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JPH10176278A - 厚膜りん酸鉄皮膜の形成用組成物及び厚膜りん酸鉄皮膜の形成方法 - Google Patents

厚膜りん酸鉄皮膜の形成用組成物及び厚膜りん酸鉄皮膜の形成方法

Info

Publication number
JPH10176278A
JPH10176278A JP9332604A JP33260497A JPH10176278A JP H10176278 A JPH10176278 A JP H10176278A JP 9332604 A JP9332604 A JP 9332604A JP 33260497 A JP33260497 A JP 33260497A JP H10176278 A JPH10176278 A JP H10176278A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phosphate
film
forming
composition
iron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9332604A
Other languages
English (en)
Inventor
J Hashiasu Kenneth
ジェイ ハシアス ケネス
M Kukarisu John
エム クカリス ジョーン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Parkerizing Co Ltd
Original Assignee
Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Parkerizing Co Ltd filed Critical Nihon Parkerizing Co Ltd
Publication of JPH10176278A publication Critical patent/JPH10176278A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】潤滑剤の担持体とされているりん酸亜鉛よりも
環境汚染が少なく、且つ優れた潤滑性能を発揮する厚膜
りん酸塩皮膜の形成用組成物。及び厚膜のりん酸鉄皮膜
の形成方法の提供。 【解決手段】鉄系金属表面と接触させる事により、該表
面にりん酸塩皮膜を形成する組成物で、水と溶解したり
ん酸塩のアニオン(A)と、水素イオン以外の1価の溶
解したカチオンを全酸度が260ポイント以下となる量
(B)とを含有し、かつPHが4.2以下で、かつ、り
ん酸塩イオンの含有量が、20〜125g/Lである厚
膜りん酸鉄皮膜の形成用組成物。鉄系金属表面を該組成
物で処理する事により、厚膜りん酸鉄皮膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、従来のりん酸鉄よ
りも厚膜のりん酸塩皮膜の鉄系金属表面への形成に関す
る。また鉄系金属表面と接触させる事により該皮膜を形
成する事ができる組成物に関する。また、引抜き等の冷
間加工の際の潤滑剤の担持体としての該皮膜の使用に関
する。
【0002】
【従来の技術】塗装の前処理として、りん酸鉄形成処理
が行われている。この際にはpHが3.8以上の処理液
を用いる。尚この際のりん酸塩皮膜形成量は0.3〜1.
5 g/m2(1m2当りのグラム)である。りん酸塩処理
はまた、管の引抜き等の冷間加工に際しても行う。この
際のりん酸塩皮膜形成量は2 g/m2以上で、通常6〜
9 g/m2である。尚管の引抜き等の冷間加工に際して
りん酸塩皮膜は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸ナト
リウム等の石鹸の潤滑剤を担持する下地となる。
【0003】従来、この厚膜の皮膜には、専ら亜鉛を含
有するりん酸塩が用いられていた。りん酸亜鉛はこの目
的のためには極めて有効である。しかし、環境汚染の見
地からりん酸亜鉛に含まれている亜鉛やニッケルやマン
ガン等を低減する事が望まれており、これ等を含有しな
い潤滑剤の担持体が望まれるに至っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、潤滑剤の担
持体として通常使用されているりん酸亜鉛よりも環境汚
染が少なく、且つ潤滑剤と一体となって優れた潤滑性能
を発揮するりん酸塩皮膜の形成方法とその形成用組成物
の提供を主たる目的としている。また、本発明は、従来
のりん酸鉄に比べて厚膜のりん酸鉄の形成方法とその形
成用組成物の提供を目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、りん酸鉄処理
液が重金属を含有しない場合においても、従来のりん酸
鉄処理液よりも濃縮された全酸度であり、pHが4.2
以下である組成物を用いると前記の目的が達成できると
いう、新たな知見に基づく。即ちこの組成物を用いると
付着量が1.7 g/m2以上の厚膜の皮膜を形成する事
ができ、またこの厚膜の皮膜は冷間加工用潤滑剤の好ま
しい担持体となる。
【0006】即ち、本発明は、水と実質的に下記
(A),(B),(C)よりなる皮膜形成組成物の処理
液を重要な態様としている。 (A)溶解したりん酸塩のアニオン。 (B)水素以外の1価の溶解したカチオンを、全酸度が
260ポイント以下となる量。 (C)促進剤。
【0007】尚この皮膜形成組成物の処理液は、(i)
pHが4.2以下で、(ii)りん酸塩のアニオンが20
g/L(1リットル当りのグラム)以上で125 g/L
以下とする。
【0008】全酸度と遊離酸度は、従来のりん酸塩技術
におけると同様の、ポイント表示による。すなわち全酸
度は10mLの処理液を0.1NのNaOHを用いてp
Hが8.2(フェノールフタレン指示薬による)なるま
で滴定するに要した0.1NのNaOHのmLである。
また遊離酸度はpHが4.2(ブロモクレゾールグリー
ン指示薬による)になる迄滴定するに要したmLであ
る。処理液のpHが4.2超の場合は、この方法では遊
離酸度が測定できない。この際には0.1Nの強酸を用
いてpHが4.2になる迄滴定し、要したmLを酸消費
ポイントとするが、これは負の遊離酸度と表示する事が
できる。
【0009】また本発明は、下記の(I)〜(IV)のス
テップよりなるプロセスを主要な態様としている。 (I)鉄系金属表面と本発明の皮膜形成組成物の処理液
とを十分な温度で十分な時間接触させて、鉄系金属表面
上に皮膜量が1.7 g/m2以上のりん酸塩皮膜を形成
し、鉄系金属表面をりん酸塩皮膜が形成された下地とす
る。 (II)前記(I)のりん酸塩皮膜が形成された下地と前
記(I)の皮膜形成処理液との接触を断つ。そして必要
に応じて (III)りん酸塩皮膜が形成された下地のりん酸塩皮膜
の表面に潤滑層形成剤を添加し、必要に応じて潤滑層形
成剤を乾燥してりん酸塩皮膜を覆う固体の潤滑被覆に
し、潤滑剤とりん酸塩皮膜の表面とする。 (IV)潤滑剤とりん酸塩皮膜と鉄系金属表面が滑り接触
する冷間加工を施す。
【0010】本発明には、水で薄める事により前記の皮
膜形成組成物の処理液となる濃厚原液や、本発明の処理
液を適正な性能に維持するために用いる補充濃厚溶液
や、それ自体は格別ではないが、洗浄や水洗等のステッ
プを含む全体のプロセス等が実施態様として含まれる。
また本発明の表面処理により製造された物品も本発明に
含まれる。
【0011】
【発明の実施の形態】種々の理由で、本発明の皮膜形成
組成物の処理液には、同様の目的の他の処理液が通常含
有している各種の成分を含有させない事が好ましい。特
に下記の微量成分のそれぞれは、独立に、9,5,3,
1.0,0.35,0.10,0.08,0.04,
0.02,0.01,0.001,0.0002%以下
に低減する事が好ましく、後の順が更に望ましい。
【0012】ニトロ基を有する有機化合物、フェリシア
ナイド、フェロシアナイド、ピラゾール化合物、1分子
中に下記(i),(ii)から選ばれる基を有する有機化
合物(i)カルボニル基、(ii)カルボニル基の炭素原
子と結合していないヒドロキシル、チオール及びアミノ
基、原子価が2価以上の溶解した金属カチオン。他の不
必要な成分も経済的見地から含有させない事が好まし
い。
【0013】本発明の必須成分(A)の溶解したりん酸
塩のアニオンには、通常のりん酸処理液の場合と同様
に、各種のものを用いることができる。本発明の皮膜形
成組成物の処理液においては、りん酸塩のイオンの多く
はりん酸の形で添加する事ができる。非解離のりん酸に
おけるりん酸塩イオンの相当量、解離しアニオンとなっ
たもの、水素イオンが2個のあるいは1個のあるいは完
全に中和されたりん酸塩イオン等の全ては、溶液中での
イオン化の程度に関係なく、(A)の構成成分となる。
【0014】本発明の皮膜形成組成物の処理液において
は、(A)の成分の濃度は、22,24.0,25.
0,26.0,27.0,28.0,29.0,30.
0,31.0,32.0,32.5,33.0,33.
5,34.0,34.5 g/L以上が好ましく、後の
順のものがより望ましい。また115,105,95,
90,85,80,75,70,65,60,55,5
0,45,40,39.0,38.0,37.0,3
6.5,36.0,35.5,35.2,35.0g/
L以下が好ましく、後の順のものがより望ましい。
【0015】本発明の皮膜形成組成物の処理液におい
て、(B)成分の1価のカチオンは、経済的理由で、ア
ルカリ金属のカチオンが好ましい。通常はナトリウムが
最も好ましく、次にカリウムが好ましい。しかし本発明
で非常に高濃度の組成物の場合は、りん酸カリウムの方
がりん酸ナトリウムよりも常温の水に対する溶解度が大
きいために、カリウムの方がナトリウムよりも好まし
い。
【0016】本発明の皮膜形成組成物の処理液において
は、全酸度は15,17,19,21,23,25,2
7,29,31,33,35,37,39.0,39.
5ポイント以上が好ましく、後の順のものがより好まし
い。また140,110,90,70,60,50,4
5,41.0,40.5ポイント以下が好ましく、後の
順のものがより望ましい。また遊離酸度は、−1.0,
−0.8,−0.60,−0.50,−0.40,−
0.30,−0.20ポイント以上が好ましく、後の順
のものがより望ましい。またりん酸塩皮膜を形成する金
属の表面が酸洗されておりあるいは目視可能な酸化物皮
膜が除去されている場合は、遊離酸度は、15,12,
10,8,6,4.0,3.0,2.0,1.8,1.
6,1.4,1.2,1.0,0.8,0.60,0.
50,0.40,0.30,0.20ポイント以下が好
ましく、後の順のものがより望ましい。しかし目視可能
な酸化物が除去されていない場合は、この酸化物の層の
除去を助けるために、遊離酸度は0.50以上とする事
が好ましい。
【0017】遊離酸度及び全酸度は、本発明の皮膜形成
組成物の他の成分を所望の値に維持したままで、所望の
範囲に調整することができる。即ち、調整すれば本発明
の皮膜形成組成物となる液に、ナトリウムあるいはカリ
ウムの水酸化物や炭酸塩のような強アルカリを、あるい
は硝酸、硫酸等の強酸を、あるいはアルカリ金属の第1
りん酸塩、第2りん酸塩等の両性物を少量加える。これ
等は、当業者に知られている通常の方法で行う。
【0018】本発明の皮膜形成組成物中には、(C)成
分の促進剤が存在する事が通常好ましい。この成分は、
ヒドロキシルアミン(純粋のヒドロキシルアミン自体よ
りも、水溶性の塩あるいは溶液中で解離してヒドロキシ
ルアミンができる錯体が好ましい)、塩素酸イオン、臭
素酸イオン、亜硝酸イオンから選ぶことができるが、ヒ
ドロキシルアミン又は塩素酸イオンが特に好ましい。
【0019】ヒドロキシルアミンを主たる促進剤とする
場合は、(i)ヒドロキシルアミンの供給源は、硫酸ヒ
ドロキシルアミン又はりん酸ヒドロキシルアミンとする
事が好ましく、費用の点から硫酸ヒドロキシルアミンが
より好ましい。また(ii)本発明の皮膜形成組成物中に
おけるヒドロキシルアミンの濃度は硫酸ヒドロキシルア
ミン又はりん酸ヒドロキシルアミンの当量で、0.5,
1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 g/L以上
が好ましく、後の順のものがより望ましい。また20,
18,16,14,12,10.0,9.0,8.0,
7.0,6.5,6.1 g/L以下が好ましく、後の
順のものがより望ましい。また(iii)0.2あるいは
遊離酸度の絶対値の大きい方の何れかの値に対する全酸
度として定義される酸比は、2:1.0,4.0:1.
0,5.0:1.0,6.0:1.0,6.4:1.
0,6.7:1.0,6.9:1.0以上が好ましく、
後の順のものがより望ましい。また800:1.0,7
00:1.0,600:1.0,500:1.0,40
0:1.0,300:1.0,250:1.0,20
0:1.0,150:1.0,100:1.0,80:
1.0,60:1.0,50:1.0,40:1.0,
20:1.0,18:1.0,16:1.0,14:
1.0,13:1.0,12:1.0,11:1.0,
10.5:1.0,10.1:1.0以下が好ましく、
後の順のものがより望ましい。
【0020】塩素酸イオンを主たる促進剤とする場合
は、(i)塩素酸イオンはアルカリ金属の塩素酸塩、最
も好ましくは塩素酸ナトリウムから得る事が好ましく、
(ii)本発明の皮膜形成組成物中の塩素酸イオンの濃度
は、3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.
0,9.0,10,12,14,16,18,20,2
2,24,26.0,27.0,28.0,29.0,
30.0,30.5,31.0,31.4 g/L以上
が好ましく、後の順のものがより望ましい。そして10
0,80,60,55,50,45,40,38,3
6,34.0,33.0,32.5,32.0,31.
6 g/L以下が好ましく、後の順のものがより望まし
い。また(iii)本発明の皮膜形成組成物における酸比
は10,12,14,16,18,20,23,25以
上が好ましく、また800,700,600,500,
450,400,350,300,250,200,1
80,160,140,120,100,90,80,
70,50,40,35,30,26以下が好ましく後
の順のものがより望ましい。
【0021】本発明における皮膜形成ステップは、3
5,40,45,50,55,60,65,70,73
℃以上の温度で行う事が好ましく、後の順の温度がより
望ましい。また経済上の理由で95,90,85,8
0,75℃以下が好ましい。皮膜の形成に供する鉄系金
属表面と本発明の皮膜形成組成物との接触時間は1.
0,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.
5,4.9分以上が好ましく、後の順がより望ましい。
また経済上の理由で30,25,20,15,12,1
0.0,9.0,8.0,7.5,7.0,6.7,
6.4,6.1,5.8,5.5,5.2分以下が好ま
しい。
【0022】上記の両パラメーターは独立するが、これ
等よりも重要な本発明におけるりん酸塩皮膜の形成量
は、2.0,2.3,2.6,2.9,3.3,3.
6,3.9,4.1,4.4,4.7 g/m2以上が好
ましく、後の順がより望ましい。また経済上の理由で4
0,30,25,20,15,12,10,9.0,
8.0,7.0,6.5 g/m2以下が好ましく、後の
順がより望ましい。
【0023】前記のステップ(III)及びステップ(I
V)を含めた本発明のプロセスにおいて、ステップ(II
I)で用いる潤滑剤には通常の金属石鹸を用いることが
できる。尚潤滑剤の成分やプロセスは、厳密な記載にお
いては整合性に欠けるが、下記米国特許及び米国出願を
参照することができる。Tull氏の米国特許5,23
4,509, 永栄氏の5,308654, King氏
の5,366,567及び5,368,757 Churc
h氏他の5,531,912, Hacias氏の5,54
7,595, 米国出願番号08/242,530,
08/319,910及びPCT/US94/0021
2。以下実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的
に述べる。
【0024】
【実施例及び比較例】
[グループ1]このグループにおいては、表1に示した
成分のりん酸塩皮膜形成組成物をベース液として用い
た。ベース液の全酸度は39.5ポイントで、遊離酸度
は1.0ポイントであった。供試材となる Type 1028鋼
管はPARCO(登録商標)Cleaner 2077X−Par
ker Amchem Div. of Henkel Corp., Madison Heights,M
ichigan が販売している市販のアルカリ成品−の溶液
で洗浄し、すすぎ、71℃の10%硫酸水溶液中で3秒
間ピックルし、再度すすぎ、70℃の上記のベース液に
5分間浸漬した。玉虫色の、りん酸塩皮膜が1.5 g
/m2形成されていた。
【0025】次にベース液に85%のりん酸水溶液を加
え全酸度を45ポイントに且つ遊離酸度を4.0ポイン
トに調整した。皮膜形成組成物以外は上記と同じ方法
で、上記と同種の供試材を処理した。形成された皮膜
は、成分調整を行わなかった上記のものと同様の外観で
あり、皮膜の形成量は1.41g/m2であった。
【0026】調整した処理液に更に85%のりん酸水溶
液を加え全酸度を54.4ポイントに且つ遊離酸度を
9.2ポイントに再度調整した。またこの再度調整した
皮膜形成組成物は温度を74℃に上昇させた。その他は
前記と同じ方法で、前記と同種の鋼管の供試材を処理し
た。この際には光沢のない灰色の結晶したりん酸塩皮膜
が2.56 g/m2形成されていた。Type4140鋼管
の供試材を、この再度調整した処理液を用いて、同様に
処理したが、皮膜形成量は5.68 g/m2であった。
【0027】
【表1】
【0028】[グループ2]このグループのベース液
は、50%の水酸化ナトリウム水溶液63 g/Lと8
5%の正りん酸93 g/Lを含有し、他に故意に添加
した成分はなく、残部は水である。このベース液の全酸
度は40.6ポイントであり、遊離酸度は0.6ポイン
トであり、従って酸比は67.7である。冷間圧延鋼板
を、酸洗は行わなかったが他はグループ1の場合と同様
に洗浄し、74℃のこのベース液に5分間浸漬した。し
かし、皮膜形成量は0.06 g/m2であった。
【0029】85%のりん酸水溶液を加え酸比を10.
5に調整した。そして上記と同種の供試材を同様に処理
したが、この際の皮膜形成量も0.06 g/m2であっ
た。この溶液に硫酸ヒドロキシルアミンを6 g/L加
え、この処理液により、同種の第3の供試材鋼板を同様
処理したが、この際の皮膜形成量は3.42 g/m2
増加した。この溶液に更に4.5 g/Lのm−ニトロ
ベンゼンスルホン酸ナトリウムを加えた処理液を用い
て、第4の供試鋼板を同様に処理したが、皮膜形成量は
1.52 g/m2に低下した。
【0030】上記と同様の実験を更に行ったが、酸比が
7〜10の中性近傍のりん酸水溶液が3〜6 g/Lの
硫酸ヒドロキシルアミンを含有する皮膜形成処理液の場
合に、好ましい大きな皮膜形成量が安定して得られる事
が判った。この皮膜を潤滑剤の担持体として使用する際
には、皮膜の色は支障とはならない。尚りん酸、りん酸
塩イオン、アルカリ金属イオン、硫酸ヒドロキシルアミ
ン、及び水よりなる皮膜形成組成物にm−ニトロベンゼ
ンスルホン酸を添加すると、皮膜形成量は低下しまた灰
色性も低下する。またグルコン酸を添加すると皮膜形成
量と灰色性の双方は更に低下する。
【0031】[グループ3]このグループで用いた表2
の各皮膜形成処理液は、水に、正りん酸を22 g/L
又は36 g/L加えて全酸度を21ポイント又は34
ポイントにし、2.8 g/Lの硝酸ナトリウム、40
g/Lの塩素酸ナトリウム、18 g/Lの炭酸ナトリ
ウムを加え、遊離酸度を−0.2〜0.2ポイントの範
囲に調整した。SAE Type 1026の炭素鋼板を、酸洗
は行わなかったがグループ1の場合と同様に洗浄し、各
処理液に5分間接触させ、表2の各皮膜形成量を得た。
【0032】上記のりん酸塩皮膜を形成した鋼管には、
US特許5547595号の Total1の潤滑剤の6.4
〜8.6 g/m2(ドライベース)の皮膜を形成した。
潤滑剤の被覆を形成した各鋼管は、同様の条件で、マン
ドレルを用い、断面減少率が42%の引き抜きに供し
た。
【0033】
【表2】
【0034】りん酸塩皮膜の形成量が1.1 g/m2
鋼管はいずれも十分には引き抜かれなかった。りん酸塩
皮膜の形成量が2.2〜3.2 g/m2の場合は約1/
4のものが十分に引き抜く事ができた。また皮膜形成量
が5.4 g/m2以上のものは、全量が完全に引き抜く
事ができた。
【0035】[グループ4]このグループにおいては、
2.9〜3.1%のPO4 -イオン(リン酸塩から供
給)、1.2〜1.8%のClO3 -イオン(塩素酸ナト
リウムから供給)、0.3%の硝酸ナトリウム、適量の
炭酸ナトリウムを含有し、他は水よりなり、全酸度が3
2〜34ポイントで酸比が10〜15のりん酸塩皮膜形
成処理液を用いた。SAE Type 1026の鋼管を54℃
のこの処理液に5分間浸漬したが、皮膜形成量は4.6
〜4.9 g/m2であった。
【0036】
【発明の効果】本発明の処理液は、亜鉛や重金属等を含
有しないために、環境上の問題点が発生する事がない。
本発明によると厚膜のりん酸鉄の皮膜が得られるが、こ
の厚膜のりん酸鉄の皮膜は、冷間加工の際に用いる潤滑
剤の好ましい担持体となって、鉄系金属の円滑な冷間加
工が可能となる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄系金属表面と接触させる事により該表面
    にりん酸塩皮膜を形成する組成物で、水と下記(A)及
    び(B)を含有し、かつpHが4.2以下で、かつりん
    酸塩イオンの含有量が20 g/L以上で125 g/L
    以下であることを特徴とする、厚膜りん酸鉄皮膜の形成
    用組成物。 (A)溶解したりん酸塩のアニオン。 (B)水素イオン以外の1価の溶解したカチオンを全酸
    度が260ポイント以下となる量。
  2. 【請求項2】更に、硫酸ヒドロキシルアミン又はりん酸
    ヒドロキシルアミン1.0〜10.0 g/Lに相当す
    るヒドロキシルアミン源を含有し、かつ(全酸度):
    (遊離酸度)で表される酸比が2.0:1.0〜20:
    1.0であることを特徴とする請求項1に記載の、厚膜
    りん酸鉄皮膜の形成用組成物。
  3. 【請求項3】鉄系金属表面を請求項1又は2に記載の厚
    膜りん酸鉄皮膜の形成用組成物と接触させて、鉄系金属
    表面に皮膜形成量が1.7 g/m2以上の厚膜のりん酸
    塩皮膜を形成する事を特徴とする、厚膜りん酸鉄皮膜の
    形成方法。
JP9332604A 1996-12-06 1997-12-03 厚膜りん酸鉄皮膜の形成用組成物及び厚膜りん酸鉄皮膜の形成方法 Pending JPH10176278A (ja)

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