JP2003321766A - 有色光輝化処理方法および製品 - Google Patents

有色光輝化処理方法および製品

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JP2003321766A
JP2003321766A JP2002125803A JP2002125803A JP2003321766A JP 2003321766 A JP2003321766 A JP 2003321766A JP 2002125803 A JP2002125803 A JP 2002125803A JP 2002125803 A JP2002125803 A JP 2002125803A JP 2003321766 A JP2003321766 A JP 2003321766A
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JP
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thin film
metal thin
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thickness
colored
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JP2002125803A
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Naoaki Kitagawa
直明 北川
Isao Ando
勲雄 安東
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃液処理の必要がなく、かつ優れた耐食性を
有する金属材料または樹脂材料への有色光輝化処理方法
を提供する。 【解決手段】 金属材料または樹脂材料の表面に、下層
樹脂塗膜と、該下層樹脂塗膜の上の下層金属薄膜と、該
下層金属薄膜の上の金色金属薄膜と、該金色金属薄膜の
上の透明樹脂塗膜とを、表面が金色の金属光沢を有する
ように形成する。前記下層金属薄膜が、Al、Ni、T
i、Crおよびこれらの合金からなる群から選ばれる1
種以上であることが望ましい。また、前記下層金属薄膜
の膜厚が、5nm以上、150nm以下であることが望
ましい。さらに、前記金色金属薄膜が、Au、Au合金
またはチタン窒素化合物であることが望ましい。また、
前記金色金属薄膜の膜厚が、20nm以上、150nm
以下であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料または樹
脂材料への有色光輝化処理方法に関し、特に、自動車外
装部品などとして使用に耐える金属光沢材料を得る表面
処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属材料および樹脂材料に、金色の金属
光沢を与える表面処理方法として、シアン化金カリウム
などを用いた電気金めっきがある。
【0003】しかし、塗料で表面平滑化した金属材料や
樹脂材料は絶縁物であるから、直接、電気金めっきをす
ることができないので、表面に金属光沢を得るための準
備として、導電性を付与する工程を必要とする問題があ
った。さらに、毒物であるシアン系の薬品を使うため、
薬品保管や廃液処理などの厳しい管理を必要とする問題
もあった。
【0004】金色の金属光沢を出す異なる方法として、
陽極酸化法があり、Al、Ti、Ta、Nbなどの陽極
酸化が工業的に使用されている。特に、アルミニウム合
金の合金成分によって酸化膜の色を変化させていた。ま
た、Mgを含む3000、5000、6000系の合金
を電解液としてシュウ酸を用い、装飾用の染色被膜を成
膜することでも金色の金属光沢が得られる。
【0005】これらの方法は、Al、Ti等の金属材料
に限定されるという問題がある。また、電気めっきと同
様に廃液処理などの厳しい管理を必要とする問題、ある
いは、塗装で平滑化した材料には適用できないという用
途限定の問題などがある。
【0006】さらに、廃液処理などを伴わないで金属光
沢を得られる表面処理方法として、真空蒸着、イオンプ
レーティング、スパッタリングなどの真空工法がある。
【0007】これらのうち、真空蒸着では、塗料で表面
平滑化した樹脂材料または金属材料の表面に、Auまた
は金合金を真空蒸着して金色の金属光沢を得る。しか
し、Auまたは金合金は、樹脂塗膜との密着が弱いの
で、自動車外装部品としての性能が得られないという問
題がある。
【0008】次に、イオンプレーティングは、一般に強
い密着力が得られる真空工法であるが、イオン化して高
いエネルギーを持った金属蒸気を利用するので、材料が
高温となって、塗料で表面平滑化した金属材料や樹脂材
料が変形してしまう問題がある。
【0009】また、スパッタリングは、常温で絶縁物の
表面に薄膜を形成できるので、塗料で表面平滑化した金
属材料や樹脂材料にも適用できるが、真空蒸着と同様
に、Auまたは金合金の薄膜と、塗料で表面平滑化した
金属材料や樹脂材料との密着力が弱いという問題があ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃液処理の
必要がなく、かつ優れた耐食性を有する金属材料または
樹脂材料への有色光輝化処理方法を提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の有色光輝化処理
方法は、金属材料または樹脂材料の表面に、下層樹脂塗
膜と、該下層樹脂塗膜の上の下層金属薄膜と、該下層金
属薄膜の上の金色金属薄膜と、該金色金属薄膜の上の透
明樹脂塗膜とを、表面が金色の金属光沢を有するように
形成する。
【0012】前記下層金属薄膜が、Al、Ni、Ti、
Crおよびこれらの合金からなる群から選ばれる1種以
上であることが望ましい。また、前記下層金属薄膜の膜
厚が、5nm以上、150nm以下であることが望まし
い。
【0013】さらに、前記金色金属薄膜が、Au、Au
合金であることが望ましい。また、前記金色金属薄膜の
膜厚が、20nm以上、150nm以下であることが望
ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明者らは、塗料で表面平滑化
した金属材料や樹脂材料に、Auまたは金合金の薄膜を
スパッタリングで形成しても密着力が低いが、塗料で平
滑化した金属材料または樹脂材料に、Al、Ni、T
i、Crおよびこれらの合金からなる群から選ばれる1
種以上からなる薄膜を、スパッタリングで形成し、続い
て、この上に、Au、Au合金またはチタン窒素化合物
からなる金色金属薄膜を形成すると、密着力が高いこと
を見出して、本発明を完成させるに至った。
【0015】先ず、金属材料および樹脂材料の表面を平
滑にするために、ポリエステル系またはアクリル系の下
層樹脂塗膜(以下、アンダーコートと略す)を、膜厚5
〜40μm形成する。5μm以下では、十分に平滑な面
が得られないし、40μmを超えると、タレ、ワキなど
の塗膜欠陥が生じやすくなる。材料表面の粗度が大きい
場合は、ポリエステル系、アクリル系、エポキシ系もし
くはそれらの混合の粉体塗料を静電塗装した上に、前記
アンダーコートを施してもよい。また、金属材料の場合
は、防錆や密着性の観点から、あらかじめクロメートな
どの化成処理を施してもよい。
【0016】次に、アンダーコートの上にAl、Ni、
Ti、Cr、またはそれらを含有する合金の下層金属薄
膜を、DCマグネトロンスパッタリング法で膜厚5〜1
50nm形成する。下層金属薄膜の膜厚が5nm以下で
は前記材料への密着力が弱く、後述する金色金属薄膜が
剥離してしまうし、膜厚が150nm以上では下層金属
薄膜にクラックやシワが生じてしまう。
【0017】さらに、下層金属薄膜の上に、Auまたは
Au合金の金色金属薄膜を、DCマグネトロンスパッタ
リング法で膜厚20〜150nm形成する。金色金属薄
膜の膜厚が20nm以下では全体として金色に発色させ
ることができず、膜厚が150nm以上では金色金属薄
膜にクラックやシワが生じてしまう。
【0018】最後に、金色金属薄膜の上に、透明保護膜
としてアクリルメラミンまたはアクリルウレタン系の透
明樹脂塗膜(以下、トップコートと略す)を、膜厚5〜
40μm形成する。トップコートの膜厚が5μm以下で
は、引っかきや飛び石などで生じた傷が金色金属薄膜や
下層金属薄膜まで達して修復が困難になる。膜厚が40
μm以上ではワキやタレなどの塗膜欠陥が生じてしま
う。金色金属薄膜とトップコートとの密着性の観点か
ら、エポキシ系の樹脂塗料(以下、プライマーと略す)
を、金色金属薄膜の上に塗装してから前述のトップコー
トを塗装してもよい。
【0019】
【実施例】(実施例1)ショットブラスト処理で黒皮除
去したサイズ5×10cm、厚み1cmのアルミ合金鋳
物AC4C材(Al−Si−Mg系)を、クロム酸クロ
メート化成処理した後、アクリル粉体塗料を静電塗装で
120μm形成し、140℃で1時間乾燥した。
【0020】次に、ポリエステル・メラミン塗料のアン
ダーコートをエアースプレーガンで30μm形成し、1
40℃で30分間乾燥させた。
【0021】その後、Al−20wt%Ti合金ターゲ
ットを取り付けたDCマグネトロンスパッタリング装置
で、Al−Ti合金薄膜を膜厚70nm形成した。
【0022】さらに、Auターゲットに交換して、Au
薄膜を70nm形成した。
【0023】スパッタリング条件は、Al−Ti合金薄
膜およびAu薄膜とも、到達真空度5×10-3Pa、A
rガス圧0.2Pa、ターゲット基板間距離100m
m、基板回転数9rpm、カソード電流はAl−Ti合
金薄膜が3Aで、Au薄膜は1.5Aとした。
【0024】最後に、エポキシ樹脂が主成分のプライマ
ーをエアースプレーガンで5μm形成し、その上にアク
リル・メラミン樹脂のトップコートをエアースプレーガ
ンで25μm形成し、140℃で30分間乾燥させた。
【0025】以上のように表面処理を施した金属材料
は、剥離、クラックおよびシワなどが無く、金色の金属
光沢を持っていた。
【0026】得られた金属材料を、自動車外装部品を想
定した各種性能試験に共した。試験方法および試験結果
を、表1に示す。
【0027】表1に示すように、本実施例では、全ての
性能試験を満足した。
【0028】
【表1】
【0029】(実施例2)Al−40wt%Ti合金タ
ーゲットを用いて、下層金属薄膜を膜厚130nm形成
し、続いてAu薄膜を100nm形成した以外は、実施
例1と同様にして表面処理を施した金属材料を作製し
た。
【0030】得られた金属材料は、剥離、クラック、シ
ワなどが無く、金色の金属光沢を有していた。この金属
材料を、実施例1と同様の性能試験に共した結果、全て
の性能試験を満足した。
【0031】(実施例3)ニッケル基合金であるハステ
ロイGをターゲットに用いて、下層金属薄膜を膜厚10
nm形成し、続いてAu薄膜を140nm形成した以外
は、実施例1と同様にして表面処理を施した金属材料を
作製した。
【0032】得られた金属材料は、剥離、クラック、シ
ワなどが無く、金色の金属光沢を有していた。この金属
材料を、実施例1と同様の性能試験に共した結果、全て
の性能試験を満足した。
【0033】(実施例4)アルミ合金鋳物AC4C製の
呼び径16インチの自動車用ホイールを用い、Au薄膜
を50nm形成した以外は、実施例1と同様にして表面
処理を施した自動車用ホイールを作製した。
【0034】得られた自動車用ホイールは、剥離、クラ
ック、シワなどが無く、金色の金属光沢を有していた。
この自動車用ホイールを、実施例1と同様の性能試験に
共した結果、全ての性能試験を満足した。
【0035】(実施例5)φ150nmのABS樹脂製
センターキャップにポリエステルウレタン塗料のアンダ
ーコートをエアースプレーガンで25μm形成し、80
℃で1時間乾燥させた。
【0036】次に、Al−20wt%Ti合金ターゲッ
トを取り付けたDCマグネトロンスパッタリング装置
で、Al−Ti合金薄膜を膜厚70nm形成した。
【0037】さらに、Auターゲットに交換して、Au
薄膜を70nm形成した。
【0038】スパッタリング条件は、Al−Ti合金薄
膜およびAu薄膜とも、到達真空度5×10-3Pa、A
rガス圧0.2Pa、ターゲット基板間距離100m
m、基板回転数9rpm、カソード電流はそれぞれ3A
とした。
【0039】最後に、アクリル・ウレタン塗料のトップ
コートをエアースプレーガンで20μm形成し、70℃
で1時間乾燥させた。
【0040】以上のように表面処理を施したABS樹脂
製センターキャップは、剥離、クラック、シワなどが無
く、金色の金属光沢を有していた。
【0041】(実施例6)Auターゲットのエロージョ
ン部分に10×10×1mmサイズのAg片を5個置い
て、Au−Ag合金薄膜を100nm形成した以外は、
実施例5と同様にして表面処理を施したABS樹脂製セ
ンターキャップを作製した。
【0042】得られたセンターキャップを、実施例1と
同様の性能試験に供した結果、全ての性能試験を満足し
た。
【0043】(比較例1)下層金属薄膜を形成しなかっ
た以外は、実施例1と同様にして表面処理を施した金属
材料を作製したところ、Au薄膜が剥離した。
【0044】(比較例2)下層金属薄膜の膜厚を1nm
とした以外は、実施例1と同様にして表面処理を施した
金属材料を作製したところ、Au薄膜が剥離した。
【0045】(比較例3)下層金属薄膜の膜厚を200
nmとした以外は、実施例1と同様にして表面処理を施
した金属材料を作製したところ、外観に下層金属薄膜の
シワによる干渉色が発生した。
【0046】(比較例4)下層金属薄膜の膜厚を200
nmとした以外は、実施例3と同様にして表面処理を施
した金属材料を作製したところ、外観に下層金属薄膜の
シワによる干渉色が発生した。
【0047】(比較例5)Au薄膜の膜厚を200nm
とした以外は、実施例3と同様にして表面処理した金属
材料を作製したところ、外観にAu薄膜のシワによる干
渉色が発生した。
【0048】(比較例6)Au薄膜の膜厚を10nmと
した以外は、実施例3と同様にして表面処理した金属材
料を作製したところ、外観の色は緑色であった。
【0049】
【発明の効果】本発明の金属材料または樹脂材料への有
色光輝化処理方法により、廃液処理の必要が無い真空工
法を用いて、自動車外装部品としての各種の性能試験も
満足し、金色の金属光沢を有する金属材料および樹脂材
料を提供することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F100 AB01A AB01C AB01D AB10C AB12C AB13C AB16C AB25D AB31C AB31D AK01A AK01B AK01E AK25B AK53E BA05 BA07 BA10A BA10E EH66 EJ69 GB32 JL10D JM02C JM02D JN01E JN24 YY00D 4K029 AA02 AA11 BA21 BA22 BA23 BA25 BB02 BC00 CA05 EA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料または樹脂材料の表面に、下層
    樹脂塗膜と、該下層樹脂塗膜の上の下層金属薄膜と、該
    下層金属薄膜の上の金色金属薄膜と、該金色金属薄膜の
    上の透明樹脂塗膜とを形成することを特徴とする有色光
    輝化処理方法。
  2. 【請求項2】 前記下層金属薄膜が、Al、Ni、T
    i、Crおよびこれらの合金からなる群から選ばれる1
    種以上であることを特徴とする請求項1に記載の有色光
    輝化処理方法。
  3. 【請求項3】 前記下層金属薄膜の膜厚が、5nm以
    上、150nm以下であることを特徴とする請求項1に
    記載の有色光輝化処理方法。
  4. 【請求項4】 前記金色金属薄膜が、Au、Au合金で
    あることを特徴とする請求項1に記載の有色光輝化処理
    方法。
  5. 【請求項5】 前記金色金属薄膜の膜厚が、20nm以
    上、150nm以下であることを特徴とする請求項1に
    記載の有色光輝化処理方法。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の有色
    光輝化処理方法で表面処理されたことを特徴とする金属
    材料または樹脂材料。
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