JP4143771B2 - チタン系材料の表面加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙航空産業、自動車産業、眼鏡フレーム、時計装飾品、スポーツ用品、医療用材料等の分野で利用が期待される耐食性、耐熱性に優れた軽くて強いチタン系材料の水溶性表面加工剤およびその加工方法を提供することである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、チタンおよびチタン合金の研磨油剤および研磨方法としては、燐酸、酢酸、フッ酸の混合液およびフッ酸、過酸化水素水の混合液を組み合わせた化学研磨液（特開平４−８８１７８号）、電解液を用いた電解複合研磨（応用機械工学、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．８、１６１〜１６６（１９８７））、バフ液としてアルミナ粉末としゅう酸水溶液を持ったバフ研磨（特開平３−１７０６４９号）が知られているが、いずれも研磨時間がかかったり、また危険であるという問題点がある。また応用機械工学、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．８、１６１〜１６６（１９８７）には水を用いて湿式バフ研磨を行うとむしれの生じた凹凸の激しい面になるだけでなく、研磨材の結合剤の損耗並びに砥粒の摩耗が激しく起こることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、水溶性であり危険な化合物を使用することなく、切り屑除去性に優れた鏡面研磨、梨地の創成、テクスチャー加工などに用いる表面加工剤を使用することにより短時間でチタン系材料の表面加工を行うことを目的としたものである。
【０００４】
なお、鏡面研磨は粒子の細かい砥粒を用いて、表面をなめらかに加工する方法であり、一方、テクスチャ加工は、ディスク等の表面に溝を形成する方法てある。これらは、表面の凹凸をなくすか（鏡面加工）つけるか（梨地の創成、テクスチャー加工）の相違はあるがいずれも表面を一様に加工する方法であり、本発明では、これらを包含する上位概念の意味で「表面加工」なる表現を用いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の目的を達成するために、鋭意検討した結果、特定の界面活性剤を用いた水溶性表面加工剤が上記問題点を解決するために有効であることを見いだした。
【０００６】
本発明は、以下の項１〜項５を提供するものである。
【０００７】
項１． 脂肪酸系界面活性剤を含有することを特徴とするチタン系材料の水溶性表面加工剤。
【０００８】
項２． さらに鉱油を含む項１に記載の表面加工剤。
【０００９】
項３． 項１または２に記載の水溶性表面加工剤の水溶液の存在下にチタン系材料を固定砥粒工具で加工することを特徴とするチタン系材料の表面加工方法。
【００１０】
項４． 表面加工が鏡面研磨である項３に記載の方法。
【００１１】
項５． 表面加工が梨地の創成およびテクスチャ加工である項３に記載の方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
脂肪酸系界面活性剤は、とくに限定的ではないが、カルボン酸残基１個あたり４〜５０、好ましくは１０〜４０の炭素を有する脂肪酸であって、直鎖又は分枝を有していてもよく、−ＳＳ−結合を介してアルキル基を結合した構造を有していてもよい。具体的にはモノカルボン酸、ジカルボン酸、あるいは多価カルボン酸の脂肪酸系界面活性剤が包含され、より具体的には、ブタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、ナフテン酸、ダイマー酸、リシノール酸縮合物、アルキルコハク酸、硫化脂肪酸等の脂肪酸のアルカリ金属、アルカノールアミン等の塩が挙げられる。脂肪酸系界面活性剤は単独でもよく、２種以上を混合して配合してもよい。
【００１３】
任意成分として鉱油を含む脂肪酸系界面活性剤を有する表面加工剤の場合、全体を１００部としたときの鉱油の配合比率としては、０〜８０部が好ましく、１０〜６０部が特に好ましく、２０〜５０部がさらに好ましい、また脂肪酸系界面活性剤は５〜８０部が好ましく、１０〜６０部が特に好ましく、さらに２０〜５０部が好ましい。
【００１４】
鉱油と脂肪酸系界面活性剤以外の第三成分としては、
ＥＤＴＡ等のキレート剤；
エタノール、ブタノール、ヘキサノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコール、ベンジルアルコール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等の低級アルコール乃至エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類；
非イオン界面活性剤、例えばアルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルアリルポリオキシエチレンエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ポリグリセリンエステル、ソルビタンエステル、ショ糖エステル；
などが挙げられ、これらは前記表面加工剤１００部に対して５〜４０部程度配合される。
【００１５】
本発明のチタン系材料は、チタン単体及びチタン合金が挙げられ、該チタン合金は、チタンとＦｅ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｖ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｍｏ等の金属との合金が挙げられる。
【００１６】
表面加工方法として上記チタン、チタン合金等のチタン系材料の水溶性表面加工剤組成物を水に希釈しチタン系材料の水溶性表面加工剤としたのち固定砥粒工具で加工することを特徴とするチタンおよびチタン合金の加工方法を提供する。
【００１７】
固定砥粒工具としては、研磨テープ、ラッピングフィルム、ラッピングディスク等に、ＳｉＣ、ダイヤモンド等の砥粒を固定したものが好ましいが、これらに限定されることはない。粒子径の比較的大きい砥粒を固定すると、テクスチャー加工を行うことができ、粒子径の比較的小さい砥粒を固定すると、鏡面加工に使用することができる。
【００１８】
上記、水溶性表面加工剤は、水、イオン交換水、純水等で希釈して用いられ、希釈倍率としては３〜２００倍が好ましく、５〜１００倍が特に好ましい。
【００１９】
加工方法は、チタンおよびチタン合金に固定砥粒工具を押しつけ、水溶性表面加工剤を供給しながら、固定砥粒工具またはチタン、チタン合金を振動または揺動させ、同時に送りを与えながら研磨を行う。
【００２０】
押しつけ圧力、振動数、送り速度は限定的ではなく、チタン系材料の研磨面形状によって異なり、当業者であれば、適宜決定することができる。水溶性表面加工剤供給量は、チタンおよびチタン合金の大きさによって異なるが、たとえば、２×２ｃｍの平板研磨の場合、１０ｍｌ／ｍｉｎ以上が好ましく、とくに５０ｍｌ／ｍｉｎ以上が好ましい。
【００２１】
以下、実施例によって説明する。
【００２２】
【実施例】
配合例１〜６、比較配合例１〜４
配合１〜６、比較配合１〜４を表１に示す。
【００２３】
【表１】

実施例１〜２０、比較例１〜１１
配合例１〜６および比較配合例１〜３の研磨油剤組成物を５倍、２０倍、８０倍に、また配合例７、８をそれぞれ１０倍、３０倍に、比較配合例４を５０倍に水で希釈した液および水を研磨油剤とし、この研磨油剤を供給しながらＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（大きさ22×22×2mm)平板を振動させ、回転しながら送りを与えている研磨フィルム（ＳｉＣ#2000、幅100mm）に22×22mm面を押しつけながら研磨加工を行った。
【００２４】
研磨条件は以下のとおりである。
【００２５】
・研磨油剤供給量 200ml/min
・Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ平板の振動数 ２Ｈｚ
・研磨フィルムの回転数 75rpm
・研磨フィルムの送り 10mm/min
・押し付け圧 1.5kgf/cm²
研磨開始50秒後の１０点平均粗さ（Ｒｚ）（研磨前はＲｚ〜500nm）を表２に示す。
【００２６】
【表２】

研磨加工時、および加工後の切り屑洗浄性は、実施例１〜１８では、極めて良好であり研磨フィルムへの付着はほとんどなく、比較例１〜９は切り屑の付着が少し見られ研磨フィルムが切り屑により黒変していた。比較例１０では、かなり多くの切り屑が付着しており、洗浄性も悪かった。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明はチタン系材料に安全な水溶性表面加工剤を使用することにより、また固定砥粒工具で加工することにより、切り屑除去性に優れ、短時間で鏡面研磨、梨地の創成、テクスチャ加工が達成できること等、優れた効果が得られる。したがって、高精度の表面性状を要求されるチタン系材料の製造に適している。

Claims (4)

1. 硫化オレイン酸カリウム、オレイン酸カリウムおよびリシノール酸カリウムからなる群から選ばれた少なくとも一つの脂肪酸系界面活性剤を含有するチタン系材料の水溶性表面加工剤、或いは、硫化オレイン酸カリウム、オレイン酸カリウムおよびリシノール酸カリウムからなる群から選ばれた少なくとも一つの脂肪酸系界面活性剤および鉱油を含有するチタン系材料の水溶性表面加工剤の水溶液の存在下にチタン系材料を固定砥粒工具で加工することを特徴とするチタン系材料の表面加工方法。
2. 表面加工が研磨加工である請求項１に記載の方法。
3. 表面加工が鏡面研磨である請求項１に記載の方法。
4. 表面加工が梨地の創成またはテクスチャー加工である請求項１に記載の方法。