JPH1171684A - 耐食性に優れた表面処理金属材料及び金属材料の表面処理方法 - Google Patents
耐食性に優れた表面処理金属材料及び金属材料の表面処理方法Info
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Abstract
応により金属材料をカソード防食することによる効果を
光の照射がない条件でも持続させて維持する記憶防食効
果を実現する。 【解決手段】 金属材料の表面に、下層としてFe、V
及びCuから成る群から選ばれる少なくとも1種の金属
元素をチタン酸化物皮膜中に5〜20重量%の割合で含
有する第1の皮膜層と、その上に酸化チタンを含む第2
の皮膜層との二層皮膜構造を有する表面処理金属材料。
Description
面処理金属材料、特に表面処理鋼材、及び金属材料の表
面処理方法に関するものである。より詳しく述べるなら
ば、本発明は、金属材料の表面に下層としてFe、V及
びCuから成る群から選ばれる少なくとも1種の金属元
素をチタン酸化物皮膜中に特定量含む第1の皮膜層を有
し、その上層にチタン酸化物からなる第2の皮膜層を有
し、耐食性に優れた鋼材、及びこの鋼材を得る表面処理
方法に関するものである。
適用する技術は、現在までほとんどなく、僅かに次の二
つがあげられる。第1の技術は、「材料と環境」(第4
4巻(1995年)p.539)に記載された、炭素鋼
を500℃以上に加熱し不特定な酸化皮膜を形成させ、
上層にゾル−ゲル法を用いてチタン酸化物皮膜層を形成
させ、光照射下において電気化学的な方法により耐食性
を向上をさせるものである。また第2の技術は、特開平
6−10153号公報にて開示された、ステンレス鋼か
らなる基材の表面に、チタン含有量に換算して1mg/
m2 以上のチタン酸化物含有皮膜層を形成して、光照射
下において耐食性を向上させたステンレス鋼板を提供す
るものである。しかしながら、従来の第1の技術及び第
2の技術ともにチタン酸化物皮膜層による持続した防食
効果を得るには、光照射が不可欠であり、通常の成膜技
術を用いて製造した表面処理鋼材は、自然環境下の夜間
などは防食効果が得られないために夜間には腐食が進行
するという本質的な問題点を有していた。
抱える問題点、即ち、夜間などの光源の乏しい状態、あ
るいは光源から遮断された状態ではカソード防食効果が
得られないという問題点を解決し、一旦光照射を受けた
後であれば、光が遮断されてもカソード防食効果が持続
(いわゆる記憶効果)し、高い耐食性を有するような表
面処理金属材料、及びその表面処理方法を提供すること
を目的とするものである。
を解決するための手段について鋭意検討した結果、鋼材
などの金属材料の表面に、下層としてFe、V及びCu
から成る群から選ばれる少なくとも一種の金属元素をチ
タン酸化物皮膜層中に特定量含有する第1の皮膜層を有
し、さらに上層皮膜としてチタン酸化物を含有する第2
の皮膜層を形成させた二層構造の皮膜層を有する表面処
理金属材料は、光照射後に光が消失してもカソード防食
効果が持続し、夜間などにおいても耐食性が飛躍的に向
上することを新たに見出し、本発明を完成するに至っ
た。即ち本発明の表面処理金属材料は、金属材料の表面
に、下層としてFe、V及びCuから成る群から選ばれ
る少なくとも一種の金属元素をチタン酸化物皮膜中に5
〜20重量%含有する第1の皮膜層を有し、その上にチ
タン酸化物を含有する第2の皮膜層を有することを特徴
とするものである。次に金属材料の表面処理方法は、金
属材料の表面に、チタン酸化物ゾル−ゲル液中に、F
e、V及びCuから成る群から選ばれる少なくとも1種
の金属のアルコキシドまたは該金属酸化物のアルコキシ
ドを含有する薬剤を塗布し加熱して第1の皮膜層を形成
させ、その上にチタン酸化物含有皮膜を形成させること
を特徴とする方法である。
ード防食効果が適用される金属材料は、炭素鋼、ステン
レス鋼などの鋼材の他に、銅、アルミ、チタン、マグネ
シウムなどの非鉄金属も対象とし、さらに、亜鉛めっ
き、亜鉛合金めっき鋼などのめっき鋼材なども対象とす
る。
いて詳しく説明する。鋼材に下層として形成する第1の
皮膜層は、チタン酸化物と、Fe、V及びCuから成る
群から選ばれる少なくとも一種の金属元素とからなり、
金属元素の量は該皮膜中において5〜20重量%の割合
である。第1の皮膜層のベースとなるチタン酸化物皮膜
は、従来技術のところで述べたようにゾル−ゲル法のも
のを鋼材に塗布して乾燥させるのが好ましい。前記金属
元素をチタン酸化物に均一に分散させるためには、金属
アルコキシド又は金属酸化物アルコキシドをチタン−ゾ
ルゲル処理剤と混合し、皮膜形成後加熱乾燥して金属の
みを皮膜中に残す方法が好ましい。アルコキシドは例え
ばC15H21O5 Fe、C10H14O5 V、C10H14 O4 C
uの形で配合するのが好ましい。これらの金属を配合し
たチタン酸化物ゾル−ゲル処理剤を例えば400℃、1
0分加熱乾燥させ、皮膜を形成させる。第1の皮膜層の
皮膜量は、特に限定しないが全体として50〜5000
mg/m2 の範囲が好ましい。50mg/m2 以下であ
るとカソード防食能が劣り、5000mg/m2 以上で
あっても性能上問題は無いが、カソード防食能が飽和
し、向上が認められなくなるのでコストの面から不利で
ある。
加量をチタン酸化物との合計量に対して5〜20重量%
としたのは、5重量%未満では光遮断後のカソード防食
効果(記憶効果)が得られず、20重量%を超えると光
照射時のカソード防食能自体が著しく低下するからであ
る。第2の皮膜層は、チタン酸化物を含有する皮膜であ
り、特開平6−10153号公報で開示されたPVD,
CVD法やチタン酸化物ゾル−ゲル処理法により形成す
る100%チタン酸化物皮膜の他に、同公報で開示され
たエポキシ樹脂などの塗料中にチタン酸化物を分散させ
る方法によることができる。チタン酸化物ゾル−ゲル処
理法では、処理剤を例えば200℃で10分間加熱して
皮膜を形成させる。皮膜量はチタン酸化物として50〜
5000mg/m2 とするのが好ましい。この範囲外で
の50mg/m2 以下であると第2の皮膜層のカソード
防食能が劣り、5000mg/m2 以上であるとカソー
ド防食能が飽和し、向上が認められなくなるのでコスト
の面で不利である。
の防食性が向上するが、特に波長が400nm以下の紫
外線を多く含む500ルクス以上の照射時において耐食
性の向上効果をもたらすものである。また、光照射後で
あれば、光が遮断されてもカソード防食効果は持続する
という特徴がある。
るのは、チタン酸化物のn型半導体電極としての光電気
化学的性質によるものと考えられる。即ち、チタン酸化
物の光電気化学的性質により、素材の鋼材がカソード、
チタン酸化物(例えばTiO2 )がアノードになり、鋼
材をカソード防食することにより、耐食性を向上させる
のである。さらに、この際のアノード反応はチタン酸化
物表面で起こる、 2H2 O→O2 +4H+ +4e- ・・・・・(1) で示される水の電気分解反応であるために、チタン酸化
物は全く消費されず、劣化しない。このことからチタン
酸化物による防食効果は光の存在下で半永久的に持続す
る。
的に光が照射された後であれば、下層の添加Fe、V、
Cu元素による記憶効果により、光照射の無い暗い環境
でもカソード防食能を維持することができる点である。
この記憶効果については、添加元素が下記(2)〜
(4)式に示したように、価数が変化(充放電)するた
めと推定され、各々の元素がチタン酸化物皮膜中で光照
射時に低価数に還元され、光遮断時に高価数へ酸化され
る。したがって夜間は(2)〜(4)式で電子の消滅が
起こり、この現象は(1)式右辺の電子の消滅を招くこ
とになるから、カソード防食効果が持続するものと考え
られる。 Fe2+ ⇔Fe3++e- ・・・・(2) V3+ ⇔V5++2e- ・・・・(3) Cu+ ⇔Cu2++e- ・・・・(4) これらの元素の添加により、第1の皮膜層において光遮
断時の記憶効果は生じ、かつ第1の皮膜層のチタン酸化
物も防食効果をもつので、第1の皮膜層のみでも防食効
果がある。しかし、カソード防食能自体は、無添加のゾ
ル−ゲルチタン酸化物皮膜の方が良好であることと、昼
間に(1)式で第2の被覆層内で発生する電子を第1の
被覆層に供給することが記憶効果発生に有効であること
から、チタン酸化物を上層皮膜としてこれを用いること
により、鋼材の防食性能を飛躍的に高める二層皮膜構造
とした。
実施例を比較例とともに挙げて具体的に説明する。ま
た、その耐食性の評価結果を図1(表1)に示す。使用
したチタン酸化物皮膜用ゾル−ゲル液の組成および調製
法は、横尾らの方法(日本金属学会会報,28,176(1989)
)と同じものを用い、これを上層皮膜用のチタン酸化
物皮膜処理剤とした。また、下層のFe、V、Cuの各
元素を添加した皮膜は、このゾル−ゲル液に所定量のC
15H21O5 Fe、C10H14O5 V、C10H14O4 Cuの
金属アルコキシドまたは金属酸化物アルコキシドを各元
素として0、5、10、20重量%加えた処理剤を調製
して用いた。以上の処理剤を、SUS430ステンレス
鋼材に浸漬引き上げ法で塗布し(引き上げ速度0.15
mm/s)、引き上げ後に室温で10分間乾燥後、下層
については400℃で10分間焼成を6回繰り返し、上
層については200℃で10分間の焼成を1度行った。
この試験片に、カッターで素地まで達するようにクロス
カット傷を付与し、屋外で太陽光を60分間照射した後
に、光を遮断した状態でJISZ2371の塩水噴霧試
験に1500時間かけて、外観観察により耐食性を評価
した。
本発明の表面処理鋼材および表面処理剤を用いた実施例
1〜9については腐食がわずかであるが、本発明の範囲
外である比較例2〜4は腐食面積が大きいことがわか
る。
おいて記憶作用のために持続した耐食性を示すから、屋
外で使用される各種建材、構造材などに使用すると優れ
た性能を発揮する。特に、従来、重防食用塗料を厚く塗
装していた鋼材などに対して本発明を適用することによ
り、安価な表面処理剤で無公害で効果的に半永久的な防
食を行うことが可能になった。
表(表1)である。
示す図表(表2)である。
Claims (6)
- 【請求項1】 金属材料の表面に、下層としてFe、V
及びCuから成る群から選ばれる少なくとも1種の金属
元素をチタン酸化物皮膜中に5〜20重量%の割合で含
有する第1の皮膜層を有し、その上にチタン酸化物を含
有する第2の皮膜層を有することを特徴とする耐食性に
優れた表面処理金属材料。 - 【請求項2】 前記金属材料が鋼材である請求項1記載
の耐食性に優れた表面処理金属材料。 - 【請求項3】 前記第2の皮膜層がチタン酸化物のみか
らなる請求項1又は2記載の耐食性に優れた表面処理金
属材料。 - 【請求項4】 金属材料の表面に、酸化チタンゾル−ゲ
ル液中に、Fe、V及びCuから成る群から選ばれる少
なくとも1種の金属のアルコキシドまたは該金属酸化物
のアルコキシドを含有する薬剤を塗布し加熱して第1の
皮膜層を形成させ、その上にチタン酸化物含有皮膜を形
成させることを特徴とする金属材料の表面処理方法。 - 【請求項5】 前記金属材料が鋼材である請求項4記載
の金属材料の表面処理方法。 - 【請求項6】 前記第2の皮膜層がチタン酸化物のみか
らなる請求項4又は5記載の耐食性に優れた金属材料の
表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23291097A JP3884538B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 耐食性に優れた表面処理金属材料及び金属材料の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23291097A JP3884538B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 耐食性に優れた表面処理金属材料及び金属材料の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1171684A true JPH1171684A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3884538B2 JP3884538B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=16946763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23291097A Expired - Fee Related JP3884538B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 耐食性に優れた表面処理金属材料及び金属材料の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3884538B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006242577A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 耐放射線部材及びそれを用いた原子力発電システム |
| JP2006343202A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 原子炉構造材 |
-
1997
- 1997-08-28 JP JP23291097A patent/JP3884538B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006242577A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 耐放射線部材及びそれを用いた原子力発電システム |
| JP2006343202A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 原子炉構造材 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3884538B2 (ja) | 2007-02-21 |
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