JPH08503656A - ケイ酸塩化合物による表面保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 摩耗、腐食、熱および火炎に対する保護を提供する、固定した金属または木材表面のような固定表面（１２）上に保護層（１４）を形成する方法。この方法は、最初に製品の表面を調製することを含む。金属製品上で、表面を浄化した後に濃リン酸に対して表面を暴露することにより表面を調製することができる。木材上で、熱水および洗剤のみを用いて表面を完全に浄化することにより表面を調製することができる。好ましくは、一様で連続的な液体の層をその上に形成できるよう表面を調製する。表面を調製した後、１０〜１６％（ｖ／ｖ）のケイ酸塩含有溶液を２０秒間塗布し、華氏３０５度で完全に乾燥させ、表面上にケイ酸塩材料の層（１８）を形成する。乾燥工程の間に、ケイ酸ナトリウムの少なくとも一部が二酸化ケイ素に変換される。次にこの表面に酸を施し、表面上に保護層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 ケイ酸塩化合物による表面保護方法 発明の分野 本発明は、製品の剛性の表面上に保護層を形成する方法に関する。この保護層 は、剛性の表面にケイ酸塩含有溶液の層を塗布し、その層を乾燥させ、乾燥した 層に酸性溶液を施し、保護層の形成を図ることによって形成される。 発明の背景 摩耗や腐食によるような金属および木材製品の破壊は、多くの産業に対して実 質的な経済的打撃を与えている。したがって、このような破壊的な力を阻害する ことには、実質的な商業的価値および実務的価値がある。摩耗や腐食を阻害する １つの方法としては、製品の暴露された表面を覆う保護バリアまたは被膜を使用 するものがある。 種々の種類の保護バリアが使用されている。例えば、有機組成物、例えばペイ ント、ワニス、ラッカー等を、製品の表面に対して直接塗布することができる。 保護バリアとして作用させるためには、有機組成物は処理される表面と和合性で なければならない。また、幾つかの有機組成物の場合には、表面に対する適切な 結合と付着が起こるよう、塗布の前に表面を予備処理する必要がある。例えば、 アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に対してペイントを塗布する場合、 ペイントが表面に付着するよう、表面を完全に浄化し、「粗面処理」または「酸 洗い」しなければならない。しかしながら、比較的薄いペイントを使用する場合 は、「粗面処理」または「酸洗い」した下部に延在する表面がペイント層を通し て見えることがあり、これは望ましくないであろう。また、幾つかの有機組成物 によって形成された保護バリアは、比較的軟質であり、摩耗や腐食に対して抵抗 性ではないこともある。 他の種類の保護バリアは、種々の金属表面に化学的に結合させるケイ酸塩化合 物を使用する物である。摩耗や腐食に抵抗性である硬質で平滑な表面を形成す るために、種々のケイ酸塩化合物を使用できることは広く知られている。Casson らに対する米国特許第3,658,662号には、リソグラフ処理で使用される、アルミ ニウムまたはアルミニウム合金製のリソグラフ用板が開示されているが、これは ケイ酸化されて、板の表面と、腐食性のジアゾニウム塩および他の感光性被膜と の間の硬質で平滑なバリアを与えるものである。ケイ酸塩化合物の他の利点は、 その耐熱性および耐火性の性質である。例えば、Kimに対する米国特許第4,810,7 41号には、ケイ酸塩化合物を含有する耐火性で不燃性の材料の合成方法が開示さ れている。しかしながら、このようなケイ酸化した材料であっても、なお受容し 得ない程高レベルの腐食が起こることがあり、また溶剤によって溶解する傾向が ある。 ケイ酸塩化合物を使用する被膜の１つの種類は、例えばCassonらに対する米国 特許第3,658,662号に開示されているような、電気分解法を使用して塗布される ものである。この方法は、ケイ酸ナトリウムまたは他の塩の塩基性電解質溶液と 、アノードとして作用するアルミニウム片とを使用することを伴う。ケイ酸アル ミニウムのバリアがアルミニウムアノードの表面に形成されるよう、アルミニウ ムアノードとカソードとの間に電気を供給する。しかしながら、この方法は、木 材のような電気を伝導しない表面に対しては使用することができない。 幾つかの従来技術の保護被膜、特に金属のための被膜は、クロム酸塩やカドミ ウムのような毒性の物質も含有するものである。この種の物質は環境に対して有 害であるばかりか、廃棄するのに費用がかさむ。この種の被膜を生成する方法、 例えば広く使用されているクロム酸塩変換被覆法では、他の廃棄物の廃棄の問題 も発生する。更に、この種の方法によって作製された被膜は、摩耗に対する大き い抵抗性が欠如している。したがって、有毒または環境に対して有害な物質を使 用せず、摩耗に対するより大きい抵抗性を与える、金属および他の材料のための 改良された保護被膜に対する必要性は大きい。 要旨 従来技術の保護被膜と対照的に、本発明の方法によって形成した保護層は、製 品の相対的に剛性の表面のための被膜を与えるものであり、これは摩耗、腐食、 溶剤、火炎および他の破壊的な力に対して高度に抵抗性である。この保護層は、 それ自体更なる危険な廃棄物を発生しない方法によって無毒の材料から形成され る。したがって、本発明は、剛性の表面のための被膜の保護層の技術において、 顕著な改良を提示するものである。 １つの態様では、剛性の表面上に保護層を形成するために、製品の剛性の表面 を処理する方法が開示され、これは、 （ａ）製品の剛性の表面上に親水性の表面を形成し、 （ｂ）親水性の表面に対してケイ酸塩含有溶液を塗布し、これにより親水性の 表面上にケイ酸塩含有溶液の連続層を形成し、 （ｃ）親水性の表面上のケイ酸塩含有溶液の層を乾燥させ、製品の剛性の表面 上にケイ酸塩材料の乾燥した層を作製し、 （ｄ）ケイ酸塩材料の乾燥した層を酸に暴露し、これにより剛性の表面上に保 護層を形成する工程を含む。 この方法では、親水性の表面は、化学的手段および機械的手段、例えば表面を 研磨紙で磨くことを含む種々の手段のいずれかによって生成することができる。 親水性の表面は、ケイ酸塩含有溶液に暴露する前に濯ぐこともできる。 この方法では、ケイ酸塩含有溶液は、１０〜１００％（容量）のケイ酸塩化合 物を含有する。好ましくは、ケイ酸塩含有溶液は、２０〜４０％（容量）のケイ 酸塩化合物を含有する。ケイ酸塩含有溶液は好ましくはケイ酸ナトリウム溶液と もするが、ケイ酸塩含有溶液は同様にケイ酸カリウム溶液とすることもできる。 親水性の表面をケイ酸塩含有溶液に暴露する場合、ケイ酸塩含有溶液の層を形成 するために、これを１〜６０秒間暴露することができる。ただし、好ましくは親 水性の表面は、２０秒間以下ケイ酸塩含有溶液に暴露するものとする。 本方法の乾燥工程は、好ましくは親水性の表面上のケイ酸塩含有溶液の層を加 熱することを含む。ケイ酸塩含有溶液の層は、少なくとも華氏３０２度に加熱す べきである。この方法では、加熱工程は、華氏約６８〜４８０度の初発温度を有 する環境に対して親水性の表面上のケイ酸塩含有溶液の層を暴露した後、華氏３ ０２〜４８０度の温度に到達するまで毎分華氏約３０〜６０度の速度で環境の温 度を上昇させることを含む。好ましくは、この工程は、華氏１２０〜１５０度の 初発温度を有する環境に対して親水性の表面上のケイ酸塩含有溶液の層を暴露し た後、華氏３０５〜３５０度の温度に到達するまで毎分華氏約３０〜６０度の速 度で環境の温度を上昇させることを含む。全乾燥工程は、約２〜５０分、好まし くは６〜１５分の間継続する。 本方法で使用する酸は、１〜９容量％の酸を含有する酸性溶液とすることがで きるが、酸性溶液は、好ましくは１０〜３０容量％の酸を含有するものとする。 この酸は、安価で容易に利用可能なリン酸とすることができる。ケイ酸塩材料の 乾燥した層は、約５〜１２０秒、好ましくは２０〜５０秒の間酸性溶液に対して 暴露する。この態様では、ケイ酸塩材料の乾燥した層を酸性溶液に暴露する際に 、酸性溶液を華氏６８〜１８０度とすることができる。 １つの態様では、改良された耐腐食性および他の特性を提供するために、前記 工程（ｂ）〜（ｄ）を複数回繰返す。この態様および他の態様では、保護層を濯 いで過剰の酸を除去する。 本発明の他の態様は、保護層が形成された剛性の表面を有する製品を含み、こ の保護層は、 （ａ）製品の剛性の表面上に親水性の表面を形成し、 （ｂ）親水性の表面に対してケイ酸塩含有溶液を塗布し、これにより親水性の 表面上にケイ酸塩含有溶液の連続層を形成し、 （ｃ）親水性の表面上のケイ酸塩含有溶液の層を乾燥させ、製品の剛性の表面 上にケイ酸塩材料の乾燥した層を作製し、 （ｄ）ケイ酸塩材料の乾燥した層を酸に暴露し、これにより剛性の表面上に保 護層を形成することにより形成する。 本発明の他の代替的な態様では、剛性の表面上に保護層を形成するために、剛 性の表面を有する製品を処理する方法が提供され、これは、 （ａ）製品の剛性の表面に対してケイ酸塩含有溶液の一様な層を塗布し、 （ｂ）ケイ酸塩含有溶液の一様な層を乾燥させ、剛性の表面上にケイ酸塩材料 の乾燥した層を作製し、 （ｃ）ケイ酸塩材料の固体層を酸に暴露し、これにより剛性の表面上に保護層 を形成する工程を含む。 この方法は、ケイ酸塩含有溶液の一様な層を剛性の表面に塗布する前に、剛性 の表面上に親水性の表面を設ける工程を更に含むことができる。 本発明の更に他の態様では、剛性の表面上の保護層が開示され、この保護層は 、 二酸化ケイ素を含む外側層であって、非多孔質である外側層と、 二酸化ケイ素および金属酸化物を含む内側層であって、水溶性である内側層と から構成される。 本発明のこれらの観点および他の観点並びに態様を、以下に更に詳細に説明す る。 図面の簡単な説明 図１は、ケイ酸塩の内側層と外側二重層とから構成されるその上に形成された 保護層を有する金属製品の断面図である。 図２は、ケイ酸塩の２つの内側層と外側二重層とから構成されるその上に形成 された保護層を有する金属製品の断面図である。 図３は、２つの二重層から構成されるその上に形成された保護層を有する金属 製品の断面図である。 図４は、ケイ酸塩の２つの内側層と外側二重層とから構成されるその上に形成 された保護層を有する木材製品の断面図である。 図５は、ケイ酸塩の内側層と外側二重層とから構成されるその上に形成された 保護層を有する木材製品の断面図である。 図６は、その上に保護層を形成するために剛性の製品を処理する本方法の好適 な態様の１つの観点の概略図である。 発明の詳細な説明 本発明は、表面上に保護層を生成するために製品の剛性の表面を処理する改良 された方法を含む。金属のような全ゆる相対的に剛性の材料の表面を本方法によ って処理し、その金属の表面の保護を図ることができると考えられる。本方法に よって生成した保護層は、実質的な量の二酸化ケイ素を含有すると考えられ、大 半の化学溶剤に実質的に抵抗性であることが見出されている。 この発明の方法によって生成した保護層を使用し、表面に対するペイントの付 着を促進するのみならず、この種の表面に対して光沢のある仕上げを与えること ができる。ただし、この保護層は、腐食や摩耗のような環境による損傷から表面 を保護するのに特に有用であることが見出されている。特に、本方法によって生 成した保護層は、金属表面を腐食から保護するのに大きく役立つことが見出され ている。例えば、本方法によって処理したアルミニウムおよびスチールの表面は 、腐食から実質的に保護された。処理したアルミニウムおよびスチールの表面を 、種々の暴露持続時間をもって、ＡＳＴＭ−Ｂ１１７塩噴霧腐食促進試験、およ びＭｉｌ仕様Ｃ−５５４１によるペイント付着試験に供した。アルミニウム合金 をこの種の試験に１６８時間および３３６時間供したところ、これらの試験に供 するアルミニウム合金について規定された基準に合致し、これを越えることが見 出された。またスチールおよび亜鉛で被覆したスチール合金をこの種の試験に１ ．５、２、４、１２、２４、４８および９６時間供したところ、同様にこの種の 合金について設定された基準に合致し、これを越えることが見出された。 １つの態様では、ここに開示する方法により、ケイ酸塩の１以上の内側層を覆 う二酸化ケイ素の外側層から構成される保護層が形成される。この種の保護層を 形成するために、この方法では最初に、金属または木材製品のような製品上に固 定表面を生成する。固定表面は、最初に洗剤および熱水を用いて表面を洗浄する ことによって生成する。次に、金属製品の場合、表面に対してエッチングするか 化学的に反応してその上に薄い皮膜層を形成する固定酸溶液に表面を暴露する。 皮膜層は、金属酸化物材料のような結合物質を含有し、これにより次の工程で形 成されるケイ酸塩の層が表面に結合するのが可能となる。この態様の１つの観点 では、固定酸は、金属酸化物と金属オルトリン酸材料とを含む薄い皮膜層を形成 するリン酸とする。金属製品上の表面を酸に暴露した後、表面に堅固に結合して いない過剰の酸、酸化物または他の不純物を、布で表面を拭うことにより、また は加圧した熱水で表面を洗浄することにより強制的に除去する。木材製品の場合 、固定表面を生成するのに必要な更なる工程はない。 固定表面を製品上に生成した後、次にこれをアルカリまたはアルカリ土類金属 ケイ酸塩溶液に暴露する。種々の種類のケイ酸塩溶液をこの方法で使用すること ができるが、好適な方法では、１８〜３３％（ｖ／ｖ）のケイ酸ナトリウム溶液 に固定表面を暴露する。暴露の後、好ましくは華氏３０２度の温度で固定表面を 完全に乾燥させ、固定表面を覆うケイ酸塩の薄層を形成する。乾燥工程の際に、 ケイ酸塩の一部が二酸化ケイ素に変換されると推定される。木材表面の場合、こ の最初の暴露の際に、ケイ酸塩溶液が、表面に沿って位置する木材繊維に部分的 に吸収されると推定される。吸収されるケイ酸塩溶液の量は、木材の種類、木材 の多孔度、および暴露の長さに依存する。 この方法の途中でケイ酸塩の第１の層に亀裂や他の欠陥が発生し得るため、全 工程を繰返し、ケイ酸塩の下部層の上に複数のケイ酸塩の層を形成することがで きる。ケイ酸塩のそれぞれの層により、摩耗、腐食、火炎および熱に対するより 大きい製品の保護が与えられる。ケイ酸塩の最終層を形成して乾燥させ、次にこ れを酸性溶液のような強い酸に暴露する。この暴露の間に、ケイ酸塩の最終層は 、ケイ酸塩の内側層と二酸化ケイ素の外側層とから構成される外側二重層構造へ と転換される。全工程が完了すると、保護層は、少なくとも部分的に二酸化ケイ 素へと変換したケイ酸塩の複数の内側層と、ケイ酸塩の内側層および二酸化ケイ 素の外側層を含む外側二重層とから構成されるものとなる。 前記した方法は、その上の後続するケイ酸塩の層を形成する前に、ケイ酸塩の 乾燥した層のそれぞれを酸に暴露することにより、更に改変することができる。 これにより、前記した外側二重層と同様に、固定表面を覆う複数の二重層が生成 され、これにより保護層の摩耗、腐食、火炎および熱に対する抵抗性が改良され る。この代替的な方法を使用する場合、ケイ酸塩の層のそれぞれを、ケイ酸塩の 層と二酸化ケイ素の外側層とから構成される内側二重層へと転換する。大半の用 途について、外側二重層の下に１つの内側二重層を形成し、十分な保護を提供す るものとする。全工程が完了したならば、金属または木材製品の上に保護層を形 成し、摩耗、腐食、熱および火炎からこれを保護する。 １つの態様では、本方法を使用して金属および木材の表面を保護することがで きる。ここで使用するように、「金属」という用語は、スチール、アルミニウム および関連する合金を含む金属および金属合金を包含する表面に言及するもので ある。同様にここで使用するように、「木材」という用語は、全ての種類の木材 および木材製品に言及するものである。本方法のこの態様を他の材料で作製され た製品に対しても使用し得ることは明らかである。 図１に示すように、ここに開示する方法を使用し、金属製品のような製品１０ の固定表面１２上に保護層１４を形成することができる。保護層１４は、ケイ酸 塩材料の内側層１８を覆う外側二重層構造２２から構成されると考えられる。本 方法のこの態様により金属製品を処理する場合、固定表面１２を製品１０の上に 生成する。ただし、本方法における固定表面の生成は任意である。固定表面を生 成するために、処理する表面を最初に浄化して乾燥させる。特定の浄化および乾 燥の方法が好適であるというわけではなく、温水と洗剤で十分であることが分っ ている。次に、表面に対してエッチングするか化学的に反応する固定酸溶液に表 面を暴露し、その上に薄い皮膜層１６を形成する。この薄い皮膜層１６は、好ま しくは金属酸化物材料のような結合物質を含有し、これにより後に形成するケイ 酸塩の層が表面に結合するのを可能とする。この態様の１つの観点では、固定酸 溶液は２０〜２５％リン酸とし、３〜１０分間表面上に止める。固定酸溶液とし てリン酸を使用する場合、これが表面に対してエッチングして化学的に反応し、 金属オルトリン酸と金属酸化物塩とから構成される薄い皮膜層１６を形成すると 推定される。塩酸のようなリン酸よりも強い酸を金属表面に対して使用する場合 、表面の過剰な酸化が起こる可能性がある。 処理する表面を固定酸溶液に暴露するにはいずれの方法を使用してもよいが、 １つの方法では、固定酸溶液を含む酸の浴に製品１０を完全に浸漬する。好まし くは、酸の浴を華氏１２０〜１４０度に加熱し、反応を加速すると共により一様 な表面の外観を形成する。ただし、酸溶液の濃度が高いか、または低い場合は、 これに従って反応時間および温度を減少または増加させることができる。 皮膜層１６を金属表面上に形成した後、表面を布で拭うか、温水中で洗浄し、 全ゆる過剰の酸または全ゆる不純物を強制的に除去する。汚染物質として一般的 に言及する不純物は、表面上で形成される種々の酸化物およびリン酸塩（典型的 には銅およびマグネシウム塩）を含む。汚染除去と呼ぶこの洗浄工程は、外観的 価値のためにのみ行うものである。汚染物質は、保護層の生成または機能を妨害 するとは認められないためである。好適な方法では、温水または熱水（華氏１２ ０〜１４０度）を用いて皮膜層１６を洗浄することにより汚染除去を行う。圧力 および擦り取り操作並びに他の汚染除去方法も使用することができる。汚染物質 は、アルミニウム合金上の暗い灰色乃至黒色の色によって明らかである。浄化と 濯ぎの後に、皮膜層１６を乾燥させる。 次に、皮膜層１６をアルカリ金属またはアルカリ土類金属ケイ酸塩溶液に暴露 し、固定表面１２の上にケイ酸塩の内側層を形成する。アルカリ金属ケイ酸塩溶 液は、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸リチウムよりなる群から 選択することができる。アルカリ土類金属ケイ酸塩溶液は、ケイ酸ベリリウム、 ケイ酸マグネシウムおよびケイ酸カルシウムよりなる群から選択することができ る。好適な態様では、浸漬または噴霧によって、皮膜層１６を１８〜３３％（ｖ ／ｖ）のケイ酸ナトリウム溶液に暴露する。金属製品１０に対して使用する場合 、ケイ酸ナトリウム溶液への暴露の際に、皮膜層１６に認められる金属オルトリ ン酸または金属酸化物材料が溶液中のケイ酸ナトリウムと結合し、ケイ酸塩の内 側層１８を形成すると推定される。ケイ酸塩溶液に対する実際の暴露時間は、処 理する製品および表面の種類に応じて、約１〜１０分で変動し得る。例えば平滑 な表面の場合、荒い表面や凹凸のある表面と比較して、より短い暴露時間が必要 である。同様に、幾つかの材料は、他と比較してより長い暴露時間を必要とする 。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された表面は、マグネシ ウムまたはマグネシウム合金の表面より短い暴露時間を必要とする。 皮膜層１６をケイ酸ナトリウムの溶液に暴露した後、ケイ酸塩の層１８を十分 に高い温度で完全に乾燥させる。この方法の次の工程に進む前に、皮膜層１６を 完全に乾燥させることが重要である。好適な態様では、乾燥工程は、華氏３０２ 度以上のオーブン内で実施する。この温度では、完全な乾燥には約２〜３０分か かる。ケイ酸ナトリウムを華氏３０２度以上で乾燥させると、その一部が二酸化 ケイ素に変換され、これにより摩耗や腐食に対する内側層１８の抵抗性が増加す ると認められることを突き止めた。温度または乾燥時間を加減することにより、 ケイ酸ナトリウムの二酸化ケイ素への変換の量をそれぞれ加減し、異なる摩耗お よび腐食抵抗性の性質を有する層を生成することができる。 内側層１８を完全に乾燥させた後、好ましくはこれを再度１８〜３３％（ｖ／ ｖ）のケイ酸ナトリウム溶液に約１〜３分暴露し、その後前記と同様に乾燥させ 、第１の内側層１８を覆うケイ酸塩の第２の層２０を形成する。内側層１８を生 成するのに使用したケイ酸ナトリウム溶液に対する最初の暴露とは異なり、第２ の層２０を形成するためにケイ酸ナトリウム溶液に暴露する長さは臨界的なもの ではない。再び乾燥温度および乾燥時間を調節することにより、二酸化ケイ素に 変換されるケイ酸ナトリウムの量を選択的に調節することができる。 第２の層２０が完全に乾燥した後、好ましくは酢酸、ホウ酸、炭酸、塩酸、硝 酸、リン酸および硫酸よりなる群から選択される酸性溶液のような酸にこれを暴 露する。この暴露の際に、第２の層２０は一様な二重層２２へと変換される。二 重層２２は、第２の層２０の下部部分と、二酸化ケイ素の外側層２４とから構成 される。酸溶液への暴露の際に、酸は、第２の層２０内のケイ酸塩材料と化学的 に反応し、二酸化ケイ素の外側層２４を形成する。好適な方法では、華氏１２０ 〜１４０度に加熱した２０〜２５％（ｖ／ｖ）のリン酸に第２の層２０を暴露す る。この酸をこの温度に加熱した場合、暴露時間は約１５〜３０分である。アル ミニウムについては、酸の温度が室温（華氏約６８〜１４０度）である場合、暴 露時間は約２〜７分とすべきである。この暴露の後に、二酸化ケイ素の外側層２ ４は硬質で平滑となり、一様な外観を有するものとなる。これはケイ酸ナトリウ ムより硬いため、二重層構造２２と共に形成された保護層１４は、ケイ酸ナトリ ウムの単一層よりも摩耗や腐食に対してより抵抗性となる。 図２に示すように、ケイ酸塩の第２の層２０を二重層構造２２に変換すること に代えて、ケイ酸塩の第２の層２０の上にケイ酸塩の第３の層２６を形成し、保 護層１４よりも大きい保護を与える第２の保護層２５を形成することができる。 第２の保護層２５を形成するために、第２の層２０を形成するのに使用した前記 言及した工程を使用し、第３の層２６を形成する。完全に乾燥させた後に第２の 層２０をリン酸に暴露するのではなく、その代りにこれを１８〜３３％のケイ酸 ナトリウム溶液に暴露する。乾燥の後、ケイ酸塩の第３の層２６を形成し、その 後これを２０〜２５％のリン酸に暴露し、外側二重層２８を形成する。二重層２ ２と同様、二重層２８は、ケイ酸ナトリウムにより作製された第３の層２６と、 二酸化ケイ素の外側層２９とから構成される。 全工程が完了すると、比較的平滑で硬質の保護層１４および２５を製品１０の 表面上に形成することができる。これらはそれぞれ外側二重層２２または２８に よって覆われた１つまたは２つのケイ酸塩の内側層１８および２０から構成され る。保護層１４および２５は、酸、アルカリおよび塩水の作用によって生ずる摩 耗や腐食に対して極めて抵抗性であり、ガラスのような外観である。これらの層 は、ペイント、ワニス等の有機組成物で被覆することができる。 前記の方法を使用することにより、ケイ酸ナトリウムのそれぞれの内側層１８ 、２０の頂部表面上に亀裂または細孔が形成され得ることが分った。これは、保 護層１４および２５の全体的な機能に影響を与え得る。この種の亀裂または細孔 は、一部は処理されるその下に延在する材料の熱力学的性質によるものであろう 。異なる初発および最終温度で、かつ異なる長さの時間の間、ケイ酸塩含有溶液 を乾燥させることに関して、この問題を克服する１つの方法を以下に説明する。 この問題を取扱う他の方法は、その上の後続するケイ酸塩の層を形成する前に、 ケイ酸塩のそれぞれの下部層１８または２０を酸に暴露するものである。このよ うにして、固定表面１２の上に複数の二重層を形成することができる。 図３は、製品１０の暴露表面上に形成された第３の保護層５０を示すものであ り、これは製品１０の固定表面１２の上に形成された２つの二重層５２および５ ５から構成されている。保護層１４および２５を形成するために前記言及した工 程を使用し、２つの二重層５２および５５を固定表面１２の上に作製する。最初 に皮膜層１６を固定表面１２の上に形成する。その後、ケイ酸塩の第１の層１８ と二酸化ケイ素の第１の層５４とから構成される内側二重層５２を固定表面１２ の上に形成する。内側二重層５２を形成した後、ケイ酸塩の第２の層２０と二酸 化ケイ素の外側層５７とから構成される外側二重層５５をこの上に形成する。た だし、更なる保護が必要な幾つかの用途については、固定表面１２の上に追加二 重層（図示せず）を形成することができる。 製品１０の上に保護層５０を形成するために、前記言及した方法を使用し、固 定表面１２、皮膜層１６およびケイ酸塩の第１の層１８を製品１０の上に最初に 形成する。第１の層１８を完全に乾燥させ、二酸化ケイ素へと部分的に変換した 後、華氏約１２０〜１４０度に加熱したリン酸にこれを約１５〜３０秒間浸漬し 、 二酸化ケイ素の内側層５４の形成を図る。内側層５４は、保護層１４を形成する 際に生成した外側層２４に類似するものである。冷却の後、約１〜３分の間１８ 〜３３％（ｖ／ｖ）のケイ酸ナトリウム溶液に内側二重層５２を暴露し、乾燥さ せてその上にケイ酸ナトリウムの第２の層２０を形成する。その後、前記したよ うに第２の層２０を約１５〜３０秒間熱リン酸に浸漬し、その上に二酸化ケイ素 の外側層５７を形成する。この方法が完了すると、内側および外側二重層５２お よび５５がそれぞれ製品１０の上に形成される。 本方法のこの態様を種々の木材表面に対して使用し、摩耗、腐食、熱および火 炎に対する保護を与えることもできる。図４に認められるように、代替的な態様 では、木材で作製された製品３０の暴露表面上に保護層３４を形成することがで きる。金属製品の場合と同様、この態様では、保護層３４が製品３０に適切に付 着するよう、固定表面３２を製品３０上に最初に形成すべきである。固定表面３ ２は、熱水または温水および洗剤を用いて数分間洗浄して濯ぎ、全ての汚れ粒子 または外来物質を木材の細孔から除去することにより形成する。木材は大半の金 属物質より多孔質であるため、木材表面の洗浄および外来物質の除去は、金属表 面の場合より重要である。金属表面に対して使用した方法とは異なり、固定表面 ３２を生成するのに酸を使用しない。 固定表面３２を調製した後、前記したようにこれをケイ酸塩含有溶液に暴露す る。好適な態様では、約１〜３分の間１８〜３３％（ｖ／ｖ）のケイ酸ナトリウ ムの溶液に固定表面３２を暴露する。この工程の間にケイ酸ナトリウム溶液が木 材の細孔や表面の亀裂に浸透し、ケイ酸塩の第１の層３６が形成される。暴露の 後、室温またはその付近でケイ酸ナトリウムの第１の層３６を乾燥させる。木材 製品が耐える場合は、より高い温度を使用することができる。ケイ酸ナトリウム 溶液への暴露の際に、この溶液が木材の繊維に吸収され、ケイ酸塩材料が乾燥さ れるにつれて、これが硬化して木材の繊維の間で結晶構造を形成すると推定され る。ケイ酸ナトリウムの小部分が乾燥の際に二酸化ケイ素に変換されることも推 定される。この結果、ケイ酸塩の第１の層３６は比較的硬質となり、固定表面３ ２に堅固に結合する。第１の層３６を形成した後、後続するケイ酸塩の第２およ び第３の層３８および４０を、それぞれ第１の層３６の上に形成する。本方法の この態様により金属製品を処理する場合として、次の工程に進む前に、ケイ酸塩 の第２および第３の層３８および４０を十分に乾燥させ、適切な量の二酸化ケイ 素の形成を図ることが重要である。 ケイ酸塩の第３の層４０を乾燥させた後、製品１０の処理の場合と同様に、こ れを酸に暴露する。好適な態様では、華氏１２０〜１８０度の温度で約３分間、 ２０〜２５％（ｖ／ｖ）のリン酸を使用する。外側層４０は、同様に二酸化ケイ 素により作製された外側層４２と内側層により作製された内側層４０とから構成 される二重層４１に変換されると推定される。二酸化ケイ素の外側層４２を乾燥 させた後、二重層４１により覆われた２つのケイ酸塩の内側層３６、３８から構 成される、硬質で平滑な保護層３４が、製品３０の固定表面３２の上に形成され る。 図５に示すように、幾つかの用途については、１つのケイ酸塩材料の内側層３ ６と１つの外側二重層４１とから構成される代替的な保護層４５を形成するのが 必要な場合もある。 以下の実施例により前記した方法を説明する。 実施例１ 本発明の前記実施態様を使用してアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面 を処理する代表的な方法は以下の通りである。 ２枚のアルミニウムパネル試料を処理した。試料１は２０２４ Ｔ−３素材か らなり、試料２は６０６１ Ｔ−６素材からなるものとした。両パネルは寸法３ インチ（Ｗ）×１０インチ（Ｌ）で厚さ０．０３９インチであった。まず、試料 １および２を洗剤と水で洗浄し、華氏１４０度でオルトリン酸の２５％溶液に３ 分間浸漬した。この酸性溶液を加熱して反応速度を増し、外観をより一様なもの とした。次に、試料１および２を酸性溶液から取り出したところ、試料１には濃 黒色の粉ふき皮膜が形成され、試料２には明るい灰色の粉ふき皮膜が形成されて いた。各試料をスポンジと湯で拭いて両試料の粉ふき皮膜を除去した。皮膜を除 去してしまうと、試料１および２の表面ははっきり異なる銀白色をしていた。こ の色は各試料の表面上にオルトリン酸アルミニウムが形成されたために生じたも のと思われる。試料１および２を華氏６０度の浴に１分間浸して冷却した。これ らの試料がまだ濡れているうちに１６％ケイ酸ナトリウム溶液に入れて１分おい た。続いて試料１および２をケイ酸ナトリウム溶液から取り出して華氏２００〜 ３１５度に加熱したオーブンに入れ、約３０分かけて乾燥させた。１０分後、試 料１をオーブンから取り出し、室温にて冷却した。試料１および２のいずれも平 滑でガラス様の表面を有していたことに注意されたい。冷却後、試料１および２ を１８％ケイ酸ナトリウム溶液に戻して３分おいた。この試料１および２をオー ブンに戻して３０分おき、続いてオーブンから取り出して室温まで冷ました。冷 めた試料１および２を再び２５％オルトリン酸に入れて３分おいた。 試料１および２の表面は、硬質かつ平滑でガラス様に見える。ＡＳＴＭ Ｂ− １１７又はＭｉｌ仕様Ｃ−５５４１によって試料１および２の耐食性を試験した 。試料１および２のペイント付着性もＭｉｌ仕様Ｃ−５５４１に対して試験した 。試料１および２の両方が各試験の仕様に合格した。 各試料の耐熱性および耐火性については、同様のアルミニウム片で未処理の物 と処理試料との燃焼性を比較して試験した。処理試料および未処理試料を華氏２ ０００〜２５００度で燃焼するアセチレン火炎に曝露した。未処理試料は約３０ 秒で灰になった。残留物は全くたまっていなかった。一方、処理したアルミニウ ム試料１および２は曝露数秒後に屈曲した。約２分８秒後、アルミニウム材料は 皮膜層の両側間から徐々に燃えていった。この時点で試験を終了した。アルミニ ウム灰残留物は全く認められなかった。 実施例２ 本発明の前記実施態様を使用してスチールまたは合金で作られた物品の表面を 処理するための代表的な方法は以下の通りである。 寸法４インチ（Ｗ）および６インチ（Ｌ）で厚さ０．０４１インチの４１３０ スチール製スチールパネル試料１〜３を処理した。まず、試料１〜３を洗剤と湯 で洗浄してグリースおよび油を除去し、オルトリン酸の２５％（容量）溶液に浸 漬して華氏１２０度で維持した。このステップによってケイ酸ナトリウムと結合 し得るオルトリン酸鉄が形成される。次に試料１〜３を冷水で水洗して３３％ （容量）ケイ酸ナトリウム溶液に浸漬し、華氏４０度で維持した。試料１〜３を 華氏３０５度、３０分で乾燥させ、露出面上で部分的に二酸化ケイ素に転化した ケイ酸ナトリウムの第１の層を形成した。試料１〜３を室温まで冷まし、華氏１ ２０度で約１５秒オルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した。このステッ プによって、ケイ酸ナトリウムの第１の層の上に硬質かつ不溶性の二酸化ケイ素 層が形成され、表面を二重層構造で被覆した形となる。続いて試料１〜３を水洗 して冷却し、３３％ケイ酸ナトリウム溶液に再度浸漬して露出面上にケイ酸ナト リウムの第２の層を形成した。試料１〜３を華氏３０５度で約３０分かけて乾燥 させ、室温まで冷ました。この試料１〜３を華氏１２０度で約１５秒２５％オル トリン酸溶液に浸漬し、試料上に二酸化ケイ素とケイ酸ナトリウムの二重層構造 を形成した。次に試料１〜３を冷水で水洗し、華氏３０５度で５分かけて乾燥さ せた。試料１〜３をＡＳＴＭ−Ｂ１１７塩噴霧試験で試験したところ、１／３時 間、１時間、２時間、２４時間の各試験に無事に合格した。このことから、本工 程で形成された保護層は標準的な試験条件下では腐食抑制物として作用している ことが分かる。 実施例３ 本発明の前記実施態様を使用して銅または銅合金の表面を処理するための代表 的な方法は以下の通りである。 銅管試料を試験した。管の寸法は１２インチ（Ｌ）×１／２インチ（Ｉ／Ｄ） ×１／８側面厚であった。まず、洗剤と湯で試料を洗浄してグリースおよび油を 除去し、華氏１２０度でオルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した。この ステップによって試料の露出面上にオルトリン酸銅の薄膜層が形成される。ケイ 酸ナトリウムはこの層に結合し得ると考えられる。次に試料を冷水で水洗し、華 氏４０度で３３％ケイ酸ナトリウム溶液に浸漬した。さらに、試料を華氏３０５ 度で約３０分乾燥させ、薄膜層の上に第１のケイ酸ナトリウム及び二酸化ケイ素 の層を形成した。続いて試料を室温まで冷まし、華氏１２０度で１５分２５％（ ｖ／ｖ）オルトリン酸溶液に浸漬した。次に、試料を冷水で清浄して再度３３（ 容積）％ケイ酸ナトリウム溶液に浸漬し、表面上に第２のケイ酸ナトリウム層 を形成した。さらに試料を華氏３０５度で約３０分乾燥させた後、室温まで冷ま した。続いて試料を華氏１２０度で約１５秒２５％オルトリン酸溶液に浸漬し、 第２のケイ酸ナトリウム層の上に外側の二酸化ケイ素層を形成した。次に試料を 冷水で清浄して華氏３０５度で５分かけて乾燥させた。試料をＡＳＴＭ−Ｂ１１ ７塩噴霧試験で試験したところ４８時間の試験に無事に合格し、本工程で形成さ れた保護層は標準的な試験条件下で腐食抑制物として作用していることが分かっ た。 実施例４ 本発明の前記実施態様を使用して木材の表面を処理する代表的な方法は以下の 通りである。 松で作った木材試料を寸法２インチ（Ｗ）×４インチ（Ｌ）×６インチ（Ｈ） に裁断する。ケイ酸ナトリウムの２０％溶液を１８インチ（Ｈ）×直径６インチ の容器に注ぐ。この容器は空気弁（「Ｓｈｒａｄｅｒ」弁とも呼ばれる）および 密閉用のふたを備えており、容器を閉じた時に内部の圧力を保持できるようにな っている。容器をケイ酸ナトリウム溶液を満たし、その中に木材試料を置く。次 にこの容器を閉じてしっかりと密閉した。空気弁に空気ホースをつないで空気を 強制的に容器内に送り、内圧約７０ｐｓｉとした。木材試料を加圧下で１０分間 保持した後に容器から取り出し、華氏９０度で２時間かけて乾燥させた。木材試 料が乾燥したらケイ酸ナトリウム溶液中に戻し、上述した圧力下に置いた。次に 、木材試料を華氏９０度で２時間かけて乾燥させた。乾燥後、木材試料を華氏１ ４０度で５分間２５％（ｖ／ｖ）オルトリン酸溶液中に置いた。続いて木材試料 を酸性溶液から取り出し、冷たい水道水で水洗して余分な酸を洗い流した。この 木材を２時間以上かけて乾燥させた。乾燥後、試料は見た目が若干黒っぽくなっ た。他に表面の変化は全く認められなかった。 木材試料の耐熱性および耐火性を以下のようにして試験した。処理木材試料お よび未処理試料を華氏２０００〜２５００度で燃焼するアセチレン火炎に曝露し た。処理試料および未処理試料を１分間火炎に曝露した。曝露して数秒で未処理 試料ははっきりと分かる火炎と煙りにまかれて燃焼した。燃焼は約１０分間継続 した。処理試料では火炎に曝露してから数秒後に燃焼が起こった。しかしながら 、火炎を消すと３秒以内に燃焼は止まり、１５秒で全く煙りも出なくなった。３ ０秒後には処理試料の表面は触ってみて若干熱をもっている程度であった。 実施例５ 本発明の前記実施態様を使用してマグネシウム合金の表面を処理する方法は以 下の通りである。３枚のマグネシウム板試料を処理した。いずれもマグネシウム とニッケルの合金で寸法４インチ（Ｗ）×６インチ（Ｌ）×厚さ０．０４１イン チであった。まず、試料１〜３を洗剤と湯で洗浄してグリースおよび油を除去し 、華氏１２０度でオルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した。このステッ プによって、ケイ酸ナトリウムが結合し得ると考えられるオルトリン酸マグネシ ウムが形成される。次に、試料を冷水で水洗し、華氏４０度の３３％（ｖ／ｖ） ケイ酸ナトリウム溶液に５分間浸漬した。この試料を華氏３０５度で１０分かけ て乾燥させ、第１のケイ酸ナトリウム層を形成した。これらの板を室温まで冷ま し、華氏１２０度で１５分間オルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した（ このステップは１５〜４５秒の範囲で行うことができる）。酸性溶液に曝露され た表面の上に一様な外側の二酸化ケイ素層が形成された。続いて試料を冷水で水 洗し、３３％（ｖ／ｖ）ケイ酸ナトリウム溶液に再浸漬した。さらに試料を華氏 ３０５度で３０分かけて乾燥させ、室温まで冷ました。次に試料を華氏１２０度 で１５秒間２５％（ｖ／ｖ）オルトリン酸溶液に浸漬し、最後の二酸化ケイ素層 を形成した。これらの試料を冷水で清浄して華氏３０５度で５分かけて乾燥させ た。 実施例６ 本発明の前記実施態様を使用してニッケルまたはニッケル合金の表面を処理す る代表的な方法は以下の通りである。 ニッケルメッキを施した管試料を処理した。試料は寸法１２インチ（Ｌ） ｃ １／２インチ（Ｏ．Ｄ．）および側壁厚１／８インチのニッケルメッキ管であっ た。まず、試料を洗剤と湯で洗浄してグリースおよび油を除去し、華氏１２０度 でオルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した。このステップによってケイ 酸ナトリウムが結合し得るオルトリン酸ニッケルが形成される。次に、試料を冷 水で清浄し、華氏４０度の３３％（ｖ／ｖ）ケイ酸ナトリウム溶液に５分間浸漬 した。この試料を華氏３０５度で１０分かけて乾燥させ、第１のケイ酸ナトリウ ム層を形成した。乾燥工程の間、ケイ酸ナトリウムの一部は部分的に転化して二 酸化ケイ素となった。試料を室温まで冷ました後、華氏１２０度で２５％（ｖ／ ｖ）溶液に１５秒浸漬した（このステップは１５〜４５秒の範囲で行うことがで きる）。それによって酸性溶液に曝露された表面の上に一様な外側の二酸化ケイ 素層が形成された。続いて試料を冷水で水洗し、３３％ケイ酸ナトリウム溶液に 再浸漬した。さらに試料を華氏３０５度で１０分かけて乾燥させ、室温まで冷ま した。次に試料を華氏７０度で５分間２５％オルトリン酸溶液に浸漬し、最後の 二酸化ケイ素層を形成した。これらの試料を冷水で清浄して３０５％で５分かけ て乾燥させた。 実施例７ 本発明の前記実施態様を使用して銀または銀合金の表面を処理するための代表 的な方法は以下の通りである。 銀メッキを施した管試料を処理した。試料は寸法１２インチ（Ｌ）Ｃ １／イ ンチ（Ｏ．Ｄ．）および側壁厚１／８インチであった。まず、試料を洗剤と湯で 洗浄してグリースおよび油を除去し、華氏１２０度でオルトリン酸の２５％（ｖ ／ｖ）溶液に浸漬した。このステップによってケイ酸ナトリウムが結合し得ると 考えられる硝酸銀が銀の表面上に形成される。次に、試料を冷水で清浄し、華氏 ４０度の３３％（ｖ／ｖ）ケイ酸ナトリウム溶液に５分間浸漬した。この試料を 華氏３０５度で１０分かけて乾燥させ、第１のケイ酸ナトリウム層を形成した。 乾燥工程の間、ケイ酸ナトリウムの一部は部分的に二酸化ケイ素に転化した。試 料を室温まで冷ました後、華氏７０度で２５％（ｖ／ｖ）溶液に５分間浸漬した 。酸性溶液に曝露された表面の上に一様な外側の二酸化ケイ素層が形成された。 続いて試料を冷水で水洗し、３３％（ｖ／ｖ）ケイ酸ナトリウム溶液に再浸漬し た。さらに試料を華氏３０５度で１０分かけて乾燥させ、室温まで冷ました。次 に試料を華氏７０度で５分間２５％（ｖ／ｖ）オルトリン酸溶液に浸漬し、最後 の二酸化ケイ素層を形成した。これらの試料を冷水で清浄して３０５度で５分か けて乾燥させた。 実施例８ 本発明の前記した態様を使用してチタンまたはチタン合金の表面を処理する方 法は以下の通りである。 チタン板試料を処理した。試料は寸法３インチ（Ｌ）×３インチ（Ｗ）×厚さ ０．０２インチであった。まず、試料を洗剤と湯で洗浄してグリースおよび油を 除去し、華氏１２０度でオルトリン酸の１０％（ｖ／ｖ）溶液に浸漬した。この ステップによって、ケイ酸ナトリウムが結合し得るチタンの表面上にオルトリン 酸チタンおよび酸化チタンが形成される。次に、試料を冷水で水洗し、華氏４０ 度の３３％（ｖ／ｖ）ケイ酸ナトリウム溶液に５分間浸漬した。この試料を華氏 ３０５度で１０分かけて乾燥させ、第１のケイ酸ナトリウム層を形成した。乾燥 工程の間に、ケイ酸ナトリウムの一部は部分的に転化して二酸化ケイ素となった 。試料を室温まで冷まし、華氏７０度でオルトリン酸の２５％（ｖ／ｖ）溶液に ５分間浸漬した。これにより酸性溶液に曝露された表面の上に一様な外側の二酸 化ケイ素層が形成される。続いて試料を冷水で水洗し、３３％（容量）ケイ酸ナ トリウム溶液に再浸漬した。さらに試料を華氏３０５度で１０分かけて乾燥させ 、室温まで冷ました。次に試料を華氏７０度で５分間２５％（ｖ／ｖ）オルトリ ン酸溶液に浸漬し、最後の二酸化ケイ素層を形成した。次に試料を冷水で濯ぎ、 ３０５度で５分かけて乾燥させた。 本発明の好適な態様では、本方法を使用し、材料の表面を保護するために全ゆ る相対的に剛性の表面を処理することができる。アルミニウム、スチール、亜鉛 およびマグネシウムのような金属が、この態様による処理に特に適切であること が見出された。当業者であれば、日常的な実験により、この種の材料の表面上に 保護層を形成するために、この発明のこの態様により処理できない材料または表 面を決定できるであろう。ただし、本方法のこの態様で用いる乾燥温度に起因し て、またはこの態様で使用するケイ酸塩溶液のような化学物質または試薬のいず れかとの逆行的な化学反応に起因して劣化し得る材料は、本発明のこの態様によ り保護層を形成するための表面として使用するのは、恐らく実際的ではないこと が銘記される。 本方法のこの態様により形成した保護層は幾分可撓性であり、形成された表面 に対して強い付着性を示す。したがって、本方法のこの態様により処理すること のできる「剛性の表面」は、本保護層をその上に形成するのを可能とするのに十 分に剛性であることのみを要する。木材、アルミニウム、スチール、亜鉛および マグネシウムから作製された表面は、これらの目的のために十分に剛性であるこ とが見出されている。ただし、他の材料も使用することができる。例えば、保護 層をその上に形成するのに十分な剛性をそれ自体は欠如する材料を十分に剛性の 材料に付着させた後、本方法により処理し、その材料の表面上での保護層の形成 を図ることができる。このようにして剛性とした表面は、「剛性」の表面の定義 に明らかに包含される。日常的な実験により、当業者であれば、特定の材料が本 処理を受けるのにそれ自体十分に剛性であるか否か、またはそのような材料を支 持する必要があるか否かを決定することができる。この種の実験は、例えば、特 定の材料で作製した表面を本方法に供し、その上に保護層が形成され得るか否か を決定することを含む。 本発明のこの態様により形成した保護層は、保護層を形成するのに使用するケ イ酸塩含有溶液を、保護層を形成することを所望する剛性の表面６１に対して一 様な層６３として塗布することができる場合に最も有効である。この態様におい て、剛性の表面６１の上にこの種の一様な層６３を形成するためには、化学的ま たは機械的な手段によって表面６１を調製し、剛性の表面６１の上に「濡れ性」 または親水性の表面６２を設けるのが有利である。ここで使用するように、「親 水性」という用語は、水および／または他の液体が一様で連続的な濡れた皮膜ま たは層を形成し得る表面を記載するものである。親水性の表面とは、この種の表 面に液体を塗布した場合に、その液体が一様で連続的な濡れた皮膜または層とな って全表面に均一に広がるよう、水または水溶液のような液体を担持するよう作 用し得るものである。例示として、水が「ビーズ」となる自動車のワックス掛け した表面は親水性の表面ではない。 当業界で公知のいずれかの手段によって表面を親水性とすることができる。表 面上の過剰な酸化物、油および他の汚染物、例えば金属の表面の除去は、その表 面を親水性とするのにしばしば十分である。研磨紙処理、サンドブラスト処理お よび種々の化学的浄化剤の使用のような方法を使用し、このような酸化物、油お よび他の汚染物を除去することができる。剛性の表面６１が金属の表面である場 合、その表面を酸、好ましくは酸性溶液、例えば２０〜２５％（容量）のリン酸 溶液に暴露することにより、親水性の表面６２を形成することができる。リン酸 は、表面を親水性とする「化学的研磨紙」として作用する。剛性の表面を親水性 とするために使用する特定の方法は、当業者に自明たり得るように、その形状お よび作製された材料を含む、処理される特定の表面の特性に依存し得る。「固定 表面」を調製するための前記説明した方法を用いて、本発明のこの態様による親 水性の表面を作製することもできる。 この種の親水性の表面６２を設けることにより、ケイ酸塩含有溶液の一様で連 続的な皮膜または層６３を、処理する剛性の表面６１に塗布することができる。 ただし、ケイ酸塩溶液を親水性の表面に塗布することなく、処理する表面上にケ イ酸塩含有溶液の一様な層を設ける方法を使用し、本方法を実施することもでき ると考えられる。例えば、連続的で相対的に一様なゲルの層が表面を覆って広が るよう、ケイ酸塩材料を含有するゲルまたはエマルジョンを表面に対して代替的 に施すことができる。代替的に、ケイ酸塩溶液を剛性の表面に噴霧することがで きる。その後、本方法の残りの工程におけるようにして、表面を処理し得る。 処理する材料上で親水性の表面６２を調製した後、表面６２を好ましくは濯ぎ 、不純物および／または化学的浄化残渣を表面から除去することを図る。このよ うな濯ぎは、好ましくは華氏約６８〜１４０度の温度で、親水性の表面６２に対 して水を施すことによって行うことができる。その後に表面６２を乾燥させるこ とができる。 次に、ケイ酸塩含有溶液を浄化した親水性の表面６２に塗布し、親水性の表面 ６２の上にその溶液の連続的な薄層６３を形成する。好適な態様では、ケイ酸塩 含有溶液は、二酸化ケイ素、ケイ酸（Ｈ₂Ｓｉ₂Ｏ₅）、酸化ナトリウムおよび 水を含むケイ酸ナトリウム溶液とする（ＰＱ社、タコマ、ＷＡからリキッドＮま たはリキッドＯとして入手可能）。ただし、他のケイ酸塩化合物から作製したケ イ酸塩含有溶液を使用することもできる。ケイ酸カリウム、金属ケイ酸塩（ケイ 酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸鉄、ケイ酸銅、ケイ酸亜鉛および ケイ酸マンガンを含む）、および有機ケイ酸塩の溶液を使用することができ、こ の場合はカリウム、他の金属または有機化合物によりケイ酸ナトリウム溶液中の ナトリウムが置換えられる。例えば、ＰＱ社から入手可能なケイ酸カリウム溶液 であるＫＡＳＩＬ＃１を、ケイ酸ナトリウム溶液の代りに使用することができる 。ケイ酸塩含有溶液は、約１０〜１００容量％のケイ酸ナトリウムまたはケイ酸 カリウムのようなケイ酸塩化合物から作製する。好ましくは、この溶液は２０〜 ４０％（容量）のケイ酸塩化合物を含有する。この溶液は、同様に好ましくは華 氏約６８〜１４０度の温度で塗布する。 親水性の表面６２は、約１〜６０秒、好ましくは１〜２０秒の間ケイ酸塩含有 溶液に暴露する。１つの態様では、このような暴露は、処理する金属の表面を浸 漬することにより行う。ただし、処理される表面が増強された腐食抵抗性を有す るよう、ケイ酸塩含有材料に対する親水性の表面６２のこのような暴露は最小に すべきである。 ケイ酸塩含有溶液の一様で連続的な皮膜または層６３が親水性の表面６２の上 に一旦形成されたならば、その溶液を乾燥させる。好適な態様では、このような 乾燥は、華氏６８〜４８０度の初発温度、好ましくは華氏１２０〜１５０度の初 発温度を有する環境に対して、処理する材料の表面を暴露することにより行うこ とができる。次に、華氏約３０２〜４８０度、好ましくは華氏３０５〜３５０度 の最終温度に到達するまで、処理する親水性の表面を囲む環境の温度を、毎分華 氏約３０〜６０度で上昇させる。このようにして、ケイ酸塩含有溶液およびこの 下に延在する表面の温度を、低い初発温度から高い温度へと上昇させる。幾つか の場合、例えば処理される表面において低い熱伝導率の材料を使用する場合、表 面を囲む環境を高い初発温度のものとすることができる。低い熱伝導率に起因し て、表面自体の温度は徐々に上昇するためである。ただし、この乾燥工程の際に 、ケイ酸塩含有溶液／乾燥したケイ酸塩材料が少なくとも華氏３０２度の温度に 到 達することが重要である。 ケイ酸塩含有溶液の層６３の乾燥は、例えば処理する表面を乾燥オーブン内に 載置することにより行うことができる。勿論、当業者に公知の他の方法も可能で ある。例えば、加熱ランプからの赤外線照射を使用し、ケイ酸塩含有溶液の層６ ３を乾燥させ、これを華氏３０２度を越える温度に上昇させることもできる。更 に、ケイ酸塩含有溶液に試薬を添加し、層６３の乾燥および硬化を助成すること ができる。酸化亜鉛は、溶液の７％（容量）までの量でこの種の溶液中に存在す る場合、溶液の硬化を助成し得る。 親水性の表面６１上のケイ酸塩含有溶液の皮膜または層６３についての乾燥時 間は、一部は皮膜または層６３の厚さ、処理する表面および製品の形態または形 状、および処理する材料の組成に依存し得る。例えば、アルミニウムのような高 い熱伝導率を有する材料を、乾燥温度の前記特定した範囲の下端の温度に最初に 暴露し、その後にアルミニウム表面を囲む周囲温度を上昇させることができる。 一方、本方法は、材料を最初に高温に暴露する場合、より低い熱伝導率を有する 材料に対して最もよく作用し得る。大半の場合、適切な乾燥時間は、約２〜５０ 分、好ましくは６〜１５分とし得る。 前記したように、ケイ酸塩含有溶液を処理する材料の表面上で乾燥させた後、 乾燥したケイ酸塩の層６５を酸性溶液のような酸に暴露し、本発明による保護層 の形成を図る。この態様で使用する酸性溶液は、１〜９９％（容量）の酸、好ま しくは１０〜３０％（容量）のこの種の酸を含むものとし得る。好適な態様では 、使用する酸性溶液はリン酸溶液とする。リン酸は安価で比較的安全であり、広 く利用可能であるからである。ただし他の酸を使用することもできる。例えば、 弱酸であるガス状の二酸化炭素を、処理する表面の上に、またはこれを介して通 過させることができる。二酸化炭素のようなガス状の酸は、処理する表面が木材 の表面のように比較的多孔質である場合に特に有用である。 酸性溶液を使用する場合、ケイ酸塩材料の乾燥した層６５に施す際に、この酸 性溶液は、好ましくは華氏約６８〜１８０度の温度とする。酸性溶液を乾燥した ケイ酸塩の層６５に施す、当業者に公知の全ゆる方法を使用することができる。 例えば、ケイ酸塩含有溶液を塗布した表面が、製品の全表面または単に製品の１ つの部材の全表面を包含する場合、その製品または部材を酸性溶液に浸漬または 「浸す」ことができる。代替的に、酸性溶液を製品に噴霧することにより、また は他のいずれかの手段によって、製品または製品の部材の一部のみを含む表面に 酸性溶液を施すことができる。好ましくは酸性溶液を、約５〜１２０秒の間ケイ 酸塩材料の層に暴露する。更に好ましくは、２０〜５０秒の間酸性溶液を層に暴 露する。 酸性溶液を施す際に、処理する表面上に保護層が形成される。保護層は、酸に 暴露され殆ど二酸化ケイ素から形成された外側層６７と、乾燥したケイ酸塩材料 から形成された内側層６５とから構成される。乾燥したケイ酸塩材料６５は、二 酸化ケイ素および他の酸化物の両者を含む。例えば、ケイ酸塩含有溶液がケイ酸 ナトリウムである場合、乾燥したケイ酸塩材料は、二酸化ケイ素と酸化ナトリウ ムとから構成され得る。ケイ酸塩材料６４の表面を酸に暴露することにより、酸 化物および他の可溶性の汚染物が外側層６７の表面から除去され、主として二酸 化ケイ素を含む非多孔質の外側層６７が残る。表面に対する腐食、摩耗および他 の原因による損傷に対する増加した抵抗性を保護層に与えるのは、この二酸化ケ イ素の外側層６７であると考えられる。対照的に、内側層６５は、相対的に水お よび他の溶剤により可溶性である。 乾燥したケイ酸塩材料６５に酸性溶液を施した後、処理する表面を濯ぎ、過剰 の酸性溶液を除去することができる。このような濯ぎは、処理する表面に対し、 好ましくは華氏約６８〜１４０度の温度の水を施すことによって行うことができ る。噴霧により、または水中に浸漬することにより、または他のいずれかの手段 によって表面に水を施すことができる。その後に表面を乾燥させる。 所望に応じて、ケイ酸塩含有溶液を塗布し、材料の表面上の溶液を乾燥させ、 その後に乾燥したケイ酸塩材料を酸に暴露する前記工程を複数回繰返すことがで きる。本態様のこの観点では、ケイ酸塩含有溶液の新しい層を次に塗布する前に 過剰の酸を除去するために、保護層の形成後にそれぞれの保護層を濯ぐべきであ る。これらの工程を繰返すことにより、複数の保護層を表面上に形成することが できる。複数の保護層を形成することにより、保護層の保護特性を増強すること ができる。例えば、本発明の保護層が形成された材料片の耐腐食性を、その材料 片上の保護層の数を増加させることによって増加させることができる。 実施例９ アルミニウム表面の処理方法 ２つのアルミニウムパネルの試料を処理する。試料１は２０２４ Ｔ−３素材 からなり、試料２は６０６１ Ｔ−６素材からなるものとする。両者のパネルの 寸法は、３インチ（Ｗ）×１０インチ（Ｌ）で、厚さ０．０３９インチとする。 エレクトリックハンド研磨紙研磨装置を用いて５分間パネルの表面を湿式研磨紙 研磨することにより、試料１および２の表面を親水性の表面とする。その後洗剤 および水を用いてこれらの親水性の表面を濯ぐ。濡れた状態で、ケイ酸ナトリウ ム溶液の一様な層によりパネルを被覆するために、ほぼ室温で２０秒間、１６％ （容量）ケイ酸ナトリウム溶液に試料を浸漬する。その後試料１および２をケイ 酸ナトリウム溶液から取出し、最初に華氏約１３０度に加熱したオーブンに入れ る。その後、華氏３１０度の温度に到達するまで、オーブンの温度を毎分華氏約 ４０度で上昇させる。被覆したパネルは、全体として約１２分間オーブン内に止 める。１２分後、試料１および２をオーブンから取出し、華氏約１００度に冷却 する。一旦冷却したならば、試料１および２を２５％（容量）オルトリン酸溶液 に４０秒間浸漬する。この後、試料１および２の表面を濯ぎ、過剰のオルトリン 酸溶液を除去する。 試料１および２の表面の外観は硬質で平滑であり光沢がある。ＡＳＴＭ Ｂ− １１７およびＭｉｌ仕様Ｃ−５５４１を使用し、試料１および２の耐腐食性を試 験する。これらの試料を１６８時間および３３６時間この種の試験に供したとこ ろ、これらの試験によって規定された基準を越えることが認められた。Ｍｉｌ仕 様Ｃ−５５４１により、試料１および２のペイント付着性も試験した。試料１お よび２の両者が、それぞれの試験の仕様に従って合格した。 それぞれの試料の耐熱性および耐火性は、同様のアルミニウムの未処理片と処 理した試料との燃焼を比較することによって試験する。処理した試料および未処 理の試料を、華氏２０００〜２５００度で燃焼するアセチレン火炎に暴露する。 未処理の試料は、約３０秒で灰に分解した。一方、処理したアルミニウム試料１ および２は、暴露の数秒後に屈曲した。約２分後、アルミニウム材料は被膜層の 両側間から徐々に燃え始めた。 実施例１０ スチール表面の処理方法 ４１３０スチールから作製された３つのスチールパネルの試料１〜３を処理す る。全て４インチ（Ｗ）と６インチ（Ｌ）で、厚さ０．０４１インチの寸法であ る。エレクトリックハンド研磨紙研磨装置を用いてそれぞれ５分間パネルの表面 を湿式研磨紙研磨することにより、試料１〜３の表面を親水性の表面とする。そ の後洗剤および水を用いてこれらの親水性の表面を濯ぐ。濡れた状態で、ケイ酸 ナトリウム溶液の一様な層によりパネルを被覆するために、ほぼ室温で２０秒間 １６％（容量）ケイ酸ナトリウム溶液に試料を浸漬する。その後試料１〜３を華 氏約３１０度のオーブンに１２分間入れる。１２分後、試料１〜３をオーブンか ら取出し、華氏約１００度に冷却する。一旦冷却したならば、試料１〜３を２５ ％（容量）リン酸溶液に４０秒間浸漬する。この後、試料１〜３の表面を濯ぎ、 過剰のリン酸溶液を除去する。 ＡＳＴＭ−Ｂ１１７塩噴霧試験に従って試料１〜３を試験したところ、１／３ 時間、１時間、２時間、２４時間、４８時間および９６時間の試験に首尾よく合 格した。これは、この方法で形成した保護層が、標準的な試験条件下で腐食阻害 体として作用することを示す。 ある種の好適な態様に関して本発明を説明したが、当業者に公知の他の態様お よび代替もここに含まれる。したがって、ここに記載した態様は本発明の単なる 例であり、その範囲を限定することを意味するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｂ０５Ｄ 7/24 ３０２ Ｂ 7415−4Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ヤング，ダニエル エイ. アメリカ合衆国，98366 ワシントン，ポ ート オーチャード，サウスウエスト，オ ールド クリフトン ロード 6825番地 (72)発明者 ヤング，ランス エイ. アメリカ合衆国，98366 ワシントン，ポ ート オーチャード，サウスウエスト，オ ールド クリフトン ロード 6825番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．剛性の表面上に保護層を形成するために、製品の剛性の表面を処理する方 法であって、 （ａ）前記製品の前記剛性の表面上に親水性の表面を形成し、 （ｂ）前記親水性の表面に対してケイ酸塩含有溶液を塗布し、これにより前記 親水性の表面上に前記ケイ酸塩含有溶液の連続層を形成し、 （ｃ）前記親水性の表面上の前記ケイ酸塩含有溶液の層を乾燥させ、前記製品 の前記剛性の表面上にケイ酸塩材料の乾燥した層を作製し、 （ｄ）前記ケイ酸塩材料の乾燥した層を酸に暴露し、これにより前記剛性の表 面上に前記保護層を形成する 工程を含むことを特徴とする製品の剛性の表面の処理方法。 ２．前記親水性の表面を機械的手段によって生成する請求項１記載の方法。 ３．前記機械的手段が、前記表面を研磨紙で研磨することを含む請求項２記載 の方法。 ４．前記親水性の表面を化学的手段によって生成する請求項１記載の方法。 ５．前記親水性の表面を前記ケイ酸塩含有溶液に暴露する前に、前記親水性の 表面を濯ぐ工程を更に含む請求項１記載の方法。 ６．前記ケイ酸塩含有溶液が、１０〜１００％（容量）のケイ酸塩化合物を含 有する請求項１記載の方法。 ７．前記ケイ酸塩含有溶液が、２０〜４０％（容量）の前記ケイ酸塩化合物を 含有する請求項６記載の方法。 ８．前記ケイ酸塩含有溶液が、ケイ酸ナトリウム溶液である請求項１記載の方 法。 ９．前記ケイ酸塩含有溶液が、ケイ酸カリウム溶液である請求項１記載の方法 。 １０．前記ケイ酸塩含有溶液の層を形成するために、前記ケイ酸塩含有溶液を 塗布する工程の際に１〜６０秒間前記親水性の表面を前記ケイ酸塩含有溶液に暴 露する請求項１記載の方法。 １１．前記ケイ酸塩含有溶液の層を形成するために、２０秒以下の間前記親水 性の表面を前記ケイ酸塩含有溶液に暴露する請求項１０記載の方法。 １２．前記乾燥工程が、前記親水性の表面上で前記ケイ酸塩含有溶液の層を加 熱することを含む請求項１記載の方法。 １３．前記ケイ酸塩含有溶液の層を少なくとも華氏３０２度に加熱する請求項 １２記載の方法。 １４．前記加熱が、華氏約６８〜４８０度の初発温度を有する環境に対して前 記親水性の表面上の前記ケイ酸塩含有溶液の層を暴露した後、華氏３０２〜４８ ０度の温度に到達するまで毎分華氏約３０〜６０度の速度で前記環境の温度を上 昇させることを含む請求項１３記載の方法。 １５．前記加熱が、華氏１２０〜１５０度の初発温度を有する前記環境に対し て前記親水性の表面上の前記ケイ酸塩含有溶液の層を暴露した後、華氏３０５〜 ３５０度の温度に到達するまで毎分華氏約３０〜６０度の速度で前記環境の温度 を上昇させることを含む請求項１４記載の方法。 １６．前記乾燥工程が、約２〜５０分間継続する請求項１記載の方法。 １７．前記乾燥工程が、６〜１５分間継続する請求項１６記載の方法。 １８．前記酸が、１〜９９容量％の酸を含有する酸性溶液である請求項１記載 の方法。 １９．前記酸性溶液が、１０〜３０容量％の前記酸を含有する請求項１８記載 の方法。 ２０．前記酸がリン酸である請求項１９記載の方法。 ２１．約５〜１２０秒間前記ケイ酸塩材料の乾燥した層を前記酸性溶液に暴露 する請求項１記載の方法。 ２２．２０〜５０秒間前記ケイ酸塩材料の乾燥した層を前記酸性溶液に暴露す る請求項２１記載の方法。 ２３．前記酸が、前記ケイ酸塩材料の乾燥した層を前記酸性溶液に暴露する際 に華氏６８〜１８０度である酸性溶液である請求項１記載の方法。 ２４．工程（ｂ）〜（ｄ）を複数回繰返す請求項１記載の方法。 ２５．前記保護層を濯いで過剰の酸を除去する請求項１記載の方法。 ２６．保護層が形成された剛性の表面を有する製品であって、前記保護層が、 （ａ）前記製品の前記剛性の表面上に親水性の表面を形成し、 （ｂ）前記親水性の表面に対してケイ酸塩含有溶液を塗布し、これにより前記 親水性の表面上に前記ケイ酸塩含有溶液の連続層を形成し、 （ｃ）前記親水性の表面上の前記ケイ酸塩含有溶液の層を乾燥させ、前記製品 の前記剛性の表面上にケイ酸塩材料の乾燥した層を作製し、 （ｄ）前記ケイ酸塩材料の乾燥した層を酸に暴露し、これにより前記剛性の表 面上に前記保護層を形成する ことにより形成されることを特徴とする保護層が形成された剛性の表面を有す る製品。 ２７．剛性の表面上に保護層を形成するために、剛性の表面を有する製品を処 理する方法であって、 （ａ）前記製品の前記剛性の表面に対してケイ酸塩含有溶液の一様な層を塗布 し、 （ｂ）前記ケイ酸塩含有溶液の前記一様な層を乾燥させ、前記剛性の表面上に ケイ酸塩材料の乾燥した層を作製し、 （ｃ）前記ケイ酸塩材料の固体層を酸に暴露し、これにより前記剛性の表面上 に保護層を形成する 工程を含むことを特徴とする剛性の表面を有する製品を処理する方法。 ２８．前記ケイ酸塩含有溶液の前記一様な層を前記剛性の表面に塗布する前に 、前記剛性の表面上に親水性の表面を設ける工程を更に含む請求項２７記載の方 法。 ２９．剛性の表面上の保護層であって、前記保護層が、 二酸化ケイ素を含む外側層であって、非多孔質である前記外側層と、 二酸化ケイ素および金属酸化物を含む内側層であって、水溶性である前記層と から構成されることを特徴とする剛性の表面上の保護層。