JPH01136958A - 部材表面の着色方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は部材表面の着色方法に係り、特に低温条件にて
短時間で着色することができる、金属のアモルファスコ
ーティングを施して行なう部材表面の着色方法に関する
。

［従来の技術］ 従来より、金属の着色方法としては、陽極酸化法又は高
温酸化法が行なわれている。

陽極酸化法は、金属を適当な酸溶液に浸漬して陽極処理
を行なって酸化被膜を形成させ名方法であって、Ｔｉ、
ステンレス鋼、Ａ１等に適用されている。陽極酸化法に
よる被膜は種々の色に発色させることかでき、染料を用
いて染色することもできるが、この方法は被膜に傷がつ
き易い、あるいは処理工程が多いという欠点を有する。

一方、高温酸化法は、高温処理を行なって酸化被膜を形
成させることにより発色させるものであり、主にＴｉや
ステンレス鋼等の金属に適用されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の高温酸化法は、陽極酸化法に比し処理操作が簡単
であるという利点を有するが、次のような欠点があった
。

例えば、高温酸化による着色を行なうことができる金属
であるＴｉを高温酸化処理する場合、発色する色は処理
温度に依存し、低温から高温に至る間に金→青→薄青−
緑白色−白色と変化するが、比較的低温処理による青色
でも５００〜６００℃の温度を要し、緑白色、白色では
相当の高温を要する。ま・た、再現性にも難があった。

即ち、Ｔｉ等の着色原理は、第２図に示す如く、母材１
０の表面に形成した酸化膜１１における光Ｒの吸収と干
渉によって起こる。しかして、色の変化はこの作用の程
度に依存し、実際には酸化膜１１の厚さに依存する。こ
のため、着色させる色調によっては、酸化膜を厚くする
べく、処理温度を上げる必要がある。また、陽極酸化法
を併用せざるを得ない場合もある。

このため、高温処理により被処理部材が「なまる」こと
があり、強度等が低下して機械的特性が損なわれ、要求
特性を満足し得ないという問題が生じる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記従来の問題点を解決するものであって、部
材表面に金属のアモルファスコーティング膜を形成し、
該アモルファスコーティング膜を高温酸化することを特
徴とする。

以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の詳細な説明する断面図
である。

本発明の方法においては、まず部材１の表面に金属のア
モルファスコーティング膜２を形成する（第１図（ａ）
）。

アモルファスコーティング膜２を形成する部材１の材質
としては特に制限はなく、金属、セラミックス、樹脂等
のいずれでも良い。金属としてもＴｉ、Ｔｉ系合金の他
、従来では直接着色することが難しかった金属など各種
の金属又は合金に適用することが可能である。

部材１に形成するアモルファスコーティング膜２は、そ
の合金組成をＭ−ＸまたはＭ−Ｘ−Ｙ（Ｍ：ベースとな
る金属又は合金、Ｘ：耐食性あるいは着色性を与える金
属、Ｙ二手金属）とすると、Ｍとしては例えばＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ又はこれらの合金、ＸとしてはＣｒ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂの１　ｆｆｆｉ又は２種以上、Ｙと
してはＰ、Ｂ、Ｃなどが用いられ、これらを適当な割合
で含有するものが用いられる。

特に、本発明においては、着色効果の面からＴａ及び／
又はＴｉ：１０〜７５原子％Ｆｅ：１８〜６６原子％ Ｎｉ：１〜７原子％ Ｃｒ：４〜１８原子％ を含むアモルファス合金が好ましい。本発明では、特に
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎ１−ｘＴｉ系でｘ（Ｔｉ含有量）が１０
原子％以上のものが好ましい。このようなアモルファス
合金とすることにより、処理温度は５０℃〜１００℃程
度低下させることができる。

本発明において、アモルファスコーティング膜２の膜厚
が薄いと、均一な着色が得られない。

従って、形成するアモルファスコーティング膜２の厚さ
は、十分な均一着色を得ることができる厚さ、一般には
２００八以上とするのが好ましい。

アモルファスコーティング膜は厚過ぎても効果に差異は
なく、本発明においては４０μｍ以下、特に０．５μｍ
〜２０μｍとするのが好ましい。

アモルファスコーティング膜２の形成方法は、特に限定
されないが、スパッタリング法によれば容易に均一厚に
コーティングすることができる。

形成したアモルファスコーティング膜２は次いで高温酸
化によりその表面を酸化させ、酸化物層３を成長させる
（第１図（ｂ））。この高温酸化処理により、アモルフ
ァスコーティング膜２中の主成分の酸化膜層３が形成さ
れる。

高温酸化の処理条件は、アモルファスコーティング膜の
種類や所望とする着色の色調等により異なるが、例えば
従来法で純Ｔｉに青色の着色を得る場合、５００〜６０
０℃の処理温度が必要であったのに対し、本発明の方法
によれば、Ｔｉ系合金アモルファスコーティング膜を４
５０℃程度の温度で処理することにより、容易に同じ色
を得ることができる。即ち、処理温度を１００℃程度低
下でき、作業能率上その効果は極めて大きい。

本発明で形成された酸化物層３は極めて均一な層である
ため、第１図（ｂ）に示す如く、光Ｒの吸収と干渉の作
用により均一かつ美麗に発色する。

゛本発明においては、一つの部材に一種類の組成のアモ
ルファスコーティング膜を設けて熱処理しても良く、ま
た一つの部材に組成の異なるアモルファスコーティング
膜を設けても良い。例えば部材表面の一部をＴｉ系合金
アモルファスコーティング膜とし、他の部分をＴａ系合
金アモルファス膜とする。このようにすれば一つの部材
表面に二以上の色彩を付すことが可能となる。なお、組
成の異なるものとしては、同一組成系において元素の含
有量を異ならせるようにしても良く、この−例としてＴ
ｔ系合金でＴＬ含有量を異ならせたものが挙げられる。

本発明においては、アモルファスコーティング膜を形成
した部材の全体を均一温度に加熱して酸化処理しても良
く、部分的に加熱温度を異ならせても良い。例えば部材
の一部を４００℃に加熱し、他の部分を５００℃に加熱
する如き加熱処理である。このようにしても、一つの部
材に二以上の色彩を付すことができる。このような加熱
温度を異ならせるための加熱法としてレーザーなど高エ
ネルギー密度ビームをアモルファスコーティング膜表面
に照射する方法が挙げられる。この場合、ビームの出力
を増減することによって加熱温度を調節できる。

また、ビーム部材とを相対的に移動させ、この移動速度
を増減することによっても加熱温度を調節で診る。ビー
ムと部材とを相対的に移動させる装置としてＮＣ装置を
用いれば種々の模様を正確に描くことができる。

なお、加熱温度を異ならせるための加熱法としては、電
気ヒータやガスバーナ等の高温輻射熱源などの他の熱源
を採用しても良いことは明らかであり、該熱源の出力を
増減することにより加熱温度を調節することができる。

本発明では、部材の表面を均一に（例えば鏡面に）仕上
げておいてからアモルファスコーティングを行なっても
良く、部材表面の一部分を他の部分とは異なるように表
面仕上げを行ってアモルファスコーティングを施しても
良い。例えば、部材の一部を梨地処理し他の部分を鏡面
処理した後アモルファスコーティングすることができる
。このようにすれば、性状の異なる表面では互いに異な
った色調等となり、一つの部材の表面に色調等の異なる
部分を形成することができる。

本発明方法は各種の部材に適用できる。その−例として
、眼鏡、時計ケース、時計バンド、ネクタイピン、カフ
スボタン、ゴルフクラブ、ネックレス、イヤリング等が
挙げられるが、勿論本発明はこれら以外の部材にも適用
できる。

［作用］ Ｔｉ系やＴａ系などのアモルファス合金は、同じ組成の
結晶質合金に比べて活性で酸化しやすい。しかも、アモ
ルファス単一相であるため、通常の金属に見られるよう
な粒界部の酸化層の不均一部がない。

このため、従来法に比し、低温で（例えば処理温度を５
０〜１００℃低下させることができる。）かつ短時間の
高温酸化処理で均一な酸化層を形成することができるの
で、高温酸化処理条件を緩和することができ、被処理部
材の高温劣化を防止することができる。しかも、均一か
つ美麗な着色を得ることができる。

本発明の方法は、従来法のように金属部材そのものを高
温酸化するのではなく、アモルファスコーティング膜を
形成し、このアモルファスコーティング膜を高温酸化に
より着色させるので、下地の金属部材の材質に制限がな
く、処理温度の低下の点からも、幅広い金属又は合金に
適用することができる。また、陽極酸化法と異なり、被
膜に結晶水等が含まれることがなく、硬質の被膜とする
ことができる。

［実施例］ 以下、実施例について説明する。

実施例１ 金属部材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、
その表面にスパッタリング法により第１表に示す厚さの
アモルファスコーティング膜（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉ
系アモルファス合金）を形成した。次に、この膜に高温
酸化処理を施して、着色の状況を調べた。

第１表より、アモルファスコーティング膜厚が２００Ａ
以上であれば均一な着色が得られることが明らかである
。

なお、アモルファス合金組成、スパッタリング条件及び
高温酸化条件は下記に示す通りとした。

アモルファス合金組成（原子％） Ｆｅ：３６ Ｃｒ：１Ｏ Ｎｉ：　　　　４ Ｔｉ：５０ スパッタリング条件 出　　力　：　　　７００Ｗ Ａｒ圧：　　５ｘｆＯ−３Ｔｏｒｒ 高温酸化条件 雰囲気：　空気 温　度＝　４００℃又は４５０℃ 時　間：　１時間 第　　１　　表 ×：着色しない又は着色しても不拘− 〇：均一な着色（４００ｔの場合は濃金色、４５０℃の
場合は青） 実施例２ アモルファスコーティング膜厚を１４ｍとし、その組成
を第２表に示す通りとしたこと以外は、実施例１と同様
にして処理を行ない着色の状態を調べた。結果を第２表
に示す。

第２表より、特にＴｉ含有量が１７原子％以上で良好な
着色が可能であることが明らかである。

第　　２　　表 ○：均−着色 実施例３ 実施例２においてＴｉの全量をＴａに置換したほかは同
様にして着色処理を行なった。その結果、いずれも均一
に着色することが認められた。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の部材表面の着色方法は、部
材表面にアモルファスコーティング膜を形成し、該アモ
ルファスコーティング膜を高温酸化するものであって、 ■　従来の高温酸化法に比し、低温かつ短時間の処理で
着色させることができる。

■　均一美麗な着色を与えることができる。

■　あらゆる部材に処理することができ適用範囲が広い
。

等の効果を有し、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明方法を説明する断面図、
第２図は従来法を説明する断面図である。 １・・・金属部材、 ２・・・アモルファスコーティング膜、３・・・酸化物
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）部材表面に金属のアモルファスコーティング膜を
   形成し、該アモルファスコーティング膜を高温酸化する
   ことを特徴とする部材表面の着色方法。