JPS6237377A - 合金鋼の耐食性向上法 - Google Patents

合金鋼の耐食性向上法

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JPS6237377A
JPS6237377A JP60174195A JP17419585A JPS6237377A JP S6237377 A JPS6237377 A JP S6237377A JP 60174195 A JP60174195 A JP 60174195A JP 17419585 A JP17419585 A JP 17419585A JP S6237377 A JPS6237377 A JP S6237377A
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JP
Japan
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alloy steel
aqueous solution
acid
corrosion resistance
steel
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Pending
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JP60174195A
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English (en)
Inventor
Shigeyoshi Maeda
前田 重義
Masahiro Yamamoto
正弘 山本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/14Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
    • C23C18/143Radiation by light, e.g. photolysis or pyrolysis

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は1合金鋼の表面を改質して耐食性を向上せしめ
る方法に関するものであり、広く化学工業、機械工業、
自動車産業、製缶工業等、当該合金鋼が素材として用い
られる広範囲の産業分野に適用可能な技術である。すな
わち、本発明は金属塩もしくは金属イオンを含有する水
溶液に接した状態の合金鋼の表面に、水溶液層を通して
外部より高エネルギーのレーザー光を照射し、それによ
って引き起こされる表面化学反応を利用して水溶液中に
含まれる金属元素を表面に析出させ、さらに引き続いて
不働態化処理として酸化性酸もしくはその塩の水溶液で
後処理を行い、該合金鋼の表面を耐食性に優れたものに
改質せしめる方法である。
[従来の技術] レーザー光を鋼表面に照射し、表面を改質する方法につ
いてはすでに種々の方法が知られており、例えば高出力
のCo2レーザーを直接照射して鋼表面を高温に加熱し
、それによって焼入れや、被覆金属と合金化すること、
あるいは表面層近傍の急熱急冷による非晶質化等がある
。(例えば、梅原博行「レーザーによる表面処理」、工
業材料、32 (3)(1984))。また特開昭56
−116886号では軟鋼表面にパルスレーザ−を直接
照射し、表面を活性化することによって化成処理性を向
上する方法が開示されている。前述の公知の方法は、い
ずれもレーザー光を金属表面もしくは特定金属を被覆し
た金属表面に直接照射する方法であるために、表面の構
造を変化させることはできても、組成を変化させること
ができないために、ごく一部の分野でしか応用できなか
った。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は合金鋼に対して水溶液層を介してのレーザー照
射に引き続き、酸化性酸もしくはその塩の水溶液の浸漬
処理によって1表面組成の改変と表面の不働態を行うこ
とにより、合金鋼の耐食性を向上させるものである。
[問題点を解決するための手段、作用コ本発明は上記目
的を解決するために、特定イオンを含む水溶液層を介し
て合金鋼の表面にレーザー光を照射し、その際に生起す
る化学反応によって、溶液中に含まれる金属元素を表面
に析出せしめ、更に不働態皮膜形成のため、引き続き酸
化性酸もしくはその塩の水溶液で後処理するところに特
徴がある。接液方法としては浸漬、スプレーあるいは塗
布などの方法が被処理物の鋼板、鋼帯等の形状、および
連続方式、バッチ方式等のプロセスに応じて適宜選択さ
れる。 水溶液に接した状態の金属表面にレーザー光を
照射すると、公知の直接照射からは予見し得ない全く新
しい表面化学反応が生じることは本発明者らによって発
見され、すでにその一部に関しては特許出願がなされて
いる(特願昭59−53541号)。先に出願した発明
は、特定金属イオンの水溶液に接したステンレス鋼表面
にレーザー光を照射すると、溶液中の金属イオンが表面
に析出する新事実に基すき構成されたもので、いわばレ
ーザーメッキとでも称すべきものである。例えば塩化ニ
ッケル水溶液中にてレーザー光を照射すると、ニッケル
が表面に析出し5US430鋼(Cr系)の表面をSU
S 304鋼(Cr−Ni系)の表面なみに変換するこ
とができる。
本発明者らは、この事実を発見して以来詳細な実験を行
った結果、金属を析出させた後に酸化力のある溶液に浸
漬させた時に著しく耐食性が向上することを知見した。
これは金属イオンを含む水溶液中でレーザー照射されて
析出した金属元素が。
酸化力のある溶液中に浸漬することにより非常に安定な
酸化物皮膜層を形成するためによる。本発明は上記新知
見に基すいて構成されたものであり。
先願の発明と異なり、レーザー照射後に酸化力のある酸
もしくはその塩の水溶液に浸漬せしめることが最も重要
な特徴である。
本発明者らは、金属塩の水溶液でレーザー照射を行った
際に、試料表面におこる変化を電気化学的手法により調
べた結果、レーザー照射により、本来存在した試料表面
の酸化物の皮膜が一旦急激に溶解し、この時に溶液中の
金属イオンが析出してくることを明らかにした。しかし
ながら、このように析出で形成された皮膜は欠陥等を多
く持っており、本来その組成変化から推定される耐食性
を持つには到らない場合がある。しかしながらレーザー
照射後に合金鋼を酸化力のある酸もしくはその塩の水溶
液に浸漬する処理を施すと、このような不安定な皮膜が
非常に安定な酸化物の皮膜に変り、結果として耐食性が
向上する。
以下に本発明について図面を用いて説明する。
第1図は5US304鋼を濃度5%のモリブデン酸ソー
ダー水溶液に浸漬し、ガラス製窓を通して外部よりルビ
ーレーザー光で照射(2,2J/パルス、パルス巾3n
s、照射回数5回)した後濃度5%硝酸に約1分間浸漬
し、引き上げて水洗したものをX線光電子分光法により
測定した結果である。本処理を行うことにより図中の破
線で示されるように表面にMoが析出し、Crの濃度も
原板のそれ(実線)に比較して5倍程度高くなる。これ
らの元素は酸化物として存在しており、本処理による酸
化物皮膜の安定化効果が認められる。ステンレス鋼の耐
食性が表面の数10人の厚さの不働態皮膜に依存してい
ることはよく知られており、この結果は水溶液中でレー
ザー照射を施し、引き続きその後に酸化性酸又はその塩
の水溶液で後処理することによって合金鋼の耐食性を著
しく改善することが可能なことを示している。事実耐す
きま腐食性のよくない5US304鋼にモリブデン酸ソ
ーダー溶液中でレーザー照射し、その後硝酸後処理を施
した場合に、Moおよび安定な皮膜の効果によりSUS
 316鋼程度に耐すきま腐食性が向上した。本発明は
レーザー光を用いているため、処理を施す部位を局所に
限ることも可能で。
上記のような場合であれば、材料のすきまにあたる部所
のみを処理すればよいことになる。
本発明に使用する金属塩もしくは金属イオンを含む水溶
液は、特に限定される必要はないが、耐食性を向上させ
るという観点からMOl Cr+ Ni。
Ti、Si等が有効である。溶液の濃度はレーザー光に
影響を与えない程度なら高い方が有効であり通常は1%
以上とすることが望ましい。また被処理材としての合金
鋼としては、酸化性酸により安定な酸化物不働態皮膜を
形成する能力のある、ステンレスに代表される鉄−クロ
ム合金、ならびにNi、Ti、AI、Si、Mo等を含
む鉄基合金が有効である。また後処理に用いられる水溶
液は、酸化力のある酸もしくはその塩を含むものであっ
て通常は硝酸ならびにその塩、クロム酸ならびにその塩
、重クロム酸ならびにその塩及び過マンガン酸ならびに
その塩の水溶液が有効である。またこの水溶液の濃度は
、そのイオンの酸化力にもよるが、望ましくは5%以上
がよい。レーザーの光源については表面層のみを励起す
る必要から短時間に高エネルギーを集中できるパルスレ
ーザ−が好ましく、ルビーレーザー、YAGレーザ−、
ガラスレーザー、CO2レーザーなどを用い、Qスイッ
チングしてピーク値が大きくパルス時間巾の短いものが
よい0例えばパルスレーザ−光のパルス時間巾が200
m5以下、エネルギーが0.05J/パルス以上あれば
よいが、もちろん目的とする表面組成変化を得るために
照射を繰り返すことは任意である。もし高速で走行する
鋼帯表面全体を処理するためには、パルス繰り返し周波
数の高いレーザーが有効であることは云うまでもない。
以下に本発明の実施例を述べる。
[実施例] 実施例1 17%Cr鋼(SUS430鋼)の表面を研磨後濃度3
%モリブデン酸ソーダ溶液に浸漬し、ルビーレーザー(
入=0.695μm) +パルス当り1.25で5パル
ス照射し、その後濃度5%硝酸中に1分間浸漬し、水洗
乾燥後、X線光電子分光法により表面の組成を測定した
0表面にはMo3゜Oatm%、Fa  18atm%
、CCr27at+%、Q52atm%が存在していた
。この材料の耐食性を1規定硫酸中に浸漬した時の電位
変化から求められる不働態破壊時間で測定したところ、
処理なしが2分であったのに対し、処理後は87分と飛
鮒的な向上が認められた。
実施例2 SUS430鋼を濃度5%フン化チタン酸ソーダ溶液中
でYAGレーザーにより、1.OJ/パルス、パルス巾
20ns、10パルス照射を行ない、引き続いて濃度8
%過マンガン酸溶液中に5分間浸漬し、水洗乾燥後グロ
ー放電発光分光分析(GDS)により表面を分析した0
表面にはTiが約2 atm%存在していた。実施例1
と同様の方法で耐食性を評価した結果不働態破壊時間は
13分と著しく向上した。
実施例3 7重量%Cr鋼を研磨した後4%CrCl3水溶液中で
実施例2と同様の条件でレーザー照射し、さらに濃度1
0%重クロム酸ソーダ中に10分間浸漬した後水洗乾燥
した。GDSによる表面組成の測定ではCrが未処理に
対し約5倍表面に濃化し。
lN−H,So、中の不働態破壊時間は、未処理が15
秒に対し、10分と著しく向上した。
実施例4 SUS430鋼をエメリー研磨紙で表面研磨した後3%
N1c1.溶液中で実施例2と同様の条件でレーザー照
射し、その後濃度10%硝酸中で1分間浸漬処理を施し
た。lN−H,SO,中での活性化時間は未処理2.5
分に対し9分と著しく向上した。
実施例5 18Cr−8Nitll (SUS304)  をエメ
リー研磨し、濃度5%モリブデン酸ソーダ中でルビーレ
ーザーを実施例1と同様の条件で照射し、その後濃度5
%硝酸に1分間浸漬した。脱気した3゜5%NaC1中
で20mV/分の掃引速度でアノード分極線を測定し、
ピッティングポテンシアルを求めた。未処理の場合が飽
和材コウ電極基準+0゜36V (+0.36VvsS
CE) に対シテ処理を施したものは+〇、51Vvs
SCEという高い値を示し、耐孔食性の優れた5US3
1611とほとんど同程度になった。
[発明の効果] 以上のように本発明の処理により1合金鋼の表面には、
Mo、Ni、Ti、Si等の耐食性向上に有効な金属が
析出し、かつそれらの金属を含む安定な不働態皮膜が形
成されるため、耐食性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は5US304鋼をモリブデン酸ソーダ溶液中で
レーザー照射後、硝酸浸漬を行った試料の処理前後の表
面をESCA (X線光電子分光法)により測定したス
ペクトルである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属塩もしくは金属イオンを含有する水溶液に接し
    た状態の合金鋼に対して、水溶液を通してレーザー光を
    照射し、水溶液中の金属元素を析出させ、引き続き酸化
    性酸もしくはその塩の水溶液で後処理をすることを特徴
    とする合金鋼の耐食性向上法。 2、金属塩もしくは金属イオンを含有する水溶液がMo
    、Cr、Ni、Ti、Siの1種または2種以上を含む
    水溶液である特許請求の範囲第1項記載の合金鋼の耐食
    性向上法。 3、合金鋼がCr、Ni、Ti、Al、Si、Moの1
    種または2種以上の元素を含有する鋼及び鋼帯である特
    許請求の範囲第1項記載の合金鋼の耐食性向上法。 4、酸化性酸もしくはその塩の水溶液が、硝酸及び硝酸
    塩、クロム酸及びクロム酸塩、重クロム酸及び重クロム
    酸塩、過マンガン酸及び過マンガン酸塩の1種または2
    種以上を含む水溶液である特許請求の範囲第1項記載の
    合金鋼の耐食性向上法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04202670A (ja) * 1990-11-30 1992-07-23 Hitachi Ltd 金属部材の表面改質法及び各種製品の製造方法
WO2007127798A3 (en) * 2006-04-26 2008-05-22 Federal Mogul Corp Method for forming a tribologically enhanced surface using laser treating
US20120196152A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Kenji Mashimo Method of bonding conductive material to stainless steel, and hdd magnetic head suspension

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