JPH116076A - 鉄鋼材料のりん酸塩処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主として鉄鋼材料の冷間塑性加工のための潤
滑下地処理として行われるりん酸塩処理方法を提供す
る。 【解決手段】 鉄鋼材料表面をあらかじめ水不溶性のり
ん酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム及びりん酸カルシウム
からなる群から選ばれる少なくとも１種を必須成分とし
て含む表面調整液により処理した後、カルシウムイオン
を必須成分として含むりん酸塩処理液により処理するこ
とを特徴とする鉄鋼材料のりん酸塩処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として鉄鋼材料の
冷間塑性加工のための潤滑下地処理として行われる、り
ん酸塩処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄鋼材料はビレットと呼ばれる
原材料から熱間加工により鋼管や線材、鍛造部材へと加
工され、さらに伸線、伸管、鍛造、圧造などの冷間塑性
加工により所定の形状に加工される。しかし、冷間塑性
加工は加工時の変形抵抗が大きいので、加工が困難であ
り、通常、被加工材に潤滑処理を行ってから加工されて
いる。最も良く利用される潤滑処理として、りん酸塩皮
膜に代表される化成皮膜を形成させた後、潤滑油や固体
潤滑剤を塗布する方法がある。潤滑処理において、化成
皮膜は潤滑のための下地処理として用いられ、例えば伸
線加工では潤滑剤をダイス内に引き込み、加工時に工具
と金属材料の金属間接触を防止する機能を発揮する（塑
性加工学会伸線技術分科会潤滑剤小委員会編「鉄鋼伸線
用の潤滑剤マニュアル」（１９９４））。

【０００３】化成皮膜は金属の腐食を駆動力として皮膜
を形成するものであり、例えばりん酸亜鉛系と呼ばれる
りん酸塩処理では亜鉛イオン、りん酸イオンを主成分と
する処理液が用いられる。りん酸のエッチング作用によ
り鉄鋼材料表面の微小アノード部が腐食され、微小カソ
ード部で処理液中の水素イオンが還元されて水素ガスと
なり、この反応により鉄鋼材料表面と処理液間の界面ｐ
Ｈが上昇し、難溶性のりん酸塩皮膜が形成すると言われ
ている。化成皮膜は腐食反応を利用して皮膜を形成する
ため、皮膜密着性が良好で、塗料密着性や冷間加工性に
優れるものと推察される。

【０００４】このようなりん酸塩皮膜にはいくつかの種
類があるが、一般的な鉄鋼材料の潤滑に用いられる下地
処理に用いられているのは、りん酸亜鉛皮膜（Ｚｎ
₃（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）、りん酸亜鉛鉄皮膜（Ｚｎ₂Ｆ
ｅ（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）、りん酸亜鉛カルシウム皮膜
（Ｚｎ₂Ｃａ（ＰＯ₄）₂・２Ｈ₂Ｏ）である。（塑性加工
学会伸線技術分科会潤滑剤小委員会編「鉄鋼伸線用の潤
滑剤マニュアル」、Ｐ２４（１９９４））。

【０００５】これらのりん酸塩は皮膜として単独で生成
することは殆どなく、これらの結晶が混在した状態で生
成するのが普通である。例えば、りん酸亜鉛、りん酸亜
鉛鉄は亜鉛イオンとりん酸イオンを主成分とする処理液
で処理することにより得られるが、これらの結晶成分は
共析するのが普通であり、単独で析出することはほとん
どない。同様に、りん酸亜鉛カルシウムは亜鉛イオン、
カルシウムイオン、りん酸イオンを主成分とする処理液
で処理することにより得られるが、りん酸亜鉛やりん酸
亜鉛鉄が共析するしたがって、亜鉛イオンとりん酸イオ
ンを主成分とする処理液を用いて行われる処理方法を亜
鉛系りん酸塩処理、亜鉛イオン、カルシウムイオン、り
ん酸イオンを主成分とする処理液を用いて行われる処理
方法をカルシウム系りん酸塩処理として大別することが
できる。

【０００６】鉄鋼材料の潤滑下地処理として、亜鉛系り
ん酸塩処理、カルシウム系りん酸塩処理は目的に応じて
使い分けられている。亜鉛系りん酸塩処理は冷間塑性加
工全般に適用されており、りん酸塩処理後、さまざまな
潤滑剤が併用されている。特に、反応型石けん潤滑剤と
の組み合わせによる潤滑処理方法は、最も優れた潤滑性
能を示すため、冷間鍛造や冷間圧造などの過酷な加工に
用いられている（塑性加工学会伸線技術分科会潤滑剤小
委員会編「鉄鋼伸線用の潤滑剤マニュアル」、Ｐ２６
（１９９４））。一方、カルシウム系りん酸塩処理は処
理後の皮膜量が少ないものの、得られる結晶が緻密で加
工性が良好なため、型詰まり防止用として用いられてい
る。型詰まり鍛造加工や圧造加工では重要な問題であ
り、冷間鍛造加工、あるいは圧造加工する際に余剰のり
ん酸塩皮膜が脱落して加工用工具に付着し、所定の寸法
精度が得られないという致命的な製品不良につながる場
合もある。

【０００７】また、反応型石けん潤滑剤による処理は、
りん酸塩処理した材料を６０〜９５℃に加熱されたナト
リウムやカリウムの石けん（脂肪酸塩）水溶液に浸漬処
理することにより行われる。その反応機構は石けん水溶
液中でりん酸塩皮膜が溶解し、りん酸塩結晶を構成する
成分とが置換反応して生成した金属石けんがりん酸塩皮
膜上に沈積することによる。例えば、りん酸亜鉛４水塩
（Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）とステアリン酸ナトリウ
ム（Ｃ₁₇Ｈ₃₅ＣＯＯＮａ）が反応して下式のようにステ
アリン酸亜鉛が生成する。

【０００８】

【化１】

【０００９】しかし、上記の反応はりん酸亜鉛が最も反
応速度が速く、次いでりん酸亜鉛鉄、りん酸亜鉛アルシ
ウムの順に遅くなる。特に、りん酸亜鉛カリウムは極端
に反応速度が遅いので、りん酸塩皮膜の主成分がりん酸
亜鉛カルシウムである場合には、反応型石けん潤滑剤と
組み合わせて潤滑処理が行われることはほとんどない。

【００１０】特公昭６０−２０４６３号公報には鉄鋼材
の冷間加工潤滑処理方法として、カルシウムイオン、亜
鉛イオン、りん酸イオン、硝酸イオンを含有し、かつ、
亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が０．１
〜１．０、及びりん酸イオンに対する硝酸イオンの重量
比が１．０〜５．０であるりん酸塩化成処理液で処理
し、次いで潤滑剤処理する方法が開示されている。この
発明はカルシウム系のりん酸塩処理を行った後、反応型
石けん潤滑剤を用いる場合に好適な処理方法で、りん酸
塩処理液中の亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重
量比を適当なものとすることにより、皮膜中のりん酸亜
鉛カルシウムとりん酸亜鉛の量を適当なものとすること
を主旨としている。

【００１１】また、特願平８−２１５２８７号公報には
高炭素クロム軸受鋼線材の表面処理方法として、カルシ
ウムイオン、亜鉛イオン、りん酸イオン、及び硝酸イオ
ンを含有し、かつ、亜鉛イオンに対するカルシウムイオ
ンの重量比が０．５〜１．５であるりん酸塩処理方法が
開示されている。この発明は高炭素クロム軸受鋼線材に
カルシウム系のリン酸塩処理を行った後、石灰石けんと
呼ばれる消石灰（水酸化カルシウム）とカルシウム石け
んを主成分とする潤滑剤を適用する表面処理方法に関す
るものであり、りん酸塩処理液中の亜鉛イオンに対する
カルシウムイオンの重量比を適当なものとすることによ
り型詰まり対策として有用なりん酸亜鉛カルシウム皮膜
を生成させることを主旨としている。

【００１２】しかしながら、前記の特公昭６０−２０４
６３号公報、あるいは特願平８−２１５２８７号公報に
記載の方法では、目的の組成を有するりん酸塩皮膜を得
るために、処理液中の亜鉛イオンに対するカルシウムイ
オンの比率を所定の範囲に調製しなければならない。と
ころが、実生産ラインにおいては様々な加工目的の材料
が処理されるため、前記の方法で目的の組成を有するり
ん酸塩皮膜を得るためには、りん酸塩処理液中の亜鉛イ
オンに対するカルシウムイオンの比率を調製するか、あ
るいは複数のりん酸塩処理槽を設けなければ目的を達成
することができない。また、りん酸塩処理液の調製を行
う場合は、処理液の一部を処理槽から抜き出し、亜鉛イ
オン、あるいはカルシウムイオンを含む添加剤を加える
必要があるため、作業がかなり煩雑になる。また、複数
の処理槽を設ける場合は、それぞれの槽を常に一定の濃
度や温度に保つ必要があり、作業スペースやエネルギー
コスト的に不利な方法である。このように、従来の公知
の方法では作業スペースがかなり広くなり、エネルギー
コストも高くなり、且つりん酸塩処理液の調製も必要な
ので、作業性が劣るという問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点を解消し、鉄鋼材料表面に目的組成を有するり
ん酸塩皮膜を生成させ、潤滑不良や型詰まりの問題を解
決させるための鉄鋼材料のりん酸塩処理方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するための手段について鋭意検討した結果、特定組
成の表面調整液で鉄鋼材料表面を処理した後、りん酸カ
ルシウム系のりん酸塩処理液で処理することで、これら
の問題点を解決できることを見出し、本発明を完成する
に至った。

【００１５】すなわち、本発明は鉄鋼材料表面をあらか
じめ水不溶性のりん酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム及び
りん酸カルシウムからなる群から選ばれる少なくとも１
種を必須成分として含む表面調整液により処理した後、
カルシウムイオンを必須成分として含むりん酸塩処理液
により処理することを特徴とする鉄鋼材料のりん酸塩処
理方法を提供する。

【００１６】また、本発明は鉄鋼材料表面をあらかじめ
コロイダルチタンを必須成分として含む表面調整液によ
り処理した後、カルシウムイオンを必須成分として含む
りん酸塩処理液により処理することを特徴とする鉄鋼材
料のりん酸塩処理方法を提供する。

【００１７】以下、本発明の内容を詳細に説明する。本
発明では対象とする鉄鋼材料は、特に限定されないが、
例えば、炭素鋼材、クロム鋼、クロム−モリブデン鋼、
ニッケル−クロム鋼、ニッケル−クロム−モリブデン
鋼、ボロン鋼及びマンガン鋼等が挙げられる。

【００１８】本発明では、鉄鋼材料をあらかじめ水不溶
性のりん酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム及びりん酸カル
シウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を必須成
分として含む表面調整液により処理する。本発明の表面
調整液で必須成分とする水不溶性りん酸塩としては、具
体的には次のものが挙げられる。Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂、Ｚ
ｎ₂Ｃａ（ＰＯ₄）₂、ＣａＨＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、
Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂ なお、その他にＺｎ₂Ｆｅ（ＰＯ₄）₂、Ｚｎ₂Ｍｎ（ＰＯ
₄）₂、Ｚｎ₂Ｎｉ（ＰＯ₄）₂、ＦｅＰＯ₄、Ｍｎ₃（Ｐ
Ｏ₄）₂、Ｍｎ₂Ｆｅ（ＰＯ₄）₂、Ｎｉ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃｏ
ＰＯ₄、Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、ＡｌＰＯ₄のような水不溶性
りん酸塩を任意成分として含んでも良い。さらに上記物
質の水和物や不定形状物（非晶質）も同様に用いること
ができる。

【００１９】本発明の鉄鋼材料のりん酸塩処理方法で
は、前記表面調整液中の水不溶性りん酸塩がりん酸亜
鉛、りん酸亜鉛カルシウム、りん酸カルシウムからなる
群から選ばれる少なくとも１種を必須成分として含む必
要がある。例えば、りん酸亜鉛を成分とする表面調整液
により処理すると、りん酸亜鉛とりん酸亜鉛鉄を主成分
とするりん酸塩皮膜が生成する。りん酸亜鉛カルシウム
を成分とする表面調整液により処理すると、りん酸亜
鉛、りん酸亜鉛カルシウムを主成分とするりん酸塩皮膜
が生成する。りん酸カルシウムを成分とする表面調整液
により処理すると、りん酸亜鉛カルシウムを主成分とす
るりん酸塩皮膜が生成する。もちろん表面調整液にはり
ん酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム、りん酸カルシウムの
３つを混在させても良く、この場合は、より精密にりん
酸塩皮膜の組成を制御することができる。好ましい水不
溶性りん酸塩としては具体的には次のものが挙げられ
る。Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂、Ｚｎ₂Ｃａ（ＰＯ₄）₂、ＣａＨＰ
Ｏ₄ Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂、Ｃａ（Ｈ₂ＰＯ₄）₂ さらに上記物質の水和物、また上記物質の不定形形状物
（非晶質）も同様に用いることができる。

【００２０】また、本発明では鉄鋼材料をあらかじめコ
ロイダルチタンを含む表面調整液により処理した後、カ
ルシウムイオンを必須成分として含むりん酸塩処理液に
より処理しても良い。ここで用いられるコロイダルチタ
ンは、米国特許第２８７４０８１号、第２３２２３４９
号、及び第２３１０２３９号に開示されている、チタ
ン、ピロりん酸イオン、オルソりん酸イオン及びナトリ
ウムイオンを構成成分とする「ジャーンステッド塩」が
好適に用いられる。コロイダルチタンを含む表面調整液
により処理した後、次いでカルシウム系りん酸塩処理す
ることにより、りん酸亜鉛を主成分とするりん酸塩皮膜
が生成する。

【００２１】本発明に用いられる表面調整液中の水不溶
性りん酸塩、あるいはコロイダルチタンは、水を分散媒
として懸濁液にて濃度０．０１〜５０ｇ／Ｌ、より好ま
しくは０．１〜１０ｇ／Ｌで、処理温度２０〜８５℃で
好適に用いられる。濃度が０．０１ｇ／Ｌ以下では表面
調整効果が得られ難く、５０ｇ／Ｌ以上ではさらなる表
面調整効果は得られず不経済である。なお、表面調整液
に含まれる水不溶性りん酸塩は、市販原料や試薬を用い
ることができる。また、亜鉛、又はカルシウムの水可溶
性塩と水可溶性りん酸塩を原料として合成したものも好
適に用いることができる。コロイダルチタンは表面調整
剤と称される市販のもの、例えば日本パーカライジング
（株）製表面調整剤プレパレンＺ等を用いても良い。

【００２２】本発明に用いられる表面調整液中の不溶性
りん酸塩、あるいはコロイダルチタンの粒子サイズは小
さいほど効果が得られ易く、粒子サイズが小さければ濃
度を低くしても濃度を高くした場合と同様の効果が得ら
れる。なお、粒子サイズを小さくするには、ボールミル
などの機械的な粉砕装置を用いることができる。

【００２３】また、本発明に用いられる表面調整液には
金属酸化物の微粒子を加えても良い。金属微粒子を加え
ることにより、表面調整液中のりん酸塩やコロイダルチ
タンの一次粒子の凝集を防ぐことができる。ここで用い
られる金属の酸化物は、珪素、ほう素、チタン、ジルコ
ニウム、アルミニウム、鉛、マグネシウム、セリウム、
亜鉛、スズ、鉄、モリブデン、及びバナジウムからなる
群から選ばれる金属の酸化物が好適に用いられる。添加
量としては０．００１〜５ｇ／Ｌとするのが効果的であ
る。

【００２４】さらに、表面調整液にはオルソりん酸、メ
タりん酸、ピロりん酸、オルソ珪酸、メタ珪酸、炭酸、
重炭酸、及び硼酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩を
加えても良い。あるいはアニオン性の水溶性高分子、非
イオン性の水溶性高分子、アニオン性界面活性剤、非イ
オン性界面活性剤等を加えても良い。これらは表面調整
液中のりん酸塩やコロイダルチタンの凝集を防ぎ、分散
安定性を向上させる作用を持つ。

【００２５】また、本発明の実施にあたっては、りん酸
塩皮膜の組成を変化させるため、あらかじめ数種類の表
面調整液を調製し、これを保存用のタンクに貯蔵してお
き、必要に応じてりん酸塩処理槽の直前に設置した表面
調整処理槽に入れて適用することができる。また、本発
明の適用において、表面調整処理はスプレー装置により
行っても良く、得られる効果も同様である。

【００２６】りん酸塩処理液は、亜鉛イオン、カルシウ
ムイオン、りん酸イオンを含む市販の薬剤を用いること
ができ、さらに反応促進剤として硝酸塩、亜硝酸塩、塩
素酸塩、過酸化水素、あるいはキレート剤を添加しても
良い。反応促進剤を添加することにより、処理時間が短
縮される。

【００２７】

〔潤滑剤付着量、りん酸塩皮膜量の測定方法〕

ア．反応型石けん潤滑剤の場合 反応型石けん潤滑剤による潤滑皮膜量を以下のように定
義した。 潤滑剤量Ａ：（Ｗ１−Ｗ２）／表面積 皮膜量Ａ ：（Ｗ２−Ｗ３）／表面積 なお、これらの皮膜量は以下に示すＷ１、Ｗ２、Ｗ３の
測定結果から算出した。 Ｗ１：潤滑皮膜処理された供試板材の単位面積あたりの
重量（ｇ／ｍ²、以下同様）温水浸漬とは鋼管を９０〜
９５℃の蒸留水に３０分間浸漬し、浸漬後に供試板材が
常温となるまで放冷した後、供試板材の重量を化学天秤
を用いて精秤した。 Ｗ２：Ｗ１の測定を行った供試板材を、蒸留管内で７０
℃に加温した混合溶剤（イソプロピルアルコール、ノル
マルヘプタン、エチルセルソルブを各６：３：１部）に
３０分間浸漬した。溶解後、常温となるまで冷却した
後、供試板材の重量を同様に精秤した。 Ｗ３：Ｗ２の供試板材を７０℃、５％のクロム酸水溶液
に１５分間浸漬してりん酸塩皮膜を溶解させ、水洗し
た。プラジェットにより乾燥・冷却後、供試板材の重量
を精秤した。 イ．非反応型の金属石けん水分散型潤滑剤（以下、非反
応型潤滑剤と略記する。） の場合 非反応型潤滑剤による潤滑皮膜量は、以下の方法で測定
した。非反応型潤滑剤により処理を行う前後の供試板材
の重量差から、単位面積あたりの付着量を算出、結果を
潤滑剤量Ｂとした。また、潤滑剤処理前の状態で、供試
板材を７０℃、５％のクロム酸水溶液に１５分間浸漬し
てりん酸塩皮膜を溶解させ、十分に水洗した後、プラジ
ェットにより乾燥した。供試板材の温度が室温程度にな
ってから、重量を化学天秤により精秤した。剥離前後の
重量から得られるりん酸塩皮膜量を算出し、これを皮膜
量Ｂとした。

【００２８】〔潤滑性能の評価方法〕バウデン・レーベ
ン式摩擦試験機により摺動潤滑性を評価した。垂直荷重
５ｋｇ、周波数１Ｈｚ、摺動幅１０ｍｍの条件で５ｍｍ
φのボール（高炭素クロム軸受鋼 ＳＵＪ−２）を摺動
させた時の摩擦係数を測定し、摩擦係数が０．２５にな
った時の摺動回数を測定した。摺動回数が多い場合ほど
摺動潤滑性に優れていると判断できる。

【００２９】〔供試板材〕冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ−Ｓ
Ｄ ０．８ｍｍｔ×７０ｍｍ×１５０ｍｍ）を用いた。

【００３０】〔供試板材の前処理〕前記供試板材を６０
℃に加温された日本パーカライジング（株）製のファイ
ンクリーナー４３６０（登録商標）の２％水溶液に１０
分間浸漬処理してアルカリ脱脂した後、スプレー装置に
より水道水で３０秒間水洗し、前処理を行った。

【００３１】実施例１ 試薬のりん酸亜鉛４水塩（Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）
をジルコニアビーズを用いたボールミルにより１０分間
粉砕した後、りん酸亜鉛の濃度を１０ｇ／Ｌとし、さら
にピロリン酸ナトリウムを１ｇ／Ｌ添加し、常温にて表
面調整液を調製した。亜鉛イオン４ｇ／Ｌ、カルシウム
イオン４ｇ／Ｌ、りん酸イオン１２ｇ／Ｌ、硝酸イオン
１３ｇ／Ｌからなるりん酸塩処理液（処理液Ａ）に、反
応促進剤として亜硝酸ナトリウムを０．８ｇ／Ｌ添加し
たカルシウム系りん酸塩処理剤を調製した。前記にて前
処理した供試板材を前記にて調製した表面調整液に１分
間浸漬した後、次いで前記にて調整した、８０℃に加温
されたりん酸処理液に５分間浸漬した。

【００３２】実施例２ ５０℃に加温した０．３ｍｏｌ／Ｌの硝酸カルシウム水
溶液に０．１ｍｏｌ／Ｌの硝酸亜鉛水溶液を同量加え、
温度を保ちながら、０．３ｍｏｌ／Ｌのりん酸１水素ナ
トリウムを加えて沈殿を生成させた。これを９０℃にて
１時間加温して沈殿物を熟成させた後、傾斜洗浄を１０
回繰り返した。さらに８０℃のオーブンにて乾燥試料と
し、Ｘ線回折にて分析したところ、りん酸亜鉛カルシウ
ムであることを確認した。５０℃に加温した０．３ｍｏ
ｌ／Ｌの硝酸カルシウム水溶液に、液温を保ちながら
０．３ｍｏｌ／Ｌのりん酸１水素ナトリウムを加えて沈
殿を生成させた。これを９０℃にて１時間加温して沈殿
物を熟成させた後、傾斜洗浄を１０回繰り返した。さら
に８０℃のオーブンにて乾燥試料とし、Ｘ線回折にて分
析したところ、りん酸１水素カルシウムであることを確
認した。次に試薬のりん酸亜鉛４水塩、および前記工程
にて得られたりん酸亜鉛カルシウム、りん酸１水素カル
シウムを、それぞれ重量比が３対４対３になるように混
合し、ジルコニアビーズを用いたボールミルにより１０
分間粉砕した。粉砕されたりん酸塩混合物の濃度を１０
ｇ／Ｌとし、さらにピロリン酸ナトリウムを１ｇ／Ｌ添
加して常温にて表面調整液を調製した。前記にて前処理
した供試板材を前記にて調製した表面調整液に１分間浸
漬した後、次いで実施例１にて調整した、８０℃に加温
されたりん酸処理液に５分間浸漬した。

【００３３】実施例３ 実施例２で得られたりん酸亜鉛カルシウム、りん酸１水
素カルシウムをそれぞれ重量比が６対４になるように混
合し、ジルコニアビーズを用いたボールミルにより１０
分間粉砕した。粉砕されたりん酸塩混合物の濃度を１０
ｇ／Ｌとし、さらにピロリン酸ナトリウム１ｇ／Ｌ添加
して常温にて表面調整液を調製した。前記にて前処理し
た供試板材を前記にて調製した表面調整液に１分間浸漬
した後、次いで実施例１にて調整した、８０℃に加温さ
れたりん酸処理液に５分間浸漬した。

【００３４】実施例４ 実施例２で得られたりん酸１水素カルシウムをジルコニ
アビーズを用いたボールミルにより１０分間粉砕した。
粉砕されたりん酸１水素カルシウム１０ｇ／Ｌにピロリ
ン酸ナトリウムを１ｇ／Ｌ添加し、常温にて表面調整液
を調製した。前記にて前処理した供試板材を前記にて調
製した表面調整液に１分間浸漬した後、次いで実施例１
にて調整した、８０℃に加温されたりん酸処理液に５分
間浸漬した。

【００３５】実施例５ 市販のコロイダルチタン系表面調整剤、日本パーカライ
ジング（株）製プレパレンＺ（登録商標）を０．１％、
常温にて建浴した。前記にて前処理した供試板材を前記
にて調製した表面調整液に１分間浸漬した後、次いで実
施例１にて調整した、８０℃に加温されたりん酸処理液
に５分間浸漬した。

【００３６】実施例６ 亜鉛イオン６ｇ／Ｌ、カルシウムイオン３ｇ／Ｌ、りん
酸イオン１２ｇ／Ｌ、硝酸イオン１５ｇ／Ｌからなるり
ん酸塩処理液（処理液Ｂ）に、反応促進剤として亜硝酸
ナトリウムを０．８ｇ／Ｌ添加したカルシウム系りん酸
塩処理剤を調製した。前記にて前処理した供試板材を実
施例３にて調製した表面調整液に１分間浸漬した後、次
いで前記にて調整した、８０℃に加温されたりん酸処理
液に５分間浸漬した。

【００３７】実施例７ 前記にて前処理した供試板材を実施例４にて調製した表
面調整液に１分間浸漬した後、次いで実施例８にて調整
した、８０℃に加温されたりん酸処理液に５分間浸漬し
た。

【００３８】比較例１ 表面調整液を使用せずに、りん酸亜鉛系処理剤、日本パ
ーカライジング（株）製バルボンド４２１ＷＤ（登録商
標、処理液Ｃとする）を８０℃、９％とし、促進剤を２
ｐｔ添加した処理液にて、前記にて前処理された供試板
材を１０分間浸漬処理した。

【００３９】比較例２ りん酸塩処理前に実施例５にて使用したコロイダルチタ
ン系表面調整剤による処理を行った後、比較例１と同様
の条件でりん酸塩浸漬処理を行った。

【００４０】比較例３、４及び５ 日本パーカライジング（株）製のカルシウム系りん酸塩
処理剤、バルボンド３６７０Ｘ（登録商標）を８０℃、
９％とし、促進剤を２ｐｔ添加した処理液を基本とし、
添加剤により亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重
量比率を変化させた処理液を調製した。比較例３では亜
鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比を０．３に
調製し（処理液Ｄ）、同様に比較例４では０．５に調製
し（処理液Ｅ）、比較例５では１．０に調製し（処理液
Ｆ）、前記にて前処理された供試板材を表面調整液を使
用せずに、それぞれ処理液Ｄ、Ｅ及びＦ中で５分間浸漬
処理を行った。

【００４１】〔潤滑剤処理〕実施例、比較例にてりん酸
塩処理された供試板材を、反応型石けん潤滑剤、および
非反応型潤滑剤により潤滑処理した。反応型石けん潤滑
剤の処理は日本パーカライジング（株）製パルーブ２３
５（登録商標）を８０℃、６％に調製し、供試板材を７
分間浸漬処理した後、風乾した。 非反応型潤滑剤の処
理は日本パーカライジング（株）製パルーブ４６１２
（登録商標）を２５℃、２０％に調製し、供試板材を１
分間浸漬処理した後、７０℃のオーブン中で３０分間乾
燥した。

【００４２】実施例１〜７、及び比較例１〜５における
Ｓ比、Ｐ比、潤滑剤量、皮膜量及び摺動回数の測定結果
を表１に示した。実施例及び比較例から次のことが言え
る。 実施例によれば、りん酸塩処理液の種類が同一（Ｃａ
／Ｚｎ比一定）でもＳ比及びＰ比の異なった組成の異な
るりん酸塩皮膜を得ることができる。 実施例ではＳ比の高いりん酸塩皮膜は非反応型潤滑剤
を用いる場合の潤滑下地として有効であり、Ｐ比の高い
りん酸塩皮膜は反応型石けん潤滑剤を用いる場合に有効
な皮膜であることが明らかとなった。本発明のりん酸塩
処理方法によれば、適用される潤滑剤に応じて、極めて
容易に目的の皮膜を得ることは明らかである。 本発明の如くＳ比及びＰ比の異なった組成の異なるり
ん酸塩皮膜を得ようとすれば、表面調整液であらかじめ
処理しない場合比較例１、３、４及び５に示すごとく、
りん酸塩処理液のＣａ／Ｚｎ比をそれに応じて変更しな
ければならない。

【００４３】［実用性能］日本パーカライジング（株）
のカルシウム系りん酸塩処理剤、パルボンド３６８２Ｘ
（登録商標）ラインにおいて、実施例１、２、３、４で
示される表面調整剤を用いて実用性能を確認した。表面
調整剤の温度は室温とし、りん酸塩処理剤は標準仕様の
濃度とし、液温は８０〜９０℃に管理した。対象材料
は、冷間圧造用鋼線（ＳＷＲＣＨ８Ｒ、ＳＷＲＣＨ４５
Ｋ、ＳＣＭ４３５）、高炭素クロム軸受鋼線材（ＳＵＪ
−２）とし、冷間圧造用鋼線には主に実施例１、２、３
の表面調整剤、高炭素クロム軸受鋼線材には主に実施例
４の表面調整剤を適用した。実施にあたっては、２０ト
ンのりん酸塩処理槽の前に１０トンの表面調製槽を設
け、実施例１、２、３、４の表面調整剤を入れ替えると
共に、りん酸塩処理液中の各成分の変動を初期の状態か
ら３０％以内となるように管理した。その結果、従来り
ん酸塩処理液槽を３槽設け、それぞれ、組成の異なるり
ん酸塩処理液を調整、維持管理していた時よりも、生成
するりん酸塩皮膜の品質が安定し、潤滑不良や型詰まり
問題が解消した。また、りん酸塩処理液を１槽としたた
め、熱エネルギーコストが従来の１／３に減少した。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明の鉄鋼材料のりん
酸塩処理方法によれば、生成するりん酸塩皮膜の品質が
安定し、潤滑不良や型詰まり問題が解消する。また、り
ん酸塩処理液の管理が軽減されるとともに、熱エネルギ
ーコストを低減することができるので、産業上の利用価
値は非常に大きい。

【００４５】

【表１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄鋼材料表面をあらかじめ水不溶性のりん
   酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム及びりん酸カルシウムか
   らなる群から選ばれる少なくとも１種を必須成分として
   含む表面調整液により処理した後、カルシウムイオンを
   必須成分として含むりん酸塩処理液により処理すること
   を特徴とする鉄鋼材料のりん酸塩処理方法。
2. 【請求項２】鉄鋼材料表面をあらかじめコロイダルチタ
   ンを必須成分として含む表面調整液により処理した後、
   カルシウムイオンを必須成分として含むりん酸塩処理液
   により処理することを特徴とする鉄鋼材料のりん酸塩処
   理方法。