金属の表面塗装前に、なぜ表面処理を重視するのか？

Thread Content

鋼鉄の表面には、しばしば錆や酸化皮膜、油汚れなどが付着しています。酸化皮とは、熱間圧延時の高温によって鋼鉄に生じる鱗状の皮膜であり、その膨張係数は鋼よりも小さい。冷温サイクルを繰り返すと容易に亀裂が入り、鉄の格子定数は2.86オングストロームであるのに対し、酸化鉄は8.3オングストロームなので、両者の間の付着は弱く、時間が経つと剥がれ落ちる。また、それはもろく完全ではないため、その隙間から水蒸気が侵入する。酸化皮膜の電位は鋼の電位よりも高く、湿潤な環境下で腐食電池が形成され、酸化皮膜が陰極となり、鋼が陽極となる。また、この時は酸化皮膜の面積が大きく、鋼材の隙間部分の面積が小さいため、大きな陰極と小さな陽極ができ、集中的な腐食によるくぼみが生じる。剥がれた酸化皮膜の下では酸素濃度が低く、外側の酸素濃度は高いため、酸素濃度差電池が形成される。そのため、塗装する前に必ず酸化皮膜を除去しなければならない。 ポリマー技術の観点から見ると、塗料は高分子の薄膜を形成するだけでなく、優れた接着剤でもある。単なるプラスチックフィルムでは金属の腐食を防ぐことはできず、鋼面に密着して接着されなければならない。通常、塗料が金属表面に付着するのは、分子間の二次結合による極性的な引力のためであり、この引力の大きさは分子間距離の6乗に反比例します。距離が短いほど力は大きくなります；しかし、吸引力の範囲は5Å以内でなければ効果がなく、つまり酸素原子の直径の3倍以内でなければならない。したがって、鋼の表面に油汚れがある場合、たとえ単分子層の油汚れであっても5Åを超えると、コーティングの密着性が失われます。 しかし、鋼面に油分が付着すると、鋼面の表面層の自由エネルギーがある程度まで低下し、場合によっては一部の塗料の自由エネルギーよりも低くなる。この状態では、濡れ性や接着力が著しく低下するだけでなく、収縮孔が発生することもある。このような場合、表面自由エネルギーが低い油性塗料なら何とか対応できるが、エポキシやポリウレタンといった極性の高い塗料は逆に付着しない。したがって、金属表面処理では錆を取り除くと同時に油も除去する必要があります。 鋼面の錆はγ-FeOOH、α-FeOOH、Fe2O3などの緩やかな酸化物であり、工業地帯のSO2を含む環境下では、錆層に硫酸第一鉄が含まれている；沿岸地域の錆層には塩化ナトリウムが含まれており、これらの不純物は腐食を促進する。例えば、硫酸第一鉄は加水分解して硫酸を生成し、鉄を腐食させると再び硫酸第一鉄が生じ、このような循環が繰り返される。 そのため錆を除去しなければならず、さらに硫酸第一鉄は腐食孔の底深く（硫酸第一鉄の巣と呼ばれる）に潜んでいるため、完全に取り除くのは難しく、時にはサンドブラスト処理の前に清水で洗い流す必要がある。