JPH0273932A - 高耐食性Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば防錆塗料として用いたときに優れた防
食能を発揮するＺｎ−Ｍｇ系合金粉末に関するものであ
る。

［従来の技術］ 産業機械、車両、建築物、化学工業施設や電力施設、そ
の他各種構造物に用いられている鉄鋼材料の腐食対策に
ついては、それらの使用環境に応じて合金組成的或は金
属組織的な腐食対策が施されているが、簡便な表面保護
対策として鉄鋼材料の表面に塗料を塗布することが行な
われている。

しかし、主に有機系樹脂よりなる塗膜層を鉄鋼材料表面
に形成して、該塗膜層で鉄ｔ１４ｔｒＡ料の表面を使用
環境から物理的に遮断するだけでは、塗膜自身が鉄鋼材
料に対する犠牲防食能を全く有しておらないので、塗膜
自体が劣化或は損傷を受た場合には、たちまちにして素
地である鉄鋼材料の腐食がおこり、赤錆の発生や塗膜の
ふくれ或は剥離が生ずる。

そのため鉄鋼材料表面にクロメート処理等の化成処理を
施したり、或は亜鉛めっきを施した上で塗装することも
行なわれているが、使用環境によっては必ずしも十分と
は言えない。

これに対し最近は塗膜成分を亜鉛粉末と有機系樹脂で構
成したジンクリッチペイントが開発されている。このジ
ンクリッチペイントは塗膜における亜鉛粉末の犠牲防食
作用によって鉄鋼材料の腐食を抑制し、また亜鉛粉末の
導電性を利用して電着塗装やスポット溶接を可能とする
など多くの特長を持った防錆塗料である。

しかしながらジンクリッチペイントを塗布した塗膜は、
前述の様に亜鉛の犠牲防食能を利用して防食性を発揮さ
せるものであるため、使用環境によっては、亜鉛の腐食
による消失速度が大きく鋼材に対する保護作用が長続き
しない。そこで塗膜中の亜鉛粉末の含有量を高めたり、
塗膜を厚くして鉄鋼材料に対する保護作用を多少でも持
続させる様にしている。しかしこれらの手段は単にコス
ト高を招く非木質的な解決手段である他、鉄鋼材料に対
する塗膜の密着性を悪化させたり、塗膜そのもののパウ
ダリング性を悪くして、加工性を損ねている。また製品
によっては塗膜厚に制限を受りる場合もあるので上記手
段は工業的に万全なものとは言えない。

この様な状況であるから、従来のジンクリッチベイン］
・の長所を保持したまま更に高い防食能を有し、且つ鋼
材に対する犠牲防食能を長期間に亘って発揮し得るジン
クリッチペイントに対するニーズが高まっており、例え
ば特開昭５９−５２６４５号、同５９−１６７２４９号
、同５９−１９８１４２号公報等には亜鉛粉末の他にＺ
ｎ−Ｍｇ合金粉末やＭｎ粉末を含有させたジンクリッチ
ペイントが提案され、また特開昭５９　１５９３３４号
公報には防錆顔料とＺｎＭｇ合金粉末を含有する塗料に
関する技術が開示されている。たしかにこれらの混合塗
料を塗布すると、Ｚｎ粉末単独のものや防錆顔料のみの
ものに比べて防食性や加工性は向上する。

しかし上記塗料を適用しても防錆性や加工性が十分であ
るとは言え−す、また上記公報中にはＺ　ｎ　−Ｍｇ合
金粉末の防食性におよぼす効果、特にＺｎ−Ｍｇ合金中
のＭｇ含有量と防食性の相関等に関しては何ら開示され
ておらす、唯一つ特開昭５９〜１９８１４２号公報中に
おいて、工業的に安価に製造できるという単なる製法上
の理由に基づいてＺ　ｎ　−Ｍ　ｇ合金中のＭｇ含有量
を規制することが述べられているのみである。

［発明が解決しようとする課題］ そこて木発明者等はＭｇの好ましい配合量について検討
してみた。

今仮にＭｇ含有量が４０％以上にも及ぶ高ＭｇのＺｎ−
Ｍｇ合金粉末を用いたとすると、Ｚｎと合金化していな
いＭｇが系中に存在することになる。このＭｇは鉄鋼材
料に対する犠牲防食能を有しているが、Ｚｎに比べて電
気化学的に卑な金属であるため純Ｚｎより腐食による消
失速度が極めて速く、Ｚｎ−Ｍｇ合金粉末全体として見
れば犠牲防食作用を示す期間は純Ｚｎ粉末を用いたもの
とさほど変らず、場合によっては純Ｚｎ粉末を用いた場
合より短くなってしまう。更にＭｇ相があるレベル以上
になると腐食環境下において、Ｍｇの溶解反応（アノー
ド反応）に対してＨ２の発生反応（カソード反応）がお
こり、このＨ２は塗膜ふくれ及び剥離の原因となる。ま
たＭｇはＺｎに比べて高価であるのでＭｇ含有量の多過
ぎるＺｎ−Ｍｇ合金粉末を用いることはコスト的にも不
利になる。

上記状況に鑑み、本発明においてはＺｎ−Ｍｇ合金粉末
の防食性に及ぼすＭｇの影響について鋭意研究し、防錆
塗料として用いたときに鉄鋼材料に対して従来よりも優
れた耐食性を付与することがてきるＺｎ−Ｍｇ合金粉末
について検討した。

［課題を解決するための手段コ 上記課題を解決することのできた本発明の高耐食性Ｚｎ
−Ｍｇ系合金粉末とはＺｎ１Ｍｇおよび不可避不純物か
らなるＺｎ−Ｍｇ系合金粉末であって、該Ｚ　ｎ　−Ｍ
　ｇ系合金が実質的にＺｎ２Ｍｇ相およびＺｎ相より構
成されていることを要旨とするものである。

「作用］ 本発明者らは純Ｚｎ粉末、純Ｍｇ粉末および種々組成の
Ｚｎ−Ｍｇ合金粉末を作成し、乾燥後の塗膜成分が純Ｚ
ｎ粉末とエポキシ系樹脂からなる様な塗料、純Ｍｇ粉末
とエポキシ樹脂からなる様な塗料およびＭｇ含有量の異
なる各ＷｉＺ　ｎ　−Ｍｇ合金粉末とエポキシ系樹脂か
らなる様な各種塗料を作成した。そしてこれらの塗料を
乾燥後の塗膜厚が５μｍ、該塗膜中のＺｎ粉末、Ｍｇ粉
末またはＺｎ−Ｍｇ合金粉末の含有量が８０重量％（以
下単に％と記ず）となるように脱脂鋼板の表面にロール
コート法により塗布した。さらにＪＩＳ　　２２３７１
に基づいて塩水噴露試験を行ない鋼板の腐食による赤錆
発生時間を調べた。その結果を第１表に示す。また前記
夫々の金属粉末についてＸ線回折分析を行ない、それぞ
れの金属粉末を構成する相構造について調べた。その結
果を第１表にイ）を記する。

弔 １表 第１表から次の様なことが明らかとなった。

■純Ｚｎ粉末および純Ｍｇ粉末を用いたものは赤錆発生
時間が短かく、犠牲防食能を維持する能力か小さい。更
に純Ｍｇ粉末を用いたものでは腐食試験開始後、間もな
く塗膜ふくれ乃至塗膜剥離が発生し、素地鋼板と塗膜が
分離された状態となった。

■Ｚｎ−Ｍ＆合金粉末を用いたものは純Ｚｎ粉末や純Ｍ
ｇ粉末を用いたものに比べて、赤錆発生時間が長くなっ
ており、中でもＺｎ２Ｍｇ相とＺｎ相より構成されてい
るＺｎ−Ｍｇ合金を用いたものは赤錆発生時間が長く最
も耐食性に優れていた。またＭｇ相を有するＺｎ−Ｍｇ
合金粉末を用いたものにおいては純Ｍｇ粉末を用いたも
のと同様に塗膜ふくれ乃至塗膜剥離を生じ、素地鋼板に
赤錆が発生した。

以上のことから、Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末においてＺｎ２
Ｍｇ相およびＺｎ相より構成されているＺｎ−Ｍｇ系合
金粉末を防錆塗料に用いると、素地鋼板に対して犠牲防
食能を長時間発揮し優れた防食塗料を提供することがわ
かる。

次いて本発明者等はＺｎ２Ｍｇ相およびＺｎ相より構成
されるＺｎ−Ｍｇ系合金粉末が最も顕著な防食能を有す
る理由について検討した。その結果却下の３点によるも
のであることが明らかとなった。

■実質的にＺｎ２Ｍｇ相とＺｎ相よりなるＺｎＭｇ系合
金粉末は他の金属相を有するＺｎ−Ｍｇ系合金粉末と同
様に素地鋼板に対して腐食環境下において犠牲防食能を
有している。その上池の金属相を有するものよりも溶解
速度が小さいため該合金粉末が消失してしまうまでの時
間が長く、結果として長時間に亘って素地鋼板を保護す
る。この様な作用はＺｎ２Ｍｇ相とＺｎ相の適度なバラ
ンス配分によって成し得るものであって、Ｚｎ含有量の
高いＺｎ１１Ｍｇ２やＭｇを含有するＺｎＭ　ｇ等の金
属間化合物相ではその作用が小さい。

■塩素イオンが存在する様な腐食環境下て純Ｚｎ粉末と
Ｚ　ｎ−Ｍ　ｇ系合金粉末を比較すると、形成される錆
（白錆）の化学構造が異なる。即ち純Ｚｎ粉末からはＺ
ｎＯで示される白錆が発生し、このＺｎＯは塗膜との密
着性も悪く、ポーラスで且つ電気伝導度が高いので、腐
食環境下では塗膜中のＺｎ粉末を保護する作用が小さい
。一方Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末からはＺ　ｎ　Ｃ１２・４
　Ｚ　ｎ（ＯＨ）２で示される白錆を形成する。この錆
は六方晶結晶体が塗膜の厚み方向に配列した緻密な錆層
を形成し、錆層の密着性もＺｎＯからなる白錆層に比較
して優れており、電気伝導性も小さい。したがって塗膜
層を保護する作用が大きくなるだけでなくＺｎ−Ｍｇ系
合金粉末の溶出速度は更に低くなる。またＺｎ−Ｍｇ系
合金粉末中のＭｇは腐食環境下でＭｇイオンとなって溶
出し、一部は錆層中にとどまり、ＺｎＣｌ２・４Ｚｎ（
ＯＨ）２がＺｎＯに進行するのを抑制する。

この様にＺｎ−Ｍｇ系合金粉末より溶出するＭｇイオン
は防食性に優れたＺ　ｎ　Ｃ１２・４Ｚｎ（ＯＨ）２を
維持するために不可欠な成分であることが分かった。尚
錆層中に存在してこの様な働きをするＭｇイオンの最適
量は定かではないが、本発明者等の検討の結果によれば
、Ｚｎ２　Ｍｇ相とＺｎ相からなるＺｎ−Ｍｇ系合金粉
末から溶出して錆層にとどまる程度のＭ　ｇイオン量が
その最適量であるということが分かった。

■純Ｍ　ｇ合金粉末あるいはＭｇ相を有するＺｎ−Ｍｇ
系合金粉末は前記した様に腐食環境下において溶出速度
が速く、またＭｇの溶解によるアノード反応に対するカ
ソード反応によってＨ２ガスを発生して塗膜ふくれ乃至
塗膜剥離を生ずる。これに対しＺｎ２Ｍｇ相とＺｎ相か
らなるＺｎ−Ｍｇ系合金粉末にはＭｇ相が含まれておら
ずこの様な現象は生じない。

以上述べた様にＺｎ−Ｍｇ系合金粉末はどの様な構成か
ら成るものでも良いというわけではなく、実質的にＺｎ
２Ｍｇ相とＺｎ相から構成されているものが最も高い耐
食性を示す。

次に木発明者らは塗膜中におけるＺｎ−Ｍｇ系合金粉末
の含有量が耐食性にどの様な影響を及ぼすかについて検
討した。その結果、塗膜中におけ１す る該粉末の含有量が増加すると素地鋼板に対する犠牲防
食能は向上するが、含有量が８０％程度でほぼ一定とな
り、９０％を超えて含有させたものについてはむしろ塗
膜密着性が低下し、加工性に悪影響を及ぼすことがわか
った。よって該Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末の塗膜中における
含有量は９０％以下にすることが望まれる。また含有量
の下限については特に限定されるものではないが、犠牲
防食能の高い６０％以上にすることが望まれる。

更にＺｎ−Ｍｇ系合金粉末の粒径について検討を行なっ
た結果、Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末の平均粒径が１５μｍを
超えて大きくなると、塗膜中に同じ重量比で含有させて
も耐食性が若干低下する傾向が認められ、また塗装後の
表面の凹凸が顕著になり、外観上好ましくない。従って
Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末の平均粒径は１５μｍ以下、好ま
しくは５μｍ以下がよい。

また防錆塗料を製造するに際して、バインダとして用い
る樹脂としては、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ア
クリル系樹脂、フェノキシ果樹脂、ポリエステル系樹脂
およびその他一般塗料のバインダーとして用いるものを
使用することができる。また塗料のタイプとしてはエマ
ルジョンタイプ、溶剤タイプのいずれでも良く、Ｍｇ−
Ｚｎ系合金粉末の防錆性を損なわない限り分散剤その他
の添加剤を加えることもできる。

上記の様にして得た防錆塗料は一般的には直接鋼板に塗
布するが、燐酸塩処理、クロメート処理等を施した鋼板
に適用すれば、より優れた耐食性を有する塗装鋼板を得
ることができる。またこの防錆塗料を塗布した各ｆｌｉ
ｔ鋼板にカチオン電着塗装または通常のスプレー塗装等
の方法で塗膜を形成してやると防食機能をさらに高める
ことができる。

［実施例］ 実施例１ 冷延鋼板０．７ｍｍｔをアルカリ脱脂して水洗乾燥し、
燐酸塩処理を施して燐酸塩皮膜を形成させた後、第２表
に示す塗膜成分からなる各種金属粉末と、汎用のエポキ
シ系樹脂よりなる様な塗料を塗布し、各塗装鋼板を７０
ｍｍＸ　１５０ｍｍに切断した。塗装を施していない裏
面および切断面はテープシールし、塩水噴露試験（５％
ＮａＣ１溶液３５℃）によって鋼板の赤錆発生時間を調
べた。

結果を第２表に示す。

第２表から明らかな様にＺ　ｎ　２　Ｍ　ｇ相およびＺ
ｎ相より構成されているＺｎ−Ｍｇ系合金粉末を用いて
塗膜を形成させた鋼板は、他の金属粉末を用いたものに
比べて、鋼板の赤錆発生時間が長いこと、および塗膜の
ふくれや剥離か無いことから、耐食性が優れていること
が分かる。

実施例２ 電気めっき法によってＺｎ系めっき（Ｚｎめっき、Ｚｎ
−１２％Ｎ１合金めっき）を施した鋼板０．７ｍｍｔに
クロメート処理を施してクロメート皮膜（クロム含有量
：　５０　ｍｇ／ｍ２）を形成させ、塗膜成分が第３表
に示す各種金属粉末とウレタン系樹脂からなる塗料を塗
布して塗膜を形成した。このようにして得た防錆塗装鋼
板を以下に示す様な塩水噴霧から湿潤までを１サイクル
として腐食試験を２００サイクル行なった。

塩水ＤＪ露（３５℃ｘ４ｈｒ）−乾燥（６０℃×２ｈｒ
）→湿潤（５０℃ｘ２ｈｒ） さらに腐食試験後の試験片をくえん酸アンモニウム溶液
で防錆した後、鋼板における侵食深さを測定した。結果
を第３表に示す。尚試験片のサイズは７０ｍｍ×１５０
ｍｍとし、非塗装面および切断面はテープシールを行な
って腐食試験を実施し、侵食深さは試験片における最も
深い穴あき部を測定した。

第３表から明らかな様に下地のＺｎ系めっきの組成によ
って絶対的侵食深さは異なるが、本発明のＺｎ２Ｍｇ相
およびＺｎ相からなるＺｎ−Ｍｇ系合金粉末を含有する
塗膜を形成させた防錆鋼板は他のものに比へて穴あき深
さが最も小さくなっていることが分かる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので本発明のＺｎ−
Ｍｇ系合金粉末を用いた防錆塗料は鉄鋼材料に対して優
れた防食能を発揮する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｚｎ、Ｍｇおよび不可避不純物からなるＺｎ−Ｍｇ系合
   金粉末であって、該Ｚｎ−Ｍｇ系合金は実質的にＺｎ＿
   ２Ｍｇ相およびＺｎ相より構成されていることを特徴と
   する高耐食性Ｚｎ−Ｍｇ系合金粉末。