JP6006200B2

JP6006200B2 - 封孔された陽極酸化皮膜

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Publication number: JP6006200B2
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Inventors: キャボット，ティモシー・ピー; テトラウルト，ジョン・ジェイ; ソン，ドン−ジン
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Description

１．発明の分野
本発明は、金属上の皮膜およびその関連の方法、具体的には、金属および金属合金上の陽極酸化した皮膜などの皮膜であって、過熱蒸気を含む蒸気に対する耐性、ならびにアルカリおよび酸性の変性に対して耐性を示す皮膜に関する。

２．関連分野の考察
アルミニウムおよびアルミニウム合金のための陽極皮膜は例えば、典型的には、タイプおよびクラスによって分類される。Ｉ型皮膜は、クロム酸電解質から得られ、ＩＢ型皮膜は、クロム酸電解質中で低電圧プロセスから得られる。ＩＣ型の皮膜は典型的には、非クロム酸陽極酸化によって生じる。ＩＩ型皮膜は、硫酸電解液中で生成され得る。ＩＩＩ型皮膜はまた、硬質陽極皮膜（ｈａｒｄａｎｏｄｉｃｃｏａｔｉｎｇ）とも呼ばれ、また硫酸電解液中で生成される。クラス１の皮膜は、色素なしのコーティングであり、クラス２の皮膜は、染色した皮膜である。

ＩＩ型およびＩＩＩ型は典型的には、セル形成の性質によって有意な空隙率を有するものとして特徴づけられ、そして皮膜は、封孔されないままであっても、または封孔されてもよい。金属表面上の陽極皮膜の封孔処理は、封孔溶液の組成物に基づいて、作動温度に基づいて、またはプロセスの機構に基づいて、分類され得る。

種類にかかわらず、全ての陽極酸化皮膜が、Ｘ線回折コントラストを有さないことによって特徴づけられ、すなわち、それらは、封孔されていようといまいと、非晶質性であって、結晶化度を全く示さない。

伝統的な封孔処理プロセスは、熱（沸騰）脱イオン水封孔処理、蒸気封孔処理、二クロム酸ナトリウムまたは二クロム酸カリウム封孔処理、ケイ酸ナトリウム封孔処理、酢酸ニッケル封孔処理、フッ化ニッケル封孔処理および、新規な封孔プロセス、例えば、酢酸コバルト封孔処理、三価クロムの硫酸塩または酢酸塩封孔処理、酢酸セリウム封孔処理、酢酸ジルコニウム封孔処理、トリエタノールアミンベースの封孔処理、リチウムまたはマグネシウム塩ベースの封孔処理、過マンガン酸カリウム封孔処理、ポリマーベースの封孔処理、および酸化腐食防止剤ベースの封孔処理、例えば、モリブデン酸塩、バナジウム酸塩、タングステン酸塩、および過ホウ素酸塩剤に関与するものを含むことが考慮され得る。

温度に基づく封孔処理プロセスは、蒸気、熱水および二クロム酸塩での高温封孔処理（９５℃超）；ケイ酸塩および二価または三価の金属酢酸塩、トリエタノールアミンベースの技術および酸化腐食防止剤ベースの技術による中温封孔処理（８０℃〜９５℃）；金属酢酸塩での低温封孔処理（７０℃〜８０℃）、およびフッ化ニッケルでの環境温度の封孔処理（２５℃〜３５℃）を包含し得る。

封孔処理プロセスはまた、熱水封孔処理（これは典型的には水和酸化アルミニウムを水和ベーマイト（水酸化酸化アルミニウム、ＡｌＯ（ＯＨ））へ変換することを包含する）；物理的または化学的含浸および陽極層の細孔と二クロム酸塩、ケイ酸塩、フッ化ニッケルおよびポリマー化合物との反応；細孔中のアニオン種の電気泳動および沈着を含む電気化学的封孔処理；ならびに細孔への腐食防止剤の熱移動および拡散促進吸着に関与する腐食防止剤封孔処理のような封孔処理機構によって分類され得る。これらの反応のうち、陽極酸化皮膜において結晶化度を生じることが示されたものはない。

Ｉ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＩ、ＩＩＢおよびＩＩＩ型の皮膜の封孔処理は、５〜６のｐＨでかつ９０℃〜１００℃の温度の二クロム酸塩水溶液中に１５分間の浸漬によって、沸騰脱イオン水中の浸漬によって、または酢酸コバルト溶液もしくは酢酸ニッケル溶液中の浸漬によって、行ってもよい。封孔処理はまた、５．５〜５．８のｐＨの熱酢酸ニッケルまたは酢酸コバルトの水溶液の封孔処理媒体中への浸漬によって、または沸騰脱イオン水中への浸漬によって行ってもよい。酢酸ニッケルおよび二クロム酸ナトリウムの熱水溶液（ｈｅａｔａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ）での二重封孔処理はまた、Ｉ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＩ、ＩＩＢ、およびＩＩＩ型の皮膜で行ってもよい。ＭＩＬ−Ａ−８６２５によれば、摩耗または耐性のサービスのために、ＩＩＩ型皮膜は典型的には封孔されていない。そうでなければ、ＩＩＩ型皮膜は、沸騰脱イオン水中へ、二クロム酸ナトリウムの熱水溶液中へ、または酢酸ニッケルもしくは酢酸コバルトの熱水溶液中への浸漬、および他の封孔処理機構によって封孔され得る。

封孔処理プロセスでは、典型的には熱水封孔処理手順の間にしみ汚れ（ｓｍｕｔｔｉｎｇ）に遭遇し得る。しみ汚れは、皮膜表面のベーマイトへの変換から生じ得る。しみ汚れは典型的には、高い作動温度およびｐＨ、長い浸漬時間、含有する溶存固体が多すぎる封孔処理溶液の劣化、および添加成分の崩壊、ならびに抗しみ汚れ剤および／または界面活性剤の不足に関連する。抗しみ汚れ剤は、細孔中の封孔処理プロセスに対する有害な影響なく皮膜表面上にベーマイトの形成を阻害し得る。典型的な抗しみ汚れ剤としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸、リグノスルホン酸塩、脂環式または芳香族のポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ホスホン酸塩、スルホン酸化フェノール、ホスホンカルボン酸、ポリホスフィノカルボン酸、ホスホン酸およびトリアジン誘導体が挙げられる。

図１に図示されるとおり、アルミニウムおよびアルミニウム合金１０４などのいくつかの非鉄金属上の陽極皮膜１０２は、細孔１０６および金属酸化物の壁を備えるセルと、障壁（バリア）の酸化物層１０８とを備える多孔性構造を有し得る。この多孔性構造は、陽極酸化層の分解を生じ得る、侵襲性の環境および水吸着の影響を受けやすい場合がある。

従来の熱水封孔処理プロセスは典型的には、８０℃超の温度での熱水または蒸気に対する浸漬または暴露によって行われ、これは、陽極皮膜中の酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）と反応して以下の反応によってベーマイト様の反応生成物結晶（ＡｌＯ（ＯＨ））を形成すると考えられた：
Ａｌ_２Ｏ_３（陽極皮膜）＋Ｈ_２Ｏ→２ＡｌＯ（ＯＨ）（１）

ベーマイト（３．４４ｇ／ｃｍ^３）が、酸化アルミニウム（３．９７ｇ／ｃｍ^３）よりも単位質量あたり大きい容積を有するという理由と、２モルのベーマイトが、１モルの酸化アルミニウムから形成され得るという理由で、細孔は最終的には、少なくとも部分的に反応され、サイズが変えられ、典型的には、熱水封孔処理の間の改変された陽極皮膜のセルの壁の結果的な拡張によってブロックされ閉じられる。実際の結晶または結晶化度が形成されず；皮膜は非晶質性のまま残る。加水分解性の塩および有機剤を利用して、封孔処理の性能および有効性を改善し、エネルギーを節約し、陽極皮膜の表面上のしみ汚れの形成を最小限にしてもよい。例えば、酢酸ニッケル由来のニッケルイオンは、以下の反応による水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）の共沈殿を通じて酸化アルミニウムをベーマイトに触媒的に水和する：
Ｎｉ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｎｉ（ＯＨ）_２↓ （２）

二クロム酸塩封孔処理では、オキシ二クロム酸アルミニウム（ＡｌＯＨＣｒＯ_４）またはオキシクロム酸アルミニウム（（ＡｌＯ）_２ＣｒＯ_４）が典型的には以下の反応によって細孔中に形成する：
Ａｌ_２Ｏ_３＋２ＨＣｒＯ_４ ⁻＋Ｈ_２Ｏ→２ＡｌＯＨＣｒＯ４⁻↓＋２ＯＨ⁻（ｐＨ＜６．０）（３）
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＨＣｒＯ_４ ⁻→（ＡｌＯ）_２ＣｒＯ_４ ⁻＋ＯＨ⁻（ｐＨ＞６．０）（４）

ケイ酸塩封孔処理では、ケイ酸塩イオンは、酸化アルミニウムと反応して、以下の反応によって陽極皮膜の細孔中で、アルミニウムケイ酸塩（Ａｌ_２ＯＳｉＯ_４）を形成する：
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_３ ^２−＋Ｈ_２Ｏ→Ａｌ_２ＯＳｉＯ_４ ⁻↓＋２ＯＨ⁻ （５）

陽極皮膜の細孔は、二クロム酸塩封孔処理またはケイ酸塩封孔処理のいずれでも完全には反応されない。従って、酸溶出試験または色素染色試験を用いて、封孔処理の質を評価する場合、結果が劣ると予想され得る。しかし、二クロム酸塩封孔処理またはケイ酸塩封孔処理は、アルミニウム上の陽極皮膜の腐食耐性を増強し得、これは、アルミニウムの腐食を阻害するのにおける吸着されたクロム酸塩またはケイ酸塩の役割に帰せられる。

冷封孔処理プロセスは典型的には、フッ化ニッケルベースの封孔処理技術に関与する。冷封孔処理プロセスは典型的には、室温で行われ、反応（１）は、正常には、陽極皮膜の細孔では生じない。水酸化ニッケルおよびフッ化アルミニウムの共沈殿の触媒性効果を考慮すれば、酸化アルミニウムは、以下の反応で表されるように、７０℃未満の温度で、ベーマイトの代わりに水酸化アルミニウムに変換される：
Ｎｉ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｎｉ（ＯＨ）_２ ⁻ （２）
Ａｌ_２Ｏ_３＋６Ｆ⁻＋３Ｈ_２Ｏ→２ＡｌＦ_３ ⁻＋６ＯＨ⁻ （６）
Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２Ｏ→２Ａｌ（ＯＨ）_３ ↓ （７）

二クロム酸塩およびケイ酸塩封孔処理と同様に、冷フッ化ニッケル封孔処理は、反応（７）に応じてＡｌ_２Ｏ_３（３．９７ｇ／ｃｍ^３）がＡｌ（ＯＨ）_３（２．４２ｇ／ｃｍ^３）に変換される場合、容積で約１５０％の増大にもかかわらず、細孔を完全に充填せず閉じない含浸プロセスとみなされてもよい。水酸化アルミニウムは、化学的に安定が低く、ベーマイトよりも水溶液中で安定であることが理解される。形成されたＡｌ（ＯＨ）_３は、形態の規則性ほど規則的でない傾向であり、封孔した陽極の物品は、酸溶解または色素染色試験で評価した場合、性能が劣る。

結果として、冷封孔処理によって処理した後の陽極酸化した物品の腐食耐性は、従来の熱水封孔処理および上記の他の含浸プロセスで処理されたものよりも優れているとみなされ得る。

発明の要旨
本発明の一局面は、金属基板上に封孔した陽極皮膜を生成する方法に関し得、この封孔した陽極皮膜は、細孔および壁を有するセルを有し、これは、少なくとも１つの部分的に結晶性の金属酸化物および部分的に結晶性の金属水酸化物を含む。

本発明の１つ以上のさらなる局面は、細孔および壁を有するセルを有する封孔した陽極酸化したアルミニウム基板を生成する方法に関し得、これは少なくとも部分的に、結晶性の酸化アルミニウムおよび結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。

本発明のいくつかの局面は、非晶質性の酸化アルミニウムおよび非晶質性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの細孔および壁を有するセルを有する陽極酸化したアルミニウム基板から、部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの構造を有する封孔した陽極酸化したアルミニウム基板を生成する方法に関し得る。この方法は、細孔の少なくとも一部に金属カチオン種を導入することと、金属カチオン種の少なくとも一部を金属水酸化物に変換することと、金属水酸化物の少なくとも一部を金属酸化物に変換することと、非晶質性の酸化アルミニウムおよび非晶質性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの壁の少なくとも一部を部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの構造に変換することとを包含し得る。本発明のこのような局面の変化型では、この方法は、金属カチオン種を細孔の少なくとも一部に導入することと；この金属カチオン種の少なくとも一部を金属水酸化物に変換することと；金属水酸化物の少なくとも一部を金属酸化物に変換することと；非晶質性の酸化アルミニウムおよび非晶質性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの細孔の壁の少なくとも一部を、部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つに変換することとを包含し得る。このような方法に関連する１つ以上の実施形態では、細孔の壁の少なくとも一部を変換することは、約７５℃〜約９５℃の範囲にある温度を有する金属塩水溶液中にアルミニウム基板を浸漬して、非晶質性の酸化物および非晶質性の水酸化物のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を、部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つに変換することを包含し得る。この金属塩水溶液は、金属酢酸塩および金属硝酸塩のうちの少なくとも１つを含んでもよい。このような方法に関する１つ以上の他の実施形態では、金属水酸化物の少なくとも一部を変換することは、例えば、アルミニウム基板を、酸化的雰囲気中で、約１５０℃〜約３００℃の範囲の温度で、少なくとも約３０分の酸化期間加熱することを包含し得る。このような方法に関連する１つ以上のさらなる実施形態では、金属カチオン種の少なくとも一部を変換することは、ｐＨが少なくとも約８であるアルカリ溶液中に、金属基板を浸漬することを包含し得る。このような方法に関する１つ以上のさらなる実施形態では、細孔の少なくとも一部へ金属カチオン種を導入することは、陽極酸化したアルミニウム基板を、金属フッ化物および界面活性剤を含む金属水溶液中に浸漬することを包含し得る。このような方法に関連する１つ以上のなおさらなる実施形態では、細孔の少なくとも一部に金属カチオン種を導入することは、陽極酸化したアルミニウム基板を、なんらフッ素種も含まず、界面活性剤も含まない、超音波浴中で超音波エネルギーに曝すことを包含する。

本発明の１つ以上の局面は、封孔した陽極酸化したアルミニウム基板を生成する方法に関し得る。この方法は、陽極酸化したアルミニウム基板を第一の金属塩の水溶液中に浸漬することと；この陽極酸化したアルミニウム基板を第一の水溶液に浸漬した後、このアルミニウム基板を、ｐＨが約８〜約１３という範囲であるアルカリ性溶液および超音波エネルギーに対して曝すことと；この陽極酸化したアルミニウム基板をアルカリ性溶液中に浸漬した後、この陽極酸化したアルミニウム基板を酸化雰囲気で、少なくとも約１５０℃の乾燥温度で熱処理することと；この陽極酸化したアルミニウム基板を熱処理した後、この陽極酸化したアルミニウム基板を、約７５℃〜約９５℃の範囲の温度を有する第二の金属水溶液中に浸漬することとを包含し得る。本発明の１つ以上の局面によれば、この第一の金属塩の水溶液は、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、マグネシウム、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、および銀のうちの少なくとも１つのフッ化物を含んでもよい。本発明の１つ以上の局面によれば、この第一の金属塩の水溶液は、約７未満のｐＨ、および約１５℃〜約３５℃の温度を有し得る。本発明の１つ以上の局面によれば、この第一の金属塩の水溶液は、約１００ｐｐｍ未満の界面活性剤を含んでもよく、ある場合には、この第一の金属塩の水溶液は、約０．５重量％〜約８．０重量％の金属カチオン種を含んでもよい。本発明の１つ以上の局面によれば、アルミニウム基板を暴露することは、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム（ＮａＯＨおよびＫＯＨ）のようなアルカリ金属水酸化物ならびに界面活性剤を含むアルカリ性溶液中に、陽極酸化したアルミニウム基板を、約１分〜約５分の範囲の期間、浸漬することを包含し得る。ある場合には、このアルカリ性溶液は、約２０℃〜約６０℃の範囲の温度を有し得る。本発明の１つ以上の局面によれば、陽極酸化したアルミニウム基板を暴露することは、超音波エネルギーをこの基板に対して、典型的には超音波浴の中で、約１０分〜約２５分の範囲の期間にわたって差し向けることを包含し得る。本発明の１つ以上のさらなる局面によれば、陽極酸化したアルミニウム基板を熱的に処理することは、この陽極酸化したアルミニウム基板を、約１５０℃〜約３００℃の範囲の温度で、典型的には約３０分〜約２時間の期間にわたってオーブン中で加熱することを包含し得る。ある場合には、この第二の金属水溶液は、ｐＨが約５．０〜約６．０という範囲であり得、そしてなおさらなる場合には、この溶液は、金属酢酸塩および金属硝酸塩のうちの少なくとも１つを約４．５重量％〜約６．５重量％の濃度で含んでもよい。

本発明の１つ以上の局面は、少なくとも約０．０４重量％の水酸化ナトリウム溶液中に、約１１日間、約１５℃〜約２５℃の範囲の温度で浸漬した後、ＡＳＴＭ４０６０によって決定した場合、約１０９ｍｇ未満のターバー（Ｔａｂeｒ）摩耗を有する、少なくとも約０．０５ｍｍの封孔した陽極酸化した皮膜を含む、アルミニウム物品に関し得る。

本発明の１つ以上の局面は、少なくとも５サイクル、ｐＨが１２である溶液での超音波洗浄プロセスに対して、および約２７５°Ｆの温度でのオートクレーブに対して暴露した後、ＡＳＴＭＥ３０８に従って行った場合、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９７６Ｌ＊、ａ＊、ｂの色スケールによって、約１．５というΔＬ＊、約２．０というΔａ＊、および約２．５というΔｂ＊の値未満の退色特性を有する、少なくとも約０．０５ｍｍの染色した封孔した陽極酸化した皮膜を含む、アルミニウム物品に関し得る。ある場合には、この超音波洗浄は、少なくとも約４５分間行われ、そしてなおさらなる場合には、オートクレーブは、少なくとも約４５分間行われる。

本発明の１つ以上の局面は、部分的に結晶性であり、かつ図７に図示されるようなＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを有する、少なくとも約０．０５ｍｍの封孔した陽極酸化した金属皮膜を含む、アルミニウム物品に関し得る。ある特定の場合には、この回折パターンは、約１８°、３７°、４４°、および６２°でピークを示す。

本発明の１つ以上の局面は、封孔した陽極酸化した金属に関し得、この金属は、第一の金属を含む金属基板と；陽極領域、例えば、金属基板の少なくとも一部と連続する陽極酸化領域とを含む。この陽極酸化領域は、典型的には、非晶質性の第一の金属酸化物を含む複数のセルを有する。このセルの各々は、その少なくとも一部に細孔充填材を含む細孔を有し得る。この細孔充填材は、結晶性の遷移金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、半金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、およびアルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１つを含み得る。この封孔した陽極酸化した金属はさらに、陽極領域の少なくとも一部に隣接する封孔領域を含み得る。この封孔領域は、結晶性の第一の金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、結晶性のアルカリ金属酸化物、結晶性の第一の金属水酸化物、結晶性の貴金属水酸化物、および結晶性のアルカリ金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含み得る。本発明の１つ以上の実施形態では、貴金属は、銀、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、白金、金およびそれらの合金または組み合わせのうちの１つであってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、この第一の金属は、アルミニウムまたはそれらの合金である。本発明の他の実施形態では、細孔充填材は、結晶性の酸化ニッケル、酸化スズ、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、および酸化ナトリウムのうちの１つ以上を含み得る。本発明のさらに他の実施形態では、この陽極領域は、酸化アルミニウムの円柱状セル、および結晶性の水酸化ニッケルの細孔充填材を含み得る。この封孔領域は、結晶性の水酸化アルミニウムを含み得る。この封孔領域は、ある場合には、この封孔領域の深さにつれて増大する結晶化度レベルを有する水酸化アルミニウムを含み得る。本発明のなおさらなる実施形態では、この封孔した陽極酸化した金属は、陽極領域と封孔領域との間に位置する界面領域をさらに含み、この界面領域は、結晶性の遷移金属水酸化物、結晶性のアルカリ金属水酸化物、および結晶性の貴金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含む。

本発明の１つ以上の局面は、バルク金属部分を有する金属器具に関し得、このバルク金属部分は、第一の金属と；このバルク金属部分の少なくとも一部の上の封孔した陽極酸化した皮膜とを含み、ここでこの封孔した陽極皮膜は、このバルク金属部分に隣接した第一の領域、第二の領域、およびこの第一の領域と第二の領域との間でありそれらと連続している界面領域を有する。この第一の領域は、典型的には、第一の金属酸化物を含む複数のセル構造を有し、ここで各々のセル構造は、結晶性の遷移金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、半金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、およびアルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む充填材を少なくとも部分的に含む細孔を有する。この第二の領域は、結晶性の第一の金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、結晶性のアルカリ金属酸化物、結晶性の第一の金属水酸化物、結晶性の貴金属水酸化物、および結晶性のアルカリ金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。この界面領域は、結晶性の遷移金属水酸化物、結晶性の貴金属水酸化物、および結晶性のアルカリ金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。第一の遷移金属は、アルミニウムであっても、またはアルミニウム合金であってもよい。この第一の金属酸化物は、非晶質性の酸化アルミニウムであっても、または非晶質性のアルミニウム合金酸化物であってもよい。充填材は、結晶性の水酸化ニッケルを含んでもよい。界面領域は、結晶性の水酸化アルミニウムおよび結晶性の水酸化ニッケルのうちの少なくとも１つを含んでもよい。この第一の領域は、酸化アルミニウムを含む複数の円柱状セル構造を備えてもよく、これは少なくとも部分的に水酸化ニッケルを含む細孔を有する。金属器具は、医療用デバイス、医療用デバイスの構成要素、例えば、医療用ツールのハンドル、医療用デバイスのケース、医療処置施設で利用される容器、または整形外科的デバイスであってもよい。この金属器具は、海洋の船舶の構成要素、例えば、プロペラ、プロペラシャフト、ウインチ、張力装置、ブロック、アイズ（ｅｙｅｓ）、リング、トラベラー、斜桁支索（ｖａｎｇ）、シャックルおよびジャッキであってもよい。この金属器具は、消費者用品、またはそれらの構成要素、例えば、調理器具、給仕用具、そのハンドル、器具のハウジングまたは筺体であってもよい。金属器具とは、自動車の構成要素、例えば、自動車のトリムであってもよい。さらに、金属器具は、航空宇宙システムで利用されてもよい。金属器具はまた、キャニスターのように産業上の環境で、またはハウジング、ベント、ダクトの構成要素として、または水力系の構成要素もしくは対として利用されるものであってもよい。

添付の図面は、尺度を記す意図ではない。この図面では、種々の図面で図示される各々の同一のまたはほぼ同一の構成要素または工程は、同様の数字で示される。わかりやすくするために、あらゆる構成要素または工程をあらゆる図面に記していない場合もある。

図１は、本発明の１つ以上の局面による、変換用陽極皮膜またはその封孔処理を示す模式図である。図２は、本発明の１つ以上の局面による、金属前駆体種の変換用陽極皮膜への導入またはその封孔処理を示す模式図である。図３は、本発明の１つ以上の局面による、金属前駆体種の中間体化合物への変換用陽極皮膜中での変換またはその封孔処理を示す模式図である。図４は、本発明の１つ以上の局面による、中間体化合物の準安定種への、変換用陽極皮膜中での変換またはその封孔処理を示す模式図である。図５は、本発明の１つ以上の局面による、準安定種の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜への変換を示す模式図である。図６は、本発明の１つ以上の実施形態による、アルミニウム基板上の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜のＸ線回折パターンのコピー、およびアルミニウム基板上の従来の非晶質性の陽極酸化皮膜のＸ線回折パターンのコピーである。図７は、本発明の１つ以上の実施形態による、アルミニウム基板上の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜のＸ線回折パターンのコピーである。図８Ａは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜と従来の陽極皮膜とを有する、アルミニウムラックを評価するために撹拌されている、水酸化ナトリウム浴の写真のコピーである。図８Ｂは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜を有するアルミニウムラックと従来の陽極皮膜を有するラックとを示す写真のコピーである。図８Ｃは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜を有するアルミニウムラックと従来の陽極皮膜を有するラックとを示す写真のコピーである。図８Ｄは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜を有するアルミニウムラックと従来の陽極皮膜を有するラックとを示す写真のコピーである。図９は、本発明の物品を消毒するために利用され得る滅菌手順のフローチャートである。図１０Ａは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜の摩耗性能（図１０Ｃ）、および従来の陽極酸化皮膜の摩耗性能（図１０Ｂ）を示す写真のコピーである。図１０Ｂは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜の摩耗性能（図１０Ｃ）、および従来の陽極酸化皮膜の摩耗性能（図１０Ｂ）を示す写真のコピーである。図１０Ｃは、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜の摩耗性能（図１０Ｃ）、および従来の陽極酸化皮膜の摩耗性能（図１０Ｂ）を示す写真のコピーである。図１１Ａは、本発明の皮膜に対して熱処理を介して、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を図式的に示す写真のコピーである。図１１Ｂは、本発明の皮膜に対して熱処理を介して、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を図式的に示す写真のコピーである。図１１Ｃは、本発明の皮膜に対して熱処理を介して、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を図式的に示す写真のコピーである。図１１Ｄは、本発明の皮膜に対して熱処理を介して、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を図式的に示す写真のコピーである。図１１Ｅは、本発明の皮膜に対して熱処理を介して、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を図式的に示す写真のコピーである。図１２Ａは、本発明の１つ以上の実施形態による、封孔した陽極酸化したアルミニウムの一部の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の顕微鏡写真のコピーである。図１２Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態による、封孔した陽極酸化したアルミニウムの一部の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の顕微鏡写真のコピーである。図１３Ａは、図１２Ｂの封孔した陽極酸化したアルミニウムの種々の深さでのエネルギー分散型Ｘ線スペクトルを示すグラフであり、ここで図１３Ａは、「１」で表された領域で示される位置についてのスペクトルを示している。図１３Ｂは、図１２Ｂの封孔した陽極酸化したアルミニウムの種々の深さでのエネルギー分散型Ｘ線スペクトルを示すグラフであり、ここで図１３Ｂは、「２」で表された領域で示される位置についてのスペクトルを示している。図１３Ｃは、図１２Ｂの封孔した陽極酸化したアルミニウムの種々の深さでのエネルギー分散型Ｘ線スペクトルを示すグラフであり、ここで図１３Ｃは、「３」で表された領域で示される位置についてのスペクトルを示している。

詳細な説明
本発明の１つ以上の局面は、望ましい物理的特性および化学的特性を有する金属基板上の陽極皮膜を提供する処置に関し得る。本発明の１つ以上の局面は、少なくとも部分的に結晶性の陽極皮膜をその上に有する物品に関し得る。本発明のさらなる局面は、部分的に結晶性の金属酸化物および部分的に結晶性の金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含む構造を有する金属基板を生成する技術に関し得る。本発明のなおさらなる局面は、部分的に結晶性の金属酸化物および少なくとも部分的に結晶性の金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含む構造を有する金属基板を生成する技術に関し得る。本発明のいくつかの局面は、非晶質性の酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムのうちのいずれかの細孔および壁によって規定されるセルを有する陽極酸化した皮膜を有するアルミニウムの物品から、結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む構造を有する陽極酸化したアルミニウム物品を製造することに関し得る。本発明の手順は、細孔の少なくとも一部に少なくとも１つの金属カチオン種を導入することと、金属カチオン種の少なくとも一部を金属水酸化物に変換することと、金属水酸化物の少なくとも一部を金属酸化物に変換することと、非晶質性の酸化アルミニウムおよび非晶質性の水酸化アルミニウムのうちのいずれかのセルの少なくとも一部を変換して、部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの少なくとも部分的に結晶性の構造を有する陽極酸化アルミニウム物品を製造することとを包含し得る。本発明の１つ以上の局面は、結晶性の酸化アルミニウムおよび結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つ、より好ましくは、部分的に結晶性の酸化アルミニウムおよび部分的に結晶性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つから好ましくは構成される構造を有する陽極酸化したアルミニウム基板を生成する技術に関連し得る。本発明の１つ以上のさらなる局面は、基板上の陽極層の結晶化度を高めることを包含し得る。

本発明の１つ以上のなおさらなる局面は、陽極酸化したアルミニウム基板を生成する技術に関し得る。

本発明のいくつかの局面に対する少なくとも部分的に結晶性の陽極皮膜の物品付属品は、種々の適用、例えば、限定するものではないが、消費者のハードウェア、取引装置を含むツール；半導体、オイルおよび鉱物抽出用、ならびに他の産業プロセス用のものを含む装置および機械部品；医療用デバイスおよび装備、例としては、一般的な医療および整形外科装置、例えば、容器、トレイ、モジュール、ハンドル、固定用具、カート；自動車部品、例としては、外装、エンジンおよびトランスミッション部品、例えば、ピストン、リング、バルブ；海軍または海洋の構成要素、例えば、プロペラ、オートドライブ、クリート、ウインチ、ロック、マスト、索具および他の濡れる部品；電気的ハウジング；航空宇宙用品および装備；軍事用品および装備、例としては、銃の部分、暗視システム、電気装置、輸送装備；家庭用および市販の電化製品、例えば、食洗機、ドライヤー、洗濯機、シンク；建設機器およびハードウェア、例えば、バスルームおよびキッチンハードウェア；ならびに調理の装置用品および設備、例えば、家庭用および業務用の調理器具、食卓用食器類において利用され得る。

本発明のいくつかの局面は、図２〜図５に例示的に図示されるような金属の劣化から基板の基層の材料の少なくとも部分的な保護を得る障壁（バリア）材料での、例えば、含浸または充填によって、細孔１０６のようなセルの細孔を少なくとも部分的に充填し得る基板の封孔処理に関し得る。

細孔１０６は、種々の条件下で酸性の攻撃またはアルカリ性の攻撃に対して少なくとも部分的に耐性である、１つ以上の化合物を導入することによって、少なくとも部分的に含浸または充填されてもよい。本発明の１つ以上の実施形態によれば、１つ以上の化合物は、基板金属または基板の金属酸化物に対して非反応性である条件下で１つ以上の前駆体化合物を含有する浴中での金属基板の浸漬によって細孔１０６内に導入され得る。従って、ある場合には、例えば、本発明の１つ以上の局面は、１つ以上の金属カチオン種を、細孔１０６のような、金属基板の空間または空隙の少なくとも一部に導入することを包含し得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、金属基板、例えば、陽極酸化したアルミニウム基板または陽極酸化したアルミニウム合金基板は、第一の金属塩の水溶液中に、好ましくは大気条件で、浸漬され得る。本発明の１つ以上の実施形態は、１つ以上の金属カチオン種を、例えば、金属基板を金属水溶液に浸漬することによって、細孔の少なくとも一部中に導入することを包含し得る。溶液中の金属種またはベースの金属の塩は、図２に例示的に図示されるように、拡散現象によって、陽極酸化細孔の少なくとも一部を少なくとも部分的に含浸し得る。前駆体化合物として利用され得る金属の非限定的な例としては、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、マグネシウム、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、および銀が挙げられる。浴または金属水溶液は、約７未満のｐＨおよび約１５℃〜約３５℃の範囲の温度であり得る。本発明の１つ以上の局面によれば、第一の金属塩の水溶液は、約１００ｐｐｍ未満の界面活性剤を含んでもよく、そしてある場合には、この浴または第一の金属塩の水溶液は、約０．５〜約８．０重量％の金属カチオン種を含んでも、それからなっても、または本質的にそれからなってもよい。

いくつかの有利な条件によれば、この金属水溶液はさらに、少なくとも１つの界面活性剤を含んでもよい。いくつかのさらに有利な構成では、この金属水溶液は、フッ素種を含有する浴であってもよい。従って、ある場合には、この金属水溶液は、界面活性剤とともにまたは含まずに、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、マグネシウム、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、および銀のうちの少なくとも１つのフッ化物を含んでもよい。このような実施形態のいくつかでは、細孔１０６の壁の酸化アルミニウムの少なくとも一部が、フッ化物アニオン種と反応して、フッ化アルミニウムを、典型的には細孔の内面の少なくとも一部で形成し得る（示さず）。その変化型では、金属水溶液は本質的に、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、マグネシウム、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、および銀のうちの少なくとも１つのフッ化物と、少なくとも１つの界面活性剤とからなってもよい。その別の変化型では、金属水溶液は本質的に、界面活性剤を含まずに、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、マグネシウム、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、および銀のうちの少なくとも１つのフッ化物からなってもよい。

本発明の１つ以上のこのような局面によれば、１つ以上のさらなる変化型では、細孔の少なくとも一部への金属カチオン種の導入は、フッ化物なし、および／または界面活性剤なしで、ある超音波浴中の超音波エネルギーに対して金属または金属合金基板を暴露することを包含し得る。

本発明のいくつかのさらなる局面は、金属カチオン種のような、前駆体化合物の少なくとも一部を、安定な金属化合物に変換することを包含し得る。例えば、金属カチオン種の少なくとも一部を変換または反応して、金属水酸化物を形成してもよい。ある場合には、金属前駆体を導入して、沈殿物１０８を形成してもよく、好ましくは、図３に例示的に図示されるように、細孔１０６を少なくとも部分的に、例えば、金属水酸化物で充填してもよい。金属カチオン種の少なくとも一部を変換することは、ｐＨが少なくとも約８であるアルカリ溶液に、陽極酸化した金属または金属合金基板を、浸漬することを包含し得る。例えば、金属水酸化物への形成または変換は、ｐＨが約８〜約１３の範囲であるアルカリ溶液に対して、陽極酸化したアルミニウム基板を暴露することを包含し得る。このプロセスの変化型では、陽極酸化した金属もしくは金属合金、またはそれらの少なくとも一部は、第一の水溶液に浸漬した後、超音波エネルギーに曝されてもよい。本発明の１つ以上の局面によれば、陽極酸化した金属または金属合金基板を暴露することは、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類水酸化物および１つ以上の界面活性剤を含むアルカリ性溶液中に、陽極酸化した金属または金属合金基板を、金属カチオン種の少なくとも一部を金属水酸化物に変換するのに十分な期間、浸漬することを包含し得る。例えば、変換は、約１分〜約５分の範囲の期間の陽極酸化した金属基板の浸漬を包含し得る。このアルカリ性溶液は、本質的にアルカリ金属水酸化物および界面活性剤からなってもよいが、他の場合には、このアルカリ性溶液は、本質的にアルカリ土類水酸化物からなってもよく、そしてさらに他の場合には、このアルカリ性溶液は本質的に、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ土類水酸化物の混合物からなってもよい。このアルカリ性溶液は好ましくは、約２０℃〜約６０℃の範囲の温度である。

本発明の１つ以上のさらなる局面による、代替的または補完的な場合には、陽極酸化した金属または金属合金基板を曝すことは、超音波エネルギーを、この陽極酸化した金属または金属合金基板に対して、典型的には超音波浴の中で、金属カチオン種の少なくとも一部、典型的には所定の部分を金属水酸化物に変換するのに十分な期間、差し向けることを包含し得る。例えば、超音波エネルギーは、約１０分〜約２５分の範囲の期間、陽極酸化したアルミニウム基板の浸漬によって、陽極酸化したアルミニウム基板に対して差し向けられ得る。

本発明の１つ以上の局面は、金属水酸化物の少なくとも一部を金属酸化物に変換することを包含する熱処理を包含し得る。図４に図示されるとおり、沈殿した金属水酸化物１０８の少なくとも一部は、基板の細孔の少なくともいくつかのような、金属または金属合金基板の一部において、準安定金属酸化物１１０に変換され得る。酸化生成物の少なくとも一部が、金属または金属合金基板の金属酸化物に対して、機械的に、化学的にまたはその両方で結合されると考えられる。金属水酸化物沈殿物１０６の少なくとも一部の変換は、陽極酸化した金属または金属合金基板を、少なくとも部分的な酸化を熱力学的に助ける条件に対して曝すこと、およびある場合には、水酸化物沈殿の脱水または乾燥を包含し得る。変換および結合は、陽極酸化した金属基板を、酸化雰囲気中で、熱力学的な変換温度で、十分な変換収率を得る所定の酸化期間加熱することによって達成され得る。変換温度次第で、準安定酸化物への金属水酸化物の酸化は、酸化雰囲気において２時間未満行われ得る。例えば、変換は、少なくとも約１５０℃の温度で、典型的には、約１５０℃〜約３００℃の範囲で、少なくとも約３０分の期間オーブン中で加熱することによって達成され得る。

本発明の１つ以上のさらなる局面は、細孔の構造の少なくとも一部、例えば、その壁を非晶質性の相から、図５に例示的に図示されるように、部分的に結晶性の金属酸化物および部分的に結晶性の金属水酸化物１１２のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に含み得る構造に変換することを包含し得る。変換はまた、ある場合には、細孔の壁の少なくとも一部の結晶化度を高めることを包含し得る。構造の少なくとも一部を変換することは、陽極酸化した金属または金属合金基板の少なくとも一部を、第二の金属塩の水溶液中に、部分的に結晶性の金属酸化物または部分的に結晶性の金属水酸化物相への変換を支持する条件で浸漬することを包含し得る。例えば、結晶化度を高めるための変換は、陽極酸化したアルミニウムまたは陽極酸化したアルミニウム合金基板の、第二の金属水溶液中への、約７５℃〜約９５℃の範囲の温度での浸漬であって、その非晶質性の酸化アルミニウムおよび／または非晶質性の水酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つの、部分的に結晶性の金属酸化物および部分的に結晶性の金属水酸化物のうちの少なくとも１つへの変換、典型的には部分的に結晶性の金属酸化物および部分的に結晶性の金属水酸化物のうちの少なくとも１つへの変換のための浸漬を包含し得る。この第二の金属水溶液は、好ましくは約５〜約６という範囲のｐＨを有し、ある場合には、この第二の水溶液は、金属酢酸塩および金属硝酸塩のうちの少なくとも１つを含んでもよい。ある場合には、この第二の水溶液は、本質的に金属酢酸塩からなるか、または本質的に金属硝酸塩からなる。さらに他の場合には、この第二の水溶液は、本質的に金属酢酸塩および金属硝酸塩からなってもよい。この金属酢酸塩および／または金属硝酸塩の濃度は、約４．５重量％〜約６．５重量％であってもよい。従って、ある場合には、結晶化度を高めることは部分的な水和を伴うものであり、拡張を伴ってベーマイト様結晶を形成し、細孔を少なくとも部分的に、全体に、または少なくとも実質的な部分を閉鎖し、部分的に結晶性の構造を形成し得る。

本発明の種々の実施形態で利用され得る界面活性剤の非限定的な例としては、非イオン性の界面活性剤、例えば、限定するものではないが、親水性のポリエチレンオキシド、例えば、ポリエチレングリコールｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−フェニルエーテル（これは、ＴＲＩＴＯＮ（商標）Ｘ−１００界面活性剤として、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎから市販されている）が挙げられる。

陽極酸化したアルミニウムまたは陽極酸化したアルミニウム合金基板を封孔処理することに関与する本発明の実施形態では、その得られた封孔した陽極皮膜は、図６および図７で図示されるように、Ｘ線回折パターンまたはスペクトルを有するように分析上特徴付けられ得る。図６および図７で提示されるスペクトルは、それぞれ１および４で固定された２つの異なるＸＲＤ入射を示す。このスペクトルでは、図６で「本発明（ＴｈｉｓＩｎｖｅｎｔｉｏｎ）」と命名される部分的に結晶性の陽極皮膜は、「従来の１番（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ＃１）」および「従来の２番（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ＃２）」と命名された、先行技術の非晶質性の、非結晶性陽極皮膜と比較して、部分的に結晶特性を示す。具体的には、部分的に結晶性の水酸化アルミニウムは、約１８°、３７°、４４°、および６２°でのピークによって記され得る。

図１２Ａは、本発明の封孔した陽極酸化した金属基板の写真のコピーである。この封孔した陽極酸化した金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような第一の金属から構成される金属基板２０４；この金属基板の少なくとも一部と連続する陽極領域２０２を含む。陽極領域２０２は典型的には、非晶質性の第一の金属酸化物を含む複数のセルを有する。各々の複数のセルは典型的には、細孔であって、その少なくとも一部に細孔充填材を有する細孔を有する。この細孔充填材は、結晶性の遷移金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、半金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、およびアルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１つを含み得る。陽極領域２０２は、酸化アルミニウムの円柱状セルおよび結晶性の水酸化ニッケルの細孔充填材を含んでもよい。この封孔領域は、結晶性の水酸化アルミニウムを含み得る。この細孔充填材は、結晶性の酸化ニッケル、酸化スズ、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、および酸化ナトリウムのうちの１つを含むか、本質的にそれらからなるか、またはそれらからなる。

上記貴金属は、銀、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、白金、金、およびそれらの合金のうちの１つまたは組み合わせであってもよい。

封孔した陽極酸化した金属はさらに、陽極領域２０２の少なくとも一部に隣接する封孔領域２０６を含んでもよい。封孔領域２０６は、結晶性の第一の金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、結晶性のアルカリ金属酸化物、結晶性の第一の金属水酸化物、結晶性の貴金属水酸化物、および結晶性のアルカリ金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。他の場合には、封孔領域２０６は、結晶性の第一の金属酸化物、結晶性の貴金属酸化物、結晶性のアルカリ金属酸化物、結晶性の第一の金属水酸化物、結晶性の貴金属水酸化物、および結晶性のアルカリ金属水酸化物のいずれか１つから本質的になるか、またはなる。封孔領域は、金属水酸化物、例えば、水酸化アルミニウム（これは、封孔領域の深さとともに増大する結晶化度のレベルを有する）を含んでもよい。

本発明のなおさらなる実施形態では、封孔した陽極酸化した金属はさらに、陽極領域２０２と封孔領域２０６との間に位置する界面領域２０７を備え得る。界面領域２０７は、結晶性の遷移金属水酸化物、結晶性のアルカリ金属水酸化物、および結晶性の貴金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。ある場合には、界面領域２０７は、結晶性の遷移金属水酸化物、結晶性のアルカリ金属水酸化物、および結晶性の貴金属水酸化物のうちのいずれか１つから本質的になってもよいし、またはなり得る。

本発明の１つ以上の局面は、約１５℃〜約２５℃の範囲の温度で、１１日間、少なくとも約０．０４重量％で水酸化ナトリウム溶液中に浸漬した後、ＡＳＴＭ４０６０によって決定した場合、約１０９ｍｇ未満のテーバー（Ｔａｂｅｒ）摩耗を有する少なくとも約０．０５ｍｍの部分的に結晶性の皮膜を含む封孔した陽極酸化したアルミニウム物品に関し得る。本発明のさらなる局面は、ｐＨが１２である溶液での超音波洗浄に対する、および１３５℃でのオートクレーブに対する、少なくとも５サイクル間の暴露後、ＡＳＴＭＥ３０８に従って行った場合、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９７６Ｌ＊、ａ＊、ｂの色スケールによって、少なくとも約１．５というΔＬ＊、約２．０というΔａ＊、および約２．５というΔｂ＊の値未満の退色を有する、少なくとも約０．０５ｍｍの染色した陽極酸化した皮膜を含む、封孔した陽極酸化したアルミニウム物品に関し得る。このような局面では、この物品は、少なくとも約４５分間のその超音波洗浄後、およびさらなる例では、オートクレーブが少なくとも約４５分間行われた後、退色耐性を提供し得る。

本発明の１つ以上のさらなる局面は、典型的には少なくとも約０．０５ｍｍの、陽極酸化した部分的に結晶性の皮膜を含む、アルミニウム物品に関し得る。少なくとも約０．０５ｍｍの陽極酸化した皮膜は、約１５℃〜約２５℃の範囲の温度で１１日間、少なくとも約０．０４重量％の水酸化ナトリウム溶液中に浸漬した後、ＡＳＴＭ４０６０によって決定されるように約１０９ｍｇ未満のテーバー摩耗損失を示し得る。

本明細書において用いる場合、「部分的に結晶性の」という用語は、完全ではない結晶特性を示す陽極皮膜を指す。部分的に結晶性の金属水酸化物または部分的に結晶性の金属酸化物は、典型的には、結晶性の酸化物、結晶性の水酸化物、またはその両方に由来し得る反復性のパターンを示す。さらに、本発明のいくつかの局面は、多結晶の金属酸化物、多結晶の金属水酸化物、またはその両方に由来する部分的な多結晶特性を有する陽極皮膜に関連し得る。

本発明のこれらおよび他の実施形態の機能および利点は、以下の実施例からさらに理解され得、以下の実施例は、本発明の１つ以上のシステムおよび技術の利点および／または利益を図示するが、本発明の範囲全体を例示するものではない。

本実施例では、陽極アルミニウムサンプルを、ＳＡＮＦＯＲＤＱＵＡＮＴＵＭ(登録商標)プロセスに従って準備した。このアルミニウムサンプルを、約１５℃〜２１℃で保持した２５０グラム／リットルのＨ_２ＳＯ_４溶液中で陽極酸化した。１４ＶＤＣ−１８ＶＤＣの電圧を印加した。このサンプルを、周囲酢酸ニッケル溶液中に２０分間、超音波浴中で浸漬し、続いて、ｐＨが約１３である０．４容積％のＮａＯＨ溶液中で、約５分間処理した。次いで、そのサンプルを、約２５０℃で約１時間熱処理して、最終的に酢酸ニッケル溶液中に約９０℃で約４０分間浸漬した。

従来のように陽極酸化したアルミニウムサンプルを、従来のＩＩＩ型の硬性の陽極酸化プロセスによって準備した。このサンプルは、約−２℃〜−０℃で保持した２２５グラム／リットルのＨ_２ＳＯ_４溶液中で陽極酸化した。１８ＶＤＣ〜３３ＶＤＣの電圧を印加した。次いで、サンプルを周囲のフッ化ニッケルを用いて約２５℃で約１０分間、または酢酸ニッケル溶液を用いて９０℃で２０分間、封孔した。

二重に封孔した陽極酸化したアルミニウムサンプルを、ＳＡＮＦＯＲＤＱＵＡＮＴＵＭ(登録商標)プロセスによって準備して、約０．０５ｍｍの皮膜厚を得た。サンプルを、１５℃〜２１℃で保持した２５０グラム／リットルのＨ_２ＳＯ_４溶液中で陽極酸化した。約１４ＶＤＣ〜１８ＶＤＣの電圧を印加した。サンプルを周囲のフッ化ニッケル溶液中に１０分間、続いて酢酸ニッケル溶液に９０℃で約２０分間浸漬した。

実施例１
本実施例は、高いｐＨ条件に対してＳＡＮＦＯＲＤＱＵＡＮＴＵＭ(登録商標)プロセスに従って準備した、従来どおり陽極酸化したアルミニウム基板パネルの耐性を示す。

種々のアルミニウム合金パネルのいくつかの４インチ×４インチのサンプルを、ＳＡＮＦＯＲＤＱＵＡＮＴＵＭ(登録商標)プロセスを用いて、種々の皮膜厚で陽極酸化した。表１は、３つの陽極皮膜工程の実施条件を示す。このサンプルは、一般的な目的の洗浄剤を充填した超音波浴を用いて評価した。３０ｍＬのＰＲＯ−ＰＯＲＴＩＯＮ（商標）超音波洗浄剤（ＳｕｌｔａｎＨｅａｌｔｈｃａｒｅ，Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ）を、約１ガロンの脱イオン水と混合して、超音波洗浄浴を作製した。この溶液のｐＨを約１１．０±０．２に調節して、必要に応じて苛性剤を添加することによって維持した。超音波エネルギーを、この浴の温度を送風機に浴を循環させることによって一定温度に維持しながら、約４〜６時間与えた。表面的な外観および色素の移動を測定して、失敗およびパス（合格）の状態を決定した。各々のサンプルを、白い綿の検査手袋または高品質のティッシュペーパー（試薬等級のイソプロピルアルコールに浸した）を用いて中度の圧力で拭いた。失敗状態は、手袋またはテイッシュでの色のにじみの証拠が示された場合とした。

実施例２
本実施例は、高ｐＨのアルカリ条件に曝した後、従来の陽極酸化皮膜の性能と、本発明による封孔した、部分的に結晶性の陽極酸化皮膜の性能とを比較する。

２つのアルミニウムラックは、（１）本発明の部分的に結晶性の皮膜、および（２）酢酸ニッケル封孔法による、黒く染色された従来どおり陽極酸化した皮膜を用いる、硬性陽極酸化によって調製した。各々のラックは、約１２０ｇ／リットルの水酸化ナトリウムを含有する熱エッチング溶液に１４０°Ｆ（約６０℃）で入れた。各々の溶液を、図８Ａに図示されるように空気と激しく撹拌した。

従来どおり調製したアルミニウムラックの表面は、約２分後完全にはがされることが観察された。しかし、本発明によって調製した陽極酸化したラック上の皮膜は、熱エッチング溶液中で約２０分後でさえ、その特性を維持した。図８Ｂは、浸漬前の陽極酸化したアルミニウムラック（左側−本発明の部分的に結晶性の封孔した陽極皮膜、右側−従来の酢酸ニッケル封孔）を示す。図８Ｃは、２分間の浸漬後のアルミニウムラックを示し、本発明の部分的に結晶性の封孔した陽極皮膜を有するように調製した、左側に示されるラックは、エッチングを示さないが、従来の酢酸ニッケル封孔で調製した、右側に示されるラックの皮膜は、剥がされた。図８Ｄに示すように、本発明の部分的に結晶性の陽極皮膜を有するように調製したラックは、アルカリ性浴中での２０分間の浸漬後でさえ、依然として許容できる皮膜を有した。

実施例３
本実施例は、医療的な滅菌条件に曝した後、従来の陽極酸化皮膜の性能と、本発明による封孔した陽極酸化皮膜の性能とを比較する。

いくつかの４インチ×４インチのサンプルパネルを、本発明の封孔した陽極酸化した皮膜と従来の陽極酸化パネルサンプルとが沿うように準備した。このサンプルを、超音波およびオートクレーブの操作を包含する、図９に図示される加速滅菌手順（ＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＳｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｄｕｒｅ）（ＡＳＰ）を用いて評価した。滅菌は、一般的な目的の洗浄溶液を充填した超音波システムにサンプルを移すことを包含した。３０ｍＬのＰＲＯ・ＰＯＲＴＩＯＮ（商標）超音波洗浄剤を、約１ガロンの脱イオン水と混合して、超音波洗浄浴を作製した。この溶液のｐＨを約１２．５±０．２になるように調節して、苛性剤を添加することによって維持した。超音波エネルギーは、この浴の温度を一定温度に維持しながら、約４５分間与えた。超音波洗浄後、このサンプルを、脱イオン水でリンスして、洗浄溶液を除去した。リンス後、このサンプルを、酵素的な洗浄剤ＲＥＮＵＺＭＥ（商標）剤（ＧｅｔｉｎｇｅＵＳＡ、Ｉｎｃ．，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮｅｗＹｏｒｋ）中に約３０秒間、浸漬した。次いで、このサンプルを、脱イオン水で約３０秒間リンスして、洗浄剤を除いた。リンス後、このサンプルを、約１３２℃で約４５分間オートクレーブした。各々のサンプルを、このサイクルを４回繰り返すことによって滅菌した。表２は滅菌操作の結果を示す。

実施例４
本実施例は、食器洗いの条件に曝した後、従来の陽極酸化皮膜の性能と、本発明による封孔した陽極酸化皮膜の性能とを比較する。

従来の陽極酸化皮膜を有するサンプルのアルミニウムパネル、ならびに本発明による結晶性の封孔した陽極皮膜を有するサンプルのアルミニウムパネルを準備した。このパネルを住宅用の食洗機に、通常の食器洗いのサイクルの間、約６０〜９０分、市販の乾燥洗剤（ｄｒｙｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ）を用いて入れた。２０日間にわたって２０回の洗浄サイクルを行った。この観察および結果をまとめた表３に示すように、結晶性の封孔した陽極皮膜仕上げを有するパネルのサンプルのみが、機能的にも審美的にも特性の消失の兆候を示さなかった。

実施例５
本実施例は、約０．０４％の水酸化ナトリウムの溶液中への浸漬後、従来の陽極酸化皮膜の性能と、本発明による結晶性の封孔した陽極酸化皮膜の性能とを比較する。

本発明の結晶性の封孔した陽極酸化皮膜を有する２つのアルミニウムサンプルを調製した。従来のアルミニウムの陽極酸化サンプルパネルもまた準備した。各々のサンプルパネルの表面を、金属の格子でこすることによって引っ掻いた。この引っ掻いたパネルを、０．０４％の水酸化ナトリウムおよび水の溶液（約１１．６〜１２．３のｐＨ）に約２４時間浸漬した。このパネルを摩耗して、３回以上のサイクルにわたって浸漬して、各々の表面上の外観を、金属格子を用いて表面を引っ掻くことによって各々のサイクルの後に評価した。表４は、引っ掻きの後の観察を示す。

実施例６
本実施例は、低ｐＨ条件、硫酸浸漬への暴露後、従来の陽極酸化皮膜および本発明の結晶性の封孔した陽極酸化皮膜を評価する。

アルミニウムサンプルを、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化した皮膜で準備した。異なる封孔条件を用いる３つの従来の陽極酸化皮膜サンプルを、１インチ×１インチの６０６１アルミニウム合金の切り取り試片から準備した。各々のサンプルの皮膜の厚みおよび重量を、ＡＳＴＭＢ１３７によって決定した。このサンプルを、ｐＨが約０．８であり、約０．７１容積％の硫酸水溶液中に約２４時間浸漬した。皮膜の厚みおよび重量を、硫酸溶液中の浸漬後に測定して、最初の値と比較した。サンプルの結果および観察を、表５に示す。このデータによって、３つ全ての従来の陽極酸化皮膜が、硫酸水溶液中で完全に解離された、すなわち、皮膜の大部分がアルミニウム表面から完全に取り除かれたことが指摘される。さらに、裸のアルムニウムが、負の重量損失によって示されるように、酸溶液によって攻撃されると思われる。対照的に、本発明の結晶性の封孔した陽極酸化したアルミニウムサンプルは、約２０％という皮膜厚の損失および約３１％という重量の損失を示した。さらに、本発明の部分的に結晶性の封孔した陽極酸化したサンプルは、その硬度および完全性を維持すると思われた。

実施例７
本実施例は、従来の封孔した陽極酸化アルミニウム皮膜と、本発明の封孔した陽極酸化したアルミニウム皮膜の摩耗耐性を比較する。

３つのサンプルである、本発明の封孔した陽極酸化したアルミニウムサンプル、二重封孔した陽極酸化アルミニウムサンプル（フッ化ニッケル処理、続いて酢酸ニッケル処理によって調製）、および従来の陽極酸化アルミニウム皮膜（皮膜厚０．０５ｍｍ（２．０ｍｉｌ）を有する）の間のテーバー摩耗を、各々を水酸化ナトリウムの中に、３日および１１日、大気温度で浸漬した後に評価した。

図１０Ａは、テーバーの手順を行った後の３日経過の二重封孔した陽極酸化アルミニウムサンプルの写真のコピーである。これは、全体的なコーティング厚の損失を示し、これによって、摩耗エリアでの裸のアルミニウム表面が示される。

１１日経過の本発明の封孔した陽極酸化したアルミニウムサンプルは、テーバー手順を行った後、皮膜厚が、約０．０５ｍｍ（２．０ｍｉｌ）から０．０３８ｍｍ（１．５ｍｉｌ）に低下した。図１０Ｂは、摩耗試験の後、３日経過の従来の陽極酸化皮膜の外観を示す写真のコピーであり、図１０Ｃは、摩耗試験の後、１１日経過の封孔した陽極酸化したアルミニウムサンプルの外観を示す写真のコピーである。

実施例８
本実施例は、本発明の封孔した陽極酸化した基板の調製の間の熱処理を介した、金属水酸化物生成物の金属酸化物固体への相変態を評価する。

酢酸ニッケルを約５．０重量％有する金属塩溶液を、図１１Ａに図示されるように調製した。溶液のｐＨは、水酸化ナトリウム、ＮａＯＨの水溶液を添加することによって、約１０．０に増大した。その溶液は、緑色に濁り、これは、図１１Ｂに図示されるように、水酸化ニッケル沈殿物の指標である。この沈殿物を、図１１Ｃに図示されるように、Ｎｏ．４０のＷｈａｔｍａｎ濾紙を用いて濾過した。沈殿物を有する濾紙を、約６０℃で１時間乾燥した。乾燥した緑色の沈殿物、水酸化ニッケルを、図１１Ｄに図示されるように、秤量皿に集めて、オーブン中で約約２５０℃で約１時間加熱した。

この緑色の沈殿物は、熱処理後に、黒い沈殿物になった。この黒い粒子は、酸化ニッケル、Ｎｉ_２Ｏ_３であると考えられる。図１１Ｅは、熱合成前の緑の沈殿物（左側）（これは、緑っぽい色の粒子、水酸化ニッケルを示す）、および熱処理された粒子（右側）（これは、酸化ニッケルの黒色の粒子である）を示す。

本発明のいくつかの例示的な実施形態をここに記載してきたが、前述は、単なる例示であって、限定ではなく、単なる例として提示されているということが当業者には明らかであるはずである。多数の改変および他の実施形態が、当該分野の通常の技術の範囲内であり、本発明の範囲内におさまると考えられる。具体的には、本明細書に提示される多くの実施例は、方法の行為またはシステムの構成要素の特定の組み合わせを包含するが、それらの行為およびそれらの構成要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。

当業者は、本明細書に記載されるパラメーターおよび構成が例示的であること、ならびに正確なパラメーターおよび／または構成が、本発明のシステムおよび技術が用いられる特定の適用に依存することを理解すべきである。当業者はまた、本発明の特定の実施形態に対する等価物を、慣用的な実験しか用いずに、認識または獲得できるはずである。従って、本明細書に記載される実施形態は、例として示されるに過ぎないこと、ならびに添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内では、本発明は、詳細に記載される以外に実践されてもよいことが理解されるべきである。

さらに、本発明は、本明細書に記載される各々の特徴、システム、サブシステムまたは技術、および本明細書に記載される２つ以上の特徴、システム、サブシステムまたは技術の任意の組み合わせに関し、そして２つ以上の特徴、システム、サブシステムまたは方法の任意の組み合わせは、このような特徴、システム、サブシステムおよび技術が相互に矛盾していない場合、特許請求の範囲に具現されるように本発明の範囲内であるとみなされることもまた理解されるべきである。さらに、一実施形態に関連してのみ考察される行為、構成要素および特徴は、他の実施形態における同様の役割から排除されるものではない。

本明細書において用いる場合、「複数」という用語は、２つ以上の事項または成分を指す。「含む、包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、包含する、〜が挙げられる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「担持する、保持する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する、保持する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む、含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、および「含む、包含する、関与する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」という用語は、書かれた説明または特許請求の範囲などにおいて、制限のない用語であり、すなわち、「〜を含むがそれに限定しない、限定するものではないが、それらが挙げられる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｕｔｎｏｔｌｉｍｉｔｅｄｔｏ）」を意味する。従って、このような用語の使用は、その後ろに列挙される事項、およびそれらの等価物、ならびに追加の事項を包含することを意味する。「〜からなる、から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆ）」および「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｏｆ）」という移行句のみは、特許請求の範囲に関して、それぞれ、限定的または半限定的な移行句である。特許請求の範囲の構成要素を改変するための特許請求の範囲における「第一」、「第二」、「第三」などのような順序の用語の使用はそれ自体、別のものに対するある請求項の構成要素の優先、優位もしくは順序も、またはある方法の行為が行われる時間的順序も暗示せず、単に特定の名称を有するある請求項の構成要素を、同じ名称を有する別の構成要素から識別して（ただし順序の事項の使用のため）、特許請求の構成要素を識別するための表示として用いられる。

Claims

封孔した陽極酸化した金属であって：
アルミニウムまたはアルミニウム合金である第一の金属を含む金属基板と；
前記金属基板の少なくとも一部と連続した陽極領域であって、非晶質性の第一の金属酸化物を含む複数のセルを有し、前記複数のセルの各々は、その少なくとも一部に細孔充填材を有する細孔を有し、前記細孔充填材は、少なくとも１つの結晶性の遷移金属酸化物を含む陽極領域と；
前記陽極領域の少なくとも一部に隣接する封孔領域であって、結晶性の第一の金属酸化物および結晶性の第一の金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含む封孔領域と；
を含む、封孔した陽極酸化した金属。
前記細孔充填材が、結晶性の酸化ニッケルおよび酸化コバルトのうちの１つを含む、請求項１に記載の前記封孔した陽極酸化した金属。
前記陽極領域が、酸化アルミニウムの円柱状セルと結晶性の水酸化ニッケルの細孔充填材とを含み、ここで前記封孔領域が、結晶性の水酸化アルミニウムを含む、請求項１に記載の前記封孔した陽極酸化した金属。
前記封孔領域が、前記封孔領域の深さにつれて増大する結晶化度のレベルを有する水酸化アルミニウムを含む、請求項１に記載の封孔した陽極酸化した金属。
前記陽極領域と前記封孔領域との間に位置する界面領域をさらに備え、前記界面領域が、結晶性の遷移金属水酸化物を含む、請求項１に記載の封孔した陽極酸化した金属。
金属器具であって：
アルミニウムまたはアルミニウム合金である第一の金属を含むバルク金属部分と；
前記バルク金属部分の少なくとも一部の上の封孔した陽極酸化した皮膜と、を含み、前記封孔した陽極皮膜は、
前記バルク金属部分に隣接する第一の領域と、
第二の領域と、
前記第一の領域および第二の領域の間およびそれと連続する界面領域と、を備え、
前記第一の領域は、第一の金属酸化物を含む複数のセル構造を備え、前記セル構造の各々は、少なくとも１つの結晶性の遷移金属酸化物を含む充填材を少なくとも部分的に含む細孔を有し、
前記第二の領域は、結晶性の第一の金属酸化物および結晶性の第一の金属水酸化物のうちの少なくとも１つを含み、
前記界面領域は、少なくとも１つの結晶性の遷移金属水酸化物を含む、
金属器具。
前記第一の金属酸化物が、非晶質性の酸化アルミニウムまたは非晶質性のアルミニウム合金酸化物である、請求項６に記載の金属器具。
前記充填材が、結晶性の水酸化ニッケルを含む、請求項７に記載の金属器具。
前記界面領域が、結晶性の水酸化アルミニウムおよび結晶性の水酸化ニッケルのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の金属器具。
前記第一の領域が、水酸化ニッケルを少なくとも部分的に含む細孔を有する、酸化アルミニウムを含む複数の円柱状セル構造を備える、請求項９に記載の金属器具。
前記器具が、医療用デバイスのケースである、請求項１０に記載の金属器具。
前記器具が、医療用デバイスのハンドルである、請求項６に記載の金属器具。