JP2010131604A - Metallic component and method for forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面にガラス質コーティング層が形成された金属部品及び金属部品の成形方法に関する。 The present invention relates to a metal part having a glassy coating layer formed on its surface and a method for forming the metal part.
防汚、傷つき防止などを目的として、金属部品の表面に被膜を形成することが従来から行われている。このような金属部品は、表面にガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形して製品形状にすると、成形の際にガラス質コーティング層が剥離したり、クラックが入るため、通常は先に製品形状に成形してから、ゾルゲル法などによって表面にガラス質コーティング層を形成するようにしている。 Conventionally, a coating is formed on the surface of a metal part for the purpose of antifouling and preventing scratches. Such metal parts usually have a glassy coating layer formed on the surface, and when drawn or bent to a product shape, the glassy coating layer peels off or cracks during molding. After forming into a product shape, a glassy coating layer is formed on the surface by a sol-gel method or the like.
しかしながら、成形後にガラス質コーティング層を形成する場合には、複雑形状品の場合は、特にコーナ部などにガラス質コーティング層が形成されない箇所が生じたり、他の箇所に比べて異常に厚く形成される箇所が生じたりする。 However, when a glassy coating layer is formed after molding, in the case of a complex shape product, a part where the glassy coating layer is not formed particularly in the corner portion or the like is formed, or it is formed abnormally thicker than other parts. Some parts may occur.
そこで、ガラス質コーティング層を形成した後に曲げ成形できるガラス質コーティング層として、特許文献1〜3に開示される技術が知られている。
特許文献1には、加水分解され得るシランとオルガノシランとの重量比を5〜50:50〜95とした組成物に染料や顔料などの機能性担体を混合し、これを支持体上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献2には、加水分解され得るシランとこれから誘導されるオリゴマーのナノスケールSiO2粒子および/またはアルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物および水酸化物から得られるコーティング組成物を金属表面上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献3には、アルカリ金属シリケート含有コーティングゾルを支持体に塗布し、この塗膜を酸素含有雰囲気または15mbar以下の残圧での減圧下のいずれかで第1段階目の加熱を行い、次いで、低酸素雰囲気での第2段階目の加熱で十分な高密度化して変形可能なガラス質コーティングを得ることが開示されている。
特許文献4には、金属などの基体表面に水ガラス硬化体被膜を形成し、この被膜に硫酸アルミニウム水溶液を接触させて熱処理を施すことで、水ガラス硬化体被膜の表面部分に珪酸アルミニウムを生成することが開示されている。
In Patent Document 1, a functional carrier such as a dye or a pigment is mixed with a composition in which the weight ratio of hydrolyzable silane and organosilane is 5 to 50:50 to 95, and this is coated on a support. However, it is disclosed that the glassy layer is formed by densification by heat.
In US Pat. No. 6,057,089, a coating composition obtained from hydrolyzable silane and oligomeric nanoscale SiO 2 particles derived therefrom and / or alkali and alkaline earth metal oxides and hydroxides on a metal surface. It is disclosed that a glassy layer is formed by applying and densifying with heat.
In Patent Document 3, an alkali metal silicate-containing coating sol is applied to a support, and this coating film is heated in a first stage either in an oxygen-containing atmosphere or under reduced pressure with a residual pressure of 15 mbar or less, It is disclosed that a glassy coating having a sufficient density and deformable can be obtained by heating in the second stage in a low oxygen atmosphere.
In Patent Document 4, a water glass cured body film is formed on the surface of a substrate such as a metal, and an aluminum sulfate aqueous solution is brought into contact with the film and subjected to heat treatment to produce aluminum silicate on the surface portion of the water glass cured body film. Is disclosed.
上述した特許文献1〜3は、着色の手段としてコーティング液中に顔料(染料)を混合している。しかしながら顔料を添加すると顔料の粒子によってピンホールが形成され、このピンホールに起因して耐食性に劣る結果(塩水噴霧)となっている。 In Patent Documents 1 to 3 described above, a pigment (dye) is mixed in the coating liquid as a coloring means. However, when a pigment is added, pinholes are formed by the pigment particles, resulting in poor corrosion resistance (salt spray) due to the pinholes.
特許文献4にあっては、コーティング液が水性であり、形成される被膜の厚みを厚くすることができず、厚みが薄いと仮りに被膜を形成した後に絞り成形や曲げ成形を行うと、伸びた部分で被膜が剥離してしまう。 In Patent Document 4, the coating liquid is aqueous, and the thickness of the coating film to be formed cannot be increased. If the thickness is thin, if the film is formed and then formed by drawing or bending, the elongation is reduced. The film peels off at the part where it was damaged.
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品は、表面にカラーコート層が形成され、このカラーコート層の外側にポリシラザンまたはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはアルコキシ金属塩を材料としたガラス質コーティング層を形成した表面硬度が鉛筆硬度H7以上を有するガラス質コーティングカラーコート金属板を絞り成形または曲げ成形してなる。
尚、ガラス質コーティング層としてポリシラザンを用いた場合には、更にその上に水溶性金属塩溶液をコートして親水性を付与してもよい。水溶性金属塩溶液としては株式会社日板研究所のMS90或いはSS900が挙げられる。
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品の成形方法は、表面にカラーコート層が施された金属板を前提とする。そしてこの金属板のカラーコート層の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはSiO2を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、150℃〜300℃の温度で焼成して厚みが0.4μm〜10μmのガラス質コーティング層を形成し、このガラス質コーティング層が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形する。
焼成温度を150℃〜300℃としたのは、150℃未満では十分にSiO2に転化できず高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷つき易く、また300℃を超えると下層のカラーコート層が変色しやすくなるためである。また厚みを0.4μm〜10μmにしたのは、0.4μm以下ではラス質コーティング層が薄いがため下地金属材料の表面硬さの影響でガラス質本来の高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷ついたりし易く、10μm以上では、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層にクラックが生じたり、剥離が生じたりし易いためである。
In order to solve the above problems, a metal part according to the present invention has a low temperature cured polysilazane solution or an alkoxy metal salt in which a color coat layer is formed on the surface, and a catalyst such as polysilazane, palladium or amine is added to the outside of the color coat layer. A glassy coating color coated metal plate having a surface hardness of a material having a glassy coating layer formed thereon and having a pencil hardness of H7 or more is formed by drawing or bending.
In addition, when polysilazane is used as the glassy coating layer, a water-soluble metal salt solution may be further coated thereon to impart hydrophilicity. Examples of the water-soluble metal salt solution include MS90 or SS900 manufactured by Nippon Sheet Laboratory.
In order to solve the above problems, the metal part molding method according to the present invention is premised on a metal plate having a color coat layer on the surface. Then, a polysilazane solution or a low-temperature cured polysilazane solution to which a catalyst such as palladium or amine is added or an alkoxy metal salt solution mainly composed of SiO 2 is applied on the color coat layer of the metal plate, and a temperature of 150 ° C. to 300 ° C. To form a glassy coating layer having a thickness of 0.4 μm to 10 μm, and the metal plate on which the glassy coating layer is formed is drawn or bent.
The reason why the firing temperature is set to 150 ° C. to 300 ° C. is that if it is less than 150 ° C., it cannot be converted into SiO 2 sufficiently and high hardness characteristics cannot be obtained. This is because the surface of the quality coating layer is easily damaged, and when the temperature exceeds 300 ° C., the lower color coating layer is likely to be discolored. Also, the thickness of 0.4 μm to 10 μm is because the glass coating layer cannot be obtained due to the influence of the surface hardness of the underlying metal material because the lath coating layer is thin below 0.4 μm. When forming or bending after forming the coating layer, the surface of the glassy coating layer is easily damaged, and when the thickness is 10 μm or more, the glassy coating layer is formed when drawing or bending after forming the glassy coating layer. This is because cracks are easily generated and peeling is likely to occur.
本発明によれは、金属部品の表面にガラス質コーティング層を形成した後に、絞り成形や曲げ成形を行っても、ガラス質コーティング層に傷が入ったり、クラックが生じたり、剥離が生じない。
絞り成形や曲げ成形の前にガラス質コーティング層を形成するため、ガラス質コーティング層の厚さは一定で且つ成形後には塗布できないような箇所にもガラス質コーティング層を形成することができる。
According to the present invention, even if drawing or bending is performed after forming a glassy coating layer on the surface of a metal part, the glassy coating layer is not scratched, cracked, or peeled off.
Since the vitreous coating layer is formed before the drawing or bending, the vitreous coating layer can be formed at a location where the thickness of the vitreous coating layer is constant and cannot be applied after molding.
また、低温で焼成するため、下層のカラーコート層が熱によって変色(酸化)することがない。 Further, since the firing is performed at a low temperature, the lower color coat layer is not discolored (oxidized) by heat.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は成形前の金属板の側面図、図2は同金属板の表層部の拡大断面図、図3(a)は成形後の金属部品の一例としての携帯電話のカバーの平面図、(b)は(a)のB方向矢示図、(c)は(a)のC方向矢示図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a side view of a metal plate before forming, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a surface layer portion of the metal plate, FIG. 3A is a plan view of a cover of a mobile phone as an example of a metal part after forming, (b) is a B direction arrow figure of (a), (c) is a C direction arrow figure of (a).
成形前の偏平な金属板1の表面にはカラーコート層2が形成され、このカラーコート層2の上にガラス質コーティング層3が形成されている。金属板1としてはステンレスの他にチタン、アルミニウム、マグネシウム合金などでもよい。またカラーコート層2は金属板1の裏面にも形成してもよい。 A color coat layer 2 is formed on the surface of the flat metal plate 1 before forming, and a glassy coating layer 3 is formed on the color coat layer 2. The metal plate 1 may be titanium, aluminum, magnesium alloy or the like in addition to stainless steel. The color coat layer 2 may also be formed on the back surface of the metal plate 1.
前記カラーコート層2は100〜10000nmの厚さで形成され、このカラーコート層2には、変性ポリエステルシリコン等の有機・無機ハイブリットシリコンを主原料とするスプレー塗装焼成により形成される着色ガラス層、電解メッキによって形成されるCr層やNi層、無電解メッキによって形成されるNi層、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層、酸化マグネシウム層、酸化チタン層、或いはインコ法、イオンプレーティング法、PVD法、スパッタリング法によって形成される各種の層が含まれる。 The color coat layer 2 is formed with a thickness of 100 to 10000 nm, and the color coat layer 2 is a colored glass layer formed by spray coating baking using organic / inorganic hybrid silicon such as modified polyester silicon as a main raw material, Cr layer or Ni layer formed by electrolytic plating, Ni layer formed by electroless plating, aluminum oxide layer formed by anodic oxidation, magnesium oxide layer, titanium oxide layer, or inco method, ion plating method, PVD And various layers formed by sputtering and sputtering.
尚、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層(アルマイト処理)や酸化マグネシウム層に着色を施すには、顔料(染料)を含浸させる。
前記ガラス質コーティング層3は0.4μm〜10μmの厚さ、好ましくは1〜2μmで形成され、このガラス質コーティング層3はポリシラザン溶液を塗布し、250℃〜300℃以下の温度で加熱することで得られる。ポリシラザン溶液の1回当たりの塗布厚みは2μが限界で、それ以上の厚みをコートする場合は重ね塗りすることで得られる。
反応式は以下の通りである。
In addition, in order to color the aluminum oxide layer (alumite treatment) or the magnesium oxide layer formed by anodization, a pigment (dye) is impregnated.
The glassy coating layer 3 is formed to a thickness of 0.4 μm to 10 μm, preferably 1 to 2 μm. The glassy coating layer 3 is coated with a polysilazane solution and heated at a temperature of 250 ° C. to 300 ° C. or less. It is obtained by. The coating thickness per one time of the polysilazane solution is 2 μm, and when coating more than that, it can be obtained by recoating.
The reaction formula is as follows.
(SiH2NH)+2H2O→SiO2+NH3+2H2
またポリシラザン溶液の代わりにSiO2を主成分とするアルコキシ金属塩溶液(株式会社 日板研究所 製品番号G−90)を塗布してもよい。
また、高温でシリカ薄膜に転化すると、下層のカラーコート層2及び基材1が変色するため、焼成温度はできるだけ低くするのが好ましい。このためにはポリシラザン溶液にパラジウム、アミンなどの触媒を添加することで、焼成温度を250℃以下150℃程度まで大幅に下げることができる。
以上の工程によって、カラーコート層2及びガラス質コーティング層3が形成された偏平な金属板1に絞り成形と打ち抜きを施すことで、図3に示すように、窓部4と周縁のカール部5が一体的に成形された携帯電話用のカバー6が得られる。
本発明に係る方法で形成されたガラス質コーティング層は耐剥離性が高く、プレス成形や打ち抜き成形によって引張力や圧縮力が作用するコーナ部であっても割れや剥離が生じることがない。したがって、携帯電話のカバー以外にも、例えば家電製品のケースなどに用いる場合、成形前にガラス質コーティング層を形成できるので、生産工程が大幅に効率化される。
(SiH 2 NH) + 2H 2 O → SiO 2 + NH 3 + 2H 2
Further, instead of the polysilazane solution, an alkoxy metal salt solution (manufactured by Nippon Sheet Laboratory Co., Ltd., product number G-90) containing SiO 2 as a main component may be applied.
Moreover, since the lower color coat layer 2 and the base material 1 are discolored when converted to a silica thin film at a high temperature, the firing temperature is preferably as low as possible. For this purpose, by adding a catalyst such as palladium or amine to the polysilazane solution, the calcination temperature can be greatly lowered to about 250 ° C. or less and about 150 ° C.
The flat metal plate 1 on which the color coat layer 2 and the glassy coating layer 3 are formed by the above-described steps is subjected to drawing and punching, so that the window portion 4 and the peripheral curl portion 5 are formed as shown in FIG. The cover 6 for a cellular phone in which is integrally formed is obtained.
The vitreous coating layer formed by the method according to the present invention has high peel resistance, and no cracking or peeling occurs even in a corner portion where tensile force or compressive force acts by press molding or punching molding. Therefore, in addition to the cover of the mobile phone, for example, when used for a case of a household electric appliance, a glassy coating layer can be formed before molding, so that the production process is greatly improved.
1…偏平な金属板、2…カラーコート層、3…ガラス質コーティング層、4…窓部、5…周縁のカール部、6…携帯電話のカバー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flat metal plate, 2 ... Color coat layer, 3 ... Glassy coating layer, 4 ... Window part, 5 ... Curl part of a periphery, 6 ... Cover of a mobile telephone.
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