JPH09268382A - 耐食性鋼板およびその製造方法 - Google Patents

耐食性鋼板およびその製造方法

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JPH09268382A
JPH09268382A JP8177196A JP8177196A JPH09268382A JP H09268382 A JPH09268382 A JP H09268382A JP 8177196 A JP8177196 A JP 8177196A JP 8177196 A JP8177196 A JP 8177196A JP H09268382 A JPH09268382 A JP H09268382A
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JP
Japan
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steel sheet
inorganic
organic
cerium oxide
resistant steel
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JP8177196A
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Shingo Katayama
真吾 片山
Ikuko Yoshinaga
郁子 吉永
Noriko Yamada
紀子 山田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2222/00Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
    • C23C2222/20Use of solutions containing silanes

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  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、クロムを使用しないでかつ曲げ等
の加工をしても高い耐食性を有した鋼板およびその製造
方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の耐食性鋼板は、M−O−M結合
(Mは金属、半金属原子)から成る無機ポリマーの骨格
を−O−Si(R)2 −O−基(Rはアルキル基)で置
換した無機・有機融合体中に酸化セリウム粉末を1〜7
0体積%の割合で分散含有する膜で被覆されている。無
機・有機融合体の−Si(R)2 − (有機成分)とア
ルキル基の結合していないM(無機成分)の割合が有機
成分/無機成分のモル比で8.0〜0.1であり、分散
する酸化セリウム粒子のサイズが0.01〜20μmで
あり、膜厚が0.1〜50μmである。酸化セリウムを
分散した金属アルコキシドとジアルキルジアルコキシシ
ランの加水分解し溶液を塗布して150〜600℃で熱
処理して製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性鋼板および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より亜鉛めっき鋼板、アルミニウム
めっき鋼板などの鋼板は家電、自動車、建築等の分野に
広く使用されている。これらの鋼板はクロメート被覆を
施された後、そのまま使用されたり、有機塗装されて使
用される。クロメート処理を行う目的は、耐食性向上や
有機塗装との密着性向上である。
【0003】しかし、クロメート被膜は耐食性や塗料密
着性に優れているものの、有害なクロムが使用されてい
る。特に、使用環境が湿潤であるとクロムイオンが溶出
してくるため、食品関連の用途に使用するものにクロメ
ート処理することは衛生上問題がある。さらに、近年、
地球環境問題の関心が深まる中、クロメート処理を施し
た鋼板からの溶出によるクロム汚染も無視できない。
【0004】クロメート被膜の代替として耐食性が高い
セラミックスを被膜として鋼板に施す方法が考えられ
る。特に、酸化セリウムを被覆した鋼板は耐食性に優れ
ていることが知られており、ゾル・ゲル法で鋼板に被覆
する方法が試みられている(F.E.SEON, J. Less-Com. M
etals 148 , 73-78(1989) )。しかしながら、セラミッ
クスはその脆性からセラミックス被覆した鋼の曲げや絞
り加工が難しい。セラミックス被膜に比べ有機被膜は成
形や加工しやすいが、熱に弱く、耐食性に乏しく、クロ
メート被膜の代替としては不十分である。
【0005】このような有機材料や無機材料に対して、
無機質と有機質を分子レベルで化学的に結合して融合さ
せた材料(無機・有機融合体)は無機と有機の特性を互
いに補った特徴が期待される。このような無機・有機融
合体の研究例としては、有機修飾シリケート(A. Kaise
r et al., J. Membrance Soc. 22, 257-268(1985) )や
セラマー(G. L. Wilkes et al., Polym. Prep. 26, 30
0-302(1985), H.-H. Huang et al., Polymer. Bull. 1
4, 557-564(1985) )と呼ばれるものがある。これら
は、Si−Oガラス網目の中に有機基を導入した構造で
あり、アルキルアルコキシシラン等の加水分解・重縮合
反応によって合成されている。このような材料を鋼板に
塗布すれば、可撓性を有しかつ耐食性の塗装鋼板が製造
できる。しかし、腐食の激しい条件下では、耐食性は十
分とは言えなっかた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】クロメート被膜のよう
な高い耐食性を有機被膜で発揮するのは困難であり、一
方、耐食性の高いセラミックス被膜を施した塗布鋼板は
加工する際にクラックや剥離が生じてそこから腐食が進
行する。無機・有機融合体を被覆した鋼板は耐食性が高
くかつ可撓性を有し、クロメート代替被膜として有望で
ある。しかし、腐食の激しい条件下では、更に高い耐食
性が要求される。
【0007】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたものであり、クロムを使用しないで高い耐食性を
有した鋼板およびその製造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】前記目的を達成するため
に、M−O−M結合(Mは金属、半金属原子)から成る
無機ポリマーの骨格を−O−Si(R)2 −O−基(R
はアルキル基)で置換した無機・有機融合体中に酸化セ
リウム粉末を分散含有する膜で被覆することを特徴とす
る鋼板である。
【0009】無機・有機融合体とは、炭素、水素、酸
素、窒素等からなる有機物に、金属、半金属が化学結合
して重合することにより、原子・分子レベルで融合した
材料である。無機ポリマーとは、M−O−M結合を骨格
として鎖状、平面状あるいは3次元状に重合した高分子
である。M−O−M結合が無機成分を表するものであ
る。−O−Si(R)2 −O−基におけるアルキル基
(R)とは、例えば、−CH3 、−C2 5 、−C3
7 、−C4 9 、−C6 5 等であり、有機成分を表す
ものである。
【0010】前記無機・有機融合体を0.1〜50μm
の厚さで被覆した鋼板が好ましい。被覆の厚さが0.1
μm未満では、全体に斑無く塗布するのが困難であり、
ピンホール等は発生しやすい。一方、50μmを超える
厚さになると、塗装過程の熱処理時にクラック等が発生
する。
【0011】酸化セリウム粉末は、無機・有機融合体中
に1〜70体積%の割合で含ませることが好ましい。1
%未満では、鋼板被膜に十分な硬度をもたせることがで
きない。一方、70%を超えるとすべての無機粒子間に
十分な無機・有機融合体を含ませることが困難になり、
鋼板被膜の強度が大きく低下する。
【0012】酸化セリウムの粒子のサイズは、0.01
〜20μmの範囲が好ましい。0.01μm未満の粒子
では、非常に微細であるために均一に分散するのが困難
である。20μmを超える粒子では、溶液中での沈降が
はやいため被膜中に均一に分散するように塗布するのが
困難である。
【0013】本発明の耐食性鋼板は、金属アルコキシド
とジアルキルジアルコキシシランを加水分解し、酸化セ
リウム粉末を分散した溶液を得て、該溶液を基板に塗布
して150〜600℃で熱処理して製造する。あるい
は、酸化セリウム粉末を分散した金属アルコキシドとジ
アルキルジアルコキシシランを加水分解し、基板に塗布
して150〜600℃で熱処理して製造する。
【0014】本発明で使用する金属アルコキシドは特に
限定しないが、例えば、メトキシド、エトキシド、プロ
ポキシド、ブトキシド等が挙げられる。また、金属アル
コキシドは、そのアルコキシ基の一部をβ−ジケトン、
β−ケトエステル、アルカノールアミン、アルキルアル
カノールアミン、有機酸等で置換して使用してもよい。
【0015】本発明における無機成分を構成する金属、
半金属は、アルコキシドを形成することができるものに
限定される。例えば、Si,Al,Ti,Zr,Ta,
Nb,Y,Co等である。これらの金属アルコキシド
は、1種または2種以上使用できる。
【0016】本発明で使用するジアルキルジアルコキシ
シランとしては、例えば、ジメチルジモトキシシラン、
ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラ
ン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシ
ラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキ
シシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジプロピルジメ
トキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピ
ルジプロポキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、
ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシ
ラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジブ
トキシシラン等が挙げられる。
【0017】本発明の加水分解では、アルコキシ基に対
して0.5〜10.0モル倍の水を添加する。この際、
無機酸、有機酸あるはそれらの両方を触媒として使用し
てもよい。添加する水は、アルコール等の有機溶媒で希
釈してもよい。0.5モル倍未満の水では重合度が低
く、熱処理の際に揮発するために塗布できない。一方、
10.0モル倍を超えると、すぐにゲル化して塗布でき
ない。
【0018】加水分解においては、ジアルキルジアルコ
キシシランおよびアルコキシドを均一に分散、溶解でき
る有機溶媒が使用される。例えば、メタノール、エタノ
ール、プロパノール、ブタノール等の各種アルコール、
アセトン、トルエン、キシレン等である。
【0019】有機成分となるジアルキルジアルコキシシ
ラン(A)と無機成分となる金属アルコキシド0.1未
満になると、被膜が硬くなり、熱処理時等で剥離した
り、クラックが生じる。一方、8.0を超えると、耐食
性が著しく低下する。加水分解後、溶媒、加水分解で生
成したアルコール等を常圧あるいは減圧下で留去して塗
布してもよい。
【0020】本発明で使用する鋼板は特に限定しない
が、例えば、ステンレス鋼板、アルミ・亜鉛等の各種メ
ッキ用鋼板およびこれらのメッキを施した鋼板等が挙げ
られる。鋼板への塗布は、スプレーコート法、ディップ
コート法、スプレーコート法、ロールコート法、スピン
コート法等で行われる。塗布後の熱処理は、100〜6
00℃で行う。100℃未満であると、溶媒等が十分蒸
発せず、固化できない。600℃を超えると、溶媒等が
急激に蒸発して、皮膜にピンホールやクラックが発生す
る。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の鋼板では、M−O−M結
合から成る無機ポリマーの骨格に−O−Si(R)2
O−基を導入しているため、ガラスやセラミックに比べ
加工性に富み、被膜のバイリャー性と分散含有する酸化
セリウムの腐食抑制作用の相乗効果により従来には無い
高い耐食性が発揮できる。
【0022】
【実施例】本発明の無機・有機融合体被覆鋼板およびそ
の製造方法を以下の実施例によって具体的に説明する。
ただし、本発明は、これらの実施例のみに限定されるも
のではない。
【0023】表1に示す原料アルコキシドおよびジアル
キルジアルコキシシランのエトキシエタノール酢酸触媒
の水で加水分解し、表1に示した割合の酸化セリウムを
含有させ、鋼板に塗布、350℃で熱処理した。比較例
としては、酸化セリウム粉末を含まない無機・有機融合
膜を実施例と同じ条件で施した鋼板、ゾル・ゲル法で酸
化セリウム膜を施した鋼板および従来のクロメート処理
鋼板の耐食性を調べた。耐食性は、JIS Z 237
1による塩水噴霧試験を240時間実施し、白錆発生率
(%)で調べた。実施例の鋼板および酸化セリウム膜を
施した鋼板は、7mmのエリクセン加工した試料も塩水噴
霧試験を行った。
【0024】実施例ではほとんど錆の発生が見られず、
エリクセン加工しても同様の結果であった。比較例のク
ロメート処理鋼板はほとんど激しい錆が発生した。酸化
セリウムを含まない無機・有機融合膜を施した被覆鋼板
は錆の発生を比較的よく抑えられたが、実施例ほどの効
果は見られなかった。酸化セリウム膜を施した鋼板は、
エリクセン加工しないと高い耐食性を示したが、エリク
セン加工したものは加工部位に激しい錆が発生した。
【0025】
【表1】 注1:Aジアルキルジアルコキシシランは、Bはアルコ
キシドを示す。 注2:#のアルコキシドは、アセチルアセトンで化学改
質したアルコキシド誘導体である。 注3:Sは酸化セリウムの割合である。 注4:*は平坦部の値であり、エリクセン加工した部位
は激しい錆が発生した。
【0026】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。本
発明の耐食性鋼板によれば、クロムを含まず高い耐食性
を有するので、衛生上および環境上安全であり、耐熱性
を有し、かつ曲げ等の加工をしても加工部の耐食性は低
下しない。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 M−O−M結合(Mは金属、半金属原
    子)から成る無機ポリマーの骨格を−O−Si(R)2
    −O−基(Rはアルキル基)で置換した無機・有機融合
    体中に酸化セリウム粉末を分散含有する膜で被覆された
    ことを特徴とする耐食性鋼板。
  2. 【請求項2】 無機・有機融合体の−Si(R)2
    (有機成分)とアルキル基の結合していないM(無機成
    分)の割合が有機成分/無機成分のモル比で8.0〜
    0.1であり、0.01〜20μmサイズの酸化セリウ
    ム粒子を1〜70体積%の割合で分散し、膜厚が0.1
    〜50μmであることを特徴とする請求1記載の耐食性
    鋼板。
  3. 【請求項3】 金属アルコキシドとジアルキルジアルコ
    キシシランを加水分解し、酸化セリウム粉末を分散した
    溶液を得て、該溶液を基板に塗布して150〜600℃
    で熱処理することを特徴とする耐食性鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 酸化セリウム粉末を分散した金属アルコ
    キシドとジアルキルジアルコキシシランを加水分解し、
    基板に塗布して150〜600℃で熱処理することを特
    徴とする耐食性鋼板の製造方法。
  5. 【請求項5】 有機成分となるジアルキルジアルコキシ
    シラン(A)と無機成分となる金属アルコキシド(B)
    の割合が、A/Bのモル比で8.0〜0.1の範囲であ
    ることを特徴とする請求項3または4記載の耐食性鋼板
    の製造方法。
JP8177196A 1996-04-03 1996-04-03 耐食性鋼板およびその製造方法 Withdrawn JPH09268382A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6768048B2 (en) * 2002-12-04 2004-07-27 The Boeing Company Sol-gel coatings for solar cells

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20030603