JPH09268382A

JPH09268382A - 耐食性鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09268382A
Application number: JP8177196A
Authority: JP
Inventors: Shingo Katayama; 真吾片山; Ikuko Yoshinaga; 郁子吉永; Noriko Yamada; 紀子山田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-14

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、−Ｃ₂Ｈ₅、−Ｃ₃Ｈ
₇、−Ｃ₄Ｈ₉、−Ｃ₆Ｈ₅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、ＪＩＳＺ２３７
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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。