JP5591758B2 - Aqueous solution for blackening treatment of metal surface and blackening treatment method - Google Patents

Aqueous solution for blackening treatment of metal surface and blackening treatment method Download PDF

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Description

本発明は、金属表面を黒色化する処理液及び処理方法に関する。   The present invention relates to a treatment liquid and a treatment method for blackening a metal surface.

金属表面を着色し、もとの金属に付加価値を付与する技術は、古くから行われている。その中でも、黒色化金属は、建築材料、インテリア部品、アクセサリーなど、装飾性や美観性が求められる分野に用いられている。また、黒色化金属は光の反射を抑制できるため、光学系装置や部品としての要求も多い。   A technique for coloring a metal surface and adding added value to the original metal has been performed for a long time. Among them, blackened metals are used in fields that require decorativeness and aesthetics, such as building materials, interior parts, and accessories. Further, since the blackened metal can suppress the reflection of light, there are many demands as an optical system device and parts.

従来から金属表面を黒色化する技術は数多く開示されている。
(1)特開昭53−52249号公報には「金属チタンを弗化水素1重量パーセント以下の希弗化水素酸水溶液に浸漬し、該金属表面に黒色被膜を密着生成せしめることを特徴とする金属チタンの表面処理方法」が開示されている。
(2)特開昭62−260070号公報には「チタンまたはチタン合金を50℃以上の硫酸水溶液で処理したのち、弗酸水溶液で処理することで、黒色チタン材を製造する方法」が開示されている。
(3)特開昭63−195295号公報には、「アルミニウム、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブまたはその合金の上に装飾皮膜を作製する方法において、パルス電解法とプラズマ化学反応を組み合わせる方法」が開示されている。
(4)特開平02−93097号公報には、「チタン及びチタン合金の表面に、陽極酸化処理を施した後に、還元雰囲気中において、少なくとも600℃以上の温度で加熱処理することを特徴とするチタン及びチタン合金の黒色皮膜形成法」が開示されている。
(5)特開平02−170984号公報には、「ホウフッ化水素酸溶液または酸性フッ化カリウム溶液を用いてチタンまたはチタン合金を処理することにより、着色皮膜を形成させる方法」が開示されている。
Conventionally, many techniques for blackening a metal surface have been disclosed.
(1) Japanese Patent Laid-Open No. 53-52249 discloses that “a metal film is immersed in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution of 1 weight percent or less of hydrogen fluoride to form a black coating on the metal surface. "Titanium metal surface treatment method" is disclosed.
(2) Japanese Patent Laid-Open No. 62-260070 discloses “a method of producing a black titanium material by treating titanium or a titanium alloy with a sulfuric acid aqueous solution at 50 ° C. or higher and then treating with a hydrofluoric acid aqueous solution”. ing.
(3) Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-195295 discloses a “method of combining a pulse electrolysis method and a plasma chemical reaction in a method of producing a decorative film on aluminum, titanium, tantalum, zirconium, niobium or an alloy thereof”. It is disclosed.
(4) Japanese Patent Laid-Open No. 02-93097 states that “the surface of titanium and a titanium alloy is subjected to an anodizing treatment and then heat-treated at a temperature of at least 600 ° C. in a reducing atmosphere. "Method for forming black film of titanium and titanium alloy" is disclosed.
(5) Japanese Laid-Open Patent Publication No. 02-170984 discloses a “method for forming a colored film by treating titanium or a titanium alloy with a borohydrofluoric acid solution or an acidic potassium fluoride solution”. .

特開昭53−52249号公報JP-A-53-52249 特開昭62−260070号公報JP 62-260070 A 特開昭63−195295号公報JP-A 63-195295 特開平02−93097号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-93097 特開平02−170984号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-170984

上述のとおり、金属表面を着色、特に黒色化する方法は数多く開示されている。しかしながら、その方法としては、処理液温度が例えば50℃以上のような高温であったり、パルス電解、陽極電解などの電解処理を行うなど、処理工程としては、過酷、煩雑なものが多く、作業環境としては決して良いとはいえない。また、特許文献1では、チタン金属を、フッ化水素酸溶液やホウフッ化水素酸溶液に、室温付近で処理する方法も開示されているが、形成される黒色被膜の黒色度合いは決して満足できるものではなく、実用的に使用できる分野は限られているのが実情である。
そこで本発明は電解処理を伴わず、金属を黒色化処理液に接触させるという簡便な方法で、さらに、処理温度も室温付近というマイルドな条件でも実用的に有効な黒色化金属を形成できる黒色化処理液及び黒色化処理方法を提供することを課題とする。
As described above, many methods for coloring, particularly blackening, the metal surface have been disclosed. However, there are many harsh and cumbersome processing steps, such as a high processing solution temperature of, for example, 50 ° C. or higher, and electrolytic treatment such as pulse electrolysis and anodic electrolysis. The environment is never good. In addition, Patent Document 1 discloses a method of treating titanium metal with a hydrofluoric acid solution or a borohydrofluoric acid solution at around room temperature. However, the blackness of the formed black film is never satisfactory. Rather, the fields that can be used practically are limited.
Therefore, the present invention is a simple method in which the metal is brought into contact with the blackening solution without electrolytic treatment, and further, blackening that can form a practically effective blackening metal even under mild conditions where the processing temperature is near room temperature. It is an object to provide a treatment liquid and a blackening treatment method.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究したところ、金属表面を、室温付近というマイルドな条件において、(A)フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンよりなる群から選択される1種又は2種以上、(B)極性非プロトン性溶媒の1種又は2種以上、を必須の構成成分とする水溶液で処理することにより、均一な黒色系外観が得られることを見出し、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-mentioned problems. As a result, the metal surface is selected from the group consisting of (A) fluoride ions, borofluoride ions, and silicofluoride ions under mild conditions near room temperature. 1 or 2 or more, (B) 1 or 2 or more types of polar aprotic solvents, it is found that a uniform black appearance can be obtained by treating with an aqueous solution containing essential components. The present invention has been completed.

上記知見を基礎として完成した本発明は一側面において、以下の(A)及び(B)の成分を含有する金属の表面の黒色化処理用水溶液である。
(A)成分:フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンよりなる群から選択される1種又は2種以上;
(B)成分:極性非プロトン性溶媒の1種又は2種以上
In one aspect, the present invention completed based on the above knowledge is an aqueous solution for blackening treatment of a metal surface containing the following components (A) and (B).
(A) component: 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of fluoride ion, borofluoride ion, and silicofluoride ion;
Component (B): one or more polar aprotic solvents

本発明に係る黒色化処理用水溶液は一実施形態において、前記極性非プロトン性溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミドである。   In one embodiment of the blackening treatment aqueous solution according to the present invention, the polar aprotic solvent is N, N-dimethylformamide.

本発明に係る黒色化処理用水溶液は別の一実施形態において、前記金属が、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W及びReのいずれかであるか、又はそれらの1種又は2種以上を含む合金である。   In another embodiment of the aqueous solution for blackening treatment according to the present invention, the metal is Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, and Re. Or an alloy containing one or more of them.

本発明に係る黒色化処理用水溶液は更に別の一実施形態において、(A)成分の合計濃度が、0.01〜10質量%の範囲である。   In another embodiment of the blackening treatment aqueous solution according to the present invention, the total concentration of the component (A) is in the range of 0.01 to 10% by mass.

本発明に係る黒色化処理用水溶液は更に別の一実施形態において、(B)成分の合計濃度が、1〜60質量%の範囲である。   In another embodiment of the blackening treatment aqueous solution according to the present invention, the total concentration of the component (B) is in the range of 1 to 60% by mass.

本発明は別の一側面において、本発明に係る上記いずれかの黒色化処理用水溶液に金属の表面を接触させる黒色化工程を含む金属の表面の黒色化処理方法である。   In another aspect, the present invention is a method for blackening a metal surface, which includes a blackening step of bringing the metal surface into contact with any one of the blackening aqueous solutions according to the present invention.

本発明に係る黒色化処理方法は一実施形態において、前記黒色化工程を実施する前に、少なくともフッ化物イオンを含み、極性非プロトン性溶媒を含有しない溶液に金属の表面を接触させる前処理工程を含む。   In one embodiment, a blackening treatment method according to the present invention is a pretreatment step in which a metal surface is brought into contact with a solution containing at least fluoride ions and not containing a polar aprotic solvent before performing the blackening step. including.

本発明に係る黒色化処理方法は一実施形態において、前記黒色化工程を実施した後に、表面が黒色化された金属に対してさらに200〜450℃の加熱処理を施す後処理工程を含む。   In one embodiment, the blackening treatment method according to the present invention includes a post-treatment step of further performing a heat treatment at 200 to 450 ° C. on the metal whose surface is blackened after performing the blackening step.

本発明は更に別の一側面において、本発明に係る黒色化処理方法によって得られた表面が黒色化した金属である。   In still another aspect of the present invention, the metal obtained by the blackening treatment method according to the present invention has a blackened surface.

本発明に係る黒色化処理用水溶液を使用すれば、電解処理を伴わず、金属を当該水溶液に接触させるという簡便な方法で、さらに、処理温度も室温付近というマイルドな条件でも実用的に有効な黒色化金属を形成できるという格別の効果が得られる。   If the aqueous solution for blackening treatment according to the present invention is used, it is practically effective even in mild conditions such that the metal is brought into contact with the aqueous solution without electrolytic treatment, and the treatment temperature is also near room temperature. A special effect that a blackened metal can be formed is obtained.

たとえば、チタンをフッ素系化合物を含む溶液で処理することで着色皮膜を形成させる方法は数多く開示されている。しかしながら、フッ素系化合物を含む処理溶液でチタンを処理しても、処理溶液が極性非プロトン性溶媒を含有しない場合、チタン表面が溶解するだけで、わずかに着色する程度である。しかし、本発明のように、(A)フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンよりなる群から選択される1種又は2種以上に加え、(B)極性非プロトン性溶媒の1種又は2種以上を含有させた水溶液で処理することにより、均一で黒味の強い黒色皮膜が形成できる。そのメカニズムについては不明ではあるが、以下のとおり推察される。フッ素系化合物を含むが極性非プロトン性溶媒を含有しない水溶液で処理した場合、チタンは溶解するが、そのとき、水溶性のフッ化チタン化合物となるため、単に溶解するだけであり、金属表面は着色しない。これに対し、極性非プロトン性溶媒を併用することで、チタンイオンやフッ化物イオンの溶液中における溶媒和状態及び溶解度が水溶液の場合に比べ変化を起こすことで、不溶性のチタン化合物が金属表面に形成しやすくなり、沈着するものと考えられる。この不溶性のチタン化合物が黒色となっているものと思われる。   For example, many methods for forming a colored film by treating titanium with a solution containing a fluorine compound have been disclosed. However, even if titanium is treated with a treatment solution containing a fluorine-based compound, if the treatment solution does not contain a polar aprotic solvent, the titanium surface is only dissolved and slightly colored. However, as in the present invention, in addition to (A) one or more selected from the group consisting of fluoride ions, borofluoride ions and silicofluoride ions, (B) one or more polar aprotic solvents or By treating with an aqueous solution containing two or more, a uniform and strong black film can be formed. Although the mechanism is unknown, it is presumed as follows. When treated with an aqueous solution containing a fluorine-based compound but not containing a polar aprotic solvent, titanium dissolves, but at that time, it becomes a water-soluble titanium fluoride compound, so it simply dissolves, and the metal surface is Do not color. In contrast, when a polar aprotic solvent is used in combination, the solvation state and solubility of titanium ions and fluoride ions in the solution change compared to the case of the aqueous solution, so that the insoluble titanium compound is deposited on the metal surface. It is thought to form easily and deposit. It seems that this insoluble titanium compound is black.

本発明に係る金属表面の黒色化処理液は、以下の(A)及び(B)の成分の両方を含有する水溶液として提供されることが特徴である。
(A)成分:フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンよりなる群から選択される1種又は2種以上;
(B)成分:極性非プロトン性溶媒の1種又は2種以上
The metal surface blackening treatment liquid according to the present invention is provided as an aqueous solution containing both of the following components (A) and (B).
(A) component: 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of fluoride ion, borofluoride ion, and silicofluoride ion;
Component (B): one or more polar aprotic solvents

(A)成分の供給源としては、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、及びケイフッ化水素酸等の酸やこれらの塩が挙げられる。理論によって本発明が限定されることを意図しないが、(A)成分は金属表面を溶解する作用を果たすと考えられる。(A)成分としては金属の酸化皮膜及び金属自体を速やかに溶解させることができることから、フッ化物イオンが好ましく、フッ化水素酸のほか、アンモニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、タンタル、バナジウム若しくはマンガン等の金属とフッ素の塩、又はそれらの塩とフッ化水素の複塩をフッ化物イオンの供給源として好適に用いることができるが、フッ化水素酸が最も好適に用いられる。   (A) As a supply source of a component, acids, such as hydrofluoric acid, borohydrofluoric acid, and silicohydrofluoric acid, and these salts are mentioned. Although it is not intended that the present invention be limited by theory, it is believed that component (A) serves to dissolve the metal surface. As the component (A), a metal oxide film and the metal itself can be dissolved quickly, and therefore fluoride ions are preferable. In addition to hydrofluoric acid, ammonium, lithium, sodium, potassium, magnesium, tantalum, vanadium or A metal and fluorine salt such as manganese, or a double salt of such a salt and hydrogen fluoride can be preferably used as a fluoride ion supply source, and hydrofluoric acid is most preferably used.

(A)成分の合計濃度は、0.01〜10質量%が好適に用いられ、さらに好適には0.05〜5質量%が用いられ、最も好適には0.1〜3質量%が用いられる。濃度が10質量%よりも高い場合には、該イオンの金属表面に対する反応が強すぎ、金属表面が単に溶解するだけで、黒色化が困難である。一方、0.01質量%より低い場合には金属表面が溶解しない又は反応が非常に遅く、実用的ではない。   The total concentration of the component (A) is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 5% by mass, and most preferably 0.1 to 3% by mass. It is done. When the concentration is higher than 10% by mass, the reaction of the ions on the metal surface is too strong, and the metal surface simply dissolves, and blackening is difficult. On the other hand, when it is lower than 0.01% by mass, the metal surface does not dissolve or the reaction is very slow, which is not practical.

(B)成分として使用する極性非プロトン性溶媒は、理論によって本発明が限定されることを意図しないが、(B)成分は、(A)成分によって溶解した金属が黒色の不溶性化合物を形成して金属表面に沈着する反応を促進すると考えられる。また、黒色皮膜の均一性を向上させる役割も持っている。前記極性非プロトン性溶媒としては、限定的ではないが、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル(AN)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ホルムアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、及びヘキサメチルリン酸トリアミドから選ばれる1種又は2種以上が好適に用いられる。その中でもより黒味の強い処理外観が得られることからアセトニトリル(AN)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ホルムアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)がさらに好適に用いられ、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)が一層好適に用いられ、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)が最も好適に用いられる。   The polar aprotic solvent used as the component (B) is not intended to limit the present invention by theory, but the component (B) is a compound in which the metal dissolved by the component (A) forms a black insoluble compound. This is thought to promote the reaction that deposits on the metal surface. It also has the role of improving the uniformity of the black film. Examples of the polar aprotic solvent include, but are not limited to, tetrahydrofuran, acetone, acetonitrile (AN), N, N-dimethylformamide (DMF), formamide, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dimethyl-2- One or more kinds selected from imidazolidinone and hexamethylphosphoric triamide are preferably used. Among them, acetonitrile (AN), N, N-dimethylformamide (DMF), formamide, dimethyl sulfoxide (DMSO) are more preferably used because a darker treated appearance can be obtained, and N, N-dimethylformamide ( DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) are more preferably used, and N, N-dimethylformamide (DMF) is most preferably used.

前記極性非プロトン性溶媒は、前述のとおり、不溶性の黒色チタン化合物の形成に必要不可欠な化合物である。ただし、均一な黒色皮膜を得るには、その濃度は大変重要である。つまり、(B)成分の合計濃度としては1〜60質量%が好適に用いられ、さらに好適には10〜50質量%が用いられ、最も好適には20〜40質量%が用いられる。(B)成分の合計濃度が60質量%よりも高い場合には黒色化反応がほとんど進行せず、1質量%より低い場合には(A)成分による金属表面の溶解反応が速すぎ、単に金属が溶解するだけで、条件によっては着色するものの、実用的に使用できるほどの黒味を得るのは困難である。   As described above, the polar aprotic solvent is an indispensable compound for forming an insoluble black titanium compound. However, the concentration is very important to obtain a uniform black film. That is, the total concentration of the component (B) is preferably 1 to 60% by mass, more preferably 10 to 50% by mass, and most preferably 20 to 40% by mass. When the total concentration of the component (B) is higher than 60% by mass, the blackening reaction hardly proceeds, and when it is lower than 1% by mass, the dissolution reaction of the metal surface by the component (A) is too fast, and the metal Although it dissolves depending on the conditions, it is difficult to obtain a blackness that can be used practically.

また、(A)成分と(B)成分の質量比も外観に影響を及ぼす。典型的な実施形態においては、A/B比は5未満であり、より典型的な実施形態においては、A/B比は0.001〜0.5である。このような範囲にA/Bを設定することで、より良好な黒色外観を得ることができる。   The mass ratio of the component (A) and the component (B) also affects the appearance. In a typical embodiment, the A / B ratio is less than 5, and in a more typical embodiment, the A / B ratio is 0.001 to 0.5. By setting A / B in such a range, a better black appearance can be obtained.

本発明に係る黒色化処理用水溶液によって黒色化可能な金属は特に制限ないが、該処理液で処理したときに、溶解した金属イオンが黒色の不溶性化合物を形成しやすいという理由により、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Reが好適に用いられる。中でもMg、Al、Si、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Ta、Wが好適に用いられ、Mg、Al、Ti、Taがさらに好適に用いられ、Tiが最も好適に用いられる。   The metal that can be blackened by the blackening aqueous solution according to the present invention is not particularly limited. However, when treated with the treatment liquid, the dissolved metal ions easily form a black insoluble compound. Si, Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, and Re are preferably used. Among these, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Ta, and W are preferably used, Mg, Al, Ti, and Ta are more preferably used, and Ti is most preferably used.

これらの金属元素は純金属(不可避的に不純物が含まれるものを含む)、これらの金属元素を主要成分とする合金、又はそれらを添加元素とする合金のいずれも好適に用いられるが、純金属又はこれらの金属元素を主要成分とする合金が一層好適に用いられる。また、純金属又は合金は冶金学的に製造されたものに限定されず、湿式又は乾式のめっきを施して製造したものでもよい。つまり、本発明でいう金属とは、表面が金属でできた材料を指し、内部が金属以外の材料であっても構わない。例えばプラスチック表面を金属めっきしてできた材料も本発明でいう金属に該当する。   These metal elements are preferably pure metals (including those inevitably containing impurities), alloys containing these metal elements as main components, or alloys containing them as additive elements. Alternatively, an alloy containing these metal elements as main components is more preferably used. Further, the pure metal or alloy is not limited to those produced metallurgically, and may be produced by performing wet or dry plating. That is, the metal referred to in the present invention refers to a material whose surface is made of metal, and the inside may be a material other than metal. For example, a material obtained by metal-plating a plastic surface also corresponds to the metal in the present invention.

本発明に係る黒色化処理用水溶液には、(A)成分として使用可能なフッ化水素酸、ホウフッ化水素酸及びケイフッ化水素酸以外の、公知の酸を添加してもよい。例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ピロリン酸等の無機酸や、メタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルファミン酸、クエン酸、グルコン酸等の有機酸を酸の形又はそれらのナトリウム、カリウム、アンモニウム等の塩の形で添加すればよい。酸を添加することにより、黒色の度合いを変化させ、望みの色彩に調整できる。酸の添加量は、多すぎると、本来の黒色化反応を妨げ、また少なすぎると、効果がみられない。具体的には0.1〜30質量%程度とするのが好ましく、1〜20質量%程度とするのがより好ましい。これらの酸はフッ化水素酸に比べると一般に金属を溶解する力が弱いので 、この程度の濃度範囲であれば基本成分の効果を著しく妨げることはない。   A known acid other than hydrofluoric acid, borohydrofluoric acid, and silicohydrofluoric acid that can be used as the component (A) may be added to the blackening treatment aqueous solution according to the present invention. For example, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and pyrophosphoric acid, and organic acids such as methanesulfonic acid, phenolsulfonic acid, sulfamic acid, citric acid and gluconic acid in the form of acids or their sodium, potassium, What is necessary is just to add in the form of salts, such as ammonium. By adding an acid, the degree of black can be changed and adjusted to a desired color. If the amount of acid added is too large, the original blackening reaction will be hindered, and if it is too small, no effect will be observed. Specifically, it is preferably about 0.1 to 30% by mass, and more preferably about 1 to 20% by mass. Since these acids generally have a weaker ability to dissolve metals than hydrofluoric acid, the effect of the basic component is not significantly hindered within this concentration range.

本発明に係る黒色化処理用水溶液にはさらに、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、公知のカチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤が、適宜単独又は併用して用いられる。   A surfactant can be further added to the blackening aqueous solution according to the present invention. As the surfactant, known cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants are appropriately used alone or in combination.

カチオン系界面活性剤としては例えば、テトラ低級アルキルアンモニウムハライド、アルキルトリメチルアンモニウムハライド、ポリオキシエチレンアルキルメチルアンモニウムハライド等がある。アニオン系界面活性剤としては、アルキル(又はホルマリン縮合物)−β−ナフタレンスルホン酸(又はその塩)、アルキルスルホン酸塩系、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル(又はアルコキシ)ナフタレンスルホン酸塩等がある。ノニオン系界面活性剤としては例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(又はエステル)、ポリオキシアルキレンフェニル(又はアルキルフェニル)エーテル、ポリオキシアルキレンナフチル(又はアルキルナフトチル)エーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、等がある。両性界面活性剤としては例えば、2−アルキル−N−カルボキシメチル(又はエチル)−N−ヒドロキシエチル(又はメチル)イミダゾリニウムベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル(又はエチル)−N−カルボキシメチルオキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ジメチルアルキルベタイン等がある。   Examples of the cationic surfactant include tetra-lower alkyl ammonium halide, alkyl trimethyl ammonium halide, polyoxyethylene alkyl methyl ammonium halide, and the like. Examples of the anionic surfactant include alkyl (or formalin condensate) -β-naphthalene sulfonic acid (or salt thereof), alkyl sulfonate, alkyl benzene sulfonate, alkyl (or alkoxy) naphthalene sulfonate, and the like. . Nonionic surfactants include, for example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether (or ester), polyoxyalkylene phenyl (or alkylphenyl) ether, polyoxyalkylene naphthyl (or alkylnaphthyl) ether, polyoxy Ethylene alkylamine, etc. Examples of amphoteric surfactants include 2-alkyl-N-carboxymethyl (or ethyl) -N-hydroxyethyl (or methyl) imidazolinium betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl (or ethyl) -N-carboxy. Examples include methyloxyethyl imidazolinium betaine and dimethylalkyl betaine.

これら界面活性剤の濃度は、適宜選択されるが、概ね0.001〜50g/Lが好ましく、0.01〜20g/Lがより好ましい。界面活性剤を添加することにより、黒色化皮膜の外観均一性を向上させることができる。   The concentration of these surfactants is appropriately selected, but is generally preferably 0.001 to 50 g / L, and more preferably 0.01 to 20 g / L. By adding the surfactant, the appearance uniformity of the blackened film can be improved.

本発明に係る黒色化処理用水溶液に金属の表面を接触させること(黒色化工程)により、当該表面を黒色化することができる。接触方法としては特に制限はないが、金属を当該水溶液に浸漬する方法、当該水溶液を金属表面に塗布する方法、及び当該水溶液を金属表面に噴霧する方法などがある。これらの中でも金属を当該水溶液に浸漬する方法が簡便であり、均一性のある外観を得る上でも好ましい。   By bringing the metal surface into contact with the aqueous solution for blackening treatment according to the present invention (blackening step), the surface can be blackened. Although there is no restriction | limiting in particular as a contact method, There exist the method of immersing a metal in the said aqueous solution, the method of apply | coating the said aqueous solution to a metal surface, the method of spraying the said aqueous solution on the metal surface, etc. Among these, the method of immersing a metal in the aqueous solution is simple and preferable for obtaining a uniform appearance.

黒色化工程における黒色化処理用水溶液の温度は5〜50℃が好ましく、10〜35℃がさらに好ましい。温度が低すぎると黒色化皮膜の形成が遅く、生産性が劣るが、本発明によれば室温付近の温度で十分な黒色化が達成できる。温度が高すぎても、効果が頭打ちとなり、不経済であるばかりでなく、(B)成分である極性非プロトン性溶媒が蒸発しやすくなり、作業環境が悪くなる。該水溶液に金属を接触させる時間は特に限定はされないが、10秒〜30分程度が好ましく、30秒〜10分がより好ましい。処理時間が短いと、黒味が十分ではなく、処理時間が長すぎても、効果は頭打ちとなるため、生産性に劣る。   The temperature of the blackening treatment aqueous solution in the blackening step is preferably 5 to 50 ° C, more preferably 10 to 35 ° C. If the temperature is too low, the formation of the blackened film is slow and the productivity is inferior. However, according to the present invention, sufficient blackening can be achieved at a temperature near room temperature. Even if the temperature is too high, the effect reaches a peak, which is not economical, and the polar aprotic solvent as the component (B) is likely to evaporate, resulting in a poor working environment. The time for contacting the metal with the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes, and more preferably 30 seconds to 10 minutes. If the treatment time is short, the blackness is not sufficient, and even if the treatment time is too long, the effect reaches its peak, resulting in poor productivity.

黒色化工程を実施する前に、少なくともフッ化物イオンを含み、極性非プロトン性溶媒を含有しない溶液に金属の表面を接触させる(前処理工程)ことで、より均一な黒色外観を得ることができる。この前処理溶液にはさらに、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ピロリン酸等の無機酸や、メタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルファミン酸、クエン酸、グルコン酸等の有機酸を酸の形又はそれらのナトリウム、カリウム、アンモニウム等の塩の形で添加してもよい。   Before carrying out the blackening step, a more uniform black appearance can be obtained by bringing the metal surface into contact with a solution containing at least fluoride ions and not containing a polar aprotic solvent (pretreatment step). . The pretreatment solution further contains an inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid or pyrophosphoric acid, or an organic acid such as methanesulfonic acid, phenolsulfonic acid, sulfamic acid, citric acid or gluconic acid in the form of acid or You may add in the form of salts, such as those sodium, potassium, and ammonium.

黒色度合いを上げるため、前記黒色化工程を実施した後に、表面が黒色化された金属に対してさらに200〜450℃、好ましくは300〜400℃の加熱処理(後処理工程)を施してもよい。加熱処理の時間は、短いと効果が弱く、長すぎても効果が頭打ちとなり、不経済である。具体的には、10〜60分が好ましく、20〜40分がより好ましい。   In order to increase the degree of blackness, after performing the blackening step, the metal whose surface is blackened may be further subjected to a heat treatment (post-treatment step) at 200 to 450 ° C., preferably 300 to 400 ° C. . If the heat treatment time is short, the effect is weak, and if it is too long, the effect reaches its peak, which is uneconomical. Specifically, 10 to 60 minutes are preferable, and 20 to 40 minutes are more preferable.

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意の変形をなし得るものである。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples, Arbitrary deformation | transformation can be made within the range of the technical idea of this invention.

(実施例1)
チタン板(50×50×0.3mm)を、フッ化水素:3質量%(フッ化物イオンとして)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF):35質量%を含む黒色化処理用水溶液(液温20℃)に、3分間浸漬した。次に、水洗をおこなったのち、50℃で10分乾燥させた。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。
Example 1
A titanium plate (50 × 50 × 0.3 mm) was added to a blackening aqueous solution (liquid temperature) containing 3% by mass of hydrogen fluoride (as fluoride ions) and 35% by mass of N, N-dimethylformamide (DMF). (20 ° C.) for 3 minutes. Next, after washing with water, it was dried at 50 ° C. for 10 minutes. The sample was visually evaluated for color and uniformity.

均一性は、以下の基準で◎、○、△に分類した。
◎:ムラなし
○:ムラあり(試験片の5%未満の面積)
△:ムラあり(試験片の5%以上20%の面積)
The uniformity was classified into ◎, ○, and △ according to the following criteria.
◎: No unevenness ○: Unevenness (area less than 5% of test piece)
Δ: Unevenness (area of 5% to 20% of test piece)

(実施例2〜28)
金属の種類、(A)フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンの供給源の種類及び濃度と(B)極性非プロトン性溶媒の種類と濃度を表1のとおり変化させた以外は、実施例1と同条件でチタン板を処理し、色彩および均一性を目視で評価した。
(Examples 2 to 28)
Except that the type of metal, (A) the type and concentration of fluoride ion, borofluoride ion and silicofluoride ion, and (B) the type and concentration of polar aprotic solvent were changed as shown in Table 1. The titanium plate was treated under the same conditions as in Example 1, and the color and uniformity were visually evaluated.

(比較例1)
水にフッ化水素酸:3質量%(フッ化物イオンとして)のみを添加した水溶液を用いた他は、実施例1と同様の方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。
(Comparative Example 1)
A titanium plate was treated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which only 3% by mass of hydrofluoric acid (as fluoride ions) was added to water was used. The sample was visually evaluated for color and uniformity.

(比較例2)
水にホウフッ化水素酸:3質量%(ホウフッ化物イオンとして)のみ添加した水溶液を用いた他は、実施例1と同様の方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。
(Comparative Example 2)
A titanium plate was treated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution containing only 3% by mass of borohydrofluoric acid (as borofluoride ions) was added to water. The sample was visually evaluated for color and uniformity.

(比較例3)
水にN,N−ジメチルホルムアミド:30質量%のみ添加した水溶液を用いた他は、実施例1と同様の方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。
(Comparative Example 3)
The titanium plate was treated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which only 30% by mass of N, N-dimethylformamide was added to water was used. The sample was visually evaluated for color and uniformity.

結果を表1に示す。実施例1〜28は比較例1〜3に比べて、明らかに黒味が強く、均一性の高い黒色化金属が得られることがわかる。   The results are shown in Table 1. It turns out that Examples 1-28 are strong blackness compared with Comparative Examples 1-3, and a blackened metal with high uniformity is obtained.

(実施例29)
黒色化処理用水溶液に浸漬する前に、水にフッ化水素:0.5質量%(フッ化物イオンとして)のみを添加した水溶液(液温20℃)に、チタン板を3分間浸漬した他は実施例11と同様に方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。その結果、実施例11に比べて外観の均一性が向上した。
(Example 29)
Before immersing in the aqueous solution for blackening treatment, the titanium plate was immersed for 3 minutes in an aqueous solution (liquid temperature 20 ° C.) in which only hydrogen fluoride: 0.5% by mass (as fluoride ions) was added to water. The titanium plate was treated in the same manner as in Example 11. The sample was visually evaluated for color and uniformity. As a result, the uniformity of the appearance was improved as compared with Example 11.

(実施例30)
黒色化処理用水溶液中に、リン酸:10質量%を添加した他は、実施例12と同条件同様の方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。その結果、実施例12に比べて黒味が向上した。
(Example 30)
A titanium plate was treated in the same manner as in Example 12 except that phosphoric acid: 10% by mass was added to the blackening aqueous solution. The sample was visually evaluated for color and uniformity. As a result, the blackness was improved as compared with Example 12.

(実施例31)
黒色化処理用水溶液中に、ポリオキシエチレンラウリルエーテル:1質量%を添加した他は、実施例11と同条件同様の方法でチタン板を処理した。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。その結果、実施例11に比べて外観の均一性が向上した。
(Example 31)
A titanium plate was treated in the same manner as in Example 11 except that 1% by mass of polyoxyethylene lauryl ether was added to the blackening aqueous solution. The sample was visually evaluated for color and uniformity. As a result, the uniformity of the appearance was improved as compared with Example 11.

(実施例32)
実施例12と同条件同様に方法でチタン板を処理した。このようにして得られた表面が黒色化したチタン板について、更に320℃で30分間加熱処理を行った。この試料について、色彩および均一性を目視で評価した。その結果、実施例12に比べて黒味が向上した。
(Example 32)
A titanium plate was treated by the same method as in Example 12. The titanium plate having a blackened surface thus obtained was further heat-treated at 320 ° C. for 30 minutes. The sample was visually evaluated for color and uniformity. As a result, the blackness was improved as compared with Example 12.

Figure 0005591758
Figure 0005591758

Claims (10)

以下の(A)及び(B)の成分を含有する金属の表面の黒色化処理用水溶液。
(A)成分:フッ化物イオン、ホウフッ化物イオン及びケイフッ化物イオンよりなる群から選択される1種又は2種以上;
(B)成分:極性非プロトン性溶媒の1種又は2種以上
An aqueous solution for blackening treatment of a metal surface containing the following components (A) and (B).
(A) component: 1 type, or 2 or more types selected from the group which consists of fluoride ion, borofluoride ion, and silicofluoride ion;
Component (B): one or more polar aprotic solvents
前記極性非プロトン性溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミドである請求項1に記載の金属の表面の黒色化処理用水溶液。   The aqueous solution for blackening treatment of a metal surface according to claim 1, wherein the polar aprotic solvent is N, N-dimethylformamide. 前記金属が、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W及びReのいずれかであるか、又はそれらの1種又は2種以上を含む合金である請求項1又は2に記載の金属の表面の黒色化処理用水溶液。   The metal is any one of Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W and Re, or one or more of them. The aqueous solution for blackening treatment of the metal surface according to claim 1 or 2, which is an alloy containing the metal. (A)成分の合計濃度が、0.01〜10質量%の範囲である請求項1〜3のいずれかに記載の金属の表面の黒色化処理用水溶液。   The aqueous solution for blackening treatment of the metal surface according to any one of claims 1 to 3, wherein the total concentration of the component (A) is in the range of 0.01 to 10% by mass. 前記極性非プロトン性溶媒の濃度が、1〜60質量%の範囲である請求項1〜4のいずれかに記載の金属の表面の黒色化処理用水溶液。   The aqueous solution for blackening treatment of a metal surface according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentration of the polar aprotic solvent is in the range of 1 to 60% by mass. 更に界面活性剤を合計で0.001〜50g/L含有する請求項1〜5のいずれかに記載の金属の表面の黒色化処理用水溶液。   Furthermore, the aqueous solution for the blackening process of the metal surface in any one of Claims 1-5 containing 0.001-50 g / L of surfactant in total. 請求項1〜6のいずれかの黒色化処理用水溶液に金属の表面を接触させる黒色化工程を含む金属の表面の黒色化処理方法。   A method for blackening a metal surface, comprising a blackening step of bringing the metal surface into contact with the aqueous solution for blackening treatment according to claim 1. 前記黒色化工程を実施する前に、少なくともフッ化物イオンを含み、極性非プロトン性溶媒を含有しない溶液に金属の表面を接触させる前処理工程を含む請求項7に記載の金属の表面の黒色化処理方法。   8. The blackening of the metal surface according to claim 7, further comprising a pretreatment step of bringing the metal surface into contact with a solution containing at least fluoride ions and not containing a polar aprotic solvent before performing the blackening step. Processing method. 前記黒色化工程を実施した後に、表面が黒色化された金属に対してさらに200〜450℃の加熱処理を施す後処理工程を含む請求項7又は8に記載の金属の表面の黒色化処理方法。   The method for blackening a metal surface according to claim 7 or 8, further comprising a post-treatment step of performing a heat treatment at 200 to 450 ° C on the metal whose surface is blackened after the blackening step. . 請求項7〜9の何れか一項に記載の黒色化処理方法によって得られた表面が黒色化した金属。   A metal whose surface obtained by the blackening treatment method according to any one of claims 7 to 9 is blackened.
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