JPH0357192B2 - - Google Patents

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JPH0357192B2
JPH0357192B2 JP59105797A JP10579784A JPH0357192B2 JP H0357192 B2 JPH0357192 B2 JP H0357192B2 JP 59105797 A JP59105797 A JP 59105797A JP 10579784 A JP10579784 A JP 10579784A JP H0357192 B2 JPH0357192 B2 JP H0357192B2
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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
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/07Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
    • C23C22/08Orthophosphates
    • C23C22/12Orthophosphates containing zinc cations
    • C23C22/13Orthophosphates containing zinc cations containing also nitrate or nitrite anions

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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、常温の化成液でも鉄系材料表面にリ
ン酸亜鉛系皮膜化成が出来る鉄系材料のリン酸亜
鉛系皮膜化成法に関するものである。 [従来技術] 従来より、亜硝酸イオンを含有させた酸性のリ
ン酸亜鉛系皮膜化成液にて鉄系材料を処理して結
晶性リン酸亜鉛系皮膜を化成させ、鉄系材料表面
の耐食性及び塗料付着性の向上に重要な工業的役
割を果していることは良く知られている。 このリン酸亜鉛系皮膜化成液は、加温すること
により、主成分の第1リン酸亜鉛が、 Zn(H2PO42 ZnHPO4+H3PO4 …(1) 3ZnHPO4 Zn3(PO42+H3PO4 …(2) の解離をおこし、ある点で平衡に達する。この状
態の液に鉄系材料を浸漬すると、 2H3PO4+Fe→ Fe(H2PO42+H2 …(3) の反応により鉄が液中に溶解し鉄系材料表面と液
との界面における液のPHが高まる(遊離リン酸度
が下がる)ので、前記、(1)、(2)式の解離が左から
右へ進み不溶解性の第2又は第3リン酸亜鉛が生
成した瞬間に鉄系材料表面に結晶として析出し、
リン酸亜鉛系皮膜になるとされている。 このように、鉄系材料表面にリン酸亜鉛系皮膜
を化成させるには化成液の加温が必要であり、通
常塗装下地用の場合は40〜85℃に加温して行われ
て来た。しかし最近省エネルギー化が要求される
ようになり、化成液を加温せずに皮膜化成が可能
なリン酸亜鉛系皮膜化成法が研究され始めたが、
これに応えるだけのものは未だ出現していない。 [発明の目的] 本発明は、常温(35℃以下)のリン酸亜鉛系皮
膜化成液でも鉄系材料表面に各種の処理方式によ
つて良好なるリン酸亜鉛系皮膜を化成させること
が出来るリン酸亜鉛系皮膜化成法を提供すること
を目的としている。 [発明の構成] 前記目的を達成させる為になされた本発明は、
亜硝酸イオン存在下で化成促進剤として3価鉄イ
オンを10ppm以上含有させ、更に特定のPHに維持
することを必須条件とした常温のリン酸亜鉛系皮
膜化成液により鉄系材料を処理してその表面にリ
ン酸亜鉛系皮膜を化成させることを特徴とする鉄
系材料のリン酸亜鉛皮膜化成法であつて、前記3
価鉄イオンを特定量含有させ、更に化成液の亜鉛
イオン濃度に応じてPHを変化させることによつて
化成液を加温しなくても鉄系材料表面に良好なリ
ン酸亜鉛系皮膜を形成できるのである。 亜硝酸イオンの存在の確認は、リン酸亜鉛系皮
膜化成液にスルフアミン酸ソーダを添加すると
N2ガスが発生することにより出来る。 又、3価鉄イオン濃度の測定法は、1例とし
て、化成液を適当量採取する→1%オキシン酢酸
溶液を加える→2N酢酸アンモンを加えPH2.8〜3.2
にする→クロロホルムを加え振とうする→分離し
ているクロロホルム層を無水硫酸ナトリウムが置
かれているろ紙でろ過し脱水する→吸光度測定法
により3価鉄イオン濃度を定量する」の方法によ
り行うことが出来る。 リン酸亜鉛系皮膜化成液に含有させる3価鉄イ
オンの量は、9ppm以下では本発明の目的を達成
させるにはやや不充分であり、10ppm以上好まし
くは40ppm以上飽和状態まで含有させると良好な
皮膜が形成できる。 リン酸亜鉛系皮膜化成液に3価鉄イオンを含有
させるには、スチールウールや他の鉄系材料をリ
ン酸亜鉛系皮膜化成液に浸漬して3価鉄イオンを
生成させるか、又は易溶性の3価鉄塩、例えば
Fe(NO33・9H2O、FeCl3・6H2O、Fe2(SO43
xH2O等をリン酸亜鉛系皮膜化成液に添加して3
価鉄イオンを生成させても良い。更に、常温のリ
ン酸亜鉛系皮膜化成液で鉄系材料を処理する工程
によつて溶出してくる鉄イオンも3価鉄イオンと
して使用される。要するに、鉄系材料を処理する
に当つて、リン酸亜鉛系皮膜化成液中に3価鉄イ
オンが含まれていることが重要なのである。 リン酸亜鉛系皮膜化成液のPHは、その化成液中
の亜鉛イオン濃度に依存し、 15−x/3≧y>11−x/3 の範囲にあるのが良い。 ここに、yはリン酸亜鉛系皮膜化成液のPH値を
現わし、xはリン酸亜鉛系皮膜化成液中の亜鉛イ
オン濃度(g/)の値を現わす。 yが15−x/3の値よりも大きい場合は化成液
中の亜鉛イオン濃度を維持するのが難かしく、11
−x/3の値よりも小さい場合は皮膜化成不良を
おこし易い。 第1表は、3価鉄イオンを50ppm含有させたリ
ン酸亜鉛系皮膜化成液中の亜鉛イオン濃度とPHを
変化させて常温浸漬法により実験を行つた結果の
1例である。
【表】 × 皮膜化成不良
△ 化成液中に沈澱が生成
第1図A,B,C,Dは、夫々3価鉄イオンを
50ppm含有させたリン酸亜鉛系皮膜化成液の全酸
度(サンプル10ml、、滴定液N/10NaOH、指示
薬フエノールフタレイン)をA図が4ポイント、
B図が5ポイント、C図が25ポイント、D図が30
ポイントに夫々変化させた場合の皮膜の結晶構造
を示す顕微鏡写真である。これから分るように、
全酸度が4ポイント(A図)では粗い結晶が析出
しているが、5〜30ポイント(B〜D図)ではち
密な結晶が析出していることが認められ、本発明
においては、全酸度が5ポイト以上ならば良好な
るリン酸亜鉛系皮膜が化成されることが分る。従
つて、本発明の化成液の全酸度は5〜30ポイント
の範囲で化成処理上使用可能であるが好ましくは
7〜20ポイントで30ポイントを超えると液の消費
量が多くなつて経済的な面で好ましくないばかり
でなく、次段の水洗工程における水洗水の汚染が
著しく、供給水量が多くなつて排水処理が厄介に
なる。 第2図は、リン酸亜鉛系皮膜化成液中の3価鉄
イオンの安定量と温度との関係を表わしたグラフ
である。このグラフから明らかなように、従来の
加湿タイプリン酸亜鉛系皮膜化成液では、10ppm
以上の3価鉄イオンを液中に維持することが不可
能である。例えば、特開昭55−31144号公報にお
いて鉄を10〜200mg/(ppm)含有させること
が行われているが、上記理由から鉄水酸化物を間
欠的にまたは連続的に加えることが行われてい
る。又この公報では、前記(1)〜(2)式の反応が進行
して第3リン酸亜鉛が浴中に再沈澱するので、こ
れを防止するために鉄水酸化物を加えているので
あるが、これは浴の加熱により起るものであり、
本願の場合は常温タイプなのでこの様な再沈澱現
象はほとんど起らない。よつて第3リン酸亜鉛の
再沈澱防止に、3価鉄イオンを含有させているの
ではない。 これらの化成液を用いての処理方式は、塗装下
地として家庭電器製品、農機具、スチール家具な
どを対象とすれば、スプレー方式が多いが、自動
車ボデーを対象とすれば、デイツプ方式、デイツ
プ、スプレー方式、スプレー、デイツプ方式、ハ
ーフデイツプ方式及び間欠スプレー方式などがあ
る。また自動車部品、自転車部品など冷間鍛造を
はじめとした塑性加工用皮膜剤への適用であれ
ば、デイツプ方式が主流である。本発明によるり
ん酸塩皮膜の化成方法はこれらの処理方法のいず
れにも適用することが出来る。また、これ以外に
線材のインライン方式やメツキ鋼板のセル方式に
よる表面化成処理に適用してもこれを阻むもので
はない。 実施例 1 冷延鋼板をアルカリ脱脂し、水洗し、表面調整
(パーコレンZ処理……日本パーカライジング株
式会社製)後、下記組成のリン酸亜鉛系皮膜化成
液 Zn 3.0g/ PO4 7.7g/ NO3 1.9g/ Ni 0.1g/ NO2(NaNO2を添加) 0.1g/ 全酸度 12ポイント PH 3.3 に3価鉄イオン〔Fe(NO33・9H2O〕を10ppm
添加して2分間スプレーし、水洗、乾燥後、外観
判定し、次いでエポキシ系溶剤塗料EP−1000(関
西ペイント社製)を15〜20μm塗装し、150℃、5
分間焼付乾燥し、塗面にカツターナイフでスクラ
ツチを入れ、JIS−Z−2371による塩水噴霧試験
を500時間行い、セロテープで塗面を圧着剥離し、
スクラツチ部からの塗膜剥離巾を測定した結果を
第2表に示す。 実施例 2 前記実施例1と同様の冷延鋼板を同様の前処理
をして同一のリン酸亜鉛系皮膜化成液で処理し、
3価鉄イオンが50ppm添加された場合の例であ
る。そして前記実施例1と同一の条件で冷延鋼板
を処理し、同一の試験を行つた結果を第2表に示
す。
【表】 尚本発明で使用される一般的なリン酸亜鉛系皮
膜化成液には、クエン酸等の有機キレート剤、塩
素酸塩、過酸化水素等の酸素酸塩、ニツケル、マ
ンガン、コバルト等の金属塩が含有されているも
のも含む。 実施例 3 前記実施例2と同様に冷延鋼板を同様の前処理
をして同一のりん酸亜鉛系皮膜化成液で各種の処
理方式で処理し第3表はいずれの方法でも化成処
理が可能であることを示したものである。
〔作用〕
本発明に於いて、リン酸亜鉛系皮膜化成液中の
3価鉄イオンは、化成液の主成分である亜鉛イオ
ンの如く皮膜成分として寄与するのではなく、化
成促進剤として寄与するが、リン酸亜鉛系皮膜化
成液の亜鉛イオン濃度に応じて化成液のPHを適正
範囲に維持すると、常温にてこの3価鉄イオンが
皮膜化成反応に効果的に働き、従来の加温による
リン酸亜鉛系皮膜化成法と同等の化成性を発揮す
る。 [発明の効果] 以上説明したように本発明にあつては通常使用
されているリン酸亜鉛系皮膜化成液に、亜硝酸イ
オンの存在下で化成促進剤として3価鉄イオンを
10ppm以上含有させ、更に化成液の亜鉛イオン濃
度に応じて化成液を特定のPHに維持することを必
須条件とすることにより常温(35℃以下)での化
成処理が可能となり、加熱手段が不要となるので
熱量の節約と加熱のための設備が省略できるとい
う優れた効果を奏する。又、化成液における温度
の管理も不要となるばかりでなく、加熱がないこ
とから被処理製品の乾きによる黄錆発生等の不都
合も解消できるという優れた効果も奏する。更
に、加熱による化成液中の亜硝酸イオンの分解も
防止でき、化成液の成分管理及び消費面から見て
も、経済的に優れたものとなる。 また処理方式を各種方式に対応出来ることで設
備上加熱管が不必要となる他、タンク容量も少さ
く出来、またりん酸塩処理によつて発生するスラ
ツヂが加熱管に強固に付着し、加熱効率が悪くな
る様なメンテ上の問題が解決される。更にスプレ
ー方式ではノズル詰りの問題も併せて解消するな
ど多くのメリツトがある。
【図面の簡単な説明】
第1図A,B,C,Dは本発明の処理による皮
膜の特徴を表わすため、250倍に拡大したリン酸
亜鉛系皮膜の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、
A図は全酸度が4ポイントの結晶構造、B図は全
酸度が5ポイントの結晶構造、C図は全酸度が25
ポイントの結晶構造、D図は全酸度が30ポイント
の結晶構造を夫々示す図、第2図はリン酸亜鉛系
皮膜化成液中の3価鉄イオンの安定量と温度との
関係を表わしたグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 亜硝酸イオン存在下で化成促進剤として3価
    鉄イオンを10ppm以上含有し、且つPHを下記式の
    範囲に維持することを必須条件として常温のリン
    酸亜鉛系皮膜化成液により鉄系材料を処理してそ
    の表面にリン酸亜鉛系皮膜を化成させることを特
    徴とする鉄系材料のリン酸亜鉛系皮膜化成法。 15−x/3≧y>11−x/3 y:リン酸亜鉛系皮膜化成液のPH値 x:リン酸亜鉛系皮膜化成液中の亜鉛イオン 濃度(g/)の値。 2 前記1項の皮膜化成液において、その処理方
    式がスプレー方式、デイツプ方式、スプレー、デ
    イツプ方式、ハーフデイツプ方式、デイツプ・ス
    プレー方式及び間欠スプレー方式のいずれかの方
    法によつて処理することを特徴とするリン酸亜鉛
    系皮膜化成法。
JP10579784A 1984-05-25 1984-05-25 鉄系材料のリン酸亜鉛系皮膜化成法 Granted JPS60251279A (ja)

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