JP2015044300A

JP2015044300A - 表面処理金属材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2015044300A
Application number: JP2013175438A
Authority: JP
Inventors: 知卯月; Satoru Uzuki; 友希河野; Yuki Kono
Original assignee: Cleanup Corp
Current assignee: Cleanup Corp
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】メタリックな外観を有する金属部品に用いて高温環境下で使用した場合でも、酸化による変色を防止することのできる表面処理金属材を提供する。【解決手段】五徳等、高温環境下で使用される金属部品に用いられ、高温による酸化に起因する変色を効果的に防止することのできる表面処理金属材１。金属光沢を有する金属基材２と、前記金属基材２の表面に形成された、膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ2換算値が６９０ｍｇ／ｍ2以上である塗膜３と、を有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、加熱時に酸化により生じる変色を効果的に防止することのできる表面処理金属材及びその製造方法に関するものである。

従来、７００℃前後の高温環境下において用いられる金属部品は、使用後すぐに表面が赤茶色や黒色に酸化し、変色してしまうという問題があった。

こうした問題は、例えば美的な外観が重視される家庭用キッチンでは、そこで使用されるガスレンジに設けられ、唯一炎に晒される環境下にある五徳（特許文献１参照）に特有の問題となっていた。特に、五徳に対してステンレス等の金属の色がそのまま表れるメタリックな外観が採用されている場合には、こうした問題は深刻なものになっていた。

そして、五徳等に金属部品の酸化による変色が発生した場合には、専用の洗剤を用いて磨くことで元の金属光沢を回復することが行われていた。しかし、金属光沢の回復後も金属部品を再び高温環境下で使用すれば、短時間で再び変色が発生してしまっていた。

特開平０５−２３１６４７号公報

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、メタリックな外観を有する金属部品として高温環境下で使用した場合でも、酸化による変色を防止することのできる表面処理金属材及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上述した課題を解決するために、メタリックな外観を有する金属部品として高温環境下で使用した場合でも酸化による変色を防止することのできる表面処理金属材及びその製造方法を発明した。

第１発明に係る表面処理金属材は、金属光沢を有する金属基材と、前記金属基材の表面に形成された、膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ₂換算値が６９０ｍｇ／ｍ²以上である塗膜と、を有することを特徴とする。

第２発明に係る表面処理金属材は、第１発明に係る表面処理金属材において、前記塗膜はガラスコーティング層であることを特徴とする。

第３発明に係る表面処理金属材は、第１又は第２発明に係る表面処理金属材において、前記金属基材はステンレスであることを特徴とする。

第４発明に係る表面処理金属材は、第１乃至第３発明に係る表面処理金属材において、前記金属基材の表面には凹凸加工処理が行われ、前記凹凸加工処理が行われている前記金属基材の前記表面に前記塗膜が形成されていることを特徴とする。

第５発明に係る表面処理金属材の製造方法は、金属光沢を有する金属基材をＳｉを含むコーティング液に浸潤させ引き上げるディッピング工程と、前記ディッピング工程後の前記金属基材を焼成する焼成工程と、を有し、前記ディッピング工程と前記焼成工程とを行うことで、前記金属基材の表面に膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ₂換算値が６９０ｍｇ／ｍ²以上である塗膜を形成することを特徴とする。

上述した構成からなる第１〜第５発明によれば、メタリックな外観を有する金属部品に用いて高温環境下で使用した場合でも酸化による変色を防止することのできる表面処理金属材を提供することができる。

また、第４発明によれば、塗膜により表面処理金属材の表面に現れる虹色を低減することができる。

本発明の実施形態に係る表面処理金属材を示す断面図である。本発明の実施形態に係る表面処理金属材の製造工程を示すフローチャートである。本発明の変形例に係る表面処理金属材を示す断面図である。表面処理金属材の酸化を防止することのできるＳｉＯ₂換算値と塗膜の膜厚の範囲を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態としての表面処理金属材及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る表面処理金属材１を示す断面図である。表面処理金属材１は、金属基材２と、金属基材２の表面に形成された塗膜３とにより構成されている。

金属基材２は、金属光沢を有する金属製の基材であり、素材としてＳＵＳ３０４等のステンレスの他、各種金属又は金属合金が用いられている。金属基材２は、板状や棒状等、表面処理金属材１の用途により様々な形状を採用することができる。

塗膜３は、金属基材２の表面に形成されている、ＳｉＯ₂を主成分とするガラスコーティング層である。塗膜３の膜厚及びＳｉＯ₂換算値の上限は、金属基材２の材質及び使用環境により好適な値が決定される。なお、このＳｉＯ₂換算値は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定される。

次に、本実施形態に係る表面処理金属材１の製造方法について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る表面処理金属材１の製造工程を示すフローチャートである。

まず、金属基材２がＳｉを含むコーティング液に浸潤された後引き上げられることで、金属基材２の表面にＳｉを含むコーティング液の薄層を形成するディッピング工程が行われる（ステップＳ１）。

より詳細には、このディッピング工程は、主に金属基材２の脱脂、水洗、Ｓｉを含むコーティング液への浸潤、Ｓｉを含むコーティング液からの所定の速度による引き上げ及び乾燥の各工程を順に実行することで行われる。

このとき用いられるＳｉを含むコーティング液として、本実施形態においては−（ＳｉＨ₂ＮＨ）−を基本ユニットとする有機溶剤に可溶な無機ポリマーであるポリシラザンをジブチルエーテルで希釈した溶液が用いられているが、他の種類のＳｉを含むコーティング液を用いても良い。

次に、引き上げ工程によりＳｉを含むコーティング液の薄層が形成された金属基材２を所定の温度に加熱し焼成する焼成工程が行われる（ステップＳ２）。このときの焼成は１００℃〜７５０℃で行われる。

焼成工程によりＳｉを含むコーティング液の薄層中に含まれるポリシラザンが水分や酸素と反応し、高純度シリカ（ＳｉＯ₂）に化学変化することで、ガラスコーティング層である塗膜３が形成され、本実施形態に係る表面処理金属材１の製造が完了する。

なお、本実施形態に係る表面処理金属材１は、金属光沢を有する金属基材２の表面にそのまま塗膜３が形成されていた。しかし、ガラスコーティング層である塗膜３は、その膜厚が１μｍ以下である場合、光の加減により虹色の干渉色を呈することがある。こうした干渉色を目立たなくするために、例えば金属基材２の表面に各種の加工を施しても良い。

図３は、本発明の変形例に係る表面処理金属材１を示す断面図である。図３に示すように、金属基材２の表面にヘアライン等の微細な凹凸加工２１を施してもよい。こうした凹凸加工２１を施すことにより、干渉色を目立たなくすることができる。

高温環境下で使用した場合でも酸化による表面処理金属材の変色を防止することのできる塗膜３の膜厚とＳｉＯ₂換算値の範囲について説明する。

表１は、表面処理金属材１の酸化を防止することのできるＳｉＯ₂換算値と塗膜３膜厚の範囲を示す表であり、図４は、表面処理金属材１の酸化を防止することのできるＳｉＯ₂換算値と塗膜３の膜厚の範囲を示すグラフである。なお、図４のグラフは表１の数値を反映したものである。

まず、表１に示すように塗膜３の膜厚とＳｉＯ₂換算値の異なる表面処理金属材１について、それぞれ高温環境下で酸化試験を行った。

この酸化試験は、いかなる方法を用いても良いが、例えば表面処理金属材１がガスコンロにおける五徳として用いられる場合には、水鍋試験と呼ばれる試験により行われる。

水鍋試験は、２リットルの水を入れた鍋を五徳の上に載せ、３０分間、４．２ｋＷ（３６１０ｋｃａｌ／ｈ）の炎で加熱することを４回、すなわち合計で２時間繰り返すという試験であり、３０分毎に鍋の水が入れ替えられる。そして、合計２時間の加熱後、五徳の表面の酸化の有無が目視で確認される。表１と図４は、こうした水鍋試験を行うことで得られた知見が反映されている。

こうした酸化試験の結果、表１の太枠内及び図４の斜線で示す範囲内、具体的には塗膜３の膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ₂換算値が６９０ｍｇ／ｍ²以上となる範囲において、酸化が効果的に防止されることが判明した。

なお、塗膜３のＳｉＯ₂換算値が２１８１ｍｇ／ｍ²以上になると、加熱時に金属基材２と塗膜３の線膨張率の差により表面処理金属材１に割れが生じることがある。そのため、塗膜３のＳｉＯ₂換算値は２１８１ｍｇ／ｍ²未満であることが好ましい。

上述した本実施形態に係る表面処理金属材１によると、メタリックな外観を有する金属部品に用いて高温環境下で使用した場合でも、酸化による変色を防止することができる。

１表面処理金属材
２金属基材
３塗膜
２１凹凸加工

Claims

金属光沢を有する金属基材と、
前記金属基材の表面に形成された、膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ₂換算値が６９０ｍｇ／ｍ²以上である塗膜と、
を有することを特徴とする表面処理金属材。
前記塗膜はガラスコーティング層であることを特徴とする請求項１記載の表面処理金属材。
前記金属基材はステンレスであることを特徴とする請求項１又は２記載の表面処理金属材。
前記金属基材の表面には凹凸加工処理が行われ、前記凹凸加工処理が行われている前記金属基材の前記表面に前記塗膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の表面処理金属材。
金属光沢を有する金属基材をＳｉを含むコーティング液に浸潤させ引き上げるディッピング工程と、
前記ディッピング工程後の前記金属基材を焼成する焼成工程と、
を有し、前記ディッピング工程と前記焼成工程とを行うことで、前記金属基材の表面に膜厚が４８０ｎｍ〜９００ｎｍで、ＳｉＯ₂換算値が６９０ｍｇ／ｍ²以上である塗膜を形成することを特徴とする表面処理金属材の製造方法。