JPH10501303A - 化成被層、その形成方法及び溶液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属表面に、金属酸化物のセル構造の生長を誘導させるために、酸化剤含有酸性溶液にその金属を接触させること；その酸化物の厚さを増加して、所望の厚さを持つ金属酸化物含有層を形成させるに十分な時間、その金属を水に接触させること；その金属酸化物を含浸させて、実質的にシールするために、該金属を一種以上の稀土類元素で処理すること；の各工程を含む、金属表面用化成被層の形成法。

Description

【発明の詳細な説明】 化成被層、その形成方法及び溶液 ［発明の技術分野］ 本発明は、金属表面に用いる化成被層と、その金属表面に化成被層を形成する ための方法及び溶液とに関するものである。特に本発明は、アルミニウム、及び アルミニウム合金への化成被層と、その形成のための方法及び溶液とに関するも のである。 ［発明の背景技術］ “化成被層”という言葉はよく知られた技術用語であるが、これは制御された 化学的形成によるフィルムを、金属表面に最初から存在していた酸化物と置換す ることを意味している。酸化物及びリン酸塩は慣用的な化成被層である。化成被 層は、アルミニウム、スチール、亜鉛、カドミニウム、マグネシウム及びそれら の合金のような金属に用いられ、基材金属について、塗料接着性の及び／又は腐 蝕防止のための解決手段を与える。したがって、化成被層は、航空宇宙産業、自 動車、建築、缶素材、計器及び建築工業の様な分野においてその用途が見いださ れている。 金属表面への化成被層の被覆法としては、クロム酸塩或いはリン酸塩の溶液、 或いはそれらの混合液で処理する方法が知られている。しかしながら、近年、そ の六価クロミウムイオン、Ｃr⁶⁺、が環境及び健康に極めて有害であることが判 明した。同様にリン酸イオンも、特にそれが天然の水路に流れ込んだ場合には、 藻類の繁殖を引き起こすという危険性を孕んでいる。その結果、非常に多くの工 業方法において、これらの化成品の用量には厳しい規制が設けられているし、そ れらの環境への放出も制限されている。そしてこのことが排水処理を高価にして いる。 より害の少ない別の化成被層を追求するのに、稀土類化合物を基材とする化成 被層の研究が行われた。しかしながら、その稀土類化合物を基材とする化成被層 は、その接着性と腐蝕防止特性に関して、及びそれらの被膜を接着させるのに必 要な時間に関して、かなりの改善の余地が残されていた。 従って本発明の目的は、既存の技術が有する短所、或いは欠陥を克服した、或 いはその少なくとも一つ以上を緩和した、金属表面用化成被層、及びその化成被 層の形成方法を提供することにある。本発明の目的には、金属表面用化成被層を 提供する際に用いる、稀土類元素含有水溶液を提供することも含まれる。 ［発明の開示］ 本発明によれば、下記の工程（ステップ）を含む金属表面用化成被層の形成方 法が与えられる。 金属表面に、金属酸化物のセル構造の生長を誘導させるために、酸化剤含有の 酸性溶液と前記金属とを接触させること、 その酸化物を厚くして、所望の厚さを持つ酸化物含有層を形成するのに十分な 時間、その金属を水と接触させること、及び、 その酸化物含有層を含浸させ、実質的にその層をシールさせる為、その金属を 稀土類元素で処理すること。 また本発明は、化成被層された金属を提供するもので、ここでの化成被層は、 一種以上の稀土類元素を含浸させた金属酸化物含有層からなる。 さらに本発明は、金属の化成被層を提供する際に用いられる、稀土類元素含有 水溶液も提供する。この溶液には、前記の金属表面に形成された金属酸化物含有 層を含浸させ、実質的にその層をシールするのに十分な量の稀土類元素が含まれ ているものとする。 以下、本発明については、特にアルミニウム、或いはアルミニウム含有合金へ の使用を具体的に引用しつつ記載する。しかしながら当業者には、本発明がこの 使用に限らず、亜鉛のような他の金属に関しても応用できることが理解していた だけると思う。 本発明の方法は、金属表面の脱脂、及び／或いは清浄、さらに脱酸素化／脱ス マットの除去等のステップの後に行われるのが適切であろう。 脱脂を行う場合、そのステップには、金属表面を適当な脱脂溶液で処理して、 全てのオイル、グリース（ラノリンの様な）、或いは既にその金属表面に被覆さ れているプラスチック被膜を除去することが含まれる。 脱脂を行う場合、そのステップには、トリクロロエタンの様な蒸気脱脂剤、或 いは商品名ブルリン(BRULIN)として入手可能な脱脂水溶液で、金属表面を処理す ることが含まれているのが望ましい。例えばその金属が、既にラノリン、他のオ イル、或いはグリースで被覆されている場合、或いはプラスチック被膜で被覆さ れている場合には、この脱脂ステップが必要となる。 酸化物の様な汚染物、及び不純物を金属表面から溶かすために、この脱脂ステ ップに続いて清浄ステップを経るのが望ましい。この清浄ステップは、アルカリ 性溶液による処理を含むのが望ましい。 アルカリ性溶液には、それによって金属表面からの物質のエッチング速度が低 い、“非エッチング性”溶液が望ましい。そのアルカリ性の清浄溶液には、市販 の商品名リドリン53(RIDOLINE 53)が適当である。 アルカリ性清浄溶液との処理は、80℃以下の高温で、特に70℃以下の高温で行 われるのが望ましい。 アルカリ性溶液と処理すると、主に金属表面の“スマット”が除去される。こ こで用いる“スマット”には、不純物、酸化物、及び緩く結合された金属間粒子 が含まれ、これらはアルカリ処理をすることにより、もはやアルミニウム合金の 基材に取り込まれることはない。その為、金属表面からのスマットの除去には、 その金属を“脱スマット”、或いは“脱酸素化”溶液で処理するのが望ましい。 （この明細書中では、“脱スマット”び“脱酸素化”は、同じ意味に用いている 。）通常、スマットの除去には、適当な添加剤を有効量加えた酸性溶液を含む、 脱スマット（脱酸素化）溶液で金属を処理するのが効果的である。金属表面に酸 化物が薄く均一に残るよう、脱スマット溶液は、その金属表面に最初から付いて いた酸化物を溶かす溶液であることが望ましい。この脱スマット溶液は、クロム 酸をベースとしたものでも良いが、その場合、Ｃr⁶⁺イオンが存在する為、環境 及び健康に対する危険性がある。 この脱スマット溶液は、同時出願中のＰＣＴ特許、出願番号ＷＯ 95/08008に 報告されている脱スマット溶液のように、稀土類元素を含んだものでもよい。こ の報告内容は全て、引用する形でこの文中に編入してある。稀土類元素含有の脱 スマット溶液で処理すると、環境及び健康への危険性は軽減され、その結果と して、被覆時間に、及び続いて被覆される化成被層の腐蝕特性に改善が見られた 。この脱スマット溶液中の稀土類元素は、１価以上のより高い原子価状態を持つ ことが望ましい。“より高い原子価状態”と言うのは、０価よりも高い原子価状 態を意味している。脱スマットのメカニズムをただ一つに限定することを望むも のではないが、そのメカニズムは以下のように考えられる。すなわち、稀土類元 素は、多価な状態になると酸化還元作用を有するようになり、表面の不純物を酸 化し、それらをイオンとして溶液中へ除去することが可能になるというものであ る。この様な稀土類元素には、セリウム、プラセオジミウム、ネオジミウム、サ マリウム、ユーロピウム、テルビウム、及びイッテルビウムがある。稀土類元素 で好ましいのは、セリウム及び／或いはプラセオジミウム、及び／或いは稀土類 元素の混合物である。稀土類化合物には、水酸化セリウム(IV)、硫酸セリウム(I V)、硝酸アンモニウムセリウム(IV)が好ましい。鉱酸は、硫酸及び硝酸とＦ^-イ オンとの混合物が好ましい。 稀土類元素含有の脱スマット溶液のｐＨは１未満が望ましい。 本発明の或る具体例として、本発明の方法に用いる酸化剤含有の酸性溶液を、 脱スマット溶液と混ぜて一つの溶液にしたところ、これはスマットを除去すると 同時に、金属表面での酸化アルミニウムの生長を誘導させる役割も果たした。 本発明のもう一つの具体例として、金属表面への化成被層の形成法は、 (a) 金属表面に金属酸化物のセル構造の生長を誘導させるために、酸化剤含有 の酸性溶液と、金属とを接触させること、 (b) その酸化物を厚くして、所望の厚さを持つ酸化物含有層を形成するのに十 分な時間、前記金属と水とを接触させること、及び、 (c) その酸化物含有層に含浸させて、実質的にその層をシールするために、前 記金属を稀土類元素含有溶液で処理すること、 の各工程が含まれる。 本発明の方法により形成された稀土類元素含浸酸化アルミニウム層は、優れた 耐腐蝕性を有する一方、続いてペイントのような塗料を塗布する際の優れた基材 ともなる。本発明の方法には、さらにシール溶液による処理工程を含むのこと望 ましい。この稀土類元素含浸被膜は、水性、或いは非水性の、無機、有機、或い は無機／有機物等の種々のシール溶液のいずれか一つで処理することにより、シ ールできる。そのシール溶液は、最初その半多孔性構造に浸透していって、次第 に稀土類元素含有被膜の上に表層を形成し、さらにその稀土類元素含有被膜の耐 腐蝕特性を高めることができる。この被膜は、珪酸カリウム水溶液のような珪酸 アルカリ金属水溶液でシールするのが望ましい。使用可能な珪酸カリウム水溶液 の例としては、商品名“ＰＱカジル#2236(PQ Kasil#2236)”、及び“ＰＱカジル #1”が市販されている。アルカリ金属のシール水溶液には、他にも珪酸ナトリウ ム、オルトリン酸ナトリウム、或いはそれらの混合物のように、ナトリウムをベ ースとしたもので良い。 本発明の各ステップの後には、水でスマットぐステップをいれるのが望ましい 。［図面の簡単な説明］ 本発明は、添付の図面、及び実施例と関連する以下の例示的な記載から、より 容易に明確なものとなるであろう。 図１は、実施例３、ステップ（工程）６終了時の、稀土類含浸酸化アルミニウ ム被膜の顕微鏡写真である。 図２は、実施例３、ステップ６終了時の、稀土類含浸酸化アルミニウム被膜の もう一枚の顕微鏡写真である。 図３は、実施例３のステップ７終了時における、珪酸でシールされた被膜の、 Ｘ線光電子分光分析法による縦断面図(深さ方向の状態：depth profile)である 。 図４及び５は、実施例３、ステップ７終了時における、珪酸でシールされた被 膜の顕微鏡写真である。 ［発明の詳細な説明］ 本発明の方法には、アルミニウム、或いはアルミニウム合金の表面上に、酸化 アルミニウム、或いは水和酸化アルミニウムの生長を誘導するステップ（工程） が含まれる。ここで用いる“酸化アルミニウム”とは、酸化アルミニウム、水和 酸化アルミニウム、或いは水酸化アルミニウムを、単独で、或いはそれらの混合 物として含む化合物のことを指している。 金属表面に、酸化アルミニウムの生長を誘導させてその酸化物の薄層を形成さ せるために、金属表面を適当な溶液と処理する。この薄層の厚みは、10nm以下に できる。 酸化物の生長は、酸化剤を有効量含む酸性溶液中に、金属を浸漬することによ り誘導される。その酸性溶液は、硝酸、リン酸、及び硫酸のうちの一種以上から 選ぶものとする。特に硝酸が好ましい。硝酸を用いる場合、その濃度は1.6Ｍ以 下が望ましい。 適当な酸化剤には、(金属)過塩素酸塩、(金属)臭素化塩、(金属)過硫酸塩、硝 酸塩、過酸化水素、硝酸アルミニウムセリウムがある。特に、ＮaＢrＯ₃が好し い。 従ってその溶液は、硝酸及び他の酸を含むことができる。硝酸は、酸として及 び酸化剤としての機能を併せ持っている。 酸化剤含有酸性溶液は、硝酸とＮaＢrＯ₃を含んでいるのが望ましい。 本発明の酸化メカニズムを唯一つに限定するつもりはないが、次のように考え ている。すなわち、酸化剤含有酸性溶液は、金属表面の金属間粒子（intermetal lic particles）と反応して、これを取り除く役割を担っているというものであ る。 酸化剤中にハロゲンが存在すると（ＮaＢrＯ₃のような）、これは金属表面上 の酸化物を除去する手助けをすると考えられる。 酸化剤は、溶解度の限度以下で溶液中に存在しても良い。しかしながら、ほと んどの場合、酸化剤は低濃度で存在している。最大濃度は10wt％が適当である。 酸化剤の最低濃度は0.01wt％である。 酸化剤含有酸性溶液のｐＨは、酸化剤の性質、及びその溶液に添加するその他 の物質によって変化するする。酸性溶液のｐＨは、5.5より低く、例えば5.0未満 である。ある実施例では、ｐＨが4.5以下で、4.0未満のこともある。本発明の他 の実施例においては、そのｐＨは3.5未満である。HNO₃が存在する場合、その酸 性溶液のｐＨは1.0未満が望ましい。。 その溶液が酸化剤、ＮaＢrＯ₃及びＨＮＯ₃を含む場合、ｐＨは0.5未満が望ま しい。この低いｐＨは、ＮaＢrＯ₃溶液中でＨＮＯ₃を使用したことによるもので ある。しかしながら、その他の硝酸塩によって、ＨＮＯ₃を部分的に或いは完全 に置換することができ、それによって、溶液のｐＨは様々な値になってしまう。 酸化剤によって形成された酸化物を溶解し、それによって、平衡を成立させる ために、低いｐＨが必要となる。それによって、薄い酸化物層だけがが形成され る。しかし、薄い酸化物層の形成にそれが必要とされる厳密な理由は判っていな い。 酸化剤含有酸性溶液の温度は、その溶液の沸点まで様々に変えることができる 。溶液温度は最低10℃から30℃のような周囲温度で良い。本発明の中のいくつか の態様では、酸性溶液の温度が20℃である。本発明方法の別の態様では、50℃以 下であり、20℃よりも高温で行われる。また、別法では、溶液温度は25℃以上で も良く、他の態様では、40℃という高温で行うこともできる。 酸化剤含有酸性溶液による金属表面の処理は、その表面に所望程度の酸化アル ミニウムの生長を誘導させるのに十分な時間で行われる。処理時間は１時間以下 で良い。しかしながら、その時間は20分以下というように、30分以下が望ましい 。幾つかの態様では、酸性溶液による処理は、15分以下であり、10分以下であっ ても良い。好ましい態様では、その処理時間は７分以下である。 或る好ましい態様では、その酸化剤含有酸性溶液は７％(1.1モル)の硝酸を含 む、３％(0.2モル)の金属臭素化塩で、そのｐＨは0.5未満である。酸性溶液との 処理は25℃から40℃で７分間行い、その後水でスマットぐ。 さらに本発明の方法には、酸化アルミニウムを水で処理して、その厚さを増す ことが含まれる。典型的な柱状構造である、多孔性セル構造を含む連続層が形成 される。処理水は、蒸留水及び／或いは脱イオン水が好ましい。しかし、特定の 添加剤を含む水も有効である。その水には、珪素含有物が0.05ppmの低い割合で 含まれているか、全く含まないのが望ましい。何故なら、珪素含有物の割合が高 いと、酸化物の増厚に対して悪影響を示すことが分かっているからである。処理 水のｐＨは中性付近の４から７が望ましい。酸化物層が溶解する割合が、この範 囲で最小に抑えられるからである。その水には、ハロゲン化物が低濃度で含まれ ているか、全く含まれないのが望ましい。同様に、硫酸塩の濃度も低いか含まれ ないのが望ましい。水には溶液の表面張力を弱めるため、界面活性剤が有効量含 まれていても良い。アルミニウム酸化物層が形成される時、その層の気孔に 含まれている溶液の表面張力が弱まると、層の亀裂が最小限に抑えられる。界面 活性剤は、陽イオンでも陰イオンでも非イオンでも構わない。さらに、界面活性 剤を含んでいると、被膜用溶液の表面張力が低下する為、溶液からの“ドラック アウト(Drag-out)”が最小限に抑えられるという利点がある。“ドラックアウト ”とは、一旦金属に付着し、さらにその金属と共に次第に除去され、最後にはな くなってしまう被膜用溶液の過剰分の事である。従って、被膜用溶液に界面活性 剤を加えると、無駄と費用を最小限に抑えられる。 溶液中の界面活性剤の濃度は、0.015wt％以下のような0.02wt％以下であるこ とができる。その濃度は0.01wt％以下が望ましい。界面活性剤の最低濃度は0.00 1wt％付近である。しかし、いくつかの態様ではその最低濃度が0.005wt％であり 、一方、他の態様では少し高く、0.0075wt％である。 適当な界面活性剤の例には、市販の商品名フルオラド(FLUORAD)“ＦＣ-135” があり、これは陽イオン性のフルオロケミカル界面活性剤である。ＦＣ-135含有 処理水のｐＨは5.5付近である。 酸化物の厚さを増加する為に水に添加することが有用な他の物質としては、硝 酸カリウム(ＫＮＯ₃)のような硝酸化合物、硫酸セリウム八水和物(Ｃe₂(ＳＯ₄)₃ ・ 8Ｈ₂Ｏ)、アンモニア溶液、及びＮＨ₄ＯＡc、ＮＨ₄ＮＯ₃、(ＮＨ₄)₂ＣＯ₃、Ｎ Ｈ₄ＯＨのようなアンモニウム塩、及び炭酸ナトリウム(Ｎa₂ＣＯ₃)がある。 酸化物を厚さを増加するために用いる処理水の温度は、例えば95℃以下のよう に、その処理溶液の沸点(純粋な水では100℃)以下である。処理温度は90℃以下 が望ましい。最低水温は70℃で良い。本発明の幾つかの態様では、水処理ステッ プの温度が85℃から90℃である。水処理溶液の温度は85℃でも良いが、酸化アル ミニウムの成長は遅く、70℃未満ではもっと遅くなる。 金属表面は、例えば35分以下のような60分以下の時間で水処理できる。幾つか の態様では、最長処理時間は20分である。また、最短処理時間は２分半で良い。 しかしながら、いくつかの態様では、その処理時間は３分より長い。別法では５ 分以上でも良い。 本発明は、層中の酸化物含有層に含浸させて実質的にシールするために、金属 を稀土類元素と接触させるステップを含んでいる。通常この稀土類元素は、水溶 液中のイオンの形で用いられる。この稀土類元素イオンは、１より高い原子価状 態を持っても良い。“より高い原子価状態”とは、０よりも高い原子価状態を意 味している。この稀土類元素イオンが１より高い原子価状態にあるならば、この 稀土類元素イオンは、より低い原子価状態の溶液中に添加される。このような稀 土類元素には、セリウム、プラセオジミウム、ネオジミウム、サマリウム、ユー ロピウム、テルビウム、ツリウム、ルテチウム、及びイッテルビウムがある。稀 土類元素で好ましいのは、セリウム、及び／或いはプラセオジミウム、及び／或 いは稀土類元素の混合物である。 稀土類元素による処理によって酸化物層がシールされるメカニズムは、厳密に は判っていない。しかしながら、シールのメカニズムを１つの具体的なものに限 定することを意図するものではないが、次のように考えている。すなわち、稀土 類元素イオンが、酸化アルミニウム層中のＡl³⁺の代替陽イオンとして働いてい るというものである。従って、稀土類元素がセリウムの場合（ここでは、Ｃe³⁺ が好ましい）、このイオンは酸化層中のＡl³⁺と置換されると考えられている。 稀土類元素の溶液は、稀土類元素塩を水に溶かすことによって作られる。稀土 類元素塩として適当なのは、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、Ｃe₂(ＳＯ₄)₃・8Ｈ₂Ｏ、及び 、Ｐr(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏである。稀土類元素塩としては、六水和硝酸セリウム(III )(Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ)が好ましい。 稀土類元素含有溶液は、その溶液１リットルに対して50g(0.12モル)のような 、100g(0.23モル)以下の溶解した稀土類元素の塩を含むことができる（溶液１リ ットル中のＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの当量グラムとして表した場合）。幾つかの態様 では、稀土類元素塩の最大濃度は40g/l(0.092モル)である。また、その他の態様 では、最大濃度が20g/l(約0.05モル)である。別法では、稀土類元素塩の最大濃 度は10g/l(0.023モル)でも良い。その溶液１リットルに対する稀土類元素塩の最 低量は0.1g(2.3×10^-4モル)で良い。しかしながら、幾つかの態様では、その濃 度が1.0g/lを越えるような、0.5g/l以上である。そして、別の態様では、最低濃 度が5.0g/lである。溶解している稀土類元素塩のモル濃度の値は、その稀土類元 素陽イオンのモル濃度に相当する。 稀土類元素含有溶液には、さらにその他の添加剤が含まれていても良い。この ような添加剤の一つに、過剰の硝酸イオンがある。このイオンは、金属と酸化ア ルミニウム相との界面で、そのアルミニウムの酸化を促進できる。過剰の硝酸イ オンは、ＫＮＯ₃、ＬiＮＯ₃、ＮＨ₄ＮＯ₃、或いはそれらを組み合わせの様な、 種々の形で加えることができる。過剰の硝酸イオンの濃度は、相当する硝酸塩の 飽和限界まで高くすることが可能である。しかし、硝酸塩の濃度は2.0Ｍのよう に低くても有効である。濃度は1.0Ｍが適当である。 その稀土類元素含有溶液には、フッ素イオンを加えても良い。これは ＭgＦ₂ 或いはＮaＦとして加えることができる。Ｆ^-イオンが存在する場合、その濃度は 0.005Ｍ以下のような、0.01Ｍ以下とすることができる。フッ素イオンは0.001Ｍ 以下が望ましい。Ｆ^-イオンの正確な役割は判っていないが、Ｆ^-が酸化アルミニ ウム層のアルミニウムを攻撃し、溶解可能なＡl³⁺錯体を形成すると考えられて いる。さらに酸化物層のＡlは、溶液から解け出した稀土類元素で置換できる。 この稀土類元素は、その後酸化物層に、酸化物、或いはフッ素化物として存在し ていても良いし、それらの混合物として存在していても良い。 本発明方法における稀土類元素含有溶液による処理の温度は、例えば 95℃以 下のように、その溶液の沸点まで上げることができる。最高温度は90℃が望まし い。最低温度は60℃で良い。しかしいくつかの態様では、溶液による処理温度は 70℃以上である。処理温度は85℃及びそれ以上であることが望ましい。 稀土類元素含有溶液は、酸性から中性であることが望ましい。そのｐＨは5.5 未満のように、７以下であることができる。この方法の幾つかの態様では、溶液 のｐＨは５未満である。ｐＨは、4.1及びそれ以上のような、４以上であること が好ましい。本発明の態様では、そのｐＨの範囲は４から５であることが望まし い。更に別の態様では、ｐＨは２以上、例えば３以上である。 稀土類元素含有溶液に用いる稀土類元素の塩が、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの場合、 Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度を高めると、その溶液のｐＨは僅かに減少することが 観察された。 酸化物を被覆した金属表面は稀土類元素含有溶液で処理されるが、そのときの 所要時間は、柱状構造の酸化アルミニウム層を、溶液中の稀土類元素イオンを有 効な含浸ができるのに十分な時間とする。処理時間は60分以下で良い。しかし 通常の処理は40分以下である。処理は30分以下の時間で行われるのが望ましい。 幾つかの態様では、10分以上、少なくとも20分処理すれば有効な含浸が可能とな る例も数例ある。 水による処理、及び稀土類元素による処理工程が続いて行われる場合、柱状構 造の酸化アルミニウム層の厚みの大半は、水処理の段階で形成される。しかしこ の層は、稀土類元素による処理のステップでさらに厚さが増加する。 本発明の一つの態様では、稀土類元素イオンを含む水溶液で金属を処理するこ とによって、水による処理と、稀土類元素による処理とを一時に行っている。稀 土類元素溶液の水性成分は、金属表面の酸化物の厚さを増加させるに必要な水を 供給して、所望の厚さに形成し、さらに稀土類元素をその酸化物層に含浸させて いる。この態様では、酸化物層の厚さの増加と、稀土類元素による含浸が、実質 的には一時に起きている。 本発明の方法が終了した時点で、金属表面に被覆された含浸酸化物被膜は、多 孔性のひび割れた酸化物構造を持つのが望ましい。この様な構造の一例を、実施 例３と関連して図１に示す。図２からは、この被膜が約1.5μmの厚みを持つ柱状 構造であることが判る。 シール化の工程（ステップ）を入れるのであれば、そのステップには、稀土類 元素含浸被膜を、水性、或いは非水性の無機、有機、或いは無機／有機混合のシ ール溶液で処理することを含んでも良い。シール溶液には無機のシール溶液が望 ましい。シール溶液は、一種以上の酸化剤を含むのが望ましい。好ましい例とし て、珪酸アルカリ金属塩の溶液のように、珪酸溶液を含むシール溶液がある。 シール溶液は、稀土類元素含浸酸化物層上に表層を形成するだけでなく、その ひび割れた酸化物構造の気孔に浸透、充填している。 実施例３の、シールされた稀土類元素含浸酸化物被膜の縦断面図を、図３に示 す。これはＸ線光電子分光分析法によるものである。この実施例では、珪酸溶液 でシール後、被膜の厚みはより薄くなり、その被膜の構造は、ひび割れた酸化物 構造から、厚さ１μm未満の滑らかな表面を持つ被膜へと変化している。図４、 及び図５は、それらの特徴を図示したものである。さらにこのシールされた被膜 は、含浸酸化アルミニウムの柱状構造上に、均一で滑らかな外層を配した積 層構造になっている。図３に示された本例の縦断面図は、その外層が珪酸相を主 として含み、柱状の内層は珪酸アルミニウム相を主として含むことを示唆してい る。 珪酸アルカリ金属塩の濃度は、15％以下のように、20％以下で良い。珪酸アル カリ金属塩の最高濃度は、3.6％[10％](約0.012ＭのＫ₂Ｏと0.04MのＳiＯ₂)が望 ましい。珪酸アルカリ金属塩の最低濃度は0.01％でもよいし、0.001％でもよい 。最低濃度は、0.018％(約2.1×10^-5ＭのＫ₂Ｏと7.4×10^-5ＭのＳiＯ₂)が望まし い。 シール溶液の温度は、95℃以下のように、100℃以下の温度まで上げることが できる。その温度は90℃以下が望ましく、85℃以下がより望ましい。適温は70℃ 以下である。最低温度は10℃から30℃の周囲温度が好ましい。 酸化アルミニウムの被膜は、望む程度のシール化を行うのに十分な時間でシー ル溶液と処理される。その時間は15分以下というように、30分以下が適切である 。処理は10分以下続けられるのが望ましい。その最短時間は2分でも良い。 ［実施例］ 以下の実施例は、本発明を詳細に説明するものである。全ての実施例において 用いられている金属支持体は、寸法が３in×１in(7.6cm×2.5cm)の2024アルミニ ウム合金パネルである。ただし、実施例１、２及び58〜61では、寸法が３in×４ in(7.6cm×10.2cm)のパネルが用いられている。この2024アルミニウム合金パネ ルは、合金2000シリーズの一種で、腐蝕の防止が、特に塩素イオンを含む環境中 での腐蝕防止が最も難しいとされるものの一つである。この様な環境は、海中、 海水のしぶきにさらされた所、空港の滑走路付近、及び塩が撒かれた道路に存在 する。 実施例中での耐蝕性は、American Society for Testing of Materials(ASTM)S tandard B-117に記載されている、アメリカの標準的塩水噴霧試験に従って、金 属に中性塩水(NSS)を噴霧し、穴をあけるのに要するその時間によって測定した 。穴があくまでの時間が20時間ということは、2024合金の耐蝕性にかなりの改善 が見られたことを示しており、この結果は、いくつかの用途に関して応用が可能 であることを示唆するものと考えられる。他の用途では、中性塩水噴霧下、 通常48時間が必要とされ、さらに宇宙空間での応用には、通常168時間が必要と される。 また耐蝕性は、“タッフェル(TAFEL)”値によって測定することもできる。タ ッフェル試験とは、被覆された金属、或いはされていない金属の腐蝕速度を測定 する電気化学的手法である。飽和ＫＣlのカロメル参照電極と白金カウンター電 極を備え、これに0.5ＭのＮaＣlを入れたセル中に、被覆金属を置く。被覆表面 の電位は、電流も測定できる電位差計(potentiostat)を用い、参照電極に合わせ て調節する。腐蝕速度は、腐蝕電位に於けるその電位をlog₁₀（電流）に対して プロット（“タッフェル”プロット）し、それらのプロットを直線で結ぶことに よって計算する。暴露時間を長くしてタッフェルプロットを測定すると、時間と 共に様々に変化する腐蝕速度が示される。各実施例のタッフェルデータには、被 膜を用意をしてからi_corrが測定されるまでにかかった時間が、１時間単位(“h ”)で載せられている。 前述のように、従来の化成被層の方法には、その被膜を施すのに必要な被覆時 間が長いという欠点があった。場合によっては、数時間から数日を要することも ある。本発明の方法の利点一つには、ほとんどの具体例において１時間以下とい う、その比較的短い被覆時間がある。 実施例に記載されている全ての化成被層は、続くASTM D-2794の試験により、 優れたペイント接着性を有することが判っている。その接着性は、クロム酸の化 成被層で被覆された合金のそれと同様か、それ以上である。さらに、少なくとも 好結果を得た化成被層については、ASTM D-3330、及びBoeing SpecificationSup port Standard(BSS)7225に記載されているけがき試験のような接着試験を通過し ている。その上、発明の化成被層は、Boeing Material Specification(BMS)10-1 1Ｒに記載の“衝撃試験”に於いて、従来技術のクロム酸被膜より優れた性能を 示した。 次に示す実施例では、珪酸カリウムシール溶液、ＰＱカジル#1、及びＰＱカジ ル#2236について説明する。ＰＱカジル#2236（ＳiＯ₂/Ｋ₂Ｏ=3.92）は、ＰＱカ ジル#1（ＳiＯ₂/Ｋ₂Ｏ=3.92）よりも若干アルカリ性が高く、ＳiＯ₂/Ｋ₂Ｏの比 が低い。 ［実施例１〜５］ サンプルの2024アルミニウム合金は、アセトンで拭き取った後、次の方法に従 って化成被層される： ステップ１ ： ブルリン（ＢＲＵＬＩＮ）中、60℃から70℃で10分間、予め 脱脂する。 ステップ２ ： (実施例１及び２のみ)リドリン53中、60℃から70℃で５ 分間、アルカリ洗浄する。 ステップ３ ： 表Ｉに示した条件下、脱酸素化溶液を用いて、金属表面の酸素 及びスマットを取り除く。 ステップ４ ： 洗浄した金属を、20℃からその金属表面に酸化アルミニウムの 生長が誘導される温度で、7分間、1.1ＭのＨＮＯ₃を含み、そ のｐＨが0.5未満の0.2Ｍ ＮaＢrＯ₃溶液中に浸漬する。 ステップ５ ： 85℃から90℃で5分間、脱イオン水に漬け、ひび割れ構造の 厚くされた多孔性酸化物層を形成させる（実施例３、４及び ５ではその水に0.01wt％の界面活性剤ＦＣ-135が含まれ ている）。 ステップ６ ： その多孔性酸化物層にＣeイオンを含浸させるために、プレ ートを、85℃から90℃で30分間、ｐＨが４から５で、10 g/l(0.023Ｍ)のＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏを含むセリウム溶液に浸 漬する。 ステップ７ ： 実施例１、２及び４に関しては、被覆したサンプルを、20℃ で 2分間、ｐＨが10.5から11で、濃度が2.91wt％(0.19Ｍ） のＰＱカジル#１含有の珪酸カリウムシール溶液に浸漬する。 実施例３に関しては、被覆したプレートを、20℃で４分間、 濃度が1.8％(0.006ＭのＫ₂Ｏ/0.02ＭのＳiＯ₂)のＰＱカジル #2236溶液に浸漬し、さらに最後のスマットぎをする前に乾燥 させる。 このステップにより、被膜全体の厚みは減少し、被膜の表面は 滑らかになる。 上記ステップの各合い間には、5分間の水によるスマットぎをいれる。 最終的に被覆された金属合金には、比較的滑らかで均一な外層と、柱状構造の 内層との二層が被覆されている。 実施例１から４の、ステップ３に用いた脱酸素化溶液、及び“ＮＳＳ”で表さ れる中性塩水噴霧の実施結果を表Ｉに示す。“ＮＳＳ”とは、中性塩水噴霧をし て、被覆された合金に穴をあける為の時間のことである。実施例３、４及び５の ステップ５は、用いる水に0.01wt％の界面活性剤、ＦＣ-135が含まれている点で 、他の実施例と異なっていることに注目していただきたい。 この様に、実施例３の耐蝕性は他の実施例のそれを卓越している。従って、ス テップ３にセリウムをベースとする脱酸素化溶液を用いると、続いて被覆される 化成被層の耐蝕性が高められると考えられる。 図１及び２には、珪酸塩シール溶液で処理する以前の、実施例３の含浸酸化物 被膜が図示されている。図３から５には、珪酸塩でシールするステップ後の、実 施例３のそれが図示されている。 さらに実施例３で被覆された合金は、前述の通り、ASTM D-3330及び、Boeing Specification Support Standard 7225に記載の接着試験に、さらに、Boeing Ma terial Specification 10-11Rの裏面衝撃試験に合格した。 ［実施例６，７］ 脱酸素化溶液による処理温度を変化させた結果が、表II示されている。ステッ プ３で、その稀土類脱酸素化溶液の処理温度を変化させること以外、全てのステ ップは実施例３と同様に行う。 実施例６及び７の特定条件に関しては、ステップ３のＣe(ＳＯ₄)₂脱酸素化溶 液の温度を上げると、耐蝕性が低下することは明白である。 実施例６は、ASTM D-3330、及びBoeing Specification Support Standard(BSS )7225に記載の接着試験を、さらにBoeing Material Specification(BMS)10-11R の裏面衝撃試験を通過した。 ［実施例８，９］ 実施例５のステップ３で、脱酸素化溶液との処理温度を表IIIに従って変化さ せた。 実施例８及び９は、この特定条件に関して、実施例６及び７で観察された傾向 とは反対に、硫酸アンモニウムセリウム(VI)脱酸素化溶液の温度を上げると耐蝕 性が向上することを示している。 ［実施例10，11］ 金属表面を脱酸素化するステップと、酸化物の生長を誘導する為、ＮaＢrＯ₃ を含有する酸性溶液で処理するステップとは、一つのステップに合わせることが できる。従って、実施例10及び11には、次のステップが含まれる： ステップ１ ： ブルリン中、60℃から70℃で10分間、脱脂する。 ステップ２ ： 表IVに示された温度で5分間、1.5wt％(0.1モル)ＮaＢrＯ₃、 3.4wt％(0.5モル)ＨＮＯ₃、0.5wt％(0.015モル)Ｃe(ＳＯ₄)₂、 及び3.5wt％(0.4モル)Ｈ₂ＳＯ₄を含む溶液で処理する。 ステップ３ ： ひび割れ構造の、増厚多孔性酸化物層を形成する為、85℃から 90℃で5分間、0.01wt％の界面活性剤ＦＣ-135が含まれてい る脱イオン水/蒸留水中に、合金を浸漬する。 ステップ４ ： 多孔性酸化物層をＣeイオンで含浸させる為、プレートを85℃ から90℃で 30分間、10g/l(0.023M)のＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏを 含むセリウム溶液に浸漬する。 ステップ５ ： 被覆したプレートを、室温下で2分間、濃度が1.8wt％のＰＱ カジル#2236含有の珪酸カリウムシール溶液に浸漬する。この 結果、被膜の全層は減少し、被膜の表面は滑らかになる。 実施例10及び11は、記載された特定の条件に関して、混合の脱酸素化/酸化物 生長誘導溶液の温度を上げても、腐蝕特性に影響はないことを示している。 ［実施例12〜15］ 2024アルミニウム合金プレートは、洗浄の後、以下の方法に従って加工被覆さ れる： ステップ１ ： 2024合金を、トリクロロエタンの蒸気中で 15分間、蒸気脱脂 する。 ステップ２ ： 35wt％(5.5モル)ＨＮＯ₃/0.96wt％(0.48モル)ＨＦ酸溶液に、 室温で1分間、浸漬する。 ステップ３ ： 2.5wt％(0.6モル)ＮaＯＨ溶液中、35℃から40℃で、アルカリ 洗浄する。 ステップ４ ： 35wt％(5.5モル)ＨＮＯ₃/0.96wt％(0.48モル)ＨＦ酸溶液に、 室温で1分間、浸漬する。 ステップ５ ： 表Ｖに示された条件下で 7分間、ＨＮＯ₃を加えたＮaＢrＯ₃、 で処理する。 ステップ６ ： 85℃から90℃で5分間、水に浸漬する。 ステップ７ ： 濃度10g/l(0.023モル)Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの水溶液に、85℃ から90℃で30分間、浸漬する。 ステップ８ ： 珪酸カリウム溶液、すなわち濃度が2.91％(0.19M)のＰＱカジ ル#１中で、室温下2分間、シールする。 上記全ステップの後には、5分間の水によるすすぎをいれる。 実施例12から15は、酸化物の生長誘導ステップにおいて、ＨＮＯ₃の濃度を21 ％まで高めると、耐蝕性にいくらかの改良が見られることを示している。しかし 、その濃度が21％から42％になると、耐蝕性は低下する。さらに実施例12及び13 は、低濃度のＨＮＯ₃の存在において、ＮaＢrＯ₃含有溶液の温度を上昇させると 、耐蝕性が低下をすることを示唆している。 ［実施例16，17］ 実施例12から15のステップの内、ステップ４を省き、さらにステップ５の替わ りに、表VIに示した時間、1.1％(0.17モル)ＨＮＯ₃を加えた0.1Ｍの硝酸アンモ ニウムセリウム((ＮＨ₄)₂Ｃe(ＮＯ₃)₆)溶液にプレートを浸漬するステッ プを入れる。 これらの実施例は、(ＮＨ₄)₂Ｃe(ＮＯ₃)₆溶液による処理時間を長くすると耐 蝕性に改善が見られることを示している。 ［実施例18，19］ 実施例18及び19では、実施例12から15のステップ６で、プレートを85℃から90 ℃でＨ₂Ｏに浸漬する際、それを表VIIに示したように、時間を変えた。ステップ ５のＮaＢＯ₃が50℃で、7％(1.1M)ＨＮＯ₃を含むことを除き、他の全てのステッ プは実施例12から15と同様に行った。 これら特定の条件に関して、実施例18、19を比較すると、水及びステップ５の 界面活性剤溶液との処理時間を長くしても、耐蝕性にほとんど影響は見られなか った。 ［実施例20〜22］ 実施例13のステップ６では、85℃から90℃で5分間、合金をＨ₂Ｏに漬けるが、 そのＨ₂Ｏに、表VIIIに示す濃度の硝酸カリウムを加えて行った。その他の全て のステップは、実施例13と同様に行う。 実施例20から22は、これらの実施例の具体的条件下で、ステップ６の水処理に ＫＮＯ₃を加えても、腐蝕特性に悪影響は及ぼさないことを証明している。しか し、実施例22は、ＫＮＯ₃の濃度が0.5モルを越えると、耐蝕性が低下することを 示している。ただしこの値は、方法の他のパラメーターを変化させると、例えば ステップ７で、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度を変化させた場合、異なった値が得ら れてくる。この結果は、実施例42から44を参照のこと。 ［実施例23，24］ 実施例23及び24は、実施例20から22とほぼ同様な方法を含むが、ステップ６に 於いて、ＫＮＯ₃の代わりに界面活性剤を用いる。その界面活性剤は、商品名フ ルオラドＦＣ-135として市販されているフルオロケミカル界面活性剤とする。Ｆ Ｃ-135の濃度、及び腐蝕特性のデータを表IXに示した。 実施例23及び24は、各実施例の具体的な条件下で、ステップ６で水中の界面活 性剤濃度を高めても、腐蝕特性に著しい改良は見られないことを示している。 ［実施例25］ 実施例25では、ステップ６でＫＮＯ₃の代わりに、濃度20g/l(0.028モル)の硫 酸セリウム(III)八水和物(Ｃe₂(ＳＯ₄)₃・8Ｈ₂Ｏ)を加える。それ以外の全てのス テップは、実施例20から22と同様に行う。 この特定の条件下では、実施例20及び21と比較した場合、ステップ６でＫＮＯ₃ をＣe₂(ＳＯ₄)₃・8Ｈ₂Ｏに代えても目立った変化は見られなかった。 ［実施例26〜31］ 実施例３のステップ５で、水の代わりに表XIに詳細を示した溶液を用いた。ス テップ５で、界面活性剤は加えないということ以外、表XIに記載されていない限 りその他のステップは全て実施例３と同様に行う。 この結果は、実施例３のステップ５で、水／界面活性剤溶液の代わりに、実施 例26、27、29、30及び31で定義されている溶液を用いると、実施例３の被膜程に 優れた耐蝕性を持つ被膜は供給できないことを示している。それでもなお、これ ら実施例の特定の条件下で作られる被膜は、裸の金属よりもはるかに高い耐性を 示している。しかし、これら以外の溶液を、これと異なる濃度で用いることによ り、耐蝕性を変えることができる。実施例28では、水/界面活性剤溶液の代わり に0.001ＭのＮＨ₄ＯＨ溶液を用いると、実施例３と同様の耐蝕性が得られること が示された。 ［実施例32〜38］ ステップ７で、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度を表XIIの値にしたがって変化させ た。ステップ６で、水にＫＮＯ₃を加えない事以外、その他全てのステップは、 実施例20から22と同様に行う。 実施例32から38は、これら実施例の特定の条件下、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度 を高めると、一般的に耐蝕性は高まることを示している。ｐＨは5.05から3.75ま で変化することに注目されたい。しかし、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度を10g/lか ら20g/lまでとした場合、費用の点で最も有利であることは明らかである。けれ ども、方法の他のパラメーターを変えれば、より高濃度でも経費節減が可能とな るかもしれない。 ［実施例39〜41］ 次の方法に従って、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ溶液に過剰の硝酸塩を加えた。 ステップ１ ： 2024アルミニウム合金を、トリクロロエタンの蒸気中で15分 間、蒸気脱脂する。 ステップ２ ： ＮaＢrＯ₃中、50℃で7分間処理する。 ステップ３ ： 85℃から90℃で5分間、Ｈ₂Ｏ中に浸漬する。 ステップ４ ： 85℃から90℃で30分間、表ＸIIIの詳細に従って1.0Ｍの過剰 硝酸を含む、濃度10g/l(0.023モル)のＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ溶 液に浸漬する。 ステップ５ ： 室温下で2分間、0.001％の陰イオン性フルオロケミカル界面 活性剤ＦＣ-99を含む、濃度が2.91％(0.19Ｍ)のＰＱカジル #1珪酸カリウム溶液中でシールする。 プレートは、各ステップの後、5分間水ですすぐ。 実施例39から41は、これら実施例の特定条件下では、稀土類シール溶液にＮＨ₄ ＮＯ₃、ＬiＮＯ₃、ＫＮＯ₃を加えると、この順で総体的に耐蝕性が高まる事を 示している。これに伴い、稀土類溶液のｐＨも増加していることに注目すべきで あろう。 ［実施例42〜44］ Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ槽のセリウム濃度を実施例20から22のそれよりも低くして 、そこに過剰の硝酸塩を加えることもできる。実施例42から44の全てのステップ は、実施例20から22とほぼ同様に行うが、但し、ステップ６の溶液はＫＮＯ₃を 含まず、ステップ７の溶液は1Ｍ ＫＮＯ₃を含み、さらにセリウムは表ＸIVに示 す濃度とする。 実施例42から44は、これら実施例の特定条件下で、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの濃度 が0.5から1.0g/lになると腐蝕特性が低下し始めることを示している。 ［実施例45］ 実施例45のステップは、実施例39のステップの内、ステップ４で1ＭのＫＮＯ₃ 存在下、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ溶液に0.005wt％の陽イオン性フルオロケミカル界 面活性剤、ＦＣ-135(フルオラド)を加えること、及びステップ５では、2分間の 浸漬をさせる際、その珪酸塩溶液を50℃まで加熱すること、以上二点を除き、実 施例39と同様に行う。Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ溶液の濃度は約4.75である。従って、 実施例39と実施例45との間の条件の変化は、腐蝕特性に悪影響を及ぼすことはな い。 ［実施例46］ 実施例13のステップ７は、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏを、濃度20g/l(0.028モル)のＣ e₂(ＳＯ₄)₃・6Ｈ₂Ｏに代えることにより改善が見られた。この時の稀土類シール 溶液のｐＨは3.15であった。その他全てのステップは、実施例13と同様に行った 。従って、実施例13と実施例46との間の条件変化は、腐蝕特性に悪影響を及ぼす ことはない。 ［実施例47，48］ 実施例13のステップ７は、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏの槽に表ＸＶに示した濃度のフ ッ素イオンを加え、さらにその槽に、プレートを15分だけ浸漬する事により再び 改善された。その他全てのステップは、実施例13と同様に行った。 これら特定の具体的条件下では、稀土類シール溶液に各種のフッ素物を加える と、耐蝕性に悪影響を及ぼすことが判明した。 ［実施例49，50］ 実施例３のステップ６で、Ｃe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏを濃度10g/l(0.02モル)のＰr( ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏに代えた。その他全てのステップは実施例３と同様に行ったが、 実施例50のステップ３には、実施例４のステップ３と同様、プラセオジミウム含 有溶液による予備処理が含まれた。 これらの実施例は、その特定の条件下、セリウム含有脱酸素化溶液で予備処理 する方が、プラセオジミウム含有脱酸素化溶液で予備処理するよりも、優れた腐 蝕特性が得られることを示している。さらに実施例49を実施例３と比較すると、 ステップ６も、プラセオジミウム含有溶液を用いた場合よりも、セリウム溶液を 用いた場合の方が、より高い腐蝕特性を得ることが判る。しかしながら、この方 法の他のパラメーターを変えることにより、異なる結果を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 テイラー，ラッセル・ジェームズ オーストラリア連邦ヴィクトリア州3103, ボルウィン，コンネル・コート ２ (72)発明者 ヒューズ，アンソニー・エワート オーストラリア連邦ヴィクトリア州3788, オリンダ，オリンダ−モンブルク・ロード 78 “フェイアー・ロッジ" (72)発明者 ヒントン，ブルース・ロイ・ウィリアム オーストラリア連邦ヴィクトリア州3199, フランクストン，デヴァラックス・コート ７ (72)発明者 ヘンダーソン，マーク・ジュリアン オースオラリア連邦ヴィクトリア州3163, グレンハントリー，ブーラン・ロード 194 (72)発明者 ウィルソン，ランス オーストラリア連邦ヴィクトリア州3165, イースト・ベントリー，ガーデナーズ・ロ ード 60 (72)発明者 ヌージェント，サリー・アン オーストラリア連邦ヴィクトリア州3127, サリー・ヒルズ，エセックス・ロード ２ ／11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属表面に、金属酸化物のセル構造の生長を誘導させる為、酸化剤含有酸性 溶液にその金属を接触させること、 その酸化物を厚さを増加させて、望みの厚さを持つ金属酸化物含有層を形成さ せるために十分な時間その金属を水に接触させること、及び、 その金属酸化物に１又は２以上の稀土類元素を含浸させて実質的にシールする ために、前記金属を一種以上の稀土類元素で処理すること、 の各工程を含む、金属表面用化成被層の形成方法。 ２．前記金属が、アルミニウム、或いはアルミニウム含有合金である請求項１記 載の方法。 ３．前記酸化剤が、ハロゲン酸化金属塩(metal halate)、過硫酸金属塩、硝酸塩 、Ｈ₂Ｏ₂、或いは(ＮＨ₄)₂Ｃe(ＮＯ₃)₆である請求項１又は２記載の方法。 ４．前記ハロゲン化金属塩が、ＮaＢrＯ₃、ＫＢrＯ₃、及びＫＣlＯ₃より選ばれ る請求項３記載の方法。 ５．前記酸化剤が、ＮaＢrＯ₃である請求項１から４のいずれかの項に記載の方 法。 ６．前記酸性溶液が、ＨＮＯ₃を含んでいる請求項１から４のいずれかの項に記 載の方法。 ７．前記ＨＮＯ₃の濃度が、1.6モル以下である請求項６記載の方法。 ８．前記酸性溶液中の前記酸化剤の濃度が、10wt％(0.67Ｍ)以下である請求項１ から７のいずれかの項に記載の方法。 ９．前記酸性溶液中の前記酸化剤の濃度が、0.2Ｍ以下である請求項１から７の いずれかの項に記載の方法。 10．前記酸性溶液のｐＨが、１未満である請求項１から９のいずれかの項に記載 の方法。 11．前記酸性溶液のｐＨが、0.5未満である請求項１から９のいずれかの項に記 載の方法。 12．前記酸性溶液の温度が、50℃以下である請求項１から11のいずれかの項 に記載の方法。 13．前記酸性溶液の温度が、10℃から30℃の様な周囲温度である請求項１から11 のいずれかの項に記載の方法。 14．金属表面を、脱酸素化溶液で処理するステップをさらに含む請求項１から13 のいずれかの項に記載の方法。 15．前記脱酸素化溶液が、一種以上の稀土類イオンを含んでいる請求項14記載の 方法。 16．前記脱酸素化溶液が、水酸化セリウム(IV)、硫酸セリウム(IV)、或いは硫酸 セリウム(IV)アンモニウムの鉱酸溶液である請求項15記載の方法。 17．前記脱酸素化溶液が、硫酸セリウム(IV)の硫酸、及び硝酸溶液である請求項 16記載の方法。 18．脱酸素化溶液で処理するステップが、金属を前記酸性溶液に触れさせるステ ップの前にある、請求項14から17のいずれかの項に記載の方法。 19．酸化剤含有酸性溶液と脱酸素化溶液とを混ぜて１つにした溶液に、前記金属 表面を触れさせる事により、金属表面の脱酸素化ステップと、酸性溶液に金属を 触れさせるステップとが同時に行われる、請求項14から17のいずれかの項に記載 の方法。 20．金属を水に接触させるステップが、脱イオン水及び／或いは蒸留水との接触 である、請求項１から19のいずれかの項に記載の方法。 21．前記水の温度が、85℃から90℃である請求項１から20のいずれかの項に記載 の方法。 22．前記水が界面活性剤を含んでいる請求項１から21のいずれかの項に記載の方 法。 23．前記水がさらに一種以上の添加剤を含み、その添加剤が、硝酸カリウムのよ うな硝酸塩化合物、硫酸セリウム(III)八水和物、アンモニアの溶液、ＮＨ₄ＯＡ c、ＮＨ₄ＮＯ₃、(ＮＨ₄)₂ＣＯ₃、ＮＨ₄ＯＨのようなアンモニウムの塩、及び炭 酸ナトリウムより選ばれる、請求項１から22のいずれかの項に記載の方法。 24．前記一種以上の添加剤に、ＮＨ₄ＯＨが含まれる請求項23記載の方法。 25．前記稀土類元素が、水に溶けたＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、Ｃe₂(ＳＯ₄)₃・8Ｈ₂Ｏ 、 及びＰr(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏから選ばれた、水溶性の稀土類イオン含有溶液として用 いられる、請求項１から24のいずれかの項に記載の方法。 26．金属を水溶性の稀土類イオン含有溶液と処理することにより、酸化物の厚さ 増加ステップと稀土類元素の含浸ステップとを、実質上同時に行う方法で、そこ では水性成分が金属酸化物層の厚さの増加に必要な水を供給し、稀土類イオンが その金属酸化物を含浸する、請求項25記載の方法。 27．前記稀土類塩がＣe(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏである請求項25或いは26記載の方法。 28．水溶性の稀土類イオン含有溶液中の前記稀土類塩濃度が、50g/l(0.12モル) 以下である請求項25から27のいずれかの項に記載の方法。 29．水溶性の稀土類元素イオン含有溶液中の前記稀土類塩濃度が、0.1g/lから40 g/l(2.3×10^-4から0.09モル)である請求項25から27のいずれかの項に記載の方 法。 30．水溶性の稀土類イオン含有溶液のｐＨが酸性から中性である、請求項25から 29のいずれかの項に記載の方法。 31．水溶性の稀土類イオン含有溶液のｐＨが３から5.5である、請求項25から30 のいずれかの項に記載の方法。 32．水溶性の稀土類イオン含有溶液のｐＨが４から５である、請求項25から30の いずれかの項に記載の方法。 33．水溶性の稀土類イオン含有溶液の温度が70℃から100℃である、請求項25か ら31のいずれかの項に記載の方法。 34．水溶性の稀土類イオン含有溶液の温度が85℃から100℃である、請求項25か ら31のいずれかの項に記載の方法。 35．水溶性の稀土類イオン含有溶液の温度が85℃から90℃である、請求項25から 31のいずれかの項に記載の方法。 36．水溶性の稀土類イオン含有溶液が、硝酸イオン、フッ素イオン、及び界面活 性剤から選んだ成分を一種以上さらに含んでいる、請求項25から35のいずれかの 項に記載の方法。 37．水溶性の稀土類元素含有溶液が、ＫＮＯ₃、ＬiＮＯ₃、ＮＨ₄ＮＯ₃、或いは それらの組合わせとして、硝酸イオンをさらに含んでいる、請求項25から35 のいずれかの項に記載の方法。 38．硝酸イオンの濃度が、2.0 モル以下である請求項36から37のいずれかの項に 記載の方法。 39．稀土類を含浸させた酸化物層上に表層を形成するために、金属をシール溶液 と処理するステップをさらに含んでいる請求項１から38のいずれかの項に記載の 方法。 40．前記シール溶液が無機のシール溶液である、請求項39記載の方法。 41．前記シール溶液が酸化剤を含んでいる、請求項39或いは40記載の方法。 42．前記シール溶液がアルカリ金属を基材とする溶液である請求項39或いは40記 載の方法。 43．前記シール溶液が珪酸カリウム溶液である請求項42記載の方法。 44．各ステップの後に、水ですすぐステップを含む請求項１から43のいずれかの 項に記載の方法。 45．(a) 金属表面に、金属酸化物のセル構造の生長を誘導させるに、酸化剤含 有酸性溶液にその金属を接触させること、 (b) その酸化物を増粘して、望みの厚さを持つ金属酸化物含有層を形成さ せるのに十分な時間、その金属を水と接触させること、及び、 (c) その金属酸化物含有層を含浸させて、実質的にシールする為、その金 属を水性の稀土類元素含有溶液と接触させること、 の各工程を含む、金属表面用化成被層の形成方法。 46．請求項１から45のいずれかの項に記載の方法で形成された加工被覆金属。 47．その化成被層が、一種以上の稀土類元素で含浸された金属酸化物含有層を含 んでいる加工被覆金属。 48．前記金属がアルミニウム含有金属である請求項46或いは47記載の加工被覆金 属。 49．前記金属酸化物が、この中で定義されているようなアルミニウム酸化物であ る請求項47記載の加工被覆金属。 50．請求項25から45のいずれかの項に記載の方法で用いられている、水溶性の稀 土類イオン含有溶液で、それが、金属表面に形成された金属酸化物含有層を 含浸し、実質上シールするのに十分な量の稀土類を含んでいる溶液。 51．請求項１に従って金属表面に化成被層を形成する方法で、実施例のいずれか １つと実質的に関連してここに記載されている方法。 52．請求項45に従って金属表面に化成被層を形成する方法で、実施例のいずれか １つと実質的に関連してここに記載されている方法。 53．実施例のいずれか１つと実質的に関連してここに記載されている請求項46記 載の加工被覆金属。 54．実施例のいずれか１つと実質的に関連してここに記載されている請求項47記 載の加工被覆金属。 55．実施例のいずれか１つと実質的に関連してここに記載されている請求項49記 載の水溶性稀土類イオン含有溶液。 56．添付の図面である図１から５と実質的に関連してここに記載されている請求 項46記載の加工被覆金属。 57．添付の図面である図１から５と実質的に関連してここに記載されている請求 項47記載の加工被覆金属。