JPH03111582A - セラミクス被覆ステンレス鋼 - 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、セラミクス被覆ステンレス鋼に関する。

〔従来の技術〕

優れた母材の耐食性、耐候性、機械的性質に加えて、下
地との密着性が良好で、耐食性、耐候性、耐摩耗性、耐
熱衝撃性、耐機械的衝撃力に拶れた厚いセラミクス皮膜
を有するステンレス鋼は、肌ざわりが良く、美麗、清掃
し易いなどの利点を併わせもっため、内外装壁面パネル
、柱カバー尾根材などの内外装建築材、浴槽、流し台、
便器、表札、郵便受け、照明器具等各種家庭用器具など
の利用分野が考えられる。

ステンレス鋼表面の無機物質被覆法としては、従来、化
学的着色法として溶融塩法、硫化法、酸性黒色酸化法、
アルカリ性黒色着色法、酸性電解着色法、アルカリ性電
解着色法などがあり、特に黒着色はカメラ部品、光学部
品、電気器械、精密機械および建物金具に利用されてい
た。しかし、これらの方法では、形成された皮膜の下地
との密着性が充分でなく、また、膜厚がせいぜい１−と
薄いため、耐摩耗性が悪く機械的衝撃に弱かった。最近
は、カラーステンレスが普及し、このものは、耐食性、
耐候性、皮膜の美しさに優れているが、皮膜厚さが０．
３μ以下と薄く機械的衝撃に弱いという欠点があった。

ステンレス鋼表面に直接、無機塗料を塗布したり、セラ
ミクスの溶射やスパッタにより皮膜形成する方法もある
が、下地との密着性が悪く剥離し易い欠点があった。

上述の処理法においては、さらに、脱脂や酸洗など充分
な下地処理が必要であり煩雑であるため、従来、工業上
の応用が限定され前記利用分野への適用が困難であると
言う問題もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ステンレス鋼表面に化学処理法で形成したセラミクス皮
膜の剥離の問題を解決し、あわせて耐摩耗性、耐機械的
衝撃力を向上させるには、セラミクス皮膜を下地に密着
性良くかつ厚く付着させる必要がある。また、セラミク
ス層の形成にあたって酸洗やブラスト処理など下地処理
の手間が省けることも、コスト的に重要な課題である。

この発明は、下地処理を必要とせず、ステンレス鋼との
密着性に優れた厚いセラミクス皮膜を有し、耐食性、耐
候性、耐摩耗性、耐機械的衝撃力に優れた美麗なセラミ
クス被覆ステンレス鋼の提供を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明にかかるセラミクス
被覆ステンレス鋼は、表面にアルミナを析出させてなる
ステンレス鋼の上にセラミクス被覆を化学処理方法で形
成してなるものである。

この発明にかかるセラミクス被覆ステンレス鋼は、例え
ば、つぎのようにして作る。すなわち、ＡＩを含むステ
ンレス鋼を下地処理せず大気中高温で焼成することによ
フて、第１図にみるように、ステンレス鋼母材１表面に
、密着性良、く、厚さが例えば０．５〜１０μ、表面凸
部高さが例えば０゜５ｆｍ以上のアルミナ皮膜２を析出
形成させるようにする。そして、りｆｌ〔、このアルミ
ナ皮膜２となじみが良（て密着性良く結合する無機物質
を、例えば２−以上の厚みで化学処理法により形成させ
ると、ステンレス鋼母材１との密着性に極めて優れた、
例えば２．５−以上の厚みのセラミクス皮膜３をステン
レス鋼母材１表面に形成させることができるのである。

この発明を以下に詳しく説明すると、アルミナ皮膜が表
面に析出形成されるステンレス鋼の組成は、例えば、次
の■〜■に示される。

■　Ｃ：０．０２５重量％以下 Ｎ：０．０２重量％以下 Ｓｉ：０．７重量％以下 Ｃｒ：１０〜４０重量％ Ａ１：２〜７重景％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物から
なるステンレス鋼。

■　上記■にＴｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ
、Ｇｄのうちのいずれか１種または２種以上を０．０５
〜１．０重量％含むステンレス鋼。

ステンレス鋼の組成が上記のように構成される理由は、
以下のとおりである。

ＣＴＣは、高温でＣｒと反応してＣｒ炭化物を形成し合
金を脆化させる。また、ＣＯあるいはＣＯ□ガスとなり
アルミナ皮膜を破壊する。さらに、希土類元素と容易に
反応して、後述する希土類元素の効果を低下させる。こ
れらのことから、Ｃは０．０２５重量％以下が望ましい
。

ＮＵＮは、合金の靭性を低下させ、また高温加熱中にＣ
ｒと反応してＣｒ窒化物となり、合金の脆化を起こす原
因となりうる。このため、Ｎは０゜０２重景％以下が望
ましい。

Ｓｉ　：Ｓｉは、高温酸化中にＳｉＯ□となり、アルミ
ナ皮膜に混入して皮膜の緻密性を１員なう。

このことから、Ｓｉは０．７重量％以下とすることが望
ましい。

Ｃｒ　：　Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金において、Ｃｒは、
緻密で表面に均一なアルミナ皮膜を形成させるための必
須元素である。１０重重四未満では、アルミナ皮膜が形
成されず、他方、Ｃｒｌの増加とともに合金の脆化の傾
向が強くなるので、上限は４０重量％である。

Ａｌ　：Ａｌは、高温酸化処理により合金表面にアルミ
ナ皮膜を形成させるために不可欠な元素である。特に、
緻密で均一な皮膜を形成させるためには、２重量％以上
の含有が必要であり、このため、下限値は２重量％であ
る。ＡＩ含有量の増加はアルミナ皮膜の形成に有利であ
るが、７重量％を越えると合金の加工性が著しく低下す
るので、７重量％が上限である。

Ｔｉ：Ｔｉは、合金中に０．０５重量％以上含有されて
いる場合、適当の熱処理により微細な金属間化合物を形
成して合金の強靭化に役立つが、１゜０重量％を越える
とアルミナ皮膜の密着性や緻密性を損なう恐れがあるの
で、１．０重量％以下が望ましい。

Ｚｒ、　Ｙ、　Ｈｆ、　Ｃｅ、　Ｌａ、　Ｎｄ、　Ｇｄ
　：これらの希土類元素は、アルミナ皮膜に混入して皮
膜の脆さを改善するとともに、皮膜直下の合金内に内部
酸化物粒子として分散して皮膜の密着性を著しく向上さ
せる。これらの効果が発揮されるには、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ
、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄの１種または２種以上が少な
くとも０．０５重量％必要であり、それ故、下限値は０
．０５重重四である、他方、１．０重量％を越えて含有
すると合金の加工性が急激に低下するので、上限は１．
０重量％である。

これらのステンレス鋼を、大気中あるいは酸素雰囲気中
、８００℃〜１２５０℃で焼成すると、焼成温度ならび
に時間に依存して容易に全面均一に厚み０．５〜１０−
のアルミナ皮膜が析出形成される。例えば、大気中１０
００℃、１時間焼成により１４厚、同１２００℃、３時
間焼成により５１厚、表面凸部高さが０．５４以上のア
ルミナ皮膜が形成される。焼成温度が１２５０℃では、
より短時間で５−厚のアルミナ皮膜が形成されるが、全
面均一なアルミナ皮膜を得るには０．５時間は必要であ
る。なお、８００℃未満では酸化膜の成長が不均一きな
る傾向がある。

このアルミナ皮膜は、下地のステンレス鋼中のＡＩが高
温で表面に拡散し酸化して形成されたものであるから、
下地との密着性が極めて優れている。

セラミクス被覆となる無機物質は、酸化クロムあるいは
酸化クロムマトリクスに公知の酸化物、炭化物等硬質フ
ァインセラミクスが分散した複合セラミクスから成る。

化学処理液としては、例えば、酸化クロムからなるセラ
ミクス皮膜形成のための通常のクロム酸を用いる。

セラミクス皮膜厚さは、通常５０〜２００ｐであるが、
この発明では、ステンレス鋼表面に０．５〜１０，１／
１１のアルミナ皮膜が既に形成されているため、母材と
セラミクス相の界面にＦｅおよびＣｒを含む中間相を形
成する必要がなく、２鴻厚でも皮膜の密着性や耐機械的
衝撃性が劣ることはない。なお、皮膜厚さに上限はない
が、厚くし過ぎるとコスト的に問題が生じるので、２〜
５０μｍが望ましい。

化学処理法は、たとえば、クロム酸あるいは硬質ファイ
ンセラミクスが入ったクロム酸にアルミナ析出ステンレ
ス鋼を浸漬後、−度２５０〜６００℃で焼成し、さらに
続けてクロム酸からなる化学緻密化剤を含浸後５００〜
６００℃で焼成するという工程を数回以上繰返すと言う
方法による。

これによって、通常、充填率が９９％以上の酸化クロム
あるいは酸化クロムマトリクスに硬質ファインセラミク
スが分散した複合セラミクス皮膜が得られる。

得られた皮膜の表面には、表面凸部高さが１−程度の凹
凸があるので、ナイロンバフ等により表面磨き仕上げを
行うと、光沢のある表面を得ることができる。

〔実　施　例〕

一実施例１ 前記■記載の組成の市販５ＵＨ２１ステンレス鋼（１１
０ｘ１００ｘｌ鰭）を下地処理無しで、大気中、１２０
０℃、３時間焼成すると、第１図に示すように、ステン
レス鋼母材１の表面に、厚さが５μｍ、表面凸部高さが
０．５μｍ以上のアルミナ皮膜２が析出形成される。ア
ルミナ皮膜が形成された、このステンレス鋼を、クロム
酸（例えば、トーカロ側のＣＤＣ−ＺＡＣコーティング
法により）に浸漬後、３００℃で焼成し、さらにクロム
酸からなる化学緻密化剤を含浸したのち５００℃での焼
成を行う工程を３回繰返すことにより、アルミナ皮膜２
の上に厚さ３〜４−の酸化クロム皮膜３を形成した。皮
膜表面は、凸部高さｌｆｍ程度の凹凸を有するので、ナ
イロンバフ研磨を行い、光沢のある酸化クロム皮膜とし
た。

得られた無機質皮膜の密着性、耐衝撃性および外観を比
較するため、酸洗処理した市販５ＵＳ３０４に、上記と
同様の上記無機物質皮膜を形成したセラミクス被覆ステ
ンレス鋼（比較例）を作って、上記各特性の試験を行っ
た。結果を第１表に示す。表から分かるように、この発
明の組成を有するステンレス鋼で、かつ表面にアルミナ
皮膜を有するものは、化学処理酸化クロム皮膜の密着性
に優れ、また硬く美しい外観を示している。

一実施例２− 前記■記載の組成のステンレス鋼を母材として、実施例
１と同様に被膜形成を行った結果は、実施例１とほぼ同
様の特性を得た。

〔発明の効果〕

この発明によれば、下地処理無しで、密着性が良く、か
つ耐摩耗性、耐機械的衝撃力に優れたセラミクス被覆ス
テンレス鋼を得ることができる。

セラミクス皮膜は、厚く、また高強度であるため、耐食
性、耐候性、耐熱衝撃性に優れ、美麗であり、肌ざわり
が良いため、内外装建材や各種家庭用器具など、産業玉
料する所が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかるセラミクス被覆ステンレス
鋼の横断面図である。 ■・・・ステンレス鋼母材　２・・・アルミナ皮膜　３
・・・セラミクス皮膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　表面にアルミナを析出させたステンレス鋼の上にセ
   ラミクス被覆を化学処理方法で形成してなるセラミクス
   被覆ステンレス鋼。 ２　ステンレス鋼が、 Ｃ：０．０２５重量％以下 Ｎ：０．０２重量％以下 Ｓｉ：０．７重量％以下 Ｃｒ：１０〜４０重量％ Ａｌ：２〜７重量％ を含み、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物から
   なるものである請求項１記載のセラミクス被覆ステンレ
   ス鋼。 ３　ステンレス鋼が Ｃ：０．０２５重量％以下 Ｎ：０．０２重量％以下 Ｓｉ：０．７重量％以下 Ｃｒ：１０〜４０重量％ Ａｌ：２〜７重量％ およびＴｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｈｆ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｇｄ
   のうちの少なくとも１種を０．０５〜１．０重量％含み
   、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物からなる請
   求項１記載のセラミクス被覆ステンレス鋼。