JPH10158860A - 耐食性に優れた表面処理鋼材 - Google Patents

耐食性に優れた表面処理鋼材

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JPH10158860A
JPH10158860A JP32402096A JP32402096A JPH10158860A JP H10158860 A JPH10158860 A JP H10158860A JP 32402096 A JP32402096 A JP 32402096A JP 32402096 A JP32402096 A JP 32402096A JP H10158860 A JPH10158860 A JP H10158860A
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zinc oxide
corrosion resistance
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新 須田
Hiroki Hayashi
洋樹 林
Shigeo Tsujikawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 皮膜の光学的性質を利用して鋼材の耐食性を
向上させる。 【解決手段】 鋼材の表面に、下層として酸化亜鉛を皮
膜固形分中12〜100重量%含有する第1の皮膜層を
形成し、その上に酸化チタンを15〜100重量%含有
する第2の皮膜層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性に優れた表
面処理鋼材の表面処理方法に関するものであり、より詳
しく述べるならば、鋼材の表面に下層として酸化亜鉛を
含有する第1の皮膜層を有し、その上層に酸化チタンを
含有する第2の皮膜層を有し、耐食性に優れた鋼材に関
するものである。本発明は、建築材料、構造材料用など
に用いられる表面処理鋼材に関するものであって、より
詳しく述べるならば鋼材の表面への光照射により、酸化
チタンと酸化亜鉛の光半導体作用を発揮させて、鋼材の
耐食性を飛躍的に向上させる表面処理鋼材に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】酸化チタンを鋼材など金属の防食に適用
する技術は、現在までほとんどなく、僅かに次の2つが
あげられる。第1に、「材料と環境」第44巻、p.5
39、1995年に記載された、炭素鋼を500℃以上
に加熱し不特定な酸化皮膜を形成させ、上層にゾルゲル
法で酸化チタンを形成させ、電気化学的な方法により耐
食性が向上することを確認したものである。また第2
は、特開平06−010153号公報に開示された、ス
テンレス鋼からなる基材の表面に、チタン含有量に換算
して1mg/m2 以上のチタン酸化物を含有する皮膜層
を形成して、光照射下において高い耐食性を有するステ
ンレス鋼板を提供するというものである。しかしなが
ら、第1の従来技術は、炭素鋼を高温で加熱焼成して酸
化鉄皮膜層を形成しているため、酸化鉄皮膜層の形成効
率が極端に悪いこと、並びに酸化鉄皮膜層の組成中にα
−Fe23 が少ないために、耐食性が十分ではない。
また、第2の従来技術は、防食効果が得られるのは、実
際にはステンレス鋼材のみに限定されており、他の材料
には適用できなかった。また、酸化チタンのみの1層構
造であることから、防食効果が低いという問題点を有し
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
抱える問題点を解決し、ステンレス鋼以外であってもす
ぐれた耐食性を有する表面処理鋼材を提供することを目
的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するための手段について鋭意検討した結果、表
面に酸化チタンを含有する皮膜を形成させた鋼材の特性
を調べる過程において、鋼材表面に酸化亜鉛を含有する
酸化物皮膜層を下層として形成させた後に、酸化チタン
を含有する皮膜を上層として形成させた2層構造皮膜
に、光を照射すると、該鋼材の耐食性が飛躍的に向上す
ることを新たに見い出し、本発明を完成するに至った。
【0005】すなわち本発明の表面処理鋼材は、鋼材の
表面に、下層として酸化亜鉛を皮膜固形分中12〜10
0重量%含有する第1の皮膜層を有し、その上に酸化チ
タンを15〜100重量%含有する第2の皮膜層を有す
ることを特徴とするものである。
【0006】以下に本発明の内容を詳しく説明する。本
発明では、鋼材の表面下層として、酸化亜鉛を皮膜固形
分中12〜100重量%含有する第1の皮膜を形成する
ことが必要である。鋼材の表面に下層として形成される
皮膜もしくは塗膜中の固形分に対して酸化亜鉛の含有量
が12重量%未満であると、防食性の向上効果が低いの
で、酸化亜鉛の含有量は12重量%以上が必要である。
防食性の効果を最大に引き出すには酸化亜鉛の含有量は
100重量%であることが最も好ましい。
【0007】本発明の下層の酸化亜鉛を12〜100重
量%含有する下層皮膜の形成方法については特に制限は
ない。例えば、電解法により酸化亜鉛を鋼材表面に付着
させても良いし、亜鉛めっき鋼材に酸化処理、あるいは
電解処理を行って亜鉛表面の一部又は全部を酸化させる
ことも可能である。また、酸化亜鉛を12〜100重量
%含有させる方法であれば、酸化亜鉛を顔料として含有
する有機樹脂あるいは無機バインダー塗料などを塗布し
て下層皮膜を形成させても構わない。
【0008】次に、本発明の第2層目の皮膜層において
酸化チタンの含有量が15重量%未満であると、防食性
の向上効果が低くなるので好ましくなく、防食性の向上
効果を最大に引き出すには100重量%が最も好まし
い。さらにTiO2 の量は鋼板表面積当たり0.2g/
2 の範囲において優れた防食性が達成される。
【0009】次に、上層の酸化チタン含有皮膜の形成方
法については、特定するものではなく、例えばPVD法
やCVD法などいかなる方法によるものでも良い。また
チタン酸化物の粉末を含有する有機あるいは無機の樹脂
塗料や、チタン酸化物ゾルを塗布乾燥しても良い。
【0010】本発明が対象とする鋼材としては特に限定
はなく、炭素鋼、ステンレス鋼の他に、亜鉛めっき、亜
鉛合金めっき鋼などのめっき鋼材などに対しても有効で
ある。本発明により処理されたステンレス鋼は直接酸化
チタン系被膜を形成したものよりも防食性が一層向上す
る。さらに本発明は銅、アルミニウム、チタン、マグネ
シウムなどの金属にも適用できる。
【0011】本発明の防食表面処理鋼材は、光の照射後
にその防食性が向上するが、特に波長が400nm以下
の紫外線を多く含む500ルクス以上の照射時において
耐食性の向上効果をもたらすものである。
【0012】
【作用】本発明による表面処理鋼材の耐食性が格段に向
上するのは、酸化亜鉛と酸化チタンのn型半導体電極と
しての光電気化学的性質をもつことによるものと考えら
れる。すなわち、酸化亜鉛と酸化チタンは光照射を受け
ると光電気化学的性質により、素材の鋼材がカソード、
チタン酸化物(例えばTiO2 )や酸化亜鉛(例えばZ
nO)がアノードになり、鋼材をカソード防食すること
により、耐食性を向上させるのである。さらに、この際
のアノード反応はチタン酸化物などの表面で起こる、2
2 O→O2 +4H+ +4e- で示される水の電気分解
反応であるために、酸化亜鉛又はチタン酸化物は全く消
費されず、劣化しない。このことから本発明による効果
は光の存在下で半永久的に持続する。また、この光電気
化学反応は、一時的に光が照射された後であれば、記憶
効果により、光照射の無い暗い環境でも起こるので、カ
ソード防食能が維持される。これらの作用は、各々単独
膜として使用するよりも、酸化亜鉛皮膜(下層)と酸化
チタン皮膜(上層)との二者の組合わせにより防食性能
が向上し、さらに、下層の酸化亜鉛含有量を12〜10
0%、(上層)の酸化チタンを15〜100重量%含有
させた二層皮膜構造とすることにより、その防食作用が
著しく向上することを新たに見出した。
【0013】
【実施例】本発明をより詳しく説明するために、実施例
を比較例とともに挙げて具体的に説明する。さらに、そ
の耐食性の評価結果を表1に示す。
【0014】実施例1 縦15cm、横7cm、厚さ0.16cmサイズの自動
車用冷延鋼板を、第1層の下層として、試薬の酸化亜鉛
を、溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、25重量%添
加した塗料を塗布後、100℃で乾燥し乾燥膜厚で1μ
mとした。次に、上層として、日本パーカライジング製
の酸化チタンゾル(酸化チタン含有量99%)を塗布後
に180℃で乾燥し乾燥膜厚で1μmとした。従って上
層と下層の合計で2μmの膜厚となる。この試片を神奈
川県平塚市の工業地帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐
食外観を観察した。
【0015】実施例2 縦15cm、横7cm、厚さ0.16cmサイズの自動
車用冷延鋼板を、第1層の下層として、試薬の酸化亜鉛
を、溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、85重量%添
加した塗料を塗布後、100℃で乾燥し乾燥膜厚で1μ
mとした。次に、上層として、石原産業(株)社製の酸
化チタン顔料を溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、7
0重量%添加した塗料を塗布後、180℃で乾燥し乾燥
膜厚で1μmとした(合計22μm)。この試片を神奈
川県平塚市の工業地帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐
食外観を観察した。
【0016】実施例3 縦15cm、横7cm、厚さ0.07cmサイズの電気
亜鉛めっき鋼板を、0.1MNaOH水溶液中で12.
5V,20分間印加しアノード酸化処理を行うことによ
り酸化亜鉛皮膜を下層皮膜として析出させた。次に、上
層として、日本パーカライジング製の酸化チタンゾル
(酸化チタン含有量99%)を塗布後に180℃で乾燥
し乾燥膜厚で1μmとした。この試片を神奈川県平塚市
の工業地帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐食外観を観
察した。
【0017】実施例4 縦15cm、横7cm、厚さ0.07cmサイズの電気
亜鉛めっき鋼板を、0.1MNaOH水溶液中で12.
5V,20分間印加しアノード酸化処理を行うことによ
り酸化亜鉛皮膜を下層皮膜として析出させた。次に、上
層として、石原産業(株)社製の酸化チタン顔料を溶剤
系エポキシ樹脂の固形分に対し、25重量%添加した塗
料を塗布後、180℃で乾燥し乾燥膜厚で1μmとし
た。この試片を神奈川県平塚市の工業地帯に1年間屋外
曝露試験に供し、腐食外観を観察した。
【0018】比較例1 縦15cm、横7cm、厚さ0.16cmサイズの自動
車用冷延鋼板を、第1層の下層として、試薬の酸化亜鉛
を、溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、5重量%添加
した塗料を塗布後、100℃で乾燥し乾燥膜厚で1μm
とした。次に、上層として、日本パーカライジング製の
酸化チタンゾル(酸化チタン含有量99%)を塗布後に
180℃で乾燥し乾燥膜厚で1μmとした。従って上層
と下層の合計で2μmの膜厚となる。この試片を神奈川
県平塚市の工業地帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐食
外観を観察した。
【0019】比較例2 縦15cm、横7cm、厚さ0.16cmサイズの自動
車用冷延鋼板を、第1層の下層として、試薬の酸化亜鉛
を、溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、85重量%添
加した塗料を塗布後、100℃で乾燥し乾燥膜厚で1μ
mとした。次に、上層として、石原産業(株)社製の酸
化チタン顔料を溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、5
重量%添加した塗料を塗布後、180℃で乾燥し乾燥膜
厚で1μmとした。この試片を神奈川県平塚市の工業地
帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐食外観を観察した。
【0020】比較例3 縦15cm、横7cm、厚さ0.07cmサイズの電気
亜鉛めっき鋼板を、0.1MNaOH水溶液中で12.
5V,20分間印加しアノード酸化処理を行うことによ
りZnO皮膜を析出させた。この試片を神奈川県平塚市
の工業地帯に1年間屋外曝露試験に供し、腐食外観を観
察した。
【0021】比較例4 縦15cm、横7cm、厚さ0.07cmサイズの電気
亜鉛めっき鋼板に、石原産業(株)社製の酸化チタン顔
料を溶剤系エポキシ樹脂の固形分に対し、70重量%添
加した塗料を塗布後、180℃で乾燥し乾燥膜厚で1μ
mとした。この試片を神奈川県平塚市の工業地帯に1年
間屋外曝露試験に供し、腐食外観を観察した。
【0022】
【表1】
【0023】表1の結果から明らかなように、本発明の
表面処理鋼材を用いた実施例1〜4については腐食が僅
かであるが、本発明の範囲外である比較例1〜4は腐食
面積が大きいことがわかる。
【0024】
【発明の効果】従来、重防食用塗料を厚く塗装していた
鋼材などに対して本発明を適用することにより、塗料の
使用量を大幅に減らすことが可能になった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼材の表面に、下層として酸化亜鉛を皮
    膜固形分中12〜100重量%含有する第1の皮膜層を
    有し、その上に酸化チタンを15〜100重量%含有す
    る第2の皮膜層を有することを特徴とする耐食性に優れ
    た表面処理鋼材。
JP32402096A 1996-12-04 1996-12-04 耐食性に優れた表面処理鋼材 Expired - Fee Related JP3860632B2 (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003066934A1 (fr) * 2002-02-08 2003-08-14 Center For Advanced Science And Technology Incubation, Ltd. Structure a base de matiere metallique resistant a la corrosion et procede de traitement en surface de cette matiere metallique
US6882459B2 (en) 2000-09-01 2005-04-19 Akira Fujishima Photoreactive devices, translucent members, ornaments, anticorrosive devices, devices for reducing oxygen and devices for controlling growth of microorganisms
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