JPH0788585B2 - リン酸塩皮膜処理剤 - Google Patents

リン酸塩皮膜処理剤

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JPH0788585B2
JPH0788585B2 JP61278028A JP27802886A JPH0788585B2 JP H0788585 B2 JPH0788585 B2 JP H0788585B2 JP 61278028 A JP61278028 A JP 61278028A JP 27802886 A JP27802886 A JP 27802886A JP H0788585 B2 JPH0788585 B2 JP H0788585B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は金属のリン酸塩皮膜処理剤、特に微細な粒子か
らなるために密着性が向上したリン酸塩皮膜を形成する
ための化成処理剤に関する。
[従来の技術] 自動車の車体用鋼板等は耐食性等を向上する目的で電着
塗装をする前に表面を化成処理するが、この化成処理剤
としてリン酸塩が使用されている。リン酸塩としてリン
酸亜鉛が有効であり、特にリン酸亜鉛と促進剤として硝
酸イオン、亜硝酸イオン、塩素酸イオン等とを含有する
化成処理剤が広く使用されている。化成皮膜の密着性及
び耐食性を向上するために、化成処理剤に種々の工夫が
施されてきた。
このリン酸亜鉛系化成皮膜の密着性及び耐食性を向上す
る目的で種々の試みがなされた。特開昭57−152472号は
上記成分の他にマンガンイオンを含有する酸性リン酸塩
処理水溶液によりカチオン型電着塗装用金属表面をリン
酸塩処理する方法を開示している。また特公昭61−3658
8号は亜鉛イオン、リン酸イオン及び促進剤の他にマン
ガンイオン及びフッ素イオンを含有する酸性イオン酸塩
処理水溶液を使用してカチオン型電着塗装用金属表面を
化成処理する方法を開示している。
さらに、特開昭59−43883号には、酸性のpHを有し、; (a)式(XPO3)nで表され、式中n≧3であり、また
Xはアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はアンモニウ
ムである水溶性のポリリン酸塩、 (b)有機キレート試薬及び (c)亜鉛イオン を含む金属基板の化学的転換用の酸性溶液であって、そ
のpHは硫酸、塩酸及び硝酸を含む無機酸群から選択され
る無機酸を用いて所望の値とされたものが開示されてい
る。特開昭59−43883号には、pHの調整の際、転換反応
の開始に有利な酸化特性を有するので硝酸を選択するこ
とが好ましく、またこの溶液の構成成分であるポリリン
酸塩としては、特に三メタリン酸ナトリウム、四メタリ
ン酸ナトリウム及び六メタリン酸ナトリウムの中から選
択することができるが、その内で六メタリン酸ナトリウ
ム即ちHMPPが好ましいと記載されている。このように特
開昭59−43883号に開示の金属基板の処理液は、メタリ
ン酸塩を含有しており、スラッジの形成を防止して液の
汚染問題を回避している。
[発明が解決しようとする問題点] 化成皮膜の耐水二次密着性(湿潤劣化条件下での塗膜と
の密着力)と皮膜粒子の粒径との関係を調べると、粒径
が小さいほど耐水二次密着性が向上することがわかっ
た。そこで従来のリン酸亜鉛系処理剤による皮膜の粒子
を調べたら、鋼面上では約2〜3μmであり、亜鉛面上
では約5〜6μmであった。また亜鉛面上の皮膜の粒子
を小さくする目的でマンガンイオン等を大量に添加した
場合でも、粒径はせいぜい2〜3μm程度であることが
わかった。
また、特開昭59−43883号に開示の処理液による化成皮
膜においても、塗膜との密着性が十分とはならない。
従って、本発明の目的は粒子の微細な化成皮膜を形成す
ることができるリン酸亜鉛系処理剤を提供することであ
る。
[問題点を解決するための手段] 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、リン酸塩皮膜処理剤に
縮合リン酸を添加することにより得られた皮膜の粒子を
極めて微細にすることができることを発見し、本発明に
想到した。
すなわち、本発明のリン酸塩皮膜処理剤は亜鉛イオン0.
2〜1.5g/と、オルトリン酸及び/又はオルトリン酸塩
由来のリン酸イオン(以下、これを「リン酸イオン」と
呼ぶ)5〜30g/と、縮合リン酸1〜30g/とを含有す
ることを特徴とする。
本発明のリン酸塩皮膜処理剤中に含有される縮合リン酸
としてはピロリン酸、メタリン酸、ポリリン酸及びその
塩、並びに五酸化リンが挙げられる。これらの化合物は
いずれもリン酸イオンが0を介して縮合した構造を有す
る。
縮合リン酸の濃度は1〜30g/である。1g/未満では
微細粒子の皮膜は形成されず、また30g/より大きいと
皮膜粒子の一層の微細化、すなわち薄膜化の効果が期待
できなくなる。好ましい濃度範囲は3〜15g/である。
前述の通り縮合リン酸は塩の形体でも添加することがで
きるが、その供給源としてはナトリウム、カリウム等の
アルカリ塩、アンモニウム塩、アルカリ土類塩、亜鉛、
鉄、ニッケル、マンガン等の金属塩等がある。
縮合リン酸の添加により、得られる皮膜の粒子は濃度に
応じ0.1〜5μm程度と微細化する。
亜鉛イオンの濃度は0.2〜1.5g/である。0.2g/未満
では鉄系表面に均一なリン酸塩皮膜が形成されず、部分
的にブルーカラー状の皮膜が生ずる。また1.5g/より
大きいと皮膜粒子の微細化の効果が期待できない。好ま
しい濃度範囲は0.5〜1g/である。亜鉛イオンの供給源
としては酸化亜鉛、炭酸亜鉛、硝酸亜鉛等がある。
リン酸イオンの濃度は5〜30g/である。5g/未満で
は均一な皮膜が形成されず、また縮合リン酸の分解が早
くなる。一方30g/を超えてもそれに応じた効果の向上
は期待できず、薬品の使用量が多くなるだけで不経済で
ある。好ましい濃度範囲は10〜20g/である。リン酸イ
オンの供給源としてはリン酸、リン酸亜鉛、リン酸二水
素亜鉛等である。
本発明のリン酸塩皮膜処理剤はその他に皮膜化成促進剤
を含有する。皮膜化成促進剤としては亜硝酸イオン、m
−ニトロベンゼンスルホン酸イオン及び過酸化水素がよ
く、その濃度は0.01〜0.2g/、好ましくは0.01〜0.1g/
である。皮膜化成促進剤の濃度は縮合リン酸の分解速
度と関係し、小さいほどよい。しかし鉄面の一次防錆の
ためにその役割は重要である。なお亜硝酸イオンの供給
源としては亜硝酸ナトリウム、亜硝酸アンモニウム等が
ある。
また本発明のリン酸塩皮膜処理剤は硝酸イオン又は塩素
酸イオン等の酸化剤を含有していてもよい。硝酸イオン
の濃度は0.5〜10g/であり、塩素酸イオンの濃度は0.0
5〜2g/である。硝酸イオンの供給源としては硝酸ナト
リウム、硝酸アンモニウム、硝酸亜鉛、硝酸マンガン、
硝酸ニッケル等があり、塩素酸イオンの供給源としては
塩素酸ナトリウム、塩素酸アンモニウム等がある。
さらにニッケルイオン及びマンガンイオンを含有しても
よい。ニッケルイオンの濃度は0.3〜3g/であり、マン
ガンイオンの濃度は0.6〜3g/である。ニッケルイオン
とマンガンイオンとを併用することにより化成皮膜の性
能が更に向上し、電着塗装後の密着性及び耐食性が良く
なる。ニッケルイオンの供給源としては炭酸ニッケル、
硝酸ニッケル、塩化ニッケル、リン酸ニッケル等があ
り、マンガンイオンの供給源としては炭酸マンガン、硝
酸マンガン、塩化マンガン、リン酸マンガン等がある。
次に本発明の処理剤を用いた化成処理について説明す
る。
まず本発明のリン酸塩皮膜処理剤による化成処理は、鉄
系表面、亜鉛系表面又は鉄系表面と亜鉛系表面を同時に
有する金属表面に施すことができる。なお亜鉛系表面と
しては溶融亜鉛めっき、合金溶融亜鉛めっき、電気亜鉛
めっき、合金化電気亜鉛めっき等を施したものが挙げら
れる。
これらの金属表面はまず脱脂処理をする。脱脂処理には
溶剤脱脂とアルカリ脱脂があり、溶剤脱脂にはトリクロ
ルエチレン、パークロルエチレン、ガソリン、ヘキサン
等の溶剤を使用し、アルカリ脱脂には水酸化ナトリウ
ム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリ
ウム等の洗浄液を使用する。
脱脂処理した金属表面は水洗し、表面調整剤により浸漬
処理をする。
次に本発明のリン酸塩皮膜処理剤により化成処理を施す
が、浸漬法を用いるのが好ましい。処理液の温度は25〜
60℃、好ましくは30〜50℃である。温度が低すぎると皮
膜形成性が低く、長時間の処理を要することになり、ま
た温度が高すぎると縮合リン酸が加水分解し、処理液の
濃度バランスがくずれる。
浸漬処理時間は15秒以上、好ましくは30〜120秒であ
る。処理時間が短すぎると所望の粒径の皮膜が得られな
い。
なお、自動車の車体のように複雑な形状を有する鋼板を
処理する場合には、実用的には、まず15秒間以上、好ま
しくは30〜90秒間浸漬処理し、次いで2秒間以上、好ま
しくは5〜45秒間スプレー処理すればよい。なお、浸漬
処理時に付着したスラッジを洗い落すには、スプレー処
理は可能な限り長時間であることが好ましい。
化成処理後水洗し、乾燥する。化成処理した被塗面に下
塗りを施こすが、本発明の処理剤による化成処理を施し
たものにはカチオン型電着塗装を施こすのが特に好まし
い。
[作用] 以上に説明した本発明のリン酸塩皮膜処理剤において
は、縮合リン酸の添加により化成処理中のエッチングが
抑制され、皮膜の粒子成長速度が低下するものと考えら
れる。縮合リン酸とオルトリン酸は界面で金属イオンと
金属塩を生成するが、界面のPHはごく近傍でわずかしか
上昇しないために、金属表面上に析出する結晶粒は結晶
度が低い(非結晶の)微細なものとなる。従って、得ら
れる皮膜は緻密となるので、密着性及び耐食性に優れて
いる。なお得られる皮膜は縮合リン酸亜鉛を含有するリ
ン酸亜鉛皮膜であると推定される。
[実施例] 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1〜8、比較例1〜6 処理対象金属として電気亜鉛めっき鋼板及び冷延鋼板を
用い、それぞれに対し下記の処理を施した。
(1)脱脂 2重量%濃度のアルカリ性脱脂剤(日本ペイント社製Rd
53)を使用し、60℃で2分間浸漬処理をした。
(2)水洗 水道水を使用し、室温で15秒間水洗した。
(3)表面調整 表面調整剤(日本ペイント社製「フイキソヂン5N−
5」、0.1重量%濃度)を使用し、室温で20秒間浸漬処
理した。
(4)化成処理 下記第1表に示す組成のリン酸塩処理水溶液を使用し、
43℃で2分間浸漬処理した。
(5)水洗 水道水を使用し、室温で15秒間水洗した。
(6)純水洗 イオン交換水を使用し、室温で20秒間浸漬処理した。
(7)乾燥 100℃の熱風で10分間乾燥した。
このようにして得られた化成処理皮膜についてそれぞれ
外観及び重量を測定した。また走査型電子顕微鏡(SE
M)(1500倍及び10000倍)により皮膜粒子を観察した。
(8)塗装 カチオン型電着塗料(日本ペイント社製「パワートップ
U−50グレー」)を膜厚20μmに塗装し(電圧180V、通
電時間3分)、180℃で30分間焼付した。このようにし
て得られた複数の電着塗装板の一部を塩水噴霧試験に供
した。
次に残りの電着塗装板に中塗り塗料(日本ペイント社製
「オルガS−93グレー」)を膜厚40μmに、次いで上塗
り塗料(日本ペイント社製「オルガG−65ホワイト」)
を膜厚40μmに塗装し、全体で3コート3ベークの塗装
板を得た。これを密着性試験に供した。
なお各試験法は以下の通りであった。
(a)塩水噴霧試験(JIS−Z−2871) 各電着塗装板にクロスカットを入れ、5%の塩水をスプ
レーし、クロスカットより外側のフクレ幅(mm)で評価
した。スプレー時間はそれぞれ500時間(電気亜鉛メッ
キ綱板)及び1000時間(冷延鋼板)であった。
(b)耐水密着性試験 塗装板を40℃の脱イオン水に10日間浸漬した後、これに
それぞれ1mm間隔と2mm間隔の碁盤目(100個)を鋭利な
カッターで形成し、その各面に粘着テープを貼着した後
これらを剥離して、塗装板に残っている碁盤目の数を数
えた。
(c)粒径測定 走査型電子顕微鏡(SEM)写真(10000倍)により評価し
た。
結果を第2表及び第3表に示す。また実施例1のSEM写
真をそれぞれ第1A図(Zn上、1500倍)、第1B図(Zn上、
10000倍)、第2A図(Fe上、1500倍)及び第2B図(Fe
上、10000倍)に示す。さらに比較として、比較例1のS
EM写真もそれぞれ第3A図(Zn上、1500倍)、第3B図(Zn
上、10000倍)、第4A図(Fe上、1500倍)及び第4B図(F
e上、10000倍)に示す。
以上の結果から明らかな通り、本発明のリン酸塩皮膜処
理剤を用いて化成処理をしたものは均一かつ緻密で十分
に薄い化成皮膜が得られ、皮膜粒子の粒径もサブミクロ
ン程度に小さいことがわかる。また塗装形成後の耐食性
及び耐水二次密着性も良好であった。これに対して、縮
合リン酸の添加されていない処理剤(比較例1)、縮合
リン酸の含有量の少なすぎるもの(比較例2)、Znイオ
ンを含有していないもの(比較例3)、リン酸イオンを
含有していないもの(比較例4)、NO2 -を含有していな
いもの(比較例5)、及びZnイオンの高濃度のもの(比
較例6)はいずれも上記特性について満足ではなかっ
た。
実施例9 実施例1のリン酸塩皮膜処理剤に0.8g/のマンガンイ
オンを添加した以外は実施例1と同じ処理及び試験を行
った。その結果化成皮膜の外観は均一かつ緻密であり、
皮膜重量は0.61g/m2、粒径は0.7μmであった。また電
着塗装板の耐食性(SST)は5mmであり、かつ上塗り後の
耐水二次密着性は2mm及び1mmの碁盤目試験でいずれも10
0/100であった。
[発明の効果] 以上に詳述したように本発明のリン酸塩皮膜処理剤は縮
合リン酸を含有するために、化成皮膜の粒子がサブミク
ロン程度に微細化する。そのために化成皮膜上に電着塗
装した場合の耐水二次密着性は著しく向上し、かつ皮膜
の耐食性も縮合リン酸を含有しないものと同等以上であ
る。また本発明の処理剤は鉄表面及び亜鉛表面を同時に
処理するのにも適し、かつ化成処理も縮合リン酸を含有
しない場合と比較して低い温度で行うことができ、経済
的である。
【図面の簡単な説明】
第1A図及び第1B図は本発明のリン酸塩皮膜処理剤(実施
例1)を使用して電気亜鉛めっき鋼板上に形成した化成
皮膜の結晶外観構造を表わす走査型電子顕微鏡(SEM)
写真(それぞれ1500倍及び10000倍)であり、 第2A図及び第2B図は本発明のリン酸塩皮膜処理剤(実施
例1)を使用して冷延鋼板上に形成した化成皮膜の結晶
外観構造を表わす走査型電子顕微鏡(SEM)写真(それ
ぞれ1500倍及び10000倍)であり、 第3A図及び第3B図は縮合リン酸を含有しない処理剤(比
較例1)を使用して電気亜鉛めっき鋼板上に形成した化
成皮膜の結晶外観構造を表わすSEM写真(それぞれ1500
倍及び10000倍)であり、 第4A図及び第4B図は縮合リン酸を含有しない処理剤(比
較例1)を使用して冷延鋼板上に形成した化成皮膜の結
晶外観構造を表わすSEM写真(それぞれ1500倍及び10000
倍)である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】亜鉛イオン0.2〜1.5g/と、オルトリン酸
    及び/又はオルトリン酸塩由来のリン酸イオン5〜30g/
    と、縮合リン酸1〜30g/とを含有することを特徴と
    する金属のリン酸塩皮膜処理剤。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載のリン酸塩皮
    膜処理剤において、前記縮合リン酸がピロリン酸、メタ
    リン酸、ポリリン酸及びその塩、及び五酸化リンからな
    る群から選ばれた1種又は2種以上であることを特徴と
    するリン酸塩皮膜処理剤。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
    リン酸塩皮膜処理剤において、さらに少なくとも1種の
    酸化剤を含有することを特徴とするリン酸塩皮膜処理
    剤。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第3項に記載のリン酸塩皮
    膜処理剤において、前記酸化剤が硝酸イオン又は塩素酸
    イオンであることを特徴とするリン酸塩皮膜処理剤。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
    リン酸塩皮膜処理剤において、さらにニッケルイオン0.
    3〜3g/、硝酸イオン0.5〜10g/、マンガンイオン0.6
    〜3g/及び塩素酸イオン0.05〜2g/の1種以上を含有
    することを特徴とするリン酸塩皮膜処理剤。
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