JPS5914552B2 - 高度な耐食性を付与する金属表面処理方法 - Google Patents

高度な耐食性を付与する金属表面処理方法

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JPS5914552B2
JPS5914552B2 JP920880A JP920880A JPS5914552B2 JP S5914552 B2 JPS5914552 B2 JP S5914552B2 JP 920880 A JP920880 A JP 920880A JP 920880 A JP920880 A JP 920880A JP S5914552 B2 JPS5914552 B2 JP S5914552B2
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organic polymer
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/24Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing hexavalent chromium compounds
    • C23C22/26Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing hexavalent chromium compounds containing also organic compounds
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属表面処理方法、更に詳しくは、亜鉛、アル
ミニウムもしくはその合金、鉄などの金属表面に、高度
な耐食性を付与し、塗装後の塗膜密着性(以下、塗装密
着性と称す)れ゛良好で、且15つクロム溶出のない表
面処理皮膜を形成する方法に関する。
なお、上記「高度な耐食性」とは、溶融亜鉛メッキ鋼板
を例にとつて示せば、500時間以上の塩水噴霧試験(
JIS−Z−2371)を行つた場合にも、白錆が認め
られず、何ら異常ク0 がない状態であることを相称す
る。従来、上記種の金属を表面にもつ製品の表面防錆処
理にあつて、通常各種のクロメート処理法が用いられて
いる。
かかるクロメート処理法は、一般に水性高分子物(無機
系または有機系)を用いク5 ないものと用いたものと
に大別できる。前者の方法は歴史的に古くから実施され
ており、クロム酸を単独で使用することから始まつて、
現在では耐食性改善のため造膜促進剤(例えばF、BF
4、ZrF6、SO4など)を添加するこ30とにより
クロメート皮膜量の増加を計つたものが実用化されてい
る。しかし、この場合のクロメート皮膜の形成は、素地
金属表面とクロム酸との酸化還元反応を主体とした化学
反応によつて行なわれるため、造膜促進剤の非存在下で
は短時間に充35分量のクロメート皮膜は形成し難い。
更に、この造膜促進剤は上記の如きクロメート皮膜量の
増加に寄与するが、反面耐食性に悪影響を与えるのでク
ロメート処理後にこれを水洗除去する必要がある。この
ため、水洗による皮膜欠陥が生じて未塗装時の耐食性が
得られなくなる。そこで、水洗水に添加物を加えて耐食
性を改善する方法(特公昭37−9311号参照)など
が提案されているが、満足な結果には至つていない。一
方、後者の方法においては、処理液中に水性無機高分子
物(例えばシリカゲル、アルミナゾルなど)や水性有機
高分子物(例えば水溶性樹脂、エマルジヨン樹脂)を皮
膜構造物として含有している。
これらは、塗布量を増加させ乾燥するだけでクロメート
皮膜量を容易に増加できるため、前者の如き造膜促進剤
を本質的には必要としない。従つて、前者に比し耐食性
を向上させることが可能であるが、当該水性高分子物の
安定性が著しく阻害されて、白濁化、沈澱分離などが生
じた)、あるいははなはだしい場合には瞬時にゲル化し
て用に供しえなくなる。更に、これら両者のクロメート
処理法にあつて、高度な耐食性をたとえ一時的に付与で
きたとしても、塗装までの放置時間が長いと耐食性を十
分には維持できなくなり、結局塗装密着性の低下を避け
えないのが現状であつた。
本発明の目的は、上記後者のクロメート処理法において
、未塗装時の高度な耐食性を付与することができ、更に
長時間放置した後も塗装密着性が良好で、且つクロム溶
出のない表面処理皮膜を形成しうる方法を提供するにあ
る。
本発明者らは、かかる目的を達成するため鋭意研究を進
めた結果、水性有機高分子物、3価クロムを全金属クロ
ムに対して特定比率で含有する水溶性クロム化合物およ
び特定遷移金属イオンの三成分を含有する酸性処理液で
処理し、次いで乾燥後水性有機高分子物で後処理被覆す
ることにより、所期目的の表面処理皮膜が形成されるこ
とを見出し、本発明を完成させるに至つた。
即ち、本発明の要旨は、金属表面に、(a)アクリル酸
、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エ
ステル、イタコン酸、イタコン酸エステル、マレイン酸
およびマレイン酸エステルの群から選ばれた1種以上の
単量体を重合して得られる水性有機高分子物、(b)全
金属クロム量中の20〜60重量%が3価クロムである
水溶性クロム化合物および(c)ニツケルイオン、コバ
ルトイオンおよびマンガンイオンの遷移金属イオン群か
ら選ばれた1種以上を含有する酸性処理液を、全金属ク
ロム塗布量が30〜200即/7rIとなるように塗布
し、次いで乾燥した後、アクリル酸、アクリル酸エステ
ル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、イタコン酸
、イタコン酸エステル、マレイン酸およびマレイン酸エ
ステルの群から選ばれた1種以上を含む単量体を重合し
て得られる水性有機高分子物の処理液を乾燥膜厚0.2
〜2μとなるように被覆することを特徴とする金属表面
処理方法に存する。
本発明で使用する酸性処理液の(a)成分である水性有
機高分子物としては、後記(b)成分の水溶性クロム化
合物の存在下でゲル化しないものであつて、水溶性もし
くは水分散性のいずれであつてもよく、具体的にはアク
リル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリ
ル酸エステル、イタコン酸、イタコン酸エステル、マレ
イン酸およびマレイン酸エステルの群から選ばれた1種
以上の単量体を常法に従い重合して得られる重合体が挙
げられる。
特に、酸性処理液での安定性の観点からアクリル酸やメ
タクリル酸を用いた重合体が好適である。なお、かかる
水性有機高分子物ぱ、通常水を媒体とする系で使用され
るが、該系中に有機溶剤が存在しないことが望ましい。
有機溶剤存在下で酸性処理液中に使用すると、当該高分
子物の安定性が著しく阻害されて、白濁化、沈澱分離な
どが生じたり、あるいははなはだしい場合には瞬時にゲ
ル化して用に供しえなくなる。また、かかる高分子物の
分子量は、約2000〜50万の範囲に設定されている
ことが望ましい。2000未満であると、耐食性が低下
したり、酸性処理液をゲル化させたシし、また50万を
越えると、塗装密着性が低下する傾向にある。
酸性処理液中における当該水性有機高分子物の含有量は
、広範囲にわたつて変化させることが可能であるが、一
般的にはその種類および実際の処理における塗布量など
によつて定められるべきで、通常水性有機高分子物と全
金属クロムとの重量比が1/10〜10/1、好ましく
は1/5〜5/1の範囲となるように選定すればよい。
水性有機高分子物の比率が上記範囲より少ないと、形成
される表面処理皮膜からのクロム溶出や耐食性低下が起
生し、また上記範囲より多いと、酸性処理液が不安定と
なわ、はなはだしい場合にぱゲル化を生じるイ頃向にあ
る。本発明で使用する酸性処理液の(b)成分である水
溶性クロム化合物としては、自体公知のものが使用され
てよいが、特に無水クロム酸を部分還元したものが好適
である。
かかる水溶性クロム化合物にあつては、全金属クロム(
全Cr)量中の3価クロム(Cr3+)の比率(−Cr
3+/全Cr×100)が20〜60(:f)(重量%
、以下同様)の範囲に設定されていることが重要である
。上記比率が20%未満であると、塗装時の前処理とし
て実施される脱脂処理によつてクロムが溶出したD、塗
装後の耐沸水試1験において塗膜にブリスタが発生し、
十分な性能が得られない。また60%を越えると、所望
する耐食性が得られない。酸性処理液における当該水溶
性クロム化合物の含有量は、通常0.1〜1001)の
範囲で選定すればよい。本発明で使用する酸性処理液の
(c)成分である遷移金属イオンは、特に未塗装時の高
度な耐食性を付与するのに必須であり、具体例としては
ニツケルイオン、コバルトイオンおよびマンガンイオン
が挙げられ、これらの1種以上を用に供する。
なお、使用に際しては、酸性処理液での溶解性を考慮し
て当該遷移金属の例えば炭酸塩、硝酸塩または水酸化物
の形状で供すればよい。酸性処理液における当該遷移金
属イオンの含有量は、通常遷移金属イオンと全金属クロ
ムの重量比が1/20〜7/101好ましくは1/10
〜1/2の範囲となるように選定すればよい。
遷移金属イオンの比率が上記範囲より少ないと、高度な
耐食性を得ることができず、また上記範囲より多いと、
酸性処理液の安定性が低下して遂にはゲル化に至らしめ
る傾向にある。上記(a)〜(c)成分を必須成分とし
て含有する酸性処理液にあつて、そのPH値が3.5以
上では処理液の安定性が損なわれることから、当該PH
値は3.5未満、好ましくは2.0〜3.5に設定され
ていることが望ましい。
これらのPH調整には、例えばリン酸が好適に使用され
る。本発明で上記後処理被覆に使用する処理液としては
、好ましくは公害上の観点から有機溶媒が存在しないも
のであり1これに含有される水性有機高分子物としては
、水溶性もしくは水分散性のいずれであつてもよく、具
体的にはアクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル
、メタクリル酸エステル、イタコン酸、イタコン酸エス
テル、マレイン酸およびマレイン酸エステルの群から選
ばれた1種以上を含む単量体を上記酸性処理液の(a)
成分である水性有機高分子物の場合と同様に重合して得
られる重合体が挙げられる。
併用してよい他の単量体としては、エチレン、ブタジエ
ン、イソプレン、スチレンおよび酢酸ビニルが挙げられ
る。かかる水性有機高分子物の中から塗装密着性が損な
われない範囲で選択使用すればよい。以下、本発明方法
の実施手順について詳述する。
(1)先ず、金属(亜鉛、アルミニウムもしくはその合
金、鉄など)表面を、必要に応じてアルカリ脱脂剤など
で清浄し、前述の酸性処理液を塗布する。当該処理液の
塗布量は、全金属クロム塗布量が30〜200m(1/
M2となるように選定することが重要である。30′l
νM゜未満では、所望の高度な耐食性が得られず、また
200mV/Rrlを越えると、処理皮膜からのクロム
溶出が多くなる。
上記処理液の塗布方法は、常法に従えばよく、例えばロ
ールコート法、ミストスプレーコート法、シヤワーコー
ト法、刷毛塗b法などいずれもが採用される。
かかる処理にあつては、次の後処理工程で処理皮膜が溶
出しないように乾燥する。
乾燥条件として、処理物表面温度は50〜200℃の広
範囲温度が採用されてよく、好適には処理物表面温度1
00〜150℃で5〜60秒間維持して実施する。(2
)次に、前述の水性有機高分子物を後処理被覆する。
被覆量は、乾燥膜厚が0.2〜2μとなるように選定す
ることが必要である。0.2μ未満であると、所望の高
度な耐食性および塗装密着性が得られず、また2μを越
えると、塗装後の塗膜の耐沸水試験においてブリスタ一
の発生が見られる。
以上のように処理液中での貯蔵安定に優れた特定の水性
有機高分子物を含有する酸性処理液による皮膜形成と、
次いで該酸性処理液における水性有機高分子物を包含す
る水性有機高分子物の層を形成することによつて、金属
表面に高度な耐食性を付与することができ、塗装密着性
が良好で且つクロム溶出のない表面処理皮膜の形成が可
能となる。
次に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説
明する。
実施例1〜7および比較例1〜6 予め市販の弱アルカリ脱脂剤(日本ペイント社製商品名
「リドリン75N−1」)で脱脂清浄した、溶融亜鉛メ
ツキ鋼板(亜鉛目付量片面1209/M2)、電気亜鉛
メツキ鋼板(亜鉛目付量片面20g/イ)、溶融アルミ
ニウムメツキ鋼板(アルミニウム目付量片面60g/M
2)または冷間圧延鋼板の表面に、第1表に示す組成の
酸性処理液(PH3.O以下に調整)を同表に示す全金
属クロム塗布量で常温においてリバースロールコータで
塗布し、水洗することなく板温100℃で60秒間乾燥
し、更に第1表に示す水性有機高分子物を同表に示す乾
燥膜厚にて均一に後処理被覆し、次いで雰囲気温度15
0℃で1分間熱風乾燥した。
なお、ここで使用した水溶性クロム化合物は,無水クロ
ム酸を純水に溶解させ、ホルマリンで表示の還元率(C
r3ワ全Cr×100)まで還元したものである。性能
試験および試験結果 得られた処理皮膜の未塗装白錆防止性、皮膜からのクロ
ム溶出性および長時間放置後脱脂・塗装された場合の塗
装密着性を評価し、その結果を第1表に示す。
なお、試験方法および評価基準は以下の通ねである。(
1)未塗装白錆防止性 JIS−2371−1955法に準じ、裏面およびエツ
ジをテープでシールし7CWL×15cTrLの大きさ
で試験する。
◎:耐ソルトスプレーテスト500時間以上で無欠点。
○:耐ソルトスプレーテスト400時間で白錆発生。
△:耐ソルトスプレーテスト300時間で白錆発生。
×:耐ソルトスプレーテスト150時間で白錆発生。
(2)処理直後のクロム溶出性 得られた処理液を、市販の弱アルカリ脱脂剤([リドリ
ン75N−1」)を2%建浴し浴温60℃で3分間スプ
レー脱脂(スプレー圧1k9/CT!L2)する。
この場合、脱脂前後の付着クロム量の変化から溶出した
クロム量の脱脂前処理クロム量との割合を計算する。○
:上記割合が5%未満。
△:上記割合が5%以上20(:!)未満。
×:上記割合が20%以上。(3)塗装密着性 得られた処理板を1ケ月室温(20℃)で室内に放置し
たものを、市販の弱アルカリ脱脂剤で脱脂、水洗後これ
に市販のメラミンアルキド塗料(日本ペイント社製商品
名「オルガ100−5」)を乾燥膜厚30μとなるよう
に塗装し、150℃で20分間焼付けたもの(塗膜エン
ピツ硬度:H)について、試験した。
試験は、デユポンインパクト:1/fφ×500ky×
30C7!lで実施した後、テープ剥離して塗装密着性
を評価した。○:剥離なし。
Δ:ー部剥離。
×:全面剥離。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 金属表面に、(a)アクリル酸、アクリル酸エステ
    ル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、イタコン酸
    、イタコン酸エステル、マレイン酸およびマレイン酸エ
    ステルの群から選ばれた1種以上の単量体を重合して得
    られる水性有機高分子物、(b)全金属クロム量中の2
    0〜60重量%が3価クロムである水溶性クロム化合物
    および(c)ニッケルイオン、コバルトイオンおよびマ
    ンガンイオンの遷移金属イオン群から選ばれた1種以上
    を含有する酸性処理液を、全金属クロム塗布量が30〜
    200mg/m^2となるように塗布し、次いで乾燥し
    た後、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸
    、メタクリル酸エステル、イタコン酸、イタコン酸エス
    テル、マレイン酸およびマレイン酸エステルの群から選
    ばれた1種以上を含む単量体を重合して得られる水性有
    機高分子物の処理液を乾燥膜厚0.2〜2μとなるよう
    に被覆することを特徴とする金属表面処理方法。 2 酸性処理液中に含まれる水性有機高分子物と全金属
    クロムとの重量比が、1/10〜10/1である上記第
    1項記載の方法。 3 酸性処理液中に含まれる遷移金属イオンと全金属ク
    ロムとの重量比が、1/20〜7/10である上記第1
    項記載の方法。
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