JPS6299478A - 電解亜鉛被覆物品のリン酸塩処理方法 - Google Patents

電解亜鉛被覆物品のリン酸塩処理方法

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JPS6299478A JP61248251A JP24825186A JPS6299478A JP S6299478 A JPS6299478 A JP S6299478A JP 61248251 A JP61248251 A JP 61248251A JP 24825186 A JP24825186 A JP 24825186A JP S6299478 A JPS6299478 A JP S6299478A
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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】 「産業上の利用分野] 本発明は、非常に短い処理時間で、電解亜鉛被覆金属物
品、特に鉄系金属、例えば電解亜鉛被覆鋼製ストリップ
に、単位面積当り生重量で、リン酸亜鉛を主成分とする
微結晶連続化成被覆を形成する方法に関する。
本発明の方法は、「純亜鉛被覆」のみに限定されろもの
ではなく、亜鉛合金で被覆された鋼製ストリップの処理
にも使用できる。合金成分の例としては、亜鉛に加えて
、鉄、ニッケルおよびコバルトが包含される。
[従来の技術] 亜鉛被覆鋼、特にストリップ形態の電解亜鉛被覆鋼は、
近年非常に重要になってきている。結果として、電解亜
鉛被覆ストリップ鋼の前処理またはリン酸塩処理方法に
関して相当研究が行われてきた。
後のラッカー塗り状態およびリン酸塩処理のみした状態
においてでも、腐食に対する充分な保護を達成するには
、2〜3g/m2の単位面積当たりの重量が必要である
と言われてきた。このような比較的重い被覆は、特に次
の処理に二次成形が伴う場合には、次の被覆の不十分な
付着性というような問題を多く引き起こす。しかしなが
ら、成形および溶接に関するかぎり、たとえ鋼製ストリ
ップをラッカー塗りしていない状態、即ち、リン酸塩処
理しかしていない状態で処理する場合でも、2g/m”
以上の重量は不利である。
処理時間は、5秒以上であった。従って、例えば90〜
120m/分のような望ましいストリップ速度を達成す
るのは不可能であるか、またはたとえ可能であるにせよ
困難で、不連続被覆という形での品質の低下が伴うであ
ろう。
例えば電解亜鉛被覆鋼表面への、薄く、堅固に付着した
耐腐食性リン酸亜鉛被覆の生成について、例えば西ドイ
ツ国特許公告第19 55 002号では、澱粉、澱粉
誘導体またはポリサッカライドから酸性分解により得ら
れる炭水化物を添加した酸性リン酸塩処理溶液の使用が
提案されている。
例えば1.2〜1.8g/m’のような単位面積当たり
の重量のリン酸亜鉛被覆が、3〜10秒の処理時間で形
成されると記載されている。
しかしながら、上記のような添加は、実際には難がある
。有機成分は酸性溶液中、昇温下で、また浴の経過時間
と共に分解する。最初に単位面積当たりのリン酸塩被覆
の重量が小さかったものが、明らかに大きくなる。分解
生成物は、その臭気により周囲の環境を汚染する。また
、生成した濃厚スラッジも望ましくない。
単位面積当たりの重量が1.0g/m2未満の薄い連続
リン酸塩被覆を形成するために、西ドイツ国特許公開第
21 00 021号では、層形成カチオンとしてニッ
ケルイオンを実質的に含有するリン酸塩処理溶液で金属
表面を処理することが提案されている。ニッケルイオン
に加えて、他の金属イオン、特に亜鉛イオンが存在して
よい。ニッケルイオンの他の二価金属イオンに対するモ
ル比は、1:0.001〜1:0.7であると記載され
ている。
析出した被覆は、実質的にはリン酸ニッケルから成る。
所望のリン酸亜鉛被覆とは対照的に、このリン酸ニッケ
ルの被覆は、腐食に対する好ましい保護を得るために、
後で例えばラッカーで被覆する必要が常にある。このこ
とは重大な欠点であ上述のように、多くの工業製品にお
いて腐食防止性を向」ニさせる必要があり、そのために
電解亜鉛被覆鋼の使用が増加してきた。しかしながら、
このことは、改善されたリン酸塩処理方法が必要である
ということをも意味してきた。西)・イツ国特許公開第
32 45 411号に記載された方法は、所望の方向
への大きな進歩である。西ドイツ国特許公開第3245
411号には、電解亜鉛被覆鋼製ス)・リップのリン酸
塩処理方法が記載されている。単位面積当たりの重量が
2g/m2以下、好ましくは0.6〜]、9g/m2の
リン酸亜鉛被覆が5秒を越えない時間、一般に(15秒
またはそれ、にりも少ない時間で析出し、重い被覆に起
因するいかなる欠点をも有さす、同時に、ラッカー塗り
状態でなくとも、またはラッカー塗り状態であっても、
必要とするいかなる腐食防止性をも失わなし)。使用す
るリン酸塩処理溶液は、亜鉛およびリン酸イオンに加え
て他の金属カチオンおよび/または促進効果を有する含
酸素酸アニオンを含有してよい酸性リン酸塩処理溶液で
ある。Zn’+カチオンの濃度は、約1〜2.5g/l
であり、遊離酸濃度は0.8〜3ポイントであり、酸比
(全酸/遊離酸)を5〜10に保つ。硝酸塩含有リン酸
塩処理溶液を使用するのが好ましい。
Zn2″′のNo’−に対する重量比は1:(1〜8)
の範囲に保ち、一方PO43−のN O3−に対する重
量比はI :(0、1〜2.5)の範囲に保つ。
亜鉛イオンに加えて、一般には少量であるが他のカチオ
ンを使用してよい。従って、西ドイツ国特許公開第32
 45 4+1号ではニッケルイオンを使用しているが
、Zn2+濃度が常に支配的であることが好ましい。N
i2+イオン1重量部に対するZn2+イオン20〜2
重量部の比が特に有効である。一般に、ニッケルは分析
」二は析出被覆中では検知されない、即ち、検出限界以
下の痕跡量で被覆中に存在する。リン酸塩処理は、50
〜70°Cの温度範囲、好ましくは60〜65°Cの温
度範囲で実施する。方法は噴霧被覆および浸漬被覆の両
者に適当である。
近年、上述のように種々の工業製品の製造に、例えば自
動車工業において、電解亜鉛被覆鋼を使用することが相
当多くなってきた。既に説明した理由により改善された
腐食防止性が必要である。
同じ理由で、自動車工業では、特に車体加工について、
下塗を行うのに陽極電着塗装から陰極電着塗装に変更さ
れた。このことは析出させる被覆中の鉄濃度が高いこと
を特徴とする、即ち、リン酸亜鉛(ポープアイト)に加
えてリン酸亜鉛鉄(ホスホフィライト)濃度の高いこと
を特徴とするリン酸塩処理方法を必要とする。必要な鉄
は酸洗反応を介して基材により提供される必要がある。
更に、陰極電着塗装の前に立方体状またはブロック状構
造を有するリン酸塩被覆を析出させることが非常に望ま
しく、円形状結晶は望ましくないことが見出だされた。
被覆の鉄含有量および被覆の改良形態の特性は、いずれ
もリン酸塩処理溶液の適当な調製、および適切なプロセ
ス管理により得ることができる。これらの相互に関係す
る要因は、以下に示す参考文献に説明されている。
1)クラウス・ヴイッテル(Klaus  Witte
l)、[最近のリン酸亜鉛処理方法、低亜鉛処理方法(
Moderne Z 1nkphosphatierv
erfahren、 N iedrig−Z ink 
−V erfahren)j 、、インダストリー−ラ
キーベトリーブ(T ndustrie −L ack
ierbetrieb)、5/83.169頁およびイ
ンダストリー−−ラキーベトリーブ、6/83.210
頁。
2)ジェームズ・ダブリュー・デイヴイス(James
  W、 Davis)、「陰極電着塗装塗料系におけ
る鋼および亜鉛メッキ鋼の前処理(T hepretr
eatment  of  5teel  and  
galvanizedsteel  for  cat
hodic  electrodepositionp
aint  systems)J、自動車技術者協会(
SAE)技術論文第820336号、SAEザ・エンジ
ニャリング・リソース・フォー・アドバンシング・モビ
リティ−(The  Engineering  Re
5ouce  forAdvancing  Mobi
lity)、アメリカ合衆国、15096、ペンシルベ
ニア、ワレンダーレ、コモンウェルス・ドライブ400
番(400CommonwealthDrive、 W
arrendale、 PA  15096 、 US
A)。
3)バリー・イー・シャンドラ−(Harry  E。
Chandler)、[リン酸亜鉛被覆の第2時代(S
econdGeneration  Zinc  Ph
osphate  Coating)J、メタル・プロ
グレス(Metal  P rogress) 198
2年5月、1982年、アメリカン・ソサエティφフォ
ー・メタルズ(American  5ociety 
 forMetals)。
第1番目に必要なこと、即ち、被覆に鉄を組み込むこと
は、当然亜鉛の表面上では不十分である。
多くの他の用途に加えて、電解亜鉛被覆ストリップ鋼は
車体加工にも広範囲に使用される。多くの場合、リン酸
塩処理被覆は、亜鉛被覆と前処理とを組み合わせたライ
ンで適用され、それによって鋼が亜鉛被覆「予備リン酸
塩処理」鋼として通過してくる。
リン酸塩被覆は、後の陰極電着塗装にも適当である。こ
の場合、鉄は、リン酸塩被覆に組み込むことができない
ので、立方体状またはブロック状構造を有する層を形成
する必要がある。
[発明の構成] 本発明は、]二述のような必要性を満足する方法に関す
る。
使用するリン酸塩処理溶液は、亜鉛、マンガンおよびリ
ン酸イオンに加えて、他の金属カチオンおよび/または
促進効果を有する含酸素酸のアニオンを含有してよい酸
性リン酸塩処理溶液である。
生成したリン酸塩被覆は、2g/m’以下、好ましくは
0.9〜1.6g/m2の単位面積当たりの重量を有す
る。0.6〜1.9g/m2の単位面積当たりの重量の
被覆を析出させることができる。酸性リン酸塩処理溶液
は、0.1〜O’、8g/(2、好ましくは025〜0
.6g/lの亜鉛カチオン濃度であることを特徴とする
。マンガン(H)カチオンの濃度は、0.5〜2g/l
の範囲、好ましくは0.75〜1.25g/12の範囲
に保つ。
遊離酸濃度は、4〜8ポイントの範囲、好ましくは5〜
7ポイントの範囲に保つ。(全酸の遊離酸に対する)酸
比は、2.5〜5ポイントの範囲、好ましくは2.8〜
4.5ポイントの範囲に保つ。
リン酸塩処理浴中の、以下に記載する遊離酸、全酸およ
びリン酸塩の定義は、従来技術の文献、特にクリスヂャ
ン・リー(Christian  Rie)の論文「リ
ン酸塩処理浴の監視方法(U berwachungv
on  Phosphatierungsbadern
)J 、ガルバノテヒニーク(G alvanotec
hnik)、50(1968)、第1号、37〜39頁
(オイゲン・ゲー・ロイツェ(E ugen  G 、
 L euze)刊、ザウルガウ(S aulgau)
、ヴユルテンベルク(Wurtt、 ))で説明されて
いる。
遊離酸のポイントまたはポイント数は、ジメチルイエロ
ー、メチルオレンジまたはブロムフェノールブルーを使
用して浴溶液10mf2を滴定するのに必要なO,IN
のNaOHのmQ数で定義される。全酸のポイント数は
、指示薬としてフェノールフタレインを使用して浴溶液
10m(2を滴定し、最初のピンクの着色が生じるまで
に必要なQ、INのNaOHのmQ数である。
本発明の方法は、更に、リン酸塩処理浴が硝酸塩を含有
することを特徴とする。Zn2+とM n ’“の合計
量の硝酸イオン(NO3)に対する重量比は、1・(0
,5〜1.5)の範囲、好ましくはI:(0,7〜1.
25)の範囲に保ち、一方Zn’+のMn2+に対する
比は、I:(1〜3)の範囲、好ましくはI:(15〜
2.5)の範囲に保ち、H,PO,−のNO3−に対す
る重量比は、(6〜9):1、好ましくは(7〜8)二
lの範囲に保つ。
更に、本発明のリン酸塩処理溶液では、Z n”および
M n ’+カチオンの合計量のH,PO4−アニオン
に対する重量比は、1:(6〜9)の範囲に保つ必要が
ある。
更に、低濃度のコバルトを含む本発明のリン酸塩溶液を
使用するのが有利であることが判った。
Zn’″″およびMn2“の濃度基準のコバルトの濃度
は、100〜150部のZn’+およびMn2+に対し
て1部のコバルトであるのが好ましい。
処理時間は、鋼製ストリップの電解亜鉛被覆およびリン
酸塩処理用の近代的なプラントでは十分短くてよい(ス
トリップ速度90〜120 m/分)。
処理時間は5秒を越えることはなく、一般に2゜5〜5
秒の範囲である。
リン酸塩処理は、昇温した温度で、特に40〜70℃の
温度範囲で、好ましくは45〜55℃の温度範囲で行う
のが最もよい。処理溶液を技術的に実際に適用できるあ
らゆる可能な方法を使用してよい。本発明の方法が噴霧
被覆および浸漬被覆の両者に適当であることが特に有利
である。
リン酸塩溶液を適用する前に、電解亜鉛被覆表面を水で
完全に湿らせる必要がある。この設備は一般にスI・リ
ッププラントには存在する。電解亜鉛被覆ストリップの
表面に当面の腐食防止のために油を塗っである場合、既
知の適当な配合剤と方法により、リン酸塩処理を行う前
にこの油を除去する必要がある。
リン酸塩処理の前に、水で湿らせることができる電解亜
鉛被覆金属表面を自体既知の活性化溶液で処理するのが
最もよい。活性化溶液は、有機成分と共に実質的にチタ
ン塩およびリン酸塩を含有する。適当な活性化方法に関
する参考文献としては、西ドイツ国特許公開第20 3
8 105号および第20 43 085号がある。
例えば、西ドイツ国特許公開第21 00 021号に
記載されているような従来技術に従って、希釈クロム酸
および/またはリン酸により析出させた化成被覆を不動
態化させることも、本発明の方法に有利である。一般に
クロム酸濃度は、0゜01〜Ig/(2である。また、
保護被覆は、クロム(In)イオンを含有する希薄クロ
ム酸で不動態化してもよい。一般に使用する濃度は、c
ro3(6価クロム)0.2〜4.0g/ρおよびCr
 t OS (3価クロム)0.5〜7.5g/lであ
る。
明らかに立方体状またはブロック状構造を示すリン酸塩
被覆は、本発明の酸性リン酸塩処理溶液から電解亜鉛被
覆鋼上に生成する。この構造は、走査型電子顕微鏡を使
用した顕微鏡写真により示される。西ドイツ国特許公開
第3245411号に記載されているような円形状結晶
を生じさせるような方法を包含するこれまでの既知の方
法によりこのような構造を生成するのは不可能である。
従って、本発明の方法は、電解亜鉛被覆鋼上に後で陰極
電着塗装をするのに適当な化成被覆を生成するという問
題を解決する。亜鉛−ニッケル合金で電解被覆した鋼上
に上述のような被覆をすることも可能である。
従来の方法と比較して、得られる化成被覆は色が淡い。
これは、電解亜鉛被覆してかつリン酸塩処理した鋼を更
に被覆せずに使用する場合に特に望ましい。この場合、
リン酸塩処理をすると、いわゆる「白錆(white 
 rust)J (亜鉛腐食生成物)およびいわゆる「
赤錆(red  rust)j (鉄腐食生成物)の発
生を相当遅らせたりあるいは抑制することが期待される
本発明の酸性リン酸塩処理溶液から析出させた被覆は、
従来の処理浴から析出させた被覆よりはるかによくこの
要求を満足する。
このことは、DIN50 021(塩噴霧試験)に従っ
て比較試験することにより証明することができる。
近年、下塗剤として陰極電着塗料を使用してラッカー塗
りした電解亜鉛被覆リン酸塩処理鋼の付着試験および腐
食試験を組み合わせた試験に関して、広い範囲にわたり
水中貯蔵試験が行なわれるようになってきた。これらの
試験の場合も、本発明の酸性リン酸塩処理浴から析出さ
せた被覆は、従来の方法により生成させた被覆より優秀
であることが判った。
高遊離酸濃度故、本発明の酸性リン酸塩処理浴は、はと
んどスラッジを生成しない。このことは実用上では相当
な利点である。
浴を操作する45〜55℃のような比較的低い温度は、
エネルギー節約の要求にも合致する。
最初に述べたように、析出被覆は、主にリン酸亜鉛から
成る。リン酸塩処理浴中の少量のコバルト故、コバルト
濃度が検出限界以下となり、本発明により析出させた単
位面積当たり少重量の被覆中ではコバルトは検出され得
ない。しかしながら、驚くべきことにマンガンは、本発
明の酸性リン酸塩処理溶液から析出した被覆中で非常に
わずかながら検出される。
任意抽出したサンプルにおけるマンガンの値は、25〜
125 mg/m’である。本発明の溶液から被覆が形
成されろ正確な機構は、まだ十分に解明されていない。
しかしながら、溶液中の亜鉛は開始のためにだけ必要で
あると考えられる。浴の経過時間と共に、被覆形成に必
要な亜鉛は、酸性リン酸塩処理溶液による電解亜鉛被覆
上における酸洗効果により供給される。この考え方は、
亜鉛を「低濃度」〜全く含まない再強化溶液を使用して
、難なく浴を操作して行った幅広い生産試験結果により
支持される。
本発明の方法を次の実施例により説明する。
実施例1 西ドイツ国特許公開第20 38 105号に記載され
た型のヂタン含有活性化剤を3g/lの指で含有する溶
液により30°Cで電解亜鉛被覆表面を処理した。次い
で活性化した表面を、下記の組成を有する溶液により5
0℃で処理した Mn””        l 、 I g/ QZn2
″″       0.50g/12Co”     
   0 、0 I g、/lH7PO4−]]、2g
/l NO3]、5g/ρ 遊離酸のポイント数は6であり、全酸のポイント数は1
9.6であった。35秒のリン酸塩処理の後、金属シー
トを水洗し、Cr6+とCr3+を含む溶液で不動態化
し、乾燥させた。単位面積当たりのリン酸塩被覆の重量
は、1.15g/m2であった。
55時間の塩噴霧試験(DIN5002+)の後、ラッ
カー塗りしていなリン酸塩処理ザンプルには、表面のわ
ずか10〜20%に白錆が見られたが、赤錆は見られな
かった。
同様に処理したシートを陰極電着塗装によりラッカー塗
り、自動車工業で通常使用される型の充填剤と表面ラッ
カーを付着させた。ラッカー塗りした表面は、規定の条
件下で鋼球により衝撃を与え、次いで5%塩化ナトリウ
ム溶液中40℃で40時間貯蔵した。次いで、ソートを
鋼球で再度衝撃を与えた。これらの試験によりラッカー
が破壊した面積、即ち、幇材が露出した程度を特性値で
表現できろ。
有り得る最大面積−最も悪い試験結果 −特性値10 有り得る最小面積−最も良い試験結果 −特性値1 実施例1の金属シートの特性値は3〜4であった。
実施例2 実施例1と同様の方法で、金属シートを活性化し、リン
酸塩処理し、次いで不動態化した。リン酸塩処理時間お
よび温度も実施例1と同様にした。
実施例1と同様の量(g/4)を使用したが、この場合
、溶液はコバルトを含有しなかった。遊離酸および全酸
も、実施例1と同様であった。′単位面積あたりのリン
酸塩被覆の重量は1.3g/m2であった。   ゛ 55時間の塩噴霧試験の後、ラッカー塗りしていないリ
ン酸塩処理ザンプルは、表面の約40%に白錆が見られ
、表面の約10%に赤錆が見られた。実施例1と同様に
ラッカー塗りし、試験したシートの水中貯蔵試験をした
ところ、特性値は6であった。
従来の方法、例えば西ドイツ国特許公開第324.54
11号による方法で製造した試験シートは、上述の試験
で明らかにより劣った挙動を示した。
特許出願人 ゲルハルト・コラルディン・ゲゼルンヤフ
ト・ミツト・ ベシュレンクテル・ハフラング

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、亜鉛カチオン(Zn^2^+)濃度が0.1〜0.
    8g/lであり、マンガンカチオン(Mn^2^+)濃
    度が0.5〜2.0g/lであり、一方遊離酸濃度が4
    〜8ポイントであり、(全酸の遊離酸に対する)酸比が
    2.5〜5である酸性リン酸塩処理溶液をリン酸塩処理
    溶液として使用することを特徴とする、電解亜鉛被覆金
    属物品、好ましくは電解亜鉛被覆鋼製物品、より好まし
    くは電解亜鉛被覆鋼製ストリップを、5秒を越えない短
    い処理時間で、亜鉛、マンガンおよびリン酸イオンに加
    えて他の金属カチオンおよび/または被覆形成促進効果
    を有する含酸素酸アニオンを含有する酸性リン酸塩処理
    溶液により処理して主成分がリン酸亜鉛であり2g/m
    ^2以下の単位面積当たりの重量を有する被覆を形成す
    るリン酸塩処理方法。 2、Zn^2^+カチオン濃度が0.25〜0.6g/
    lの範囲である特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、Mn^2^+カチオン濃度が0.75〜1.25g
    /lの範囲である特許請求の範囲第1項または第2項記
    載の方法。 4、遊離酸濃度が5〜7ポイントであり、酸比が好まし
    くは2.8〜4.5の範囲である特許請求の範囲第1〜
    3項のいずれかに記載の方法。 5、リン酸亜鉛を主成分とする被覆を、0.6〜1.9
    g/m^2の厚さで、好ましくは0.9〜1.6g/m
    ^2の厚さで析出させる特許請求の範囲第1〜4項のい
    ずれかに記載の方法。 6、硝酸塩含有リン酸塩処理浴を使用し、 (Zn^2^++Mn^2^+)のNO^3^−に対す
    る重量比が好ましくは1:(0.5〜1.5)の範囲で
    ある特許請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の方法
    。 7、Zn^2^+のMn^2^+に対する比が、好まし
    くは1:(1.5〜2.5)の範囲である特許請求の範
    囲第1〜6項のいずれかに記載の方法。 8、H_2PO_4^−のNO_3^−に対する重量比
    が(6〜9):1の範囲である特許請求の範囲第1〜7
    項のいずれかに記載の方法。 9、(Zn^2^++Mn^2^+)のH_2PO_4
    ^−に対する比が好ましくは1:(6〜9)の範囲であ
    る特許請求の範囲第1〜8項のいずれかに記載の方法。 10、使用する浴が、少量のニッケルを含有し、(Zn
    ^2^++Mn^2^+)濃度基準のコバルト濃度が、
    (Zn^2^+Mn^2^+)100〜150部に対し
    てコバルト1部である特許請求の範囲第1〜9項のいず
    れかに記載の方法。 11、リン酸塩処理が40〜70℃の温度、好ましくは
    45〜55℃の温度で行なわれる特許請求の範囲第1〜
    10項のいずれかに記載の方法。 12、自体既知の、特にチタン含有活性化溶液による活
    性化前処理に付された電解亜鉛被覆ストリップ鋼をリン
    酸塩処理する特許請求の範囲第1〜11項のいずれかに
    記載の方法。
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