JP6706012B1 - 微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の一実施形態による微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法を適用可能な処理装置を概略的に示しており、図1において電解処理装置1は、処理槽2とこの処理槽2内に設置された陰極部材4及び陽極部材5とを有し、これら陰極部材4及び陽極部材5はそれぞれ直流電源3のマイナス極及びプラス極に接続している。なお、処理槽2には該処理槽2内の溶液を所望の温度に保つための恒温ヒータ(図示せず)を設けることができる。このような電解処理装置1において、陽極部材5は被処理部材となるものであり、チタン又はチタン合金製の薄膜を表面に設けた部材を用いる。また、陰極部材4としては、通電性の材料であれば特に制限はないが、導電性、耐食性などの点でチタン又はチタン合金製の部材(薄膜を含む)を用いることができる。
次に上述したような電解処理装置1を用いた本実施形態の微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法について説明する。
まず、微細孔を有するチタン又はチタン合金の酸化薄膜を電解処理により製造する。この電解処理は2段階で行うことが好ましい。
1段目の電解処理では、電解処理装置1の処理槽2に収容する電解処理の溶液として、フッ化水素化合物を溶解した硫酸溶液又は電解硫酸Sを用いる。硫酸溶液のみでは酸化力がないためチタン又はチタン合金が溶解するのみで、その微細孔の孔径を100nm以下とすることはできるが、30nm以下とするのは困難である。より微細孔を形成するためには、酸化力を有する電解硫酸を使用する。この電解硫酸の場合における酸化剤濃度は、硫酸を電解して電解硫酸を作製する際に生成可能な酸化剤濃度であればよいが、5g/L未満では酸化速度が遅くなってしまい、陽極部材5に用いたチタン又はチタン合金製の薄膜に形成される孔径が大きくなるため、後述する封孔工程において、封孔が困難となってしまう。なお、酸化剤濃度の上限については特に制限はないが、硫酸を電解して電解硫酸を作製する際の効率の点から10g/L程度が現実的である。
Ti+3H+→Ti3++3/2H2 …(1)
電解硫酸液S中に電解硫酸が含まれる場合には以下の反応も進みTiO2を形成する。
Ti+2H2O→TiO2+4H++4e− …(2)
さらに、本実施形態においては、上述した硫酸溶液又は電解硫酸Sとフッ化水素化合物とによる1段目の電解処理の後、フッ化水素化合物を用いない電解硫酸Sのみによる2段目の電解処理を行うことが好ましい。
次にこのようにしてチタン又はチタン合金の酸化薄膜に形成した微細孔を封孔する。
Ti+2H2O→TiO2+4H++4e− …(2)
これにより開孔工程で酸化皮膜に形成された微細孔に酸化チタン(TiO2)が蓄積さることで封孔を行い、この結果、厚みのある強度的に優れた酸化皮膜を形成することができる。
100mm×100mm×0.04mm(t)の純チタンの試験片を用意し、この試験片を用いて陰極部材4及び陽極部材5を形成し、図1に示す電解処理装置1を構成した。この電解処理装置1の処理槽2に硫酸濃度10重量%、酸化剤濃度10g/L、フッ化アンモニウム濃度0.25重量%の電解硫酸液Sを充填し、温度30℃、電流密度3.5A/dm2で40秒間1段目の電解処理を行った。次に2段目の電解処理を、フッ化アンモニウムを溶解することなく1段目と同濃度の電解硫酸のみで60秒行い、開孔工程を完了した。その後、電解硫酸液Sはそのままにして電流密度を0.05/dm2に変更し、12時間かけて封孔工程を行った。
実施例1において、開孔工程の電解処理条件を、硫酸濃度を75重量%に変更した以外は同様にして、純チタンの試験片を処理した。
2 処理槽
3 直流電源
4 陰極部材
5 陽極部材
S 硫酸溶液又は電解硫酸
Claims (5)
- チタン又はチタン合金製薄膜を陽極として、
フッ化水素化合物を0.5重量%以下溶解した硫酸溶液又はフッ化水素化合物を0.5重量%以下溶解した酸化剤濃度5g/L以上の電解硫酸液中で1〜20A/dm2の電流密度で電解処理して微細孔を形成する開孔工程と、
硫酸溶液又は酸化剤濃度5g/L以上の電解硫酸液中で電流密度を0.1A/dm2以下で電解処理して前記微細孔を封孔する封孔工程と
を行う、微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法。 - 前記硫酸溶液又は電解硫酸の硫酸濃度が10重量%以上である、請求項1に記載の微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法。
- 前記フッ化水素化合物が、フッ化アンモニウムである、請求項1又は2に記載の微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法。
- 前記開孔工程の処理時間が30〜60秒であり、前記封孔工程の処理時間が5〜12時間である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法。
- 前記開孔工程が、前記フッ化水素化合物を溶解した硫酸溶液又は電解硫酸液による1段目の電解処理と、フッ化水素化合物を溶解しない電解硫酸液中で1〜20A/dm2の電流密度による2段目の電解処理とを備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細孔を封孔したチタン又はチタン合金の酸化薄膜の製造方法。
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