【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐指紋性に優れた表面層を有する金属材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼板は、耐食性に優れ、美麗な外観を長期にわたって維持できるため、外装材，内装材，表装材，厨房機器等として広範な分野で使用されている。しかし、鏡面，準鏡面，ＢＡ，ＨＬ，ダル等の光沢を有する仕上げ材は、成形時，取扱い時あるいは使用中等に付着する指紋や手垢が非常に目立ちやすく、美麗な表面が保持できないため、適用される表面仕上げ材が限定される傾向にある。
指紋，手垢付着等による外観の劣化は、フッ素樹脂，アクリル樹脂，エポキシ樹脂等を用いてステンレス鋼板をクリア塗装することにより抑制されるので、ステンレス鋼板表面に有機複合皮膜を形成して耐指紋性を高めることも提案されているが、この技術でも指紋を完全に消失させることは困難である。また、有機塗膜中に光触媒粒子を混入させて、親水性を高め、汚れ成分を分解して耐指紋性を向上させようとする技術も提案されているが、耐指紋性の点では十分ではない。
【０００３】
また、冷延鋼板の耐食性を高め、併せて耐指紋性を向上させるために、表面処理皮膜中にシリカを含有させる技術も提案されている。例えば、特開平７−２９２４９５号公報では、亜鉛系めっき鋼板表面に形成するクロメート皮膜中にシリカを含有させており、特開平８−２６７６５５号公報では、冷延鋼板表面にクロメート皮膜を形成した後、クロメート皮膜上にシリカを含有する塗膜を形成している。また、特開２０００−８７２５９号公報では、ステンレス鋼板表面にシリカを含有する酸化物皮膜を形成した後、その上に光触媒粒子を含有する光触媒層を形成している。このような技術から、耐指紋性におけるシリカの有用性は窺えるが、まだ十分ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機塗膜を用いると、塗膜自身の硬度が低いために疵が付きやすいばかりでなく、塗膜の接着力も低いため剥がれやすい。また、被覆ステンレス鋼の加工性も低下する。さらに、光触媒粒子を混入させた有機塗膜では、塗膜自身が劣化し、変色・褪色するという問題点もある。
また、皮膜中にシリカを含有させることで、耐指紋性作用は期待できるが、シリカの固定方法に手間がかかる。
無機質および有機質いずれの被覆塗膜についても、程度の差はあるが、加工性，曲げ性，耐疵付き性等は、ステンレス鋼素材に比べ劣る傾向にある。また耐食性についても塗膜の劣化等により、長期的に良好な耐食性を得ることは困難である。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ステンレス鋼を含めた金属材料表面に、指紋を付着し難く、付着しても消除しやすくする物質を含む層を、有機物バインダを用いることなく形成することにより、素材なみあるいはそれ以上の耐食性，加工性および耐薬品性を有する耐指紋性に優れた金属材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐指紋性を有する金属材料は、その目的を達成するため、金属材料表面に、Ｓｉ，Ｓｉ酸化物，ＴｉおよびＴｉ酸化物を固着した層が形成されていることを特徴とする。
また、その金属材料は、表面に大気中で、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施す、もしくは、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施すことにより得られる。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、金属材料表面に指紋や手垢等が付着しづらく、付着しても消えやすい表面状態について、種々検討を続けてきた。
その結果、ＳｉおよびＴｉを大気中でブラスト処理することにより、金属材料表面にＳｉおよびＴｉとそれらの酸化物が固着した表面層を形成し、Ｓｉ（あるいはＳｉＯ２）の指紋難付着性と、ＴｉＯ２の指紋消除機能の両特性を有する表面層を得たものである。
【０００８】
ＴｉやＳｉ等の金属粉体を高速の噴射速度でブラスト処理すると被投射材表面において、粉体の運動エネルギーが衝突による熱エネルギーに変換され、粉体および被投射材表面の温度が上昇する。Ｔｉ粉末をブラスト処理すると、温度上昇に伴いＴｉが表層で拡散すると同時に、大気中の酸素による酸化反応により半溶融状態となり、ＴｉとＴｉ酸化物（ＴｉＯ２等）の合金層（皮膜）が形成されるものと推測される。また、Ｓｉ粉末をブラスト処理した際にも、同様の機構によりＳｉとＳｉ酸化物（ＳｉＯ２等）の合金層（皮膜）が形成されるものと推測される。
【０００９】
衝突エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、図１に示されるように、ＴｉやＳｉおよびそれらの酸化物は、被投射材表面に拡散され合金層皮膜が形成されることになる。ＴｉおよびＳｉは、活性吸着による付着を経て、また熱の影響も受けて、母材中への拡散による皮膜層の形成と、その表層での酸化反応によるＴｉおよびＳｉ酸化物（主にＴｉＯ２，ＳｉＯ２等）の形成が同時進行し、ＴｉやＳｉおよびそれらの酸化物が母材中に食い込んだ皮膜層が形成されていると推測される。
本発明では、金属材料表面にＴｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が拡散して形成された極薄い拡散合金層を「合金層皮膜」と称することとする。
なお、大気中でのブラストでは、ＴｉやＳｉの酸化物としてはＴｉＯやＳｉＯ等不定比化合物も生成しているので、本明細書中でＴｉＯ２，ＳｉＯ２と表記した酸化物は、不定比化合物を含めたものである。
【００１０】
金属材料表面にＳｉまたはＳｉＯ２が拡散した合金層皮膜が形成されると指紋が目立ち難いという傾向が生じてくる。この理由は、ＳｉまたはＳｉＯ２が拡散した合金層皮膜が指紋と類似した光の吸収を示し、また、光の乱反射が抑制されるために目立ち難くなるものと推測される。
【００１１】
金属材料表面にＴｉを大気中でブラスト処理すると、Ｔｉの一部が酸化されＴｉＯ２を形成してＴｉＯ２が拡散した合金層皮膜が光触媒機能を発揮するようになる。したがって付着した皮脂のような有機物もＴｉＯ２の光触媒作用によって分解・消除されやすくなると推測される。この光触媒機能は、酸化チタンにそのバンドギャップ以上のエネルギ−を有する波長の光を照射した場合、光励起により伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が生じ、生じた正孔は強い酸化力を有するので、酸化チタン表面に接触した有機物がその酸化還元作用によって分解されるものである。
上記のように、Ｓｉあるいはその酸化物を拡散させた合金層皮膜の作用による指紋の付着し難さと、Ｔｉの酸化物を拡散させた合金層皮膜の作用による指紋の分解・消除作用が相俟って、耐指紋性が向上するものと推測される。
【００１２】
金属材料表面にＴｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が母相に拡散して形成された合金層皮膜を有しているので、単に無機質皮膜を付着したものと比べて密着性が高い。したがって曲げ加工性や耐疵付き性も優れている。金属材料表面を耐食性，耐薬品性に優れた無機質皮膜で覆った形態となっているので、金属材料表面が露出されておらず、耐薬品性も向上することになる。
【００１３】
【実施の態様】
本発明の、Ｔｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が拡散して形成された極薄い拡散合金層を形成する金属材料としては、特に制限はない。冷延炭素鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム合金板等が使用できる。
ＴｉおよびＳｉをブラスト処理する金属材料には、基本的には特別な前処理を施す必要はないが、表面に疵，汚れあるいはスケール等が存在している場合には、アルミナ等の硬質な研掃材を用いて除去しておくことが好ましい。
ブラスト処理するＳｉとしては、各種特性への影響を考慮すると純度９９％以上のものを使用することが好ましい。ブラスト処理による皮膜形成を可能とするためには、その粒径は１００〜３００μｍ程度にすることが好ましい。噴射圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度が望ましい。
ブラスト処理するＴｉとしては、各種特性への影響を考慮すると純度９９％以上のものを使用することが好ましい。ブラスト処理による皮膜形成を可能とするためには、その粒径は１００〜３００μｍ程度にすることが好ましい。噴射圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度が望ましい。
【００１４】
【実施例】
実施例１ ：
被投射材としてＳＵＳ３０４鋼板の１５０ｍｍ角のＢＡ仕上げ材を用い、直径１０ｍｍの噴射ノズルを有する直圧式ブラスト装置を使用して０．３ＭＰａの空気圧で、純度９９．９％で中心粒径２５０μｍのＳｉをブラスト処理し、引き続き同じ装置，圧力で、純度９９．９％で中心粒径２００μｍのＴｉをブラスト処理した。その処理時間の合計は約１０分程度であった。
ブラスト処理後、処理面をＥＰＭＡで元素分析して、表面にＳｉ，ＴｉおよびＯが存在することを確認した。また、ＥＰＭＡによる断面観察および元素分析にて約３〜５μｍの合金層皮膜が形成されていることが確認できた。
【００１５】
ブラスト処理を行ったステンレス鋼板について各種特性を調査した。
なお比較材として、同じステンレス鋼板のＢＡ材を適用した。
各特性の評価手法、評価基準、ならびに評価結果は次の通りである。
評価用サンプルは１００ｍｍ×１５０ｍｍの寸法に切り出して試験に供した。
なお、耐指紋性については、実指紋の付着後、表１の条件にて、紫外光，蛍光灯、および太陽光の３種類の光を７２時間照射した。その照射前後の指紋の付着状況の変化を目視にて確認した。
なお、表１中、「ＣＣＴ」と表記した塩乾湿複合サイクル試験は、塩水噴霧（５％ＮａＣｌ，１０分）→乾燥（６０℃，３０％ＲＨ，６０分）→湿潤（５０℃，９５％ＲＨ，１８０分）を１サイクルとするものである。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
実施例２：
Ｓｉのブラスト処理とＴｉのブラスト処理の順番を入れ替える他は実施例１と同じ条件で処理を行った。
そして、実施例１と同じ手法で各種特性について調査した。
その結果、表１に示す耐指紋性のうち、紫外線を照射したものでは、耐指紋性は優れていたが、太陽光および蛍光灯を照射したものでは良程度に留まっていた。
実施例１および２の結果から、耐指紋性を向上させるという観点からは、ブラスト処理する際には、Ｔｉをブラストした後Ｓｉをブラストするよりも、Ｓｉをブラストした後Ｔｉをブラストした方が有効であることが確認された。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、金属材料表面に大気中において、ＳｉおよびＴｉを投射材としてブラスト処理すると、金属材料表面にＳｉおよびその酸化物皮膜による指紋難付着性と、ＴｉＯ２の光触媒作用に基づく指紋消除機能の両特性による耐指紋性に優れた金属材料が得られる。
素材金属材料としてステンレス鋼を使用すると、指紋や手垢等が付着し難く、付着しても消えやすい表面状態が得られる他、合金皮膜層の構成成分により極めて高い耐食性を有し、加工性，耐疵付き性および耐薬品性等にも優れるので、ステンレス鋼の用途を大幅に拡大することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳｉおよびＴｉをブラスト処理した金属材料表面の断面構造を模式的に説明する図[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a metal material having a surface layer having excellent fingerprint resistance.
[0002]
[Prior art]
Stainless steel sheets are used in a wide range of fields as exterior materials, interior materials, surface materials, kitchen appliances, etc. because they have excellent corrosion resistance and can maintain a beautiful appearance for a long period of time. However, finishing materials having a gloss such as mirror surface, quasi-mirror surface, BA, HL, dull, etc. are very prominent in fingerprints and hand marks adhering during molding, handling, or use, and cannot maintain a beautiful surface. There is a tendency that the surface finishing material to be used is limited.
Deterioration of appearance due to fingerprints, hand stains, etc. can be suppressed by clear coating stainless steel plates with fluororesin, acrylic resin, epoxy resin, etc. Although it has been proposed to increase the fingerprint, it is difficult to completely eliminate the fingerprint by this technique. In addition, a technique has been proposed in which photocatalyst particles are mixed into an organic coating film to increase hydrophilicity and decompose dirt components to improve fingerprint resistance. Absent.
[0003]
Further, in order to increase the corrosion resistance of the cold-rolled steel sheet and also improve the fingerprint resistance, a technique of including silica in the surface treatment film has been proposed. For example, in JP-A-7-292495, silica is contained in a chromate film formed on the surface of a galvanized steel sheet, and in JP-A-8-267655, after a chromate film is formed on the surface of a cold-rolled steel sheet. And a coating film containing silica is formed on the chromate film. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-87259, after forming an oxide film containing silica on the surface of a stainless steel plate, a photocatalyst layer containing photocatalyst particles is formed thereon. From such technology, the usefulness of silica in fingerprint resistance can be seen, but it is not yet sufficient.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When an organic coating film is used, not only is the coating film itself low in hardness but easily flawed, and the coating film is also low in adhesive strength and thus easily peeled. Also, the workability of the coated stainless steel is reduced. Further, the organic coating film mixed with the photocatalyst particles has a problem that the coating film itself is deteriorated and discolored and discolored.
In addition, by including silica in the film, a fingerprint resistance action can be expected, but it takes time and effort to fix the silica.
There is a difference in the degree of workability, bendability, scratch resistance, and the like of the inorganic and organic coating films, although the degree is different, but there is a tendency that they are inferior to those of stainless steel materials. Also, it is difficult to obtain good corrosion resistance over a long period of time due to deterioration of the coating film and the like.
[0005]
The present invention has been devised to solve such a problem, a layer containing a substance that makes it difficult for fingerprints to adhere to the surface of a metal material including stainless steel and makes it easy to remove even if attached, An object of the present invention is to provide a metal material excellent in fingerprint resistance having corrosion resistance, workability, and chemical resistance equal to or higher than that of a material by being formed without using an organic binder.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the metal material having fingerprint resistance according to the present invention is characterized in that a layer in which Si, Si oxide, Ti and Ti oxide are fixed is formed on the surface of the metal material.
In addition, the metal material is subjected to blast treatment using Ti particles in the air in the air, and then to blast treatment using Ti particles, or to blast treatment using Ti particles, It is obtained by performing blasting using particles.
[0007]
[Action]
The present inventors have continued various studies on a surface state in which fingerprints, hand marks, and the like are difficult to adhere to the surface of a metal material, and easily disappear even if adhered.
As a result, by blasting Si and Ti in the air, a surface layer in which Si and Ti and their oxides are fixed is formed on the surface of the metal material, and the fingerprint of Si (or SiO 2 ) is hardly adhered. A surface layer having both characteristics of a fingerprint removing function of TiO 2 was obtained.
[0008]
When a metal powder such as Ti or Si is blasted at a high injection speed, the kinetic energy of the powder is converted into thermal energy by collision on the surface of the projection material, and the temperature of the powder and the surface of the projection material increases. When blasting the Ti powder, the Ti diffuses in the surface layer as the temperature rises, and at the same time, becomes a semi-molten state due to an oxidation reaction by oxygen in the atmosphere, forming an alloy layer (film) of Ti and Ti oxide (TiO 2 etc.). It is presumed that it will be. It is also assumed that when blasting the Si powder, an alloy layer (film) of Si and Si oxide (such as SiO 2 ) is formed by the same mechanism.
[0009]
Since the collision energy is converted into heat energy, as shown in FIG. 1, Ti, Si and their oxides are diffused on the surface of the material to be projected and an alloy layer film is formed. Ti and Si are deposited by active adsorption and also under the influence of heat, forming a coating layer by diffusion into the base material, and Ti and Si oxides (mainly TiO 2 ) by an oxidation reaction on the surface layer. , SiO 2, etc.) proceed simultaneously, and it is presumed that a film layer is formed in which Ti, Si and their oxides have been cut into the base material.
In the present invention, an extremely thin diffusion alloy layer formed by diffusing Ti, Si and their oxides on the surface of a metal material is referred to as an “alloy layer film”.
In the blasting in the atmosphere, non-stoichiometric compounds such as TiO and SiO are also generated as oxides of Ti and Si. Therefore, oxides described as TiO 2 and SiO 2 in this specification are non-stoichiometric. Compounds are included.
[0010]
When an alloy layer film in which Si or SiO 2 is diffused is formed on the surface of the metal material, the fingerprint tends to be inconspicuous. It is presumed that the reason is that the alloy layer film in which Si or SiO 2 is diffused exhibits light absorption similar to that of a fingerprint, and is less noticeable because irregular reflection of light is suppressed.
[0011]
When blasting Ti on the surface of a metal material in the air, a part of Ti is oxidized to form TiO 2 , and the alloy layer film in which TiO 2 is diffused exhibits a photocatalytic function. Therefore, it is presumed that organic matter such as sebum adhered is easily decomposed and eliminated by the photocatalytic action of TiO 2 . This photocatalytic function is such that when titanium oxide is irradiated with light having a wavelength greater than its band gap, electrons are generated in the conduction band and holes are generated in the valence band by photoexcitation, and the generated holes have strong oxidizing power. Therefore, the organic matter in contact with the titanium oxide surface is decomposed by the redox action.
As described above, the adhesion of fingerprints due to the effect of the alloy layer film in which Si or its oxide is diffused is combined with the decomposition / elimination effect of the fingerprint due to the effect of the alloy layer film in which Ti oxide is diffused. Therefore, it is estimated that the fingerprint resistance is improved.
[0012]
Since the metal material surface has an alloy layer film formed by diffusing Ti, Si and their oxides into the matrix, the adhesiveness is higher than that obtained by simply attaching an inorganic film. Therefore, bending workability and scratch resistance are also excellent. Since the metal material surface is covered with an inorganic film having excellent corrosion resistance and chemical resistance, the metal material surface is not exposed, and the chemical resistance is improved.
[0013]
Embodiment
The metal material of the present invention for forming an extremely thin diffusion alloy layer formed by diffusing Ti, Si and their oxides is not particularly limited. Cold rolled carbon steel sheets, stainless steel sheets, aluminum alloy sheets, etc. can be used.
Basically, it is not necessary to perform special pre-treatment on the metal material for blasting Ti and Si. However, if there is a flaw, dirt, scale, or the like on the surface, a hard abrasive such as alumina is used. It is preferable to remove using a scavenging material.
As the Si to be blasted, it is preferable to use Si having a purity of 99% or more in consideration of the influence on various characteristics. To enable the formation of a film by blasting, the particle size is preferably about 100 to 300 μm. The injection pressure is desirably about 0.3 to 0.5 MPa.
Considering the influence on various characteristics, it is preferable to use Ti having a purity of 99% or more as the Ti to be blasted. To enable the formation of a film by blasting, the particle size is preferably about 100 to 300 μm. The injection pressure is desirably about 0.3 to 0.5 MPa.
[0014]
【Example】
Example 1 :
A 150 mm square BA finishing material of SUS304 steel plate is used as a material to be projected, and a direct pressure blast apparatus having a 10 mm diameter injection nozzle is used at a pressure of 0.3 MPa, with a purity of 99.9%, and a Si having a central particle size of 250 μm. Was then blasted with the same apparatus and pressure at a purity of 99.9% and a central particle diameter of 200 μm. The total processing time was about 10 minutes.
After the blast treatment, the treated surface was subjected to elemental analysis using EPMA, and it was confirmed that Si, Ti and O were present on the surface. Further, it was confirmed that an alloy layer film of about 3 to 5 μm was formed by cross-sectional observation and elemental analysis by EPMA.
[0015]
Various characteristics of the blasted stainless steel plate were investigated.
As a comparative material, a BA material of the same stainless steel plate was applied.
The evaluation method, evaluation criteria, and evaluation results of each characteristic are as follows.
The sample for evaluation was cut out to a size of 100 mm × 150 mm and used for the test.
Regarding the fingerprint resistance, three kinds of light of ultraviolet light, fluorescent light and sunlight were irradiated for 72 hours under the conditions shown in Table 1 after the actual fingerprint was attached. The change in the adhesion state of the fingerprint before and after the irradiation was visually confirmed.
In Table 1, the salt-wet combined cycle test indicated as “CCT” was performed in a salt spray (5% NaCl, 10 minutes) → dry (60 ° C., 30% RH, 60 minutes) → wet (50 ° C., 95% RH, 180 minutes) as one cycle.
[0016]
[0017]
[0018]
Example 2:
The processing was performed under the same conditions as in Example 1 except that the order of the blasting of Si and the blasting of Ti were changed.
Then, various characteristics were investigated in the same manner as in Example 1.
As a result, among the fingerprint resistances shown in Table 1, those irradiated with ultraviolet rays had excellent fingerprint resistance, but those irradiated with sunlight and a fluorescent lamp had only a good degree.
From the results of Examples 1 and 2, from the viewpoint of improving the anti-fingerprint property, when blasting, it is better to blast Ti after blasting Si than to blast Si after blasting Ti. Confirmed to be valid.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, when a blast treatment is performed on the surface of a metal material in the atmosphere using Si and Ti as a projection material, the fingerprint is hardly adhered to the surface of the metal material by Si and its oxide film and the photocatalysis of TiO 2 is performed. A metal material having excellent fingerprint resistance due to both characteristics of the fingerprint elimination function can be obtained.
When stainless steel is used as a metal material, a surface state in which fingerprints and hand marks are unlikely to adhere and easily disappear even if adhered can be obtained, and extremely high corrosion resistance due to the constituent components of the alloy coating layer, thereby improving workability and resistance. Since it has excellent scratch resistance and chemical resistance, the use of stainless steel can be greatly expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of a metal material surface obtained by blasting Si and Ti.
