JPS5913075A - 均一皮膜を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複雑な形状をした主として鉄、アルミニウム
等金属の被処理材であっても表面に均一゛な皮膜を形成
し得る方法に関するものである。

金属の表面処理は１表面処理剤浴中に被処理剤を浸漬す
る方法、スプレーによる吹付は塗布法。

ハケ施り、ローラー塗り等の方法によって表面処理剤を
塗布した後２表面処理剤の有機溶媒あるいは水分を蒸発
させて不溶性の皮膜層を形成させる皮膜固定化処理によ
って行なわれている。しかしながら、これら従来の方法
による場合、凹凸があるような複雑な形状の被処理材を
処理する場合には、均一な皮膜層を得ることが困難であ
った。また、たとえ塗布時には均一な皮膜が得られたと
しても皮膜固定化処理中に、いわゆるタレといわれる流
下現象が発゛生したり、乾燥むら１色むらなどが発生し
たりして不拘°−な皮膜を形成することが生じていた。

本発明者は、均一皮膜を形成する方法を得べくまず不均
一皮膜化の原因を追求した結果２表面処理剤を被処理材
に塗布した際に形成される皮膜Ｃ以下液膜という）が連
続皮膜であることに起因すること、及び、液膜がある粒
径と厚さ糾もった独立粒子として存在するならば斜面で
あっても流下現象をおこさず均一な皮膜を形成し得るこ
とを認めて本発明をなしたものである。すなわち１本発
明は１表面処理剤を平均粒径が３００μｍ以下の霧状と
して被処理材表面に９表面に付着する液膜が粒径５１Ｉ
ｍ以下で厚さが２１１以下の独立粒子とじて存在するよ
うに噴霧した後、皮膜固定化処理をする均一皮膜を形成
する方法である。

本発明における被処理材としては、鉄、アルミニウム等
の金属材料で製造された板、菅笠単純な形状の製品、窓
枠型材、車輌用ホイール、熱交換器用フィン材等の製品
あるいは金属家具、玩具。

釣り用リール等の製品等のような凹凸のある複雑な形状
の製品等巾広く適用できるものであり限定されない。な
お１合成樹脂、ガラス等の製品にも適用可能である。

次に２本発明において使用する表面処理剤としては、い
わゆるノンリンス型といわれ塗布処理後に水洗をせずに
皮膜固定化処理を行ないうるものであって、塗装下地処
理剤、耐食性光輝皮膜やビレットの熱処理時の変色防止
皮膜形成を含む防食皮膜形成剤や金属酸化防止剤、その
他の表面コーティング剤を包含するものであって、市販
品が使用できるが９表面張力が３０ｄｙｎｅ／ａｍ以上
、好ましくは５０〜７５　ｄｙｎｅ々であるものが好ま
しく、とくに、水を主体に少量の目的皮膜形成用表面処
理剤を添加した水系表面処理剤が好ましく、水系表面処
理剤中に添加される成分としては、皮膜不溶化剤の有機
ポリマー中にクロム、ジルコニウム、チタニウム等の化
合物やコロイダルシリカを添加したもの、アルカリ金属
けい酸塩、酸性金属リン酸塩、アルキルチタネート、シ
リコン系高分子化合物、タンニン酸化合物、あるいは、
フタロシアニ１ン化合物のような染料、酸化チタニウム
、カーボンブラックのような顔料等の皮膜着色成分等各
種のものがあシ、これらの添加成分で溶解せず単に液中
に分散しているような場合には、その添加成分の粒子の
太さを０．５μｍ以下とするのが好ましい。通常、これ
らの添加成分は、総量として０．５〜ｌＱｗｔ％程度の
濃度で水に添加されるが、前述のように液の表面張力が
３０　ｄｙｎｅ／ｃｍ以上となるように調製されるもの
であれば、その濃度はとくに規制されるものではなく、
濃厚溶液として市販されている場合には希釈して使用す
ればよい。

本発明においては、このような表面処理剤を被処理材表
面に塗布するのであるが、均一皮膜を形成させるために
は２表面処理剤の液膜を独立粒子として存在させること
が必要である。すなわち。

垂直で平滑な金属表面に水滴が存在した場合、この液滴
に作用する力としては、界面張力に基づく上向きの付着
張力と液滴にかかる重力とがあるが。

表面処理剤は、主に水を溶媒としているので液滴の表面
張力が大きく、付着張力も相対的に大きくなっており、
付着張力と重力とのバランスがとれていれば液滴はその
まま静止しており、液滴の太さが増大するにつれて液滴
の重心は下方に移り最終的に落下することになる。また
、連続した均一皮膜の場合には、液の蒸発を無視すれば
、液の流下速度はＮｕｓｓｅｌｔの式に従うものであっ
て流下現象は避は難いものである。しかして２本発明の
表面処理剤の塗布において液膜が流下現象をおこさない
ための独立粒子の粒径としては５１１ｍ以下で厚さが２
１１１以下であることが必要であり、塗布終了時の液膜
粒子の径が３ｍｌ＋以下、好ましくは、０．０５〜２Ｉ
ＩＩＩ以下で平均の厚さ２５μｍ以下、好ましくは、５
〜１５μｍの独立粒子であることが望ましく、前記限定
値以上になると流下現象をおこすようになり本発明のよ
うな効果が得られない。なお。

このような条件下における表面処理剤の塗布量は。

２０１１／ｆｎ”程度となるが、塗布量で液膜粒子状態
を判断する場合には３０１１７ｆｎ”をこえると連続液
膜化が発生することが多くなるので２５１１７ｆｎ”以
下の塗布量とすることが目安となる。また、このような
条件下での所望皮膜形成面積に対する皮膜の形成率は９
０チ以上となり得るものであって、所期の得るためには
、噴霧吹付けによる塗布方法が採られるが、噴霧粒が１
通常、細霧といわれる霧の太さ以下、すなわち３００μ
ｍ以下、好ましくは１０〜２００μｍであることが必要
である。これにより１粒子成長の規制を適切に管理し得
るようになるが、液膜の流下現象の防止並びに生成皮膜
の特性向上等の目的から霧粒子は細かくなる程有利であ
り、たとえば、平面に近いものであれば３０〜２５０μ
ｍのものでよく、凹凸の激しい製品の場合では１０〜１
５０μｍのものとするのが適当である。

このような噴霧のためには霧化器を使用するが。

霧化器には、大別して液圧式と空気圧式とがあるが、ス
プレーノズルを細霧用、微細霧用あるいは超微細霧用の
いずれかを使用するとか、液圧や空気圧を調整するとか
等の適宜手段により前記のような条件の霧粒子を得るこ
とができる。たとえば空円錐ノズルを使用する液圧式霧
化器の場合、液圧７　ｋｇ／ｉＪ　、噴量３．２５　ｔ
／ｈ　、噴角８０°の条件で平均粒径４５〜６０μｍの
霧粒子を得ることができる。

しかし２表面処理剤を噴霧塗布した場合でも表面張力が
液膜粒子の重力に抗し得ない程に粒子成長が行なわれた
ときには、連続皮膜が生じ液膜の流下が生じるので前記
条件を満足するように操作するように注意する必要があ
る。

なお１本発明における液膜の独立粒子は、微視的に各粒
子が完全に独立している状態ばかりでなく２粒子同志が
稜線上で隣接しあっている状態をも含むものである。

表面処理剤の塗布作業は、適宜のバッチ式装置。

あるいは、たとえばベルトコンベヤーやサークル移動式
懸吊装置等を利用した連続式装置などで実施し得、固定
式霧化器、移動式霧化器のいずれを使用することができ
る。

また、塗布に際して、たとえば被処理面の脱脂を含む地
荒し等の前処理手段、被処理材の予熱。

あるいは静電場を印荷する手段等を並用することは１表
面処理剤の塗着効率の向上、つき廻り性向上や皮膜生成
量の均一化の上から好ましい。

１表面処理剤の噴霧吹付は塗布終了後、使用した表面処
理剤に応じた処理条件下、たとえば、常温又は加熱下あ
るいは雰囲気制御された条件下で目的性状の皮膜とする
ために水など溶媒を揮散させて乾燥する皮膜固定化処理
を行なう。

すなわち、ノンリンス型塗装下地処理剤を使用した時に
は、８０〜１５０℃、防食皮膜形成剤の場合には、１０
０〜３００℃、金属表面酸化防止剤の場合には、３００
〜５００℃に加熱することによって水など溶媒を揮散さ
せる段階を経て、さらに加熱分解、酸化反応等の変性処
理を行ない目的特性を持つ皮膜として固定化させること
ができる。

この皮膜固定化処理は、噴霧塗装装置で使用した搬送方
式と同一方式を採る装置で行なうのが合理的であり、噴
霧塗装装置と連設あるいは近接して配置されるたとえば
熱風式乾燥炉、赤外線加熱炉２反応性ガスや不活性ガス
等の供給手段を並設した高温密閉炉等適宜な装置で行な
われ、場合によっては天日乾燥手段も採り得るものであ
る。な□お、この皮膜固定化処理において良好な皮膜を
得るためには、なるべく昇温速度等の条件を緩慢にする
ことが液膜粒子の表面だけ不溶化が進行するのを防止す
ることにつながるので有効である。

本発明は１表面処理剤を３００μｍ以下の霧状として被
処理材表面に噴霧し液膜粒子の粒径が５ｎ以下で厚さが
２１１Ｉ＋以下の独立粒子として存在させるようにした
後、皮膜固定化処理をするようにしたので、従来の方法
では流下現象がおき塗布し難かったような複雑かつ凹凸
のある形状の被処理（９） 材であっても均一な皮膜を流下現象や乾燥むらなどを生
ずることなく形成することができる。また。

皮膜の厚さも従来の方法では１０μｍ以上とすることが
困難であったが、きわめて容易に２０μｍ程度の皮膜が
安定して均一皮膜として得ることができ、しかも、とく
に新規な装置を必要とせず従来の装置を使用し得るなど
大きな効果が認められるものである。

次に１本発明の実施例を述べる。

実施例１ 弱アルカリ浴で脱脂処理したアルミニウム合金製窓枠用
型材に、六価クロム化合物とポリマーを主成分とするノ
ンリンス型化成処理剤（商品名７１０ジンＮＲ３）の５
ｗｔ％水溶液（表面張力６１　ｄｙｎｅ／ｃＩｎ）を空
円錐ノズルを設置した液圧式霧化器を用いて、液圧６　
ｋｖ／ｃＪ　、噴量２．１　ｔ／ｈ　、噴角６０°の条
件下で５秒間噴霧吹付は塗布を行なった。この時の霧粒
子の平均粒径は４０μｍであり、塗布量は約１０９７ｆ
ｎ”であった。

液膜粒子は、付着直後に多少床がりを示し数個（１０） 所で粒子の合体が進んだが合体粒子の中で径の大きいも
ので約３闘まで成長したが、大部分は。

２００〜１５００μｍの独立粒子として存在し、平均厚
さ１０μｍの液膜が得られた。

塗布処理後１００℃の熱風式乾燥炉にて５分間処理して
皮膜固定化処理を行なった。

続いて熱硬化型アクリル塗料を常法の浸漬法により塗布
し１７０℃で３０分間焼付処理を行なりｆ？ｃ。

皮膜固定化処理時の表面処理剤による被覆率（腐食液へ
の浸漬による腐食面積率によって換算される）を測定し
た結果、はぼ１００チであり、乾燥むらもなく、製品の
部位によるクロム量のバラツキも±５％以内できわめて
少なかった。皮膜特性を塩水噴霧試験（５００時間）並
びに密着性試験（ゴバン目試験）を行なったが問題はな
く、アクリル塗料も均一に付着していた。

比較例１ 実施例１と同条件で噴霧塗布処理をさらに続行し、塗布
量が２５　、！９７ｍ”を越える頃から液膜粒子の合体
が全面で発生し始め連続液膜化が生じ、３０ＩＡｒＬ゛
以上になると液膜の流下現象が生じるとともに乾燥むら
もおこった。

実施例２ トリクレン脱脂を行なったアルミニウムダイカスト鋳物
の車輌用ホイールにタンニン酸を主成分とするｌ　ｗｔ
％水溶液（表面張力５６　ｄｙｎｅ２ム）を実施例１と
同様な霧化器により、平均粒径が１５０μｍの霧粒子と
して噴霧し、液膜の太さが最大でも４關の独立粒子とし
て存在する段階で塗布を終了した。この時の塗布量は２
０　ｆｊ／ｆｎ”であった。ついで１００℃の熱風で１
５分間加熱処理して防食皮膜耐食性を湿潤試験（温度５
０℃、湿度１００％。

４８時間）及び塩水噴霧試験（２４時間）を行なって調
べたが、ともに異常なく、全面が良好な防食皮膜によっ
て覆われていることが確認された。

実施例３ 鋳物用アルミニウム合金ＪＩＳ　ＡＣ４Ｃ（アンチモン
添加）の鋳造後の鋳肌面に対し、有機チタンキレート系
の表面処理剤（商品名ＴＬＡ−ＡＡ−５０）の１ｗｔ％
水溶液（表面張力５２　ｄｙｎｅ／ｃｍ　）を実施例１
と同様な霧化器で平均１００μｍの霧粒子として塗布処
理を行ない、液膜の独立粒子の径が最大でも３朋をこえ
ないような段階で塗布処理を終了した。この時の塗布量
は１５シゼであった。ついで遠赤外線加熱炉内で５００
℃で１０分間加熱処理を行ない変色防止皮膜としての皮
膜固定化処理を行なった。

このものは外観が均一で、しかも溶体化処理（５２０〜
ｂ 何等変色しなかった。

なお、この鋳物用アルミニウム合金ＪＩＳＡＣ４Ｃは、
アンチモンを０．１〜０．１５％添加した合金とした場
合、靭性に優れているが溶体化処理の工程で黒変すると
いう問題があり、これを防止するのに溶体化に先立ち有
機チタン化合物で表面をコーティングしておくと効果が
あることが知られていた。しかしながら、鋳肌面は、一
般に濡れ性が悪く、また、水系有機チタネート処理剤は
表面張力（１３） が高いため結果としてハジキなどによって均一な皮膜を
得ることは至難であったものである。

比較例２ 実施例３と同条件で噴霧塗布処理をさらに続行すると、
それまで微小な独立粒子として表面に均一に存在してい
た液膜の連続液膜化が始まシ、これと相前後して処理剤
が１ケ所に凝集し、その周辺では、液がなくなってしま
うという現象がおこった。このものを熱風乾燥後、溶体
化処理を行なったところ凝集部では、乾燥むらはあるも
のの変色はおさえられているのに対し、その周辺部では
顕著な変色がおこっているのが認められた。

特許出願人　　日本軽金属株式会社 （１４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）表面処理剤を平均粒径３００μｍ以下の霧状として
   被処理材表面に２表面に付着する液膜が粒径５Ｉ１ｍｌ
   以下で厚さが２１１１１以下の独立粒子として存在する
   ように噴霧した後、皮膜固定化処理することを特徴とす
   る均一皮膜を形成する方法。