JPH0733582B2 - 炭素鋼の表面処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は炭素鋼の表面処理方法に係り、特に、炭素鋼等
の表面に被酸化金属層を存在させることによって、炭素
鋼の表面に耐候性を有する保護被膜を形成する技術に関
するものである。

「従来の技術」 炭素鋼は、一般に建造物、橋梁、原子力発電プラント、
化学プラント等に多用されているが、空気、水等の腐食
媒体との接触によって、容易に発錆する腐食を生じ易
い。

従来、炭素鋼の腐食防止を図る場合、表面を塗膜等によ
って覆う方法や、耐候性鋼のように特殊表面処理をする
等の方法が適用される。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、炭素鋼を塗膜によって覆う方法であると、供用
期間中に大気にさらされることによって次第に塗膜が摩
耗し、塗膜の厚さ方向に小さな通路が形成されて、外気
と炭素鋼表面とが連通した状態となり、大気中の酸素や
水分が炭素鋼表面に到達して発錆する現象や、塗膜が剥
がれることによって水分が侵入して発錆する現象が発生
し易くなるため、定期的に塗装を繰り返すことが必要と
なり、危険な高所作業を要求されることが多くなるとと
もに、補修費用が高くなるという問題点がある。

また、耐候性鋼を適用する場合は、表面処理後の加工に
よって、耐候性が損なわれてしまうために、建設時の作
業制限が多くなるという問題がある。

本発明は、一般的な炭素鋼の表面に、耐食性を簡単に付
与することを目的としている。

「問題点を解決する手段」 本発明における炭素鋼の表面処理方法の一つは、炭素鋼
表面に燐、クロム、銅等からなる被酸化金属層を付着さ
せておくとともに、該被酸化金属層の上に多孔性プライ
マー層を塗布形成するものであり、また、もう一つは、
炭素鋼表面に銅等の被酸化金属粉体を混合した多孔性プ
ライマー層を塗布形成することを特徴としている。

「作用」 炭素鋼の表面を金属層及びプライマー層で覆うと、プラ
イマー層の形成によって、炭素鋼の表面と大気との接触
を妨げるようになるが、プライマー層に付与される通気
性、あるいは、供用期間中に大気暴露環境におかれるこ
とによって、次第に摩耗して多孔質状となることを利用
する。

プライマー層が多孔質化して、多数の通気性通路または
透湿性通路が形成されて厚さ方向に貫通状態となると、
これら通路の中に、腐食因子である酸素あるいは水が侵
入することによって、通路の部分に露出している炭素鋼
の表面や、被酸化金属が酸化されて、オキシ酸化鉄や被
酸化金属の酸化物が生成される。

一方、オキシ酸化鉄の一部が上方に移行することによっ
て、オキシ酸化物と被酸化金属の酸化物との間で、酸化
物相互の表面拡散が生じ、無定形な非晶質酸化物が生成
される。

該非晶質酸化物は、オキシ酸化物等に対して相対的に強
い機械的強度や熱膨張強度を有するため、オキシ酸化物
の上に保護被膜を形成して留どまり、腐食因子である酸
素あるいは水が、炭素鋼表面に直接接触することを妨
げ、非晶質酸化物の生成後において、炭素鋼表面の酸化
を防止し、耐候性を炭素鋼表面に付与することになる。

「実施例」 本発明における炭素鋼の表面処理方法の一実施例につい
て、第１図及び第２図に基づいて説明する。

第１図は、第１の発明によって処理した炭素鋼の表面状
態の例を示すものである。

即ち、炭素鋼１の表面に被酸化金属層２を付着させた状
態とするとともに、該被酸化金属層２の上に多孔性プラ
イマー層３を塗布形成するものである。

この場合における被酸化金属層２は、燐、クロム、銅等
の少なくとも一つを付着させるものであり、燐の場合で
あると炭素鋼１の表面を燐酸処理することによって得ら
れ、クロムの場合であると、クロム酸処理することによ
って得られる。そして、銅の場合であると、銅粉末をそ
のままの状態で炭素鋼１の表面に付着させるか、あるい
は、プライマー塗料に混合した状態で塗布することによ
って得られる。

そして、多孔性プライマー層３は、例えば合成樹脂系プ
ライマー塗料（エポキシ系樹脂等のプライマー塗料）
を、一般的な方法であるエアスプレー塗装によって、厚
さ30ないし40μｍ塗布して塗膜を形成するものであり、
この場合に、炭酸カルシウム等の発泡剤を混入させてお
いて、加熱時あるいは常温状態で発泡させることもでき
る。

プライマー塗装直後における炭素鋼１の表面は、第１図
に示すように、全面的にプライマー層３からなる塗膜に
覆われて、大気との接触が妨げられた状態となっている
が、塗装時の揮発剤が蒸発することや、塗膜自身が粒体
の集合したものであることによって、少しずつ通気性が
生じ、第２図に示すように、炭素鋼表面と外気とを連通
させる通路４が形成される。また、プライマー層３が供
用期間中に大気暴露環境にさらされることによって、塗
膜（プライマー層）の表面の摩耗とともに、プライマー
層３に窪部が形成されたり、ボイド室の壁の一部が摩耗
したりすることによっても、第２図に示すように多孔質
化し、厚さ方向につながった細孔状の通路４、多数の通
気性通路または透湿性通路を形成する。

このように通路４が形成されることによって、炭素鋼１
の表面を覆っている被酸化金属層２の一部、または、そ
の構成金属粒体が露出するとともに、被酸化金属層２に
覆われている炭素鋼１の表面の一部も露出状態となる。

このため、通路４を経由して、大気中の酸素及び水分、
つまり、腐食因子である酸素あるいは水が侵入すること
によって、通路４の部分に露出している被酸化金属
（燐、クロム、銅等）及び鉄と反応して酸化物2aを生成
する。

一方、炭素鋼１の表面においても、鉄と水との反応に基
づくオキシ酸化物1aが生じる。このオキシ酸化物1aは、
その上で被酸化金属が酸化することによって生成が抑制
されるが、生成されたオキシ酸化鉄1aの一部が徐々に上
方に移行することにより、オキシ酸化物1aと被酸化金属
の酸化物2aとの接触部分で、酸化物相互の表面拡散を生
じ、無定形な非晶質酸化物が生成されることになる。

該非晶質酸化物５は、オキシ酸化物1aに対しては、相対
的に強い機械的強度や熱膨脹強度を有するため、オキシ
酸化物1aの上に保護被膜５を形成するように留どまる。

したがって、腐食因子である酸素あるいは水が、プライ
マー層３の通路４を経由して侵入した場合、保護被膜５
によって炭素鋼表面の部分まで到達することを妨げ、炭
素鋼１の表面での新たなオキシ酸化物1aの生成を抑制す
る。したがって、保護被膜５の生成によって、炭素鋼表
面の発錆を妨げ、耐候性を付与することになるものであ
る。

また、プライマー層３は、供用期間中において次第に摩
耗するため、徐々に多孔質化して通気性及び透湿性が大
きくなり、被酸化金属２の酸化物及びオキシ酸化物1aの
生成作用を促す。プライマー層３の多孔質化が促進され
ることによって網目状となるが、その通路４の中に酸化
物が集中した状態となるため、非晶質酸化物を生成し
て、炭素鋼表面の全域を保護被膜５で覆うように誘導す
るとともに、生成された保護被膜５を押さえて定着を保
護することになる。

次いで第２の発明における炭素鋼１の表面処理方法の一
実施例について説明すると、予め銅粉体等の被酸化金属
粉体を混合したプライマー塗料を、炭素鋼表面に塗布す
ることによって、多孔性プライマー層３を形成するもの
であり、前述したプライマー層３が多孔質化する現象
や、混合した被酸化金属粉体の相互間に、自然に通路４
が形成され易いこと等によって、プライマー層３の多孔
質化を促進させ、被酸化金属２の粉体の表面に酸化物を
生じさせ、また、その下に炭素鋼表面のオキシ酸化物1a
が生じることによって、前述した酸化物相互の表面拡散
による無定形な非晶質酸化物を生成させ、炭素鋼表面の
上に保護被膜５を形成して覆うものである。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明における炭素鋼の表面処理
方法によれば、次のような優れた効果を奏することがで
きる。

炭素鋼表面に燐、クロム、銅等からなる被酸化金属
層を付着させておくとともに、該被酸化金属層の上に多
孔性プライマー層を塗布形成するものであるから、プラ
イマー層が多孔質化することによって、炭素鋼の表面を
覆う被酸化金属の酸化物が生じ、炭素鋼表面に生じたオ
キシ酸化鉄との拡散反応によって、無定形酸化物を生成
し、該無定形酸化物が保護被膜となって炭素鋼表面を覆
うため、大気中の酸素あるいは水分との接触を妨げて発
錆を抑制する。

プライマー層が供用期間中に摩耗して多孔質となる
現象を利用しているため、プライマー層の摩耗進行と保
護被膜の形成とを合致させて、炭素鋼表面を保護するこ
とができる。

炭素鋼表面の保護被膜は、プライマー層が徐々に多
孔質化することにより、被酸化金属層を形成した全面で
生成されるため、大気暴露環境等における炭素鋼の使用
を容易にするとともに、スプレー塗装のように塗膜表面
の微少な凹凸が生じ易い塗装法が有利となり、経済性を
向上させることができる。

炭素鋼の加工後等において、銅等の被酸化金属粉体
を混合した多孔性プライマーを塗布すること等の方法
で、表面処理を行なうものであるから、適用範囲が広
く、表面処理作業を容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明における炭素鋼の表面処理方
法の一実施例示すもので、第１図は炭素鋼表面にプライ
マー層を形成した状態の説明図、第２図は保護被膜の形
成状態の説明図である。 １……炭素鋼、1a……オキシ酸化物、２……被酸化金属
層、2a……被酸化金属の酸化物、３……プライマー層、
４……通路、５……保護被膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素鋼表面に燐、クロム、銅等からなる被
   酸化金属層を付着させるとともに、該被酸化金属層の上
   に多孔性プライマー層を塗布形成することを特徴とする
   炭素鋼の表面処理方法。
2. 【請求項２】炭素鋼表面に銅等の被酸化金属粉体を混合
   した多孔性プライマー層を塗布形成することを特徴とす
   る炭素鋼の表面処理方法。