JP3453257B2 - 耐食性に優れた発色チタンの製造方法およびその発色チタン - Google Patents
耐食性に優れた発色チタンの製造方法およびその発色チタンInfo
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Description
や各種の装飾用途に適する、耐食性に優れた発色チタン
を製造する方法に関する。なお、本発明において、チタ
ンとは純チタンおよびチタン合金をまとめて総称するも
のである。
と総称する)の発色処理は、陽極酸化法が一般的に広く
用いられている。これは、リン酸や硫酸などを電解質に
用い、チタンを陽極として電圧を加え、チタンの酸化皮
膜を厚く成長させて、光の干渉作用を利用して色をつけ
る技術である。使用される電解液は、水溶液が一般的で
あり、リン酸や硫酸の単独の水溶液もしくは混合水溶液
が使用されることが多い。
電解処理で得られた発色チタンは、屋外での耐食性、す
なわち色彩の安定性が必ずしも充分ではないことが指摘
されている。耐食性が低い原因は、電解処理に水溶液を
用いることに起因している。すなわち、水溶液中での陽
極酸化では、形成される膜の成分が水和し、TiO2 ・
xH2 O(水和チタン酸化物)のような形になりやす
く、耐食性が悪く、さらに膜が比較的軟質で素地との付
着力も弱い。ところが、水を含まない溶融塩中で、陽極
酸化を実施すると、水和していない耐食性に優れたTi
O2 が生成し、さらにこの膜は硬質で密着性に優れるこ
とが知られている。
高いが、水を含まないイオン性融体である溶融塩を電解
質に使用した発色方法として、特開平2−170985
号公報には、酸化性溶融塩中で陽極酸化する方法が開示
されている。酸化力の強い溶融塩として、硝酸ナトリウ
ムや硝酸カリウムが例示されている。
は、溶融硝酸塩と亜硝酸塩を混合した浴を用いる方法が
開示されている。この混合塩は融点が低く、浴温150
〜200℃で発色処理が可能であり、しかも酸化力を有
するため電解電流が少なくて済むという利点がある。こ
れは、溶融状態の硝酸塩では、主に、 NO3 - +e- =NO2 +O2- の反応が起こり、反応が起こった分だけ外部から供給す
る電流を節約できるというものである。
用に際しては生産設備上の制約が多い。少なくとも、廃
液処理、排ガス処理、加熱保温設備、溶融塩洗浄設備が
新たに必要となり、発色チタンの大きなコスト上昇につ
ながり、安価で耐久性と意匠性の高い材料が求められる
建築建材や家電製品などへ適用は不可能である。
般に普及している水溶液を用いた陽極酸化設備におい
て、電解液組成を変更するだけで、安価で耐食性に優れ
た発色チタンを製造する方法の提供を目的とする。
での電解液の種類と組成を広範囲に変化させ、多数の発
色チタン材を作製し、耐食性を調査した結果、以下の全
く新しい事実を得た。 硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンを含む水溶液中で陽
極酸化した発色チタンは、高い耐食性を示す。 硝酸イオンおよび亜硝酸イオンの濃度が0.2mol/l
(リットル)以上になると、25V程度の浴電圧で火花
放電が起こり、金属チタンの溶解と同時に多孔質の皮膜
が生成し耐食性(耐変色性)が向上する。また、この火
花放電に伴い、チタン表面に微少な凹凸が多数生じ、意
匠性も向上する。
であって、耐食性に優れた発色チタンを得るに際し、硝
酸イオンもしくは亜硝酸イオンのうちの1種以上を含
み、該イオンの総和を0.2mol/l(リットル)以上と
した水溶液中で、チタンを陽極として火花放電電圧下で
電解処理することを特徴とする。前記火花放電電圧は1
50V以下であることが好適である。さらには、火花放
電を発生させることによって多孔質の酸化皮膜を生成さ
せて耐食性(耐変色性)を著しく向上させた発色チタン
を得ることができる。
る。本発明の電解処理に用いる硝酸イオンもしくは亜硝
酸イオンは、水溶液を用いた陽極酸化処理において生成
する水和チタン酸化物皮膜(TiO2 ・xH2 O)の耐
食性(耐変色性)を向上させる作用がある。硝酸イオン
および亜硝酸イオンは、水溶液中では、それぞれNO3
- ,NO2 - として陰イオンで存在し、陽極酸化時に正
極であるチタンに化学的に作用し表面皮膜の耐食性を増
大させる。また、硝酸イオンと亜硝酸イオンは、負の電
荷を有するため、陽極酸化時には正極となるチタン表面
に集積する。このため、0.01mol/lの極微量の添加
であっても、その効果を発揮する。但し、発色チタンの
耐食性を著しく向上させる必要がある場合には、硝酸イ
オンと亜硝酸イオンを合計して0.2mol/l以上添加す
ることが望ましい。
を向上させる作用機構であるが、後述するように、これ
らイオンと同じく酸化力の強い、重クロム酸イオン、過
マンガン酸イオンでは発色チタンの耐食性が向上しない
ことから、イオン種の酸化力の強さが原因ではない。こ
の点で、本発明は、酸化力のある溶融状態イオンを必須
とし、酸化力の不足を電解処理で補うという特開平2−
170985号公報記載の着色方法とは、原理的に異な
る。また、実施例で述べるが、硝酸イオンもしくは亜硝
酸イオンが0.2mol/l以上になると、通常は150V
以上でしか発生しない皮膜内での火花放電が、25V程
度で起こることから、これらイオンは皮膜に、直接、化
学的に作用しその性質を変化させているものと考えられ
る。
酸イオンおよび亜硝酸イオンが存在すればよい。その添
加方法は特に制限されないが、一般的には、NaN
O3 ,NaNO2 ,KNO3 ,KNO2 などの硝酸塩、
亜硝酸塩として添加するとよい。また、電解液の組成と
して、硝酸イオンもしくは亜硝酸イオン以外には、どの
ようなイオンが共存しても構わない。一般には、安価で
廃液処理などの点から工業的に利用しやすい硫酸または
リン酸の単独もしくは混合水溶液に、硝酸イオンもしく
は亜硝酸イオンを硝酸塩もしくは亜硝酸塩の形で添加す
ることが望ましい。硝酸塩および亜硝酸塩としては、ナ
トリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム
塩が代表的なものであるが、これ以外にもあらゆる塩を
使用することができる。また、硝酸および亜硝酸とし
て、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンを添加しても構わな
い。
解液中で陽極酸化時に火花放電を生じさせると、多孔質
の酸化皮膜が生成し耐食性(耐変色性)が著しく向上す
る。また、火花放電に伴うチタンの溶解により、表面に
微少な凹凸が生じ独特な風合いとなり、意匠性も向上す
る。
しくは亜硝酸イオンの添加量の総和で0.2mol/l未満
の場合には、150V以上の浴電圧を加える必要があ
る。この場合には、うすい緑色もしくは灰色に近い独特
な色に発色する。ところが、硝酸イオンと亜硝酸イオン
の合計が、0.2mol/l以上になると、陽極酸化時に、
約25Vの浴電圧で、チタンに火花放電が生じるように
なる。硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンの添加による2
5V付近での火花放電により、チタンはブロンズ色、チ
ョコレート色、灰色などの独特な色に発色する。これら
の色は、浴電圧により制御可能である。
説明する。厚さ0.4mmのチタン(JIS第1種)を幅
70mm長さ150mmに切断し、表1に示した電解液中で
発色した。なお、陽極酸化時のチタンと対極(チタン
製)の距離は約30mmとし、浴温は恒温槽を用い15℃
に制御した。浴電圧は、所定の電圧をステップ状に加
え、60秒保持した後に回路を切断した。陽極酸化処理
は暗室内で実施し、火花放電の有無は目視観察により判
定した。試験片上に火花が見えたか見えないかで判断し
た。
を行い、試験前後での色の違いを目視で比較し、3段階
で評価した。×は明らかに色の変化が生じており、しか
も水滴の付着した部分が斑点状に変色したもの、○は試
験前後の発色チタンを並べてはじめて色の違いに気づく
程度のもの(水滴の模様も残らない)、◎は試験前後の
発色チタンを並べても色の違いを容易に認識し得ないも
のである。これらの判定は、北天昼光の射し込む室内で
3人で行った。サイクル腐食試験は、人工海水噴霧
(35℃,4時間)、乾燥(60℃,2時間)、湿
潤(50℃,相対湿度95%以上,2時間)を、この順
序で1サイクルとして、60サイクル行った。
び25,30は、発色チタンの耐変色性に及ぼすイオン
含有量と火花放電の影響を示したものである。番号25
のように、火花放電が起こっても、硝酸イオンもしくは
亜硝酸イオンが添加されていない場合には耐変色性は向
上しない。しかし、番号18〜22および30のように
硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンを添加した際には、火
花放電が起こると、耐変色性が向上する。電解電圧の増
加は、コストや生産性の点で好ましくないため、0.2
mol/l以上の硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンを添加
し、低い電圧で火花放電を生じさせ、耐変色性を高める
ことがコスト的には好ましいものと思われる。また、硝
酸イオンもしくは亜硝酸イオンの添加により、火花放電
の電圧が極端に低下することは、これらイオンの作用に
より生成する皮膜の性質が変化していることを示してい
る。番号23および24は、硝酸イオンもしくは亜硝酸
イオンと同じく酸化力の強い重クロム酸イオン、過マン
ガン酸イオンを添加したものであるが、耐変色性は全く
向上していなかった。このことから、本発明での硝酸イ
オンもしくは亜硝酸イオンの耐食性向上の作用は、イオ
ンの酸化力には無関係であることが分かる。
を示す。硫酸に硝酸イオン(硝酸ナトリウム)を添加す
ることで、電解電流が極端に低下することが分かる。こ
の際、電流は皮膜の成長に使われる酸化電流と、酸化皮
膜上での電子授受に伴う水からの酸素発生に消費される
電流の合計である。硝酸イオンを添加することにより、
その比率が変わる可能性もあるが、この図からも、硝酸
イオンの添加により、陽極酸化時に生成する酸化皮膜の
性質が全く異なることが分かる。
外装材、家電製品の外板などの各種装飾用途に適する耐
食性(耐変色性)に優れた発色チタンを提供することが
可能である。
添加の影響を示した図。
Claims (3)
- 【請求項1】 硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンのうち
の1種以上を含み、該イオンの総和を0.2mol/l(リ
ットル)以上とした水溶液中で、チタンを陽極として火
花放電電圧下で電解処理することを特徴とした、耐食性
に優れた発色チタンの製造方法。 - 【請求項2】 前記火花放電電圧が150V以下である
ことを特徴とした、請求項1記載の耐食性に優れた発色
チタンの製造方法。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の方法によって
製造され、表面に多孔質の皮膜を有することを特徴とし
た、耐食性に優れた発色チタン。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28109296A JP3453257B2 (ja) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 耐食性に優れた発色チタンの製造方法およびその発色チタン |
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JP28109296A JP3453257B2 (ja) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 耐食性に優れた発色チタンの製造方法およびその発色チタン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10130886A JPH10130886A (ja) | 1998-05-19 |
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Family
ID=17634234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28109296A Expired - Lifetime JP3453257B2 (ja) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | 耐食性に優れた発色チタンの製造方法およびその発色チタン |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1996
- 1996-10-23 JP JP28109296A patent/JP3453257B2/ja not_active Expired - Lifetime
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