湿気の多い環境での耐食性を向上させるため、Zn 合金上に均一なクロメート化成皮膜を形成

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14311 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

当社は、亜鉛合金メッキ鋼基材 (ZS) 上に均一なクロメート化成 (CC) コーティングを生成する簡単な方法を開発しました。 ZS（C-ZS）に酸性CC溶液を塗布すると亜鉛が溶解し、クロムイオンが還元されてクロメート皮膜が形成されます。 亜鉛が過剰に溶解した局所的な領域では水酸化亜鉛粒子が形成され、均一なクロメート皮膜の形成が妨げられ、高湿度条件にさらされるとその領域がさらに腐食されやすくなります（つまり、ダークスポットの形成）。 亜鉛の過剰な溶解を抑制するために、ZS 表面はチオール化ポリエチレンオキシドで前処理され、親水性の自己組織化単分子膜が形成されました。 前処理された ZS ではより均一な保護 CC コーティングが得られ、高湿度条件下で優れた耐食性が得られました。

亜鉛合金めっき鋼（ZS）は、優れた耐食性を備えているため、さまざまな産業用途で広く使用されています1,2。ZSの耐食性をさらに向上させるために、後処理として酸性クロメート化成（CC）コーティングがよく使用されます。プロセス3、4。 酸性CC溶液をZSに適用すると、亜鉛の陽極溶解によって酸化クロムの陰極析出が起こり、これが下地の亜鉛合金を腐食環境から保護するバリアとして機能します1、5、6。

CC コーティングは一般的な腐食の防止に効果的であることが証明されていますが、研究では、高湿度条件下で CC コーティングされた ZS (C-ZS) に小さなダーク スポットが現れることが報告されています 7, 8。これらのダーク スポットは、亜鉛などの亜鉛腐食生成物によって引き起こされます。酸化物と水酸化亜鉛。 酸化亜鉛と水酸化亜鉛は通常白色ですが、腐食生成物とその下にある亜鉛の光学特性の変化により暗く見えることがあります7。 ダークスポットが発生すると、塗装された塗料などの有機膜の剥離を誘発し、より大きな白い腐食生成物の発生につながる可能性があります8,9。 したがって、CCコーティング中のダークスポットの形成を抑制する方法の開発が必要です。プロセスが必要です。

この研究では、C-ZS 表面上のダークスポットの出現は、酸性 CC コーティングの塗布中に ZS に与えられた局所的な損傷によって始まったことが明らかになりました。 適切にカバーされずに放置された領域は、高湿度にさらされると黒い斑点が発生する傾向がありました。 表面損傷を軽減するために、CC コーティングを適用する前に、ZS 表面をチオール化ポリエチレンオキシド (PEO-SH) 自己組織化単層 (SAM) で前処理しました。 私たちの知る限り、疎水性 SAM は攻撃的な水や酸の分子から金属基板を保護するために使用されてきました 10,11,12 が、ZS 上に均一な CC コーティングを達成するために親水性 SAM を利用する初めての試みです。 PEO-SH 中間層 (CP-ZS) で処理された C-ZS の表面は、損傷が最小限に抑えられ、CC コーティング処理中のダークスポットの形成を効果的に防止しました。 得られたCP-ZSは、高湿度環境下においてC-ZSに比べて優れた耐食性を示しました。

溶融亜鉛合金めっき鋼は POSCO (韓国) から入手しました。 亜鉛合金層は、97％のZn、1.5％のMg、および1.5％のAlを含む。 Cr(NO3)3 とエタノール (無水) は、それぞれ UNICOH (韓国) と Sigma-Aldrich (ミズーリ州セントルイス) から購入しました。 六価クロムには発がん性があるため、化成処理には三価クロムを使用しました。 チオール化ポリエチレンオキシド (PEO-SH、Mw: 356 g/mol) は、Polypure (ノルウェー、オスロ) から購入しました。 硝酸 (60%) とメチルエチルケトンは、それぞれ SAMCHUN (韓国) と DAE JUNG (韓国) から入手しました。 逆浸透水システム（Human Corporation、韓国）を使用して、脱イオン（DI）水（18.3 MΩ・cm）を得ました。

Ｃｒ（ＮＯ ３ ） ３ の７：３（ｖ：ｖ）ＤＩ水およびエタノール中の３重量％溶液をＣＣコーティング溶液として調製した。 典型的な商業プロセス 13、14 に従い、20 wt.% 硝酸を使用して CC コーティング溶液の pH を 1.6 に調整します。 ZS 上の溶液の濡れ性を高めるためにエタノールが使用されました。 工業生産における揮発性有機化合物の使用は少量に制限されていることに注意してください。 PEO-チオール溶液は、PEO-SHを無水エタノールに最終濃度10mMまで溶解することによって調製した。 ZS サンプルを 3.7 × 3.7 cm の正方形に切り、メチルエチルケトンで脱脂し、エタノールで 3 分間超音波処理しました。 その後、ZS 正方形を PEO-チオール溶液に 24 時間浸漬して、P-ZS を得ました。 次に、CC 溶液をバーコーターを使用して ZS および P-ZS に塗布し、それぞれ C-ZS および CP-ZS を作成しました。 次に、C-ZS および CP-ZS サンプルを 100 °C のオーブンで 60 °C のピーク金属温度で乾燥させました。