塗装技術の門

塑性加工を伴わないような金属同士の接触、すなわち鉄鋼製品の回転、摺動する部分には、荷重がかかると同時に、同じ面に繰り返し摩擦が加わるので、冷間加工に使用されるようなリン酸塩皮膜(リン酸亜鉛系皮膜やリン酸亜鉛カルシウム皮膜)は使用できません。この場合には、各種リン酸塩皮膜の中でも最も硬く、耐荷重性に優れ、油の吸収/保持性も良好なリン酸マンガン皮膜が用いられます。
　リン酸マンガン加工液は、マンガンイオン、鉄イオン、リン酸イオン、硝酸イオンを含有する酸性水溶液です。反応機構はリン酸亜鉛系処理とほぼ同様であり、素地(鋼)のエッチングに伴う素地表面のpH上昇によって、加工液中から皮膜成分が沈殿析出する反応になります。皮膜はヒューリオライトと呼ばれる結晶形態を取ります。ただし、結晶中のマンガンと鉄の比率は加工液組成および処理条件によって変化します。

リン酸亜鉛カルシウム処理はリン酸亜鉛系処理と同様、鋼の塗装性能向上や、冷間塑性加工用潤滑皮膜の下地処理として用いられています。加工液成分もリン酸亜鉛系処理にカルシウムイオンを添加することによって得られます。
　リン酸亜鉛カルシウム処理は、ショルツァイトと呼ばれる結晶系であり、フォスフォフィライトやホパイトと比較して熱特性の点で特徴があります。
　合成された結晶の熱分析結果から、結晶水の脱離速度はホパイトの場合は115℃で4水塩から2水塩、275℃で2水塩から無水塩であり、フォスフォフィライトの場合は、123℃で4水塩から2水塩、305℃で2水塩から無水塩になることがわかっています。これに対してショルツァイトは165℃で2水塩から1水塩、413℃で1水塩から無水塩であり、結晶水の揮散温度ふぁ高温にずれています。熱による結晶の破壊は、結晶水の揮散離脱によって生じますので、リン酸亜鉛カルシウム皮膜は高温まで結晶破壊が起こりにくく、結晶水の絶対量も少ないので、完全に脱離しても結晶破壊への影響は少ないです。
　このように、リン酸亜鉛カルシウム皮膜は耐熱性に優れる皮膜であり、粉体塗装のような高温焼き付け型塗装の下地処理としても有用です（ただし、通常の塗装系であればリン酸亜鉛系処理の方が優れています)。また、リン酸亜鉛カルシウム処理はリン酸亜鉛系処理の場合と同様、冷間鍛造用潤滑皮膜の下地処理にも適用され、強加工時にかかる熱に対して優れた特性を発揮します。ただし、リン酸亜鉛カルシウムは石鹸との反応性(金属石鹸の生成)が乏しいために、処理液中のカルシウムイオン濃度をコントロールすることで、特定割合のリン酸亜鉛皮膜を共析させる必要があります。

リン酸鉄皮膜は鉄鋼材料に適用され、防錆処理、塗装下地処理として用いられています。加工液の主成分はリン酸ナトリウムまたはリン酸アンモニウムであり、適当な酸度(pH)に調整して用いられます。皮膜は青色などの外観を呈したアモルファス(非晶質)状のリン酸鉄水和物であり、エッチングによって溶出した鉄イオンを、加工液中のリン酸イオンとが沈殿反応することによって素材上に析出します。
　防食性、塗膜性能に関してはリン酸亜鉛系皮膜より劣りますが、処理コストや作業性の面では有利な塗装下地処理です。