[go: up one dir, main page]

JP2001264282A - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL

Info

Publication number
JP2001264282A
JP2001264282A JP2000073625A JP2000073625A JP2001264282A JP 2001264282 A JP2001264282 A JP 2001264282A JP 2000073625 A JP2000073625 A JP 2000073625A JP 2000073625 A JP2000073625 A JP 2000073625A JP 2001264282 A JP2001264282 A JP 2001264282A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal material
zeta potential
aqueous solution
contact
particles
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
JP2000073625A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumi Yanagisawa
佳寿美 柳澤
Setsu Nishizawa
節 西澤
Reiko Tahara
麗子 太原
Tatsuya Osako
達也 大迫
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.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel 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 Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2000073625A priority Critical patent/JP2001264282A/en
Publication of JP2001264282A publication Critical patent/JP2001264282A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for accurately measuring a ζ potential on a metallic material surface and to provide a surface characteristic evaluation method for the metallic material based on this ζ, potential measurement. SOLUTION: A water solution C containing an electrolyte maintaining a fixed dielectric constant is stored in a cell 1, and the metallic material X is brought into contact with the solution C, while a monitor particle B charged at a known ζ potential is arranged inside the solution. From a change in mobility of the monitor particle B between the mobility of the monitor particle B in the solution in no contact with the metallic material and that in the solution C in contact with the metallic material, a ζ potential matching the change of the mobility is measured as a ζ potential of the metallic material surface. A part of the solution contact side surface of the metallic material X is insulated, so that the monitor particle B in the solution is charged, and then, the change of mobility of the monitor particle B in the solution is detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材表面のゼー
タ電位測定方法およびゼータ電位測定装置、金属材の表
面特性の評価方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the zeta potential of a metal material surface, an apparatus for measuring the zeta potential, and a method for evaluating the surface characteristics of a metal material.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゼータ電位 (ζ電位) は、例えば、コロ
イド粒子などの溶液中にある物質 (固体) 表面の帯電状
態を表し、物質表面の帯電状態 (表面特性) を評価する
手段として、コロイド科学の分野などで汎用されてい
る。より具体的には、紙パルプ、写真、塗料、油脂、セ
メント等の分野で、個々のコロイド溶液の凝集や分散状
態を、コロイド粒子のゼータ電位を測定して、これらコ
ロイド粒子と溶液との相互関係である種々の特性を評価
することが行われ、特開平10-121039 号、特開平8-1697
38号、特開平7-116484号、特開平7-45600 号、特開平6-
48735 号、特開平6-220 号、特開平5-337351号、特開平
5-67601 号等の公報にも、測定法などとともに開示され
ている。
2. Description of the Related Art The zeta potential (ζ potential) represents the charged state of a surface of a substance (solid) in a solution such as colloidal particles. It is widely used in scientific fields. More specifically, in the fields of paper pulp, photography, paints, oils, fats, cements, etc., the agglomeration and dispersion of individual colloidal solutions are measured by measuring the zeta potential of the colloidal particles, and the interaction between these colloidal particles and the solution is measured. Various characteristics that are related to each other are evaluated, and JP-A-10-121039, JP-A-8-1697
No. 38, JP-A-7-116484, JP-A-7-45600, JP-A-6-600
No. 48735, JP-A-6-220, JP-A-5-337351, JP-A-5-337351
It is also disclosed in publications such as 5-67601 together with the measurement method.

【0003】このゼータ電位 (ζ電位) は、「ゼータ電
位 微粒子界面の物理化学」( サイエンティスト社、19
95年1 月31日発行) 等にも開示されている通り、コロイ
ド粒子の電気泳動、電気浸透、流動電位、沈降電位等の
界面動電現象から得られる電位として測定可能である。
This zeta potential (ζ potential) is described in “Physical Chemistry at Zeta Potential Particle Interface” (Scientist, 19
As disclosed in U.S. Pat. No. 5,953,955), it can be measured as a potential obtained from electrokinetic phenomena such as electrophoresis of colloid particles, electroosmosis, streaming potential, sedimentation potential and the like.

【0004】コロイド粒子表面のゼータ電位の電気泳動
による測定原理を図1 に模式的に示す。図1 において、
セル1 中の溶液 (分散液) C に一定の電場 (±) をか
け、粒子A を分散させると、粒子A 表面の一定のゼータ
電位 [図1 では電荷が (−)]を有するように帯電し、こ
の帯電状態 (ζ) に従い、速度U で対極の電極方向へ移
動する。
FIG. 1 schematically shows the principle of measuring the zeta potential of colloidal particles by electrophoresis. In FIG.
When a certain electric field (±) is applied to the solution (dispersion liquid) C in the cell 1 to disperse the particles A, the particles are charged so as to have a constant zeta potential on the surface of the particles A [in Fig. 1, the charge has (-)]. Then, in accordance with this charged state (ζ), it moves at the speed U in the direction of the counter electrode.

【0005】溶液中のこのコロイド粒子A の移動速度U
(図1 では電極 (+) 方向への移動速度) の検出から、
コロイド粒子表面A のゼータ電位ζは次式1 、U= (εE
ζ)/ (4 πη) で求められる (但し、ε; 溶液の誘電
率、E;溶液の電場、ζ; コロイド粒子A 表面のゼータ電
位、η; 溶液の粘度) 。
The moving speed U of the colloidal particles A in the solution
(Moving speed in the direction of the electrode (+) in Fig. 1)
The zeta potential of the colloidal particle surface A is given by the following equation 1, U = (εE
ζ) / (4πη) (where, ε; dielectric constant of the solution, E: electric field of the solution, ζ; zeta potential on the surface of the colloid particles A, η; viscosity of the solution).

【0006】一方、金属材の表面処理の分野において、
金属材の表面処理に用いられるのが前記コロイド粒子の
ような場合、コロイド粒子表面のゼータ電位と、表面処
理される金属材表面のゼータ電位との関係が分かれば、
金属材の表面処理性を評価することができる。表面処理
の中には、実際に表面処理して評価試験することが難し
い場合や、高価乃至長時間を要する場合が有るので、実
際に表面処理することなく、素材金属の評価をすること
ができれば、素材の表面処理性改善等に迅速に反映させ
ることができる。
On the other hand, in the field of surface treatment of metal materials,
In the case where the colloidal particles are used for the surface treatment of the metal material, if the relationship between the zeta potential of the colloidal particle surface and the zeta potential of the surface of the metal material to be treated is known,
The surface treatment property of the metal material can be evaluated. In some surface treatments, it is difficult to perform an evaluation test by actually treating the surface, or it may be expensive or it may take a long time, so if it is possible to evaluate the material metal without actually performing the surface treatment And can be promptly reflected in the improvement of the surface treatment property of the material.

【0007】この点は、前記金属材の表面処理性だけで
はなく、金属材の耐食性、或いは金属材の表面の耐汚染
性(特定物質による金属材表面の汚染のされやすさ)等
の、金属材の他の表面特性についてもいうことができ
る。
[0007] This is not only due to the surface treatment property of the metal material, but also the metal material such as the corrosion resistance of the metal material or the contamination resistance of the surface of the metal material (the surface of the metal material is easily contaminated by a specific substance). Other surface properties of the material can also be said.

【0008】金属材の表面処理の一例として、自動車用
Al合金展伸材の表面処理性がある。自動車用Al合金展伸
材は、近年、パネル用にAl合金圧延板や、フレームやメ
ンバー類用にAl合金押出形材等の使われつつある。これ
らのAl合金展伸材は、従来から使用されている鋼材と同
様に、自動車の製造ラインにおいて、車体として、成
形、組み立て、接合後に、リン酸亜鉛などの塗装下地処
理を施された後、カチオン電着塗装処理や中塗り、上塗
りなどの塗装を施される。
[0008] As an example of the surface treatment of metal materials,
Al alloy wrought material has surface treatment properties. In recent years, aluminum alloy wrought materials for automobiles have been used such as rolled aluminum alloy plates for panels and extruded aluminum alloy materials for frames and members. These aluminum alloy wrought materials, like the steel materials used conventionally, in the automobile production line, after forming, assembling, joining, after being subjected to a coating base treatment such as zinc phosphate, Coating such as cationic electrodeposition coating, intermediate coating, and top coating is applied.

【0009】この際、Al合金展伸材のリン酸亜鉛処理性
が悪いと、その後に塗装により形成される塗膜の密着性
が低下する。そしてこの結果、塗装後に糸錆状の腐食や
塗膜のふくれが生じ、自動車としての耐食性や外観性を
低下させる可能性がある。このため、前記自動車の製造
ラインに乗せる前に、素材製造側において、Al合金展伸
材のリン酸亜鉛処理性を評価して、素材のリン酸亜鉛処
理性の改善に反映させる必要がある。
[0009] At this time, if the zinc phosphate treatment property of the wrought Al alloy is poor, the adhesion of the coating film formed by coating thereafter is reduced. As a result, rust-like corrosion or blistering of the coating film occurs after coating, and the corrosion resistance and appearance of the automobile may be reduced. For this reason, it is necessary to evaluate the zinc phosphate treatability of the wrought Al alloy on the material producing side before putting the material on the automobile production line, and reflect the zinc phosphate treatability on the material.

【0010】このような場合に、Al合金展伸材を、素材
製造側には設備の無い、リン酸亜鉛処理することなく、
リン酸亜鉛処理性を評価する方法に、Al合金展伸材表面
のゼータ電位を用いることができれば、かなり有用な技
術となる。
[0010] In such a case, the wrought aluminum alloy is not subjected to zinc phosphate treatment without equipment on the material production side, and
It would be a very useful technique if the zeta potential of the wrought aluminum alloy surface could be used as a method for evaluating the zinc phosphate treatability.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでのゼ
ータ電位の測定は、前記コロイド科学の分野における、
溶液中の、粒子か絶縁性の板表面のゼータ電位に限ら
れ、Alや鉄などの導電性の金属材表面のゼータ電位を測
定した公知例は、これまでに無かった。
However, the measurement of the zeta potential up to now has been described in the field of colloid science.
There is no known example of measuring the zeta potential of the surface of a conductive metal material such as Al or iron, which is limited to the zeta potential of particles or an insulating plate surface in a solution.

【0012】この理由は、まず、ゼータ電位による特性
評価は、前記コロイド科学の分野に限られ、Alや鉄など
の導電性の金属材表面の特性をゼータ電位により評価す
るまでに応用はされていなかった、或いは、その必要性
が無かったためと推考される。
[0012] The reason for this is that, first, the characteristic evaluation based on the zeta potential is limited to the field of colloid science, and is applied until the characteristic of the surface of a conductive metal material such as Al or iron is evaluated based on the zeta potential. It is presumed that they did not exist or that there was no necessity.

【0013】そして、次に、Alや鉄などの導電性の金属
材表面のゼータ電位を測定する手法が確立されていなか
ったことも、その理由の一つである。これは、金属材表
面のゼータ電位を測定することが、前記コロイド科学分
野におけるコロイド粒子自体の表面電位を直接測定する
よりも、困難であることによる。
One of the reasons is that a technique for measuring the zeta potential on the surface of a conductive metal material such as Al or iron has not been established. This is because measuring the zeta potential on the surface of a metal material is more difficult than directly measuring the surface potential of the colloid particles themselves in the field of colloid science.

【0014】例えば、金属材表面のゼータ電位を測定し
ようとする場合、コロイド粒子のように、溶液中を金属
板を電気泳動 (移動) させるわけにはいかない。このた
め、代わりに、金属材表面のゼータ電位と、自らの表面
のゼータ電位 (既知乃至測定可能) とが相互作用して、
溶液中の移動速度が変化するようなモニター粒子を用い
る。
For example, when the zeta potential on the surface of a metal material is to be measured, a metal plate cannot be electrophoresed (moved) in a solution like colloid particles. Therefore, instead, the zeta potential of the metal material surface interacts with the zeta potential (known or measurable) of its own surface,
Use monitor particles that change the moving speed in the solution.

【0015】即ち、図2 に示す通り、セル1 の底部 (一
部) を金属板X にて構成して溶液Cに臨ませる。そし
て、電場などの他の測定条件を同じとした際の、前記金
属板Xが接触する溶液C 中のモニター粒子B の移動速度
と、金属板X が無いセルの場合の溶液C 中のモニター粒
子B の移動速度との比較を行う。そして、両移動速度の
変化量から、前記式1 により、この移動速度の変化量に
対応した金属板X 表面のゼータ電位の量を求める。即
ち、モニター粒子B の移動速度から、間接的に求めるこ
とが、金属材表面のゼータ電位を測定する場合の基本的
な原理となる。
That is, as shown in FIG. 2, the bottom (part) of the cell 1 is made of a metal plate X and is exposed to the solution C. Then, when other measurement conditions such as an electric field were the same, the moving speed of the monitor particles B in the solution C contacting the metal plate X, and the monitor particles in the solution C in the case of a cell without the metal plate X. Compare with the moving speed of B. Then, the amount of the zeta potential on the surface of the metal plate X corresponding to the amount of change in the moving speed is obtained from the amount of change in both the moving speeds by the above-described equation (1). That is, the indirect determination from the moving speed of the monitor particles B is a basic principle when measuring the zeta potential on the surface of the metal material.

【0016】しかし、このような測定原理に基づき、実
際に導電性の金属材表面のゼータ電位を測定しようとす
る場合、図3(a)に示す通り、電極5a、5bに荷電して、セ
ルX内の溶液C 中のモニター粒子B の表面を帯電させよ
うとしても、金属材 (板)Eの方が専ら帯電してしまう。
この結果、肝心のモニター粒子B の表面の方が帯電しな
い乃至しにくいために、導電性の金属材X の表面のゼー
タ電位を測定することができないという問題が生じる。
However, when actually measuring the zeta potential on the surface of a conductive metal material based on such a measurement principle, the electrodes 5a and 5b are charged as shown in FIG. Even if an attempt is made to charge the surface of the monitor particles B in the solution C in X, the metal material (plate) E is exclusively charged.
As a result, a problem arises in that the surface of the conductive particle X cannot be measured because the surface of the monitor particle B is not charged or hard to be charged.

【0017】これに対し、この導電性の金属材の方の帯
電を防止して、モニター粒子表面の方を帯電させる手段
が、これまでは無かった乃至想到しえなかったために、
導電性の金属材の正確なゼータ電位を測定することは不
可能である、というのが一般的な通説であった。
On the other hand, there has been no means to prevent the conductive metal material from being charged and to charge the surface of the monitor particles.
It was a common belief that it was not possible to measure the exact zeta potential of a conductive metal material.

【0018】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、金属材表面の正確なゼータ
電位を測定可能とする、ゼータ電位測定方法およびゼー
タ電位測定装置を提供すること、そして、これらのゼー
タ電位測定に基づく金属材の表面特性の評価方法を提供
することである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a zeta potential measuring method and a zeta potential measuring device which can measure an accurate zeta potential on a metal material surface. And to provide a method for evaluating the surface characteristics of a metal material based on these zeta potential measurements.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明金属材表面のゼータ電位測定方法 (請求項1)
の要旨は、誘電率を一定にする電解質を含む水溶液をセ
ル内に収容し、該水溶液に金属材を接触させるととも
に、ゼータ電位が既知の帯電させたモニター粒子を前記
水溶液中に配し、金属材が接触していない水溶液中と金
属材が接触している水溶液中とのモニター粒子の移動速
度の変化から、この移動速度の変化に対応したゼータ電
位を金属材表面のゼータ電位として測定する方法であっ
て、金属材の水溶液接触側表面の一部を絶縁することに
よって、水溶液中のモニター粒子を帯電せしめ、水溶液
中のモニター粒子の前記移動速度の変化を検出すること
である。
In order to achieve this object, a method for measuring the zeta potential on the surface of a metal material according to the present invention (claim 1)
The gist of the present invention is that an aqueous solution containing an electrolyte for keeping the dielectric constant is accommodated in a cell, a metal material is brought into contact with the aqueous solution, and charged monitor particles having a known zeta potential are arranged in the aqueous solution. A method of measuring the zeta potential corresponding to this change in the movement speed of the monitor particle as the zeta potential on the surface of the metal material from the change in the movement speed of the monitor particles between the aqueous solution where the material is not in contact and the aqueous solution where the metal material is in contact In other words, by insulating a part of the surface of the metal material on the aqueous solution contact side, the monitor particles in the aqueous solution are charged, and the change in the moving speed of the monitor particles in the aqueous solution is detected.

【0020】また、本発明金属材表面のゼータ電位測定
装置 (請求項5)の要旨は、ゼータ電位が既知のモニター
粒子を分散させるとともに誘電率を一定にするための電
解質を含む水溶液を収容するセルと、前記モニター粒子
を帯電させるための電極と、前記水溶液に金属材を接触
させる固定手段と、金属材が接触していない水溶液中と
金属材が接触している水溶液中とのモニター粒子の移動
速度の変化を検出する手段とを有し、この移動速度の変
化量に対応したゼータ電位を金属材表面のゼータ電位と
して測定する装置であって、金属材の水溶液接触側表面
の一部を絶縁する手段を設けてモニター粒子を帯電せし
め、水溶液中のモニター粒子の前記移動速度の変化を検
出することである。
The gist of the present invention for measuring the zeta potential of a metal material surface (claim 5) is to accommodate an aqueous solution containing an electrolyte for dispersing monitor particles having a known zeta potential and keeping the dielectric constant constant. A cell, an electrode for charging the monitor particles, fixing means for contacting a metal material with the aqueous solution, and a monitor particle in an aqueous solution in which the metal material is not in contact with an aqueous solution in which the metal material is in contact. A means for detecting a change in the moving speed, and a device for measuring the zeta potential corresponding to the amount of change in the moving speed as the zeta potential of the metal material surface, and a part of the aqueous solution contact side surface of the metal material. The purpose is to provide an insulating means to charge the monitor particles and detect a change in the moving speed of the monitor particles in the aqueous solution.

【0021】これら本発明の要旨によって、導電性の金
属材の溶液接触側表面の一部を絶縁することにより、電
極を荷電させても、金属材の方が帯電しにくくなり、溶
液中のモニター粒子の表面の方を、移動速度測定に充分
な量だけ、帯電させることが可能となる。そして、この
モニター粒子と金属材との相互関係 (モニター粒子の移
動速度の金属材による変化) から、前記した金属材の測
定原理によって、既知のモニター粒子の表面のゼータ電
位から、金属材表面のゼータ電位を求めることが可能と
なる。
According to the gist of the present invention, by insulating a part of the surface of the conductive metal material on the solution contact side, even if the electrode is charged, the metal material is less likely to be charged. The surface of the particles can be charged by an amount sufficient for measuring the moving speed. Then, from the correlation between the monitor particles and the metal material (change in the moving speed of the monitor particles due to the metal material), the known zeta potential of the surface of the monitor particles is used to determine the surface It is possible to determine the zeta potential.

【0022】また、これによって測定可能となった金属
材表面のゼータ電位を用いて、金属材の表面特性の評価
に用いることが可能となる (請求項7 に対応) 。
Further, it becomes possible to use the zeta potential of the metal material surface which can be measured thereby to evaluate the surface characteristics of the metal material (corresponding to claim 7).

【0023】金属材の表面特性の評価をより正確に行う
ためには、ゼータ電位による評価を、金属材の表面と係
わる特定の物質、或いは、この特定物質に代わる物質表
面のゼータ電位と、金属材の表面のゼータ電位との比較
により行うことが好ましい(請求項8 に対応) 。
In order to more accurately evaluate the surface characteristics of the metal material, the evaluation based on the zeta potential is performed by using a specific substance related to the surface of the metal material, or a zeta potential of the surface of the substance in place of the specific substance and the metal. It is preferable to perform the comparison with the zeta potential of the surface of the material (corresponding to claim 8).

【0024】そして、この金属材の表面特性の評価は、
金属材の表面処理性、金属材の耐食性、金属材の表面の
耐汚染性などに適用されて、特に有用である (請求項9
に対応) 。
The evaluation of the surface characteristics of the metal material is as follows.
It is particularly useful when applied to surface treatment properties of metal materials, corrosion resistance of metal materials, stain resistance of metal material surfaces, etc.
Corresponding).

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施の形態を以
下に説明する。まず、本発明の基本的な測定原理は、前
記図3(a)で説明した通りである。即ち、ゼータ電位が既
知の帯電させたモニター粒子B をセル1 内の水溶液C 中
に配して、通常の金属材X が接触していない水溶液中と
金属材X が接触している水溶液C 中での、モニター粒子
B の移動速度の変化から、この移動速度の変化量に対応
した金属材表面のゼータ電位の量を測定する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below. First, the basic measurement principle of the present invention is as described with reference to FIG. That is, the charged monitor particles B having a known zeta potential are disposed in the aqueous solution C in the cell 1 so that the ordinary aqueous material C is not in contact with the aqueous solution C and the aqueous solution C in which the metallic material X is in contact. In, monitor particles
From the change in the moving speed of B, the amount of the zeta potential on the metal material surface corresponding to the change in the moving speed is measured.

【0026】ここにおいて、本発明の特徴は、図3(b)に
示す通り、導電性の金属材X の水溶液接触側表面に、水
溶液と接する隙間 (窓)Dを有する絶縁性のスペーサE を
配置して、導電性の金属材X の、例えば両端部側の表面
を部分的に絶縁する。
Here, the feature of the present invention is that, as shown in FIG. 3 (b), an insulating spacer E having a gap (window) D in contact with the aqueous solution is provided on the surface of the conductive metal material X on the aqueous solution contact side. By disposing the conductive metal material X, for example, the surfaces on both ends are partially insulated.

【0027】これによって、セルを荷電しても、導電性
の金属材X は帯電しにくくなり、モニター粒子B の表面
が、測定に充分な量、帯電することが可能となる。そし
て、金属材が接触していない水溶液中と、金属材が接触
している水溶液中 (前記隙間D の部分に対応する水溶液
中) におけるモニター粒子B の移動速度の変化から、こ
の隙間D の部分における移動速度の変化量に対応した金
属材X 表面のゼータ電位 (帯電) 量を求めることができ
る。
Thus, even if the cell is charged, the conductive metal material X is less likely to be charged, and the surface of the monitor particles B can be charged in an amount sufficient for measurement. Then, the change in the moving speed of the monitor particles B in the aqueous solution in which the metal material is not in contact and in the aqueous solution in contact with the metal material (in the aqueous solution corresponding to the portion of the gap D) indicates that the portion of the gap D The amount of zeta potential (charge) on the surface of the metal material X corresponding to the amount of change in the moving speed can be obtained.

【0028】まず、金属材X 表面のゼータ電位の求め方
の原理を説明する。今、金属材が接触していない通常の
水溶液中のモニター粒子B 表面のゼータ電位ζ1 は次式
2 、U1= ( εE ζ1)/ (4πη) で求められる (但し、U
1; 金属材が接触していない通常の溶液中のモニター粒
子B の移動速度、ε; 水溶液の誘電率、E;水溶液の電
場、ζ1;モニター粒子B 表面のゼータ電位、η; 水溶液
の粘度) 。また、金属材が接触している水溶液中のモニ
ター粒子B 表面のゼータ電位ζ2 は次式3 、U2= (εE
ζ2)/ (4πη) で求められる (但し、U2; 金属材が接触
している水溶液中のモニター粒子B の移動速度、ε; 水
溶液の誘電率、E;水溶液の電場、ζ2;モニター粒子B 表
面のゼータ電位、η; 水溶液の粘度) 。したがって、金
属材X 表面のゼータ電位 (ζ) は、金属材が接触してい
ない水溶液中と金属材が接触している水溶液中とのモニ
ター粒子の移動速度の変化から、この移動速度の変化に
対応して、ζ2 −ζ1 で求められる。
First, the principle of obtaining the zeta potential on the surface of the metal material X will be described. Now, the zeta potential ζ1 on the surface of the monitor particle B in a normal aqueous solution where no metal material is in contact is
2, U1 = (εEζ1) / (4πη) (where U
1; speed of movement of monitor particles B in a normal solution not in contact with metal material, ε; dielectric constant of aqueous solution, E; electric field of aqueous solution, ζ1; zeta potential of monitor particle B surface, η; viscosity of aqueous solution) . Further, the zeta potential の 2 on the surface of the monitor particle B in the aqueous solution in contact with the metal material is given by the following equation 3, U2 = (εE
ζ2) / (4πη) (where U2 is the moving speed of the monitor particles B in the aqueous solution in contact with the metal material, ε is the dielectric constant of the aqueous solution, E is the electric field of the aqueous solution, ζ2 is the surface of the monitor particles B Zeta potential, η; viscosity of aqueous solution). Therefore, the zeta potential (ζ) on the surface of the metal material X is determined by the change in the movement speed of the monitor particles between the aqueous solution not in contact with the metal material and the aqueous solution in contact with the metal material. Correspondingly, ζ2 − ζ1.

【0029】ただ、実際の機器分析で、金属材X 表面の
ゼータ電位を、再現性良く正確に求めるためには、通常
のコロイド粒子表面のゼータ電位の測定にも用いる、電
気浸透流 (水溶液側の流速) の因子 (影響) を考慮する
必要が有り、この点を含めて、金属材X 表面のゼータ電
位の求め方につき、以下により詳細に説明する。
However, in order to accurately and reproducibly determine the zeta potential on the surface of the metal material X in an actual instrumental analysis, the electroosmotic flow (aqueous solution side) used for ordinary measurement of the zeta potential on the surface of colloidal particles is used. It is necessary to consider the factor (effect) of the flow rate of the metal material X, and the method of obtaining the zeta potential on the surface of the metal material X including this point will be described in more detail below.

【0030】即ち、図7 に模式的に示す通り、セル壁A
、B 間 (セル壁B が金属材X 表面)の溶液に電場をかけ
ると、帯電した金属材X の表面 (壁面) の影響で水溶液
に電気浸透流と呼ばれる水溶液の流れが生じる。この電
気浸透流は、水溶液中のモニター粒子の移動速度に影響
する。
That is, as schematically shown in FIG.
When an electric field is applied to the solution between B and B (the cell wall B is the surface of the metal material X), a flow of an aqueous solution called an electroosmotic flow occurs in the aqueous solution due to the influence of the surface (wall surface) of the charged metal material X. This electroosmotic flow affects the speed of movement of the monitor particles in the aqueous solution.

【0031】今、金属材X の壁面B からZ だけ離れたモ
ニター粒子の観測される (見かけの) 移動速度をU obs
(Z) 、金属材が接触 (存在) していない場合の水溶液中
のモニター粒子の観測される移動速度をUp、金属材X の
壁面B からZ だけ離れた位置での前記電気浸透流の速度
をU osm (Z) とすると、これらの間には、次式2 、U
obs (Z)=U osm (Z) +Up、書き換えると、U osm (Z)=U
obs (Z) −Up、の関係が成り立つ。このモニター粒子の
移動速度の観測 (測定) は後述する通り、レーザーによ
り行う。
Now, a model that is Z away from the wall B of the metal material X
The observed (apparent) velocity of theobs
(Z) in aqueous solution when metal material is not in contact (existing)
Increase the observed movement speed of the monitor particles of the metal material X
The velocity of the electroosmotic flow at a position Z away from the wall B
Uosm(Z), the following equation 2, U
obs(Z) = Uosm(Z) + Up, rewrite, Uosm(Z) = U
obs(Z) -Up, the relationship holds. Of this monitor particle
The observation (measurement) of the movement speed is performed by laser as described later.
Do.

【0032】ここで、金属材X の表面 (壁面) はZ=0 で
あるので、金属材X の表面の電気浸透流の速度U
osm (0) は、任意の位置での前記電気浸透流の速度U
osm (Z) から、公知の流体力学的な外挿法 (例えば森、
岡本の式) によって求めることができる。したがって、
金属材X 表面のゼータ電位 (ζZ=0)は、このU osm (0)
を、前記式1 のU= (εE ζ)/ (4 πη) のU に代入し
て、式1 のζとして求めることができる。
Here, since the surface (wall surface) of the metal material X is Z = 0, the velocity U of the electroosmotic flow on the surface of the metal material X is
osm (0) is the velocity U of the electroosmotic flow at an arbitrary position
From osm (Z), known hydrodynamic extrapolation methods (for example, Mori,
Okamoto's formula). Therefore,
The zeta potential (ζZ = 0) on the surface of the metal material X is expressed by this U osm (0)
Is substituted into U of U = (εEζ) / (4πη) in the above equation (1), and can be obtained as ζ in the equation (1).

【0033】なお、図7 に示す通り、個々のモニター粒
子B の移動速度は金属材X やセルからの距離によっても
影響を受けるので、移動速度を正確に測定するために
は、ゼータ電位測定において公知なように、金属材X や
セルからの距離の違う一定位置にある個々のモニター粒
子B の平均的な移動速度を測定するか、あるいは前記し
た通り、個々のモニター粒子B の移動速度を外挿して、
移動速度を測定することが好ましい。
As shown in FIG. 7, since the moving speed of each monitor particle B is also affected by the distance from the metal material X and the cell, in order to measure the moving speed accurately, it is necessary to measure the zeta potential. As is well known, the average moving speed of each monitor particle B at a certain position at a different distance from the metal material X or the cell is measured, or the moving speed of each monitor particle B is calculated as described above. Insert,
It is preferable to measure the moving speed.

【0034】図5(a)、(b) に、前記図3(b)をより具体化
した、本発明の金属材表面のゼータ電位測定装置の正面
図 (一部断面) を示す。なお、図5(a)は金属材表面のゼ
ータ電位測定用のセルユニットの全体を示し、図5(b)は
図5(a)の要部を拡大した正面図 (一部断面) を示す。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are front views (partial cross sections) of the apparatus for measuring the zeta potential on the surface of a metal material according to the present invention, which is a more specific example of FIG. 3 (b). 5 (a) shows the entire cell unit for measuring the zeta potential on the surface of the metal material, and FIG. 5 (b) shows an enlarged front view (partial cross section) of the main part of FIG. 5 (a). .

【0035】図5(a)において、金属材表面のゼータ電位
測定用のセルは、基本的に、石英セル1a、樹脂製のセル
1bと、これらのセルに刻設された流路2(モニター粒子B
を分散させた電解質を含む水溶液C を収容する) とから
なり、図示しないセルホルダー内に収容および支持され
ている。この他、ゼータ電位測定装置は、このセルに取
り付けられ前記モニター粒子を帯電させるための白金電
極5a、5bと、前記水溶液に対し、石英セル1aセルの金属
材を接触、固定させるための、伝熱シート6 、恒温ブロ
ック7 、押さえネジ8 等の公知の固定手段と、図示しな
い水溶液中とモニター粒子の移動速度の変化を検出する
レーザー等の検出手段とを有する。
In FIG. 5 (a), the cell for measuring the zeta potential on the surface of the metal material is basically a quartz cell 1a, a resin cell.
1b and flow path 2 (monitor particles B)
Is contained and supported in a cell holder (not shown). In addition, the zeta potential measuring device is provided with platinum electrodes 5a and 5b attached to this cell for charging the monitor particles, and a conductive material for contacting and fixing the metal material of the quartz cell 1a cell to the aqueous solution. It has known fixing means such as a heat sheet 6, a constant temperature block 7, and a cap screw 8, and detection means such as a laser (not shown) for detecting a change in the moving speed of the monitor particles in the aqueous solution and the monitor particles.

【0036】なお、石英セル1aには、底部の一部が開放
して、金属材X の表面と接触するように、水溶液C の
(水平) 流路2aが設けられている。また、流路2aは、端
部で(垂直) 流路2b、2cと連通しており、流路2b、2c
は、更に各々、水溶液C のセルへの導入口3 、導出口4
連通している。石英セル1aに設けたこれら流路の透視状
の斜視図を図4(b)に示す。
In the quartz cell 1a, a part of the bottom is opened so that the aqueous solution C can be in contact with the surface of the metal material X.
A (horizontal) flow path 2a is provided. Further, the flow path 2a communicates with the (vertical) flow paths 2b and 2c at the end, and the flow paths 2b and 2c
Are the inlet 3 for the aqueous solution C and the outlet 4 for the cell, respectively.
Communicating. FIG. 4 (b) is a perspective view of these channels provided in the quartz cell 1a in a see-through manner.

【0037】したがって、石英セル1aの底部から、水溶
液C の( 水平) 流路2aに、金属材Xを固定手段8 等によ
って押し当てることによって、水溶液C と金属材X の水
溶液C 側の表面との接触が確保される。そして、これら
のような基本的な構成までは、従来乃至市販のゼータ電
位測定装置と同じである。
Therefore, the metal material X is pressed from the bottom of the quartz cell 1a to the (horizontal) flow path 2a of the aqueous solution C by the fixing means 8 or the like, so that the aqueous solution C and the surface of the metal material X on the aqueous solution C side are brought into contact with each other. Contact is ensured. Up to these basic configurations, they are the same as conventional or commercially available zeta potential measuring devices.

【0038】図5(b)は、本発明に係る金属材表面のゼー
タ電位測定装置の特徴的な構成を示している。即ち、図
5(b)では、金属材X の水溶液C と接触する側の表面の一
部を絶縁する手段として、金属材X の水溶液C と接触す
る側に、前記図3(b)に示した、樹脂やゴムなどの絶縁性
のスペーサーE を設けている。このスペーサーE は、導
電性の金属材X の水溶液C 接触側表面に、水溶液C と接
する隙間 (窓)Dを有しており、この隙間D の部分を除い
て、導電性の金属材X の水溶液C と接触する側の表面を
絶縁している。
FIG. 5 (b) shows a characteristic configuration of the apparatus for measuring the zeta potential on the surface of a metal material according to the present invention. That is,
In FIG. 5 (b), as a means to insulate a part of the surface of the metal material X which is in contact with the aqueous solution C, the resin shown in FIG. An insulating spacer E such as rubber or rubber is provided. The spacer E has a gap (window) D in contact with the aqueous solution C on the surface of the conductive metal material X in contact with the aqueous solution C. Except for the gap D, the spacer E has The surface in contact with the aqueous solution C is insulated.

【0039】これによって、白金電極5a、5bにより、セ
ルと水溶液C を荷電しても、導電性の金属材X は帯電し
にくく、水溶液C 中のモニター粒子B の表面が、測定に
充分な量、帯電することが可能となる。
As a result, even when the cell and the aqueous solution C are charged by the platinum electrodes 5a and 5b, the conductive metal material X is hardly charged, and the surface of the monitor particles B in the aqueous solution C has a sufficient amount for measurement. , Can be charged.

【0040】そして、帯電したモニター粒子B の水溶液
C 中の移動の際、通常の (金属材Xと絶縁されている部
分の) 水溶液C 中と、金属材X とが接触している水溶液
C 中(前記隙間D の部分に対応する水溶液中) での、モ
ニター粒子B の移動速度をレーザー等の検出手段により
測定する。
Then, an aqueous solution of the charged monitor particles B
During movement in C, the normal aqueous solution (of the part insulated from metal material X) and the aqueous solution in contact with metal material X
The moving speed of the monitor particles B in C (in the aqueous solution corresponding to the gap D) is measured by a detection means such as a laser.

【0041】更に、これらモニター粒子B の移動速度か
ら、電気浸透流 (溶液側の流速) を考慮した、前記金属
材X 表面のゼータ電位の求め方により、モニター粒子B
の移動速度の変化量に対応した金属材X 表面のゼータ電
位 (帯電) 量の算出が可能となる。
Further, based on the moving speed of the monitor particles B, the zeta potential on the surface of the metal material X is determined in consideration of the electroosmotic flow (flow rate on the solution side).
It is possible to calculate the amount of zeta potential (charge) on the surface of the metal material X corresponding to the amount of change in the moving speed of the metal.

【0042】なお、金属材X の絶縁は、図5(a)、(b) の
ような手段の他に、スペーサーE の水溶液C と接触する
側の一部に、前記隙間D に相当するような大きさの金属
材Xを埋設しておき、石英セル1aの底部から水溶液C の
流路2 に、スペーサーE を押し当てるような手段を採用
しても良い。この場合でも、金属材X を埋設した部分以
外のスペーサー部分は絶縁性であるため、白金電極5a、
5bにより、セルと水溶液C を荷電しても、導電性の金属
材X は帯電しにくく、水溶液C 中のモニター粒子B の表
面が、ゼータ電位を測定可能な量、帯電することが可能
となる。
The insulation of the metal material X is provided not only by the means shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) but also by the gap D at a part of the spacer E which is in contact with the aqueous solution C. It is also possible to embed a metal material X of an appropriate size, and to employ a means for pressing the spacer E against the flow path 2 of the aqueous solution C from the bottom of the quartz cell 1a. Even in this case, since the spacer portion other than the portion where the metal material X is embedded is insulative, the platinum electrode 5a,
By 5b, even when the cell and the aqueous solution C are charged, the conductive metal material X is unlikely to be charged, and the surface of the monitor particles B in the aqueous solution C can be charged in an amount capable of measuring the zeta potential. .

【0043】この際、スペーサーE に設ける隙間D やス
ペーサーE に埋設させる場合の金属材X の長さ (幅)
は、モニター粒子B の移動速度の変化がレーザー等で検
出可能な量以上生じるように設定することが好ましい。
また、スペーサーE に設ける隙間D やスペーサーE に埋
設させる場合の金属材X の長さ (幅) をあまり大きくし
すぎると、水溶液C の電気分解による気泡や液の流れが
生じて、モニター粒子Bの移動速度への外乱となるの
で、この点から前記大きさの上限が決まる。
At this time, the length (width) of the gap D provided in the spacer E and the length of the metal material X to be buried in the spacer E
It is preferable to set so that the change in the moving speed of the monitor particles B occurs more than the amount detectable by a laser or the like.
If the length (width) of the gap D provided in the spacer E or the metal material X to be buried in the spacer E is too large, bubbles and liquid flow due to the electrolysis of the aqueous solution C occur, and the monitor particles B Is disturbed to the moving speed of the vehicle, and the upper limit of the magnitude is determined from this point.

【0044】そして、前記図5(a)、(b) の場合と同様
に、 帯電したモニター粒子B の水溶液C 中の移動の
際、モニター粒子B の、通常の水溶液C 中と、金属材X
とが接触している水溶液C 中での移動速度を、レーザー
等の検出手段により測定して、この移動速度の変化量に
対応した金属材X 表面のゼータ電位 (帯電) 量の算出が
可能となる。
As in the case of FIGS. 5A and 5B, when the charged monitor particles B move in the aqueous solution C, the monitor particles B are mixed with the normal aqueous solution C and the metal material X.
It is possible to calculate the amount of zeta potential (charge) on the surface of the metal material X corresponding to the change in the moving speed by measuring the moving speed in the aqueous solution C in contact with Become.

【0045】この際、モニター粒子を分散させる水溶液
としては、従来のゼータ電位測定方法と同様に、誘電率
を一定にするために一定量でかつ微量の電解質を含むこ
とが必要である。この塩化物としては、従来のゼータ電
位測定方法と同様に、それ自身に化学吸着能の無い、Na
Cl、KCl 、NaClO4より選択されるものであることが好ま
しい (請求項2 に対応) 。そして、これら電解質の濃度
は、1 〜100mmol/l(dm 3)の微量範囲から選択することが
好ましい。
At this time, an aqueous solution in which the monitor particles are dispersed
As with the conventional zeta potential measurement method,
Contain a small amount of electrolyte to keep the
Is necessary. As this chloride, the conventional zeta
Similar to the method for measuring the position, Na itself has no chemisorption ability.
Cl, KCl, NaClOFourPrefer to be more selected
New (corresponding to claim 2). And the concentration of these electrolytes
Is 1 to 100 mmol / l (dm Three) Can be selected from a very small range.
preferable.

【0046】また、モニター粒子としては、従来のゼー
タ電位測定方法に使用されている、粒径300 〜700nm の
レベルの市販の、ポリスチレン等のラテックス粒子 (ヒ
ドロキシプロピルセルロースでコーティングしたもの)
などが好ましい (請求項3 に対応) 。ラテックス粒子が
小さすぎると、移動速度をレーザー光で検出できなくな
り、一方、大きすぎると、レーザー光を散乱したりし
て、移動速度検出の外乱となる。なお、モニター粒子の
水溶液中への添加( 分散) 量は、レーザーによる移動速
度の検出感度から定まり、市販のゼータ電位測定測定装
置毎に最適量が異なるとともに定まっており、本発明で
もこれに従う。
As the monitor particles, commercially available latex particles such as polystyrene having a particle diameter of 300 to 700 nm (coated with hydroxypropyl cellulose) used in the conventional zeta potential measurement method.
Is preferred (corresponding to claim 3). If the latex particles are too small, the moving speed cannot be detected by the laser light, while if too large, the laser light will be scattered and become disturbances in detecting the moving speed. The amount of the monitor particles added (dispersed) in the aqueous solution is determined from the sensitivity of the moving speed by the laser, and the optimum amount is determined for each commercially available zeta potential measurement / measurement device, and is determined in accordance with the present invention.

【0047】(装置を用いた金属材の表面のゼータ電位
測定手順)この装置を用いた、金属材の表面のゼータ電
位( ζ電位) の測定手順を、以下に説明する。まず、石
英セル1aに刻設された (水平) 流路2aに接触して金属材
を設置、固定済みの図5(a)、(b) の装置において、流路
2a内に、導入口3 および流路2bを通じて、モニター粒子
B を分散させた電解質を含む水溶液C を導入および収容
する。
(Procedure for measuring zeta potential on the surface of metal material using apparatus) A procedure for measuring the zeta potential (ζ potential) on the surface of a metal material using this apparatus will be described below. First, the metal material is installed in contact with the (horizontal) flow path 2a engraved in the quartz cell 1a, and the apparatus shown in FIGS.
2a, the monitor particles are introduced through the inlet 3 and the flow path 2b.
An aqueous solution C containing an electrolyte in which B is dispersed is introduced and stored.

【0048】そして、白金電極5a (+) 、5b (−) によ
り、セルと水溶液C を荷電して、水溶液C 中のモニター
粒子B の表面のみを帯電させる。この際の帯電量は、モ
ニター粒子B の移動速度の変化がレーザー等で検出可能
な量以上となるようにすることが好ましい。また、水溶
液C の電気分解によリ発生した気泡による液の乱れが生
じて、モニター粒子B の移動速度への外乱とならないよ
うな帯電量とすることが好ましい。
Then, the cell and the aqueous solution C are charged by the platinum electrodes 5a (+) and 5b (-), and only the surface of the monitor particles B in the aqueous solution C is charged. The charge amount at this time is preferably such that the change in the moving speed of the monitor particles B is equal to or more than the amount that can be detected by a laser or the like. Further, it is preferable that the charge amount is set such that the liquid bubbles are disturbed by the bubbles generated by the electrolysis of the aqueous solution C and do not disturb the moving speed of the monitor particles B.

【0049】この帯電によって、水溶液C 中のモニター
粒子B は、流路2a内を、白金電極5a(+) から白金電極5
b (−) の方向 (図5 の左から右) に移動する。この帯
電したモニター粒子B の移動の際に、通常の (金属材X
と絶縁されている部分の) 水溶液C 中と、金属材X とが
接触している水溶液C 中 (前記隙間D の部分に対応する
水溶液中) との、モニター粒子B の移動速度を、レーザ
ーにより測定する。
Due to this charging, the monitor particles B in the aqueous solution C move from the platinum electrode 5a (+) to the platinum electrode 5
b Move in the direction of (-) (from left to right in Fig. 5). When the charged monitor particles B move, the normal (metal material X
The movement speed of the monitor particles B in the aqueous solution C (in a portion insulated from the liquid) and the aqueous solution C in contact with the metal material X (in the aqueous solution corresponding to the portion of the gap D) is measured by a laser. Measure.

【0050】(金属材の表面特性の評価方法)金属材の表
面処理性、金属材の耐食性、金属材表面の耐汚染性等
の、金属材の表面特性の評価に、本発明の適用の仕方に
ついて、以下に説明する。
(Method of Evaluating Surface Properties of Metal Material) The method of applying the present invention to the evaluation of surface properties of metal materials, such as surface treatment properties of metal materials, corrosion resistance of metal materials, and stain resistance of metal material surfaces. Will be described below.

【0051】金属材の表面特性の場合、金属材の表面処
理性においては表面処理される特定の物質 (コロイド粒
子等) 、金属材の耐食性においては腐食物質、金属材表
面の耐汚染性においては汚染物質等の表面のゼータ電位
と、金属材の表面ゼータ電位とが、金属材の表面特性と
相関することが必要である。
In the case of the surface properties of a metal material, a specific material (colloidal particles or the like) to be surface-treated in the surface treatment property of the metal material, a corrosive substance in the corrosion resistance of the metal material, and a stain resistance in the surface resistance of the metal material. It is necessary that the zeta potential on the surface of a contaminant or the like and the zeta potential on the surface of the metal material correlate with the surface characteristics of the metal material.

【0052】例えば、リン酸亜鉛処理の前処理として用
いられる、リン酸チタンのコロイド分散液によるAl合金
材の処理は、Al合金材表面へのリン酸チタンの付着性
(リン酸チタンのコロイド分散液によるAl合金材の処理
性) は、Al合金材表面の電荷とリン酸チタン表面の電荷
との静電気的な吸着反応に基づく。このような場合、Al
合金材表面のゼータ電位は、Al合金材表面へのリン酸チ
タンの付着性 (表面処理性) と深く相関する。したがっ
て、リン酸チタン処理の場合には、Al合金材表面のゼー
タ電位により、リン酸チタン処理の表面処理性が評価で
きる。
For example, the treatment of an Al alloy material with a colloidal dispersion of titanium phosphate, which is used as a pretreatment of the zinc phosphate treatment, involves the adhesion of titanium phosphate to the surface of the Al alloy material.
(Treatability of Al alloy material with colloidal dispersion of titanium phosphate) is based on an electrostatic adsorption reaction between the charge on the Al alloy material surface and the charge on the titanium phosphate surface. In such a case, Al
The zeta potential on the surface of the alloy material has a deep correlation with the adhesion (surface treatment) of titanium phosphate to the surface of the Al alloy material. Therefore, in the case of the titanium phosphate treatment, the surface treatment property of the titanium phosphate treatment can be evaluated based on the zeta potential of the surface of the Al alloy material.

【0053】ただ、Al合金材表面へのリン酸チタンの付
着性が向上するほど、これに続く処理である、Al合金材
表面へのリン酸亜鉛の反応性も良くなり、リン酸亜鉛の
付着率が向上するという相関がある。したがって、この
ような場合には、Al合金材表面へのリン酸チタンの付着
性を、両者のゼータ電位により評価することが、Al合金
材のリン酸亜鉛処理性自体を評価することにつながる。
However, as the adhesion of titanium phosphate to the surface of the Al alloy material is improved, the reactivity of zinc phosphate to the surface of the Al alloy material, which is the subsequent treatment, is improved, and the adhesion of zinc phosphate is improved. There is a correlation that the rate improves. Therefore, in such a case, evaluating the adhesion of titanium phosphate to the surface of the Al alloy material by the zeta potential of both leads to the evaluation of the zinc phosphate treatment property of the Al alloy material itself.

【0054】即ち、直接評価の対象とする表面処理性な
どの金属材の表面特性 (表面反応性) の、ゼータ電位に
よる評価ができないとしても、ゼータ電位と相関し、更
に、直接評価の対象とする表面処理性などの表面特性に
相関するような表面反応や表面処理 (金属材の前処理や
別の表面処理、別の腐食物質、別の汚染物質等) を選択
すれば、直接評価の対象とする金属材の表面特性も、ゼ
ータ電位による評価が可能となる。
That is, even if the surface properties (surface reactivity) of the metal material such as the surface treatment property to be directly evaluated cannot be evaluated by the zeta potential, it correlates with the zeta potential and furthermore, the direct evaluation target If you select a surface reaction or surface treatment that correlates with the surface properties such as the surface treatment properties (such as pretreatment of metal materials, another surface treatment, another corrosive substance, another contaminant, etc.), it will be directly evaluated. It is also possible to evaluate the surface characteristics of the metal material to be evaluated by the zeta potential.

【0055】言い換えると、金属材の表面と係わる特定
の物質、或いは、この特定物質に代わりうる物質の、表
面のゼータ電位と、金属材の表面ゼータ電位との比較に
より金属材の表面特性の評価が可能となる。
In other words, evaluation of the surface characteristics of the metal material by comparing the zeta potential of the surface of the specific material related to the surface of the metal material, or a substance that can substitute for the specific material, with the zeta potential of the surface of the metal material. Becomes possible.

【0056】(ゼータ電位による評価)ゼータ電位による
評価は、前記した通り、基本的に、金属材の表面処理、
金属材の耐食性、金属材の表面の耐汚染性等において、
金属材の表面と係わる特定の物質、或いは、この特定物
質に代わる物質の表面のゼータ電位と、金属材の表面の
ゼータ電位との比較により行う。
(Evaluation based on zeta potential) As described above, the evaluation based on zeta potential is basically based on the surface treatment of a metal material,
In the corrosion resistance of metal materials, the stain resistance of the surface of metal materials, etc.
It is performed by comparing the zeta potential of the surface of the metal material with a specific substance related to the surface of the metal material, or the zeta potential of the substance instead of the specific substance.

【0057】このゼータ電位による評価は、基本的に、
以下のように行う。まず、金属材の表面と特定の物質表
面とのゼータ電位とが、プラスとプラス、マイナスとマ
イナスなど、同じ符号の場合には、両者のゼータ電位の
積が小さいほど、静電的な反発力が減少し、特定の物質
が金属材の表面に吸着( 付着) しやすい。また、金属材
の表面と特定の物質表面とのゼータ電位とが、プラスと
マイナスの異なる符号の場合には、両者のゼータ電位の
差が大きいほど、静電的な反発力が増加し、特定の物質
が金属材の表面に吸着( 付着) しやすい。
The evaluation based on the zeta potential is basically as follows.
Perform as follows. First, if the zeta potential between the surface of the metal material and the specific material surface has the same sign, such as plus and plus, minus and minus, the smaller the product of the two zeta potentials, the more the electrostatic repulsion And specific substances are easily adsorbed (adhered) to the surface of the metal material. In addition, when the zeta potential between the surface of the metal material and the specific material surface has a sign different from plus or minus, the larger the difference between the two zeta potentials, the greater the electrostatic repulsion force, Substance easily adheres (adheres) to the surface of the metal material.

【0058】したがって、特定の物質が金属材の表面に
吸着( 付着) しにくくしたい場合には、金属材の表面と
特定の物質表面とのゼータ電位とが同じ符号で、両者の
ゼータ電位の積を大きくするか、ゼータ電位が異なる符
号で、両者のゼータ電位の差が小さくなるように、金属
材表面および/ または特定の物質表面を制御する。
Therefore, when it is desired that a specific substance is not easily adsorbed (adhered) to the surface of the metal material, the zeta potential between the surface of the metal material and the surface of the specific material has the same sign, and the product of the zeta potentials of the two. Or the surface of the metal material and / or the surface of a specific substance are controlled so that the sign of the zeta potential is different and the difference between the two zeta potentials is small.

【0059】なお、比較すべきゼータ電位は、金属材の
表面と係わる特定物質、或いは、これに代わる物質の場
合には、これらの物質が、実際に、金属材の表面と係わ
る雰囲気乃至浴液中と同じpHの前記測定水溶液における
ゼータ電位とされることが好ましい。また、金属材の表
面ゼータ電位も、実際に、前記物質が金属材の表面と係
わる雰囲気乃至浴液と同じpHの前記測定水溶液における
ゼータ電位であることが好ましい。
The zeta potential to be compared is a specific substance related to the surface of the metal material, or, in the case of a substitute substance, the substance or the atmosphere or bath liquid that actually relates to the surface of the metal material. It is preferable to set the zeta potential in the measurement aqueous solution having the same pH as the inside. Further, it is preferable that the surface zeta potential of the metal material is actually the zeta potential of the measurement aqueous solution having the same pH as an atmosphere or a bath solution in which the substance is related to the surface of the metal material.

【0060】例えば、表面処理性評価の場合、表面処理
される特定の物質 (コロイド粒子等) の表面の当該表面
処理浴液乃至雰囲気のpHと同じ、前記水溶液におけるゼ
ータ電位と、当該表面処理浴液乃至雰囲気のpHと同じ、
前記水溶液における金属材の表面ゼータ電位との比較に
より行う。
For example, in the case of surface treatment property evaluation, the zeta potential in the aqueous solution, which is the same as the pH of the surface treatment bath solution or atmosphere of the surface of the specific substance (colloidal particles or the like) to be surface treated, and the surface treatment bath Same as pH of liquid or atmosphere,
The comparison is made with the surface zeta potential of the metal material in the aqueous solution.

【0061】前記した方法および装置において測定され
るゼータ電位は、まず、雰囲気乃至浴液中のpHにより大
きく影響を受けて、測定値が大きく変化する。測定され
るゼータ電位は、この他、共存する微量イオン量やイオ
ン全体の量にも影響される。後者のイオン量はゼータ電
位の測定精度乃至再現性に影響し、前者のpHはゼータ電
位による評価が、実際の表面処理性などの特性評価と相
関するか否かの問題に係わる。このため、特定物質或い
はこれに代わる物質と、金属材の表面との、比較すべき
ゼータ電位の測定pH条件が異なった場合、ゼータ電位の
比較による表面特性の評価自体に、大きな誤差が生じる
こととなる。
First, the zeta potential measured by the above-described method and apparatus is greatly affected by the pH in the atmosphere or the bath solution, and the measured value greatly changes. The measured zeta potential is also affected by the amount of coexisting trace ions and the total amount of ions. The latter ion amount affects the measurement accuracy or reproducibility of the zeta potential, and the former pH concerns the problem of whether the evaluation based on the zeta potential correlates with the actual evaluation of properties such as surface treatment properties. For this reason, if the pH conditions for measuring the zeta potential to be compared between the specific substance or a substitute substance and the surface of the metal material are different, a large error may occur in the evaluation of the surface characteristics itself by comparing the zeta potential. Becomes

【0062】したがって、ゼータ電位の比較による金属
材表面の特性の評価を行う場合には、前記した方法およ
び装置において測定されるゼータ電位測定の際の、特に
pH等の測定条件は、これらの実際の条件と同じpH値或い
はpH範囲とすることが好ましい。また、比較すべき、金
属材表面のゼータ電位と、対象となる特定物質表面のゼ
ータ電位の測定も、前記pH等を含め、同じ測定条件とす
ることが好ましい。
Therefore, when evaluating the characteristics of the metal material surface by comparing the zeta potentials, particularly when measuring the zeta potential measured by the above-described method and apparatus,
It is preferable that the measurement conditions such as pH have the same pH value or pH range as these actual conditions. Further, it is preferable that the measurement of the zeta potential on the surface of the metal material and the measurement of the zeta potential on the surface of the specific substance to be compared are performed under the same measurement conditions including the above-mentioned pH.

【0063】[0063]

【実施例】(実施例1)以下に、本発明の実施例として、
まず、本発明を、自動車用のAl合金板表面のゼータ電位
測定による、Al合金展伸材のリン酸亜鉛処理性の評価に
適用した例を示す。なお、リン酸亜鉛処理性の評価とし
て、リン酸亜鉛処理の前処理としての、リン酸チタン処
理性を選択した。
EXAMPLES (Example 1) Hereinafter, as examples of the present invention,
First, an example in which the present invention is applied to the evaluation of zinc phosphate treatability of a wrought Al alloy by measuring the zeta potential of the surface of an Al alloy plate for an automobile will be described. In addition, as the evaluation of the zinc phosphate treatment, the titanium phosphate treatment as a pretreatment of the zinc phosphate treatment was selected.

【0064】即ち、リン酸チタン処理におけるリン酸チ
タン粒子表面のゼータ電位と、Al合金材表面のゼータ電
位との相互関係から、Al合金展伸材のリン酸チタン処理
性とリン酸亜鉛処理性の評価を行った。
That is, from the correlation between the zeta potential on the surface of the titanium phosphate particles in the titanium phosphate treatment and the zeta potential on the surface of the Al alloy material, the titanium phosphate treatment property and the zinc phosphate treatment property of the aluminum alloy wrought material are considered. Was evaluated.

【0065】また、処理性を評価する金属材 (Al合金展
伸材) としては、JIS 乃至 AA 5052(以下JIS 乃至 AA
は省略) Al合金圧延板と6016Al合金圧延板を選択した。
そして、これらAl合金圧延板より供試材を採取し、共通
して、60℃×30秒間5%NaOHに浸漬後、50℃×30秒間5%H2
SO4 に浸漬するエッチングを伴う洗浄を行った。その
後、洗浄後の供試材表面のゼータ電位とリン酸チタン表
面のゼータ電位を測定した。
Further, as the metal material (Al alloy wrought material) for evaluating the processability, JIS to AA 5052 (hereinafter JIS to AA)
(Abbreviate | omitted) Al alloy rolled plate and 6016Al alloy rolled plate were selected.
Then, test materials were collected from these Al alloy rolled plates, and commonly immersed in 5% NaOH at 60 ° C. for 30 seconds, and then 5% H 2 at 50 ° C. for 30 seconds.
Cleaning with etching immersing in SO 4 was performed. Thereafter, the zeta potential on the surface of the test material after washing and the zeta potential on the surface of titanium phosphate were measured.

【0066】ゼータ電位の測定は、前記した図5 で示し
た測定装置により行った。即ち、石英セルに刻設した水
平流路 (容量5ml)に収容した電解質を含む水溶液に、測
定対象Al合金板X (長さ 60mm ×幅20mm×厚み3mm)を接
触させた。Al合金板X の絶縁は、Al合金板X の表面 (溶
液側) に、溶液と接する隙間D(長さ2 mm×奥行き10mm)
を有するポリプロピレン製スペーサE(長さ60 mm ×幅30
mm ×厚み45μm)を配置して、Al合金板X の両端部側の
表面を部分的に絶縁した。
The measurement of the zeta potential was performed by the measuring apparatus shown in FIG. That is, an Al alloy plate X to be measured (length 60 mm × width 20 mm × thickness 3 mm) was brought into contact with an aqueous solution containing an electrolyte contained in a horizontal flow path (capacity: 5 ml) cut in a quartz cell. Insulation of the Al alloy plate X is performed by placing a gap D (length 2 mm x depth 10 mm) on the surface (solution side) of the Al alloy plate X in contact with the solution.
Polypropylene spacer E (length 60 mm × width 30
mm × 45 μm thick), the surfaces of both ends of the Al alloy plate X were partially insulated.

【0067】モニター粒子B としてはゼータ電位が既知
の前記ヒドロキシプロピルセルロースでコーティングし
たポリスチレン製のラテックス粒子 (大塚電子製) を選
択し、10mmol/dm3のNaCl電解質を含む水溶液に適量分散
させた。そして、セルに対して20 mV の電場をかけて、
帯電したラテックス粒子を溶液中を移動させ、前記隙間
D の部分におけるラテックス粒子の移動速度の変化をレ
ーザーにより検出して、この隙間D の部分における移動
速度の変化量に対応したAl合金板X 表面のゼータ電位
を、前記した方法により測定、算出した。
As the monitor particles B, latex particles made of polystyrene (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) coated with the above-mentioned hydroxypropyl cellulose having a known zeta potential were selected and dispersed in an appropriate amount in an aqueous solution containing 10 mmol / dm 3 of NaCl electrolyte. Then, apply an electric field of 20 mV to the cell,
The charged latex particles are moved through the solution,
The change in the moving speed of the latex particles in the portion D is detected by a laser, and the zeta potential on the surface of the Al alloy plate X corresponding to the change in the moving speed in the space D is measured and calculated by the method described above. .

【0068】図5 に、測定した、リン酸チタンのコロイ
ド分散液中の、5052Al合金板と 6016Al 合金板の表面の
ゼータ電位を示す。また、図5 には、直接測定が可能
な、リン酸チタンのコロイド分散液中のリン酸チタン表
面のゼータ電位も示す。なお、図5 では、リン酸チタン
のコロイド分散液のpHの変化 (横軸) に対応した、各々
のAl合金板の表面のゼータ電位の変化を示している。
FIG. 5 shows the measured zeta potentials of the surfaces of the 5052 Al alloy plate and the 6016 Al alloy plate in the titanium phosphate colloidal dispersion. FIG. 5 also shows the zeta potential of the titanium phosphate surface in the titanium phosphate colloidal dispersion, which can be directly measured. FIG. 5 shows the change in the zeta potential of the surface of each Al alloy plate corresponding to the change in the pH of the colloidal dispersion of titanium phosphate (horizontal axis).

【0069】5052系Al合金板は5000系Al合金の中でも成
形性が良く、自動車パネル材として汎用されている。ま
た、6016系Al合金板は6000系Al合金の中でも成形性が良
く、自動車パネル材として汎用されている各々代表的な
Al合金である。そして、試験に用いたAl合金板は常法の
圧延工程と条件により製造したもので、各々のAl合金分
野のAl合金板を代表するものである。
The 5052-based Al alloy plate has a good formability among 5000-based Al alloys and is widely used as an automobile panel material. In addition, 6016 series Al alloy plate has good formability among 6000 series Al alloys, and each of them is a typical type commonly used as automobile panel material.
Al alloy. The Al alloy plate used in the test was manufactured by a usual rolling process and conditions, and is representative of each Al alloy plate in the Al alloy field.

【0070】図5 において、通常、自動車車体の表面処
理に用いられる、リン酸チタンのコロイド分散液のpH9
の付近について見ると、リン酸チタン表面のゼータ電位
が−60mVであるのに対し、5052Al合金板表面のゼータ電
位は−10mV、6016Al合金板の表面のゼータ電位は−40mV
である。これによると、5052Al合金板表面のゼータ電位
の、リン酸チタン表面のゼータ電位との積は600(mV)2
あるのに対し、6016Al合金板の表面のゼータ電位の、リ
ン酸チタン表面のゼータ電位との絶対値の積は2400(mV)
2 となる。つまり、リン酸チタン表面のゼータ電位との
積は、5052Al合金板表面のゼータ電位の方が、6016Al合
金板表面のゼータ電位よりも小さい。
In FIG. 5, the pH of a colloidal dispersion of titanium phosphate, which is usually used for the surface treatment of an automobile body, is adjusted to pH9.
Looking at the vicinity, the zeta potential of the titanium phosphate surface is −60 mV, while the zeta potential of the 5052 Al alloy plate surface is −10 mV, and the zeta potential of the surface of the 6016 Al alloy plate is −40 mV.
It is. According to this, the product of the zeta potential of the 5052 Al alloy plate surface and the zeta potential of the titanium phosphate surface is 600 (mV) 2 , whereas the zeta potential of the surface of the 6016 Al alloy plate is The product of the absolute value and the zeta potential is 2400 (mV)
It becomes 2 . That is, the product of the zeta potential of the titanium phosphate surface and the zeta potential of the 5052 Al alloy plate surface is smaller than the zeta potential of the 6016 Al alloy plate surface.

【0071】この結果は、実際に、Al合金材表面をリン
酸チタンのコロイド分散液 (pH9)にて処理試験した際
の、Al合金材表面へのリン酸チタンの付着性と良く対応
していた。即ち、実際の処理試験の結果も、5052など50
00系Al合金板の方が、6016など6000系Al合金板よりもリ
ン酸チタンの付着性が良い。そして、その後のリン酸亜
鉛処理試験においても、5000系Al合金板の方が6000系Al
合金板よりもリン酸亜鉛の付着性が良く、更に、その後
の耐糸さび性腐食試験の結果でも、5000系Al合金板の方
が6000系Al合金板よりも耐糸さび性に優れていた。
The results correspond well to the adhesion of titanium phosphate to the surface of the Al alloy material when the surface of the Al alloy material was actually treated and tested with a colloidal dispersion of titanium phosphate (pH 9). Was. In other words, the actual processing test results are
The 00 series Al alloy plate has better adhesion of titanium phosphate than the 6000 series Al alloy plate such as 6016. And, in the subsequent zinc phosphate treatment test, the 5000 series Al alloy plate
The adhesion of zinc phosphate was better than the alloy plate, and the results of the subsequent rust-resistant corrosion test showed that the 5000 series Al alloy plate was more excellent in thread rust resistance than the 6000 system Al alloy plate. .

【0072】即ち、この傾向は、常法の圧延や押出工程
と熱処理条件 (T4、T6等) により製造した6000系 (Al-M
g-Si系) Al合金展伸材全般について言うことができる。
そして、6000系 (Al-Mg-Si系) Al合金展伸材の、リン酸
チタンのコロイド分散液にて処理した際の、リン酸チタ
ンの付着性が低い理由は、6000系Al合金展伸材表面のゼ
ータ電位と、リン酸チタン表面との静電反発力が大きい
ことによるものと推考される。
That is, this tendency is due to the fact that the 6000 series (Al-M) produced by the usual rolling or extrusion process and heat treatment conditions (T4, T6, etc.)
g-Si) It can be said about all wrought aluminum alloys.
The reason why titanium phosphate adhesion is low when a 6000 series (Al-Mg-Si) Al alloy spread material is treated with a titanium phosphate colloidal dispersion is that the 6000 series Al alloy spread It is supposed that this is due to the large electrostatic repulsion between the zeta potential of the material surface and the titanium phosphate surface.

【0073】前記した通り、Al合金材表面へのリン酸チ
タンの付着は、Al合金材表面への静電気的な吸着反応で
ある。したがって、リン酸チタンが6000系Al合金展伸材
表面に吸着付着する際に、6000系Al合金展伸材表面のゼ
ータ電位が、リン酸チタン表面のゼータ電位−60mV(pH
9) に対し、逆のプラスのゼータ電位、或いは、マイナ
スであってもその積が小さくなるようなゼータ電位であ
れば、静電吸着が働き、リン酸チタンが6000系Al合金展
伸材表面により良く付着する方向に働く。
As described above, the adhesion of titanium phosphate to the surface of the Al alloy is an electrostatic adsorption reaction to the surface of the Al alloy. Therefore, when the titanium phosphate is adsorbed and adhered to the 6000 series Al alloy wrought material surface, the zeta potential of the 6000 series Al alloy wrought material surface is changed to the zeta potential of the titanium phosphate surface −60 mV (pH
9) On the other hand, if the zeta potential is the opposite positive zeta potential, or the zeta potential is such that the product becomes small even if it is negative, electrostatic adsorption works and titanium phosphate becomes 6000 series aluminum alloy wrought material surface Works in the direction of better adhesion.

【0074】しかし、実際の6000系Al合金展伸材表面の
ゼータ電位は、例えば6016合金の−40mV(pH9) 程度であ
る。このため、リン酸チタン表面のゼータ電位−60mV(p
H9)に対し、同じマイナスであるとともに、その積は大
きい。この結果、Al合金材表面に付着しようとするリン
酸チタンと6000系Al合金展伸材表面とは静電反発が働
き、リン酸チタンが付着しにくい方向に働く。
However, the actual zeta potential of the wrought 6000 series aluminum alloy surface is, for example, about −40 mV (pH 9) of 6016 alloy. Therefore, the zeta potential on the surface of titanium phosphate −60 mV (p
H9) is the same minus, and the product is large. As a result, electrostatic repulsion acts between the titanium phosphate which is to adhere to the surface of the Al alloy material and the surface of the wrought 6000 Al alloy material, and acts in a direction in which titanium phosphate does not easily adhere.

【0075】この結果から、リン酸チタン表面のマイナ
スのゼータ電位に対し、6000系Al合金展伸材表面のゼー
タ電位を、プラス側に上げるように、表面を調整すれ
ば、リン酸チタンの付着性、リン酸チタンの処理性が向
上することが分かる。
From these results, it was found that if the surface was adjusted so that the zeta potential of the surface of the wrought 6000 series alloy was increased to the positive side with respect to the negative zeta potential of the surface of titanium phosphate, the adhesion of titanium phosphate could be improved. It can be seen that the properties and the processability of titanium phosphate are improved.

【0076】(実施例2)次に、本発明の実施例2 とし
て、Al合金材表面のゼータ電位測定による、JIS3004Al
合金製配管材の、冷却水としての海水による、耐汚染性
を評価した例を以下に示す。
Example 2 Next, as Example 2 of the present invention, JIS3004Al was measured by measuring the zeta potential on the surface of the Al alloy material.
An example of evaluating the contamination resistance of the alloy piping material by seawater as cooling water is shown below.

【0077】耐汚染性を評価するJIS 3004Al合金配管材
より供試材を採取し、海水を模擬した塩化ナトリウム(N
aCl)水溶液中 (塩酸および/ または水酸化ナトリウムに
よりpHを調節) での供試材表面のゼータ電位を実施例1
と同じ要領にて測定した。
A test material was sampled from JIS 3004 Al alloy piping material for evaluating the stain resistance, and sodium chloride (N
(aCl) The zeta potential of the surface of the test material in an aqueous solution (pH was adjusted with hydrochloric acid and / or sodium hydroxide) was measured in Example 1.
The measurement was performed in the same manner as described above.

【0078】そして、別途、JIS 3004Al合金製配管中
に、防錆剤( 有機酸) を含む海水を流し続けた際に、配
管のエッチング等により生成したスラッジ (主成分はAl
および合金成分の複合酸化物や水酸化物の混合体) を実
際に採取し、前記NaCl水溶液中のスラッジ表面のゼータ
電位を、実施例1 と同じ要領にて測定した。但し、スラ
ッジ表面のゼータ電位は、金属材X を用いず、前記図1
で示した測定原理で行った。
Separately, when seawater containing a rust inhibitor (organic acid) continues to flow through JIS 3004 Al alloy piping, sludge generated by etching the piping (main component is Al)
And a mixture of a composite oxide and a hydroxide of an alloy component) were actually collected, and the zeta potential of the sludge surface in the NaCl aqueous solution was measured in the same manner as in Example 1. However, the zeta potential on the sludge surface was measured without using the metal material X as shown in FIG.
The measurement was performed according to the measurement principle shown in FIG.

【0079】図6 に、測定した供試材表面のゼータ電位
と、スラッジ表面のゼータ電位を示す。なお、図6 で
は、図5 と同様に、NaCl水溶液のpHの変化 (横軸) に対
応したゼータ電位の変化を示している。
FIG. 6 shows the measured zeta potential of the test material surface and the measured zeta potential of the sludge surface. FIG. 6, like FIG. 5, shows a change in zeta potential corresponding to a change in pH (horizontal axis) of the NaCl aqueous solution.

【0080】この図6 から分かる通り、スラッジ表面の
ゼータ電位は−20mVでpHに拠らず一定である。これに対
し、3004Al合金材表面のゼータ電位はpHが3 での+60mV
から、pHが11での−50mVまで大きく変化している。
As can be seen from FIG. 6, the zeta potential on the sludge surface is -20 mV and is constant irrespective of pH. On the other hand, the zeta potential on the 3004Al alloy surface is + 60mV at pH 3
, The pH greatly changes to −50 mV at pH 11.

【0081】この図6 から言えることは、海水のpHの領
域であるpH6 〜7 の部分では、3004Al合金材表面のゼー
タ電位は−10〜20mVであり、前記スラッジ表面のゼータ
電位−20mVと同じ符号を有する。したがって、この海水
のpHの領域では、3004Al合金材表面とスラッジとは吸着
反応を生じにくく、スラッジによる配管の汚染は生じに
くいと評価される。
It can be said from FIG. 6 that the zeta potential of the surface of the 3004 Al alloy material is -10 to 20 mV in the pH range of 6 to 7 which is the pH range of seawater, which is the same as the zeta potential of the sludge surface of -20 mV. It has a sign. Therefore, in this seawater pH range, it is evaluated that the adsorption reaction between the surface of the 3004Al alloy material and the sludge hardly occurs, and the contamination of the pipe by the sludge hardly occurs.

【0082】しかし、海水に防錆剤( 有機酸) を含ませ
た場合には、海水のpHが低下する。この場合、例えば海
水のpHが4 以下の部分では、3004Al合金材表面のゼータ
電位は+30mV以上であり、スラッジ表面のゼータ電位−
20mVと逆の符号を有する。この結果、海水のpHが4 以下
となる部分では、3004Al合金材表面とスラッジとは吸着
反応を生じやすいことが分かる。即ち、この結果は、海
水に防錆剤( 有機酸)を含ませた場合には、Al合金配管
材表面に、スラッジが付着して、Al合金材表面を汚染し
やすいことを示している。
However, when seawater contains a rust inhibitor (organic acid), the pH of the seawater decreases. In this case, for example, in a part where the pH of seawater is 4 or less, the zeta potential on the surface of the 3004Al alloy material is +30 mV or more, and the zeta potential on the sludge surface is −
It has a sign opposite to 20 mV. As a result, it can be seen that in the portion where the pH of the seawater is 4 or less, the adsorption reaction easily occurs between the 3004Al alloy material surface and the sludge. That is, this result indicates that when seawater contains a rust preventive (organic acid), sludge adheres to the surface of the Al alloy piping material and easily contaminates the Al alloy material surface.

【0083】したがって、図6 からは、海水に防錆剤を
含ませる場合には、Al合金配管材として、改良されたAl
合金材 (想定) のゼータ電位を示す通り、前記pH4 以下
の部分で、Al合金材表面とスラッジとが吸着反応を生じ
にくいように、ゼータ電位が下がるような表面状態とす
るような必要があることを示している。即ち、図6 から
は、海水に防錆剤を含ませる場合には、Al合金材の表面
処理や合金設計 (合金成分の変更) を行って、pH4 以下
の部分でのAl合金材表面のゼータ電位を下げる必要があ
ると評価できる。
Therefore, from FIG. 6, when seawater contains a rust inhibitor, the improved Al alloy piping material is
As indicated by the zeta potential of the alloy material (assumed), it is necessary to make the surface state such that the zeta potential decreases so that the adsorption reaction between the surface of the Al alloy material and the sludge hardly occurs at the pH of 4 or less. It is shown that. In other words, from Fig. 6, when seawater contains a rust inhibitor, the surface treatment of the Al alloy material and alloy design (change of alloy components) were performed, and the zeta on the surface of the Al alloy material at pH 4 or lower was determined. It can be evaluated that the potential needs to be lowered.

【0084】以上の実施例から、本発明によれば、金属
材表面のゼータ電位測定が可能となり、これによって、
ゼータ電位による金属材の表面特性の評価が可能となる
ことが分かる。
From the above examples, according to the present invention, it is possible to measure the zeta potential on the surface of a metal material.
It can be seen that it is possible to evaluate the surface properties of the metal material by the zeta potential.

【0085】なお、前記実施例では、Al合金展伸材表面
のゼータ電位測定と、ゼータ電位によるAl合金展伸材の
リン酸亜鉛処理性や対汚染性の評価について説明した。
しかし、本発明は、ジュラルミン等を含むAl合金展伸材
以外にも、導電性であれば、Al合金の鋳造材、或いは、
他の金属材である、銅や銅合金材料、ステンレスを含め
た鉄鋼材料、チタン材料、溶接材料 (棒、ワイヤ) など
の表面のゼータ電位測定等にも適用可能である。
In the above-described embodiment, measurement of the zeta potential on the surface of the wrought Al alloy and evaluation of the zinc phosphate treatment property and antifouling property of the wrought Al alloy by the zeta potential were described.
However, the present invention, besides Al alloy wrought material containing duralumin, etc., if it is conductive, cast material of Al alloy, or
It is also applicable to the measurement of zeta potential on the surface of other metal materials such as copper and copper alloy materials, steel materials including stainless steel, titanium materials, and welding materials (rods and wires).

【0086】また、金属表面特性の評価方法としては、
静電気的な吸着反応が反応の主体である、前記金属材の
表面処理性、前記金属材の耐食性、前記金属材表面の耐
汚染性等の評価に用いることが可能である。より具体的
には、金属材のメッキ、化成処理、被覆等の表面処理物
質の付着性、金属材表面のゴミや不純物或いは汚染物
質、腐食物質などの特定物質の汚染性、金属材表面の他
の特定物質との親和性、Al合金や銅合金或いは鉄鋼など
の材料表面の、流体や冷熱媒体との親和性や耐食性の評
価などに幅広く適用可能である。
Further, as a method for evaluating metal surface characteristics,
It can be used to evaluate the surface treatment properties of the metal material, the corrosion resistance of the metal material, the contamination resistance of the metal material surface, etc., where the electrostatic adsorption reaction is the main component of the reaction. More specifically, the adhesion of surface treatment substances such as plating, chemical conversion treatment, and coating of metal materials, the contamination of specific substances such as dust and impurities or contaminants and corrosive substances on the surface of metal materials, It can be widely applied to the evaluation of the affinity with a specific substance, the affinity of a material surface such as an Al alloy, a copper alloy, or steel with a fluid or a cooling medium, and the corrosion resistance.

【0087】[0087]

【発明の効果】本発明によれば、金属材表面の正確なゼ
ータ電位を測定可能とする、ゼータ電位測定方法を提供
することが可能となる。したがって、金属材の表面処理
性、金属材の耐食性、或いは金属材の表面の耐汚染性な
どの分野において、素材金属材の表面特性を評価するこ
とが可能となる。また、実際に表面処理や腐食、或いは
汚染せずとも、素材金属の評価を行うことが可能とな
る。したがって、素材の表面特性の改善等に迅速に反映
させることができる等、金属材の新しい用途の拡大を図
ることができる点で、多大な工業的な価値を有するもの
である。
According to the present invention, it is possible to provide a zeta potential measuring method capable of measuring an accurate zeta potential on the surface of a metal material. Therefore, it is possible to evaluate the surface characteristics of the metal material in the fields such as the surface treatment property of the metal material, the corrosion resistance of the metal material, and the contamination resistance of the surface of the metal material. In addition, it is possible to evaluate the material metal without actually performing surface treatment, corrosion, or contamination. Therefore, the present invention has a great industrial value in that new applications of the metal material can be expanded, for example, it can be promptly reflected in the improvement of the surface characteristics of the material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ゼータ電位 (ζ) の測定原理を模式的に示す説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a principle of measuring a zeta potential (ζ).

【図2】導電性の金属材表面のゼータ電位の測定原理を
模式的に示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the principle of measuring the zeta potential on the surface of a conductive metal material.

【図3】本発明に係る、金属材表面のゼータ電位の測定
方法を示す説明図であり、図3(a)は測定不可の場合、図
3(b)は測定可能な場合を示す。
FIG. 3 is an explanatory view showing a method of measuring the zeta potential on the surface of a metal material according to the present invention, and FIG.
3 (b) shows a case where measurement is possible.

【図4】本発明に係る、金属材表面のゼータ電位の測定
装置の一態様を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing one embodiment of an apparatus for measuring a zeta potential on a metal material surface according to the present invention.

【図5】6016Al合金板と比較のための5052Al合金板の表
面のゼータ電位を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the zeta potential on the surface of a 5052 Al alloy plate for comparison with a 6016 Al alloy plate.

【図6】3004Al合金板とエッチングスラッジ表面のゼー
タ電位を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the zeta potential on the surface of a 3004Al alloy plate and etching sludge.

【図7】本発明に係る、金属材表面のゼータ電位の測定
方法を模式的に示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a method for measuring a zeta potential on a metal material surface according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:セル、2: 流路、3:導入口、4:導出口、5:白金電極、
6:伝熱シート、7:恒温ブロック、8:押さえネジ、X:金属
板、A:コロイド粒子、B:モニター粒子、C:水溶液、
1: cell, 2: flow path, 3: inlet, 4: outlet, 5: platinum electrode,
6: heat transfer sheet, 7: constant temperature block, 8: cap screw, X: metal plate, A: colloid particle, B: monitor particle, C: aqueous solution,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太原 麗子 神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会 社コベルコ科研西神事業所内 (72)発明者 大迫 達也 神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会 社コベルコ科研西神事業所内 Fターム(参考) 2G055 AA01 BA09 FA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Reiko Ohara 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe, Japan Inside Kobelco Research Institute Nishijin Office (72) Inventor Tatsuya Osako 1-5-5, Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi No. 5 F-term in Kobelco Research Institute Seishin Office (reference) 2G055 AA01 BA09 FA06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電率を一定にする電解質を含む水溶液
をセル内に収容し、該水溶液に金属材を接触させるとと
もに、ゼータ電位が既知の帯電させたモニター粒子を前
記水溶液中に配し、金属材が接触していない水溶液中と
金属材が接触している水溶液中とのモニター粒子の移動
速度の変化から、この移動速度の変化に対応したゼータ
電位を金属材表面のゼータ電位として測定する方法であ
って、金属材の水溶液接触側表面の一部を絶縁すること
によって、水溶液中のモニター粒子を帯電せしめ、水溶
液中のモニター粒子の前記移動速度の変化を検出するこ
とを特徴とする金属材表面のゼータ電位測定方法。
An aqueous solution containing an electrolyte for maintaining a constant dielectric constant is accommodated in a cell, a metal material is brought into contact with the aqueous solution, and charged monitor particles having a known zeta potential are arranged in the aqueous solution. From the change in the moving speed of the monitor particles between the aqueous solution where the metal material is not in contact and the aqueous solution where the metal material is in contact, the zeta potential corresponding to this change in the moving speed is measured as the zeta potential of the metal material surface. A method comprising: insulating a part of an aqueous solution contact side surface of a metal material to charge monitor particles in an aqueous solution; and detecting a change in the moving speed of the monitor particles in the aqueous solution. A method for measuring the zeta potential of a material surface.
【請求項2】 前記電解質が、NaCl、KCl 、NaClO4より
選択されるものである請求項1に記載の金属材表面のゼ
ータ電位測定方法。
2. The method according to claim 1, wherein the electrolyte is selected from NaCl, KCl, and NaClO 4 .
【請求項3】 前記モニター粒子がラテックス粒子であ
る請求項2に記載の金属材表面のゼータ電位測定方法。
3. The method according to claim 2, wherein the monitor particles are latex particles.
【請求項4】 前記金属材の水溶液接触側表面に、水溶
液と接する隙間を有する絶縁性のスペーサを配置する請
求項1乃至3のいずれか1項に記載の金属材表面のゼー
タ電位測定方法。
4. The method for measuring the zeta potential of a metal material surface according to claim 1, wherein an insulating spacer having a gap in contact with the aqueous solution is disposed on the surface of the metal material on the aqueous solution contact side.
【請求項5】 ゼータ電位が既知のモニター粒子を分散
させるとともに誘電率を一定にするための電解質を含む
水溶液を収容するセルと、前記モニター粒子を帯電させ
るための電極と、前記水溶液に金属材を接触させる固定
手段と、金属材が接触していない水溶液中と金属材が接
触している水溶液中とのモニター粒子の移動速度の変化
を検出する手段とを有し、この移動速度の変化量に対応
したゼータ電位を金属材表面のゼータ電位として測定す
る装置であって、金属材の水溶液接触側表面の一部を絶
縁する手段を設けてモニター粒子を帯電せしめ、水溶液
中のモニター粒子の前記移動速度の変化を検出すること
を特徴とする金属材表面のゼータ電位測定装置。
5. A cell containing an aqueous solution containing an electrolyte for dispersing monitor particles having a known zeta potential and keeping the dielectric constant constant, an electrode for charging the monitor particles, and a metal material in the aqueous solution. And a means for detecting a change in the moving speed of the monitor particles between the aqueous solution in which the metal material is not in contact and the aqueous solution in which the metal material is in contact, and the amount of change in the moving speed It is a device for measuring the zeta potential corresponding to the zeta potential of the metal material surface, provided with means for insulating a part of the aqueous solution contact side surface of the metal material to charge the monitor particles, the monitor particles in the aqueous solution An apparatus for measuring zeta potential on a metal material surface, which detects a change in a moving speed.
【請求項6】 前記金属材の電解質を含む水溶液接触側
表面に、この水溶液と接する隙間を有する絶縁性のスペ
ーサを配置した請求項5に記載の金属材表面のゼータ電
位測定装置。
6. The apparatus according to claim 5, wherein an insulating spacer having a gap in contact with the aqueous solution is disposed on the surface of the metal material on the contact side with the aqueous solution containing the electrolyte.
【請求項7】 請求項1から4までの方法または請求項
5から6までの装置により測定されたゼータ電位を、金
属材の表面特性の評価に用いることを特徴とする金属材
の表面特性の評価方法。
7. The method of claim 1, wherein the zeta potential measured by the method according to claim 1 or the apparatus according to claim 5 is used for evaluating the surface property of the metal material. Evaluation method.
【請求項8】 ゼータ電位による評価を、金属材の表面
と係わる特定の物質、或いは、この特定物質に代わる物
質表面のゼータ電位と、金属材の表面のゼータ電位との
比較により行う請求項7に記載の金属材の表面特性の評
価方法。
8. The evaluation based on the zeta potential is performed by comparing the zeta potential of a specific substance related to the surface of the metal material or the zeta potential of the surface of the substance replacing the specific substance with the zeta potential of the surface of the metal material. 3. The method for evaluating the surface characteristics of a metal material according to item 1.
【請求項9】 前記表面特性が、金属材の表面処理性、
金属材の耐食性、金属材の表面の耐汚染性、から選択さ
れるものである請求項7または8に記載の金属材の表面
特性の評価方法。
9. The method according to claim 8, wherein the surface property is a surface treatment property of a metal material,
9. The method for evaluating the surface properties of a metal material according to claim 7, wherein the method is selected from corrosion resistance of the metal material and stain resistance of the surface of the metal material.
JP2000073625A 2000-03-16 2000-03-16 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL Pending JP2001264282A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000073625A JP2001264282A (en) 2000-03-16 2000-03-16 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000073625A JP2001264282A (en) 2000-03-16 2000-03-16 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001264282A true JP2001264282A (en) 2001-09-26

Family

ID=18591845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000073625A Pending JP2001264282A (en) 2000-03-16 2000-03-16 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001264282A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126051A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Toshiba Corp Streaming potential measuring device, manufacturing method thereof, and aggregation state detection system
JP2010078394A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Tohoku Univ Simple zeta potential measuring instrument and zeta potential measuring method
JP2014044058A (en) * 2012-08-24 2014-03-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Object surface evaluating method
JP2014518379A (en) * 2011-06-15 2014-07-28 マルバーン インストゥルメンツ リミテッド Surface charge measurement
JP2016200608A (en) * 2010-12-17 2016-12-01 マルバーン インストゥルメンツ リミテッド Laser doppler electrophoretic method using diffusion barrier
CN106353367A (en) * 2016-10-11 2017-01-25 广西大学 System for early warning about fine sticking substance instability by utilizing change in Zeta potential value in plain boiled water
CN108139346A (en) * 2015-10-15 2018-06-08 白石工业株式会社 Calculate the method for the dielectric constant of particle dispersion composite material and dispersed evaluation method
JP2019107586A (en) * 2017-12-15 2019-07-04 日鉄日新製鋼株式会社 Coated metal plate manufacturing method
US10648945B2 (en) 2010-12-17 2020-05-12 Malvern Panalytical Limited Laser doppler electrophoresis using a diffusion barrier

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126051A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Toshiba Corp Streaming potential measuring device, manufacturing method thereof, and aggregation state detection system
JP2010078394A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Tohoku Univ Simple zeta potential measuring instrument and zeta potential measuring method
US11988631B2 (en) 2010-12-17 2024-05-21 Malvern Panalytical Limited Laser doppler electrophoresis using a diffusion barrier
US10648945B2 (en) 2010-12-17 2020-05-12 Malvern Panalytical Limited Laser doppler electrophoresis using a diffusion barrier
JP2016200608A (en) * 2010-12-17 2016-12-01 マルバーン インストゥルメンツ リミテッド Laser doppler electrophoretic method using diffusion barrier
US9829525B2 (en) 2011-06-15 2017-11-28 Malvern Instruments Limited Surface charge measurement
US10274528B2 (en) 2011-06-15 2019-04-30 Malvern Panalytical Limited Surface charge measurement
JP2014518379A (en) * 2011-06-15 2014-07-28 マルバーン インストゥルメンツ リミテッド Surface charge measurement
US11079420B2 (en) 2011-06-15 2021-08-03 Malvern Panalytical Limited Surface charge measurement
JP2014044058A (en) * 2012-08-24 2014-03-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Object surface evaluating method
CN108139346A (en) * 2015-10-15 2018-06-08 白石工业株式会社 Calculate the method for the dielectric constant of particle dispersion composite material and dispersed evaluation method
CN108139346B (en) * 2015-10-15 2020-06-23 白石工业株式会社 A method for calculating the dielectric constant of particle-dispersed composites and a method for evaluating the dispersibility
CN106353367A (en) * 2016-10-11 2017-01-25 广西大学 System for early warning about fine sticking substance instability by utilizing change in Zeta potential value in plain boiled water
JP2019107586A (en) * 2017-12-15 2019-07-04 日鉄日新製鋼株式会社 Coated metal plate manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Popa et al. Importance of Charge Regulation in Attractive Double-Layer Forces<? format?> between Dissimilar Surfaces
Fedrizzi et al. The use of electrochemical techniques to study the corrosion behaviour of organic coatings on steel pretreated with sol–gel zirconia films
Grundmeier et al. Corrosion protection by organic coatings: electrochemical mechanism and novel methods of investigation
Katemann et al. Precursor sites for localised corrosion on lacquered tinplates visualised by means of alternating current scanning electrochemical microscopy
Thébault et al. Protective mechanisms occurring on zinc coated steel cut-edges in immersion conditions
Tahara et al. Potential distribution measurement in galvanic corrosion of Zn/Fe couple by means of Kelvin probe
Worsley et al. Mechanistic changes in cut-edge corrosion induced by variation of organic coating porosity
US11029244B1 (en) Electrochemical ZRA test cells for determination of galvanic corrosion rates in atmospheric environments
Bender et al. Corrosion and corrosion testing of magnesium alloys
Jones et al. Electrochemical corrosion studies on zinc-coated steel
JP2001264282A (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ζ POTENTIAL ON METALLIC MATERIAL SURFACE AND SURFACE CHARACTERISTIC EVALUATION METHOD FOR METALLIC MATERIAL
Rashid et al. Aluminum ASA 6061 anodizing process by chromic acid using Box–Wilson central composite design: optimization and corrosion tendency
Bastos et al. Localised measurements of pH and dissolved oxygen as complements to SVET in the investigation of corrosion at defects in coated aluminum alloy
Ciszkowska et al. Peer Reviewed: Voltammetric and Amperometric Detection without Added Electrolyte.
Bai et al. In-situ radial pH monitoring inside the crevice of stainless steel combined with potentiometric scanning electrochemical microscopy
Amatore et al. Monitoring concentration profiles in situ with an ultramicroelectrode probe
El-Mahdy Advanced laboratory study on the atmospheric corrosion of zinc under thin electrolyte layers
Kallay et al. Effect of corrosion on the isoelectric point of stainless steel
Ugo et al. Electrochemistry of Yb3+ and Eu3+ at Nafion modified electrodes
Manoj Prabhakar et al. In situ microscopic investigation of ion migration on the surface of chromium coated steels
Descamps et al. Effects of anodized aluminium surface parameters on the long-term adhesion of silicone structural glazing sealants
Rohwerder et al. Application of scanning Kelvin probe in corrosion science
McKenzie et al. Assembly of thin mesoporous titania films and their effects on the voltammetry of weakly adsorbing redox systems
Gnedenkov et al. Corrosion monitoring of PEO-pretreated magnesium alloys
Usman Corrosion Testing of Anodised Aerospace Alloys: Correlation between Electrochemical and Technological Approaches