金 子  秀 昭 著

アルミニウムの化成処理

A5判、上製本、本文13級活字、180頁、定価5,658円 (本体5,239円)



 
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まえがき

 文明は、金属の利用技術の上に発展してきた。1886年ホールとエルーによって製錬技術が発明されたアルミニウムは、120年の短い歴史であるが、現代社会に欠かすことの出来ない金属である。
 アルミニウム製品の付加価値を高め、機能を維持し、寿命を伸ばすためには、その表面処理が必要である。表面処理は、1920年代にクロム酸塩を用いた陽極酸化皮膜処理及び化成処理が開発され、改良を重ねながら現在も、硫酸による陽極酸化処理及びクロム酸による化成処理が主流を占めている。しかしながら、環境の世紀を迎えた今日、クロム酸を使用することに多くの制限が課せられ、それに伴ってノンクロメート処理の開発が進められているが、クロメート処理を凌駕する技術は完成していない。さらに、ライフサイクルアセスメントの観点から、表面処理のあり方が問われている。
 本書はアルミニウムの化成処理を中心に、クロメート処理技術の把握とノンクロメート処理技術の開発状況、及びその表面処理の周辺技術について記した。
 本書がノンクロメート処理技術の開発にいくらかでもお役に立てれば望外の喜びである。
                                     (金 子  秀 昭)


目  次

第 1 章 緒 論
 1.1 アルミニウムの製錬 1
  1.1.1 アルミニウムの発見 1
  1.1.2 アルミニウムの製錬 3
   1.1.2.1 アルミナの製造 3
   1.1.2.2 アルミニウムの製錬 4
   1.1.2.3 溶融塩電解以外の方法 4
   1.1.2.4 アルミニウムの精製法 5
  1.1.3 アルミニウム製錬の原材料と原単位 5
 1.2 アルミニウムの物理的性質 6
  1.2.1 元素 6
  1.2.2 結晶の性質 7
  1.2.3 熱的性質 7
  1.2.4 電気的性質 8
  1.2.5 物理的性質 8
 1.3 アルミニウムの化学的性質 10
  1.3.1 酸素 10
  1.3.2 水分 10
  1.3.3 水溶液 10
  1.3.4 アルミニウムの酸化物と水酸化物 12
   1.3.4.1 酸化物 12
   1.3.4.2 水酸化物 13
第 2 章  アルミニウム合金とその表面
 2.1 アルミニウム合金の分類 17
 2.2 アルミニウム合金の種類 19
  2.2.1 展伸用合金 20
  2.2.2 鋳造用合金 22
   2.2.2.1 鋳物用アルミニウム合金の種類 22
   2.2.2.2 ダイカスト用アルミニウム合金の種類 23
  2.2.3 アルミニウム合金の電極電位 25
 2.3 アルミニウムの表面 25
  2.3.1 緒論 25
  2.3.2 表面の酸化皮膜 26
  2.3.3 金属内部から表層への移行 27
  2.3.4 環境からの表面汚染 29
第 3 章 アルミニウムの表面清浄
 3.1 緒論 33
 3.2 洗浄方法 34
  3.2.1 物理的方法 34
  3.2.2 電気化学的方法 34
  3.2.3 化学的方法 34
 3.3 アルカリ性洗浄 36
  3.3.1 アルカリ性洗浄剤 36
   3.3.1.1 水酸化ナトリウム系 36
   3.3.1.2 ホウ酸−リン酸塩系 36
   3.3.1.3 リン酸ナトリウム系 36
   3.3.1.4 縮合リン酸塩系 37
   3.3.1.5 フッ化物系 37
   3.3.1.6 ケイ酸塩を含む洗浄剤 37
  3.3.2 アルカリ性洗浄液の管理 37
  3.3.3 アルカリ性洗浄剤に用いる薬品の特徴 38
   3.3.3.1 塩基類 38
   3.3.3.2 ケイ酸塩類 39
   3.3.3.3 リン酸塩類 39
   3.3.3.4 アルカリ性薬品の水溶液 pH 40
 3.4 中性洗浄・エマルジョン洗浄 40
 3.5 溶剤洗浄 40
 3.6 酸性洗浄 42
  3.6.1 硫酸−フッ素系 42
  3.6.2 硫酸−リン酸系 42
  3.6.3 硫酸系 42
  3.6.4 硫酸−有機酸系 (シュウ酸) 43
  3.6.5 硝酸系 43
 3.7 洗浄方法 43
 3.8 界面活性剤 43
 3.9 スマットの生成と除去 45
 3.10 洗浄による酸化皮膜層の形成 47
第 4 章 化成処理
 4.1 緒論 51
  4.1.1 化成皮膜の位置 51
  4.1.2 化成処理 53
 4.2 クロメート系化成処理 53
  4.2.1 汎用クロメート化成処理 54
   4.2.1.1 クロム酸クロメート処理 54
   4.2.1.2 リン酸クロメート処理 57
  4.2.2 各種クロム系化成処理浴組成 58
   4.2.2.1 アルカリ性クロメート法 58
   4.2.2.2 酸性クロメート法 59
  4.2.3 皮膜組成 60
   4.2.3.1 クロム酸クロメート皮膜 60
   4.2.3.2 リン酸クロメート皮膜 62
 4.3 ノンクロメート系化成処理 65
  4.3.1 リン酸亜鉛系皮膜 65
   4.3.1.1 処理液組成及び処理条件 65
   4.3.1.2 皮膜生成反応機構 66
   4.3.1.3 リン酸チタンコロイド処理 67
   4.3.1.4 皮膜組成 67
   4.3.1.5 アルミニウムイオンの化成妨害 68
  4.3.2 リン酸ジルコニウム系皮膜 69
   4.3.2.1 処理液組成 69
   4.3.2.2 皮膜生成反応機構 70
   4.3.2.3 皮膜組成 70
   4.3.2.4 化成皮膜の経時変化 70
  4.3.3 リン酸ジルコニウム系皮膜の改質 72
  4.3.4 フッ化アルミニウム系皮膜 72
  4.3.5 リチウム塩系皮膜 76
  4.3.6 マンガン系皮膜 79
  4.3.7 セリウム塩系皮膜 82
  4.3.8 モリブデン系皮膜 85
  4.3.9 マグネシウム塩系皮膜 86
  4.3.10 カルシウム塩系皮膜 86
  4.3.11 亜鉛置換めっき 87
  4.3.12 水酸化アルミニウム系皮膜 88
  4.3.13 シランカプリング剤系皮膜 89
  4.3.14 有機リン酸塩系皮膜 90
  4.3.15 有機−無機複合化成皮膜 91
  4.3.16 旧来技術 92
  4.3.17 三価クロム溶液からの化成処理皮膜 93
 4.4 塗布型被膜 94
  4.4.1 はじめに 94
  4.4.2 主な特徴 95
  4.4.3 被膜の種類 97
   4.4.3.1 クロメート系被膜 97
   4.4.3.2 ノンクロメート系被膜 98
 4.5 インヒビター防食 100
 4.6 化成処理の歴史、 現状と将来動向 100
  4.6.1 歴史 100
  4.6.2 現状 102
  4.6.3 将来 103
第 5 章 化成皮膜の性質
 5.1 一般的性質 105
 5.2 耐食性 106
 5.3 クロム溶出量 107
 5.4 加熱の影響 108
  5.4.1 クロム酸クロメート皮膜 108
  5.4.2 リン酸クロメート皮膜 112
 5.5 クロメート皮膜の自己補修性 113
 5.6 皮膜の抵抗値 114
 5.7 皮膜の経時変化 114
第 6 章 表面処理と環境問題
 6.1 クロム規制 117
  6.1.1 自動車関連 117
  6.1.2 電気・電子機器関連 123
 6.2 PRTR 131
  6.2.1 概要 131
  6.2.2 対象事業 131
 6.3 金属元素の毒性 132
 6.4 アルミニウムとアルツハイマー 133
第 7 章 廃水処理
 7.1 酸・アルカリ系廃水 135
 7.2 BOD (生物化学的酸素消費量) 136
 7.3 COD (化学的酸素消費量) 136
 7.4 アルミニウム 137
 7.5 硝酸 137
 7.6 リン酸 137
  7.6.1 凝集沈澱法 137
 7.7 金属イオン 138
 7.8 六価クロム 138
  7.8.1 六価クロム還元法 139
  7.8.2 硫酸第一鉄法 139
  7.8.3 亜硫酸ガス法、 電解還元法 140
  7.8.4 イオン交換樹脂法 140
 7.9 フッ素 140
  7.9.1 遊離フッ素 140
  7.9.2 ケイフッ化物 140
  7.9.3 ホウフッ化物 141
 7.10 ホウ素 141
  7.10.1 凝集沈澱法 141
  7.10.2 吸着法 141
  7.10.3 溶剤抽出法 142
  7.10.4 その他の方法 142
 7.11 シアン 143
  7.11.1 アルカリ塩素法 143
  7.11.2 吸着法 143
 7.12 シアン錯体 143
  7.12.1 紺青法 143
  7.12.2 吸着法 143
 7.13 クローズドシステム 144
第 8 章 腐 食
 8.1 腐食の抑制 146
 8.2 腐食の形態 147
  8.2.1 全面腐食 147
  8.2.2 局部腐食 147
第 9 章 表面分析法  151
第 10 章 製品と表面処理
 10.1 期待される機能 157
 10.2 プレコート 158
  10.2.1 第 1 次試験 159
  10.2.2 第 2 次試験 161
  10.2.3 試験方法 163
 10.3 飲料缶 163
  10.3.1 製造工程 164
   10.3.1.1 缶胴 164
   10.3.1.2 エンド材 165
  10.3.2 製品品質 166
 10.4 PS 版 166
 10.5 自動車車体 168
 10.6 熱交換器 172
  10.6.1 自動車用ポストコート 172
  10.6.2 家電用プレコート 174
 10.7 潤滑アルミニウム板 175
 10.8 建材 176
  10.8.1 圧延・押出材 176
  10.8.2 鋳物材 177
  10.8.3 性能 178
 10.9 航空機 179
  10.9.1 MIL 規格 179
  10.9.2 日本規格 180
  10.9.3 クロメート代替技術 180