JPS6043439B2 - 耐摩耗性亜鉛物品の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は亜鉛または亜鉛合金上へのクロムの電着に関す
る。

機械部品の如き物品の多くは亜鉛または亜鉛合金のダイ
キャスト物の如く亜鉛基金属組成物から製造されている
。

かかる物品は、通常、戸外露出に伴う腐蝕を抑制ないし
は減少させるための表面仕上げを有している。この目的
のために普通用いられている表面仕上げは銅、ニッケル
およびク口”ムの複合コーティングであつて、該コーテ
ィングははじめに物品表面を研磨し、脱脂し、浄化し、
しかる後その上に銅、ニツケおよびクロムからなる層を
電着させることにより施されている。しかしながら、物
品を長時間露出させた場合には、そ・の電着表面コーテ
ィングは、ふくれ上りはげ落ち始める。亜鉛基金属のダ
イキャスト法は複雑な金属成型物を小さい寸法公差でも
つてかつ比較的低コストて製造する極めて融通性のある
方法である。

しかしながら、腐蝕を受けやすいために、通常は保護コ
ーティングを必要とする。かかる代表的な保護コーティ
ングは、最初銅ストライクを施し次いで１回またはそれ
以上のニッケルコーティングを施しさらにクロムコーテ
ィングを施す電着により施されている。亜鉛基金属から
製造したダイキャスト物品はコストおよび重量の点で基
本的な利点を有しているものであるが、それにもかわら
ず腐蝕が一つの欠点となつている（保護コーティングを
施した場合でも）。しかも、かかる物品の耐摩耗性は移
動表面間ての摩擦接触を含む用途には周知のとおり不適
である。保護コーティングに用いられる通常の市販クロ
ムメッキ用電解質は無水クロム酸（ＣｒＯ３）水溶液（
一般にクロム酸溶液と称されている）からなり、該溶液
は溶液中に含まれるクロムの電着を可能にするある種の
触媒を含んている。

これらの触媒は一般に硫酸塩イオン（ＳＯ４＝）および
ケイフッ化物即ちフルオロけい酸塩イオン（ＳｉＦ６＝
）である。クロム電着条件を最適にするためには、これ
らの触媒は電着浴中に存在するクロム酸濃度を基準とし
てある特定の関係量て存在しなければならない。いわゆ
る自己調整電着浴にあつては、協同作用する各触媒イオ
ンの濃度は、これらイオンを浴溶液に供給するのに使用
する化合物の溶解性によつて自動的に制御されている。
具体的な自己調整クロム電着浴は米国特許第２，６４０
，０坐号および第２，６８６，７５６号に記載されてい
る。本発明の物品は通常の方法で亜鉛基金属から製造さ
れるものであるけれども、この亜鉛基金属に対し良好な
接着性を有しまたすぐれた耐摩耗性および耐腐蝕性を示
す概して光沢のある硬質のクロム表皮を有しているもの
である。本発明は亜鉛基金属から製造され、その少なく
とも一表面に連続した耐摩耗性硬質クロム表皮層を有す
る製造品に関する。

そして、後に示す本発明の電着処理条件によつて亜鉛基
金属を処理すれば、上記表皮層に隣接し、かつそのすぐ
下にはクロム表皮層と少なくとも同じ厚さの亜鉛基金属
のクロム富化表面下層が与えられる。しかも、該表面下
層において、そのクロム含有量はクロム表皮層から内部
方向に向つて次第に減少するものである。表面下層の厚
さは、電着処理条件のもとでの拡散によりクロム原子が
亜鉛基金属の中に移行することによるものと信ぜられる
。上記新規な製造品を製造するのに適する電着浴は、ク
ロム酸水溶液からなり、クロム酸対硫酸塩イオンの重量
比が約７５：１〜約１２５：１であるような量の硫酸塩
イオンを含みさらに溶液１ｅ当り約０．７５〜約２．２
５ｙ（１ガロン当り約０．１〜約０．３オンス）の量の
アルカリ金属フルオロけい酸塩、溶液１ｅ当り約０．１
１２〜約０．３７５ｙ（１ガロン当り約０．０１５〜約
０．０５オンス）の量のほう酸および溶液１′当り約０
．０７５〜約０．２２５ｑ（１ガロン当り約０．０１〜
約０．０３オンス）の量のアルカリ金属炭酸塩とを含む
ものである。

痕跡量のハロゲン化物イオン、例えば塩化物およびフッ
化物イオンも存在し得る。製造した亜鉛基金属物品に耐
摩耗性表皮とクロム富化表面下層とを与えるためには、
製造物品を予かじめ浄化し次いで上記の電着浴に浸漬し
電着回路へその陰極として連結する。

電着は直流電流を１つの浸漬陽極から浴を介して上記陰
極へ通すことにより行い比較的短時間（１秒以下）の初
期ストライクによつて約７．５Ｖ〜約１２．５■の電圧
下で始める。しかる後、浴からのクロムを上記陰極上に
比較的低電圧（上記ストライク電圧より少なくとも２０
％低い電圧）で約１分〜約４紛間析出させる。クロムの
電着は比較的高電流密度でかつ比較的低い浴温度で起る
。電着浴温は約３７Ｃ〜約５ｒｃ”（約９０′Ｆ〜約１
３５′Ｆ）、好ましくは約３７．８℃〜約５４．４℃（
約１００′Ｆ〜約１３０゜Ｆ）の範囲にある。陰極電流
密度は少なくとも約０．５４アンペア／ｃ！ｉ（約３．
５アンペア／平方インチ）、好ましくは約０．６２２〜
０．７７５アンペア／Ｃｌｔ（約４〜約５アンペア／平
一方インチ）である。好ましい陰極電流密度は加工片の
形状、浴温によりある程度変化し、与えられた電流効率
では一般に浴温を増大させるにつれて増大する。本明細
書で使用する“亜鉛基金属゛なる用語はｊ亜鉛または通
常ダイキャスト成型品の製造に使用し種々の量のアルミ
ニウム、マグネシウム、銅およびその他の合金化元素を
含む亜鉛合金を含むものとする。

本発明を実施するための電着浴は約２０９．７〜約２６
２．２ｙ／ｅ（約２８〜約３５オンス／ガロン）のクロ
ム酸、硫酸塩イオンおよび他の触媒を含み、好ましくは
脱イオン水を用いて調製する。

連続電着するためには、浴中に存在する硫酸イオンに対
するクロム酸の重量比は約１００：１が好ましいが約７
５：１〜約１２５：１の範囲にあり得る。硫酸塩イオン
の一般的供給源は硫酸または硫酸ナトリウムであるが、
浴に導入するときに硫酸塩イオンが結合している物質が
何であるかは導入した物質の溶解により硫酸塩イオンが
所定の濃度で利用できる限りさして重要でない。しかし
ながら、ある種の硫酸塩が市販級のクロム酸中には恐ら
く不純物として存在しており、このような形で浴中に硫
酸イオンを導入することも許容されるものと理解すべき
である。電着浴の自己一調整特性は、通常アルカリ金属
塩の形のフルオロけい酸塩イオン（ＳｉＦ６＝）、例え
ば、Ｋ２ＳｉＦ６またはＮａ２ＳｉＦ６を添加し、浴中
の硫酸塩およびフルオロけい酸塩の溶解特性をいわゆる
共通イオン効果を用いて調整することにより与えられる
。

浴中に溶解した硫酸塩イオンの濃度はＣｒＯ３／ＳＯ−
２１４の所望比によつて変化するもので、溶解フルオロ
けい酸塩濃度は約０．７５〜約２．２５ｆ／ｅ（約０．
１〜約０．３オンス／ガロン）である。硫酸塩イオンま
たはフルオロけい酸塩に関して実質的に飽和した浴を与
えるような所望クロム酸濃度即ち約２０９．７〜約２６
２．２ｙ／′のクロム酸濃度での硫酸塩イオンおよびフ
ルオロけい酸イオンの溶解性は、アルカリ金属炭酸塩を
好ましくはアルカリ金属重炭酸塩と共に添加することに
より調整する。

炭酸塩と重炭酸塩の相対量は変化し得るが、炭酸塩対重
炭酸塩の重量比で約０．６：１〜約１．３：１であるこ
とが好ましい。共通イオン効果を与えるのに最も好まし
いのは、もし硫酸塩源が硫酸ナトリウムであるときは、
炭酸ナトリウムを単独でまたは、重炭酸ナトリウムと一
緒に添加することである。同様にして、フルオロけい酸
塩源がフルオロけい酸カリウムである場合には、その溶
解性は炭酸カリウムまたは炭酸カリウムど重炭酸カリウ
ムとの混合物を添加することにより調整する。ほう酸を
電着浴に加えて電流効率を高めるが、このほう酸はクロ
ム電着物の光沢剤としても作用し得る。

ほう酸は通常約０．１１２〜約０．３７５ｙ／ｆ（約０
．０１５〜約０．０５オンス／ガロン）の量で浴中に存
在する。浴のつきまわり性（ＴｈｒＯｗｉｎｇｐＯｗｅ
ｒ）がほう酸の存在により減少するようならば、浴中の
ほう酸濃度は比較的低濃度に保つことが好ましい。今回
、利益ある効果が、浴中に痕跡量のハライドイオンを与
える少量の、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、
フッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムの如きアルカリ
金属ハライドを添加することにより得られることを見い
出した。

浴中のハライドイオン濃度は約１〜約１００ｐｐｍであ
ることが好ましい。浴中に重炭酸塩が存在しない場合、
ハライドイオンの濃度はおよそ２倍程増大させることが
好ましい。浴中で触媒と添加物との適切なバランスを維
持するためには、水性クロム電着浴中に所定の量で導入
することのできる乾燥化学品組成物を調製するのが便利
である。

具体的な組成物を以下の表１に示す。本明細書で記載す
るクロム電着浴は亜鉛基金属からなる物品上への硬質ク
ロムの直接電着に使用してその耐摩耗性、表面硬度およ
び耐腐蝕性を改良することができる。

゛亜鉛基金属″とは、前記したように、亜鉛またはダイ
キャストに通常用いるるタイプの亜鉛合金である。かか
る合金の具体例には約４重量％のアルミニウム、０．０
４重量％のマグネシウム、最大０．２５重量％の銅、０
．１重量％以下の鉄、０．００５重量％以下の鉛、０．
００４重量％以下のカドミウムおよび０．００３重量％
以下の錫で合金化した特級亜鉛からなるＡＳＴＭＡｌｌ
ＯｙＡＧＪ４ＯＡ（ＳＡＥＡｌｌＯｙ９Ｏ３）である。
他のタイプの合金はＡＳＴＭＡｌｌＯｙＡＣ４ｌＡ（Ｓ
ＡＥ９２５）であり、これはＡＳＴＭＡｌｌＯｙＡＧ４
ＯＡと同様の組成を有するがより多量の銅含有量、即ち
、０．７５〜約１．２５重量％の銅を含むものである。
さらに別の適当な合金は約９５重量％の亜鉛、約１．２
５重量％の銅、約３．５重量％のアルミニウム、約０．
１重量％の鉄、約０．０２重量％のマグネシウム、約０
．００５重量％の鉛、約０．００種量％のカドミウム、
および約０．００鍾量％の錫からなる。製造した亜鉛基
金属物品表面にクロムを直接電着させる前には、上記表
面は、なめらかにし予じめ浄化してグリースおよび油分
、酸化亜鉛および水酸化亜鉛、および他の望ましくない
物質を除去せねばならない。なめらかにするには研磨材
を被覆した車輪またはベルトによる機械的研磨の如き機
械的手段により、研磨材とのタンプリングによりあるい
は適当な研磨材による振動仕上げにより行い得る。なめ
らかにした製造物品はトリクロロエチレン、パークロロ
エチレン等の油性溶剤をいて予洗し得、強力噴射による
アルカリ洗浄を行い得、もし非ケン化性の油またはグリ
ースが存在するならば、これを石ケン、灯油または他の
炭化水素類および水からなる撹拌エマルジョン中でエマ
ルジョン洗浄して除去し得、あるいはトリポリリん酸ナ
トリウムおよび１種以上の表面活性剤を含む溶液でもつ
てアルカリソーク洗浄し得る。

予備洗浄後、物品はさらに電気洗浄処理に付すことがで
き、これは通常トリポリリン酸ナトリウムとメタけい酸
ナトリウムとの如き混合アルカリ、表面活性剤および少
量の水酸化ナトリウムを含む溶液中での陽極洗浄により
行う。

水すすぎは通常種々のクリーニング操作により行う。ア
ルカリ洗浄および電気洗浄を行つた後、物品を酸浸漬液
に浸して存在し得るすべての酸化物および水酸化物を除
去すると共に電気洗浄操作によりもたらされ得るアルカ
リ化合物を中和する。

実際の電着処理中では、製造物品は陰極であり、クロム
電着浴中に浸漬後直ちに約７．５Ｖ〜約１２．５Ｖの電
圧で約１分以下好ましくは約１０〜４５秒の時間で最初
のストライク処理を行う。しかる後電圧を上記ストライ
ク電圧よりも少なくとも２０％低い値好ましくは約４■
〜約９■へ下げ、クロムの電着を、少なくとも約０．５
４アンペア／ＣＦｌ！（約３．５アンペア／平方インチ
）好ましくは約０．６２２〜約０．７７５アンペア／Ｃ
ｌｉ（約４〜約５アンペア／平方インチ）の均一な実質
的に一定の電流密度で所望厚さの表皮層が得られるまで
続ける。厚さ約２０〜約３０ミクロンの一般に光沢があ
り硬質のクロム析出量を得るには、その必要電着時間は
約１紛〜約２紛間である。同時に、クロムは表面下層に
もたらされその硬度を増大させる。浴温と電流密度とは
幾分相関関係にある。

本発明を実施するにおいて、上記の電流密度は約３７Ｃ
〜約５ｒｃの浴温で維持する。浴温は約５４．４℃を越
えるべきでない。というのはそれより高温では電着物の
品質が落ちまた浴のつきまわり性も減するからである。
最良の結果を得るためには、約３７．８℃〜約５４．４
℃の浴温が好ましい。また、約２６．７℃以下の浴温も
望ましくない。なぜならば、そのような温度で電着した
クロムは異なつたあまり望ましくない結晶形を有してい
るようであるからである。陽極の組成は本発明の目的に
とつてそんなに重要ではない。

通常の鉛一錫合金電極が使用できる。陽極形状はクロム
を電着すべき加工片の陰極表面により決まる。具体的な
例として、亜鉛（約９５重量％）、銅ノ（約１．２５重
量％）、アルミニウム（約３．５重量％）、鉄（約０．
１重量％）、マグネシウム（約０．２重量％）、カドミ
ウム（約０．００４重量％）、鉛（約０．００５重量％
）および錫（約０．００３重量％）を含む亜鉛基金属か
ら製造したダイキャスト亜鉛合金機械部７品を適当に洗
浄し、すすぎを行い、以下の諸成分を含む水性クロム電
着溶液に侵漬した：上記機械部品が上記浴溶液に浸漬す
ると同時に比較的低い電流を浴に通し、次いで上記部品
を約９Ｖで比秒間のストライク処理に付した。

次に、クロムの電着を約５Ｖでかつ約０．７アンペア／
Ｃｌｉ（約４．５アンペア／平方インチ）の平均電流密
度で約５分間続行した。電着中、浴溶液の温度は約５４
。４℃（約１３０゜Ｆ）であり浴のＰＨは約０．５〜１
．５であつた。

クロムの直接電着が完了したのち、約３６ミクロンの実
質的に純粋なりロム表皮層を得た。得られたクロム表面
は異常な硬度（約？のロックウェルＣ硬度）および耐摩
耗性を示した。上記で製造した亜鉛合金機械部品試験片
を２０ＫＶで電子マイクロプローブ（ＥｌｅｃｔｒＯｎ
ｍｉｃｒＯｐｒＯｂｅ）により試験してそのクロム含有
量を分析した。

得られたデータを次の第■表に示す。第■表のゼータは
生成した表皮層が表面から約，３６ミクロンまでは実質
的に純粋のクロムであり、また少なくとも約１５０ミク
ロンの深さまで入つた上記表皮層にすぐ隣接する表面下
層において有意な濃度のクロムが存在することを示して
いる。

上記のデータは添付図面によりグラフ化している。また
、本発明により製造した亜鉛基金属物品の硬度をそのク
ロム含有表面下の種々の深さにおいて試験した。結果を
以下の第■表に示す。一般に、本発明を実施したときに
は、電着中の生ずるクロム富化表面下層は、クロム表皮
層と少なくとも同じ厚さにあり通常はいく分厚い。

また、このクロム富化層は亜鉛基金属キャストそれ自体
よりも硬質であり、製造物品の耐摩耗性に著しく貢献す
る。クロム富化表面下層のクロム含有量は少なくとも０
．１重量％好ましくは少なくとも０．４重量％である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明を具体化する亜鉛基金属から製造した
代表的な物品の表面からの関数としての外皮層とクロム
富化表面下層とのクロム濃度を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （イ）クロム酸の水溶液からなり、硫酸塩イオン、
   アルカリ金属フルオロけい酸塩、ほう酸およびアルカリ
   金属炭酸塩を含み、クロム酸は上記溶液中に２１０〜２
   ６２．５ｇ／ｌ（２８〜３５オンス／ガロン）の量で存
   在し、硫酸塩イオン濃度は７５：１〜１２５：１のクロ
   ム酸対硫酸塩イオン重量比を与えるに十分な量にあり、
   上記フルオロけい酸塩は０．７５〜２．２５ｇ／ｌ（０
   ．１〜０．３オンス／ガロン）の量で存在し、ほう酸は
   ０．１１２〜０．３７５ｇ／ｌ（０．０１５〜０．０５
   オンス／ガロン）の量で存在し、アルカリ金属炭酸塩は
   ０．０７５〜０．２２５ｇ／ｌ（０．０１〜０．０３オ
   ンス／ガロン）の量で存在するクロム電着浴を調製する
   工程；（ロ）上記電着浴を３２℃〜５７℃（９０°Ｆ〜
   １３５°Ｆ）の温度に維持する工程；（ハ）陽極と陰極
   としての亜鉛基金属物品とを上記電着浴中に設ける効程
   ；（ニ）直流電流を上記陽極から上記電着浴を介して上
   記陰極に７．５Ｖ〜１２．５Ｖの電圧で１分以下の時間
   通して上記電着浴からクロムを直接上記陰極上に電着す
   る工程；（ホ）次いで、上記電圧を少なくとも２０％低
   下させ、上記電着浴からの上記陰極上へのクロムの電着
   を少なくとも０．５４アンペア／ｃｍ＾２（３．５アン
   ペア／平方インチ）の電流密度で続行して硬質のクロム
   表皮を上記亜鉛基金属物品に生成させる工程；の諸工程
   からなることを特徴とする、実質的に連続した耐摩耗性
   のクロム表皮層を少なくとも一表面上に有し、さらに上
   記クロム表皮層のすぐ下に亜鉛基金属のクロム富化表面
   下層を有する亜鉛基金属からなり、上記表面下層は上記
   表皮層から内部方向に進むにつれてそのクロム含有量が
   次第に減少し、かつ上記表皮層と少なくとも同じ厚さを
   有する耐摩耗性亜鉛物品の製造法。