JPS5916997A - マグネシウム材表面に着色保護皮膜を形成する方法 - Google Patents

マグネシウム材表面に着色保護皮膜を形成する方法

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JPS5916997A
JPS5916997A JP12575482A JP12575482A JPS5916997A JP S5916997 A JPS5916997 A JP S5916997A JP 12575482 A JP12575482 A JP 12575482A JP 12575482 A JP12575482 A JP 12575482A JP S5916997 A JPS5916997 A JP S5916997A
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Toshio Igarashi
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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】 以下マグネシウム材と称する9表面に着色保護皮膜を形
成する方法に係り、殊に電解浴中でマグネシウム材を陽
極として通電し、火花放電により耐食性、耐薬品性、及
び耐久性に優れた無機質の着色保護皮膜をマグネシウム
材表面に形成する方法に係る。
マグネシウム材は化学的にみて極めて腐食され易い金属
である。しかしながらマグネシウム材は軽量性を含めて
種々の有利な特性を有する。したがって、この化学的欠
陥を排除し、工業材料として利用範囲を更に拡大するた
めには高度な防食技術が要求され、従来より種々の防食
法の研究がなされている。このようなマグネシウム材の
防食処理法として大別すれば、塗装法、化学皮膜形成法
及び電解化成皮膜形成法とが存する。
塗装法による防食は、ペイントやゴナメルのような有機
皮膜を扱覆することによって行なわれるが、ピンホール
の形成を避けられないため薄膜(20μm以下)では耐
食性が低下し、重ね塗りにょる厚膜化が必要である。ま
たかがる皮膜は化学的侵食に対して抵抗力を示すが、特
に高温条件下゛では劣化を来たし、マグネシウム材との
密着性が悪くなる。
化学皮膜形成法には、クロム酸法、亜セレン酸法、ずず
酸洗、リン酸塩法、フン刃物法など数多くの方法がある
が、一般的な方法としては、重クロム酸塩を主成分とす
る溶液中に浸漬し、化学反応を利用して防食皮膜を形成
するクロメート処理が用いられている。この方法は経済
性、作業性で優れているが、耐食性に劣り、高湿度の雰
囲気中では脱色変化し腐食が著しく進む。従って、耐食
性を望む場合更に化学皮膜上に塗装を行ない、云わば塗
装の下地処理として用いられているのが現状であり、こ
の場合マグネシウム材との密着性が最も重要である。
電解化成皮膜形成法には陽極酸化皮膜形成法と本発明が
関与する火花放電皮膜形成法によるものとが存する。陽
極酸化皮膜形成法の代表的なものに、アルカリ浴ではH
,A 、E、法、DOW12法、酸性浴ではDOW17
法、DOW’9法、Cr 22処理等があるが、かかる
方法での陽極酸化皮膜は着色された光沢のない不透明な
皮膜であり、その耐食性は上記クロメート皮膜と同程度
である。
これら諸方法に対し、本発明が関与1−ろ火花放電によ
る無機質着色保護皮膜形成に関する従来技術方法として
は、アメリカ合衆国特許第3,832゜293号、同第
3,834,999号及び同第4,184,926号明
細書に開示されている方法がある。
上記アメリカ合衆国特許第3 、832 、293号明
細書に記載の方法は、アルカリ金属ケイ酸塩とアルカリ
金属水酸化物と触媒としてテルル若しくはセレンの酸素
酸塩或いはこれらの混合物とを含有する強アルカリ電解
浴中に金属を浸漬し、陽極及び陰極間に少なくとも22
0Vの電圧を印加して火花放電を生ぜしめ、次いで表面
に皮膜が電着するまで350乃至1500 V迄昇圧す
ることから成る電解方法であるが、着色皮膜の形成は、
電解浴中にバナジウム・ヒ素・ホウ素・クロム・チタン
・すず・アンチモ/・タングステン・モリブデンのアル
カリ金属塩を多量に添加することによる。しかしながら
、この文献に開示の着色皮膜例としては、バナジン酸ナ
トリウム添加浴でのアルミニウム材上の黒色皮膜1例の
みで、他の添加物眞よる皮膜の色調及びマグネシウム材
での色調は不明である。
上記アメリカ合衆国特許第3,834,999号明細書
に記載の方法は、アルカリ金属水酸化物及び5i03と
少な(とも1つの陰イオン、例えばBO2,BO3。
B4O7、As04 、 CO3、CrO4、Cr2O
7、MOO4r PO4+Ti307 、 WO4r 
W7024とを含有する強アルカリ電解浴を用いる方法
であるが、この方法によれば電流密度250〜500 
mA/d+++”、浴温45〜60℃で行なうがマグネ
シウム伺上の着色皮膜については言及していない。更に
上記アメリカ合衆国特許中に記載された種々の方法では
所望する耐食性皮膜を形成させるためには比較的長時間
(30〜60分)を要する。
上記アメリカ合衆国特許第4,184,926号明細書
に記載の方法は、マグネシウム材上に耐食性皮膜を形成
するために先ずマグネシウム拐をフッ化水素酸水溶液で
処理してフルオロマグネシウム層を形成した後、アルカ
リ金属ケイ酸塩及びアルカリ金属水酸化物水溶液より成
る電解浴中に浸漬し、マグネシウム材陽極と陰極との間
に可視的火花が生じるまで電圧を印加し、フルオロマグ
ネシウム層にケイ酸塩皮膜が形成するまでこの電圧を維
持することによる。かかる方法での着色皮膜形成には二
次処理が必要であり、あらかじめ上記の方法により乳白
色皮膜を形成した後ケイ酸カリウム及びバナジン酸カリ
ウムを含有づ−る電解浴を用いて同様に処理することに
よる。かかる方法では白色から黒色までの色の濃淡が得
られるが、着色皮膜形成には二次処理を必要とし、また
予備表面調整として有毒なフッ化水素酸を使用するなど
の問題がある。
火花放電法により形成される保護皮膜はガラス本発明の
目的は、従来技術の欠点をなくし、従来の火花放電法に
より得られなかった様々な色調の厚い、耐食性、耐薬品
性及び耐久性に優れた無機質着色保護皮膜を得ようとす
るものである。更に本発明の目的は従来の着色皮膜形成
法に比して、何ら予備表面調整を行なうことなく、−次
処理のみにて短時間に上記の目的とする着色保護皮膜を
形成しようとするものである。
上記目的を達成せんがために発明者らは種々の被覆法を
検討した結果、リン酸塩、バナジン酸塩、アルミノ酸塩
及びホウ酸塩から選択された水溶性塩の1種若しくは2
種以上を含有する水溶液を電解浴として用いマグネ/ラ
ム材を陽極として通電し、陽極表面で火花放電を生じさ
せることにより、マグネシウム月表面に様々な色調の無
機質着色保護皮膜か得られることを見出した。
本発明方法を更に詳述すると、上記水浴液を電解浴とし
、該電解浴にマグネシウム材を陽極とし且つ鉄、ステン
レス又はニッケルを陰極として浸漬し、直流電圧を印加
して火花放電を生じるまで昇圧する。電圧は望む皮膜の
厚さ、色調を得るために更に昇圧する。かくして目的と
する色調の着色保護皮膜が陽極マグネシウム材表面に形
成される。
本発明の実施に際しては、フッ化水素酸水溶液で処理1
.、フルオロマグネシウム層を形成するという予備表面
調整を必要としない。即ち、マグネシウム材は何等前処
理を施ずことなくそのまま用いることができる。勿論、
常法による脱脂・洗浄、硝酸第二鉄などによる酸洗又は
既述の如き化学皮膜形成法を前処理として行なうことも
できる。かかる予備表面調整は、着色保護皮膜の有する
本質的な耐食性に殆んど影響を与えな・い。
本発明に於いて用いられる水溶性酸素酸塩には、リン酸
塩としては、一般式M3 PO4・zH20(MはNa
K 、 Li又はNH41zはO又は正数)で示される
オルトリン酸塩、例えばリン酸三ナトリウム(Na3 
PO4八リへ酸三アンモニウムC(NH4)3PO4・
3H20〕、、リン酸三カリウム(K3PO4)などを
、バナジン酸塩としては一般式MVO3(Mは上記KP
Iじ)で示されるメタバナジン酸塩、例えばメタバナジ
ン酸ナトリウム(NaVO3)、メタバナジン酸カリウ
ム(KVo3)などを、ホウ酸塩としては一般式MBO
2・zH20で示されるメタホウ酸塩、一般式M2 B
4 o7・zH20(両式に於いてM;Zは上記に同じ
)で示されるテトラホウ酸塩、例えばメタホウ酸ナトリ
ウム(NaBO2・2J(20)、メタホウ酸リチウム
(LiBO2・2H20) 。
テトラホウ酸ナトリウム(Na2 B407 ’ 10
H20)などを、アルミン酸塩としては一般式MJo2
・zH20(八り;Zは上記に同じ)で示されるメタア
ルミン酸ツノ 塩例えばメタアルミン酸ナトリウム(NaA702 )
 。
メタアルミ/酸カリウム(KAlO2・3/2 H20
)などを夫々代表例として挙げることができる。これら
の塩は単独で若しくは2種以上混合して用いることがで
きる。その濃度は目的とする色調によっても異なるが、
17/を以上飽和嬢度迄用いることができる。
また、上記塩水R−G液では得られない様々な色調の着
色皮膜を得るために上記酸素酸塩浴に金属塩を添加する
ことができる。かかる金属塩としては、六価クロム・三
価クロム・鉄・銅・ニッケル・コバルト・銀・マンガン
・亜鉛・鉛・錫・マグネシウム・モリブデン・タングス
テン及びアンチモンの塩であって、1種若しくは2種以
上組合わせて使用することができる。かかる金属塩とし
ては硫酸塩・硝酸塩・炭酸塩・リン酸塩・水酸化物・酸
素M塩、塩化物のようなノ・ロゲン化物、酢酸塩のよう
な有機酸塩、シアン化物などいかなる形の塩としても用
いることができる。但し、上記金属塩を酸素酸塩含有電
解浴中に添加する場合、oJ溶性塩として用いなくては
ならない。即ち、上記金属塩の中で不溶性のものは、あ
らかじめE I) T A錯体、アンミン錯体、シアン
錯体などのような錯体を作り、可溶性塩となされた後に
添加される。金属塩の添加濃度は、金属塩の種類及び所
望する皮膜の色調によって異なるが、金属として0.0
1 f/を以上飽和濃度まで使用できる。
添加金属によって略々以下に記載の色調の着色皮膜が形
成されるが、色調及び濃淡は、電解条件、電解浴濃度な
どによって異なるのでこれに限定されるものではない。
なおりロムとしてはクロム酸塩、重クロム酸塩などの六
価クロム、硝酸クロム、硫酸クロムなどの三価クロムの
何れも使用することができる。
Cu : 茶色、灰緑色、灰色 N1 : 茶色、ベージュ色 Cr : 黄緑色、緑色 Fe : 灰緑色、濃緑色 CO: 黄色、灰黄色、青色 zn : しろ、灰色 Mn : 黄色、赤茶色 Sn : 灰白色、灰色 Ag : 黄色 Pb : しろ、灰色 Mg : 灰白−色、灰色 MO= 黄色、茶色 W : 茶色、灰色 Sb : 黄色、灰色 着色皮膜の色調は既述の如く、酸素酸塩及び添加金属塩
の相対量並びに処理電圧、処理時間、処理電流密度など
によって決定される。
電解浴のpHは使用する酸素酸塩の種類、濃度及び添加
金属の種類によって異なる81、pHを7〜14の範囲
に維持することが望ましく・。
着色保護皮膜形成に際しては、矩形波波形0、ノコギリ
波波形、単相半波波形、単相全波波形など様々な波形の
直流電圧を印加することができる。
このとき種々の色の濃淡の着色皮膜が形成され易いこと
、均質な皮膜が得られ易いこと、火花放電電圧を著しく
低減できることなどから矩形波波形、ノコギリ波波形の
ようなパルス波波形の直流電圧を印加するのが有利であ
る。
電解処理は既述のように抜処理マグネシウム材を陽極と
し且つ鉄、ステンレス又はニッケルを陰極として上記電
解浴に浸漬し、直流電圧を火花放電が生ずるまで徐々に
印加し、次いで火花放電を維持しつつ所定電圧まで昇圧
し、所望する厚さ及び色調の着色保護皮膜が形成される
まで該電圧を・維持すればよい。例えば定電流電解法で
は、一定の陽極電流密度を維持するように印加電圧を連
続的に変化させて、陽極表面に激しい火花放電を生ぜし
め、その後皮膜が所望の厚さ、色調となるまで該電圧を
維持しつつ通電を継続する。定電流電解法を行なえない
場合には、先ずある陽極電流密度となるよ5に電圧を印
加すれば、皮膜の生成に伴い急激な電流値の低下が認め
られるので、この際に初期の電流密度になるように更に
電圧を印加する。この操・作を繰返し行ない陽極表面に
激しい火花放電を生ぜしめ皮膜を所望の厚さ、色調にな
せばよい。電流密度は0.1〜IOA/dn?の範囲で
任意に選択することができ、この電流密度は火花放電電
圧には殆んど関係しないが、低電流密度の場合は所定電
圧まで印加するのに時間を要し且つ高電流′a度の場合
には着色保護皮膜の平滑性、電解浴温度の上昇などの問
題が生ずるため0.5〜2A/dn?とな1−のが好ま
しい。
形成される皮膜の厚さは、電解浴濃度、電解浴温度、処
理電圧、処理時間、処理電流密度などによって決定され
、この内電解浴温度は目的とする皮膜に応じて決定され
るが、通例5〜80℃である。
次に実施例に関連して本発明を更に詳細に説明する。
(実施例1) メタアルミン酸ナトリウム40 ?/lより成る水溶液
中に表面積50cr!、厚さ3論のマグネシウム合金板
AZ −31Cを陽極とし且つ鉄板を陰極として浸漬し
、ノコギリ波波形直流電圧を陽極電流密度IA/cby
/に保持しながら連続的に印加ずれば約30Vで火花放
電が生起する。電圧を40Vまで昇圧し10分間維持し
た。この通電は激しい火花放電を伴う。
陽極板上には乳白色の平滑な無機質皮膜が形成され、該
皮膜の厚さは約10μmであった。
(実施例2) メタバナジン酸カリウム509/lより成る水溶液中に
表面積50crl、厚さ3mmのマグネシウム合金板p
、Z −3ICを陽極とし且つ鉄板を陰極として浸漬し
、単相全波波形直流電圧を陽極電流密度0.75A/d
m’に保持しながら連続的に印加すれば約150Vで火
花放電が生起する。電圧を200Vまで昇圧し10分間
維持した。この通電は激しい火花放電を伴う。
陽極板上には茶色の平滑なガラス状を呈する皮膜が形成
され、該皮膜の厚さは約ICIμmであった。
(実施例3) リン酸三ナトリウム80Vt及びクロム酸ナトリウム2
り/lから成る水溶液中に表面積50C11厚さ2喘の
マグネシウム合金鋳物AZ −9ICを陽極とし且つ鉄
板を陰極として浸漬し、陽極電流密度IA/dm” K
保持しつつ、ノコギリ波波形直流電圧を除徐に印加すれ
ば約25Vで火花放電が生起する。電圧を35Vまで昇
圧し、この電圧を維持しながら20分間処理した。この
通電は激しい火花放電を伴う。
陽極板上には黄緑色の平滑なガラス状を呈する皮膜が形
成され、該皮膜の厚さは約25μmであった。
尚、上記実施例1乃至12に記載の方法で形成された各
着色保護皮膜は、従来の方法により被覆されたマグネシ
ウム材に比べ、強酸、強アルカリに対してはるかに大き
い抵抗性を有する耐久性ある皮膜であった。更に各皮膜
は塗料との密着性が良好であり、耐摩耗性にも優れてい
る。
特許出願人 ディップンール株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解浴中でマグネシウム材を陽極として通電し、
    火花放電によりマグネシウム材表面に着色保護皮膜を形
    成する方法に於(・て、電解浴がリン酸塩、バナジン酸
    塩、アルミン酸塩及びホウ酸塩から選択された酸素酸塩
    の1種若しくは2種以上の水溶性塩を含有する水溶液で
    あり、且つ印加電圧が任意の波形の直流電圧であること
    を特徴とする方法。
  2. (2)電解浴中でマグネシウム材を陽極として通電し、
    火花放電によりマグネシウム材表面に着色保護皮膜を形
    成する方法に於いて、電解浴がリン酸塩、バナジン酸塩
    、アルミン酸塩及びホウ酸塩から選択された酸素酸塩の
    1棟又は2種以上の水浴性塩と、銅、ニッケル、鉄、コ
    バルト、亜鉛、マンガン、錫、銀、鉛、マグネシウム、
    モリブデン、タングステン及びアンチモンから選択され
    た金属01種若しくは2種以上の水溶性塩とを含有する
    水溶液であり、且つ印加電圧が任意の波形の直流電圧で
    あることを特徴と゛する方法。
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