JPH04107290A

JPH04107290A - 金属材の着色方法

Info

Publication number: JPH04107290A
Application number: JP22560790A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Nishimura; 俊弥西村; Hidekazu Yoshizawa; 秀和吉澤; Yoshiaki Shimizu; 義明清水; Manabu Tamura; 学田村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-08

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、各種金属材の表面に着色を施すための方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼材その他各種金属材の表面に対する着色は
、ステンレス鋼材その他各種金属材の表面上に、着色被
膜を形成することによって行われており、このような着
色被膜の形成方法として、次の方法が知られている。

（１）特公昭５２−３２６２１号公報等に開示された、
下記からなる、クロム合金材表面を着色する方法ニクロ
ム酸またはクロム酸塩と硫酸とよりなる電解液中におい
て、着色すべきクロム合金材を陽極とし、前記クロム合
金材に直流電解処理を施し、そして、電解液中に浸漬さ
れた参照電極によって前記クロム合金材の電位を監視し
、前記電位が所定値に達したときに電解を止めることに
より、前記クロム合金材の表面上に所定の着色被膜を形
成する（以下、先行技術１という）。

（２）特開昭６２−１５８８９８号公報に開示された、
下記からなる、着色ステンレス鋼材の製造方法：モリブ
デン酸塩、硫酸および６価クロムを含む電解液中におい
て、着色すべきステンレス鋼材に、交番電流電解とパル
ス電流電解とを組み合わせて施して、前記ステンレス鋼
材の表面上に着色被膜を形成することにより、着色ステ
ンレス鋼材を製造する（以下、先行技術２という）。

（３）特開昭６１４８３４９６号公報に開示された、下
記からなる、ステンレス鋼材または金属チタニウム材の
着色方法：コバルトイオンと、過マンガン酸イオン、モ
リブデン酸イオンまたは亜硝酸イオンとを含有する水溶
液中に、着色すべきステンレス鋼材または金属チタニウ
ム材を浸漬し、前記ステンレス鋼材または金属チタニウ
ム材に、１０〜２００ｍＡｌｄ１１程度の微小電流を通
じ、陰極電解処理を施して、前記ステンレス鋼材または
金属チタニウム材の表面上に着色被膜を形成する（以下
、先行技術３という）。

（４）　　特開昭６２−６０８９１号公報に開示された
、下Ｊ己からなる、ステンレス鋼材の着色方法：マンガ
ン酸塩とアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化
物とを含有する電解液中において、着色すべきステンレ
ス鋼材に、４０〜９０℃の温度範囲で陽極電解と陰極電
解とを交互に繰り返す交番電流電解を施して、前記ステ
ンレス鋼材の表面上に着色被膜を形成する（以下、先行
技術４という）。

〔発明が解決しようとする課題〕

先行技術Ｉは、ｌＮＣ０法と呼ばれ、従来から一般に行
われている方法である。しかしながら、先行技術１にお
いては、電解液として、有害なりロム酸またはクロム酸
塩と、硫酸とよりなる水溶液を使用している。従って、
先行技術ｌには、作業環境を悪化させ且つ公害が発生す
る問題がある。

先行技術２においては、電解液として、モリブデン酸塩
と硫酸と６価クロムとからなる水溶液を使用している。

モリブデン酸塩は無害であるが、６価クロムは有害であ
る。従って、先行技術２には、先行技術Ｉと同様に作業
環境を悪化させ且つ公害が発生する問題がある。

先行技術３においては、無公害の電解液を使用してはい
るが、電解のために１５〜３０分の時間が必要であり、
且つ、電解液の温度を約５０℃に高めなけらばならない
。従って、先行技術３には電解のために長時間を必要と
し且つ電解液の温度を高めなければならない問題がある
。

先行技術４においては、電解のために２０〜２５分の時
間が必要であり、且つ、電解液の温度を４０〜９０℃に
高めなけらばならない。従って、先行技術４においても
、電解に長時間を必要とし且つ電解液の温度を高めなけ
らばならない問題がある。

近年、ステンレス鋼材その他各種金属材の表面に着色を
施すに当たり、コストの低減のために、着色の高速度化
が望まれている。しかしながら、上述した従来の一方法
によって着色の速度を早めるためには、電解液の温度を
高めなければならず、このように、電解液の温度を高め
ると、液中から発生する気泡によって着色むらが生じ、
そして電解液の加熱のための経費が必要となり且つ作業
環境を悪化させる等の問題が生ずる。

従って、この発明の目的は、常温の無害の電解液によっ
て、作業環境の悪化および公害が生ずることなく、数秒
〜数分の短時間で、ステンレス鋼材その他各種金属材の
表面上に、均一な安定した着色を低コストで施すことが
できる金属材の着色方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意研究を重
ねた。その結果、所定量のジルコニウム酸塩を含有する
電解液中において、所定の電流密度で、金属材に陰極電
解処理を施せば、常温の電解液によって、作業環境の悪
化および公害が生ずることなく、数秒〜数分の短時間で
、ステンレス鋼材その他各種金属材の表面上に、均一な
安定した着色を低コストで施し得ることを知見した。

この発明は、上記知見に基いてなされたものであって、
ジルコニウムとして１０−３〜３ｍｏｌ／Ｊの範囲内の
量のジルコニウム酸塩を含有する電解液中において、３
　Ｘ　１０−’〜３　Ａ／ｄｉ”の範囲内の電流密度で
、着色すべき金属材に陰極電解処理を施して、前記金属
材の表面上に、ジルコニウムの水酸化物または酸化物か
らなる着色被膜を形成することに特徴を有するものであ
る。

〔作用〕

この発明の方法において使用される電解液は、ジルコニ
ウム酸塩を主体とするものである。ジルコニウム酸塩は
、無害であり且つ中性であるから作業環墳の悪化および
公害を招くことはない。ジルコニウム酸塩としては、ジ
ルコニウム酸ナトリウム、ジルコニウム酸カリウム塩、
ジルコニウム酸アンモニウム塩等の水溶性の塩が好適で
あり、これらの塩の１種または２種以上を使用する。な
お、上記以外のジルコニウム酸塩、または、高価数ジル
コニウム化合物を使用することも出来る。

上述した電解液中において、着色すべき金属材に陰極電
解処理を施すと、高価数金属酸塩　→　低価数金属（水）酸化物等の反応
と考えられるカソード反応が生じ、この結果、金属材の
表面上に、ジルコニウムの水酸化物または酸化物の被膜
が成長する。

このようなジルコニウムの水酸化物または酸化物の被膜
は、その厚さに応じて、茶、青、金、赤紫、赤、緑等の
干渉色を有している。従って、金属材の表面上に上記各
種の色の被膜が形成される。

電解液中のジルコニウム酸塩の含有量は、ジルコニウム
として１０−’〜３ａｏｌ／ｊ！の範囲内の量に限定す
べきである。ジルコニウム酸塩の含有量がジルコニウム
として１０−３鳳ｏ１／１未満では、着色被膜の形成速
度が遅くなる。一方、ジルコニウム酸塩の含有量がジル
コニウムとして３ａｏｌ／ｌを超えると、形成された被
膜に着色むらが生ずる。好ましいジルコニウム酸塩の含
有量は、ジルコニウムとして５　Ｘ　１０−’　〜８　
Ｘ　１０−’　ｍｏｌ／　ｌの範囲である。

陰極電解処理に際しての電流密度は、３Ｘ１０−’〜３
　Ａ／ｄａ”の範囲内に限定すべきである。電流密度が
３　Ｘ　１０−’Ａ／ｄｍ”未満では、着色被膜の形成
速度が遅くなる。一方、電流密度が３　Ａ／ｄａ”を超
えると水素発生反応が激しくなり過ぎ、形成された被膜
に着色むらが生ずる。好ましい電流密度は、１Ｏ−２〜
８×１Ｏ−１Ａ／ｄｏ１２の範囲内である。使用する電
流は、パルスまたは交流でもよいが、着色被膜の形成速
度を一定に保つ上において、直流による定電流が好まし
い。

上述した量のジルコニウム酸塩を含有する電解液中にお
いて、上述した電流密度で陰極電解処理を施すことによ
り、金属材の表面上に、数秒から数分の短時間の間に着
色被膜が形成される。従って、電解液は常温（５〜３０
℃）で十分であり、加熱する必要はない。

上述した電解液中に、１０４〜Ｉｍｏｌ／ｌの範囲内の
量の燐酸または燐酸塩を、更に付加的に自存させれば、
着色被膜の厚さの均一性が一段と向上し、より安定した
着色被膜を形成することができる。燐酸または燐酸塩の
含有量が１０−″ｍｏｌ／１未満では、所望の効果が得
られない。一方、燐酸または燐酸塩の含有量がＩｍｏｌ
／／を超えると着色被膜に色むらが発生しやすくなる。

この発明の方法によれば、ステンレス鋼材、普通鋼材、
低合金鋼鋼材、高合金鋼鋼材、その他、銅、金、銀、ニ
ッケル、クロム、モリブデン、錫コバルト、アルミニウ
ム、チタン等各種の金属材に対して着色を施すことがで
きるほか、部分的に金属を含む材料の金属部分に対する
着色も施すことができる。

次に、この発明の方法を、実施例により、比較例と対比
しながら更に説明する。

〔実施例１〕厚さ１ｍｌ１１のステンレス鋼板（ＳＵＳ　３０４）を
、１０％Ｎ　ａ　ＯＩＩ液液中３０分間浸漬することに
よって脱脂し次いで水洗した。このように脱脂され次い
で水洗されたステンレス鋼板に、下記に示す条件で、電
解時間を変えて、陰極電解処理を施した。

（１）　　電解液の組成ジルコニウム酸ナトリラム、ジルコニウムとして０．３　　ｍｏｌ／ＡＯ，１ａｏｌ／ｌ、６６５＝２５℃ ：白金・直流定電流０、．０５　Ａ／ｄ１：約０．２〜４分ステンレス鋼板燐　　酸電解液のｐＨ電解液の温度陽極の組成陰極電解電流電流密度電解時間この結果、電解時間に従って、の表面上に、茶色、青色、黄色（金色）、赤色および緑
色等の各種の色の被膜が、色むらの生ずることなく形成
された。

〔実施例２〕電解液中に燐酸が含有されていないほかは、実施例１と
同じ条件で、ステンレス鋼板に陰極電解処理を施した。

この結果、電解時間に従って、ステンレス鋼板の表面上
に、実施例１と同様の着色被膜が形成された。約２分以
内の電解時間で形成された茶色、青色および黄色（金色
）の着色の場合には、色むらは全く生じなかったが、約
２分を超えた電解時間で形成された赤色や緑色等の着色
の場合には多少の色むらが生じた。

〔比較例１〕電解液中のジルコニウム酸塩の含有量が、この発明の範
囲を外れて多い、ジルコニウムとして５ｍｏｌ／Ａ’で
あるほかは、実施例１と同じ条件で、ステンレス鋼板に
陰極電解処理を施した。この結果、ステンレス鋼板の表
面上に、実施例１と同様の着色被膜が形成されたが、形
成された被膜に顕著な着色むらが生じた。

〔比較例２〕陰極電解の電流密度が、この発明の範囲を外れて高い５
　Ａ／ｄ■鵞であるほかは、実施例１と同じ条件で、ス
テンレス鋼板に陰極電解処理を施した。

この結果、ステンレス鋼板の表面上に、実施例１の電解
時間よりも早い電解時間によって、実施例１と同様の着
色被膜が形成されたが、水素発生反応が激しくなり過ぎ
、形成された被膜に顕著な着色むらが生じた。

〔比較例３〕陰極電解の電流密度が、この発明の範囲を外れて低い３
　Ｘ　１０−’　Ａ／ｄ＋＋＋”であるほかは、実施例
１と同じ条件で、ステンレス鋼板に陰極電解処理を施し
た。この結果、ステンレス鋼板の表面上に、実施例１と
同様の着色被膜が形成されたが、そのために要した電解
時間は、実施例１における電解時間の約５０倍になり、
着色被膜の形成に極めて長い時間を必要とした。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、常温の無害の電
解液によって、作業環境の悪化および公害が生ずること
なく、数秒〜数分の短時間で、ステンレス鋼材その他各
種金属材の表面上に、均一な安定した着色を低コストで
施すことができる、工業上有用な効果がもたらされる。

Claims

【特許請求の範囲】１、ジルコニウムとして１０＾−＾３〜３ｍｏｌ／ｌの
範囲内の量のジルコニウム酸塩を含有する電解液中にお
いて、３×１０＾−＾３〜３Ａ／ｄｍ＾２の範囲内の電
流密度で、着色すべき金属材に陰極電解処理を施して、
前記金属材の表面上に、ジルコニウムの水酸化物または
酸化物からなる着色被膜を形成することを特徴とする、
金属材の着色方法。２、前記電解液は、１０＾−＾４〜１ｍｏｌ／ｌの範囲
内の量の燐酸または燐酸塩を更に付加的に含有している
、請求項１記載の方法。