ボンダライジング：腐食抵抗と接着のための鋼表面処理

定義と基本概念

ボンダライジング（Bonderizing）、またはリン酸処理（phosphating）や亜鉛リン酸処理（zinc phosphating）としても知られるこのプロセスは、鋼基材に適用される化学的表面処理プロセスであり、耐腐食性を高め、後続のコーティングの接着性を改善し、保護的なリン酸塩層を提供します。このプロセスは、特定のリン酸処理溶液との化学反応を通じて、鋼表面に薄く、付着性のある結晶性リン酸塩コーティングを形成することを含みます。

基本的に、ボンダライジングは、環境の腐食性物質に対するバリアとして機能する微細多孔性で化学的に安定したリン酸塩フィルムを作成することによって鋼表面を修正します。また、塗装、コーティング、またはさらなる仕上げプロセスに適した表面を提供し、鋼部品の耐久性と性能を向上させます。

鋼の表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、ボンダライジングは主に腐食保護と接着促進を目的とした前処理ステップとしてのニッチを占めています。電気メッキや熱浸漬亜鉛メッキとは異なり、ボンダライジングは金属層を堆積させるのではなく、化学的に結合したリン酸塩層を形成します。表面特性を最適化するために、オイル塗布や塗装と組み合わせて使用されることがよくあります。

物理的性質とプロセス原理

表面修正メカニズム

ボンダライジング中、鋼表面は通常、亜鉛、マンガン、または鉄リン酸塩を含むリン酸処理溶液との一連の化学反応を経ます。鋼がリン酸処理浴に浸されると、以下のプロセスが発生します：

• 主に鉄で構成される鋼表面が溶液中のリン酸イオンと反応し、不溶性の鉄リン酸塩化合物が形成されます。
• 溶液中の亜鉛またはマンガンイオンも鋼表面と反応し、亜鉛またはマンガンリン酸塩層を形成することがあります。
• このプロセスは、鋼が陰極として機能し、リン酸塩結晶の堆積を促進する電気化学反応を含みます。

微細またはナノスケールでは、これは均一な結晶性リン酸塩層を生成し、微細多孔構造を持ちます。リン酸塩結晶は通常、針状または粒状であり、後続のコーティングの接着性を高めるテクスチャーのある表面を作成します。

リン酸塩層と鋼基材の間の界面特性は、強い化学結合によって特徴付けられ、良好な接着性と安定性を確保します。リン酸塩フィルムは鋼に化学的に結合しており、通常の使用条件下で剥がれや剥離に対して耐性のある耐久性のあるインターフェースを提供します。

コーティングの組成と構造

ボンダライジングで得られる表面層は、使用される配合に応じて、亜鉛リン酸塩（Zn₃(PO₄)₂·4H₂O）、マンガンリン酸塩、または鉄リン酸塩などの不溶性金属リン酸塩化合物で主に構成されています。これらの化合物は、鋼基材に化学的に付着する結晶性の微細多孔構造を形成します。

リン酸塩コーティングの微細構造は、鋼表面と相互に絡み合う細かい針状結晶のネットワークによって特徴付けられます。この微細多孔性は、オイル保持、腐食防止剤の浸透、および塗料や他のコーティングの接着性を改善します。

リン酸塩層の典型的な厚さは、プロセスパラメータや適用要件に応じて約5〜25マイクロメートルです。厚い層は通常、耐腐食性を向上させるために使用され、薄い層は最小限の表面変化が必要なアプリケーションに適しています。

プロセス分類

ボンダライジングは、表面処理の広範なカテゴリー内で化学変換コーティングプロセスとして分類されます。これは、外部電流に依存せず、化学反応のみに基づいているため、電気化学プロセス（電気メッキやアノダイジングなど）とは異なります。

他のリン酸処理と比較して、ボンダライジングは特定の化学組成、プロセスパラメータ、および意図された用途によって区別されます。バリエーションには以下が含まれます：

• 亜鉛リン酸処理：最も一般的で、耐腐食性と塗料の接着性を提供します。
• マンガンリン酸処理：耐腐食性と耐摩耗性を向上させるために使用されます。
• 鉄リン酸処理：通常、装飾目的またはさらなるコーティングの基盤として使用されます。

サブカテゴリーには、熱浸漬リン酸処理と冷浸リン酸処理が含まれ、後者は温度要件が低く、プロセスが簡単であるため、工業的前処理でより一般的です。

適用方法と設備

プロセス設備

工業用ボンダライジングは、リン酸処理溶液を含む大きな浸漬タンクまたは浴槽を使用して行われます。主要な設備には以下が含まれます：

• リン酸処理タンク：腐食に強い材料（ステンレス鋼など）で作られているか、酸性溶液に耐えるためにゴムまたはプラスチックでライニングされています。
• 加熱システム：通常、配合に応じて40°Cから90°Cの間で浴温を維持します。
• 攪拌システム：均一な溶液組成と温度を確保するための機械的撹拌器やエアスパージャーなど。
• rinsing stations: 処理後の残留化学物質を除去するため。
• 乾燥炉：処理後の乾燥と硬化のため。

設備の設計は、均一な流れと温度制御を強調し、一貫したコーティング品質を確保します。自動化システムは、プロセスパラメータの正確な調整のためにセンサーや制御ユニットを組み込むことがよくあります。

適用技術

標準的なボンダライジング手順は、いくつかのステップを含みます：

• 表面清掃：脱脂、酸洗い、または研磨清掃を通じて油、グリース、錆、ミルスケールを除去します。
• 前処理：表面が乾燥しており、清潔で、汚染物質が