JP2008214701A - マグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
エッチング処理を行う必要なしで、マグネシウム合金の表面に、耐食性、塗膜密着性に優れた化成処理被膜を形成し得る、マグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法を提供すること。
【解決手段】
マグネシウム合金の表面を脱脂処理した後、又は脱脂処理無しで、リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液を該マグネシウム合金の表面に接触させて表面処理を実施するマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法。
【選択図】 なし

Description

本発明はマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法に関し、より詳しくは、マグネシウム合金の表面をリン酸イオン含有水溶液中で化成処理する化成処理被膜の形成方法に関する。

エネルギー問題、環境問題、省資源対策、リサイクル問題等の観点から、軽量であり、比強度に優れ、且つリサイクル性にも優れているマグネシウム合金が注目を浴び、家電製品あるいはＩＴ関連機器、更には自動車部品等へと応用が広まってきている。

しかしながら、マグネシウム合金はアルミニウム、鉄等に比べて耐食性に劣るという問題点がある。それで、マグネシウム合金の耐食性を改善するために様々な表面処理法や塗装法が提案されている。

例えば、マグネシウム合金の化成処理方法としてノンクロム系化成処理方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、エッチング処理した後、有機リン化合物を含有するアルカリ性水溶液で表面処理する方法（例えば、特許文献３参照）、オルトリン酸と、Ｚｎ、ＭｎおよびＣａから選ばれる少なくとも１種の金属イオンとを含有する酸性水溶液で表面処理する方法（例えば、特許文献４参照）、カルシウムイオン、マンガンイオン及びリン酸イオンを含有する溶液で化成処理する方法（例えば、特許文献５参照）がある。更に、エッチング処理なしで又はエッチング処理した後、リン酸イオン及び過マンガン酸イオンを含有する処理液で化成処理する方法（例えば、特許文献６参照）、リン酸と、カルシウム化合物と、チタン化合物、ジルコニウム化合物、ストロンチウム化合物から選ばれる少なくとも１種の金属化合物を含有する処理液で化成処理する方法（例えば、特許文献７参照）、リン酸及び／又はリン酸塩化合物、並びに過マンガン酸塩化合物を含有する処理液で化成処理する方法（例えば、特許文献８参照）がある。

一般に、ＡＺ３１Ｂ等に代表される押し出し材や圧延材に用いられるアルミニウム含有マグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ等に代表される鋳造品のアルミニウム含有マグネシウム合金に比較してアルミニウム含有量が少ないため、酸等による溶解性がかなり大きい。従って、アルミニウム含有マグネシウム合金について酸化膜の除去や、表面に潜り込んだ離型剤や潤滑剤の除去を目的として必ず行われるエッチング工程において、ＡＺ９１材等で行われるエッチングと同じ処理をＡＺ３１材等で行うとエッチング過剰となり、表面が過剰に荒れた状態となる。このように過剰に荒れた状態の表面に化成被膜形成処理を実施すると、化成被膜が過剰に析出し、被膜質量が過大となるばかりでなく、過剰析出成分が微粉となって表面に残留した状態となる。また、そのような化成被膜表面に塗装を行った場合には、塗膜種によっては密着性、特に耐水密着性が著しく低下する。

特開平１１−１３１２５５号公報 特開２０００−０９６２５５号公報 特開２０００−３２８２６１号公報 特開２００１−２８８５８０号公報 特開２００３−２８６５８２号公報 特開２００２−２９４４６６号公報 特開２００３−００３２７３号公報 特開２００３−２７７９４４号公報

本発明は、エッチング処理を行う必要なしで、マグネシウム合金、特に少量のアルミニウムを含有するマグネシウム合金の表面に、耐食性、塗膜密着性に優れた化成処理被膜を形成し得る、マグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法を提供することを目的としている。

本発明者等は上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、エッチング処理していないマグネシウム合金の表面を、リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液で処理することにより上記の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明のマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法は、リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液をマグネシウム合金の表面に接触させて表面処理することを特徴とする。

また、本発明のマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法は、マグネシウム合金の表面を脱脂処理した後、リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液を該マグネシウム合金の表面に接触させて表面処理することを特徴とする。

本発明のマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法により、エッチング処理を行う必要なしで、マグネシウム合金の表面に耐食性、塗膜密着性に優れた化成処理被膜を形成することができる。

以下に、本発明の化成処理被膜の形成方法を具体的に説明する。本発明においては、表面に化成処理被膜を形成するマグネシウム合金の種類は特には限定されず、例えば、ＡＺ２１、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃ、ＡＺ６１Ａ、ＡＺ８０Ａ等の展伸用マグネシウム合金及びＡＺ６３Ａ、ＡＺ８１Ａ、ＡＺ９１Ｃ、ＡＺ９２Ａ、ＡＭ６０Ａ、ＡＭ１００Ａ等の鋳造用マグネシウム合金を挙げることができる。しかし、本発明のマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法は少量のアルミニウムを含有するマグネシウム合金、特に、アルミニウム含有量が１〜５質量％のマグネシウム合金、具体的にはＡＺ２１、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃ等の表面に耐食性、塗膜密着性に優れた化成処理被膜を形成するのに特に適している。

また、本発明において表面に化成処理被膜を形成するマグネシウム合金部材の成形方法も特には限定されず、押し出し加工、圧延加工、引き抜き加工、ダイカスト法、チクソモールド法、プレス成形法、鍛造法、鋳造法等を挙げることができる。

本発明においては、マグネシウム合金表面のエッチング処理は不要であるが、化成処理の前に脱脂処理することが好ましい。脱脂処理はマグネシウム合金の表面に脱脂液を接触させることにより行われる。マグネシウム合金の表面に脱脂液を接触させる方法としては、従来から公知の浸漬法、スプレー法等が挙げられ、本発明においてはいずれの方法も適用することができる。

脱脂液としては、有機汚れを除去できるものであれば組成は特には限定されないが、界面活性剤を含むアルカリ性水溶液を用いるのが好ましい。かかる脱脂液のアルカリビルダーとしては、アルカリ金属の水酸化物、リン酸塩、ケイ酸塩、炭酸塩等が適用できる。また、界面活性剤としてはノニオン系、カチオン系、アニオン系のいずれも適用できる。さらに、脱脂効率を上げるためにキレート剤を配合してもよい。

脱脂液をマグネシウム合金の表面に接触させる際の温度と時間は特には限定されないが、マグネシウム合金表面の汚染の程度によって３５〜７０℃、３０秒〜１０分の範囲内で接触させるのが好ましい。また、脱脂液の濃度は、マグネシウム合金表面の汚染の程度、脱脂液成分等により適宜設定される。

本発明で用いるリン酸又は水溶性リン酸塩として、オルトリン酸、ホスホン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸及びそれらのアルカリ金属塩を挙げることができる。リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液とは、リン酸又は水溶性リン酸塩中のＰＯ₄ ^---の重量を全溶液の量で割って１００倍した値であり、例えば、リン酸を用いる場合には１．０３〜１０．３質量％となる量で用い、リン酸カリウムを用いる場合には２．２３〜２２．３質量％となる量で用いる。

本発明において、マグネシウム合金の表面に化成処理液を接触させる方法としては、従来から公知の浸漬法、スプレー法等が挙げられ、本発明においてはいずれの方法も適用することができる。

化成処理液をマグネシウム合金の表面に接触させる際の温度と時間はリン酸又は水溶性リン酸塩の種類、水溶液の濃度、ｐＨ、被処理物たるマグネシウム合金の種類等により異なる。一般論としては、化成処理液の濃度が高ければ、比較的低い温度で且つ比較的短時間で所望程度の化成処理が完了し、化成処理液の温度が高ければ、比較的低い化成処理液濃度で且つ比較的短時間で所望程度の化成処理が完了し、また、処理時間が長ければ、比較的低い化成処理液濃度で且つ比較的低い温度で化成処理が完了する。例えば、常温〜７０℃の温度で１０秒間〜１０分間接触させる。

本発明においては、各工程の間に水洗工程を設けることが望ましい。該水洗工程による水洗は、水に被処理物たるマグネシウム合金を接触させることにより行われる。水洗の程度（接触時間、水の純度・温度、水洗の段数、希釈倍率等）は、特には制限がなく、各処理液の濃度、次工程に混入した際の影響度等を考慮の上、適宜設定すればよい。

本発明による化成処理被膜の形成の後、表面に残存する水分を蒸散させるべく、乾燥させることが望ましい。もちろん水系の塗料により塗装を施す場合には、表面に水分が残存していても塗装そのものは可能であるため乾燥は必須ではない。しかし、水分が塗料に混入し、塗料の濃度に影響を与える場合があるため、この場合にも乾燥工程を設けることが望ましい。乾燥は、特に制限はなく、例えば自然乾燥でもよいが、熱風ヒーターや赤外線ヒーター等によるオーブン乾燥とすることが望ましい。

本発明の化成処理被膜の形成方法によって得られるマグネシウム合金部材は、そのままでも優れた耐食性を有するが、更なる耐食性の向上を企図して、あるいは、マグネシウム合金部材の美観性の向上を企図して、必要に応じて塗装が為される。塗装に供される塗料は、特に制限されず、水系、溶剤系のいずれでもよい。また、塗装方法についても特に制限されず、スプレー塗装、浸漬塗装、電着塗装等従来公知のいずれの塗装方法であっても適用できる。

以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。

実施例１〜２及び比較例１
処理対象部材として、ＡＳＴＭ ＡＺ３１Ｂのアルミニウム含有マグネシウム合金押し出し部材から作製した５ｍｍ×７０ｍｍ×１５０ｍｍの部材を用いた。脱脂処理においては、脱脂剤としてキシレンを用い、部材表面の油分を刷毛で洗い落とし、風乾させた。

実施例１〜２においては、化成処理液としてリン酸濃度５質量％のリン酸水溶液（化成処理液Ａ）又はリン酸濃度１質量％のリン酸水溶液（化成処理液Ｂ）を用い、それらの液温を２３℃に保持し、それらの中に上記の部材を１分間浸漬して化成処理を実施した。比較例１においては化成処理は実施しなかった。実施例１〜２及び比較例１についての化成処理の条件は第１表に示す通りであった。

塗装例
実施例１〜２及び比較例１で得た各々の化成処理被膜付き部材の表面に、エアースプレー法によりエポキシ樹脂系塗料（大日本塗料株式会社製ＭＧ−ＰＲ−Ｅ）を膜厚２０μｍとなるように塗布し、２０分間静置した後、更にエアースプレー法によりウェットオンウェットでアクリル−メラミン樹脂系塗料（大日本塗料株式会社製ＭＧ−トップ）を膜厚２０μｍとなるように塗布し、これを１８０℃で２０分間焼付処理した。

塗装例で得た各々の塗膜について、下記の塗膜性能を下記の方法で評価した。それらの結果は第２表に示す通りであった。

（イ）塗膜外観
塗膜外観を下記の基準で目視により評価した。
○：良好である。
△：はじきがわずかに認められる。
×：はじきが甚だ多い。

（ロ）塗膜密着性
ＪＩＳ Ｋ ５４００ ８．５．２の碁盤目テープ法に準拠して、塗膜にナイフで碁盤目模様を描き、１００個の部分に区分した後、粘着テープにより塗膜の剥離を試みた。塗膜の剥離の有無及びその程度を下記の基準で目視により評価した。
○：全く異常が認められない。
△：塗膜の剥離が２０％以下。
×：塗膜の剥離が２０％を越える。

（ハ）耐塩水噴霧性
塗膜表面にナイフでクロスカットを入れ、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠して塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を５００時間行い、クロスカット部分の塗膜の剥離幅を測定し、下記の基準により評価した。
○：剥離幅が±２．５ｍｍ以下。
△：剥離幅が±５ｍｍ以下。
×：剥離幅が±５ｍｍを越える。

Claims (3)

1. リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液をマグネシウム合金の表面に接触させて表面処理することを特徴とするマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法。
2. マグネシウム合金の表面を脱脂処理した後、リン酸又は水溶性リン酸塩をリン酸イオン濃度換算で１〜１０質量％含有する水溶液を該マグネシウム合金の表面に接触させて表面処理することを特徴とするマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法。
3. マグネシウム合金がアルミニウムを１〜５質量％含有するマグネシウム合金である請求項１又は２記載のマグネシウム合金の化成処理被膜の形成方法。