JPH0892758A - 亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 亜鉛めっき被膜が形成された鉄部品におい
て、耐食性を格段に向上させることができる亜鉛めっき
鉄部品の耐食性改善処理方法を提供すること。 【構成】 鉄基材の表面に、亜鉛めっき被膜が形成され
た亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法。亜鉛めっき
被膜の上に、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれる
１種または２種以上の金属イオンを含む置換めっき浴で
置換めっき処理を行った後、６価クロム（Ｃｒ⁶⁺）成
分、３価クロム（Ｃｒ³⁺）成分及びリン酸（ＰＯ₄ ）成
分を含む水系被膜剤で塗装・焼成処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄基材の表面に、亜鉛
めっき被膜が形成された亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善
処理方法に関し、高度の耐食性が要求される自動車部
品、産業機械・電気部品等に好適な発明である。

【０００２】本明細書で「塩水噴霧試験：＊＊＊＊ｈ」
とは、 JIS Z 2371 に準じて行う耐食性評価試験におい
て、亜鉛の錆である白錆発生までの時間（目視判定）を
示す。

【０００３】

【従来の技術】鉄・鉄合金・鋳鉄等をベースとする鉄部
品は、耐食性を持たせるために、亜鉛めっきが施され、
さらには、クロメート（クロム酸塩）処理が施されて使
用されることが多い。

【０００４】このクロメート処理は、水溶性クロム酸化
合物と強酸類の混合浴（処理液）に、亜鉛めっき鉄部品
を浸漬して行い、めっき被膜表面における亜鉛と処理液
成分との化学反応により、種々の亜鉛化合物を含む耐食
性被膜を形成させる方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、昨今、自動車
用の鉄部品等において、さらに、高度の耐食性（例えば
塩水噴霧試験：約１０００ｈ以上）が要求されるように
なり、上記亜鉛めっき鉄部品にクロメート処理したもの
では、当該要求を満足し難くなってきている。

【０００６】また、クロメート処理では、得られる被
膜が、めっき層表面における化学反応による被膜である
ため薄い被膜しか得られない（耐擦傷性に劣る。）、
量産処理においては、化学反応により処理液組成が変動
するため、処理液の定期的な補正・更新が必要である
（生産性のマイナス要因となる。）、処理液の更新、
及び金属部品処理後水洗に伴い、多量のクロム含有廃液
が発生する（公害対策コストがかさむ。）、等の問題点
がある。

【０００７】そこで、本発明者らは、本発明者らの一部
が先に特開平５−８６４８４・６−１４６０００号公報
等において、提案したクロメート処理の上記問題点を解
決できる水系被膜剤（水性組成物）を亜鉛メッキ鉄部品
に適用することを試みたが、従来のクロメート処理（塩
水噴霧試験：１００ｈ）に比して、耐食性は増大する
（塩水噴霧試験：約４００ｈ）が、まだ上記高度の耐食
性の要求には答え難いことが分かった。（表３比較例１
・２参照） 本発明は、上記にかんがみて、亜鉛めっき被膜が形成さ
れた金属部品において、格段に耐食性の向上させること
ができる亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を下
記構成により、解決するものである。

【０００９】金属基材の表面に、亜鉛めっき被膜が形成
された亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法であっ
て、亜鉛めっき被膜の上に、鉄、コバルト、及びニッケ
ルから選ばれる１種または２種以上の金属イオンを含む
置換めっき浴で置換めっき処理を行った後、６価クロム
（Ｃｒ⁶⁺）成分、３価クロム（Ｃｒ³⁺）成分及びリン酸
（ＰＯ₄ ）成分を含む水系被膜剤で塗装・焼成処理を行
うことを特徴とする。

【００１０】

【手段の詳細な説明】以下、本発明の手段について、詳
細に説明する。なお、配合単位は、特に断らない限り重
量単位である。

【００１１】(1) 本発明の耐食性改善処理方法は、鉄基
材の表面に、亜鉛めっき被膜が形成された亜鉛めっき鉄
部品に適用することを前提とする。

【００１２】ここで、鉄基材とは、鉄、炭素鋼、鋳鉄、
その他鉄合金を含む概念である。

【００１３】亜鉛めっき被膜とは、電気めっき、溶融め
っき、または溶射メッキのいずれかにより形成される亜
鉛または亜鉛合金の被膜をいう。亜鉛合金としては、亜
鉛と、鉄、ニッケル、アルミニウム、錫、銅、マグネシ
ウム、マンガン、コバルト等を例示できる。

【００１４】鉄部品としては、ピストンシリンダ、ホー
スニップル、バルブケーシング、クランプ等の各種自動
車用金属部品、ボルト・ナット・リベット等の機械結合
部品、その他各種電気部品、建築用部品を挙げることが
できる。

【００１５】ここで、電気めっきで亜鉛めっき被膜の形
成する場合は、めっきの浴種に関係なく、酸性亜鉛めっ
き、アルカリジンケートめっき、シアン化亜鉛めっき等
いずれのめっき浴でも使用できる。

【００１６】また、亜鉛めっき被膜の厚みは、電気めっ
きの場合、通常１〜１０μｍとし、溶融めっきの場合、
通常、１０〜１００μｍとし、溶射めっきの場合、通
常、２０〜１００μｍとする。

【００１７】なお、この亜鉛めっき被膜の形成に先立
ち、基材表面は、常法により清浄化しておく。即ち、ト
リクロロエチレン、トリクロロエタン等の有機溶剤、ま
たはアルカリ洗浄剤等の水性洗浄剤を用いて油脂類の除
去を行って、表面を活性化しておく。または、ショット
ブラスト等の物理的方法によって表面を清浄化してもよ
い。

【００１８】(2) そして、本発明は、上記構成の亜鉛め
っき鉄部品に、まず、亜鉛めっき被膜の上に、鉄、コバ
ルト、及びニッケルから選ばれる１種または２種以上の
金属イオンを含む置換めっき浴で置換めっき処理を行
う。

【００１９】この置換めっき処理は、亜鉛めっき表面の
亜鉛を、亜鉛より貴で融点・硬度がはるかに高い鉄、コ
バルト、またはニッケル（いずれも３ｄ遷移元素）で置
換させて、それらの金属の析出させることにより、後処
理におけるクロムイオンを含む水系被膜剤で形成する塗
装被膜に対する表面親和性を向上させて、塗装被膜の均
展性及び密着性を改善すると共に、耐食性を改善する機
能（役割）を担う。

【００２０】(i) 上記置換めっき浴としては、鉄、コバ
ルト、またはニッケルの金属塩の酸性水溶液、または、
金属イオンを可溶化させる適宜錯化剤を含む中性・アル
カリ性水溶液等、のいずれでも使用可能である。このと
き、金属イオン濃度は、通常、０．０００１〜０．１ｍ
ｏｌ／Ｌ、望ましくは、０．００１〜０．０５ｍｏｌ／
Ｌとする。

【００２１】酸性水溶液は、例えば、硝酸塩、硫酸塩、
塩酸塩等の水溶性の金属塩を使用して調製する、そし
て、これらの金属塩と、硝酸、硫酸、塩酸、の酸を併用
してもよい。

【００２２】中性・アルカリ性水溶液は、上記金属塩、
錯化剤、及びアルカリ金属塩を使用して調製する。ここ
で、錯化剤としては、上記各金属イオンを可溶化させる
ものなら、特に限定されないが、例えば、下記のものを
例示できる。

【００２３】クエン酸、グルコン酸、乳酸等のヒドロキ
シカルボン酸類；マロン酸、フマル酸等のジカルボン酸
類；ソルビット、ペンタエリスリトール等の多価アルコ
ール類；エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン等のアルカノールアミン類；エチレン
ジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラ
ミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン
等のポリアミン類。

【００２４】なお、これらの置換めっき浴には、界面活
性剤等を適宜添加可能である。

【００２５】(ii)置換めっき処理の方法は、上記置換め
っき浴に浸漬して行うが、めっき浴（液）をスプレーし
て行ってもよい。

【００２６】このとき、置換めっきによる金属析出量
は、通常０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ²、望ましくは、
１．０〜９０ｍｇ／ｄｍ² 、さらに望ましくは約５．０
〜８０ｍｇ／ｄｍ² の範囲とする。０．１ｍｇ未満で
は、置換めっき処理の役割を奏し難く、１００ｍｇを越
えて金属を析出させることは困難であると共に、表面に
置換されない置換めっき成分が付着して、却って、塗装
被膜の均展性、密着性が低下する。

【００２７】置換めっき処理は、通常、上記鉄部品を置
換めっき浴（金属イオン水溶液）に浸漬して行うが、め
っき浴（液）をスプレーして行ってもよい。

【００２８】(2) 次に、上記で得た置換めっき処理を行
った後、６価クロム（Ｃｒ⁶⁺）成分、３価クロム（Ｃｒ
³⁺）成分及びリン酸（ＰＯ₄ ）成分を含む水系被膜剤で
塗装・焼成処理を行う。

【００２９】この塗装処理により形成される塗装被膜
は、鉄部品の耐食性改善の作用（役割）を担う。また、
被膜形成は、クロメート処理のよう化成処理によらず塗
装によるため、任意の厚さに形成可能であると共に、処
理液の補正・更新も必要でなく、さらには、鉄部品処理
後水洗も必要でなく、クロム酸を含む廃液処理の問題も
発生しない。

【００３０】(i) 上記水系被膜剤は、各成分の組成比
（重量比）が、Ｃｒ³⁺／Ｃｒ⁶⁺＝０．１〜１．０、及
び、ＰＯ₄ ／（Ｃｒ⁶⁺＋Ｃｒ³⁺）＝０．２〜１．５の範
囲にあるものとする。望ましくは、Ｃｒ³⁺／Ｃｒ⁶⁺＝約
０．２〜０．８、及び、ＰＯ₄ ／（Ｃｒ⁶⁺＋Ｃｒ³⁺）＝
約０．４〜１．３の範囲にあるものとする。

【００３１】ここで、Ｃｒ⁶⁺に対してＣｒ³⁺が過多とな
ると、Ｃｒ⁶⁺による不動態化が相対的に弱くなり、耐食
性改善作用を奏し難くなるとともに、水系被膜剤の安定
性が良好でなくなる（沈殿物生成及びゲル化し易い）。
逆に、Ｃｒ⁶⁺に対してＣｒ³⁺が過少となると、塗装被膜
の耐水性が低下して、Ｃｒ⁶⁺による不動態化が維持し難
くなり、やはり、耐食性改善作用を奏し難くなる。

【００３２】また、ＰＯ₄ がクロム成分（Ｃｒ⁶⁺＋Ｃｒ
³⁺）に対して過少となると、耐食性が低下し、他方、Ｐ
Ｏ₄ がクロム成分に対して過多となると、塗装被膜の耐
水性が得難く、結果的に十分た耐食性が得難い。

【００３３】この水系被膜剤における、Ｃｒ⁶⁺及びＣ
ｒ³⁺の浴への導入は、それぞれ水溶性のＣｒ⁶⁺化合物と
Ｃｒ³⁺化合物を、所定比率となるよう浴中に溶かして行
ってもよいが、Ｃｒ⁶⁺の水溶液に還元剤を添加して、Ｃ
ｒ⁶⁺の一部をＣｒ³⁺に還元して行ってもよい。

【００３４】このときの還元剤としては特に限定されな
いが、メタノール、プロパノール、エチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール等のアルコール類；ブドウ
糖、ショ糖、デンプン等の糖類を、好適に使用可能であ
る。

【００３５】Ｃｒ⁶⁺化合物としては、無水クロム酸（三
酸化クロム）の他、水溶性の各種クロム酸・重クロム酸
塩（カリウム・ナトリウム・マグネシウム・亜鉛等の）
等を使用可能である。また、Ｃｒ³⁺化合物としては、Ｃ
ｒ³⁺の炭酸化合物、リン酸化合物等を好適に使用可能で
ある。

【００３６】また、ＰＯ₄ の浴への導入は、リン酸、
水溶性の第一燐酸塩（カルシウム・アルミニウム・マグ
ネシウム・亜鉛等の）、第二リン酸塩を使用して行う。

【００３７】この水系被膜剤には、塗装被膜（コーテイ
ング膜）のレベリング性を高めるために、界面活性剤、
好ましくは、フッ素系界面活性剤を添加することが望ま
しい。その配合量は、通常、0.01〜0.1 ％とする。

【００３８】(ii)塗装処理の方法は、浸漬法、浸漬−振
り切り法、スプレー法等により行う。なお、重ね塗りし
てもよい。

【００３９】このときの塗装被膜付着量は、クロム換算
で１〜５０ｍｇ／ｄｍ² 、望ましくは、約５〜３０ｍｇ
／ｄｍ² とする。付着量が１ｍｇ／ｄｍ² 未満であると
本発明の効果である耐食性改善を奏し難く、付着量が５
０ｍｇ／ｄｍ² を越えると、それ以上の耐食性改善が望
めない上、塗装処理工数が嵩むと共に、塗装被膜にクラ
ックが入り易い。

【００４０】この塗装被膜の焼成（加熱硬化）の条件
は、通常、１００〜３００℃×５〜２５０min （望まし
くは、１３０〜２７０℃×２５〜２００min ）とする。
加熱温度１００℃未満では、耐水性が劣るとともに、長
時間焼成する必要があり、３００℃を越えると皮膜にク
ラックの発生が増加、膜特性が低下するおそれがある。

【００４１】

【発明の作用・効果】本発明の亜鉛めっき鉄部品の耐食
性改善処理方法は、亜鉛めっき被膜の上に、鉄、コバル
ト、及びニッケルの１種または２種以上の金属成分を含
む置換めっき浴で置換めっき処理を行った後、６価クロ
ム（Ｃｒ⁶⁺）成分、３価クロム（Ｃｒ ³⁺）成分及びリン
酸（ＰＯ₄ ）成分を含む水系被膜剤で塗装処理を行うこ
とを特徴とする構成により、後述の実施例で支持される
如く、耐食性が著しく向上した、即ち、塩水噴霧試験：
１０００ｈ以上の亜鉛めっき鉄部品を得ることができ
る。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために、比較
例とともに行なった実施例について説明をする。

【００４３】(1) 試験片の調製 亜鉛めっき鉄部品として、亜鉛めっき被膜が形成され
た各ＳＰＣＣ板（５０×１００×０．６mmｔ）を、使用
した。なお、亜鉛・亜鉛ニッケル合金めっきは、いずれ
も、酸性電気めっき浴を使用し、めっき厚み５μｍとし
た。

【００４４】表１に示す処方の各置換めっき浴を使用
して、表３・４に示すに処理方法で金属析出量が表示量
となる様に置換めっき処理を行った。

【００４５】表２に示す処方の各水系被膜剤を使用し
て、表３・４に示すに処理方法で塗装被膜付着量が、ク
ロム換算で表示量となる様に塗装被膜を形成し、各塗装
被膜を表示の条件て乾燥効果させた。

【００４６】(2) こうして得た各鉄部品について、塩水
噴霧試験による耐食性評価試験を行った。

【００４７】表３・４に示す試験結果から、本発明の鋳
物製構造部品である各実施例は、比較例に比して、格段
に耐食性が向上していることが分かる（いずれも塩水噴
霧試験：１０００ｈ以上）。

【００４８】以下に、従来のクロメート処理以外の各比
較例の意義を説明する。

【００４９】比較例２…塗装処理のみで置換めっき処理
を省いた例。

【００５０】比較例３…置換めっきの金属析出量が過多
な例。

【００５１】比較例４…水系被膜剤のＣｒ³⁺が過多な
例。

【００５２】比較例５…水系被膜剤のＣｒ⁶⁺が過多な
例。

【００５３】比較例６…水系被膜剤のＰＯ₄ が過少な
例。

【００５４】比較例７…水系被膜剤のＰＯ₄ が過多な
例。

【００５５】比較例８…塗装被膜のクロム換算付着量が
過少な例。

【００５６】比較例９…塗装被膜のクロム換算付着量が
過多な例。

【００５７】比較例１０…塗装被膜の焼成温度が低過ぎ
る例。

【００５８】比較例１１…塗装被膜の焼成温度が高過ぎ
る例。

【００５９】なお、上記実施例では、酸性亜鉛めっき浴
使用した場合について説明したが、他の電気めっき、溶
融めっき、または、溶射めっきで亜鉛めっき被膜を形成
した場合でも、同様の耐食性が得られた。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】

【表３】

【００６３】

【表４】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄基材の表面に、亜鉛めっき被膜が形成
   された亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法であっ
   て、 前記亜鉛めっき被膜の上に、鉄、コバルト、及びニッケ
   ルから選ばれる１種または２種以上の金属イオンを含む
   置換めっき浴で置換めっき処理を行った後、 ６価クロム（Ｃｒ⁶⁺）成分、３価クロム（Ｃｒ³⁺）成分
   及びリン酸（ＰＯ₄ ）成分を含む水系被膜剤で塗装・焼
   成処理を行うことを特徴とする亜鉛めっき鉄部品の耐食
   性改善処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記水系被膜剤の各
   成分の組成比（重量比）が、Ｃｒ³⁺／Ｃｒ⁶⁺＝０．１〜
   １．０、及び、ＰＯ₄ ／（Ｃｒ⁶⁺＋Ｃｒ³⁺）＝０．２〜
   １．５の範囲にあり、かつ、前記塗装処理における被膜
   焼成温度が１００〜３００℃の範囲にあることを特徴と
   する亜鉛めっき鉄部品の耐食性改善処理方法。
3. 【請求項３】 鉄基材表面に亜鉛めっき被膜が形成され
   た亜鉛めっき鉄部品において、 前記亜鉛めっき被膜上に、鉄、コバルト、及びニッケル
   からか選ばれる１種または２種以上の金属イオンを含む
   置換めっき被膜が形成され、 該置換メッキ被膜上に、６価クロム（Ｃｒ⁶⁺）成分、３
   価クロム（Ｃｒ³⁺）成分及びリン酸（ＰＯ₄ ）成分とを
   含む水系被膜剤で塗装・焼成処理された塗装被膜が形成
   されてなることを特徴とする亜鉛めっき鉄部品。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記置換めっき被膜
   の金属析出量が、０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ² で、前記
   塗装処理による塗装被膜付着量が、クロム換算で１〜５
   ０ｍｇ／ｄｍ² であることを特徴とする亜鉛めっき鉄部
   品。