JPH01136964A - アモルファスコーティング膜の着色方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明はアモルファスコーティング膜の着色方法に係り
、特に低温条件にて短時間で金属のアモルファスコーテ
ィング膜に色調分布のある着色を行なう方法に関する。

［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
を行なって酸化皮膜を形成させる方法であって、Ｔｉ、
ステンレス鋼、Ａｊ２等に適用されている。陽極酸化法
による皮膜は種々の色に発色させることができ、染料を
用いて染色することもできるが、この方法は皮膜に傷が
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皮膜を形
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、表面全体が均一色になっ
てしまい、意匠性、装飾性に劣るという問題があった。

［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し、しかも独特の色調
分布を有する着色をアモルファスコーティング膜に付与
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
高温酸化するにあたり、部材表面における酸素分圧を部
分的に変化させることによって、該膜の着色に分布を付
与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）及び第２図（ａ）〜（Ｃ）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ｌ］ｉ２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
の金属又は合金に通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；半金属）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Ｉ　Ｍｌ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：３０〜５０原子％ Ｎｉ：３〜１０原子％ Ｃｒニア〜２０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Ｍ）が１７
原子％以上のものが好ましい。この系のＴｉ含有量を増
すことにより、処理温度を更に５０℃程度低下させるこ
とも可能である。

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
２００Ａ以上、特に５ｏｏＡ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４０ｐｍ以下、特に１００ＯＡ
〜２０μｍ１とりわけ５００ＯＡ〜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。

スパッタリング法の他、イオンブレーティング法により
、ＴｉＮの金色着色を得ることもできるが、大気中では
パラメータは温度だけであることから、より多くの色調
が容易に得られる点からも、スパッタリング法が有利で
ある。

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、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を形成させる（第１図（
ｂ））が、本発明においては、この高温酸化にあたり、
部材表面、即ちアモルファスコーティング膜２表面の酸
素分圧を部分的に変化させることにより、着色に分布を
与える。

部材表面の酸素分圧に変化をもたせる方法としては、第
２図（ａ）に示、す如く、熱処理炉２１内に仕切り板２
２を設け、各セル（小室）２３ａ〜２３ｅに酸素濃度の
異なるガスをアモルファスコーティング膜を形成した部
材２０の表面に送り込む方法、第２図（ｂ）に示す如く
、熱処理炉２１内にて小ノズル２４でアモルファスコー
ティング膜を形成した部材２０の表面に向けて、酸素ガ
ス又は窒素ガス等の雰囲気ガスと異なる酸素分圧のガス
Ｇを吹ぎ付ける方法などがある。第２図（ａ）に示す方
法において、セル２３ａ〜２２ｅに向けて次第に酸素分
圧が低くなるようにガスを供給することにより、部材２
０表面のアモルファスコーティング膜はセル２３ａ側か
らセル２３ｅ側へ向けて、その酸化の程度が低くなり、
着色に変化が与えられる。また、第２図（ｂ）に示す方
法においては、例えば空気雰囲気中にて、小ノズル２４
で窒素ガスを吹き付けると、吹き付けられた箇所は酸化
の程度が低く、小ノズル２４で酸素ガスを吹き付けると
、吹き付けられた箇所は酸化の程度が高く、それぞれ着
色の程度に変化が与えられる。

また、本発明においては、第２図（ｅ）に示す如く、適
当なマスク材２５をアモルファスコーティング膜を形成
した部材２０の表面に取り付けて高温酸化処理を行なっ
ても良い。この場合にも、マスク材２５で被われた部分
は、酸素の供給が遅く、マスクの形状に応じた着色分布
による模様が付与される。マスク材２５としては、文字
や模様をくり抜いた物やネット等を用いることができる
。

なお、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
〜６００℃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４００℃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。

本発明で形成された酸化膜層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。このようにすることによっても
、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−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Ｔｉ系合金でＴｆ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きる。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、ボタン、ゴルフクラブ、ネックレス、イヤリ
ング、ブローチ、ネームプレート等が挙げられるが、勿
論本発明はこれら以外の部材にも適用で炒る。

［作用］ Ｔｉ系アモルファス合金等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、皮
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。

しかして、本発明では、高温酸化において、部材表面の
酸素分圧を部分的に変化させる。前述の如く、通常の高
温酸化法は空気雰囲気にて行なうが、処理雰囲気の酸素
分圧により、酸化の進行の程度は大きく影響を受け、酸
素分圧が高い程酸化は促進される。例えば、Ｆｅ−Ｎ１
−Ｃｒ−Ｔｉ（２５原子％）の組成のアモルファスコー
ティング膜を空気導入式で５００℃、１時間保持する高
温酸化法にて得られる青色着色は、供給する空気中に１
００ｍｕ／ｍｉｎの酸素を流し込んで同条件で行なった
場合、３０分の処理時間で得ることができる。このよう
に、酸素分圧を変えることにより、酸化の程度、即ち着
色の程度を変えることができる。このため、本発明の方
法によれば、着色分布による様々な模様や文字、記号等
が付与された、美麗な製品を得ることかできる。

［実施例］ 以下、参考例及び実施例について説明する。

参考例１ 金属部材としてステンレスｆｉ（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−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｔ
ｉ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：　　５ｘｌＯ−３Ｔｏｒｒ 高温酸化条件 雰囲気：　空気 温　度：　４００℃又は５００’Ｃ 時　間＝　１時間 ×二着色しない又は着色しても不拘− 〇：均一な着色（４００’Ｃの場合は濃紫色、５００℃
の場合は濃青） 実施例１ アモルファスコーティング月莫厚を１μｍとし、その組
成を第２表に示す通りとし、高温酸化処理に際して、第
２図（ｂ）に示す如く、部材表面に小ノズル２４にてｏ
２又はＮ２ガスを吹き付けたこと以外は、参考例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、部材表面の酸素分圧を変えることにより、
着色に分布を付与することかできることか明らかである
。

第２表 Ｏ：小ノズルで０２を吹き付けた部分の着色が濃く、そ
れ以外の部分の着色が薄 い着色分布が得られた。

ロ：小ノズルでＮ２を吹き付けた部分の着色が薄く、そ
れ以外の部分の着色が濃 い着色分布が得られた。

実施例２ 実施例１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、いずれも同様
な着色分布が認められた。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明の金属の着色方法は、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にあたり、部材表面
の酸素分圧を変化させることによって着色分布を付与す
るものであって、意匠性、装飾性に優れた製品を製造で
きる。また、アモルファスコーティング膜を酸化処理す
るものであるから、結晶質の金属表面を酸化させる従来
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。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明方法を説明する部材の断
面図、第２図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の高温酸化処理を
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Ｉ
Ｉｉ層、 ２０・・・アモルファスコーティング膜を形成した部材
、 ２１・・・熱処理炉、　　　２２・・・仕切り板、２４
・・・小ノズル、　　　２５・・・マスク材。

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
   ことによりアモルファスコーティング膜を着色する方法
   であって、部材表面における酸素分圧を部分的に変化さ
   せることにより、該膜の着色に分布を付与することを特
   徴とするアモルファスコーティング膜の着色方法。