JPH0672316B2 - 金属のクロメ−ト処理法 - Google Patents

金属のクロメ−ト処理法

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JPH0672316B2
JPH0672316B2 JP19042886A JP19042886A JPH0672316B2 JP H0672316 B2 JPH0672316 B2 JP H0672316B2 JP 19042886 A JP19042886 A JP 19042886A JP 19042886 A JP19042886 A JP 19042886A JP H0672316 B2 JPH0672316 B2 JP H0672316B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属の表面処理法に関するものであり、特に金
属の耐食性及び塗料密着性に優れた皮膜をうるクロメー
ト処理法である。
ここでいう金属とは鉄、亜鉛、スズ、アルミニウム、ク
ロム、ニッケル、銅およびこれらの合金、あるいはこれ
らに各種のめっきを施こしたものを対象とするが、特に
みがき鋼板あるいは各種めっき鋼板(合金めっき鋼板を
含む)に適用した場合、きわめて短時間の処理で優れた
耐蝕性及び塗料密着性を与えることが出来るものであ
る。
〔従来の技術〕
現在、鋼板の最外層にクロメート皮膜をもつ、いわゆる
テイン・フリー・スチールが広く市販され、一般に表面
色調が美しく、また、塗装下地鋼板として優れた特性を
有しているため、缶用その他の用途に広く使用されてい
る。
一方、亜鉛めっき鋼板やZn−Ni系、Zn−Fe系、Zn−Ni−
Co系、Zn−Mn系、Zn−Co系等をはじめとする各種合金め
っき鋼板が製造され、家電、自動車用鋼板、建材などに
多量に使用されている。特に家電や建材については、多
くの場合クロメート処理されて使用されている。
これらZn系めっき鋼板のクロメート処理も、すでに公知
のものが多く、種々のクロメート処理法が開発され、プ
ロパー化されている。
例えばクロム酸を主成分とし、他に硫酸(特公昭39−74
61号公報)、リン酸(特公昭30−3514号、特公昭35−89
17号公報、特公昭36−9559号公報、特公昭36−9560号公
報)、ホウ酸(米国特許第2733199号、第2780592号)、
ハロゲン(Cl-、F-)(特公昭39−14363号公報)等の各
種陰イオンを添加した浴を用いて、鋼板を陰極電解処理
することが行なわれてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、一般にテイン・フリー・スチールは、耐錆性
に関しては未だしの感があり、また、低温焼付型塗料
(たとえばメラミン系塗料)に対する密着性も不十分で
ある。
更に、製造工程においても脱脂、酸洗などの一連の前処
理を行ない、その後所定の表面処理を施こすので、多く
の工程が必要となり設備費が大きくなって、製造コスト
もみがき板に比べかなり高くなる欠点がある。
一方、亜鉛めっき鋼板(合金めっき鋼板を含む)は、耐
食性と塗料密着性を同時にあわせもつクロメート処理
は、きわめてまれであり皆無といっても過言ではない。
その多くは、耐食性に優れたものは塗料密着性に劣り、
逆に塗料密着性に優れたものは耐食性に劣る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記従来の技術の欠点を解決する金属の耐食
性及び塗料密着性に優れた皮膜を有するクロメート処理
法を提供することを目的とするものである。
すなわち本発明は、クロム酸浴にカチオンとしてCu、Z
n、Ni、Cd、Pb、Mn、Fe、Coのイオンを、1種あるいは
2種以上とF-、Cl-、SO4 --,PO4 ---のイオンを1種ある
いは2種以上含有せしめ、かつ、SiO2、Cr2O3、Fe2O3
Fe3O4、MgO、ZnO2、Al2O3、TiO2、SnO2のコロイド(ゾ
ル)を1種あるいは2種以上含有せしめ、しかも無水ク
ロム酸とカチオンとアニオン及びコロイドの四者が、特
定の割合になるように調整した処理液中で、金属を陰極
として電解処理することにより、金属上に極く短時間の
うちに皮膜をつくり、耐食性および塗料密着性をいちじ
るしく向上させることにより、商品価値を著しく高める
ものである。
先ず耐食性、塗装性に関しては、前述した従来公知の特
公昭39−7461号、特公昭30−3514号、特公昭35−8917
号、特公昭36−9559号、特公昭36−9560号、特公昭39−
14363号クロメート処理法によれば、処理時間を長くす
る等して耐食性の良い皮膜を作ると、塗装性は悪くな
り、塗装性を良くすれば、反対に耐食性が悪くなる欠点
がある。これに対して、本発明の方法によるクロメート
皮膜は、前述したように優れた耐食性と、優れた塗装性
を同時に満足することが出来るものである。
この優れた特性は、無水クロム酸浴に上記カチオンのみ
を含有せしめた場合、あるいは上記アニオンのみを含有
せしめた場合、あるいはコロイドのみを含有せしめた場
合には得られないもので、四者の相乗効果によるもので
ある。
この際の無水クロム酸、カチオン、アニオン、コロイ
ド、の間には、次の関係がなければならないことを見い
出した。
無水クロム酸又はクロム酸塩若しくは重ク ロム酸塩を無水クロム酸に換算した濃度:0.05モル/l〜
5モル/l かつ、 かつ、 かつ、 上記の条件を同時に満足する処理浴中で、金属を陰極で
電解処理した場合、生成される皮膜は耐食性、塗装密着
性がいちじるしく向上することを確認した。
第1図、第2図、第3図は上記(1)、(2)、(3)
をかえた場合、第4図、第5図は上記(1)、(2)、
(3)を固定し、無水クロム酸の濃度をかえた場合の本
発明の処理による鋼板の耐食性、塗料密着性の影響を調
べたものである。
すなわち、第1図の曲線(a)は無水クロム酸50g/l
に、炭酸コバルトを0.44〜44g/l含有せしめ とし、さらに塩素イオンを0.018〜1.8g/l含有せしめ とし、さらにコロイダルシリカSiO2を種々加え をかえた場合の耐食性の変化を示したものである。
曲線(b)は無水クロム酸50g/lに、炭酸コバルトを0.4
4〜44g/l含有せしめ、 とし、さらに塩素イオンを0〜0.018g/l含有せしめ とし、さらにコロイダルシリカ(SiO2)を種々加え、 をかえた場合の耐食性の変化を示したものである。
更に曲線(c)は、無水クロム酸50g/lに、炭酸コバル
トを0.44〜44g/l含有せしめ、 とし、さらに塩素イオンを1.8g/l以上含有せしめ を0.1超とし、さらにコロイダルシリカを種々加え をかえた場合の耐食性の変化を示したものである。
次に第2図の曲線(a)、(b)、(c)は無水クロム
酸50g/lに、炭酸コバルトを0〜0.44g/l含有せしめ とし、第1図と同じように の値を0.001〜0.1、0〜0.001及び0.1超にそれぞれし、
各値に対し をかえた場合の耐食性の変化を示したものである。
次に第3図の曲線(a)、(b)、(c)は、無水クロ
ム酸50g/lに、炭酸コバルトを44g/l以上含有せしめ とし、第1図と同じように 及び0.1超にそれぞれし、各値に対し をかえた場合の耐食性の変化を示したものである。
しかして第1図、第2図、第3図から明らかなように、
耐食性については を特定の割合にしたとき、初めて優れた特性を示し、こ
の特性は無水クロム酸浴に、Co++イオンのみを、あるい
は塩素イオンのみを、あるいはコロイダルシリカ(Si
O2)のみを加えた場合よりもはるかに優れたもので、こ
れはアニオン(塩素イオン)とカチオン(Co++イオン)
及びコロイダルシリカ(SiO2)の相乗効果によるもので
ある。
次に第4図に を第1図、第2図、第3図と同様に、種々かえた場合の
塗料密着性の変化を示したものである。
第4図、第5図、第6図の曲線(a)′、(b)′
(c)′は第1図、第2図、第3図(a)、(b)、
(c)と同条件である。
第4図、第5図、第6図から明らかなように、塗料密着
性については でかつ のとき優れた特性を示す。
次に、第7図、第8図に溶解している無水クロム酸のモ
ル数を種々かえ、それに応じて になるようにCo++イオン、塩素イオン、コロイダルシリ
カを含有せしめた場合の耐食性及び塗料密着性を示す。
第7図、第8図から明らかなように、無水クロム酸の濃
度は0.05モル/l〜5モル/lが適当である。
なお、第1図、第2図、第3図、第4図、第5図、第6
図は金属イオンとしてCo++イオンを、アニオンとしてCl
-イオンを、コロイド(ゾル)としてコロイダルシリカ
(SiO2)を含有せしめた場合について示したが、コロイ
ダルシリカを含めて、他のコロイドを含有せしめた場合
に、最高の耐食性、塗料密着性が得られる がどのようなものであるか を0.001〜1として調べたのが、第1表及び第2表であ
る。
すなわち、第1表及び第2表は無水クロム酸50g/lにそ
れぞれSiO2、Cr2O3、Fe2O3、Fe3O4、MgO、ZnO2、Al
2O3、TiO2、SnO2のコロイド(ゾル)を となるように含有せしめ、かつ となるように含有せしめCo++イオンの濃度をかえた処理
浴中で、電気亜鉛めっき鋼板を陰極電解処理した場合の
皮膜特性を示す。
電解条件は、電流密度20A/dm2、電解時間1秒、浴温45
℃である。
第1表はCo++イオン濃度と耐食性の関係を 第1表の耐食性は、JIS−Z−2371規格に準拠した塩水
噴霧試験により(食塩水濃度5%、槽内温度35℃、噴霧
圧力20Psi)240時間後の発錆状況を肉眼で、◎、○、
△、×の4段階で評価し、◎が最良である。
第2表の塗料はメラミン系(焼付温度120℃)、アクリ
ル系(焼付温度180℃)の焼付塗料を使用し、塗料密着
評価法はJIS−5400により描画、ゴバン目エリクセン、
衝撃、2T折曲の各試験を行ない、これらの綜合評価によ
って判定した。評価は◎、○、△、×の4段階判定で行
ない◎が最良である。
第2表はCo++イオン濃度と塗料密着性の関係 なお、塩素イオンにかえてF-イオンあるいはSO4 --イオ
ン、PO4 ---イオンを含有せしめた場合も、全く同様な結
果が得られた。
また、Co++イオンのかわりにCu++、Zn++、Ni++、Cd++
Pb++、Mn++、Fe++イオンを含有せしめた場合も、全く同
様な結果が得られた。
第1図〜第8図及び第1表、第2表から明らかなごと
く、耐食性及び塗料密着性の両者を満足する無水クロム
酸濃度は、0.05モル/l〜5モル/l、 であることが判る。
アニオンとして臭素イオン、ヨウ素イオンなどを含有せ
しめて実施したが、全く効果はなかった。
この際、無水クロム酸と無水クロム酸、クロム酸塩、重
クロム酸塩により含有せしめることができ、この場合ク
ロム酸塩、重クロム酸塩は無水クロム酸に換算して0.05
〜5モル/l含有せしめればよい。
また、カチオンは炭酸塩、酸化物、水酸化物あるいは有
機金属等の形で添加すればよい。また、アニオンも無機
酸としての他金属塩あるいは有機物等の形で添加しても
よい。
しかし、いずれの場合でも添加して解離したカチオン、
アニオンが、上記比を満足するように含有せしめなけれ
ばならない点に注意を要する。
ここで、コロイド(ゾル)を添加すると、クロメート皮
膜の性能がさらに改善されるのは次の理由による。
すなわち、本発明におけるように、重金属イオンとコロ
イドが共存すると、重金属イオンがコロイドに吸着し、
コロイドはイオン化する。従って、電解するとコロイド
もクロメート皮膜中に容易に共析し、従来公知の皮膜と
は、まったく異なるコロイドが皮膜中に存在するクロメ
ート皮膜が形成される。このようにコロイドとクロメー
トが共存した構造の皮膜の形成によって、さらに優れた
性能が得られる。
本発明の処理法における電解処理条件は、使用浴温20〜
80℃が効果的であり、電流密度は0.5〜120A/dm2、電気
量は1C/dm2以上で、処理時間は0.1秒以上でよい。電気
量が多くなるにつれ、耐食性はさらに向上するが、塗料
密着性はかわらない。
通常のめっき用原板は、冷間圧延後焼鈍及び調質圧延し
たものが用いられるが、その表面にある酸化皮膜は、め
っきの密着性を悪くするので、通常脱脂、酸洗されてめ
っきされる。しかるに本発明の処理法によれば、通常の
めっき原板に脱脂、酸洗の前処理をせずに直接適用する
ことができる。
すなわち、公知のクロメート処理では、ローモ板を使用
しても前処理が十分行なわれないと、皮膜が均一に生成
されず、また、密着性の悪いものとなるが、本発明の処
理においては耐食性、塗料密着性共に優れた皮膜が生成
される。
前処理を行なわないで、めっき原板に本発明の処理を施
こすに際しては、いきなり陰極電解処理する。同じ
処理浴で最初ディップし、その後陰極電解処理する。
同じ処理浴で最初陽極電解処理し、その後陰極電解処理
するなどの方法があるが、いずれにおいてもきわめて優
れた性能が得られる。
また、上述したように高速処理が可能なこと、前処理が
省略出来、処理装置がきわめてコンパクトですむことな
ど、多くの優れた点を有する。
また、処理する鋼板は冷延鋼板、Znめっき鋼板あるいは
Zn−Ni系、Zn−Ni−Co系、Zn−Fe系合金めっき鋼板ある
いはSnめっき鋼板など、いずれの素材においても、容易
にクロメート皮膜を形成することができる。
以下本発明の実施例を比較例と共に示す。
〈実施例1〉 冷延鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 50g/l CoCO3 5g/l HCl 0.2g/l コロイダルシリカ(SiO2) 1g/l 電解条件 電流密度 20A/dm2 電解時間 1秒 浴 温 45℃ 〈実施例2〉 冷延鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 60g/l ZnCO3 5g/l NiCO3 5g/l HF 0.4g/l コロイダルシリカ(SiO2) 1.5g/l 電解条件 電流密度 40A/dm2 電解時間 0.5秒 浴 温 45℃ 〈実施例3〉 冷延鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 80g/l NiCO3 10g/l HCl 0.2g/l Al2O3ゾル 0.7g/l 電解条件 電流密度 60A/dm2 電解時間 0.2秒 浴 温 45℃ 〈実施例4〉 Znめっき鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 40g/l CoCO3 5g/l H2SO4 0.5g/l MgOゾル 0.5g/l TiO2ゾル 0.5g/l 電解条件 電流密度 80A/dm2 電解時間 0.2秒 浴 温 50℃ 〈実施例5〉 Zn−Ni系合金めっき鋼板を次の条件で陰極電解処理し
た。
CrO3 100g/l CuCO3 10g/l H3PO4 1.0g/l Cr2O3ゾル 1.5g/l 電解条件 電流密度 100A/dm2 電解時間 0.1秒 浴 温 55℃ 〈実施例6〉 Zn−Ni−Co系合金めっき鋼板を次の条件で陰極電解処理
した。
CrO3 50g/l PbCO3 5g/l HCl 0.2g/l ZnO2ゾル 1.0g/l 電解条件 電流密度 40A/dm2 電解時間 0.4秒 浴 温 45℃ 〈実施例7〉 Zn−Fe系合金めっき鋼板を次の条件で、陰極電解処理し
た。
CrO3 50g/l FeCO3 5g/l HCl 0.2g/l Fe2O3ゾル 1g/l 電解条件 電流密度 20A/dm2 電解時間 1秒 浴 温 50℃ 〈比較例1〉 冷延鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 50g/l H2SO4 0.2g/l 電解条件 電流密度 40A/dm2 電解時間 2秒 浴 温 60℃ 〈比較例2〉 市販のテインフリースチールの無塗油のもの 〈比較例3〉 Znめっき鋼板を次の条件で陰極電解処理した。
CrO3 50g/l H2SO4 0.3g/l 電解条件 電流密度 60A/dm2 電解時間 2秒 浴 温 55℃ 〈比較例4〉 Zn−Ni系合金めっき鋼板を次の条件で陰極電解処理し
た。
CrO3 50g/l H2SO4 0.25g/l 電解条件 電流密度 50A/dm2 電解時間 2秒 浴 温 60℃ 第3表に各実施例及び比較例の塩水噴霧試験による耐食
性を示し、第4表に塗料密着性を示す。
第3表から明らかなように、冷延鋼板に本発明を実施し
た場合、耐食性はSST48hではまったく変化なく、72hで
わずかに(0.01%以下)赤錆が発生した程度であるが、
公知のクロメート浴で処理した場合〈比較例1〉あるい
は市販されているTFS〈比較例2〉では、SST6h後でかな
り赤錆が発生し(10%以上)、24hでは50%以上発生し
た。
また、電気亜鉛めっき鋼板に本発明を実施した場合、耐
食性はSST144hで白錆が0.5%ほど発生したのに対し、公
知のクロメート浴で処理した場合〈比較例3〉では、SS
T72h後で、すでに白錆が2〜3%発生した。
また、各種合金めっき鋼板に本発明を実施した場合、耐
食性はSST1000hでも発錆は皆無であるのに対し、公知の
クロメート浴で処理した場合〈比較例4〉では、SST400
h時点で、すでに白錆が50%前後発生していた。
一方塗料密着性は本発明を実施した場合、SPC、電気Zn
めっき、各種合金めっきなど素材のいかんにかかわら
ず、また、塗料のいかんにかかわらず、きわめて優れた
塗料密着性を示すが、公知のクロメート処理を実施した
場合、高温焼付型塗料の場合は、まあまあの塗料密着性
を示すが、低温焼付型塗料の場合は塗膜はほぼ全面剥離
する。
〔発明の効果〕
従来、公知のクロメート処理には、耐食性と塗料密着性
を同時に十分満足するものは存在しなかった。これに対
し無水クロム酸、特殊なアニオン、カチオン及びコロイ
ド(ゾル)を本発明の比率で混合した浴で処理すると、
上記四者の相乗効果と共析によって、きわめて優れた耐
食性と塗料密着性とが同時に得られる優れた皮膜が形成
され、本発明を適用することにより、その経済的効果は
きわめて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は無水クロム酸浴中のカチオン、アニオ
ン、コロイドの耐食性に与える影響を調査した図表、第
4図〜第6図は無水クロム酸浴中のカチオン、アニオ
ン、コロイドの塗料密着性に与える影響を調査した図
表、第7図〜第8図はカチオン、アニオン、コロイドの
共存した浴での無水クロム酸の耐食性及び塗料密着性に
与える影響を調査した図表である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無水クロム酸またはクロム酸塩もしくは重
    クロム酸塩を、無水クロム酸に換算して、0.05モル/l〜
    5モル/l含む浴に、Cu,Ni,Zn,Fe,Cd,Pb,Mn,Coのイオン
    を1種または2種以上含有せしめ、さらにCl-,F-,SO4
    --,PO4 ---イオンを1種または2種以上含有せしめ、さ
    らにSiO2,Cr2O3,Fe2O3,Fe3O4,MgO,ZnO2,Al2O3,TiO
    2,SnO2のコロイド(ゾル)の1種あるいは2種以上含
    有せしめ、かつ、 かつ、 かつ、 とした浴で、金属を陰極として電解処理することを特徴
    とする金属のクロメート処理法。
JP19042886A 1986-08-15 1986-08-15 金属のクロメ−ト処理法 Expired - Lifetime JPH0672316B2 (ja)

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