JPH02118062A - 発色セラミック被覆鋼板の製造方法 - 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） この発明は、発色セラミック被覆鋼板の製造方法に関し
、とくに鋼板表面に被覆するセラミック被膜の被成のし
方に工夫を加えることによって、美麗な色観を呈する発
色表面を得ようとするものである。

（従来の技術） 従来から冷延鋼板やステンレス鋼板等の商品価値を高め
るため、湿式めっきや塗装、また近年に至っては蒸着、
スパッタリングおよびイオンプレーティング等の乾式め
っき法を利用して鋼板表面に対し着色被覆が行なわれて
いる。

さらには鋼板表面あるいはその上にＴｉ＋　Ｚｒ＋　Ｔ
ａ＋Ｎｂ等を被覆（例えば特開昭５３−１１９７３４号
公報、特開昭５６−１５３３１８号公報あるいは特公昭
５５−１９３１９号公報参照）した鋼板に、陽極酸化処
理を施して表面に薄い酸化被膜を形成し、光の干渉作用
によって発色させるいわゆる発色処理を施すことによっ
て、表面外観のより一層の美麗化が図られている。これ
ら鋼板自身（主としてステンレス鋼板が主に使用されて
いる）あるいは上記のＴｉ、　Ｚｒ、　ＴａＮｂ等資被
覆した鋼板を良好に発色させるためには、緻密で均一な
酸化被膜を形成することが必要なのはいうまでもなく、
酸化被膜と鋼板との密着性が良好で、耐食性にも優れて
いることが不可欠であるとされており、特に鋼板表面上
のＴＬ　Ｚｒ、　Ｔａ＋Ｎｂ等の金属被膜の発色処理に
おいては均一な改質の金属被膜を被成することが重要で
あるとされている。

これとは別に最近プラズマを利用したイオンプレーティ
ング法が開発され、Ｔ＋Ｎ、　ＴｉＣ＋　Ｔｉ（Ｃ＋Ｎ
）等のセラミック被膜を鋼板表面上に手軽に被成するこ
とができるようになった。このイオンプレーティング法
としては、ＨＣＤ　（ｌｌｏｌｌｏｗ　Ｃａｔｈｏｄｅ
Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　）法、　　Ｅ　Ｂ　（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ　Ｂｅａｍ）　＋　ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ）法、マルティ・アーク法およびアーク放電
法など種々の手法が知られている（例えば金属表面技術
、　３５（１９８４）、　Ｎｏ、　ｌ　、　Ｐ、１６２
４および、粉末および粉末冶金、　３２　（１９８５）
　、　ｐ。

５５−６０参照）。

（発明が解決しようとする課Ｂ） これらの手法の中でＨＣＤ法は、イオン化率が２０〜４
０％と高く、また成膜速度も０．０５〜０．５　ｐ　ｍ
／ｍｉｎと比較的速いため、装飾品・工具類等のセラミ
ックコーティングに広く利用されているが、建材などの
大表面積を有する鋼板表面上のセラミックコーティング
にはまだ適用されていない。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、大表
面積の鋼板面に対しても、緻密で均一なセラミックのコ
ーティングを効果的に達成し、もって美麗な発色表面を
得ようとするものである。

（課題を解決するための手段） さて発明者らは最近、ＨＣＤ法の実施に当り、特にイオ
ン化率を上昇させた状態でコーティングを行うことが重
要であるとの認識に立ってＨＣＤ法の改善を試みた結果
、大容量のＨＣＤガンを用いてイオンプレーティングを
行うことにより、密着性、耐食性および均一性にすぐれ
たセラミック被膜を形成することに成功した（特開昭６
３−１９２８５５号公報参照）。

さらに発明者らは、高密度プラズマが膜質の良好なセラ
ミック被膜形成には不可欠であるとの認識に立って多く
の試行実験を試みた結果、大容量のＨＣＤガンを用いて
イオンプレーティング処理を行う際、集束コイルを、る
つぼから鋼板の表面に至る蒸発物質の移動径路全域にわ
たって配設することによって良好なセラミックス被膜の
形成が達成可能であることを見出した（特願昭６３−１
５３６４５号参照）。

そこで発明打らはこのような１模質の優れた均一なセラ
ミック被膜に対し、従来全く試行されなかった陽極酸化
処理を施したところ、セラミック被月９の発色に関し、
望外の成果が得られたのである。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、高イオン化率および高密度プラズ
マ発生可能なるつぼの外周を取り囲みかつ鋼板の表面近
傍まで延びる配置とした集束コイルの内側を蒸発物質の
移動径路としたＨＣＤ法によるイオンプレーティング処
理によって、低炭素鋼板またはステンレス鋼板の表面に
、またさらにはＴｉまたはＣｒの金属薄膜を被成したの
ち、ＴｉＮ。

ＴｉＣ＋　Ｔｉ（Ｃ＋Ｎ）＋　ＣｒＮおよびＣｒＣのう
ちから選んだ少なくとも一種からなるセラミック被膜を
被成し、ついで該セラミック被膜の一部または全面を陽
極酸化処理により発色させることからなる発色セラミ’
７り被膜鋼板の製造方法である。

この発明における陽極酸化処理としては、ペースト化し
た電解液を使用することがとりわけ有利である。

なおこの発明において、高イオン化率および高密度プラ
ズマとは、イオン化率が５０％以上の高イオン化率、高
密度プラズマは、後述するＨＣＤ法イオンプレーティン
グ装置によって実現することができる。

以下、この発明の基礎となった実験結果について説明す
る。

まず第１図に、この発明の実施に用いて好適なＨＣＤ法
イオンプレーティング装置を模式的に示し、図中番号ｌ
はサブストレイトで通常の低炭素鋼板またはステンレス
鋼板を利用する。２，２′は反応ガス導入口、３，３′
はるつぼ、４，４′は蒸発源（例えばＴｉ）　、５．　
５’は高真空引き用の排気口、６は真空槽、７．７′は
ＨＣＤガンである。

このＨＣＤガン７．７′はグラファイトの外側１’Ｊ７
−１．７’−１とこの例でＴａを用いた内側層７−２．
７’−２の組合せになり、外側−内側の層間は一定の空
隙を設けて隔絶する。また層間の放電も防ぐため図示は
省略したが内側層７−２又は７′−２とるつぼ内の蒸発
源４又は４′とが通電できるようにしである。これによ
ってこのＨＣＤガンの異常放電が少なくなり、かつガン
の長寿命化が達成される。

またＨＣＤガン７は送り機構７−３又は７′３により常
にるつぼ３又は３′との距離を一定に保つことによって
長時間安定したプラズマビームの供給が確保できる。な
お図中７−４．７’　−４はＨＣＤガンの電源、？−５
．７’　−５はへｒガスの供給口を示す。

８又は８′はＨＣＤガン７又は７′のまわりの集束コイ
ルで、この集束コイル８．８′により発生プラズマを細
いプラズマビーム９．９′に集束させる。次に細いビー
ムに集束されたプラズマビーム９，９′は、るつぼ３．
３′のまわりの集束コイル１０．　ｔｏ’により磁場を
上から下の方向に作用させ、図に点線で示すように溶融
物に向かって直角方向に曲げて照射に供するのである。

このような直角方向に照射されたプラズマビームは蒸発
源を真上に向かって蒸発させ、サブストレイトに均一な
蒸着をもたらすことが可能となる。

なお集束コイル１０．１０’　は反応ガス導入径路の直
近にまで延長しているのが特徴で、よってＨＣＤビーム
によって溶解され、イオン化された茎発源からの茶気は
サブストレイ）１に向かって直進し、結果として付着効
率を飛躍的に高めることが可能である。さらに集束コイ
ル１０．１０’の外側には、再集束コイルを囲みかつ、
るつぼ３又は３′からサブストレイト１直近に至るまで
にわたって集束コイル１１．１１’が設置されているが
、これらの集束コイル１１．１１’は、蒸発源４．４′
からサブストレイト１までの蒸発物移動径路上で蒸発物
のプラズマ化を促進するために配設されたものである。

また１２．１２’は、反応ガスに対する電圧印加装置で
、冷却管１３．１３’　、およびＴａ製の導入管１４１
４′をそなえ、この導入管に電圧を印加することによっ
て反応ガスのイオン化を促進する。また１５゜１５′　
はじゃま仮で茶気流の回り込みを防止するためにｔ己設
したものである。

そして上記の装置を用い、ＨＣＤのパワーは電圧：３Ｑ
Ｖ、電流：　１５００Ａ、　鋼板ノハイアス電圧＝３０
Ｖ、　Ｎｚ流贋：　４５００ｃｃ／ｍｉｎの条件でイオ
ンプレーティングを行うことによって、５０％以上のイ
オン化率でイオンプレーティングが実施でき、ひいては
平滑性、密着性および耐食性に優れたセラミック被膜が
得られるのである。

つぎに、上記の装置を用いた実験結果について説明する
。

Ｃ：　０．０１５％、　Ｍｎ　：　０．０５％、　Ｃｒ
　：　１８．６％、Ｎｉ：８．９％、　　Ｓ　：０．０
０４％を含有する組成になるステンレスｉ１４＋ｆｆｌ
　（０，２５胴厚）の表面を脱脂した後、表１の■〜■
に示すイオンプレーティング条件でＴｉＮの被膜を被成
した。

■　前掲第１図に示した高イオン化率、高密度プラズマ
達成可能なＨＣＤ法を利用したイオンプレーティングに
より、ＴｉＮ被膜を被成した。このときのＨＣＤの加速
電流は１０００Ａ、加速電圧は７０■。

また真空度は６　Ｘ　１０−　’　ｔｏｒｒである。

■　ＥＢｆＲＦ法を利用したイオンプレーティングによ
り、ＴｉＮ被膜を被成した。このときのＥＢの加速電圧
は６０　ｋＶ、　　加速電流は０．５　ｍＡで、ＲＦの
容量はｉｏｏｏｗを使用し、真空度は、５　Ｘ　１０−
　’　Ｌｏｒｒである。

なお被膜は、いずれもつぎの２条件とした。

ａ）　　ＴｉＮを１゜０μｍ厚被成した。

ｂ）　　Ｔｉを０．５　μｍ厚被成した上に、ＴｉＮを
０．５μｍ厚被成した。

ついで次のＡ、８２条件で発色処理を施した。

■　陽極酸化処理（電解液＝１５％硫酸水溶液液温：２
０°Ｃ１酸化電圧：２５Ｖ）で鋼板の全面を発色させた
。

■　ペースト化した電解液による陽極酸化処理（電解液
二ペースト化した１０％硫酸液、液温：２５゛Ｃ２酸化
電圧：２０Ｖ、ミルクスクリーン上で電解液を投写）で
鋼板の一部を局部発色させた。

上記の処理を行なったときのＴｉＮ被膜の形成状況およ
び発色状況についての調査結果をまとめて表１に示す。

同表から明らかなように、この発明に従うＨＣＤ法を利
用して高プラズマ密度雰囲気中で成膜した場合には発色
方法のいかんをとわず発色は良好で、しかも均一性、密
着性、耐食性に（２れたセラミック被膜が得られた。

この発明のＨＣＤ法では、５００Ａ以上の高電流を（吏
用ずろと４０％以上の高イオン化率が得られ、また集束
コイルの配設に新たな工夫を加えることによって高密度
プラズマ雰囲気が得られ、かような高イオン化率、高密
度プラズマ発生下でセラミック被膜を被成し、ついで発
色処理を行なった場合に、発色法の９０何にかかわらず
良好に発色させることが可能であり、しかもそのとき得
られた被膜の均一性５密着性、ｉ！ｉｉｔ食性が極めて
優れているのが特徴である。

なお、この発明で基板として用いる３仮は、表面清浄な
低炭素冷延鋼板やステンレス鋼板が好ましい。

（実施例） Ｃ：　０．０１５％、　Ｍｎ　：　０．１２％、　Ｃｒ
　：　１８．９％、Ｐ：０．０１％およびＳ　：　０．
００５％を含有する組成になる厚み：０．２５ｍｍのス
テンレス鋼板を脱脂した後、前掲第１図に示したイオン
プレーティング装置を用いて、ＴｉＮ、Ｔ＋Ｃ，Ｔｉ（
Ｃ＋Ｎ）＋　ＣｒＮ、　ＣｒＣの被膜を被成した。なお
一部の試料については、ＴｉあるいはＣｒを０．５μｍ
厚に被成した後、上記のセラミック被膜を０．５　μｍ
厚に被成した。

その後これらのセラミック被膜上に次のＡ、　　Ｂ法に
よる発色処理を施した。

■　陽極酸化処理（電解液：１５％硫酸水溶液、液温：
２５°Ｃ１酸化電圧：２５Ｖ）で鋼板全面を発色させた
。

■　ペースト化した電解液による陽極酸化処理（電解液
二ペースト化した１２％硫酸液、液温；２５°Ｃ１酸化
電圧：１５Ｖ、ミルクスクリーン上で電解液を投写）で
鋼板の一部を局部発色させた。

上記の処理を施したときのセラミック被膜の形成状況お
よび発色状況について調べた結果をまとめて表２に示す
。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、被膜の均一性、密着性およ
び耐食性に優れるのはういうまでもなく、美麗を色観を
呈する発色セラミック被覆鋼板を容易に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施に用いて好適なＨＣ［）法イ
オンプレーティング装置の模式図である。 １・・・サブストレイト　　２・・・反応ガス導入口３
・・・るつぼ　　　　　　４・・・蒸発源５・・・排気
口　　　　　　６・・・真空槽７７′・・・ｌ−Ｉ　Ｃ
Ｄガン　８，８′・・・集束コイル９．９′・・・プラ
ズマビーム １０、１０’・・・集束コイル　１１．１１’・・・集
束コイル１１ａ、　ｌｌａ’・・・集束コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高イオン化率および高密度プラズマ発生可能なるつ
   ぼの外周を取り囲みかつ鋼板の表面近傍まで延びる配置
   とした集束コイルの内側を蒸発物質の移動径路としたＨ
   ＣＤ法によるイオンプレーティング処理によって、低炭
   素鋼板またはステンレス鋼板の表面にＴｉＮ、ＴｉＣ、
   Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、ＣｒＮおよびＣｒＣのうちから選んだ
   少なくとも一種からなるセラミック被膜を被成したのち
   、該セラミック被膜の一部または全面を陽極酸化処理に
   より発色させることを特徴とする発色セラミック被膜鋼
   板の製造方法。 ２、高イオン化率および高密度プラズマ発生可能なるつ
   ぼの外周を取り囲みかつ鋼板の表面近傍まで延びる配置
   とした集束コイルの内側を蒸発物質の移動径路としたＨ
   ＣＤ法によるイオンプレーティング処理によって、低炭
   素鋼板またはステンレス鋼板の表面にＴｉまたはＣｒの
   金属薄膜を被成し、ついでその上に重ねてＴｉＮ、Ｔｉ
   Ｃ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、ＣｒＮおよびＣｒＣのうちから選
   んだ少なくとも一種からなるセラミック被膜を被成した
   のち、該セラミック被膜の一部または全面を陽極酸化処
   理により発色させることを特徴とする発色セラミック被
   膜鋼板の製造方法。 ３、陽極酸化処理が、ペースト化した電解液を使用する
   ものである請求項１または２記載の方法。