JPS63235463A

JPS63235463A - 金属の積層コ−テイング膜

Info

Publication number: JPS63235463A
Application number: JP6848587A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamada; 山田　憲二
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1988-09-30
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2580154B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、フッ素系プラズマ重合皮膜による金属材料に
耐食性付与に適用される金属の積層コーティング膜に関
する。

〔従来の技術〕

従来の金属の耐食性付与方法として、金属の表面を高分
子膜で覆う塗料によるコーティング方法、ライニング方
法などが一般的であり、実用化もなされている。また、
プラズマ重合方法は従来方法に比較して次のような利点
がある。

（１）−ドライプロセスのためピンホールがなく。

かつ均一性を有する。

（２）　　プラズマ重合膜は高度橋かけ構造を有し。

化学的、物理的に安定である。

（３）凹凸のある基材でも均一な膜を作製できる。

（４）基本的にはほとんどの有機上ツマ−のプラズマ重
合が可能であるので、要求特性に応じモノマーの選択を
広く行うことができる。

以上の利点を有するが、プラズマ重合方法による金属の
耐食性付与への適用例は極めて少ない。代表的文献を以
下に示す。■Ｂｒ１ｔｉｓｈ　Ｉｒｏｎａｎｄ　５ｔｅ
ｅｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ、　
　Ｃｈｅｍ、　Ｅｎｇ。

（Ｌｏｎｄｏｎ）、　Ｓｅｐ、　２．２７　（１９６３
）　：■Ｈ、Ｐ　、　５ｃｈｒｅｉｂｅｒｅｔ　ａｌ、
、　Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ、　７２．４８
７　（１９８０）　：■後藤田正夫ら２日本原子力研究
所報告、　ＪＡＥＲＩ５０２９、　ｐ、１２１　（１９
７４）。まず■の英国鉄鋼研究した。次に■の５ｃｈｒ
ｅｉｂｅｒ　　らは、大容量マイクロ波（２，４５ＧＨ
ｚ）プラズマ重合装置を用いて。

主に有機シリコンモノマーによる重合塗装を検討した。

取りわけへキサメチレンジシロキサンの２μｍのプラズ
マ重合膜をコーティングした炭素鋼は、２８日間にわた
る海水浸漬と空気接触の繰返し試験（１０回／分）を実
施しても錆を発生しなかったが、未塗装物には多量の錆
が認められたと報告している。■の後藤田らは未封孔ア
ルマイトの酸化皮膜内に存在する多数の空孔に対して、
プラズマ重合によりポリマーを形成させて封孔を行い、
引続きプラズマ重合膜を形成させた。モノマーとしてア
クリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどを用い、
数ＫＨｚ以上の高周波放電によるプラズマ重合膜を形成
させた。形成後窒素雰囲気中で熱処理することにより、
耐候性、耐溶剤性は優れるが、耐アルカリ性に乏しい皮
膜が得られた。

ニッケルメッキ（Ｐ等を含有）表面との付着性を考慮し
て、トルエン２，４−ジイソシアネートのプラズマ重合
膜がコーティングされた。

このコーティングの目的は、磁気ディスクの表面保護、
及び潤滑性付与である。

（Ｋ、　Ｈａｒａｄａ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｏｌｙ
ｍ、　Ｓｃｉ、　２６．３７０７〔発明が解決しようと
する問題点〕前述のようにボイラー用低温熱交換器、地熱発電用熱交
換器等の給水管に用いられる金属材料においては高耐食
性が要求される。すなわち１００〜１５０℃程度の硫酸
などによる露点腐食に耐える特性が金属材料に要求され
る。しかし。

通常の耐候性鋼やステンレス鋼では耐用寿命が短かいの
で、露点温度以上で熱交換器を運転するなどの対策が採
用されているが充分なものとなっていない。また、この
用途向は金属材料の耐食性付与方法としてプラズマ重合
コーティング膜を適用した例は皆無である。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、上記問題点を解決するために、金属表面に極
性基のモノマーでプラズマ重合皮膜のコーティング膜を
設け、更にその上に疎水性のモノマーでプラズマ重合し
てコーティング膜を設けて、該膜内に酸性溶液の浸透を
抑制するコーティング膜を形成するものである。すなわ
ち、金属表面に極性基を有するモノマーよりプラズマ重
合されたコーティング膜を設け、該コーティング膜上に
疎水性のフッ素系モノマーよりプラズマ重合されたコー
ティング膜を積層したことを特徴とする金属の積層コー
ティング膜を提供するものである。

〔作用〕

本発明の金属の積層コーティング膜は、上記のようなコ
ーティング膜となるので、金属材料の表面に第１層とし
て極性基を有するモノマーでプラズマ重合し、金属材料
表面層の金属酸化物や水酸基との親和性が良く付着性を
向上する。

更に、前記第１層上に疎水性のフッ素系モノマーをプラ
ズマ重合して高架橋密度化により耐食性を付与すること
を可能とした積層コーティング膜である。

〔実施例〕

以下１本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。第１図は本発明の一実施例に係る金属の積層コ
ーティング膜形成状態の断面図である。以下にその説明
をする。１は金属材料、２は極性基を有するモノマーか
らのプラズマ重合皮膜層、３は疎水性のフッ素系モノマ
ーからのプラズマ重合皮膜層を示す。

表面を平滑にした炭素鋼等の金属材料１をアルゴンでそ
の表面をプラズマ処理した後、極性基を有するモノマー
２．疎水性のフッ素系モノマー３を用いて順次重合し、
金属材料表面にプラズマ重合複合化皮膜を形成させた。

このプラズマ重合膜でコーティングされた金属材料を適
当な温度で熱処理した後、酸性溶液に浸漬して耐食性試
験を実施した。

（１）プラズマ重合複合化皮膜の調製金属材料として炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウムを
用いた。金属材料は＃４００〜＃１，２００のサンドペ
ーパーで表面仕上げを行った。プラズマ重合を実施する
肺にトリクロロエチレン。

メタノール、アセトンで金属材料の超音波洗浄を行った
。

プラズマ重合装置は内部平行平板電極ペルジャー型であ
’）、　　１３．５６ＭＨｚの高周波電源によシプラズ
マを発生させる。金属材料をプラズマ重合装置のペルジ
ャー内に置き、アルゴンにてプラズマエツチング処理を
行った。出力は１０〜１００Ｗ、処理時間は１〜１０分
とし、また、基材温度は０〜３００℃　とした。

プラズマエツチング処理後、極性基を有するモノマーを
ペルジャー内に導入してプラズマ重合を行った。極性基
を有するモノマーとして。

ペンタフロロアセトフェノン、ヘキサフロログルタリル
クロライド、トルエン２．４−ジイソシアネート、アク
リロニトリル、メチルアクリレートを用いた。重合条件
として、出力５０〜１００Ｗ、モノマー供給量１〜６ｃ
ｔｄ（ＳＴＰ）７ｍ。

基材（金属材料）温度Ｏ〜３００℃２重合時間ｌＯ〜４
０Ｊｗとした。ペルジャー内へのモノマー導入を容易に
するために、必要に応じモノマー導入経路を加熱した。

引続き疎水性のフッ素系モノマーをペルジャー内に導入
してプラズマ重合を行った。フッ素系モノマートシて、
ヘキサフロロベンゼン、ペンタフロロベンゼン、テトラ
７０ロベンゼン。

トリフロロベンゼン、メチルペンタフロロベンゼン、バ
ー７０ロシクロペンテンを用いた。重合条件は重合時間
を除いて上記の極性基を有するモノマーの場合と同じで
ある。この重合時間は２０〜１５０−とした。全膜厚は
２〜３５μｍであり、その内訳は第一層（第１図２；極
性基を有するモノマーからの重合膜）で１〜５μｍ。

第二層（第１図３；疎水性のフッ素系モノマーからの重
合膜）で１〜３０μｍであった。プラズマ重合複合化皮
膜は、耐食性試験を実施する前に、真空中１００〜３０
０℃で熱処理を行った。

熱処理時間は１〜５ｈｒとした。

（２）耐食性試験プラズマ重合皮膜コーティング処理した金属材料を硫酸
または塩酸に浸漬させて耐食性を検討した。酸性溶液濃
度は２０〜８５％、試験温度は５０〜１５０℃とした。

耐食性は、出力が高く、モノマー供給量が少なく、基板
温度が高く。

熱処理温度が高いほど良好であった。まだ、膜厚は厚い
ほど耐食性が増す傾向となった。

耐食性試験結果の具体例として、第一層（第１図２以下
同じ）としてアクリロニトリル、第二層（第１図３以下
同じ）としてヘキサフロロベンゼンまたはパーフロロシ
クロペンテンのプラズマ重合膜を採上げ、以下に述べる
：出力１００Ｗ、モノマー供給量１〜２　ｉ　（５ＴＰ
）　７ｍ。

基材温度２００℃１重合時間は第一層で２０馴。

第二層で１２０ｍの条件で、炭素鋼試験片（寸法ｍ　２
０　Ｘ　２０　Ｘ　５　ｍｍ　）全面にプラズマ重合皮
膜をコーディングした。この試験片は、硫酸溶液（濃度
：２０〜８５％）中、試験温度５０〜１５０℃で２４ｈ
ｒ以上の耐食性を示した。

（３）付着性試験プラズマ重合皮膜の付着力を正確に評価する方法は今の
ところ確立されていないが、取シあえずり、Ｗ、Ｂｕｔ
ｌｅｒの引倒し方法（Ｊ、　Ｐｈｙｓ、　Ｅ、　、　３
　。

９７９（１９７０））　　を採用した。エポキシ接着剤
を用いて金属棒をコーティング表面に対して垂直に立て
て固定した後、棒の端に水平方向の力を加えてコーティ
ング膜をはがし、このとき加える力の大きさよシ付着力
の大きさを求めた。

プラズマ重合複合化皮膜と、疎水性の７ノ素系モノマー
を直接金属表面にコーティングした場合を比較すると、
同じ皮膜厚さでは複合化皮膜で高い付着力を示しだ。例
えば、第一層としてアクリロニトリル、第二層としてヘ
キサフロロベンゼンまたはパーフロロシクロペンテンか
らのプラズマ重合複合化皮膜と、ヘキサフロロベンゼン
マタハハーフロロシクロペンテンのみのプラズマ重合皮
膜とを比較すると、膜厚２０μｍでは複合化皮膜の方が
１０〜３０％付着力が大きかった。

〔発明の効果〕

以上、具体的に説明したように本発明において、炭素鋼
等の金属材料表面にプラズマ重合複合化皮膜をコーティ
ングすることにより金属材料の耐食性が付与できるだけ
でなく２重合皮膜と金属材料との付着性が向上すること
を利用してボイラー用低温熱交換器、地熱発電用熱交換
器等における給水管の露点腐食の防止に有効となり、熱
の有効利用度が向上する。しかもコーティング膜の厚さ
は数μｍ〜数１０μｍ程度であり。

熱伝導率の低下は無視でき、熱交換効率はコーティング
もほぼ不変と言える金属材料を得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る金属の積層コーティン
グ膜形成状態の断面図１・・・金属材料、２・・・第一層、３・・・第二層。

Claims

【特許請求の範囲】

金属表面に極性基を有するモノマーよりプラズマ重合さ
れたコーティング膜を設け、該コーティング膜上に疎水
性のフッ素系モノマーよりプラズマ重合されたコーティ
ング膜を積層したことを特徴とする金属の積層コーティ
ング膜。