JPS5919199B2 - 表面硬化処理を施した鋼物品のメツキ前処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、表面硬化処理を施した鋼物品に、密着性の
良い電気亜鉛メッキを行うための前処理法に関するもの
である。

詳言すれば、表面硬化処理を施した鋼物品に対し、公知
のアルカリ性電解洗浄剤を用い陰極電解処理する第１の
工程と、第１工程終了の該物品を、添加剤を含有するか
または含有しないそれ自体公知の５〜２５％濃度の塩酸
または硫酸を含有する酸処理組成液に浸漬して処理する
第２の工程と、さらに該物品を公知のアルカリ性電解洗
浄剤を用い陽極電解処理する第３の工程とを連続して行
い、鋼物品のスケール類を完全に除去し、その表面に密
着性の優れた電気亜鉛メッキを形成できるようなした鋼
物品の前処理方法に関するものである。

さて従来、表面熱処理硬化した鋼物品に対し電気亜鉛メ
ッキを施すためには、まず付着しているスケール類を除
去した後、脱脂洗浄を行い、ついでメッキする方法が採
用されていた。そしてスケール類を除去する機械的方法
としては、大型物品に対してはショットブラストか研削
ホィールによる表面研摩が行なわれ、小型物品にはパレ
ル研摩を採用していた。一方化学的方法は、酸浸漬法か
青化ソーダ水溶液を用いて電解処理する方法が行なわれ
ていたが、いずれの方法による場合もスケール類の除去
後、脱脂洗浄して電気亜鉛メッキしていた。しカルなが
ら、上記ショットブラスト、バレル研摩を実施すると、
ピーニング効果を起し、鋼物品の表面が電気亜鉛メッキ
に対し不活性となる欠点があり、またボルト、ナットな
どに適用する場合にはネジの谷の部分やナット内面のス
ケールの除去に難点があつた。また研削ホィールによる
と材料の硬化層を削り落す危険性があり、しかも複雑形
状物品の研摩は行い得ないという欠点があつた。また酸
浸濃処理はスケール類の除去に長時間を要し、かつ酸が
素地の内部まで侵食し表面荒れが発生し、硬化層までも
溶解してしまう危険があつた。一方、青化ソーダ水溶液
による電解処理は、一応適用可能ではあるが、青化ソー
ダが猛毒であるため作業上の危険と公害の発生を考える
と、これまた適切な方法ではなかつた。この発明は、表
面硬化処利を行つた鋼物品に対してアルカリ性陰極電解
、鉱酸浸債、アルカリ性陽極電解の各工程を有機的に結
合して、短時間でスケール類のない活性面となし、鋼物
品表面に密着性良好な電気亜鉛メツキ被膜を形成できる
ようなしたものであり、またその工程にアルカリ性電解
洗浄剤を用いる電解処理工程を設けたため、従来スケー
ル除去後、次工程として行つていた脱脂洗浄作業を省略
できる利点を生じたものである。

本発明者等は表面硬化処理を施した鋼物品に対し、まず
第１工程として苛性ソーダ、珪酸ソーダ、炭酸ソーダ、
リン酸ソーダのいずれか１つまたは２つ以上を含有する
か、或いはこれに表面活性剤などが添加されている通常
使用されるアルカリ性電解洗浄剤を用い被処理材を陰極
として陰極電解処理を行つた後、好適には被処理材を水
洗し、ついでこれに第２工程としてインヒビター、表面
活性剤を添加し、または添加を行わない５〜２５％の塩
酸または硫酸からなる鉱酸液に浸債後、好適には一旦水
洗し、さらに第３工程として該処理材に苛性ソーダ、炭
酸ソーダ、珪酸ソーダ、リン酸ソーダ、有機キレート剤
などのいずれか１つまたは２つ以゛上を含有するか、さ
らに表面活性剤などを添加した前記陰極電解処理に用い
たと同一または異つたアルカリ性電解洗浄剤を電解液と
し、該処理材を陽極とし陽極電解処理を施し、一旦水洗
すれば、鋼物品表面のスケール類の除去と脱脂洗浄とが
完全となり、電気亜鉛メツキに当り好適な活性表面・が
形成できることを多数の実験により確認Ｌ，ここに本発
明を完成した。さらに本発明の説明を続けると、鉱酸浸
債による通常の鉄鋼製品表面からのスケール除去機構は
、鉱酸とスケールとの化学反応により除去されるのでは
なく、鉱酸がスケール表面の亀裂などから侵入し、これ
がスケール類の下の金属層と反応して水素ガスが発生し
、水素ガスの圧力によりスケールの除去が行なわれると
考えられている。

そのため、スケールの下側に水素ガスを十分発生させる
必要があるが、スケールに亀裂の発生が少い場合、スケ
ールの一部が欠損して金属層が露出しているとき或いは
本発明のように表面熱処理硬化を施した鋼物品にあつて
は、通常水素ガスの発生が少くスケールの剥離を完全に
行い得ないことが多い。ノ本発明は、上記の点に留意し
、まず第１工程として陰極電解処理を行い、陰極表面に
発生する水素原子によりスケール類の一部を還元除去し
、また水素原子をスケールを通して被処理材料に吸蔵さ
せるようになすと共にその表面の汚れを洗浄してから、
この鋼物品を第２工程である酸液に浸漬し、材料中から
多量の水素を発生させてスケール層の剥離除去と物品の
表面を清浄となし、さらにこの鋼物品に第３工程として
陽極電解処理を施し、陽極から発生する酸素原子により
、材料の汚れを酸化除去し、同時に残存する水素を酸化
して水として除去し、かつ材料面を極く薄く溶解せしめ
て鋼物品表面を電気亜鉛メツキに対し好適な活性状態と
なし、従来電気亜鉛メツキにおいて問題となつていたベ
ーキング後のメツキ面におけるフクレの発生も防止でき
るようにしたものである。

すなわち、本発明の工程を組合せて実施して始めて表面
硬化処理した鋼面に対し、電気亜鉛メツキを行うための
最適前処理を行い得ることになり、例えば本発明工程の
一部をＰＲ電解処理を含む工程にしても、また本発明の
工程の一部を省略ないしその順序を変更して行つても或
いは本発明の第１から第３工程の間に何等かの処理工程
を付加しても好結果を得ることはできない。さらに、本
発明の第１〜第３工程における好適作業条件などを説明
すると、第１工程の陰極電解処理は、前記公知のアルカ
リ性電解洗浄剤の２０〜１００ｇ／ｌの範囲のものを用
い、対陽極として黒鉛または鉄板を用い、被処理物を陰
極とし、浴温４０〜８０℃、電流密度３〜１５Ａ／Ｃ３
ｎｆにおいて１〜１０分間行うことが望ましい。

その理由は、電解液濃度が２０ｇ／ｌ以下では電導性が
不足し、洗浄効果の発揮が難かしく、一方１００ｇ／ｌ
以上の高濃度においてはアルカリ濃度が高く、焼けを引
き起す欠点が生じ経済的にも好ましくないからである。
また、浴温４０℃以下では電導性の低下と電解液の粘度
が高くなり、陰極における液の浸透性が阻害され洗浄効
果の低下がみられ、一方８０℃以上では水の蒸発が激し
く、作業に支障を引き起すためである。つぎに電流密度
３Ａ／ｄイ以下では、陰極からの水素ガスの発生が少な
く、期待する作業効果の発揮がむつかしく、１５Ａ／Ｄ
ｄ以上では水素ガスにより被処理材に水素脆性が起る危
険と、排気装置の取付が必要となるなど欠点があるから
である。また、処理時間を１分以下にすると効果が乏し
く、１０分間以上ではアルカリ焼けの発生と液中の不純
物が電着するため１〜１０分の範囲とした。また第１工
程終了後の材料は、その表面からアルカリ液を取除き、
次工程での作用効果を発揮できるよう室温で０．５〜２
分間水洗を行うことが望ましい。つぎに第２工程の酸浸
漬処理に当つては、材料を５〜２５％濃度の塩酸または
硫酸を含む組成液中に室温で０．５〜５分間浸漬処理後
、水洗を行うことが好結果を与える。その理由は、酸濃
度が５％以下では効果に乏しく、一方、２５％以上では
酸性が強くなり材料に素地荒れが生じる以外、作業の安
全性の点からも不適当であることによるものである。ま
た、処理時間は０．５分以下では効果がなく、５分以上
にすると素地荒れが発生するので、その範囲を０．５〜
５分間とした。そして第２工程終了後の材料は、酸を完
全に除去し、第３工程の処理を有利にするため水洗を行
うことが望ましい。さらに、第３工程の処理は、公知の
アルカリ性電解洗浄剤を用い、材料を陽極となし、対陰
極を黒鉛か鉄板とし、電解液濃度を２０〜１００ｇ／１
１浴温４０〜８０℃、電流密度を３〜１５Ａ／Ｄｎｆと
なして１〜５分間電解を行うことが好適である。その理
由は、電解液の濃度が２０ｇ／ｌ以下では電導性が劣り
、その効果がなく、１００ｇ／ｌ以上ではアルカリ焼け
が起るからである。また、電解温度を４０℃以下とする
と電導性に乏しく、液の粘度も高くなり陽極における液
の浸透性が阻害され、８０℃以上とすると電解液の水分
の蒸発が激しく、かつアルカリ焼けが発生し作業に危険
を伴うからである。一方、電流密度を３〜１５Ａ／赫に
限定したのは、３Ａ／Ｄｄ以下では陽極における酸素の
発生が少いため効果に乏しく、さりとて１５Ａ／Ｄｄ以
上では過度の酸素の発生により、材料の表面にサビの発
生を認めたからである。また処理時間を１〜５分とした
のは、１分以下の処理では効果に乏しく、５分以上行う
と発生する酸素によるサビの発生とアルカリ焼けが起る
からである。以下、本発明を実施例によつて、さらに具
体的に説明する。実施例 １ 高炭素・窒化処理鋼のピス（長さ１２鼎、６ｍｍφ）を
試料とし、これをアサヒクリーナ一Ｃ一４０００（当社
製の苛性ソーダ、珪酸ソーダを主成分とするアルカリ性
洗浄剤の商品名である。

）の６０ｇ／ｌ液に入れ、浴温６０℃、電流密度２０Ａ
／７００ｇにおいて黒鉛を陽極、試料を陰極として２分
間陰極電解処理を行つたのち、試料を取り出し２分間水
洗してその表面を清浄となし、ついで、これを１８％の
塩酸中に室温で２分間浸漬後、室温で２分間水洗した。
さらにこの試料をメテツクスＥ−１７２６（米国マクダ
ーミツト社製のアルカリ性電解洗浄剤の商品名）の６０
ｇ／１１濃度の液に入れ、試料を陽極となし陰極に黒鉛
を用い、浴温６０℃、電流密度２０Ａ／７００ｇにおい
て２分間処理後、試料を水洗して前処理を完了した。つ
ぎにメツキに入る前の通常の表面調整のためにこの試料
を２分間、５％の塩酸で処理後、水洗し、これを公知の
電気亜鉛メツキ浴である塩化浴とジンケート浴の２通り
の浴を用いて電流密度１０Ａ／７００ｇにおいて６０分
間バレルメツキを行い、１０μ厚みの亜鉛メッキ被膜を
形成せしめ、メツキ直後と２００℃で３時間ベーキング
後の試料についてフクレの発生割合を求めた。なおフク
レの発生割合の試験は、１バレル内のビスのうち少しで
もｚクレが発生したものを不良ビスとし、その個数を算
出し、ビス総個数に対する不良ビスの数を百分率で表示
した。比較例 Ａ 従来法として前記実施例で述べた陰極電解処理およびこ
れに続く酸処理工程に代えて、バレル研摩を３時間施す
ようにした以外は実施例と同一工程と条件を採用して試
料の作製と試験を行つた。

比較例 Ｂ従来法として前記実施例において述べた陰極
電解処理に代えて酸処理の時間を５分間に変更した以外
は、実施例と全く同一条件を採用して試料の作成と試験
を行つた。

実施例と比較例ＡおよびＢの試験結果を取りまとめると
表１の通りである。

表からフクレは、メツキ直後の試料およびベーキング後
の試料とも実施例によるものが比較例にくらべて極めて
少く、本発明の効果は明白であることがわかる。

実施例 ２ 焼入れしたクロムモリブデン鋼製のφ１０１１１，長さ
１５０ｎのボルトを試料とし、これをアルカリ性電解洗
浄剤であるメテツクスＥ−１７２６（米国のマクダーミ
ツト社製の商品名）の８０ｇ／１１ＩｇＬのものを用い
、浴温７０℃、電流密度を１０Ａ／りとして８分間陰極
電解を行い、試料を一旦水洗し、これを２０ｑ６の硫酸
に２分間室温で浸漬処理し、水洗後さらにメテツクスＥ
−１７２６の８０ｇ／ｌ濃度のものを用い、浴温７０℃
、電流密度１０Ａ／Ｑにおいて２分間陽極電解処理を施
し、取出して水洗し前処理を完了した。

ついでメツキに入る前の通常の表面調整のため、これを
５％の塩酸中に２分間室温において浸債処理し、水洗後
、公知の酸性亜鉛メツキ浴を用い電流密度１０Ａ／匂で
３分間メツキを行い、メツキ直後とペーキング（２００
℃、３時間）後の試料の全個数とフクレ発生個数との比
を百分率で求めると共にメツキ直前の試料外観を観察し
てみた。比較例 Ｃ 従来法として前記実施例において述べた陰極電解処理と
、これに続く酸浸漬処理に代えて、バレル研摩を３時間
行うようにした以外は、実施例と全く同一条件で処理を
行い試料を作製し、試験を行つた。

比較例 Ｄ 従来法として前記実施例において述べた陰極電解処理に
代えて、酸処理時間を１５分間に変更した以外は、実施
例と全く同様の処理を行い試料を作製し試験を行つた。

上記実施例と比較例ＣおよびＤの試験結果を取；りまと
めると第２表の通りである。

表の試料外観欄に示したように、試料表面にスケールが
残らず白い光沢を呈する実施例のような外観のものは、
本発明者等の実験から良好な電気亜鉛メツキを施し得る
ことを確認しており、一方、比較例のような外観を示す
ような場合には良好な亜鉛メツキを与えない。

このことはフクレ率欄の数値からも裏付けできる。すな
わち本発明の処理法は従来法にくらべて優れた方法とい
い得る。実施例 ３工具鋼に浸炭焼入れしたスパナを試
料とし、これをアルカリ電解洗浄剤としてＵ−クリーナ
ーＵＦ−２０（当社製品の商品名）の６０ｇ／ｌ濃度を
用い、浴温６０℃、電流密度７Ａ／ｄイにおいて１分間
陰極電解を行つた後、試料を水洗し、これを１０ｑ６塩
酸に室温において１分間浸漬し、取出して水洗後アルカ
リ性電解洗浄剤としてＵ−クリーナーＵＳ−２８（当社
製品の商品名）の６０ｇ／ｌ濃度のものを用い、浴温６
０℃、電解密度７Ａ／Ｄｗ？で１分間陽極電解収理後、
水洗して前処理を完了した。

ついでメツキに入る前の通常の表面調整のために、この
試料を５％塩酸に室温で１分間浸漬後、水洗し、ジンケ
ート浴を用い電流密度２Ａ／ｄイにおいて１５分間メツ
キを行い、亜鉛メツキ試料を作製し、試料のメツキ厚み
、外観およびベーキング（２００℃、５時間）した後の
試料全数中のフクレの発生個数を算出しフクレ発生割合
を百分率で表示した。比較例 Ｅ 従来法として前記実施例の試料に、陰極電解処理に代え
てシヨツトブラスト処理を１０分間施した後、水洗し以
下実施例と同一工程と条件を採用して亜鉛メツキ試料を
作製し、同一試験を行つた。

実施例と比較例Ｅの試験結果を取りまとめると表３の通
りである。

上表の外観欄から、比較例のものは一部メツキの電着し
ない部分があるのに対し、実施例のものは均一メツキを
形成することがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面硬化処理を施した鋼物品に対し、電気亜鉛メッ
   キを施すための前処理として、該物品をアルカリ性電解
   洗浄剤を用いて陰極電流密度３〜１５Ａ／ｄｍ＾２にお
   いて１〜１０分間電解処理する第１工程と、該物品を５
   〜２５％濃度の塩酸または硫酸を含有する酸処理組成液
   に浸漬して処理する第２工程と、ついで該物品をアルカ
   リ性電解洗浄剤を用い陽極電流密度３〜１５Ａ／ｄｍ＾
   ２において１〜５分間電解処理する第３工程とを連続し
   て施すことを特徴とする表面硬化処理を施した鋼物品の
   電気亜鉛メッキ前処理法。 ２ 各工程の終了時点で、一旦鋼物品を水洗処理し、引
   続き次工程を行う特許請求の範囲第１項に記載した表面
   硬化処理を施した鋼物品のメッキ前処理法。