リン酸塩化成コーティング

リン酸塩化成処理は、鉄、亜鉛、またはマンガンのリン酸塩の薄い付着層を形成する化学処理で、耐食性や潤滑性を向上させるため、あるいは後続のコーティングや塗装の下地として鋼部品に施される。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]これは最も一般的な化成処理の一つである。この処理は、リン酸塩コーティング、リン酸塩処理、[ 4 ]リン酸塩化、またはリン酸塩処理とも呼ばれる。特に銃器やその他の軍事装備に適用される場合は、パーカーライジングという商標名でも知られている。[ 5 ] : 393

リン酸塩皮膜は通常、鋼材にリン酸の希釈溶液を塗布することで得られます。この溶液には、鉄、亜鉛、マンガンなどの可溶性塩が含まれる場合もあります。溶液はスポンジ塗布、スプレー塗布、または浸漬によって塗布できます。[ 6 ]リン酸塩化成皮膜は、アルミニウム、亜鉛、カドミウム、銀、スズにも使用できます。[ 7 ] [ 8 ]

歴史

銃器のリン酸塩処理は1910年頃に発見され、鋼の表面をリン酸塩に変えることによって耐腐食性が大幅に向上することが発見されました。[ 5 ]：3931940 年代まで、米国ではより近代的で類似した金属仕上げ方法が導入されるまで、非常に人気がありました。[ 5 ]：393

種類

リン酸塩コーティングの主な種類はマンガン、鉄、亜鉛である。[ 9 ]

  • リン酸マンガンコーティングは耐腐食性と潤滑性の両方に使用され、浸漬によってのみ適用されます。
  • リン酸鉄コーティングは、通常、さらなるコーティングや塗装のベースとして使用され、浸漬またはスプレーによって塗布されます。
  • リン酸亜鉛皮膜は、耐食性、潤滑剤保持層、塗料／コーティングのベースとして使用され、浸漬またはスプレー塗装によって塗布することもできます。亜鉛メッキ鋼にも塗布できます。[ 1 ] [ 6 ]

プロセス

このプロセスは、中性または高pHにおけるリン酸塩の溶解度が低いことを利用する。浴は、所望の鉄、亜鉛、またはマンガン陽イオンとその他の添加剤を含むリン酸（H 3 PO 4 ）溶液である。 [ 10 ]酸は鉄金属と反応し、水素と鉄陽イオンを生成する。

鉄 + 2 H3お+→ 鉄2歳以上+ H2+ 2時間2お

プロトンを消費する反応により、溶液の表面近傍のpHが上昇し、最終的にはリン酸塩が不溶性となり、表面に析出します。酸と金属の反応により局所的にリン酸鉄も生成され、これも析出する可能性があります。リン酸亜鉛やリン酸マンガンを析出させる場合、追加のリン酸鉄は望ましくない不純物となる可能性があります。

浴槽には、水素ガス（H2） — そうしないと表面に小さな泡の層が形成され、反応が遅くなってしまいます。[ 10 ]

主なリン酸塩処理工程の前に、「活性化」浴を実施して表面にチタン化合物の微粒子を生成することができる。 [ 10 ]

リン酸塩皮膜の性能は、その結晶構造と厚さに依存します。低多孔性で緻密な微結晶構造は、耐食性やその後の塗装性に最も優れています。一方、油を含浸させた粗粒構造は、耐摩耗性に最も優れています。これらの要素は、浴濃度、組成、温度、時間を調整することで制御できます。[ 6 ]

パーカーライジング

亜鉛メッキされたパーカー処理された民間用.45 ACPスプリングフィールドアーモリー社製M1911-A1ピストル

パーカーライジングは、化学リン酸塩化成処理を施すことで鋼鉄表面を腐食から保護し、耐摩耗性を高める方法です。主に銃器に使用されていました。 [ 5 ]：393 パーカーライジングは通常、亜鉛またはマンガンリン酸塩処理の改良版と考えられており、鉄リン酸塩処理の改良版とは考えられていませんが、鉄リン酸塩処理を含むリン酸塩処理（またはリン酸塩化）コーティングの適用全般を指す総称として パーカーライジングという用語を使用する人もいます。

ボンデライジング、リン酸塩処理、リン酸塩処理もパーカーライジング処理に関連する用語ですが、表面に細かい粒子を与えるため、自動車部品の仕上げによく使用されていました。[ 5 ]：394 また、錬鉄や鋼の文脈では酸洗いとしても知られています。[ 11 ]

パーカーライジングは、以前に開発された化学変換コーティングであるブルーイングよりも効果的な代替手段として、銃器に広く使用されています。また、自動車においても、未仕上げの金属部品を腐食から保護するために広く使用されています。

パーカー処理は、アルミニウム、真鍮、銅などの非鉄金属の保護には使用できませんが、化学研磨やエッチングには使用できます。同様に、ニッケルを多く含む鋼やステンレス鋼には適用できません。不動態化処理は、他の金属の保護に使用できます。

初期の歴史

このプロセスの開発はイギリスで始まり、アメリカのパーカー家によって引き継がれました。「パーカーライジング」、「パーカーライズ」 、 「パーカーライズド」という用語は、いずれもヘンケル・アドヒーシブズ・テクノロジーズの米国登録商標ですが、長年にわたり、これらの用語は一般的な用語として広く使われてきました。このプロセスは、第二次世界大戦中にアメリカ軍の銃器製造において初めて大規模に使用されました。[ 12 ]

リン酸処理に関する最も古い研究は、1869年に英国の発明家ウィリアム・アレクサンダー・ロス（英国特許3119）と1906年にトーマス・ワッツ・コスレット（英国特許8667）によって開発されました。英国バーミンガムのコスレットはその後、1907年にアメリカでこれと同じ処理に基づく特許を出願し、 1907年に米国特許870,937を取得しました。この特許は基本的に、リン酸を使用した鉄のリン酸処理方法を提供しました。

1912 年に米国で、主にこの初期の英国の鉄リン酸処理プロセスに基づいたマンガンリン酸処理の改良特許出願が提出され、1913 年にフランク・ルパート・グランビル・リチャーズに米国特許第 1,069,903 号として発行されました。

クラーク・W・パーカーはコスレットとリチャーズの米国特許を取得し、これらの特許をはじめとする様々な防錆剤を自宅の台所で実験しました。そして最終的に、パーカーは息子のワイマン・C・パーカーと共同で、1915年にパーカー・ラストプルーフ・ホスフェーティング・カンパニー・オブ・アメリカを設立しました。

アメリカのパーカー・ラストプルーフ・ホスフェート社のRDコルクホーンは、1919年に改良されたリン酸処理の特許を出願しました。この特許は、改良されたマンガンリン酸処理（パーカー処理）技術に対して、1919年に米国特許第1,311,319号として発行されました。

同様に、パーカー・ラストプルーフ社のベイカーとディングマンは、1928年にマンガンリン酸処理（パーカーライジング）の改良法に関する特許を出願しました。この特許は、溶液を500～550°F（260～288°C）の範囲で正確に制御された温度に加熱することで、処理時間を従来の3分の1に短縮しました。この特許は、1930年に米国特許第1,761,186号として発行されました。

こうしたプロセスの改善にもかかわらず、リン酸マンガン処理には依然として高価で入手困難なマンガン化合物の使用が必要でした。その後、パーカー社は、リン酸マンガン処理の代わりにリン酸亜鉛処理を用いることで、より入手しやすい化合物をより低コストで使用できる代替技術を開発しました。このリン酸亜鉛処理プロセス（戦時中もアメリカ国内で入手可能な戦略的化合物を使用）の特許は、第二次世界大戦中にマンガン化合物の入手が容易でなくなる直前の1938年に、アメリカン・ケミカル・ペイント社の発明者ロミッグに米国特許第2,132,883号として付与されました。

ベイカーとディングマンによって発見された改良マンガンリン酸処理法といくぶん類似していますが、改良された亜鉛リン酸処理法についても同様に改良された方法が見つかりました。この改良はパーカー ラスト プルーフ カンパニーのダーシーによって発見され、彼は 1941 年 2 月に特許を出願し、1942 年 8 月に付与された米国特許第 2,293,716 号によって、亜鉛リン酸処理 (パーカー処理) 法がさらに改良されました。彼は、銅を加えることでこれまで必要だった酸度要件が軽減されること、また、すでに使用されている硝酸塩に塩素酸塩を加えることで、さらに 115 ～ 130 °F (46 ～ 54 °C) の範囲のはるかに低い温度で処理を実行できるようになり、処理の実行コストがさらに削減されることを発見しました。これらのプロセスの改善により、最終的には、米国が容易に入手できる戦略物資を使用した低温（エネルギー効率に優れた）リン酸亜鉛処理（パーカー処理）が、銃器や飛行機などの米国の軍需品を錆や腐食から守るために第二次世界大戦中に使用された最も一般的なリン酸処理プロセスとなりました。

その後の展開

黒いパーカーライズドトップコートを施したグロック17ピストル

オーストリアの銃器メーカーであるグロック社は、自社製造のピストルのスライドを保護するため、テニファー処理の上にブラックパーカーライジング処理を施しています。テニファー処理を施した後、ブラックパーカーライジング仕上げを施すことで、パーカーライジング仕上げが摩耗した場合でもスライドを保護します。このように、パーカーライジングは、金属保護のための他の改良技術よりも優れた、保護的かつ装飾的な仕上げ技術になりつつあります。

コンロの上のキッチンのパーカーライジングに関する類似のさまざまなレシピが銃器関連の出版物で時々紹介されており、パーカーライジング キットは Brownells などの主要な銃器部品販売業者によって販売されています。

用途

塗装用プライマー

リン酸塩コーティングは、優れた接着性と電気絶縁性を備え、更なるコーティングや塗装のための効果的な表面処理としても一般的に使用されています。[ 6 ]

耐食性

リン酸塩コーティングは、鋼部品を錆やその他の腐食から保護するためによく使用されます。しかし、リン酸塩コーティングはやや多孔質であるため、この用途では、コーティングに油、塗料、またはその他のシーリング剤を含浸させる必要があります。その結果、密着性の高い誘電体（電気絶縁体）層が形成され、部品を電気化学的腐食や塗装下腐食から保護することができます。[ 6 ]

耐摩耗性

亜鉛やマンガンのコーティングは、摩耗しやすい部品の慣らしを助け[ 1 ] 、かじりを防ぐのに役立ちます。[ 6 ]

潤滑

リン酸亜鉛コーティング自体はある程度の研磨性がありますが、ステアリン酸ナトリウム（石鹸）で処理することで、冷間成形時の潤滑層として機能します。石鹸はリン酸結晶と反応し、非常に薄い不溶性で疎水性のステアリン酸亜鉛層を形成します。この層は、伸線加工などの部品の極端な変形下でも、未反応のステアリン酸ナトリウムを保持するのに役立ちます。[ 1 ] [ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d「リン酸亜鉛およびリン酸マンガン」 www.parkerhq.comパーカー・ラスト・プルーフ・オブ・クリーブランド2014年9月30日閲覧。
  2. ^ 「リン酸塩処理：高度な腐食防止」 surfacepretreatment.com 。 2011年7月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  3. ^ TSN Sankara Narayanan (2005):「[リン酸変換コーティングによる表面前処理 - レビュー]」 Rev.Adv.Mater.Sci、第9巻、130-177ページ。
  4. ^ W. Meisel (1986):「鋼鉄のリン酸塩処理とその腐食生成物に関する研究」『メスバウアー効果の産業応用』第1章。doi: 10.1007/978-1-4613-1827-9_15
  5. ^ a b c d eダンラップ、ロイ・F. (2003). 『ガンスミシング：銃器の設計、構築、変更、改造に関するマニュアル：アマチュアおよびプロの銃器職人、そして現代銃器のユーザー向け』（第2版）ハリスバーグ、ペンシルバニア州：スタックポール社ISBN 0-8117-0770-9. OCLC  59667928 .
  6. ^ a b c d e f Jim Dufour (2006):冶金学入門、第5版、IX 11–12ページ。
  7. ^ジョセフ・エドワーズ（1997年）『金属のコーティングと表面処理システム』 Finishing Publications Ltd. ISBN 0-904477-16-9
  8. ^ J. Skar, M. Walter, D. Albright (1997): 「マグネシウムダイカスト用ノンクロメート化成コーティング」SAE技術論文970324, doi : 10.4271/970324
  9. ^ 「リン酸塩コーティング：リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸マンガン」 United Plating, Inc. 2011年7月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  10. ^ a b c Stauffer, JL (1993).仕上げシステムの設計と実装：製品パラメータ、コーティング、プロセス、および機器のためのガイド. SME. pp.  132– 134. ISBN 9780872634343。
  11. ^ Pheiffer, J. (1933年7月18日). 「リン酸による錬鉄および鋼の酸洗い」第1回世界石油会議、英国ロンドン、1933年7月. (WPC-1122).
  12. ^ 「Just The Facts」 . Calvan.com . 2014年4月12日閲覧。
  13. ^ 「Wire Drawing Phosphate」 2009年2月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年1月3日閲覧。

出典

  • MIL-HDBK-205、鉄金属のリン酸塩および黒色酸化物コーティング：リン酸塩および黒色酸化物（ブルーイング）コーティングに関する標準の概要
  • Budinski, Kenneth G. (1988)、「耐摩耗性のための表面工学」、ニュージャージー州エングルウッドクリフス：プレンティスホール、p. 48
  • Brimi, Marjorie A. (1965), Electrofinishing , New York, New York : American Elsevier Publishing Company, Inc., pp.  62– 63。
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