JPH07224399A - 意匠性および耐食性に優れたステンレス鋼基被覆鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステンレスの光沢度を維持し且つ耐食性を向
上させるステンレス鋼基被覆鋼板の製造方法を提供す
る。 【構成】ステンレス鋼基材を１〜２０ｍａｓｓ％硝酸と
０．０５〜１．０ｍａｓｓ％塩酸とからまたは１〜２０
ｍａｓｓ％硝酸と０．１〜３０ｍａｓｓ％燐酸により構
成された混酸の電解液中で、ステンレス鋼基材が＋極の
ときの電流密度が２〜２０Ａ／ｄｍ² 、−極のときでの
電流密度は＋極の場合の３０〜１００％であり、切り替
え時間が１〜１０秒の交番法でト−タル１５〜１２０秒
酸洗処理した後、気相コ−ティング法等で皮膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外装建材等の分野にお
いて使用される、意匠性および耐食性に優れたステンレ
ス鋼基被覆鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、意匠性を有する建材として、ステン
レス鋼板に種々の方法により着色または発色処理を施し
た、いわゆるカラーステンレス鋼板が使用されている。
これらのステンレス鋼板において、意匠性の付与の手段
としては、従来より化学発色法やＴｉＮ等の気相コ−テ
ィング法が使用されている。これらの意匠性を付与され
た鋼板が外装建材として使用されるためには、優れた耐
食性を有する必要がある。耐食性を付与する方法とし
て、例えば特公平４−１４１８４号公報では、硝酸水溶
液中において、ステンレス鋼板に電解酸洗処理を施し
て、その表面を改質した後、気相コ−ティングを行うこ
とにより、耐食性を向上させたステンレス鋼基被覆鋼板
を得る方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、硝酸水溶液中
において電解酸洗を行った場合には、被覆鋼板の耐食性
は向上するが、基板であるステンレス鋼の表面粗さが増
大するため、表面の光沢度が低下し、結果として被覆鋼
板の意匠性が損なわれるという問題点があった。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、被覆の前処理として、それにより基板表面の光沢度
の低下しない電解酸洗処理を使用することにより、意匠
性および耐食性に優れたステンレス鋼基被覆鋼板を製造
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】ステンレス鋼を適当な酸
の水溶液中に浸漬し、陽極として電解を行うと、その表
面より金属成分の陽極溶解が起こり、表面が酸洗され
る。また、ステンレス鋼を陰極として酸の水溶液中で電
解した場合にも、陽極電解の場合と比較してその量は少
ないが、酸の水溶液の作用により表面が酸洗される。こ
れらの場合、電解酸洗によるステンレス鋼の表面粗さの
変化の程度は、電流密度や電解液の組成または粘度等の
電解条件に依存する。本発明者等は、電解酸洗方法を種
々検討した結果、電解液として硝酸を基本組成として各
種の酸を添加した混酸溶液を使用することにより、さら
に交番電解法を採用することにより、ステンレス鋼基被
覆鋼板の意匠性を損なうことなく、その耐食性を向上さ
せる方法を見い出して、本発明を完成するに至った。

【０００５】

【作用】金属材料の腐食反応は、主として環境中に存在
する酸素や水等が、材料の表面で電気化学的または化学
的反応を起こすことにより生起する。ステンレス鋼上に
被覆した皮膜が、その素地であるステンレス鋼に対して
犠牲防食作用を示さない場合には、環境中の腐食性物質
を遮断することにより耐食性向上に寄与する。通常の気
相コ−ティング法によりステンレス鋼上に形成した皮膜
中には、素地鋼に達する多数の微小孔（ピンホ−ル）が
存在しており、環境遮断膜としての機能を十分に発揮す
ることできない。このような場合には、ステンレス鋼自
身の耐食性を向上させる必要がある。通常、ステンレス
鋼の表面には、鉄酸化物層、ＭｎＳ等の介在物および機
械加工時の押し込み片等の、その製造履歴に由来する各
種の表面変質層が存在する。ステンレス鋼の表面にこれ
ら各種の変質層が存在すると、ステンレス鋼の良好な耐
食性を保持するために必要な表面不働態皮膜が連続的に
形成されないため、その耐食性は表面変質層の無いもの
と比較して劣ったものとなる。電解酸洗処理によりステ
ンレス鋼表面の変質層を除去し、ステンレス鋼表層に不
働態皮膜を連続的に形成させることにより、ステンレス
鋼自身の耐食性が向上する。

【０００６】一方、通常の電解酸洗処理を行うと、ステ
ンレス鋼表面において、粒界部等の選択的に除去される
部分が出来るため、表面粗さの著しい増大、光沢度の低
下等が起こり、冷間圧延後の美麗な表面肌が損害され
る。気相コ−ティング法によってステンレス鋼上に形成
される皮膜の厚みは、通常０．１μｍ〜５μｍ程度であ
る。そのため、皮膜形成後のステンレス鋼の表面粗さ
は、被覆前のステンレス鋼基板の表面粗さをほぼそのま
ま受け継いだものとなる。従って、意匠性付与のために
行う気相コ−ティング法の前処理としての電解酸洗処理
の条件としては、耐食性向上のために、ステンレス鋼の
表面変質層を十分に除去し不働態化させ得ること、およ
び、意匠性保持のために、処理により表面粗さの著しい
増大を惹起しないこと、の二つが必要となる。

【０００７】ステンレス鋼の電解酸洗処理について、こ
れらの条件を満足することは、電解液として硝酸と塩酸
の混合水溶液、または硝酸と燐酸の混合水溶液を使用す
ることにより可能である。電解液中への塩酸または燐酸
を添加により、電解酸洗による光沢度の低下を減少させ
ることが出来る。これについて、理由の詳細は現在のと
ころは不明であるが、表面吸着による均一酸洗性の向
上、粘度増加によるレベリング効果、等が考えられる。

【０００８】本発明において、電解液としては１〜２０
ｍａｓｓ％硝酸と０．０５〜１．０ｍａｓｓ％塩酸との
混酸の水溶液、または１〜２０ｍａｓｓ％硝酸と０．１
〜３０ｍａｓｓ％燐酸との混酸の水溶液を使用する。こ
こで電解液中の硝酸の濃度を１ｍａｓｓ％以上と規定す
るのは、硝酸濃度が１ｍａｓｓ％未満では酸洗の効果が
現れ難く、耐食性向上の効果が少ないためである。ま
た、硝酸の濃度を２０ｍａｓｓ％以下とするのは、硝酸
濃度が２０ｍａｓｓ％を越えると酸洗過剰となり易く、
表面粗さの増大およびそれに伴う光沢度の低下が起こる
ためである。電解液中に塩酸を添加する場合には、その
濃度が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合には、塩酸添加の
効果が発揮できず、また１．０ｍａｓｓ％を越えると、
電解酸洗によりステンレス鋼の表面が荒れて光沢度が低
下し意匠性を損なうため、その範囲を０．０５〜１．０
ｍａｓｓ％とする。なお、塩酸を添加した電解液により
電解酸洗処理を施すと、硝酸単独の電解液を用いた場合
と比較して、被覆後のステンレス鋼の耐食性が向上す
る。電解液中に燐酸を添加すると、塩酸を添加した場合
と比較して、電解酸洗による光沢度の低下の度合いをを
少なくすることができる。この場合、燐酸の濃度が０．
１ｍａｓｓ％未満の場合には燐酸添加の効果が発揮でき
ず、３０ｍａｓｓ％を越える場合には酸洗過剰となりや
すいので、燐酸濃度は０．１〜３０ｍａｓｓ％。とす
る。この場合においても、塩酸添加の場合と同様、硝酸
単独の電解液中で電解酸洗した場合と比べ、被覆後の耐
食性は向上する。

【０００９】これらの混酸の電解液を使用して電解酸洗
を行う場合には、交番電解法により電解することが望ま
しい。直流電解法において、ステンレス鋼基材側を＋極
とする陽極法では、短時間で酸洗過剰の状態となり易
く、多品種のステンレス鋼を工業的に処理するには不向
きである。酸洗過剰の場合には、ステンレス鋼基材の肌
荒れが顕著となり光沢度が減少し、意匠性が低下する。
一方、ステンレス鋼基材側を−極とする陰極法の場合に
は、酸洗の効果が不十分であり、耐食性を向上させるた
めには長時間の処理が必要となる。交番電解法の場合に
は、陽極電解と陰極電解の時間、サイクル数および電流
密度等をそれぞれ種々変化させることにより、耐食性お
よび光沢度の双方がともに良好なステンレス鋼基被覆鋼
板を容易に得ることが出来る。

【００１０】電解酸洗における電流密度および処理時間
には相関関係があり、電流密度が小さいと処理時間は長
くなり、電流密度が大きいと処理時間は短くなる。我々
の検討結果では、陽極電解時の電流密度が２〜２０Ａ／
ｄｍ² 、処理時間が１５秒〜１２０秒において耐食性お
よび光沢度がともに良好なステンレス鋼基被覆鋼板が得
られる。この範囲以下では酸洗が不足であり、この範囲
を超える領域では酸洗過剰となる。また交番法における
通電方法についても種々検討した結果、電流密度は、ス
テンレス鋼基材が＋の極性の時に−の場合と同等もしく
はそれ以上とする方が良いことが判明した。＋の極性の
時にはステンレス鋼表面の変質層の除去および不働態化
が行われ、−の極性の時に水素発泡による表面の清浄化
が行われる。そのため、＋側の電流密度を大きくするこ
とで変質層の除去が十分に行われ耐食性の良いめっき鋼
板が得られる。なお、−極側の電流密度を＋極側の３０
〜１００％と規定しているのは、３０％未満では、溶解
と不働態化の作用が強くなり表面肌荒れが生じ、光沢度
が低下するためであり、１００％を越えると表面への不
純物の付着が生じ、十分な耐食性が得られないことによ
る。なお、酸洗における電解パタ−ンとしてはステンレ
ス鋼基材側が＋極で開始され−極と＋極を数回繰り返し
て、＋極で終了するパターンが好ましい。極性の切り替
え時間は、１秒から１０秒の間で行われることが望まし
い。切り替え時間が１秒以下では各極性における電解が
十分に行われない。また、切り替え時間が１０秒以上で
は交番法の効果がなくなる。

【００１１】本発明における電解酸洗法は、処理前のス
テンレス鋼の有する表面粗さをを増大させずに酸洗を行
うものであり、通常ステンレス鋼の表面仕上げとして用
いられる光輝焼鈍：ＢＡ、酸洗：２Ｂ、ヘア−ライン：
ＨＬ等の仕上げ法によらず適用することができる。本発
明の処理法の場合には、処理前にステンレス鋼基材が有
する各仕上げに特有の表面外観を、処理後においても保
持することが可能である。また本発明は、フェライト系
またはオーステナイト系等ステンレス鋼の材質に関わら
ず、何れの鋼種にも適用可能である。なお、ステンレス
鋼を被覆する皮膜の材質については、ＴｉＮをはじめと
してＴｉＣ、ＴｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等あらゆる気相コ−
ティング膜が適用できる。

【００１２】

【実施例】

実施例１ ステンレス鋼基材としてＳＵＳ３０４ヘア−ライン仕上
げ材を使用した。電解酸洗は表１に示す各種電解液中に
おいて、処理温度５０℃、電流密度は両極性共５Ａ／ｄ
ｍ² で行った。電解パタ−ンは、ステンレス鋼基材側の
極性が最初と最後の電解時にそれぞれ＋極となる交番電
解法で行った。電流方向の切り替え時間は５秒である。
気相コ−ティングは、電解酸洗を施したステンレス鋼基
材をアルカリ洗浄した後真空槽中に移し、Ａｒイオンボ
ンバ−ドメントを行い、スパッタリング法により０．１
μｍの厚みのＴｉを被覆した後、最終的にＴｉＮを０．
３μｍ被覆した。各種ステンレス鋼基被覆鋼板の評価項
目として以下を調査した。耐食性は複合サイクル（ＣＣ
Ｔ）試験（塩水噴霧試験（ＳＳＴ）２時間、乾燥４時間
（温度６０℃）、湿潤試験（ＢＢＴ）２時間を１サイク
ルとする。）を３０サイクル後の赤錆発生率により調査
した。耐食性の評価の基準については表１に併記した。
また光沢度は、入射角２０度の光線を電解酸洗直後のス
テンレス鋼基材およびＴｉＮ被覆後のステンレス鋼基被
覆鋼板に対してそれぞれ照射し、その反射光の強度を測
定することにより決定した。本発明の場合、電解酸洗後
に被覆した鋼板の被覆後の光沢度が、電解酸洗無しで被
覆した鋼板のそれの９０％以内である時に良好と、９０
％未満の時に不良と、それぞれ判断した。なお外観の目
安として、分光色差計により明るさ（Ｌ値）を測定し
た。これらの結果を表１に併せて示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１の結果より、本発明の場合、硝酸に塩
酸を添加することにより、光沢度、明るさおよび耐食性
は、比較例である硝酸単独の電解液で処理した場合に比
べ、いずれも向上していることが分かる。光沢度に関
し、比較例である電解酸洗無しの場合、被覆後の光沢度
は７６であり、被覆により金属光沢は失われない。本発
明例の場合には、被覆後の光沢度が６９〜７４の範囲に
あり金属感のある外観は損なわれていなかった。比較例
に示した過酸洗の場合には、被覆後の光沢度が６５以下
に低下し、金属光沢が失われたため鋼板の意匠性が低下
した。光沢度の向上した理由を調査するため、電解処理
後のステンレス表面を走査形電子顕微鏡により観察した
ところ、塩酸の添加により表面の肌荒れが少なくなって
いることが判明した。また、オ−ジェ電子分析法によ
り、酸洗処理後のステンレス鋼基材の表面を深さ方向に
分析したところ、塩酸の添加により表面に濃化したクロ
ム酸化物層の厚みが増加しており、これが耐食性向上の
原因であることが分かった。

【００１５】また、電解酸洗を行うことにより、被覆し
た皮膜の膜質も改善される。すなわち、電解酸洗を施す
と、電解酸洗しない場合に比べて形成される皮膜中のピ
ンホ−ルの数が減少する。これは、電解酸洗によりステ
ンレス鋼基材表面が清浄化されるため、皮膜の付き回り
性が良くなること、また、ステンレス鋼基材表層に存在
するＭｎＳ等の介在物が除去されるため、皮膜に欠陥が
発生し難いこと、等が原因と考えられる。以上のよう
に、電解酸洗したステンレス鋼基被覆鋼板は、ステンレ
ス鋼自身の耐食性向上、およびピンホ−ルの少ない良好
な皮膜形成による環境遮断性能の向上、の相互作用によ
り耐食性が向上する。

【００１６】実施例２ 表２に示す通電パタ−ンにより電解酸洗を行い、その影
響について調査した。電解液としては、１０ｍａｓｓ％
の硝酸に０．５ｍａｓｓ％の塩酸を添加したものを用い
た。使用したステンレス鋼基材および電解酸洗処理後の
気相コーティングはそれぞれ実施例１のそれと同じであ
る。コ−ティング後に、各種特性を評価した結果を表２
に併せて示す。本発明例の場合には、耐食性はいずれも
良好であり、光沢度および明るさも良好である。一方、
比較例の場合には、酸洗不足または酸洗過剰のため、意
匠性の指標である光沢度および明るさと、耐食性をの双
方を満足させることができない。

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によっ
て、ステンレス鋼基材を硝酸を含む混酸の溶液中で電解
酸洗することにより、ステンレス鋼基材の表面肌を荒ら
すことなく表面変質層を溶解除去することが可能であ
り、かつ表層のクロム酸化物層を厚くすることができる
ので、光沢度の低下しないすなわち意匠性に優れかつ耐
食性の良好なステンレス鋼基被覆鋼板が得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋼板上への皮膜形成の前処理
   として、その処理による基板表面の光沢度の低下の少な
   い電解液を用いて電解酸洗を行った後、気相コ−ティン
   グ法等によりステンレス鋼板上に皮膜を形成することを
   特徴とする意匠性および耐食性に優れたステンレス鋼基
   被覆鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 電解液として１〜２０ｍａｓｓ％硝酸と
   ０．０５〜１．０ｍａｓｓ％塩酸とからなる混酸または
   １〜２０ｍａｓｓ％硝酸と０．１〜３０ｍａｓｓ％燐酸
   とからなる混酸より構成された電解液を使用する請求項
   １に記載の意匠性および耐食性に優れたステンレス鋼基
   被覆鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 電解酸洗時の電流密度が、ステンレス鋼
   基材が＋極の時には２〜２０Ａ／ｄｍ² であり、ステン
   レス鋼基材が−極の時には＋極の電流密度の３０〜１０
   ０％であり、極性の切替え時間が１〜１０秒であり、か
   つ全電解時間が１５〜１２０秒である交番電解法により
   電解酸洗を行う請求項１または２に記載の意匠性および
   耐食性に優れたステンレス鋼基被覆鋼板の製造方法。