JPH03285079A - Formation of alumina film on inorganic substrate of metal, glass, ceramics or the like - Google Patents

Formation of alumina film on inorganic substrate of metal, glass, ceramics or the like

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JPH03285079A
JPH03285079A JP8631990A JP8631990A JPH03285079A JP H03285079 A JPH03285079 A JP H03285079A JP 8631990 A JP8631990 A JP 8631990A JP 8631990 A JP8631990 A JP 8631990A JP H03285079 A JPH03285079 A JP H03285079A
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substrate
film
alumina
glass
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Iwao Yamaguchi
巖 山口
Masaaki Murotani
正彰 室谷
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Tayca Corp
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Tayca Corp
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Abstract

PURPOSE:To easily form an Al2O3 film excellent in weatherability on an inorg. substrate in the air without using expensive equipment by dipping the inorg. substrate in a sol of the Al compd. obtained by hydrolyzing Al with acid, pulling up the substrate at a specified speed and then heat-treating the substrate. CONSTITUTION:Metallic Al, an Al alkoxide, etc., are hydrolyzed with an org. acid such as acetic acid or an inorg. acid such as hydrochloric acid to form a sol of the Al compd. at pH3-5. The inorg. substrate of metal, glass, ceramics, etc., is dipped in the sol ordinarily for 20-60min, and then pulled up at the speed of 0.5-15.0mm/sec. Since the film formed on the substrate consists of Al(OH)3 or consists essentially of Al(OH)3, the film is heat-treated at >=100 deg.C. Consequently, an Al2O3 film is easily and inexpensively formed on the substrate surface even in the air without using expensive equipment.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属またはガラス、セラミックスなどの無機
質基材へのアルミナ被Sの形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming an alumina coating on an inorganic substrate such as metal, glass, or ceramics.

〔従来の技術) 従来からも、金属やガラス、石英などの表面にアルミナ
被膜を形成することにより、それら基材の有する特性を
向上させたり、あるいはそれら基材の表面特性を改質す
る試みがなされている。
[Prior art] There have been attempts to improve the properties of metals, glass, quartz, etc. by forming alumina coatings on the surfaces of these materials, or to modify the surface properties of these materials. being done.

例えば、特開昭49−122498号公報には、金属や
ガラスなどの表面にスパッタ法によりアルミナ被膜を形
成して、金属に電気絶縁性を付与したり、ガラスの耐薬
品性を改質させることが提案され、また、特開昭48−
68169号公報には、石英容器の表面に真空蒸着法に
よりアルミナ被膜を形成して、耐熱性を向上させること
が提案されている。
For example, JP-A-49-122498 discloses that an alumina film is formed on the surface of metal or glass by sputtering to impart electrical insulation to the metal or to improve the chemical resistance of the glass. was proposed, and also published in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1973-
Japanese Patent No. 68169 proposes forming an alumina film on the surface of a quartz container by vacuum evaporation to improve heat resistance.

〔発明が解決しようとする課題] しかしながら、スパッタ法や真空蒸着法によりアルミナ
被膜を形成する場合には、高価なスパッタ装置や真空蒸
着装置が必要であり、また膜形成のためのコーティング
を高度に真空に保った室内で行わなければならないなど
の制約がある上に、真空室内で形成されたアルミナ被膜
が活性度の高い被膜であれば真空室から大気中に移した
ときに大気中の水分や酸素との接触により不活性化また
は酸化されて変質するという問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, when forming an alumina film by sputtering or vacuum evaporation, expensive sputtering equipment or vacuum evaporation equipment is required, and the coating for film formation is highly sophisticated. In addition to restrictions such as having to perform the process in a vacuum-controlled room, if the alumina coating formed in the vacuum chamber is a highly active coating, it will be susceptible to moisture and moisture in the atmosphere when transferred from the vacuum chamber to the atmosphere. There is a problem that it is deactivated or oxidized and deteriorates due to contact with oxygen.

したがって、本発明は、金属またはガラス、セラミック
スなどの無機質基材の表面に、高価な設備を要すること
なく、かつ膜形成のためのコーティングを空気中で行う
ことができ、しかも大気中の水分や酸素による影響を受
けることが少ない耐候性に優れたアルミナ被膜を容易に
形成することができる方法を捉供することを目的とする
Therefore, the present invention enables coating to form a film on the surface of an inorganic base material such as metal, glass, or ceramics in the air without requiring expensive equipment. The purpose of the present invention is to provide a method that can easily form an alumina film that is less affected by oxygen and has excellent weather resistance.

〔課題を解決するための手段] 本発明は、アルミニウムを酸で加水分解して、pH3〜
5のアルミニウム化合物のゾルを生成させ、このゾル中
に金属またはガラス、セラミックスなどの無機質基材を
浸漬し、上記基材を0.5〜15.0m / secの
速度でゾル中から引き上げた後、熱処理することによっ
て、基材表面にアルミナ被膜を形成することにより、上
記目的を達成したものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention hydrolyzes aluminum with an acid to reduce the pH to 3-3.
After producing a sol of the aluminum compound of No. 5, immersing an inorganic base material such as metal, glass, or ceramics in this sol, and pulling the base material out of the sol at a speed of 0.5 to 15.0 m/sec. The above object is achieved by forming an alumina film on the surface of the base material through heat treatment.

上記のアルミナ被膜形成方法によれば、ゾル中に基材を
浸漬し、引き上げた後、熱処理することによってアルミ
ナ被膜を形成するので、スパッタ法や真空蒸着法による
場合のような高価な設備を必要とせず、また、膜形成の
ためのコーティングを空気中で行うことができるので、
基材表面にアルミナ被膜を容易かつ安価に形成すること
ができる。しかも、基材表面に形成されるアルミナ被膜
は、熱処理による酸化工程を経て形成されるものである
ため、スパッタ法や真空蒸着法により形成されるアルミ
ナ被膜のように空気との接触による変質が生じない。
According to the above alumina film formation method, the alumina film is formed by immersing the base material in a sol, pulling it up, and then heat-treating it, which requires expensive equipment like sputtering or vacuum evaporation methods. Also, coating for film formation can be done in the air.
An alumina coating can be easily and inexpensively formed on the surface of a base material. Moreover, since the alumina film formed on the surface of the base material is formed through an oxidation process using heat treatment, it is subject to deterioration due to contact with air, unlike alumina films formed by sputtering or vacuum evaporation. do not have.

本発明により、その表面にアルミナ被膜を形成すること
ができる基材としては、例えばステンレス鋼、鉄などの
金属、またはガラス、セラミックス(石英を含む)など
の無機質材料が挙げられる。
According to the present invention, examples of the substrate on which an alumina film can be formed include metals such as stainless steel and iron, and inorganic materials such as glass and ceramics (including quartz).

アルミニウム化合物のゾルを生成させるための原料アル
ミニウムとしては、通常、金属アルミニウムが用いられ
るが、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエ
トキシドなどのアルミニウムアルコキシドも、加水分解
により、金属アルミニウムと同様のゾルを一生成させる
ことができるので、金属アルミニウムと同様に原料アル
ミニウムとして用いることができる。
Metallic aluminum is usually used as the raw material aluminum for producing a sol of an aluminum compound, but aluminum alkoxides such as aluminum isopropoxide and aluminum ethoxide can also be hydrolyzed to produce a sol similar to metallic aluminum. Therefore, it can be used as raw material aluminum in the same way as metal aluminum.

上記アルミニウムを加水分解するための酸としては、例
えば、酢酸、ギ酸(蟻酸)、プロピオン酸、醋酸、シュ
ウM(蓚#)などの有機酸や、塩酸、硫酸、リン酸、硝
酸などの無機酸が用いられるが、金属アルミニウムを加
水分解する場合には有機酸が通しており、アルミニウム
アルコキシドを加水分解する場合には無機酸が適してい
る。
Examples of acids for hydrolyzing the aluminum include organic acids such as acetic acid, formic acid, propionic acid, acetic acid, and Shu M, and inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and nitric acid. However, when hydrolyzing metal aluminum, an organic acid is used, and when hydrolyzing aluminum alkoxide, an inorganic acid is suitable.

上記のように、金属アルミニウムの加水分解にあたり、
有機酸が適しているのは、有機酸の場合は、金属アルミ
ニウムを穏やかに加水分解して所望とする透明なゾルを
得ることが容易であるが、塩酸、硫酸、硝酸などの無機
酸の場合には、アルミニウム表面に酸化被膜や耐食被膜
が形成されてゾルを生成させることがむつかしく、また
、たとえゾルを生成させることができたとしても、アル
ミナ被膜の形成に適した透明なゾルが得られにくいから
である。
As mentioned above, when hydrolyzing metal aluminum,
Organic acids are suitable because they can easily hydrolyze metallic aluminum gently to obtain the desired transparent sol, while inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid are suitable. However, it is difficult to generate a sol because an oxide film or a corrosion-resistant film is formed on the aluminum surface, and even if a sol can be generated, it is difficult to obtain a transparent sol suitable for forming an alumina film. This is because it is difficult.

また、上記のように、金属アルミニウムを穏やかな条件
下で加水分解させて透明なゾル(つまり、コロイド粒子
の粒径が可視光の波長より小さいゾル)を生成させると
いう観点から、加水分解にあたり、酢酸などの有機酸は
水で容量比1:40〜60程度に希釈して用いるのが好
ましい。
In addition, as mentioned above, from the viewpoint of hydrolyzing metallic aluminum under mild conditions to generate a transparent sol (that is, a sol in which the particle size of colloidal particles is smaller than the wavelength of visible light), during hydrolysis, It is preferable to use an organic acid such as acetic acid after diluting it with water to a volume ratio of about 1:40 to 60.

加水分解時の温度は、通常、55〜85℃1好ましくは
65〜75℃である。また、加水分解時間は、通常25
〜35時間であるが、触媒として酸化水銀(Hgo)を
添加することにより加水分解時間を短縮することができ
る。この酸化水銀を添加した場合、酸化水銀がアルミニ
ウム表面の酸化層を還元して、アルミニウムと有機酸と
の反応を促進させ、加水分解時間を短縮させる。ただし
、所望とするゾルを生成させるには、加水分解をできる
かぎり穏やかな条件下で行うことが好ましいため、上記
酸化水銀は必要に応じて添加するのが好ましい。
The temperature during hydrolysis is usually 55 to 85°C, preferably 65 to 75°C. In addition, the hydrolysis time is usually 25
~35 hours, but the hydrolysis time can be shortened by adding mercury oxide (Hgo) as a catalyst. When this mercury oxide is added, the mercury oxide reduces the oxidized layer on the aluminum surface, promotes the reaction between aluminum and the organic acid, and shortens the hydrolysis time. However, in order to produce the desired sol, it is preferable to carry out the hydrolysis under as mild conditions as possible, and therefore it is preferable to add the above-mentioned mercury oxide as necessary.

アルミニウムの加水分解により生成するアルミニウム化
合物のゾルは、水酸化アルミニウムのゾルであると考え
られるが、例えば酢酸アルミニウムなど、加水分解にあ
たって使用した酸とアルミニウムとの化合物のゾルも一
部含まれているものと考えられる。
The sol of aluminum compounds produced by hydrolysis of aluminum is thought to be a sol of aluminum hydroxide, but it also contains some sols of compounds of aluminum and the acid used in the hydrolysis, such as aluminum acetate. considered to be a thing.

そして、基材への被膜形成にあたっては、上記アルミニ
ウム化合物のゾルのpHが3〜5であることが必要であ
る。すなわち、上記ゾルのpHが5より高い場合には、
膜が白濁した状態になり、これを熱処理しても強度のあ
るアルミナ被膜が得られない、また、上記のゾルのpH
が3より低い場合には、膜形成に適したゾルになりにく
く、したがって、膜を得ることが困難である。特に好ま
しいpHは4前後である。
When forming a film on a base material, it is necessary that the pH of the sol of the aluminum compound is 3 to 5. That is, if the pH of the sol is higher than 5,
The film becomes cloudy and a strong alumina film cannot be obtained even if it is heat-treated, and the pH of the above sol
When the sol is lower than 3, it is difficult to form a sol suitable for film formation, and therefore it is difficult to obtain a film. A particularly preferred pH is around 4.

上記ゾルの濃度は、ゾルが透明であれば、どのような濃
度でもよいが、通常、ゾルの濃度は1〜5%(重量%、
以下同様)にされる。ゾルが透明で低粘性を保ち得る濃
度の上限は、各種条件によって異なるので一概に決める
ことはできないが、通常、8〜10%で透明や低粘性が
損なわれることから、前記のように1〜5%の範囲であ
れば、はとんどの場合、透明で低粘性を保ち得る。この
ゾルが透明であるということは、得られるアルミナ被膜
が透明で、かつ良好な物性(例えば、基材との密着性、
強度など)を有することと関連性があると考えられる。
The concentration of the above-mentioned sol may be any concentration as long as the sol is transparent, but usually the concentration of the sol is 1 to 5% (wt%,
(the same applies hereafter). The upper limit of the concentration at which the sol can maintain transparency and low viscosity cannot be determined unconditionally as it varies depending on various conditions, but since transparency and low viscosity are usually impaired at 8 to 10%, as mentioned above, In the range of 5%, it can remain clear and low viscosity in most cases. The fact that this sol is transparent means that the resulting alumina coating is transparent and has good physical properties (e.g., adhesion to the substrate,
This is thought to be related to the fact that the material has a certain strength (e.g., strength, etc.).

上記ゾル中への基材の浸漬時間は、膜形成にあたって特
に重要な影響を与えるものではないが、通常、基材をゾ
ル中に20〜60分間浸漬させる。
Although the time for which the substrate is immersed in the sol does not have a particularly important effect on film formation, the substrate is usually immersed in the sol for 20 to 60 minutes.

ゾルに浸漬後の基材のゾル中からの引き上げは、0.5
〜15.0閣/secの速度で行うことが必要である。
The pulling up of the base material from the sol after immersion in the sol is 0.5
It is necessary to perform this at a speed of ~15.0 km/sec.

上記範囲内では、引き上げ速度が速いほど、基材上に厚
い膜が得られ、引き上げ速度が0.5閣/secより遅
くなると基材上に均一な膜が形成されず、引き上げ速度
がlt、Omn/secになると膜厚がほぼ飽和に達し
、引き上げ速度が15.0閣/secを超えると、膜の
構造が変わって、強度のある膜が得られなくなる。上記
のように、引き上げ速度が速いはど膜厚が厚くなるとい
う現象は、固液界面の濡れ性(付着力)の性状が関与し
ているものと考えられる。
Within the above range, the faster the pulling rate, the thicker the film will be on the substrate, and if the pulling rate is slower than 0.5 min/sec, a uniform film will not be formed on the substrate, and if the pulling rate is lower than lt, When the pulling rate reaches Omn/sec, the film thickness almost reaches saturation, and when the pulling rate exceeds 15.0 mn/sec, the structure of the film changes and a strong film cannot be obtained. As mentioned above, the phenomenon that the film thickness increases as the pulling speed increases is thought to be related to the wettability (adhesive force) of the solid-liquid interface.

ゾル中からの基材の引き上げは、基材をゾル液面に対し
て垂直に引き上げるのが好ましい。特に基材が板状のも
のである場合には、基材をゾル液面に対して垂直に引き
上げることによって、適切な膜が得られる。ただし、本
発明による方法は、基材が板状のもののみに限られるこ
となく、各種の形状のものに適用することができる。
When pulling up the base material from the sol, it is preferable to pull up the base material perpendicularly to the sol liquid level. Particularly when the substrate is plate-shaped, an appropriate film can be obtained by lifting the substrate perpendicularly to the sol liquid level. However, the method according to the present invention is not limited to substrates having a plate shape, and can be applied to substrates of various shapes.

上記基材のゾル中への浸漬、ゾル中からの基材の引き上
げ、つまり、膜形成のためのコーティングは、空気中で
行うことができ、これが従来のスパッタ法や真空蒸着法
によるアルミナ被膜形成法と大きく異なるところである
。そして、このコーティング時の温度は、通常、10〜
40℃1好ましくは15〜25℃で、相対湿度は、通常
、40〜70%、好ましくは45〜55%である。
The above-mentioned immersion of the base material into the sol and lifting of the base material from the sol, that is, coating for film formation, can be performed in air, and this is the process of forming an alumina film using conventional sputtering or vacuum evaporation methods. This is very different from the law. The temperature during this coating is usually 10~
The temperature is 40°C, preferably 15-25°C, and the relative humidity is usually 40-70%, preferably 45-55%.

上記のようにして基材の表面に形成される膜は、水酸化
アルミニウムまたは水酸化アルミニウムを主体とする膜
であると考えられるので、これをアルミナ被膜とするた
めには熱処理することが必要である。この熱処理温度と
しては100℃以上であればよいが、熱処理を特定の温
度領域で行うことにより、用途に応じた特性を有するア
ルミナ被膜を得ることができる。例えば、400〜60
0’Cで熱処理することにより、活性アルミナ被膜が得
られ、該被膜への水、ピリジン、あるいはトルエン、キ
シレンなどの電子供与性のベンゼン誘導体の吸・肌着現
象による抵抗値変化を利用して、水やガス検知のセンサ
ーとして用いることができる。また、基材の耐熱性を高
めたり、耐食性を高める場合には、基材が耐え得る範囲
内で、500〜1,000℃程度の高温で熱処理するの
が好ましい。このように高温で熱処理する場合には、例
えば170℃程度以下の温度で予備加熱をして、アルミ
ナ被膜に亀裂や割れが発注するのを防止することが好ま
しい。
The film formed on the surface of the base material as described above is considered to be aluminum hydroxide or a film mainly composed of aluminum hydroxide, so heat treatment is necessary to convert it into an alumina film. be. The heat treatment temperature may be 100° C. or higher, but by performing the heat treatment in a specific temperature range, it is possible to obtain an alumina coating having characteristics depending on the application. For example, 400-60
By heat treatment at 0'C, an activated alumina film is obtained, and by utilizing the change in resistance value due to the adsorption/adhesion phenomenon of water, pyridine, or electron-donating benzene derivatives such as toluene and xylene to the film, It can be used as a water or gas detection sensor. Further, when increasing the heat resistance or corrosion resistance of the base material, it is preferable to perform heat treatment at a high temperature of about 500 to 1,000°C within a range that the base material can withstand. When performing heat treatment at such a high temperature, it is preferable to preheat at a temperature of about 170° C. or lower, for example, to prevent cracks or cracks from forming in the alumina coating.

上記のようにして基材表面に形成される被膜の厚みは、
基材の性質、ゾルの濃度や粘度などによっても異なるが
、1回のコーティング操作では、通常、0.1〜0.2
μm程度である。そのため、より厚いアルミナ被膜を必
要とする場合には、コーティングと熱処理を所望回数繰
り返して、いわゆる重ね塗りをすればよい。
The thickness of the coating formed on the surface of the base material as described above is
Although it varies depending on the properties of the base material, the concentration and viscosity of the sol, etc., in one coating operation, it is usually 0.1 to 0.2.
It is about μm. Therefore, if a thicker alumina coating is required, coating and heat treatment may be repeated a desired number of times to perform so-called overcoating.

本発明の方法により、金属表面にアルミナ被膜を形成し
た場合には、金属の耐食性を向上させることができるし
、また金属に電気絶縁性を付与することもできる。また
、ガラス表面にアルミナ被膜を形成する場合には、その
被膜の厚さを変えることにより、屈折率、反射率を任意
にal1節することができ、光学関係の用途に適用する
ことができる。また、ガラス表面へのアルミナ被膜の形
成により、ガラスの耐薬品性を変えることもできる。
When an alumina film is formed on a metal surface by the method of the present invention, the corrosion resistance of the metal can be improved and electrical insulation properties can also be imparted to the metal. Furthermore, when an alumina coating is formed on a glass surface, by changing the thickness of the coating, the refractive index and reflectance can be arbitrarily adjusted to al1, which can be applied to optical-related applications. Furthermore, the chemical resistance of the glass can also be changed by forming an alumina film on the glass surface.

さらに、石英などのセラミンクス表面にアルミナ被膜を
形成することにより、石英などの耐熱性、耐食性を向上
させることができる。
Furthermore, by forming an alumina film on the surface of ceramics such as quartz, the heat resistance and corrosion resistance of quartz or the like can be improved.

特に、400〜600℃で熱処理することにより、アル
ミナ被膜を活性アルミナの状態で得ることができ、その
アルミナ被膜への水、ピリジン、あるいはトルエン、キ
シレンなどの電子供与性のヘンゼン誘導体の吸・肌着現
象による抵抗値変化を利用して、水やガス検知のセンサ
ーとして用いることができるなど、従来のスパッタ法や
真空蒸着法により形成したアルミナ被膜では通用できな
かったような新しい用途にも適用することができる。
In particular, by heat treatment at 400 to 600°C, an alumina film can be obtained in the state of activated alumina, and water, pyridine, or electron-donating Hensen derivatives such as toluene and xylene can be absorbed and adhered to the alumina film. It can be applied to new applications that cannot be applied to alumina films formed by conventional sputtering or vacuum evaporation methods, such as by making use of the change in resistance caused by the phenomenon and being able to be used as a sensor for water or gas detection. I can do it.

〔実施例〕〔Example〕

つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例I 厚さ0.3mのステンレス鋼板(SUS304板)をア
ルミナ被膜形成部が2ci+X3cmの長方形状で引き
上げ装置への取付用の突出部(つまり、柄のような部分
)を設けた状態に切断して、アルミナ被膜形成用の基材
とし、このステンレス鋼板の表面に下記の仕様でアルミ
ナ被膜を形成した。
Example I A stainless steel plate (SUS304 plate) with a thickness of 0.3 m was cut into a rectangular shape with an alumina coating forming part of 2 ci + 3 cm and a protrusion (i.e., a handle-like part) for attachment to a pulling device. This was used as a base material for forming an alumina film, and an alumina film was formed on the surface of this stainless steel plate according to the following specifications.

■−を土例生底 金属アルミニウム板(純度99.99%)を約1c+*
角に切断してアルミニうム片にしく重量約25g)、こ
のアルミニウム片を表面の酸化層を除去するため、酢酸
中に浸漬し、超音波洗浄器で約30分間洗浄処理した。
- Approximately 1c + * of the raw bottom metal aluminum plate (99.99% purity)
The aluminum pieces were cut into corners (weighing about 25 g), and in order to remove the oxidized layer on the surface, the aluminum pieces were immersed in acetic acid and cleaned in an ultrasonic cleaner for about 30 minutes.

処理後のアルミニウム片を酢酸中から取り出し、直ちに
70±5℃に保たれた酢酸と蒸留水との容量比1:50
の混合溶液中に添加した。
After the treatment, the aluminum piece was taken out of the acetic acid and immediately mixed with acetic acid and distilled water at a volume ratio of 1:50, which was kept at 70±5°C.
was added to the mixed solution.

この混合溶液を70±5℃に保ちつつ、約20時間攪拌
しながらアルミニウムを加水分解させた。
Aluminum was hydrolyzed while stirring this mixed solution at 70±5° C. for about 20 hours.

この時点でのゾル濃度を測定したところ、ゾル濃度が約
0.3%であったため、上記酢酸と蒸留水との混合溶液
中に酸化水銀(HgO)を触媒として0.05g添加し
、70±5℃に保ちつつさらに8時間穏やかに撹拌しな
がら加水分解させた。再度、ゾル濃度を測定したところ
、ゾル濃度が2%になっていたため、加水分解を終了し
た。このゾルを遠沈分離機で不純物や沈殿物を分離し、
さらに上澄を濾過して、濃度2%の透明ゾルを得た。
When the sol concentration at this point was measured, the sol concentration was approximately 0.3%, so 0.05g of mercury oxide (HgO) was added as a catalyst to the mixed solution of acetic acid and distilled water, and 70± Hydrolysis was continued with gentle stirring for an additional 8 hours while maintaining the temperature at 5°C. When the sol concentration was measured again, the sol concentration was 2%, so the hydrolysis was terminated. This sol is separated from impurities and precipitates using a centrifugal separator.
Further, the supernatant was filtered to obtain a transparent sol with a concentration of 2%.

スーンレス  の アルミナ被膜形成用の基材として準備した前記のステン
レス鋼板をヘンガン中に1分間浸漬して(なお、浸漬す
る部分はアルミナ被膜形成部のみでよい。以下において
も同様である)、ステンレス鋼板の表面に付着する鉱物
性油脂の脱脂をした後、ステンレス鋼板をヘンガン中か
ら取り出し、ドライヤーで乾燥した。
The above-mentioned stainless steel plate prepared as a base material for forming an alumina film on SUNLESS was immersed in Hengan for 1 minute (note that only the part where the alumina film is to be immersed is required; the same applies to the following). After degreasing the mineral oil adhering to the surface of the stainless steel plate, the stainless steel plate was taken out of the heating gun and dried with a hair dryer.

つぎに、上記ステンレス鋼板を2%水酸化ナトリウム水
溶液中に5分間浸漬して、ステンレス鋼板の表面に付着
する動物性油脂の脱脂をした後、ステンレス鋼板を水酸
化ナトリウム水溶液中から取り出し、流水で洗浄後、再
度、蒸留水で洗浄した。
Next, the stainless steel plate was immersed in a 2% aqueous sodium hydroxide solution for 5 minutes to degrease the animal fats and oils adhering to the surface of the stainless steel plate, and then the stainless steel plate was removed from the sodium hydroxide aqueous solution and soaked in running water. After washing, it was washed again with distilled water.

さらに、上記ステンレス鋼板を10%硫酸水溶液中に5
分間浸漬して、ステンレス鋼板の表面の酸化層を除去し
た後、ステンレス鋼板を硫酸水溶液中から取り出し、流
水で洗浄後、再度、蒸留水で洗浄した。
Furthermore, the stainless steel plate was placed in a 10% sulfuric acid aqueous solution for 5 minutes.
After being immersed for a minute to remove the oxidized layer on the surface of the stainless steel plate, the stainless steel plate was taken out of the sulfuric acid aqueous solution, washed with running water, and then washed again with distilled water.

3 ステンレス  の 上記■のように前処理したステンレス鋼板を乾燥機に入
れ、空気中、110℃で1時間乾燥した。
3 Stainless steel The stainless steel plate pretreated as in (1) above was placed in a dryer and dried in air at 110°C for 1 hour.

釡−ユ二天工lグ 上記■のように乾燥したステンレス鋼板を容器内のゾル
液面に対して垂直になるように引き上げ装置に取り付け
、ゾル中に11閣/seeの速度で浸漬し、ステンレス
鋼板をゾル中に30分間浸漬した後、ステンレス鋼板が
ゾル液面に対して垂直になるようにして11++a/s
ecの速度でゾル中から引き上げた。このコーティング
時の雰囲気は、空気中、温度21±1℃、相対湿度45
±5℃であった。
The stainless steel plate dried as described in ② above is attached to the lifting device perpendicular to the sol liquid level in the container, and immersed in the sol at a rate of 11 cm/see to remove the stainless steel plate. After immersing the steel plate in the sol for 30 minutes, the stainless steel plate was immersed in the sol for 11++ a/s with the plate perpendicular to the sol liquid level.
It was pulled up from the sol at a speed of ec. The atmosphere during this coating was air, temperature 21±1℃, relative humidity 45℃.
The temperature was ±5°C.

愈−贅処崖 上記■のようにして、コーティングしたステンレス鋼板
を乾燥機中に入れ、空気中、170℃で30分間熱処理
して、ステンレス鋼板の表面にアルミナ被膜を定着させ
た。
The coated stainless steel plate as described in (1) above was placed in a dryer and heat treated in air at 170°C for 30 minutes to fix the alumina coating on the surface of the stainless steel plate.

上記のようにしてステンレス鋼板の表面に形成したアル
ミナ被膜の厚みを電子線マイクロアナライザー(EPM
A)による被膜断面のアルミニウムのにαシグナルの面
分布により測定したところ、アルミナ被膜の厚みは0.
15μmであり、また、厚みのバラツキを3つの試料毎
に同様の方法により調べたところ、0.15±0.05
pmの範囲内にあって、はぼ均一な厚みを有していた。
The thickness of the alumina film formed on the surface of the stainless steel plate as described above was measured using an electron beam microanalyzer (EPM).
The thickness of the alumina coating was measured by the surface distribution of the α signal on the aluminum cross section of the coating according to A), and the thickness of the alumina coating was 0.
The thickness was 15 μm, and when the thickness variation was examined using the same method for each of the three samples, it was found to be 0.15 ± 0.05.
The thickness was within the pm range, and the thickness was almost uniform.

また、上記にようにして形成したアルミナ被膜のステン
レス鋼板への密着性を基盤目法により調べたところ、剥
離せずステンレス鋼板上に残った基盤目の数は100/
 100であり、充分な密着性を有していた。なお、密
着性の試験方法は下記の通りである。
In addition, when the adhesion of the alumina coating formed as described above to the stainless steel plate was examined using the base grain method, the number of base grains that did not peel off and remained on the stainless steel plate was 100/1.
100, indicating sufficient adhesion. The adhesion test method is as follows.

囲11iILか汰 アルミナ被膜に幅1閣間隔で素地(本実施例では、ステ
ンレス鋼板)に達する縦11本、横11本の切溝を入れ
、100個の基盤目を形成し、該基盤目箇所にセロハン
テープを圧着した後、急激に引き剥がした時に、アルミ
ナ被膜が素地から剥離せずに素地上に残った基盤目の数
を調べることによって測定する。評価値の分母は試験対
象となった基盤目の数、分子はアルミナ被膜が剥離せず
に素地上に残った基盤目の数である。
11iIL or alumina coating, 11 vertical and 11 horizontal grooves reaching the substrate (stainless steel plate in this example) are made at intervals of 1 square width to form 100 base marks, and 100 base marks are formed. This is measured by pressing the cellophane tape on the substrate and then rapidly peeling it off.The alumina film does not peel off from the substrate and determines the number of base lines that remain on the substrate. The denominator of the evaluation value is the number of base grains that were tested, and the numerator is the number of base grains that remained on the substrate without the alumina coating peeling off.

実施例2 厚さ2閣の石英板を基材とし、この石英板の表面に下記
の仕様でアルミナ被膜を形成した。なお、石英板のアル
ミナ被膜形成部は実施例1と同様に2cmX3cmの長
方形状である。
Example 2 A quartz plate with a thickness of 2 mm was used as a base material, and an alumina coating was formed on the surface of this quartz plate according to the following specifications. Note that the alumina film forming portion of the quartz plate has a rectangular shape of 2 cm x 3 cm as in Example 1.

仮−jルΩ生威 実施例1と同様に、金属アルミニウムを加水分解して濃
度2%の透明なゾルを得た。
Similar to Example 1, metal aluminum was hydrolyzed to obtain a transparent sol with a concentration of 2%.

の、ル 実施例1と同様に、石英板をベンゼン、硫酸水溶液に浸
漬処理して、石英板の表面に付着する油脂を脱脂し、か
つ石英板表面の酸化層およびサビを除去した。
In the same manner as in Example 1, the quartz plate was immersed in a benzene and sulfuric acid aqueous solution to degrease fats and oils adhering to the surface of the quartz plate, and to remove the oxidized layer and rust on the surface of the quartz plate.

息−石英板東乾履 実施例1と同様に、空気中、110″C?1時間乾燥し
た。
Breath-Quartz Plate East Dry Shoes As in Example 1, they were dried in air at 110"C for 1 hour.

[相]−」:凸ヒ仁乙久 実施例1と同様に、石英板をゾル液面に対して垂直にな
るようにし、浸漬速度2閤/see、浸漬時間30分で
ゾル中に石英板を浸漬し、引き上げ速度2w/secで
ゾル中から引き上げ、コーティングを行った。コーティ
ング時の雰囲気は、空気中、温度20±1“C1相対湿
度45±5℃であった。
[Phase] -": Convex Hijin Otohisa As in Example 1, the quartz plate was placed perpendicular to the sol liquid level, and the quartz plate was placed in the sol at a dipping rate of 2 g/see and a dipping time of 30 minutes. was immersed in the sol and pulled out of the sol at a pulling speed of 2 w/sec to perform coating. The atmosphere during coating was air, temperature 20±1"C1 relative humidity 45±5°C.

〇−然処立 実施例1と同様に170℃で30分間熱処理して、石英
板の表面にアルミナ被膜を定着させた。
〇-Treatment Similar to Example 1, heat treatment was performed at 170° C. for 30 minutes to fix an alumina film on the surface of the quartz plate.

上記のようにして石英板の表面に形成したアルミナ被膜
の厚みを実施例1と同様の方法により測定したところ、
アルミナ被膜の厚みは0.15μmであり、また、厚み
のバラ・ンキを実施例1と同様の方法により調べたとこ
ろ、0.15士0.05μmの範囲内にあって、はぼ均
一な厚みを有していた。
The thickness of the alumina coating formed on the surface of the quartz plate as described above was measured using the same method as in Example 1.
The thickness of the alumina coating was 0.15 μm, and when the thickness variation was examined using the same method as in Example 1, it was within the range of 0.15 to 0.05 μm, and the thickness was almost uniform. It had

また、上記のようにして形成したアルミナ被膜の石英板
への密着性を実施例1と同様に基盤目法により調べたと
ころ、剥離せず石英板上に残った基盤目の数は100/
 100であり、充分な密着性を有していた。
In addition, when the adhesion of the alumina film formed as described above to the quartz plate was examined using the base grain method in the same manner as in Example 1, the number of base grains that did not peel off and remained on the quartz plate was 100/1.
100, indicating sufficient adhesion.

実施例3 実施例1と同様のステンレス鋼板をアルミナ被膜形成用
の基材とし、このステンレス鋼板を実施例1と同様に前
処理した後、実施例1と同様の濃度2%の透明ゾルに浸
漬して、コーティングし、熱処理した後、さらにコーテ
ィングと熱処理を8回繰り返し、いわゆる9回の重ね塗
りをして、ステンレス鋼板の表面にアルミナ被膜を形成
した。
Example 3 A stainless steel plate similar to that in Example 1 was used as a base material for forming an alumina film, and this stainless steel plate was pretreated in the same manner as in Example 1, and then immersed in a transparent sol with a concentration of 2% as in Example 1. After coating and heat treatment, the coating and heat treatment were further repeated 8 times, so-called 9 times of overcoating, to form an alumina film on the surface of the stainless steel plate.

毎回(1〜9回)のコーティング条件、コーティング時
の雰囲気、および熱処理条件は下記の通りである。
The coating conditions, atmosphere during coating, and heat treatment conditions each time (1st to 9th time) are as follows.

2:jコ漫り4色作 浸漬速度:2111I/SeC 浸漬時間:30分 引き上げ速度 :2wl/Sec コー−ング の0 空気中、温度:22±5℃1相対湿度:45±5%愁処
理条註 空気中、170℃130分間 上記のようにしてステンレス銅板の表面に形成したアル
ミナ被膜の厚みを実施例1と同様の方法により測定した
ところ、アルミナ被膜の厚みは1゜35μmであった。
2: J-column 4-color production Dipping speed: 2111I/SeC Dipping time: 30 minutes Pulling speed: 2wl/Sec Note: The thickness of the alumina film formed on the surface of the stainless copper plate as described above was measured in the same manner as in Example 1 at 170°C for 130 minutes, and the thickness of the alumina film was 1°35 μm.

また、厚みのバラツキを実施例1と同様の方法により調
べたところ、1.35±0.5μmの範囲内にあって、
はぼ均一な厚みを有していた。
In addition, when the variation in thickness was investigated using the same method as in Example 1, it was found to be within the range of 1.35 ± 0.5 μm.
It had a fairly uniform thickness.

また、上記のようにして形成したアルミナ被膜のステン
レス鋼板への密着性を実施例1と同様の基盤目法により
調べたところ、剥離せずステンレス鋼板上に残った基盤
目の数は100/ 100であり、充分な密着性を有し
ていた。
Furthermore, when the adhesion of the alumina coating formed as described above to the stainless steel plate was examined using the same base grain method as in Example 1, the number of base grains that did not peel off and remained on the stainless steel plate was 100/100. , and had sufficient adhesion.

実施例4 実施例3でステンレス鋼板の表面に形成したアルミナ被
膜をさらに空気中、300’Cで1時間熱処理した。
Example 4 The alumina coating formed on the surface of the stainless steel plate in Example 3 was further heat-treated at 300'C in air for 1 hour.

熱処理後のアルミナ被膜の厚み、厚みのバラツキを実施
例3と同様に調べたところ、厚み、バラツキとも変化が
なかった。
When the thickness and variation in thickness of the alumina coating after heat treatment were examined in the same manner as in Example 3, there was no change in either thickness or variation.

また、熱処理後のアルミナ被膜のステンレス鋼板への密
着性を実施例1と同様に基盤目法により調べたところ、
剥離せずステンレス鋼板上に残った基盤目の数は100
/ 100であり、充分な密着性を有していた。
In addition, the adhesion of the alumina coating to the stainless steel plate after heat treatment was examined using the substrate method as in Example 1.
The number of base grains that remained on the stainless steel plate without peeling was 100.
/100, indicating sufficient adhesion.

実施例5 実施例4で300℃,1時間熱処理したアルミナ被膜を
さらに空気中、500℃で1時間熱処理した。
Example 5 The alumina film heat-treated at 300° C. for 1 hour in Example 4 was further heat-treated at 500° C. for 1 hour in air.

熱処理後のアルミナ被膜の厚み、厚みのバラツキを実施
例3と同様に調べたところ、厚み、バラツキとも変化が
なかった。
When the thickness and variation in thickness of the alumina coating after heat treatment were examined in the same manner as in Example 3, there was no change in either thickness or variation.

また、熱処理後のアルミナ被膜のステンレス鋼板への密
着性を実施例1と同様に基盤目法により調べたところ、
剥離せずステンレス鋼板上に残った基盤目の数は100
/ 100であり、充分な密着性を有していた。
In addition, the adhesion of the alumina coating to the stainless steel plate after heat treatment was examined using the substrate method as in Example 1.
The number of base grains that remained on the stainless steel plate without peeling was 100.
/100, indicating sufficient adhesion.

実施例6 厚さ2fiのガラス(パイレックスガラス)手反を基材
とし、このガラス板を実施例2の石英板の場合と同様に
前処理、乾燥した後、実施例2と同様にコーティング、
熱処理して、ガラス板の表面にアルミナ被膜を形成した
。使用したゾルも実施例2の場合と同様のものである。
Example 6 A glass plate (Pyrex glass) with a thickness of 2 fi was used as a base material, and this glass plate was pretreated and dried in the same manner as in the case of the quartz plate in Example 2, and then coated in the same manner as in Example 2.
Heat treatment was performed to form an alumina film on the surface of the glass plate. The sol used was also the same as in Example 2.

上記のようにしてガラス板の表面に形成したアルミナ被
11りのIIみを実施例1と同様の方法により測定した
ところ、アルミナ被膜の厚みは0.15μmであり、ま
た、1vみのバラツキを実施例1と同様の方法により調
べたところ、0.15±0.05μmの範囲内にあって
、はぼ均一な厚みを有していた。
When the alumina coating 11 formed on the surface of the glass plate as described above was measured using the same method as in Example 1, the thickness of the alumina coating was 0.15 μm. When examined by the same method as in Example 1, it was found that the thickness was within the range of 0.15±0.05 μm and had a nearly uniform thickness.

また、上記のようにして形成したアルミナ被119のガ
ラス板への密着性を実施例1と同様に基盤目法により調
べたところ、剥離−けずガラス板上に残った基盤目の数
は100/ 100であり、充分な密着性を有していた
In addition, when the adhesion of the alumina covering 119 formed as described above to the glass plate was examined using the base grain method in the same manner as in Example 1, the number of base grains that remained on the glass plate due to peeling and flaws was 100/1. 100, indicating sufficient adhesion.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、金属またはガラ
ス、セラミックスなどの無機質基材の表面にアルミナ被
膜を容易に形成することができる9すなわち、本発明に
よれば、ゾル中に基材を浸漬し、引き上げた後、熱処理
することによって、基材表面にアルミナ被膜を形成する
ので、スパッタ装置、真空蒸着装置のような高価な設備
を必要とせず、かつコーティングを空気中で行うことが
できるので、アルミナ被膜を容品かつ安価に形成するこ
とができる。
As explained above, according to the present invention, an alumina film can be easily formed on the surface of an inorganic base material such as metal, glass, or ceramics. An alumina film is formed on the surface of the substrate by immersing it, pulling it up, and then heat-treating it, so there is no need for expensive equipment such as sputtering equipment or vacuum evaporation equipment, and coating can be performed in the air. Therefore, the alumina coating can be formed easily and at low cost.

しかも、本発明によって形成されるアルミナ被膜は、熱
処理による酸化工程を経て形成されるものであるため、
スパッタ法や真空蒸着法により形成されるアルミナ被膜
のように空気との接触による変質が生じない。
Moreover, since the alumina film formed according to the present invention is formed through an oxidation process using heat treatment,
Unlike alumina films formed by sputtering or vacuum evaporation, there is no deterioration due to contact with air.

また、本発明によれば、厚さ0.1〜0.2μm程度の
薄いアルミナ被膜を形成することができるし、より厚い
アルミナ被膜を必要とする場合には、コーティングと熱
処理を繰り返すことによって、厚いアルミナ被膜を得る
ことができる。また、得られるアルミナ被膜は、厚みが
ほぼ均一であり、かつ基材への密着性も良好である。
Furthermore, according to the present invention, a thin alumina film with a thickness of about 0.1 to 0.2 μm can be formed, and if a thicker alumina film is required, by repeating coating and heat treatment, A thick alumina coating can be obtained. Furthermore, the obtained alumina coating has a substantially uniform thickness and good adhesion to the substrate.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)アルミニウムを酸で加水分解して、pH3〜5の
アルミニウム化合物のゾルを生成させ、このゾル中に金
属またはガラス、セラミックスなどの無機質基材を浸漬
し、上記基材を0.5〜15.0mm/secの速度で
ゾル中から引き上げた後、熱処理して基材表面にアルミ
ナ被膜を形成することを特徴とする、金属またはガラス
、セラミックスなどの無機質基材へのアルミナ被膜の形
成方法。
(1) Hydrolyze aluminum with acid to generate a sol of an aluminum compound with a pH of 3 to 5, immerse an inorganic base material such as metal or glass, or ceramics in this sol, and then A method for forming an alumina film on an inorganic base material such as metal, glass, or ceramics, which comprises pulling it out of a sol at a speed of 15.0 mm/sec and then heat-treating it to form an alumina film on the surface of the base material. .
(2)アルミニウムを加水分解するための酸が酢酸であ
り、アルミニウムの加水分解にあたり、酢酸を水で容量
比1:40〜60に希釈して用いる請求項1記載の金属
またはガラス、セラミックスなどの無機質基材へのアル
ミナ被膜の形成方法。
(2) The metal, glass, ceramic, etc. according to claim 1, wherein the acid for hydrolyzing aluminum is acetic acid, and when hydrolyzing aluminum, acetic acid is diluted with water at a volume ratio of 1:40 to 60. A method for forming an alumina film on an inorganic base material.
(3)基材をゾル液面に対して垂直に引き上げる請求項
1または2記載の金属またはガラス、セラミックスなど
の無機質基材へのアルミナ被膜の形成方法。
(3) The method for forming an alumina film on an inorganic substrate such as metal, glass, or ceramics according to claim 1 or 2, wherein the substrate is pulled up perpendicularly to the sol liquid level.
(4)熱処理を400〜600℃で行う請求項1、2ま
たは3記載の金属またはガラス、セラミックスなどの無
機質基材へのアルミナ被膜の形成方法。
(4) The method for forming an alumina film on an inorganic substrate such as metal, glass, or ceramics according to claim 1, 2 or 3, wherein the heat treatment is carried out at 400 to 600°C.
JP8631990A 1990-03-30 1990-03-30 Formation of alumina film on inorganic substrate of metal, glass, ceramics or the like Pending JPH03285079A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103272563A (en) * 2013-05-17 2013-09-04 武汉理工大学 Preparation method of aluminum hydroxide film

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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