JPS63130787A - 金属表面清浄化組成物および清浄化方法 - Google Patents

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】 ミショ−（Ｈｉｃｈａｕｄ　）等の米国特許第４，４ｇ
１．５００号明ｍｍに、比較的軟質の酸化物被膜を形成
し、物理的に除去しそして連続的に再形成することを包
含する、金属表面を清浄化する方法が説明されており、
かつ特許請求されている。凸起した部分を、好ましくは
振動式マス仕上げ装置（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　ｍａｓｓ
　ｆｉｎｉｓｈｉｎｏ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）中で（し
かしそれに限定するものではない）、発生ずる機械的な
作用により除去し、比較的短時間に最終的に非常に平滑
で平らな表面を作る。該特許に述べられている方法は最
も効果的かつ満足のいくものであるが、更に高い生産率
を実現づることが当業界に価値のある進歩をもたらすこ
とは明らかである。

ミショー等の特許で規定している作用のある成分の中に
は、典型的な組成をあげると、リン酸塩又はリン酸、あ
るいはそれとシュウ酸、シュウ酸ナトリウム又は同様の
ものとの混合物がある。金属リンＩｆｆ塩活性剤あるい
は促進剤および有機並びに無機酸化剤を利用することと
同様に硫酸塩あるいはクロム酸塩化合物を添加すること
を開示している。前者は採用した場合、液状物質全体の
最小で０．５重量％の聞を含ませる。具体的な作用例と
して、特許権者は、少量のリン酸安定化剤を含有する３
５％の過酸化水素水溶液（すなわち０．１０３グラム分
子／ｌ）を液状物質全体量を基準として１．０％添加し
た、１５％のトリポリリン酸ナトリウムおよび８５％の
シュウ酸の混合物を、水１ガロン当り８オンスの吊から
成る溶液を開示している。

この組成で、酸化剤、たとえば過酸化水素を添加するこ
とにより活性を実質的に増加することが知られている。

しかし、これは重大な不利な副作用を伴う。特に、先行
技術に採用すると、過酸化物はかなり金属を溶解し寸法
の制御および精痕に非常に困難な問題が発生する。

たとえば、シュウ酸／過酸化水素溶液が広く部品の電気
メッキの前の表面清浄化に利用されてぎた。溶液が非接
触面から金属を溶解する性質のあるため、部品のそのよ
うな面に余分の厚さの金属を付与して、溶解に適応して
最終的な寸法規格に作る必要があった。このような工程
は明らかに制御が困難であり、少くともその限りにおい
て本質的に望ましくない。（ここで用いている「非接触
面」あるいは「非接触領域」とは、表面清浄化作業中に
他の部品あるいは他の如何なる機械的仕上げ手段にも実
質的に接触しない表面、たとえばレンチのオープン又は
ボックスエンド［ｏｐｅｎ　ａｎｄｂｏｘ−ｅｎｄ　ｌ
にあるような表面をいう。）更に、これまで用いられて
きた過酸化物淵痕は金属表面の点食を起こし、ついで仕
上り製品を不備な外観とする傾向があった。このため、
さらに表面を清浄化することが必要となり、あるいは外
観品質の劣る製品を受容することを余儀無くする。

したがって、化学的／機械的仕上げ技術に用いる金属表
面清浄化に非常に効果的で新規な溶液および該溶液を作
るための新規な組成物を提供することが本発明の目的で
ある。

表面の清浄化速度を増加し、尚かつ表面のピッチングあ
るいは非接触面の実質的な寸法減少を防ぐ溶液および組
成物を提供することが本発明のより具体的な目的である
。

本発明のもう一つの具体的な目的は、生成する転化被膜
は連続的にかつ高速で再形成されて厚さは増加し、この
両特徴によりマス仕上げ装置（ｍａｓｓ　ｆｉｎｉｓｈ
ｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ）を高エネルギーレベルで
利用し、それにより生産速度を最大とするような化学的
活性のある、前述の特性および利点を有する溶液および
組成物を提供することである。

本発明の更なる目的は、高生産速度で所望する表面およ
び寸法特性を達成し、大気条件下での実施に適した、上
記の溶液を用いた金属表面清浄化の新規な方法を提供す
ることである。

本発明の前述のおよび関連する目的の中のあるものは、
水、水溶性シュウ酸塩化合物、水溶性硝酸塩化合物およ
び水溶性過酸化合物から成る水溶液を作成することによ
り、容易に達成できることを、このたび発明した。該溶
液には、十分な量のシュウ酸塩化合物を含有させリット
ル当りシュウ酸基を約０．１２５〜０．６５ｇ分子、汁
−分な量の硝ｍ塩化合物を含有させリットル当り硝酸基
を少くとも約０．００４ｇ分子、および十分な量の過酸
化合物を含有させリットル当り過酸基（−０−０−）を
０．００１〜Ｏ，Ｏ！Ｍ分子とする。

一般的に、硝酸塩化合物はリットル当り硝酸基を最大的
０．２４７分子とするだろう。好ましい溶液は、リット
ル当りシュウ酸基を約０．２５〜０．４５ｇ分子、リッ
トル当り硝酸基を約０．０５〜０．１１ｇ分子、および
リットル当り過酸基を約０．０１〜０．０３ｇ分イ含有
するだろう。多くの例では、リットル当りシュウ酸基を
約０．４ｇ分子、リットル当り硝酸基を約０．１９分子
、およびリットル当り過酸基を０．０２ｇ分子を含有す
る溶液により最良の結果が得られるだろう。通常は、シ
ュウ酸塩化合物はシュウ酸、硝酸塩化合物は硝酸ナトリ
ウムおよび過酸化合物は過酸化水素であろう。該溶液は
約ＦＩＨ１，５−・３．０であるべきであり、有効な量
の湿潤剤のごとき追加成分を含有してもよい。

本発明のその他の目的は、水に添加したとき上述のごと
き溶液を生成する組成物を提供することにより達成する
。過ホウ酸すｌ−リウム、過炭酸ナトリウム、過硫酸ナ
トリウム、過硫酸アンモニウム、過ホウ酸カリウムおよ
び過硫酸カリウムをシュウ酸および硝酸ナトリウムとと
もに用いて典型的な乾燥した、−パックの組成物を作っ
てもよい。

本発明の別の目的は、金属表面を有するある量の対象物
をも含む要素の集合体をマス仕上げ装置の容器に導入す
る工程を提供することにより達成する。成分は上述の組
成物の溶液により濡らし、該集合体を表面が濡れた状態
に維持しつつ急速にかき混ぜる。このかき混ぜにより要
素間の相対運動および接触、および好ましくは該溶液の
連続的な酸素発生を起こし、そしてこのかきまぜを十分
な時間継続して希望する清浄化をする。一般的に、対象
物の表面は投入時には約３０以上の算術平均（ＡＡ＞粗
さ値を有し、最終的に約４時間以下の全かき混ぜ時間の
後に約６ＡＡ以下の粗さを示すであろう。普通は、該要
素集合体はある量の機械的仕上げ手段を含み、該溶液を
マス仕上げ装置容器の容積の約１５〜２０％に等しい吊
用いるだろう。

本発明の典型的な効果は次の具体例に示す。

実施例１ 下記第１表に示す組成を有する溶液を作成する。

　１１　一 固体成分はその結合重量％で表示し、水１ｊ！に対し混
合物４．５　ｇの濃度で用いる。過酸化水素（表中ｒＸ
Ｊとして表示しである）を用いる場合、過酸化水素は溶
液１１に対し化合物を０．０３５ｇ分子の！痕で用い、
（溶液の体積を基準として）標準の、３５％過酸化水素
試薬を０．３％添加して入れる。

一　　１３　− 利用した部品は、５０Ｂ４４鋼を鍛造しロックウェルＣ
カタサ５０〜５３に熱処理し、しかる後塩浴中テテンパ
ー引き抜ぎ（ｔｅｍｐｅｒ　ｄｒａｗｎ）　Ｌ／てロッ
クウェル０４１〜４３としたレンチから切り取ったボッ
クスエンドである。この部品１０個を振動式仕上げ装置
に十分なけの焼成した磁器材（１−３／８インチ×１／
２インチ厚さの三角形で３２５グリツドの酸化アルミニ
ウムを２８％含有する）とともに装入して実質的にその
１４０１容器を満たし、該装置を振巾を４ｍにセットし
て作動させる。新しい溶液を容器中に計量しながら連続
的に毎時的２３ｊ！の速さで供給しかつ排出し、運転中
に温度は常温から約３５℃へ上昇する。重量減少（ｒＷ
ｔＪは出発重量に対する百分率として表示しである）お
よび表面清浄化は、時間（経過時間で表示）の関数とし
て下記の第２表に報告する。表面仕上げはｒＰ−５Ｊホ
メルテスタ（Ｐ−５Ｈｏｍｍｅｌ　Ｔｅ５ｔｅｒにより
測定した値の算術平均値（ＡＡ）の両極値により表示し
である。

上表のとおり、１時間のみの運転の後でさえ、シュウ酸
塩／硝酸塩／過酸の組合せ（Ｎｏ、　６およびＮｏ、７
）を含有する溶液により、重は減少（これは効率を意味
し、非接触面の溶解によるものでなければ望ましい）の
点において、および表面の滑らかさにおいて、劇的な結
果が得られる。２時量、３時間の間に、特にリン酸塩を
含まない溶液（Ｎｏ、６）で更に劇的な改良を達成し、
運転の最後には究極の清浄化となる。

Ｎｏ、　６と同じ成分を含有し過酸化物の量を３５％試
薬の体積で０．５％および１．０％（リットル当りそれ
ぞれ過酸基０．０５８ｇ分子および０．１１６ｇ分子）
に増加した溶液を用いた類似のテストでは劣った結果を
得る。低濃度では、表面の点食は実質的にあるものであ
り、商業的に許容できると考えられるだろう量より過剰
である。

高濃度レベルでは、部品の非接触領域の金属の過剰な溶
解が起こり、実際問題として問題である。

たとえば、約６ｃｍ２の表面積を握り面に有するオープ
ンエンドレンチでは、片面で約０．０１３ｍｍ＝　１６
− の寸法減少（すなわち、開口寸法の増加）が起こる。

実施例２ 第１表に示す溶液Ｎｏ、　ｌ　、Ｎｏ、　５およびＮ０
１６を用いて、約５ｒ、ｍ×１０ｃｍの寸法を有し鏡面
の輝きの面を有する硬化した鋼（ＲＢ−５０）のパネル
を振動仕上げする運転を平行して行う。このようなパネ
ル４枚を約２８１の容量を有する容器に同時に装入し、
該容器を角度をつけて切断した（　ａｎｇｌｅ−ｃｕｔ
　）シリンダ状の形状で、３２５グリツドの酸化アルミ
ニウムを約２０％含有するセラミック材で実質的に満す
。約３５℃に加熱した約０．５１の溶液を用いて、装置
を振幅３　ｍｒｔｔにセットして運転する。各場合とも
、該溶液は約ｐＨ１，５〜１．６である。

被膜形成が最初に観察される時点、および被膜が表面に
連続的に現われる時点を記録する。１時間後、生成した
被膜の重量およびパネル単位の全重量減少（３個の平均
）を測定し、パネルの表面状態を観察する。結果を下記
第３表に示す。時間は分、重量減少はダラムおよび被膜
重量はＩｎＬｉ／ＴｒＬ２で表示しである。いずれの例
においても表面を非常に軽くエツチングする。

第３表 第１被膜　　２５　　３　　　　１ 連続被膜　　４５　　６　　　　４ 被膜重量　０．０６５　０．０８　　０．１７重量減少
　５４０　　　１．０８０　１，４００予期されるだろ
うように、初期の被膜形成、厚い沈着物の生成および大
きな重量減少はすべて表面清浄化作用の効率が高いこと
を意味する。その結果、前述のデータは、非接触面の低
いエツチングと腐食とが見られることともに、本発明の
組成物および製造工程により達成される驚異的な結果を
示している。

シュウ酸、硝酸ナトリウムおよび過酸化水素は一般的に
好ましい成分であろうが、実際問題として、機能的に同
等の化合物で代替することはもちろん可能である。実際
に、いくつかの例では代替の利用が望ましいこともある
。

更に詳しくいえば、シュウ酸ナトリウム、あるいはシュ
ウ酸基を提供する異なる水溶性化合物によりシュウ酸を
代替できる。硝酸カリウムはもちろん硝酸すｌ−リウム
を代替でき、そして基のその他の代替給源が当業者には
容易に思いうかぶだろう。経済および実際上の問題とし
て、過酸基は普通は過酸化水素でまかなわれるだろう。

しかし、−パックの製品が望ましい場合、過酸化物の給
源は水溶性の過ホウ酸塩化合物、過炭酸塩化合物あるい
は過硫酸塩化合物（たとえば、ナトリウム誘導体）でよ
い。このような固体過酸化合物の吸湿性の観点からは、
固化防止剤あるいは乾燥剤を混入することが有効である
こともある。

成分の量に関しては、リットル当り０．１２５〜０．６
５ｇ分子のシュウ酸基を用いることにより、所定の好ま
しい範囲内の濃度を用いることが多くの場合最良の結果
をもたらすであろうけれども、過度に金属を腐食するこ
となく良好な処理速−１９一 度を得ることが、一般的にわかるだろう。硝酸基を供給
するために用いる化合物かは最少規定聞くすなわち、０
．００４ｇ分子／ｌ）が存在していることのみが必要で
あり、広い範囲内で変化してよい。硝酸基は金属表面が
酸化する速さおよび生成する転化被膜の重量に対し寄与
すると考えられる。記載のごとく、普通の場合には０．
０５〜０．１１ｇ分子／ｌの範囲の量で最良の結果が得
られるのであるが、基は約０．２ｇ分子／ｌの濃度であ
ってもよい。

過酸化合物を過Ｆｉ！ｉ基が規定の０．００１〜０．０
５ｇ分子／ｌの濃度となる量添加することが極めて重要
である。下限は規定の他の成分との組合せで適切に効果
的であるとわかった間を単に現わす。しかし、上限をま
もることは本発明により達成する予期しない結果を得る
には不可欠である。このような量の過酸化物が処理する
部品の非接触面の著しい点食あるいは過剰な腐食を起こ
ずことなく、反応速さおよび転化被膜重量を実質的に増
加することができる。

上記のごとく、１重量％の３５％過酸化水素（約０．１
ｇ分子／ｌを越える過Ｍ基濃度となる）は反応速さを比
例して増加するが、しかしまた、金属を過剰に溶解しそ
して工程の制御を困難とする。過酸基濃度を過酸化物試
薬使用量を０．５％として減少することにより部品の非
接触領域からの金属の溶解が著しく和らげられ、そして
酸化物被膜が生成する速さは約１０％のみ低下する。し
かし、表面の点食は商品としての観点からみて耐えられ
ない程度に起こる。

ここに規定した過酸基濃度範囲で操業することにより過
剰な溶解および表面の点食の問題を実質的に防ぐ。いく
分かの反応速痕をさらに犠牲にしてそうするのであるが
（すなわち、過酸基約０．０６モル淵麿の溶液を用いて
達成される速さより約１０％該速度が低下することがあ
る）、該速さは同一処方から過酸化物を外した処方を用
いて達成できる速さよりなおも実質的に速い。更に詳し
くいうと、過酸および硝ｍ塩化合物を規定量加えること
により、シュウ酸のみを用いて達成する場合と比較し、
表面の清浄化速さを約２０〜４０％増加する。

当業者ならば予想するであろうように、本方法の実施に
は事実上如何なる型式のマス仕上げ装置をも利用できる
。最も一般的には、振動式装置を用いるであろうが、開
型磨きバレル装置（ｏｐｅｎｔｕｍｂｌｉｎｇ　ｂａｒ
ｒｅｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　）　、ガス抜き付閉型磨
きバレル装置（ｖｅｎｔｅｄ　ｃｌｏｓｅｄ　ｔｕｍｂ
ｌｉｎｇｂａｒｒｅｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　）および
遠心式仕上げ装置を希望する場合は利用できる。装置は
普通の方法で運転し、研磨手段あるいはその他の物理的
手段を、金属部品の性質あるいは希望する結果によって
は、加えてもよいし、また加えなくてもよい。ここに用
いている「要素の集合体」なる用語は処理しようとづ−
る金属表面のある対象物および採用した物理的マス仕上
げ手段をも含むと理解されるべきである。周知のように
、典型的な手段として石英、花こう岩、天然および合成
アルミニウム酸化物、炭化ケイ素および酸化鉄があり、
それらは磁器、プラスチックあるいは同様のものなどの
マトリツクス内に含まれていることのあるものである。

本発明の普通の実施においては、金属鋳造品あるいは鍛
造品ははじめに研磨あるいはベルト研磨により１５０グ
リツドに仕上げるがごとき粗仕上げ作業にｔｆｉ　Ｉプ
るだろうし、そして鉄金属部品は普通はスケール除去し
すすぎ洗い後に本発明の方法による処理をするだろう。

かくして、本発明は新規な溶液および該溶液を作成する
ための新規な組成物を提供するものであり、該溶液は化
学的／機械的仕上げ技術を用いて金属表面を高度に効果
的に清浄化するものであることがわかる。該溶液および
組成物は非接触面の点食および実質的な寸法減少を防ぎ
つつ、表面の清浄化を増加した速さで行う。かくして生
成した被膜は連続的にかつ高速で再形成され、厚さが増
加して、マス仕上げ装置を高速で利用することができ、
そして生産速度を最大とすることができるようになる。

本発明はかかる溶液を用いて金属表面を清浄化するため
の新規な方法をも提供し、該方法は希望する改良された
表面および寸法制御を−２３＝ 高生産速さでかつ大気条件下で達成する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）水、水溶性シュウ酸塩化合物、水溶性硝酸塩化合
   物、および水溶性過酸化合物から成り、該シュウ酸塩化
   合物をシュウ酸基が約０．１２５〜０．６５ｇ分子／ｌ
   となるのに充分な量、該硝酸塩化合物を硝酸基が少くと
   も約０．００４ｇ分子／ｌとなるのに充分な量、および
   該過酸化合物を過酸基が０．００１〜０．０５ｇ分子／
   ｌとなるのに充分な量含有する、金属表面の清浄に用い
   る水溶液。 （２）該硝酸塩化合物が硝酸基を約０．２ｇ分子／ｌ以
   下とする、特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。 （３）該シュウ酸塩化合物がシュウ酸基を約０．２５〜
   ０．４５ｇ分子／ｌとし、該硝酸塩化合物が硝酸基を約
   ０．０５〜０．１１ｇ分子／ｌとし、そして該過酸化合
   物が過酸基を約０．０１〜０．０３ｇ分子／ｌとする、
   特許請求の範囲第（１）項に記載の溶液。 （４）シュウ酸基を約０．４ｇ分子／ｌ、硝酸基を約０
   ．１ｇ分子／ｌ、および過酸基を０．０２ｇ分子／ｌ含
   有する、特許請求の範囲第（１）項に記載の溶液。 （５）有効な量の湿潤剤を更に含む、特許請求の範囲第
   （１）項に記載の溶液。 （６）該シユウ酸塩化合物がシユウ酸、該硝酸塩化合物
   が硝酸ナトリウム、および該過酸化合物が過酸化水素で
   あり、約ｐ＾Ｈ１．５〜３．０である、特許請求の範囲
   第（１）項に記載の溶液。 （７）水溶性シユウ酸塩化合物、水溶性硝酸塩化合物、
   および水溶性過酸化合物から成る、水に添加して金属表
   面清浄用の水溶液を作る組成物であつて、１リットルの
   水に希釈したときシユウ酸基が約０．１２５〜０．６５
   ｇ分子、硝酸基が少くとも約０．００４ｇ分子、および
   過酸基が０．００１〜０．０５ｇ分子となるのに充分な
   量の該化合物を含む、該組成物。 （８）該化合物が周囲の条件下で固体であり実質的に乾
   燥粉末形態である、特許請求の範囲第（７）項に記載の
   組成物。 （９）該シユウ酸塩化合物がシユウ酸であり、該硝酸塩
   化合物が硝酸ナトリウムであり、そして該過酸化合物が
   過ホウ酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過硫酸ナトリ
   ウム、過硫酸アンモニウム、過ホウ酸カリウム、および
   過硫酸カリウムから成る群から選択したものである、特
   許請求の範囲第（８）項に記載の組成物。 （１０）対象物の金属表面を清浄化する方法において、 （ａ）水、水溶性シユウ酸塩化合物、水溶性硝酸塩化合
   物、および水溶性過酸化合物を含む、該シユウ酸塩化合
   物をシユウ酸基が約０．１２５〜０．６５ｇ分子／ｌと
   なるのに充分な量、該硝酸塩化合物を硝酸基が少くとも
   約０．００４ｇ分子／ｌとなるのに充分な量、および該
   過酸化合物を過酸基が０．００１〜０．０５ｇ分子／ｌ
   となるのに充分な量含有する、水溶液を作成し、 （ｂ）マス仕上げ装置に金属表面を有するある量の対象
   物から成る要素の集合体を導入し、 （ｃ）該要素の集合体を該溶液で濡らし、 （ｄ）該表面を該溶液で濡れた状態を維持しつつ、該要
   素の集合体を迅速に攪拌し、該攪拌により該要素間に相
   対的運動および接触を起こさせ、そして （ｅ）該撹拌工程を十分な時間継続して該表面の凹凸を
   著しく減少させる。 工程から成る方法。 （１１）該溶液がシユウ酸基を約０．２５〜０．４５ｇ
   分子／ｌ含有し、該硝酸塩化合物が０．０５〜０．１１
   ｇ分子／ｌの硝酸基を誘導し、該過酸化合物が過酸基を
   約０．０１〜０．０３ｇ分子／ｌとする、特許請求の範
   囲第（１０）項に記載の方法。 （１２）該要素の集合体がある量のマス仕上げ手段を含
   む、特許請求の範囲第（１０）項に記載の方法。 （１３）該金属表面が導入時点で算術平均粗さが約３０
   以上の仕上げであり、粗さの著しい減少により算術平均
   粗さ値が約６となる、特許請求の範囲第（１０）項に記
   載の方法。（１４）該撹拌工程の時間が約４時間以下で
   ある、特許請求の範囲第（１３）項に記載の方法。 （１５）該攪拌工程により連続的に該溶液に酸素を発生
   する、特許請求の範囲第（１４）項に記載の方法。 （１６）該溶液を該マス仕上げ装置の容器の容積の約１
   ５〜２５％に等しい量供給する、特許請求の範囲第（１
   ５）項に記載の方法。 （１７）該対象物表面の金属を鉄およびその合金から成
   る群から選択する、特許請求の範囲第（１０）項に記載
   の方法。