JP2000087254A

JP2000087254A - 油分付着鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液

Info

Publication number: JP2000087254A
Application number: JP11089982A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ishii; 均石井
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】油分の付着した鋼材の脱脂から化成を同一工
程で行うことを可能にし、もって、処理工程の短縮、省
スペース化、生産性の向上、薬剤コストの低減を達成し
得る、脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液を提供する。【解決手段】亜鉛イオン、リン酸イオンおよび化成促
進剤を含有し、かつＨＬＢ１２〜１７のポリオキシエチ
レンアルキルエーテルで乳化した鉱油０．１〜１０ｇ／
Ｌを含有する水溶液であることを特徴とする、油分付着
鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は防錆油、プレス油、
切削油等の油分が付着した冷延鋼板、熱延鋼板、鋳物
材、鋼線、鋼管等の表面をリン酸亜鉛化成処理する処理
液に関する。より具体的には、脱脂工程と化成工程を同
一工程にて行うことが可能であり、かつ、従来通り脱脂
処理とリン酸亜鉛化成処理を別工程で行った場合と同等
の皮膜重量、皮膜外観を持つリン酸亜鉛化成処理皮膜を
形成することができる油分付着鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛
化成処理液に関するものである。なお、本発明の処理液
を用いて形成されるリン酸亜鉛化成皮膜は、塗装下地、
塑性加工潤滑下地、防錆被膜等として機能する。

【０００２】

【従来の技術】現在、鋼材に対して優れた防錆性、塗装
性、潤滑性を付与するために、リン酸亜鉛化成処理が広
く用いられている。一般的な処理工程としては（１）脱
脂−（２）水洗−（３）化成［リン酸亜鉛］−（４）水
洗−（５）乾燥の順であるが、（２）および（４）の水
洗工程は必要に応じて多段水洗工程にしたり、湯洗工程
にすることもある。

【０００３】リン酸亜鉛化成皮膜が塗装下地として形成
される場合には、皮膜重量が２〜５ｇ／ｍ²程度の均一
かつ緻密な皮膜とすることが望ましい。皮膜結晶の均一
緻密化は、リン酸亜鉛化成処理工程での条件変動だけで
は達成が困難なため、リン酸亜鉛化成処理の直前にチタ
ンコロイド系の表面調整処理を行うことが多い。通常、
リン酸亜鉛化成処理は、リン酸イオン１０〜２０ｇ／Ｌ
および亜鉛イオン１．５〜５．０ｇ／Ｌを含有する処理
液を用いて、３５〜６０℃で鋼材表面にスプレーする
か、鋼材を浸漬して処理される。

【０００４】潤滑下地皮膜として形成される場合には、
皮膜重量５〜２０ｇ／ｍ²程度の厚膜タイプとすること
が望ましく、（４）の水洗工程後または（５）の乾燥工
程後に石鹸処理や固体潤滑処理のような潤滑処理が施さ
れる。リン酸亜鉛化成処理は、リン酸イオン１０〜５０
ｇ／Ｌおよび亜鉛イオン５〜２０ｇ／Ｌを含有する処理
液を用いて、６０〜９０℃で鋼材を浸漬して処理され
る。また、防錆皮膜として形成される場合にも、ほぼ上
記潤滑下地皮膜形成の処理条件と同様であり、皮膜形成
後潤滑処理の代りに防錆油塗布のような防錆処理が施さ
れる。

【０００５】いずれのタイプのリン酸亜鉛化成処理にし
ても、被処理材の表面には、防錆や前工程での切削、プ
レス加工等のために油分が付着している場合がほとんど
であり、このような場合には（１）の脱脂工程は必須工
程となる。

【０００６】前記処理工程を用いて処理する場合の第１
の問題点として、全工程が非常に長くなる点が挙げられ
る。これによって処理設備が大掛かりになると共に、多
くのスペースが必要となる。上記工程は５または６工程
よりなっているが、アルカリ脱脂および水洗工程に関し
ては洗浄効率を向上させるために、多段処理を行うこと
が多いので、設備費用が掛かると共に、処理工程をすべ
て通過するのにかなりの時間を要するため生産性が低く
なる。

【０００７】第２の問題点としては管理項目が多い点が
挙げられる。例えば脱脂がアルカリ脱脂であれば、脱脂
液のアルカリ度（全アルカリ度、遊離アルカリ度）、チ
タンコロイド系の表面調整を用いる場合は表面調整液の
濃度（全アルカリ度、チタン濃度）の管理というよう
に、管理すべき項目が多岐に亘り、操業上大きな負担と
なる。しかも、個々の工程で薬剤が消費されていくた
め、コスト負担もかなり大きい。なお、脱脂液は被処理
物に付着して次工程（水洗工程）へ持ち出されることに
より消費されると共に、定期的な廃棄更新時に消費され
る。表面調整液は、持ち出し、廃棄更新によって消費さ
れ、さらに、処理液の耐久性が低いために連続的な部分
更新（オートドレン）を行う場合が多く、これによって
も消費される。

【０００８】第３の問題点としては、洗浄水洗水の排水
量が多くなる点が挙げられる。脱脂液が表面調整液やリ
ン酸亜鉛化成処理液に持ち込まれた場合、不具合を生じ
ることが多いため、脱脂工程後には必ず水洗工程が設置
される。また、リン酸亜鉛化成処理後についても、被処
理物表面に処理液が付着したままの状態では、防錆、塗
装下地、潤滑下地いずれの目的に用いた場合も不具合が
発生するので、水洗工程の設置は必須である。よって、
脱脂後、リン酸亜鉛化成処理後の２系統からの水洗水が
大量に排出されることになり、排水処理への負担がかな
り大きい。

【０００９】設備の省コスト化、省スペース、管理の簡
略化、排水処理の負担軽減、いずれを取っても近年表面
処理業界に強く求められているテーマであり、これらの
課題を解決することによるメリットは計り知れない。

【００１０】上記３つの問題点を解決するために、従来
から脱脂とリン酸亜鉛化成処理を同一工程で行う方法が
検討されてきた。例えば、特開昭６３−２２７７８６号
公報に開示されている「亜鉛又は亜鉛合金メッキ鋼板成
形物を、Ｚｎ²⁺０．３〜１．０ｇ／Ｌ、Ｎｉ²⁺０．４〜
３．５ｇ／Ｌ、Ｍｎ²⁺０．１〜３．５ｇ／Ｌ、ＰＯ^3- ₄
１０〜２０ｇ／Ｌ、Ｆ^-０．５〜１．５ｇ／Ｌ、ＮＯ^- ₃
１５ｇ／Ｌ以下、界面活性剤０．７〜６ｇ／Ｌ、促進剤
（ＮＯ^- ₂）濃度２〜６ポイントの酸性処理液に浸漬して
処理するとリン酸塩処理方法」が挙げられる。この方法
を用いると、脱脂と化成処理を同時に行い、カチオン電
着塗装性能の向上を図ることができるが、亜鉛含有金属
材料以外には適用できないという欠点がある。上記発明
を鋼材に対して適用した場合には、皮膜形成が不十分と
なり、要求性能を満足することはできない。

【００１１】また、特開平８−３０２４７７号公報に
は、亜鉛イオンおよびリン酸イオンと、さらに５０〜１
５００ｐｐｍの有機過酸化物からなる化成促進剤と、必
要により界面活性剤とを含有する化成処理液、およびこ
れを用いて、金属材料表面上に、微細化された結晶を含
むリン酸亜鉛系化成皮膜を形成する方法が開示されてい
る。しかし、この方法によっても、油分付着鋼材に対し
て脱脂とリン酸亜鉛化成処理を同一工程で行う場合にお
いては、満足な皮膜形成が成されていないのが現状であ
る。

【００１２】以上説明したように、現行の脱脂〜化成〜
乾燥からなる処理工程を短縮し、設備コスト、薬剤コス
トおよび処理液管理を簡素化しようとするニーズは従来
から高いものの、色々な技術的障害があるために、現状
では実現に至っていない。すなわち、脱脂兼リン酸亜鉛
化成処理の発想は従来からあるものの、鋼材に対して脱
脂性とリン酸亜鉛化成処理性を同時に満足する化成処理
液は得られていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の抱える問題点を解決するために成されたものであ
り、油分の付着した鋼材の脱脂から化成を同一工程で行
うことを可能にし、もって、処理工程の短縮、省スペー
ス化、生産性の向上、薬剤コストの低減を達成し得る、
脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、まずリン酸亜鉛化成処理液中に種々
の界面活性剤を添加し、これを用いて油分付着鋼材を脱
脂し、かつリン酸亜鉛化成処理することを試みた。その
結果、特定の構造を持った界面活性剤、具体的にはポリ
オキシエチレンアルキルエーテルを添加した場合に、脱
脂性と化成処理性の双方が、他の界面活性剤を添加した
場合と比べて、優れていることを見出した。

【００１５】しかし、ポリオキシエチレンアルキルエー
テルを用いた場合でも、脱脂工程とリン酸亜鉛化成処理
工程を分けた場合と比較すると、脱脂性やリン酸亜鉛皮
膜の均一性、被覆性等の性能が十分とは言えなかった。
そこで本発明者らは、ポリオキシエチレンアルキルエー
テルのポリオキシエチレン付加モル数、アルキル炭素数
および油分濃度等について詳細な検討を行った。

【００１６】その結果、ポリオキシエチレンアルキルエ
ーテル中のポリオキシエチレン付加モル数とアルキル基
の炭素数によって決定されるＨＬＢが１２〜１７の範囲
内にあることが上記諸性能を良好なものにするために必
要であることを見出した。さらに、油分付着鋼材を処理
したときに不可避的に混入する油分については、例えば
アルカリ脱脂剤に関していえば、通常少ないほど良好な
脱脂性を示す。しかしながら、本発明者らは、上記特定
ＨＬＢ値のポリオキシエチレンアルキルエーテルを含有
する処理液にある濃度の鉱油を存在させる場合には、脱
脂性を損なうこと無く、均一なリン酸亜鉛化成皮膜を形
成できることを見出した。

【００１７】かかる知見に基づいて完成された本発明
は、亜鉛イオン（Ｚｎ²⁺）、リン酸イオン（ＰＯ^3- ₄）
および化成促進剤を含有し、かつＨＬＢ１２〜１７のポ
リオキシエチレンアルキルエーテルで乳化した鉱油０．
１〜１０ｇ／Ｌを含有する水溶液であることを特徴とす
る、油分付着鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液に関す
る。さらに、より良好な脱脂性を発揮させ、より均一な
リン酸亜鉛化成皮膜を析出させるためには、前記脱脂兼
リン酸亜鉛化成処理液は、前記ポリオキシエチレンアル
キルエーテルを０．５〜５．０ｇ／Ｌ、および前記鉱油
をポリオキシエチレンアルキルエーテル１００重量部に
対して２０〜３００重量部含有することが好ましい。本
発明の上記脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液は、塗装下地形
成用に使用する場合には、亜鉛イオン１．５〜５．０ｇ
／Ｌおよびリン酸イオン１０〜２０ｇ／Ｌを含有し、遊
離酸度が０．５〜４．０ポイントであることが好まし
く、潤滑下地または防錆皮膜形成用に使用する場合に
は、亜鉛イオン５〜２０ｇ／Ｌおよびリン酸イオン１０
〜５０ｇ／Ｌを含有し、遊離酸度が４．０〜１５ポイン
トであることが好ましい。化成促進剤として亜硝酸イオ
ンが用いられる場合には、酸の存在下でのその不安定性
を考慮して、本発明の処理液を二液型とすることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の内容を詳しく説明
する。本発明の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液は、基本的
に亜鉛イオン、リン酸イオンおよび化成促進剤を含有す
るリン酸亜鉛化成処理液をベースに、ＨＬＢ１２〜１７
のポリオキシエチレンアルキルエーテルで乳化した鉱油
を０．１〜１０ｇ／Ｌ含有している。なお、この含量
は、上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルを含まな
い、鉱油としての含量である。上記ポリオキシエチレン
アルキルエーテルにおけるアルキル基は特に限定されな
いが、炭素数８〜１４の直鎖もしくは分岐のアルキル基
であることが好ましい。ポリオキシエチレンアルキルエ
ーテルのＨＬＢが１２を下回る場合は脱脂不良となり、
１７を上回る場合はリン酸亜鉛皮膜の析出ムラを生じ
る。

【００１９】鉱油としてはマシン油、灯油、軽油、切削
油剤、タービン油、防錆油、プレス油、スピンドル油等
が挙げられる。これらの具体例としては日本工業規格に
規定されている鉱油製品である、ＪＩＳＫ２２３８
のマシン油、ＪＩＳＫ２２０３の灯油、ＪＩＳＫ
２２０４の軽油、ＪＩＳＫ２２４１の切削油剤、
ＪＩＳＫ２２１３のタービン油、ＪＩＳＫ２２
４６のさび止め油等が挙げられる。なお、防錆油やプレ
ス油には防錆添加剤や極圧添加剤が添加されている場合
もあるが、その場合でも本発明での使用に支障ない。鉱
油の濃度が０．１ｇ／Ｌを下回る場合はリン酸亜鉛皮膜
の析出ムラを生じ、１０ｇ／Ｌを上回る場合は脱脂不良
となる。最も良好な濃度範囲は０．２〜７．５ｇ／Ｌで
ある。

【００２０】さらに、良好な脱脂性を保持し、より均一
なリン酸亜鉛皮膜を析出させるためには、ポリオキシエ
チレンアルキルエーテル濃度を０．５〜５．０ｇ／Ｌに
すると共に、鉱油濃度はポリオキシエチレンアルキルエ
ーテル１００重量部に対して２０〜３００重量部の範囲
に調整することが好ましい。

【００２１】化成促進剤は酸のエッチング力を高め、化
成反応を促進する。化成促進剤としては亜硝酸イオン、
ヒドロキシルアンモニウムイオン、塩素酸イオン、ニト
ロベンゼンスルホン酸イオン、過酸化水素等を使用でき
るが、亜硝酸イオンまたはヒドロキシルアンモニウムイ
オンが最も好ましい。化成促進剤の濃度範囲は一般に
０．０５〜２．０ｇ／Ｌが好ましく、特に亜硝酸イオン
の濃度範囲は５０〜２００ｍｇ／Ｌ、ヒドロキシルアン
モニウムイオンの濃度範囲は０．５〜２．０ｇ／Ｌが好
ましい。亜硝酸イオンは亜硝酸ナトリウム、ヒドロキシ
ルアンモニウムイオンは硫酸ヒドロキシルアンモニウ
ム、リン酸ヒドロキシルアンモニウム等の形で添加でき
る。

【００２２】本発明で用いるリン酸亜鉛化成処理液の中
には、金属表面の酸化膜を破壊し、エッチング反応を補
助するエッチング助剤、皮膜の密着性や酸、アルカリに
対する化学的安定性を向上させるための他の金属イオン
等の従来使用されてきた添加成分を含有させることがで
きる。エッチング助剤としてはフッ化物イオン、珪フッ
化物イオン等が挙げられる。これらはナトリウム塩、ア
ンモニウム塩または遊離の酸（フッ化水素酸、珪フッ化
水素酸等）として処理液中に含有させることができる。
エッチング剤の濃度は０．１〜２．０ｇ／Ｌが好まし
い。他の金属イオンとしては、主として皮膜の密着性を
向上させるニッケルイオン（Ｎｉ²⁺）、銅イオン（Ｃｕ
²⁺）、コバルトイオン（Ｃｏ²⁺）等および／または主と
して皮膜の化学的安定性（耐酸性、耐アルカリ性）を向
上させるマンガンイオン（Ｍｎ²⁺）、マグネシウムイオ
ン（Ｍｇ²⁺）、カルシウムイオン（Ｃａ²⁺）等を使用で
きる。これらは硝酸塩、リン酸塩等として処理液中に含
有させることができる。他の金属イオンの濃度は、銅イ
オンでは５〜５０ｍｇ／Ｌ、その他の金属イオンでは
０．１〜３．０ｇ／Ｌが好ましい。本発明の処理液中に
これらの成分が含有されていても、個々の成分が個々の
作用効果を十分に発揮することができるので、何ら問題
はない。

【００２３】一般に、本発明の処理液中のリン酸イオン
の濃度は１０〜５０ｇ／Ｌであるのが好ましく、亜鉛イ
オンの濃度は１．５〜２０ｇ／Ｌであるのが好ましく、
遊離酸度は０．５〜１５ポイントであるのが好ましい。
しかしながら、本発明の処理液中のリン酸イオンおよび
亜鉛イオンの濃度、および遊離酸度は形成される皮膜の
用途によって以下のように設定するのがさらに好まし
い。すなわち、塗装下地処理として適用される場合は、
皮膜重量２〜５ｇ／ｍ²程度の薄膜タイプの均一緻密な
リン酸亜鉛皮膜を析出させることが望ましいので、リン
酸イオン１０〜２０ｇ／Ｌおよび亜鉛イオン１．５〜
５．０ｇ／Ｌであるのが好ましい。また、遊離酸度は
０．５〜４．０ポイント程度に調整するのが好ましい。
一方、潤滑下地皮膜として適用される場合には、皮膜重
量５〜２０ｇ／ｍ²程度の厚膜タイプであることが望ま
しいので、リン酸イオン１０〜５０ｇ／Ｌおよび亜鉛イ
オン５〜２０ｇ／Ｌであるのが好ましい。また、防錆皮
膜として適用される場合は、潤滑下地皮膜の場合のリン
酸イオンおよび亜鉛イオン濃度とほぼ同様で良い。ま
た、いずれの場合も遊離酸度は４．０〜１５ポイント程
度、特に５．０〜１３ポイント程度に調整するのが好ま
しい。

【００２４】ここで遊離酸度とは、２〜３程度の低いｐ
Ｈを精度良くかつ再現性良く測定することはｐＨメータ
（ガラス電極）では困難であるため、処理液の酸性度を
表すのにｐＨの代りに一般に用いられる代用値であっ
て、処理液１０ｍＬを採取し、ブロムフェノールブルー
を指示薬として、０．１規定水酸化ナトリウム水溶液で
中和滴定を行い、黄色から青色に変化するまでに要した
滴定液のｍＬ数のことである。例えば遊離酸度１ポイン
トとは上記ｍＬ数が１ｍＬであることを意味する。なお
本発明の処理液は、特に限定される訳ではないが、通
常、硝酸または水酸化ナトリウムによって所定の遊離酸
度に調整することができる。

【００２５】本発明の処理液の調製方法についての制限
は特にない。例えばリン酸イオン、亜鉛イオンおよび化
成促進剤、および必要に応じエッチング助剤および／ま
たは他の金属イオン等を含有する水溶液に、ＨＬＢ１２
〜１７のポリオキシエチレンアルキルエーテルおよび鉱
油を添加して全体を乳化することによって調製すること
ができる。化成促進剤を乳化後に加えることも可能であ
り、化成促進剤として亜硝酸イオンを用いる場合はそう
するのが好ましい。亜硝酸イオンがリン酸亜鉛処理液の
ような酸性水溶液中で自然分解する性質があり、特に乳
化時の撹拌で分解が促進される恐れがあるからである。

【００２６】化成促進剤として亜硝酸イオを用いる場合
には上記の不安定性を考慮して、本発明の処理液を、亜
鉛イオンおよびリン酸イオンを含有し、かつＨＬＢ１２
〜１７のポリオキシエチレンアルキルエーテルで乳化し
た鉱油０．１〜１０ｇ／Ｌを含有する水溶液と亜硝酸イ
オンを含有する水溶液とからなる二液型の、油分付着鋼
材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液であって、両者を混合
した際に上記した一液型の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液
とすることができる、脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液とし
ても良い。この二液型タイプの脱脂兼リン酸亜鉛化成処
理液は通常ユーザーが使用時に混合して一液型として使
用する。

【００２７】本発明の処理液を適用する対象物は、表面
に防錆油、プレス油等の油分の付着した冷延鋼板、熱延
鋼板、鋳物材、鋼線、鋼管等の鋼材である。鋼は普通鋼
であることが好ましく、ステンレス鋼のように合金成分
を多量に含有する合金鋼には適さない。付着油は鉱油、
植物油、動物油いずれでも良いが、鋼材に塗油される油
としては鉱油が最も一般的であり、処理液に含有する鉱
油の供給源ともなり得るので、鉱油であることが好まし
い。鋼材に付着した油分付着量は特に限定されない。ま
た、本発明の処理液は鋼材に対して特にその効果を発揮
するものであるが、亜鉛めっき材や亜鉛材、アルミニウ
ム材といった他の金属材料に対しても、その効果を十分
発揮するものである。

【００２８】本発明の処理液を用いて油分付着鋼材を処
理する場合の処理方法としては、スプレー処理または浸
漬処理が好ましい。処理温度、処理時間および皮膜重量
は皮膜用途によって異なる。本発明の処理液を塗装下地
皮膜形成のために用いる場合には、皮膜重量２〜５ｇ／
ｍ²程度の薄膜タイプの均一緻密なリン酸亜鉛皮膜を析
出させることが望ましい。処理時の処理液の温度は３５
〜６０℃であることが好ましい。３５℃を下回る場合
は、脱脂不良またはリン酸亜鉛皮膜の析出不良となり、
６０℃を超える温度は経済的に不利である。処理時間は
３０秒〜１０分が好ましい。３０秒を下回る場合は、脱
脂、化成のいずれかが不十分となる可能性があり、１０
分を上回る場合は、脱脂および化成反応が完全に終結
し、それ以上処理液と被処理物が接液していても、もは
や何ら反応の進行が見られないため、経済的に無駄であ
り、生産性の低下につながる。

【００２９】本発明の処理液を潤滑下地皮膜形成のため
に用いる場合には、皮膜重量５〜２０ｇ／ｍ²程度の厚
膜タイプのリン酸亜鉛皮膜を析出させることが望まし
い。処理時の処理液の温度は６０〜９０℃であることが
好ましい。６０℃を下回る場合は、所望の皮膜重量が得
られず、９０℃を超える温度に保持することは実質的に
困難なばかりか経済的にも不利である。処理時間は３０
秒〜１０分が好ましい。３０秒を下回る場合は、脱脂、
化成のいずれかが不十分となる可能性があり、１０分を
上回る場合は、脱脂および化成反応が完全に終結し、そ
れ以上処理液と被処理物が接液していても、もはや何ら
反応の進行が見られないため、経済的に無駄であり、生
産性の低下につながる。本発明の処理液を防錆皮膜形成
のために用いる場合の処理温度、処理時間および皮膜重
量は潤滑下地皮膜形成の場合とほぼ同様で良い。

【００３０】本発明の処理液を用いて処理された鋼材
は、処理後に付着した処理液を洗い流すため、水洗また
は湯洗に付される。その後、必要に応じて乾燥後、塗装
が目的の場合には塗装処理を行い、潤滑が目的の場合に
は反応型の石鹸処理や固体潤滑剤の塗布を行う。防錆が
目的の場合には乾燥後そのまま使用するか防錆油を塗油
するのが一般的である。

【００３１】

【作用】次に本発明の作用効果について説明する。本発
明は、油分付着鋼材に対し、脱脂とリン酸亜鉛化成処理
を同時に行うことを目的に、ＨＬＢ１２〜１７のポリオ
キシエチレンアルキルエーテルで乳化した鉱油を含有す
るリン酸亜鉛化成処理液を用いることが最大の特徴であ
る。

【００３２】油分付着鋼材に適用される脱脂液、特にア
ルカリ脱脂液における界面活性剤は、一般に油分に対す
る乳化性および分散油の再付着防止性を有するタイプが
使用される。脱脂は付着油の乳化分散から始まるもので
あり、乳化性は脱脂の基本性能と言える。さらに、乳化
分散した油分の再付着を防止することも脱脂性の優劣を
決定する重要な性能である。分散油の再付着防止機構
は、一度脱脂された金属表面に界面活性剤が単分子レベ
ルで吸着し、金属表面への油分再付着をブロックしてい
るものと考えられる。このように、乳化性と油分再付着
防止性が共に良好な界面活性剤こそ、脱脂液設計上優れ
た界面活性剤と言える。

【００３３】一方、リン酸亜鉛化成処理液中に界面活性
剤を添加して、脱脂と化成を同時に行おうとした場合、
良好な乳化性は求められるものの、油分再付着防止性は
化成反応に対してかえって弊害となる。なぜならば、金
属表面への界面活性剤の吸着は、化成反応の開始反応で
ある素地金属のエッチングを抑制してしまうからであ
る。事実、吸着力の強い界面活性剤の中には腐食抑制剤
（インヒビター）として適用されているものもある。つ
まり、金属表面に付着する油分の乳化分散能力は有して
いるものの、金属表面への吸着力の極力小さい界面活性
剤こそ、脱脂兼リン酸亜鉛化成処理に対して最も有効な
界面活性剤ということになる。

【００３４】特開昭６３−２２７７８６号公報に開示の
技術が亜鉛または亜鉛合金めっき鋼板にのみ有効であっ
たのは、亜鉛自体が鉄に比べてリン酸亜鉛化成処理液中
でエッチングされやすい金属であるがために、界面活性
剤の吸着によってエッチング反応が極端に抑制されるこ
とがなかったためと考えられる。また、特開平８−３０
２４７７号公報に開示の技術では、強力な酸化剤の有機
過酸化物を用いることによってエッチング力を強化して
いるが界面活性剤の吸着によるエッチング抑制作用は免
れない。

【００３５】しかし、本発明の処理液に含有されるＨＬ
Ｂ１２〜１７のポリオキシエチレンアルキルエーテル
は、油分に対する強力な乳化力を有している反面、金属
表面への吸着力が微弱なため、エッチング反応への抑制
作用は少ない。すなわち、従来技術での対応が困難であ
った鋼材に対して、特別な酸化剤を用いなくても化成処
理を進行させるに十分なエッチング力を確保することが
できるのである。

【００３６】ただし、上記界面活性剤をリン酸亜鉛化成
処理液中に添加するだけでは、エッチング反応は進行す
るものの、均一なリン酸亜鉛化成皮膜の析出には不十分
である。良好なリン酸亜鉛化成皮膜は、結晶性のリン酸
亜鉛微粒子が均一に析出している必要があるが、脱脂と
化成を同時に行った場合は、脱脂が完了した鋼材表面か
ら順次化成反応に移行するために、脱脂にかかるタイム
ラグがそのまま皮膜析出時のムラ、すなわち不均一皮膜
の原因となるのである。

【００３７】本発明の処理液中には、上記界面活性剤と
共に特定濃度範囲の鉱油が必須成分として含有されてい
るが、これはまさに皮膜析出の均一化に寄与している。
処理液中の鉱油は上記界面活性剤によって乳化され、エ
マルジョンを形成する。このエマルジョンは界面活性剤
単体の場合と同様の脱脂性を有すると共に、脱脂された
金属表面に対し、微弱な吸着脱着を繰り返し、この微弱
かつ微細な吸着脱着反応が、リン酸亜鉛化成皮膜結晶の
均一析出に寄与するものと推定される。

【００３８】また、特に薄膜の皮膜を得る場合は、比較
的低温で処理されることが多く、化成処理性をさらに強
化しておくことが好ましい。化成処理性を向上させるた
めにはエッチング力を強化する必要がある。化成促進剤
はエッチングに直接寄与する成分であるが、中でもヒド
ロキシルアンモニウムイオンおよび亜硝酸イオンは高い
エッチング力を有することから特に有効である。

【００３９】

【実施例】次に実際の処理について幾つかの実施例と比
較例を示し、本発明の効果をより具体的に説明する。な
お、本発明はこれらの実施例によって何ら制約を受ける
ものではない。試験材料としては洗浄防錆油：ＮＯＸ−
ＲＵＳＴ５３０−４０が１ｇ／ｍ²塗油された板厚０．
８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ−ＳＤ）およびプレス
油：ＮＯＸ−ＲＵＳＴ３２０が２ｇ／ｍ²塗油された外
径３０ｍｍ、高さ３４ｍｍの円柱状炭素鋼鋼材（Ｓ４５
Ｃ）を用いた。なお、上記２種の油は共にパーカー興産
株式会社製のものであり、鉱油をベースにしたものであ
る。

【００４０】実施例および比較例に示す処理液のベース
となる５種の水溶液の組成を以下に示す。なお、各水溶
液は括弧内の成分を水道水に順次溶解させることにより
作製した。 −水溶液１− リン酸イオン：１２ｇ／Ｌ（７５％リン酸を添加）亜鉛イオン：１．７ｇ／Ｌ（酸化亜鉛を添加）ニッケルイオン：１．０ｇ／Ｌ（炭酸ニッケルを添加）珪フッ化物イオン：１．２ｇ／Ｌ（珪フッ化ナトリウム
を添加）遊離酸濃度：１．２ポイント

【００４１】−水溶液２− リン酸イオン：１５ｇ／Ｌ（７５％リン酸を添加）亜鉛イオン：２．５ｇ／Ｌ（酸化亜鉛を添加）コバルトイオン：０．５ｇ／Ｌ（炭酸コバルトを添加）遊離酸濃度：１．５ポイント

【００４２】−水溶液３− リン酸イオン：１８ｇ／Ｌ（７５％リン酸を添加）亜鉛イオン：４．５ｇ／Ｌ（酸化亜鉛を添加）フッ化物イオン：０．３ｇ／Ｌ（５５％フッ化水素酸を
添加）遊離酸濃度：２．０ポイント

【００４３】−水溶液４− リン酸イオン：１３ｇ／Ｌ（７５％リン酸を添加）亜鉛イオン：７．０ｇ／Ｌ（酸化亜鉛を添加）遊離酸濃度：５．５ポイント

【００４４】−水溶液５− リン酸イオン：４０ｇ／Ｌ（７５％リン酸を添加）亜鉛イオン：１５ｇ／Ｌ（酸化亜鉛を添加）遊離酸濃度：１２ポイントなお化成処理液１〜５は、硝酸または水酸化ナトリウム
によって所定の遊離酸度に調整した。

【００４５】次に、実施例および比較例の処理液を用い
た処理工程を以下に示す。（１）実施例および比較例の処理液を用いた処理（条件
は下記実施例および比較例に記載した通りとする）（２）水洗［水道水］常温、３０秒、スプレー（３）脱イオン水洗［脱イオン水（電気伝導度：０．２
μＳ／ｃｍ）］常温、２０秒、スプレー（４）水切り乾燥１１０℃熱風、１８０秒

【００４６】皮膜重量は、７５℃に加温した５％クロム
酸水溶液の中で１５分間処理品を浸漬することにより皮
膜を剥離し、剥離前後の処理品の重量、および処理品の
表面積より算出した。

【００４７】析出した皮膜結晶については走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍に拡大した像を観察
し、これにより、化成皮膜結晶の素地金属への被覆性
（素地に対する皮膜被覆面積率）を評価した。また、目
視による皮膜外観も同時に評価した。

【００４８】実施例１水溶液１にＨＬＢ１２．３のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：０．９ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：０．２ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
２２重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化し
た（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナトリ
ウムを亜硝酸イオンとして１００ｍｇ／Ｌ添加し、処理
液温度を５５℃とした。上記処理液を用いて油分付着冷
間圧延鋼板を１２０秒間浸漬処理した。皮膜重量は２．
８ｇ／ｍ²、皮膜被覆面積率は９０％、皮膜外観は均一
であった。

【００４９】実施例２水溶液２にＨＬＢ１４．２のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：３．３ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：９．７ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
２９４重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、リン酸ヒド
ロキシルアンモニウムをヒドロキシルアンモニウムイオ
ンとして０．７ｇ／Ｌ添加し、処理液温度を５０℃とし
た。上記処理液を用いて油分付着冷間圧延鋼板を１２０
秒間浸漬処理した。皮膜重量は３．６ｇ／ｍ²、皮膜被
覆面積率は１００％、皮膜外観は均一であった。

【００５０】実施例３水溶液３にＨＬＢ１４．２のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：２．０ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：２．０ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
１００重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、硫酸ヒドロ
キシルアンモニウムをヒドロキシルアンモニウムイオン
として１．５ｇ／Ｌ添加し、処理液温度を５８℃とし
た。上記処理液を用いて油分付着冷間圧延鋼板を９０秒
間浸漬処理した。皮膜重量は３．２ｇ／ｍ²、皮膜被覆
面積率は１００％、皮膜外観は均一であった。

【００５１】実施例４水溶液３にＨＬＢ１６．６のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：４．８ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：７．２ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
１５０重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナト
リウムを亜硝酸イオンとして７０ｍｇ／Ｌ添加し、処理
液温度を４５℃とした。上記処理液を用いて油分付着冷
間圧延鋼板を４０秒間スプレー処理した。皮膜重量は
３．０ｇ／ｍ²、皮膜被覆面積率は９０％、皮膜外観は
均一であった。

【００５２】実施例５水溶液２にＨＬＢ１４．２のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：０．６ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：１．２ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
２００重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナト
リウムを亜硝酸イオンとして１８０ｍｇ／Ｌ添加し、処
理液温度を３８℃とした。上記処理液を用いて油分付着
冷間圧延鋼板を１８０秒間浸漬処理した。皮膜重量は
３．４ｇ／ｍ²、皮膜被覆面積率は１００％、皮膜外観
は均一であった。

【００５３】実施例６水溶液４にＨＬＢ１２．３のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：１．２ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ３２０：
０．６ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して５０重
量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化した（６
０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナトリウムを
亜硝酸イオンとして１２０ｍｇ／Ｌ添加し、処理液温度
を８０℃とした。上記処理液を用いて油分付着炭素鋼鋼
材を４８０秒間浸漬処理した。皮膜重量は７．５ｇ／ｍ
²、皮膜被覆面積率は１００％、皮膜外観は均一であっ
た。

【００５４】実施例７水溶液５にＨＬＢ１６．６のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：２．５ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ３２０：
７．０ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して２８０
重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化した
（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、硫酸酸ヒドロキ
シルアンモニウムをヒドロキシルアンモニウムイオンと
して１．０ｇ／Ｌ添加し、処理液温度を７０℃とした。
上記処理液を用いて油分付着炭素鋼鋼材を３００秒間浸
漬処理した。皮膜重量は１２．５ｇ／ｍ²、皮膜被覆面
積率は１００％、皮膜外観は均一であった。

【００５５】比較例１水溶液１にＨＬＢ１４．２のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：３．６ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：１１．０ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対し
て３０６重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳
化した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナ
トリウムを亜硝酸イオンとして１００ｍｇ／Ｌ添加し、
処理液温度を５５℃とした。上記処理液を用いて油分付
着冷間圧延鋼板を１２０秒間浸漬処理した。皮膜重量は
１．１ｇ／ｍ²、皮膜被覆面積率は１０％、皮膜外観は
不均一であった。

【００５６】比較例２水溶液１にＨＬＢ１３．６のポリオキシエチレンノニル
フェニルエーテル：２．０ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５
３０−４０：２．０ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に
対して１００重量部）を添加し、ホモジナイザーを用い
て乳化した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝
酸ナトリウムを亜硝酸イオンとして８０ｍｇ／Ｌ添加
し、処理液温度を５５℃とした。上記処理液を用いて油
分付着冷間圧延鋼板を１２０秒間浸漬処理した。処理後
水洗で水濡れはしていたものの、皮膜は全く析出してい
なかった。

【００５７】比較例３水溶液２にＨＬＢ１１．５のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：１．０ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：２．０ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対して
２００重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、亜硝酸ナト
リウムを亜硝酸イオンとして３０ｍｇ／Ｌ添加し、処理
液温度を５０℃とした。上記処理液を用いて油分付着冷
間圧延鋼板を９０秒間浸漬処理した。処理後水洗を行っ
ても水はじきをしており、皮膜も全く析出していなかっ
た。

【００５８】比較例４水溶液３にＨＬＢ１７．５のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル：０．３ｇ／ＬとＮＯＸ−ＲＵＳＴ５３０−
４０：０．０５ｇ／Ｌ（界面活性剤１００重量部に対し
て１７重量部）を添加し、ホモジナイザーを用いて乳化
した（６０００ｒｐｍ、５分間）。さらに、硫酸ヒドロ
キシルアンモニウムをヒドロキシルアンモニウムイオン
として０．４ｇ／Ｌ添加し、処理液温度を３３℃とし
た。上記処理液を用いて油分付着冷間圧延鋼板を４０秒
間スプレー処理した。皮膜重量は０．６ｇ／ｍ²、皮膜
被覆面積率は１０％、皮膜外観は不均一であった。

【００５９】比較例５水溶液４に亜硝酸ナトリウムを亜硝酸イオンとして１２
０ｍｇ／Ｌ添加し、処理液温度を８０℃とした。上記処
理液を用いて油分付着炭素鋼鋼材を４８０秒間浸漬処理
した。皮膜重量は１．５ｇ／ｍ²、皮膜被覆面積率は１
０％、皮膜外観は不均一であった。

【００６０】実施例１〜７および比較例１〜５に用いた
処理液のベースとなる水溶液、亜鉛イオン濃度、リン酸
イオン濃度、促進剤の種類（亜硝酸イオンまたはヒドロ
キシルアンモニウムイオン）と濃度、界面活性剤（比較
例２を除きポリオキシエチレンアルキルエーテル）のＨ
ＬＢと濃度、鉱油濃度、鉱油の界面活性剤に対する重量
比率、および処理液の温度を表１にまとめて記載した。
また、処理条件（処理方法と処理時間）および皮膜性状
（皮膜重量、皮膜被覆面積率、皮膜外観）を表２にまと
めて記載した。

【００６１】これらの結果から分るように、本発明の処
理方法を適用した実施例１〜７では、油分の付着した鋼
材に対して、均一なリン酸亜鉛化成皮膜の析出が得られ
ることが確認された。これに対し、鉱油濃度が上限を上
回り、界面活性剤に対する鉱油比率が上限を上回る比較
例１、界面活性剤としてポリオキシエチレンノニルフェ
ニルエーテルを用いた比較例２、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテルのＨＬＢが下限を下回る比較例３、界面
活性剤に対する鉱物油比率、処理液温度のいずれも下限
を下回り、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのＨＬ
Ｂが上限を上回る比較例４、および処理液中に鉱油も界
面活性剤も含有しない比較例５については、皮膜が析出
しないか、皮膜が析出しても十分な皮膜重量が得られ
ず、皮膜外観も不均一であった。

【００６２】さらに、実施例および比較例の処理液によ
って得られた皮膜の機能性を確認するために、以下に示
す２つの試験を実施した。第１の試験としては塗装下地
皮膜としての性能試験、つまり塗装後の耐食性評価試験
を実施した。実施例１〜５および比較例１〜４で処理さ
れた冷間圧延鋼板を関西ペイント社製カチオン電着塗料
「エレクロンＮｏ．９２００」を用いて塗膜厚２０μｍ
となるように塗装し、鋭利なカッターでクロスカットし
た後、１０００時間の塩水噴霧試験を行った。さらに、
クロスカット部をテープ剥離し、剥離幅を測定した。そ
の結果、実施例１〜５によって処理された冷間圧延鋼板
は、いずれもクロスカットからの剥離幅は３ｍｍ未満で
あったのに対し、比較例１〜４によって処理された冷間
圧延鋼板は、いずれも３ｍｍを超える膨れ幅であった。
実施例１〜５の処理方法によって得られるリン酸亜鉛化
成皮膜は、塗装下地皮膜としての性能を十分満足してい
ることが分る。

【００６３】また、第２の試験としては潤滑下地皮膜と
しての性能試験、つまり塑性加工性試験を実施した。実
施例６、７および比較例５で処理された炭素鋼鋼材を、
日本パーカライジング社製のナトリウム石鹸系潤滑処理
剤「パルーブ２３５」を用いて、７％水溶液、８０℃の
条件で、３分間浸漬処理し、後方せん孔押出し試験を実
施した。後方せん孔押出し試験は、冷間鍛造における塑
性加工性を調査する試験であり、今回は、パンチ材質：
ＨＡＰ４０、パンチ径：２１．２１ｍｍ、パンチ先端
Ｒ：６ｍｍ、ストローク速度：３０ｓｐｍ、せん孔深
さ：４４ｍｍ、減面率：５０％の条件下で試験した。そ
の結果、実施例６、７によって処理された炭素鋼鋼材は
傷つき無く良好な加工性を示したのに対し、比較例５に
よって処理された炭素鋼鋼材はパンチにより強度の傷つ
きが発生しており、今回の試験条件では加工不可能であ
った。つまり、実施例６、７の処理によって得られたリ
ン酸亜鉛化成皮膜は良好な潤滑下地皮膜として機能して
いることが分る。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】

【発明の効果】本発明の処理液を油分の付着した鋼材に
適用する場合には、脱脂処理とリン酸亜鉛系化成処理を
同時に行うことができる。したがって、この処理液を用
いることにより、大幅な処理工程の短縮、処理設備の簡
略化、省スペース化、生産性の向上、薬剤コストの低
減、薬剤管理の簡略化等、多岐に亘るメリットが期待で
きる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛イオン、リン酸イオンおよび化成促
進剤を含有し、かつＨＬＢ１２〜１７のポリオキシエチ
レンアルキルエーテルで乳化した鉱油０．１〜１０ｇ／
Ｌを含有する水溶液であることを特徴とする、油分付着
鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液。
【請求項２】前記ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ルを０．５〜５．０ｇ／Ｌ、および前記鉱油を前記ポリ
オキシエチレンアルキルエーテル１００重量部に対して
２０〜３００重量部含有する請求項１に記載の脱脂兼リ
ン酸亜鉛化成処理液。
【請求項３】亜鉛イオン１．５〜５．０ｇ／Ｌおよび
リン酸イオン１０〜２０ｇ／Ｌを含有し、遊離酸度が
０．５〜４．０ポイントである、塗装下地形成のための
請求項１または２記載の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液。
【請求項４】亜鉛イオン５〜２０ｇ／Ｌおよびリン酸
イオン１０〜５０ｇ／Ｌを含有し、遊離酸度が４．０〜
１５ポイントである、潤滑下地または防錆皮膜形成のた
めの請求項１または２記載の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理
液。
【請求項５】亜鉛イオンおよびリン酸イオンを含有
し、かつＨＬＢ１２〜１７のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテルで乳化した鉱油０．１〜１０ｇ／Ｌを含有す
る水溶液と亜硝酸イオンを含有する水溶液とからなる二
液型の、油分付着鋼材の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液で
あって、両者を混合した際に請求項１〜４のいずれかに
記載の脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液とすることができ
る、脱脂兼リン酸亜鉛化成処理液。