭54-75435
のように、緑青皮膜の表面に水溶性透明樹脂を被覆する
方法と、特開昭64-4492 のように、緑青皮膜の表面にリ
ン酸根、けい酸根、アルミン酸根を1種以上含む液を含
浸させる方法が提案されている。これらの方法はいずれ
も密着性の改善効果が認められる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公報に開示された方法は、未だ密着性が十分とはいえ
ず、工業的に用いる場合のように、成型機で曲げ加工を
行ったり、施工時に木ハンマーで叩くと、皮膜が剥離し
てしまい、このような条件下での密着性不足という欠点
を解消するには至っていない。
【0008】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、短時間で発色でき、かつ、工業的に用いる
場合でも、加工時に皮膜が剥離しない密着性の優れた電
解処理による銅又は銅合金材の緑青皮膜形成方法を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る銅又は銅合
金材の緑青皮膜形成方法は、炭酸塩及び/又は重炭酸塩
と、硫酸塩及び/又は燐酸塩と、水系樹脂とを含有する
電解液中で、銅又は銅合金を陽極として電解することに
より、緑青皮膜を形成することを特徴とする。
【0010】
【作用】一般に、銅又は銅合金の表面に電解処理で形成
した皮膜は、例えば、電解液として炭酸塩を用いた場合
は、塩基性炭酸銅{Cu(OH)2 ・CuCO3 }が形
成されるが、X線回折の結果から、これらは、CuCO
3 ・CuO・H2 Oの比が異なる複数の塩から構成され
ていると考えられ、また、結晶化も不十分である。この
ことが密着性を悪くし、板金加工時に皮膜が剥離する原
因にもなっていると推定される。
【0011】本発明者等は、従来法の欠点である密着性
と加工性を、工業的に用いられるレベルまで引き上げる
ため、鋭意研究した結果、下記の方法によりその目的を
達成した。即ち、炭酸塩及び/又は重炭酸塩と、硫酸塩
及び/又は燐酸塩とを含有する電解液で、銅又は銅合金
を陽極として電解することにより、緑青皮膜を形成する
場合に、前記電解液に水系樹脂を含有させる。これによ
り皮膜の接合強度が高まる。この場合に、前記電解液に
含有させる水系樹脂として、固形分を1〜70g/リットル
含有させることが好ましい。
【0012】本発明は、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフ
ピッチ銅等の純銅に適用することが最も好ましいが、各
種銅合金にも適用できる。
【0013】電解液は炭酸塩及び/又は重炭酸塩と硫酸
塩及び/又は燐酸塩と水系樹脂とから構成されている。
【0014】炭酸塩及び重炭酸塩は主構成成分であり、
塩基性炭酸銅の皮膜形成に必須の成分である。炭酸塩と
しては、炭酸ナトリウム及び炭酸アンモニウム等を使用
し、重炭酸塩としては、炭酸水素ナトリウム及び炭酸水
素アンモニウム等を使用するのが好ましく、電解液にお
ける含有量は、炭酸塩として10〜150g/リットル、重
炭酸塩として10〜150g/リットルが適当である。
【0015】硫酸塩と燐酸塩は、皮膜の生成速度を早め
たり、つき回り性を高めたり、電解液の安定化のために
必要であり、硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カ
リウム又は硫酸アンモニウム等、燐酸塩としては、第1
燐酸ナトリウム又は燐酸水素二ナトリウム(Na2HP
4)等を使用するのが好ましく、電解液における含有
量は、硫酸塩として1〜50g/リットル、燐酸塩として1
〜50g/リットルが適当である。
【0016】水系樹脂は、緑青皮膜が生成するときに皮
膜中に取り込まれ、塩基性炭酸銅の結晶と結晶との結合
を強化する重要な役割を果たす。水系樹脂の種類は、ア
クリル系、アルキッド系、ウレタン系、ポリエステル系
等、一般に用いられる樹脂組成物が適用できる。電解液
における含有量は、固形物として1〜70g/リットルが適
当であり、より好ましくは3〜50g/リットルが良い。1
g/リットル未満の場合は、皮膜の密着性が不十分であり、
70g/リットルを超える場合は、緑青皮膜の生成が不均一
となり、均一な皮膜が形成されない。
【0017】本発明における電解条件としては、電解液
温度は20℃〜60℃、電流密度は1〜30A/d
2、電解時間は0.5〜10分が適当である。電解液
温度が20℃未満の場合には、皮膜の生成速度が遅く、
不均一になる。一方、電解液温度が60℃を超えると、
皮膜が不均一になると共に電解液の消耗が激しくなる。
また、電流密度が1A/dm2未満であると、皮膜の生
成速度が遅くなる。一方、電流密度が30A/dm2
超えると、皮膜焼けが発生して不均一になり易い。更
に、電解時間が0.5分未満であると、皮膜の形成が不
十分であり、発色しにくい。一方、電解時間が10分を
超えると、皮膜の形成が飽和するため、それ以上処理し
ても無駄である。
【0018】上記電解液に銅材を浸漬し、銅材を陽極と
して電解することにより緑青皮膜が形成される。
【0019】続いて、水洗及び乾燥すれば、このままの
状態でも加工に耐えられるだけの密着性の良い緑青色の
皮膜が得られる。
【0020】前記緑青皮膜を形成した後、SiO2/M2
O(Mはアルカリ金属を示す)の比が1以上のアルカリ
珪酸塩と有機珪素化合物を含む水溶液で処理するか、又
は上記緑青皮膜を形成した後、第1リン酸アルミニウム
の水溶液で処理し、その後70〜220℃の温度で加熱
する。これにより、更に、密着性が優れた緑青皮膜にな
る。加熱温度が70℃より低い場合は、密着性の向上効
果が不十分である。加熱温度が220℃を超えると、銅
材の軟化が始まり、色調も黄色が強くなって緑青色とは
異なった色調になるので好ましくない。
【0021】SiO2/M2O(Mはアルカリ金属を示
す)の比が1以上のアルカリ珪酸塩としては、ケイ酸ナ
トリウム、ケイ酸カリウム又はケイ酸リチウム等を使用
するのが好ましく、処理液における含有量は、SiO2
として5〜200g/リットル、好ましくは20〜50g/
リットルである。SiO2が5g/リットル未満の場合には、加
工性及び耐食性の改善効果が不十分である。一方、Si
2が200g/リットルを超えると、改善効果が飽和する
ためそれ以上添加しても無駄である。
【0022】有機珪素化合物としては、アミノ基、アル
コキシル基等の官能基を有する水溶性有機ケイ素化合物
を用い、処理液における含有量は0.1〜100g/リッ
トル、好ましくは1〜20g/リットルが良い。有機珪素化合
物が0.1g/リットル未満であると、加工性及び耐食性の
改善効果が不十分であり、一方、100g/リットルを超え
ると、その改善効果が飽和し、無駄である。処理の方法
は、浸漬、スプレー、ロールコート、ハケ塗り等いずれ
でも良い。
【0023】処理液温度は常温〜100℃、処理時間は
1〜90秒が適当である。処理後は水洗した後、乾燥し
ても良く、又はそのまま乾燥しても良い。乾燥温度は7
0〜220℃が良く、70℃未満では密着性の向上効果
が小さく、220℃を超えると銅材が軟化するので好ま
しくない。
【0024】アルカリ珪酸塩と有機珪素化合物との混合
水溶液で処理することにより密着性及び耐食性が向上す
る理由については、不明な点が多いが、アルカリ珪酸塩
と銅材との反応生成物による緑青皮膜の銅材への固着又
は有機珪素化合物による緑青皮膜及び反応生成物の不溶
性化によるものと推定できる。
【0025】第1リン酸アルミニウム…Al(H2
43の水溶液で処理する場合も、処理方法及び乾燥条
件は上記アルカリ珪酸塩と有機珪素化合物の混合水溶液
で処理する場合に準じて行えばよい。処理液における含
有量は、1〜500g/リットル、好ましくは5〜100g
/リットルである。
【0026】第1リン酸アルミニウムの水溶液で処理す
ることにより密着性が向上する理由については、第1リ
ン酸アルミニウムと銅材及び緑青皮膜との反応生成物に
よる緑青皮膜の銅材への固着効果が原因であると推定す
る。
【0027】
【実施例】次に、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。
【0028】実施例1 炭酸水素ナトリウム70g/リットル、炭酸ナトリウム20
g/リットル、硫酸ナトリウム5g/リットルを混合してなる水
溶液に、アクリル系水系樹脂を0,1,5,10,3
0,70g/リットル添加した6種類の電解液を調整し、4
0℃に加熱した。そして、通常のアルカリ脱脂、水洗、
電解脱脂、水洗、酸洗及び水洗の前処理を行ったリン脱
酸銅条材(JIS C1220,0.35×360m
m)を陽極とし、陰極のリン脱酸銅板との間に、4A/
dm2の電流を2分間通電した。続いて、水洗後、室
温、70,220,250℃の温度で夫々乾燥し、巻き
取った。処理後の銅条材から試験片を切り出し、次の試
験を実施した。
【0029】 曲げ加工性;試験片と同一の厚さを有
する銅板を2枚挟んで180°曲げ試験を行い、曲げ部
の皮膜の亀裂及び剥離の状況を調査した。
【0030】 耐食性;JIS Z2371による塩
水噴霧試験を250時間及び500時間行い、皮膜の溶
出、膨れ、剥離及び黒変色の状況を調査した。
【0031】 耐候性;屋外暴露試験(山口県下関
市)を行い、1年後及び2年後における皮膜の溶出、膨
れ、剥離及び黒変色の状況を調査した。
【0032】これらの処理条件及び調査結果を夫々下記
表1及び表2に示す。但し、表2において、×,△,
□,○,◎の順に評価が優れたものであった。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】No.1〜No.7は本発明の実施例、No.8〜
No.11 は本発明の範囲から外れる比較例である。
【0036】水系樹脂を含有しない比較例No.8〜No.10
の試験片は、曲げ加工性試験でいずれも亀裂又は剥離が
発生した。また、耐食性試験では250時間で皮膜の溶
出又は膨れが発生し、耐候性試験でも1年でいずれも皮
膜の溶出又は膨れが発生した。一方、水系樹脂を含有し
た本発明の実施例No.1〜No.7の試験片は、曲げ加工性試
験では全く剥離は発生せず、耐食性試験においては50
0時間、耐候性試験においては2年で軽い皮膜の溶出
と、色調の変化(淡色化)があったが、肉眼でみる限り
大きな変化は認められなかった。
【0037】一方、比較例No.11は水系樹脂を含有した
ものであるが、乾燥温度が250℃と高いため、色調が
濃黄色となり、緑青とは異なる色調になり、好ましいも
のではない。
【0038】実施例2 実施例1と同様の方法で緑青処理を行い、水洗後、Si
2/Na2Oの比が1と3.3である珪酸ナトリウムを
5,50,200g/リットル、有機珪素化合物(N−βア
ミノエチル−γアミノプロピルトリメトキシシラン)を
0,1,10,100g/リットル含有する混合液に50℃
で10秒間浸漬処理し、続いて水洗後、室温、70,1
50,220℃で夫々乾燥した後、巻き取った。処理後
の銅条材から試験片を切り出し、実施例1と同様の試験
を実施した。また、加工性試験については衝撃加工試験
と耐すり疵性試験を追加調査した。
【0039】衝撃加工性;デュポン衝撃加工試験機
(商標名)を用いて下記条件で表打ち及び裏打ちを行
い、皮膜の亀裂及び剥離の発生状況を調査した。ポンチ
径は直径1/2インチ、荷重は500gf、落下距離は
500mmである。
【0040】耐すり疵性;10円銅貨で表面を軽く擦
り、疵のはいり具合を観察した。
【0041】これらの処理条件及び調査結果を夫々下記
表3及び表4に示す。
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】No.1〜No.9は本発明の実施例、No.15 〜N
o.19 は本発明の範囲から外れる比較例を示す。
【0045】本発明の実施例に係る試験片は、比較例の
試験片に対していずれの試験においても優れた性質を示
し、浸漬処理の効果が明らかに認められ、実用上極めて
好ましい密着性及び加工性を有していることがわかる。
【0046】実施例3 実施例1と同様の方法で緑青処理を行い、水洗後、第1
リン酸アルミニウムを10,50,100g/リットル含有
する混合液に50℃で10秒間浸漬処理し、続いて水洗
後、室温、70,150,220℃で夫々乾燥し、巻き
取った。処理後の銅条材から試験片を切り出し、実施例
2と同様の試験を実施した。
【0047】その処理条件及び調査結果を夫々下記表5
及び表6に示す。この表5及び表6において、No.10 〜
No.14 は本発明の実施例を示す。比較例として表3及び
表4に記載のNo.15 〜No.19の試験片と比較すると、実
施例No.10 〜No.14 は、加工性、耐食性及び耐候性が向
上し、実用上優れた密着性及び加工性を有していること
がわかる。
【0048】
【表5】
【0049】
【表6】
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明により電解処
理によって形成された緑青皮膜は、優れた密着性と加工
性を備え、併せて耐食性及び耐候性も優れており、本発
明により、屋根材料として極めて有益な皮膜を形成する
ことができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸塩及び/又は重炭酸塩と、硫酸塩及
    び/又は燐酸塩と、水系樹脂とを含有する電解液中で、
    銅又は銅合金を陽極として電解することにより、緑青皮
    膜を形成することを特徴とする銅又は銅合金材の緑青皮
    膜形成方法。
  2. 【請求項2】 前記緑青皮膜を形成した後、SiO2
    2O(但し、Mはアルカリ金属を示す)の比が1以上
    のアルカリ珪酸塩と有機珪素化合物を含む水溶液で処理
    し、次いで70乃至220℃の温度に加熱することを特
    徴とする請求項1に記載の銅又は銅合金材の緑青皮膜形
    成方法。
  3. 【請求項3】 前記緑青皮膜を形成した後、第1リン酸
    アルミニウムの水溶液で処理し、次いで70乃至220
    ℃の温度に加熱することを特徴とする請求項1に記載の
    銅又は銅合金材の緑青皮膜形成方法。
JP26225091A 1991-10-09 1991-10-09 銅又は銅合金材の緑青皮膜形成方法 Pending JPH0598497A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0721435A4 (en) * 1993-09-20 1998-01-07 Ameron Inc AQUEOUS POLYSILOXANES / POLYSILICATE BINDING AGENT
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