JPH0681166A - 鉄鋼材の表面処理方法 - Google Patents

鉄鋼材の表面処理方法

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JPH0681166A
JPH0681166A JP29492191A JP29492191A JPH0681166A JP H0681166 A JPH0681166 A JP H0681166A JP 29492191 A JP29492191 A JP 29492191A JP 29492191 A JP29492191 A JP 29492191A JP H0681166 A JPH0681166 A JP H0681166A
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JP
Japan
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treatment
treated
layer
chromate
steel
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JP29492191A
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English (en)
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Manabu Ozawa
学 小澤
Kenichi Suzuki
憲一 鈴木
Fusayoshi Miura
房美 三浦
Koji Ozawa
浩二 小澤
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 めっき層とクロメート層との密着性を改良し
てクロム付着量の多いクロメート層を形成し、耐食性を
向上させる。 【構成】 鉄鋼材の被処理面をブラスト被覆法によりめ
っき処理し、多孔質又は凹凸表面のめっき層を形成す
る。この被処理面を温度250℃以下、相対湿度60%
以上の雰囲気下で酸化処理し、最後にクロメート処理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は防食を目的とした鉄鋼材
の表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、鉄鋼材の耐食性を向上させる
ために、犠牲腐食作用をもつめっき層を被処理面に形成
することが行われている。これは、素材(Fe)よりも
卑な電極電位を持つ材料をめっきし、該めっき層を素材
よりも優先的に腐食させることによって、素材自身が腐
食するのを防ぐものである。
【0003】そして、さらに上記めっき層の犠牲腐食作
用を効果的なものとするために、めっき層表面にクロム
化合物を反応付加させるクロメート処理を施すことがな
されている。上記クロメート処理においては、クロム付
着量と耐食性とに相関関係があり、クロム付着量を多く
するほど耐食性を向上させることができる。しかし、多
量のクロムを付着させようとして、クロメート層を厚く
形成することは、めっき層とクロメート層間の密着性が
低下する関係上、困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記めっき層のクロメ
ート処理性を向上させてクロメート皮膜の付着量を増加
させる手法として、特開昭61ー143582号公報に
は、鉄鋼材の処理面に形成されためっき層の表面に酸化
層を形成した後に、クロメート処理することが開示され
ている。
【0005】ここで、上記酸化層の形成は、(a)硝酸
等の酸化性溶液に浸漬する方法、(b)陽極酸化する方
法、(c)高温酸化する方法等により行うことができ
る。ところが、上記(a)の方法では化学薬品を用いる
必要があり、廃液処理コストなどコスト面で不利であ
り、上記(b)の方法では電源設備が必要であり、電気
接点をとることが困難な小物部品の処理がむずかしく、
上記(c)の方法では高温下でめっき層中の元素が拡散
したり結晶形態が変化したりして防食性能が低下する、
といった問題点がある。
【0006】さらに、この方法では、上記酸化処理を施
したとしても、クロム付着量が30μg/cm2 (30
0mg/m2 )を超えるとクロメートの剥離が生じ耐食
性がこれ以上向上しないことが記載されており、より多
量のクロムを付着できないという問題点を有していた。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、上記問
題点を解決しつつ、多量のクロムを密着性よくめっき層
に保持することを可能にして、鉄鋼材の耐食性を著しく
改善することのできる鉄鋼材の表面処理方法の提供を目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の鉄鋼材の表面処
理方法は、鉄鋼材の被処理面をブラスト被覆法によりめ
っき処理する工程と、該被処理面を、温度250℃以
下、相対湿度60%以上の雰囲気下で加熱して酸化処理
する工程と、該被処理面をクロメート処理する工程とを
有することを特徴とする。
【0008】上記めっき処理する工程は、鉄鋼材の被処
理面を機械的にブラスト被覆することにより行われる。
このブラスト被覆法とは、鉄系金属を核としてこの核の
表面に亜鉛系金属などからなる表層をもつ粒子投射材
を、被処理面に投射することにより、その被処理面に粒
子投射材の表層を運動エネルギーにより転写させ、これ
によりめっき層を形成するものである。このブラスト被
覆法の条件は特に限定されるものではない。
【0009】上記酸化処理する工程では、めっき処理し
た被処理面を、温度250℃以下、相対湿度60%以上
の雰囲気下で加熱することにより、OH基やH2 O分子
(結晶水)を含む酸化物又は水酸化物よりなる層が形成
される。なお、この酸化処理は上記めっき処理工程と同
時に行うこともできるが、これについては後述する。酸
化処理は、高温雰囲気で行うほど処理時間の短縮のため
には好ましいが、高温にし過ぎると、めっき層中の元素
が鉄鋼材中へ拡散するとか、めっき層の結晶形態が変化
するとか、犠牲腐食作用を発揮するめっき層中の金属成
分が過剰に酸化物となって失われるため有効目付け量が
低下するといった防食性能の低下に結びつく不都合や、
焼きなましにより鉄鋼材の機械的性質が低下するという
不都合がある。このため、酸化処理温度は250℃以下
とする。なお、被処理面を相対湿度が60%以上の湿潤
雰囲気下に長時間さらすことによって常温処理でも可能
であるが、高温ほど酸化処理時間が短縮できるので好ま
しい。
【0010】上記酸化処理は、高湿度雰囲気で行うほど
処理時間の短縮のために好ましく、また相対湿度が60
%より低いと、上記したような酸化層中に含まれるOH
基やH2 O分子の量が不十分となる。これは、クロメー
ト処理の反応性の低下やクロメート層との密着性の低下
を来し、耐食性が不充分となるため上記相対湿度は60
%以上とする。
【0011】また、上記酸化処理は加圧蒸気中で行うこ
とが酸化処理時間の短縮のために好ましい。酸化処理に
より形成する酸化層の膜厚は、特に限定されないが、1
μm以下の薄層で良く、その結晶構造も特に限定されな
い。なお、上述したように本発明の酸化処理工程は上記
めっき工程と同時に行うこともできる。すなわち、必要
に応じて加熱し、加湿空気を導入しながら上記機械式の
ブラスト被覆を行えばよい。この場合、めっき開始直
後、つまり粒子投射材の投射直後から加湿空気を導入す
ることは、めっき層と鉄鋼材との密着性が低下するため
好ましくなく、めっき終了直前に加湿空気を導入して、
後のクロメート処理反応に係わる表面に近い部分のみに
酸化層を形成することが好ましい。なお、この場合に
は、酸化処理のために装置を準備することが不要とな
る。
【0012】めっき処理及び酸化処理された鉄鋼材の被
処理面はクロメート処理される。このクロメート処理の
条件は特に限定されないが、機械式のブラスト処理法に
より形成されためっき層は一般に膜厚が薄く、クロメー
ト処理時のめっき層の過度なエッチングを避けるため
に、めっき層のエッチングを積極的に行なってその時に
放出される電子で6価のクロムイオンを3価に還元し、
クロムの水和酸化物を形成することにより行う反応型ク
ロメート処理よりも、めっき層を過度にエッチングする
ことなく、処理液に含まれている還元剤の働きにより同
様の物質を形成することにより行う焼き付けまたは塗布
型クロメート処理の方が好ましい。また、同様の理由に
より、クロメート処理の中でもクロム化合物を水に溶か
したエッチング作用の強い水系クロメート処理よりもク
ロム化合物を非水溶媒に溶かしたエッチング作用の弱い
非水系クロメート処理の方が好ましい。
【0013】本発明のクロメート処理では、下地のめっ
き層がブラスト被覆法でめっきされた多孔質または表面
凹凸の激しいものであるため30μg/cm2 を超える
クロム付着量を確保することができる。なお、従来と同
様に、クロメート処理した後、さらに有機塗装を施すこ
とにより、耐食性を一層向上させることができる。上記
有機の種類としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹
脂、アルキド樹脂、フェノ−ル樹脂、フッ素樹脂又はこ
れらの共重合体等が使用できる。この場合、クロメート
層と樹脂層との間の密着力が高いので、30μg/cm
2 を超えるクロム付着量を確保することができ、その結
果耐食性が向上する。
【0014】
【作用】本発明の鉄鋼材の表面処理方法は、機械式のブ
ラスト被覆法によりめっき処理する。このブラスト被覆
法により形成されためっき層は、多孔質となったり又は
表面に凹凸面が形成される。このため、該めっき層の上
に酸化処理により形成される酸化層とクロメート処理に
より形成されるクロメート層との間でいわゆるアンカー
効果が期待できる。したがって、酸化層及びクロメート
層との間の密着力が高まる。
【0015】さらに、めっき層の比表面積は平滑なめっ
き層に比べて増大しているので、従来のクロメート処理
では不可能であったクロム付着量が30μg/cm2
超える高密度のクロメート層が形成でき、耐食性が向上
する。また、上記酸化処理が温度250℃以下、相対湿
度60%以上の雰囲気下で行われる。このため、処理温
度が高過ぎるために起こる不都合、つまりめっき層中の
元素が鉄鋼材中へ拡散するとか、めっき層の結晶形態が
変化するとか、犠牲腐食作用を発揮するめっき層中の金
属成分が過剰に酸化物となって失われて有効目付け量が
低下するといった防食性能の低下に結びつくような不都
合を解消できる。また、処理雰囲気の相対湿度が60%
以上と高いため、OH基やH2 O分子を十分に含んだ酸
化層を形成できる。このOH基やH2 O分子を十分に含
んだ酸化層は、クロメート層を保持する足がかりとして
働き、これらを含んでいない酸化層よりクロメート処理
の反応性を向上させるので、化学的に強固に、かつ緻密
的にクロメート層が形成できる。
【0016】このように、本発明の鉄鋼材の表面処理方
法では、酸化層とクロメート層との密着性を向上させる
ことができるとともに、めっき鋼材上にクロム付着量が
多い高密着のクロメート層を形成することができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 (実施例1)鉄鋼材として、焼き入れ、焼きもどし処理
を施したS45C製のボルトを数十本用意し、このボル
トの被処理面にブラスト被覆法によりめっき処理した。
これは、機械投射型タンブラー方式のブラスト機を用い
て、鉄芯と鉄芯の表面に形成された表層(Zn−Fe−
Al合金)よりなる粒子投射材を、ボルトの被処理面に
連続投射することにより行った。これにより、ボルトの
被処理面にFe8wt%、Al2wt%、Zn90wt
%のめっき層(被覆重量:14g/m2 )を形成した。
【0018】ブラスト機から取り出したボルトを、相対
湿度(RH)95%、温度50℃の大気雰囲気炉内に3
時間放置して酸化処理し、上記めっき層の上に膜厚0.
5μmの酸化層を形成した。この酸化処理前の被処理面
の結晶構造を示すSEM写真(倍率:2170倍)を図
1に、酸化処理後の被処理面の結晶構造を示すSEM写
真(倍率:2500倍)を図2にそれぞれ示す。
【0019】その後、処理液として日本ダクロシャムロ
ック(株)製のクロメート液(クールクロン)を用い、
酸化処理したボルトを該クロメート液に浸漬し、リンス
・乾燥することにより非水系のクロメート処理を行っ
た。これにより、上記酸化層の上にクロメート層(クロ
ム付着量:40μg/cm2 )を形成した。本実施例1
の表面処理を施した上記ボルトのうち5本を抜き取り、
JISーZー2371に規定する塩水噴霧試験と乾燥を
順次行うことを1サイクルとし、これを繰り返して赤錆
の発生状況を調べた。また、比較のため、酸化処理を行
わないこと以外は上記実施例1と同様に表面処理した比
較例1のものについても、同様に試験した。
【0020】この結果、本実施例1の表面処理を施した
ボルトは、いずれも30サイクル経過後においても赤錆
の発生は見られなかった。一方、比較例1のものでは、
5本のボルトのうち2本が7サイクルで、他の3本も1
0サイクルで部分的に赤錆の発生が見られた。 (実施例2、3、4)めっき層の被覆重量を16g/m
2 とすること以外は前記実施例1と同様にめっき処理し
た後、表1に示す条件下でそれぞれ酸化処理した。そし
て、前記実施例1と同様にクロメート処理した。前記実
施例1と同様に赤錆の発生状況を調べた結果を表1に示
す。
【0021】
【表1】 (実施例5)めっき層の被覆重量を20g/m2 とする
こと以外は上記実施例1と同様にめっき処理した後、相
対湿度94%、温度63℃の大気雰囲気炉内に2.5時
間放置して酸化処理し、上記実施例1と同様にクロメー
ト処理した。その後、フッ素系樹脂(商品名:Fコー
ト、日本アチソン株式会社製)を約5μmの厚さに塗装
して実施例5の表面処理を施した。
【0022】比較例5として、上記酸化処理を施さない
こと以外は上記実施例5と同様に表面処理した。前記実
施例1と同様の試験をした結果、実施例5のものは65
サイクル経過後においても赤錆の発生は見られなかった
のに対し、比較例5のものは45サイクル経過後に50
%以上の範囲で赤錆が発生し、65サイクル経過後では
全面に赤錆が発生した。
【0023】また、前記実施例5の表面処理を施した塗
着ボルト5本を50℃のイオン交換水中に100hr浸
漬し、その後引き上げ乾燥し、テープ剥離試験を行なっ
た結果、5本とも樹脂層がはがれることはなかった。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の鉄鋼材の表
面処理方法は、めっき層の比表面積が大きくめっき層と
クロメート層との密着性が向上するので、クロム付着量
の多いクロメート層を形成できる。このため、犠牲腐食
作用にバラツキの少ない高品質の高耐食性表面処理が行
える。
【0025】また、本発明の酸化処理においは、電源お
よび化学薬品が不用であり、小物部品の処理も簡単に行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のめっき処理後の被処理面の結晶構造
を示すSEM写真(倍率:2170倍)である。
【図2】本実施例の酸化処理後の被処理面の結晶構造を
示すSEM写真(倍率:2500倍)である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 28/04 (72)発明者 鈴木 憲一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 三浦 房美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小澤 浩二 愛知県豊田市大林町大林寮2323号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄鋼材の被処理面をブラスト被覆法によ
    りめっき処理する工程と、 該被処理面を、温度250℃以下、相対湿度60%以上
    の雰囲気下で加熱して酸化処理する工程と、 該被処理面をクロメート処理する工程とを有することを
    特徴とする鉄鋼材の表面処理方法。
JP29492191A 1991-10-14 1991-10-14 鉄鋼材の表面処理方法 Pending JPH0681166A (ja)

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