JPS5928637B2 - マグネシウム材表面に保護皮膜を形成する方法 - Google Patents

マグネシウム材表面に保護皮膜を形成する方法

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JPS5928637B2
JPS5928637B2 JP9656281A JP9656281A JPS5928637B2 JP S5928637 B2 JPS5928637 B2 JP S5928637B2 JP 9656281 A JP9656281 A JP 9656281A JP 9656281 A JP9656281 A JP 9656281A JP S5928637 B2 JPS5928637 B2 JP S5928637B2
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満 池之上
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマグネシウム材即ち金属マグネシウム又はマグ
ネシウム合金の表面に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
利な特性を有し従つてこの化学的欠点を排除し、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、電解化成皮膜形成法
とが存する。塗装法による防食は、ペイントやエナメル
のような有機皮膜を被覆することによつて行なわれるが
、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、重ね塗りによる厚膜化が必
要である。
またかか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、すず酸塩法、リン酸塩法、フッ化物法な
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
。従つ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、DOWl2法、酸性浴ではDOWl7
法、DOW9法、Cr22処理などがあるが、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、その耐食性は上記の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する火花放電
による厚い無機質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3832293号、同第3
834999号及び同第4184926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3832293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
物と酸素酸触媒とを含有する強アルカリ電解浴を用いる
方法であるが、この方法によれば火花開始電圧は約22
0Vであり、その後350乃至1000Vに昇圧する必
要があり、又浴組成に依存するが充分な皮膜を得るため
には1500まで昇圧する必要性がある。
上記アメリカ合衆国特許第3834999号明細書に記
載の方法はアルカリ金属水酸化物及びSiO3−2と少
なくとも1つの陰イオン、例えばTl3O7−2,W0
4−2,W7024−6とを含有する強アルカリ電解浴
を用いる方法であるが、この方法によれば火花放電開始
電圧は、約250Vであり、目的とする皮膜を形成する
には被処理材に依存するが、その後400乃至600V
に昇圧する必要性がある。
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するには比較的長時間(
30〜60分)を要する。上記アメリカ合衆国特許第4
184926号明細書に記載の方法は、先ずマグネシウ
ム材をフツ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のち、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を用いる方法
であるが、この方法によれば陽極表面に可視的火花が生
じるまでの電圧、即ち150〜300Vの電圧を印加し
これを維持せねばならない。
火花放雷法に士り拶熊六わス程錨古諭l→五→フ質様で
あつて他の方法により形成される皮膜と比較する場合に
厚く耐食性、耐薬品性、耐久性等に優れている。
斯くて、本発明の目的は従来技術による既述の火花放電
法を改良して所要処理電圧及び時間を低下せしめ、以て
消費電力量の節減、附帯設備コストの低減を図り、処理
コストを廉価ならしめることにある。
本発明によれば、この目的は電解浴がケイ酸塩含有水溶
液若しくはケイ酸塩とアルカリ金属水酸化物とを含有す
る水溶液であり且つ印加電圧が矩形波波形、ノコギリ波
波形又は単相半波波形の直流低電圧であることにより達
成される。
本発明方法に於いて、印加電圧が単相半波波形直流電圧
である場合には約40Vで火花放電が開始する。
目的とする保護皮膜は約50乃至150Vに昇圧しかか
る従来法に比し低い電圧を維持することにより得ること
ができる。本発明方法に於いて、印加電圧が矩形波波形
又はノコギリ波波形の直流電圧の場合には印加電圧を更
に著るしく低減せしめることができる。
即ち、この場合には約15の印加で火花放電が開始する
。目的とする皮膜を形成するための所要最終電圧に必ず
しも制限はないが30乃至100Vに昇圧しかかる従来
法に比し低い電圧を維持すれば無機質(ガラス質様)の
皮膜を形成することができる。本発明方法を更に詳述す
るに、ケイ酸塩を含有するか又はケイ酸塩とアルカリ金
属水酸化物とを含有する水溶液を電解浴として、若しく
は上記水溶液中に酸素酸塩の少なくとも1種を含有させ
た溶液を電解浴として、これに被処理マグネシウム材を
陽極とし且つ鉄、ステンレス又はニツケルを陰極として
浸漬し、単相半波波形、矩形波波形又はノコギリ波波形
の直流電圧を火花放電が生起する迄印加し、火花放電が
生じたならば更に上記電圧まで昇圧し約1〜10分間維
持すれば目的とする保護皮膜が陽極マグネシウム材表面
上に形成される。
本発明方法の実施に際しては、フツ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こすことなくそ
のまま用いることがでさる。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、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。本発明方法に於いて用いられるケイ酸塩は
一般式M2O・NSiO2(Mはアルカリ金属を示し、
nは0.5乃至20の正数を示す)で表わされる種々の
水溶性の又は水分散性のものであつて、例えばケイ酸ナ
トリウム、メタケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケ
イ酸リチウム、コロイダルシリカ等を挙げることができ
る。
これらケイ酸塩は単独若しくは2種又はそれ以上の混合
物として用いることができる。ケイ酸塩濃度は5g/l
以上の飽和濃度まで用いることができるが、好ましい範
囲は、10〜300g/lである。ケイ酸塩濃度が高い
程火花放電開始電圧が低下するが2009/l以上では
火花放電開始電圧低下に関する影響は殆んど認められな
くなる。電解浴としてケイ酸塩水溶液若しくはケイ酸塩
と酸素酸塩とを含有する水溶液を用いる場合には、使用
するケイ酸塩はモル比(SlO2/M2O)2.5以下
のものが好ましく更にこの場合のケイ酸塩濃度としては
比較的高濃度(509/l以上)で使用することが好ま
しい。
ケイ酸塩のモル比が2.5以上のものを用いての電解処
理では、アルカリ金属水酸化物を含有しない場合、陽極
マグネシウム材表面に火花放電を生じさせる印加電圧を
得るには、初期電流密度を非常に高くする必要があり、
後述の本発明方法による0.1〜10A/Dm2の電流
密度範囲では実質上火花放電が生起せず、密着性の悪い
コロイド状物質が析出するか或いはマグネシウム材表面
に陽極酸化皮膜が形成されるのみである。かかる皮膜は
本発明の目的とする耐食性を有しない。本発明方法に於
いて用いられる電解浴は少なくとも1種のアルカリ金属
水酸化物を含有することができる。
この場合、浴のPHは極めて高いものとなり、その値は
個々の水酸化物濃度或いは水酸化物の組合せによつて決
定される。アルカリ金属水酸化物を含有させることによ
り種々のモル比のケイ酸塩を使用することが可能となり
、またケイ酸塩との相対量にもよるが 使用ケイ酸塩濃
度を低下させることができ、更に火花放電電圧の低減に
も役立つ。本発明方法に於て用いられる好ましいアルカ
リ金属はナトリウム、カリウム及びリチウムであり、少
なくとも59/l以上のアルカリ金属水酸化物を含有す
ることが好ましい。水酸化物は飽和濃度まで用いること
ができるが、本発明方法による保護皮膜での好ましい範
囲は、上述ケイ酸塩濃度との相対量にもよるが10〜1
009/lである。ケイ酸塩若しくはケイ酸塩とアルカ
リ金属水酸化物とを含有する水溶液から成る電解浴に酸
素酸塩を添加せしめることにより火花放電開始電圧を低
下せしめ、ケイ酸塩濃度の低減を図り、皮膜の均質化及
び平滑化を図り、又皮膜に着色を生ぜしめることができ
る。
斯かる酸素酸塩としては、タングステン酸塩、すず酸塩
、モリブデン酸塩、リン酸塩、バナジン酸塩、ホウ酸塩
、クロム酸塩及び過マンガン酸塩を挙げることができる
。これらは単独で若しくは2種又はそれ以上を組合わせ
て使用することができ、その濃度は0.29/l以上で
ある。例えばすず酸塩は皮膜を平滑化し且つ灰色となす
効果があり、又バナジン酸塩はその濃度に応じ皮膜を黄
金色、茶色、灰黒色、又は黒色ならしめる効果を有して
いる。電解浴のPHは8.5以上となすのが好ましく、
8.5以下ではゲル化等の望ましからぬ現象が生ずる可
能性がある。
このためにPH調整剤、安定剤を加えてゲル化及び沈殿
を防止することができる。電解処理は既述のように被処
理マグネシウム材を陽極とし且つ鉄、ステンレス又はニ
ツケルを陰極として上記電解浴に浸漬し、前記波形の直
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上昇し所定厚さの皮膜が
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、その後皮膜が所望厚さとなるまで当該電圧を
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、先ず或る陽極電流密度となるように電圧を印
加して火花放電を生ぜしめれば該放電による皮膜の生成
に伴なつて電流密度の低下が認められるので、その後初
期の電流密度になるように電圧を印加しこの操作を繰返
して皮膜を所望厚さになせば良い。電流密度は0.1〜
10A/Dm2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
電流密度の場合には所定電圧まで印加するのに長時間を
要し且つ高電流密度の場合には電解浴温度の上昇等の問
題が生ずるので0.5〜2A/Dm2となすのが好まし
い。形成される皮膜の厚さは、電解浴の濃度、電解浴温
度、処理電圧、処理時間等によつて決定され、この内で
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乃至80℃となされる。
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 ケイ酸カリウム509/l及び水酸化ナトリウム509
/lより成る水溶液中に表面積50c−rl、厚さ3m
mのマグネシウム合金板AZ3lCを陽極とし且つ鉄板
を陰極として浸漬し、単相半波直流電圧を陽極電流密度
1.0A/Dm2に保持しながら連続的に印加すれば約
40Vで火花放電が生起する。
電圧を60V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なう。陽極板上には乳白色ガラス状
を呈する皮膜が形成され、該皮膜の厚さは約30μmで
あつた。実施例 2 メタケイ酸ナトリウム9水塩(モル比−0.9〜1,1
)1509/l水溶液中に表面積50cTi1、厚さ3
mm1のマグネシウム合金板AZ3lC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0.5A/Dm2に保持しながら連続的に印
加すれば約20Vで火花放電が生起する。
電圧を30Vまで昇圧し、この電圧を維持しながら5分
間通電した。この通電は激しい火花放電を伴なう。陽極
板上には乳白色ガラス状を呈する皮膜が形成され、この
皮膜の厚さは約20μmであつた。実施例 3 ケイ酸カリウム509/l、水酸化ナトリウム309/
l及びメタバナジン酸カリウム309/lを含有する水
溶液中に、表面積50C!Ill厚さ2m771のマグ
ネシウム合金鋳物板AZ9lCを陽極とし且つ鉄板を陰
極として浸漬し、陽極電流密度0.5A/Dm2に保持
しつつ単相半波波形直流電圧を徐々に印加すれば約40
Vで火花放電が生起する。
電圧を55Vまで昇圧し、この電圧を維持しながら10
分間処理した。斯くすることにより陽極板上に形成され
た皮膜は厚さ約30μmで濃茶色ガラス状を呈していた
。実施例 4 ケイ酸ナトリウム2009/l及び水酸化ナトリウム6
09/2を含有する水溶液中に、表面積50cTi1、
厚さ2mmのマグネシウム合金鋳物板AZ9lCを陽極
とし且つ鉄板を陰極として浸漬し、陽極電流密度0.8
A/Dm2に保持しつつ矩形波波形直流電圧を徐々に印
加すれば約15Vで火花放電が生起する。
電圧を30Vまで昇圧し、この電圧を維持しながら3分
間通電処理した。この通電は激しい火花放電を伴なう。
陽極板上には平滑なガラス状を呈する乳白色の皮膜が形
成され、該皮膜の厚さは約10μmであつた。実施例
5 ケイ酸カリウム109/l及び水酸化カリウム409/
lを含有する水溶液中に、表面積50d、厚さ3mmの
マグネシウム合金板AZ3lCを陽極とし且つステンレ
ス板を陰極として浸漬し、陽極電流密度を0.5A/D
m2に保持しながら徐々にノコギリ波波形直流電圧を印
加すれば約15で火花放電が生起する。
電圧を30Vに昇圧し、この電圧を維持しながら10分
間処理した。陽極板上には乳白色ガラス状を呈する皮膜
が形成され、この皮膜の厚さは約15μmであつた。実
施例 6 ケイ酸リチウム809/l水酸化ナトリウム509/l
及びすず酸ナトリウム109/lを含有する水溶液中に
マグネシウム合金板AZ3lCを陽極とし且つ鉄板を陰
極として浸漬し、陽極電流密度を1.0A/Dm2に保
持しながら徐々にノコギリ波波形直流電圧を印加すれば
約15Vで火花放電が生起する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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保護皮膜を形成する
    方法に於いて、電解浴がアルカリ金属ケイ酸塩水溶液若
    しくはアルカリ金属ケイ酸塩とアルカリ金属水酸化物と
    を含有する水溶液であり且つ印加電圧が矩形波波形、ノ
    コギリ波波形又は単相半波波形の直流低電圧であること
    を特徴とする方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、電解浴
    がタングステン酸塩、すず酸塩、モリブデン酸塩、リン
    酸塩、バナジン酸塩、ホウ酸塩、クロム酸塩及び過マン
    ガン酸塩から選択された少なくとも1種の酸素酸塩を含
    有するケイ酸塩水溶液若しくは少なくとも1種のこれら
    酸素酸塩とケイ酸塩とアルカリ金属水酸化物とを含有す
    る水溶液であることを特徴とする方法。
JP9656281A 1981-06-24 1981-06-24 マグネシウム材表面に保護皮膜を形成する方法 Expired JPS5928637B2 (ja)

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