JPH04314854A - 耐食性に優れたチタンめっき耐食鋼板 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性に優れたチタン
めっき耐食鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタンは塩素イオンを含む海水などの環
境において優れた耐食性を示すが、ステンレス鋼などの
クロム含有鋼は海水環境のような塩素イオン含有環境下
での耐食性が十分でない。そこで、そのようなクロム含
有鋼へチタンめっきして得たチタン被覆材、つまり金属
チタンめっき皮膜を備えた被覆材（以下、単に被覆材と
いうこともある）　は、例えば海水環境下で優れた耐食
性を発揮することが期待される。チタンめっきは電気め
っき法や溶融めっき法では原理的に困難であるが、真空
蒸着法やイオンプレーティング法、スパッタリング法等
のいわゆる蒸着法を用いることにより比較的簡単にめっ
き可能である。

【０００３】しかし、これらのドライめっき法により得
られた金属チタンめっき皮膜（　以下単にチタン皮膜と
称することもある）　は、基板にまで到達するミクロ欠
陥を多数有することが知られており、チタンのような犠
牲防食効果のない皮膜は皮膜欠陥部での防食作用はなく
、期待されるほどの耐食性の向上は実現されていないの
が実情であった。このミクロ欠陥を解消するために、従
来にあっても、例えば特開昭６３−２１０２９７号公報
には、チタンめっき後に得られた金属チタンめっき皮膜
を金属クロムおよびクロム水和酸化物で被覆し、めっき
皮膜に封孔処理を施し耐食性を向上させる方法が開示さ
れている。さらに、特開昭５２−１１５７４８号公報で
は、金属チタンめっき皮膜の下層にアルミニウムを被覆
して複層とすることにより、耐食性を向上させる方法が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来より提案されてきた方法は、■めっき後の後処理と
して封孔処理を行うなど、また■複層めっきあるいは合
金めっきなどをチタンめっきに先立って行うなど、製品
の製造コストの上昇は避けられず、しかもそのわりには
耐食性の改善も十分ではない。ここに、本発明の目的は
、このようにドライめっき法によって得られるチタン皮
膜のミクロ欠陥を、安価かつ簡便な手段でもって解消す
るとともに、耐食性が著しく優れた耐食鋼板を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために種々の検討を重ねた結果、金属チタン
めっき皮膜のミクロ欠陥および得られたチタン被覆材の
耐食性と、めっき母材である基板の表面粗さおよびチタ
ン蒸着の条件には以下の関係があることを知った。

【０００６】■チタン蒸着皮膜は、真空蒸着法よりもイ
オンプレーティング法によるものの方が、微細で緻密な
構造から成り、ミクロ欠陥が少ないため、イオンプレー
ティング法によりめっきを行って得たチタン被覆材のほ
うが耐食性は優れている。■チタン被覆材の耐食性は金
属チタンめっき皮膜の厚さに依存し、膜厚の増加に従い
、耐食性は改善される。■金属チタンめっき皮膜の厚さ
が一定の場合、基板である鋼板の表面粗さが粗いとチタ
ン被覆材の耐食性は未処理材よりも劣化するのに対し、
表面粗さがある値以下になると、金属チタンめっき皮膜
のミクロ欠陥は減少し、むしろチタン被覆材の耐食性は
向上する。■基板粗さに起因した金属チタンめっき皮膜
のミクロ欠陥は、蒸着の際の雰囲気ガス圧力の抑制によ
り、蒸発原子のつき回り性の効果によって多少改善され
るものの、この改善効果は、基板表面粗さを平滑にする
場合に比べて少ない。

【０００７】■蒸着用の基板としては、鋼中のＣｒ、Ｍ
ｏ濃度がＣｒ＋３×Ｍｏ　（重量％）　値で１１．０未
満とすると基板の耐食性がチタン皮膜に比べて極端に劣
るために、極くわずかでも金属チタンめっき皮膜にミク
ロ欠陥が存在すると基板の露出部で激しい発銹が生じる
。

【０００８】本発明者らは上記の知見のうち特に■に注
目してさらに検討を重ねた結果、基板である鋼板の表面
粗さを、めっきするチタン皮膜の膜厚の１０分の１以下
、望ましくは２０分の１以下にすることにより、皮膜欠
陥の少ない耐食性に優れたチタン被覆材を得ることに成
功し、本発明を完成した。ここに、本発明は、最も広義
には、母材である耐食鋼の表面粗さをめっきするチタン
皮膜の１０分の１以下になるまで平滑化した耐食鋼板と
その表面に設けた金属チタンめっき皮膜とから成るチタ
ンめっき耐食鋼板である。

【０００９】またより具体的には、本発明は、母材であ
る耐食鋼板と、該耐食鋼板の表面上に設けた金属チタン
めっき皮膜とから成る耐食鋼板であって、（１）　前記
金属チタンめっき皮膜は、イオンプレーティング法によ
り、形成されており、（２）　前記金属チタンめっき皮
膜の膜厚が、０．３　μｍ　以上、１０μｍ　以下であ
り、（３）　母材である前記耐食鋼板が、鋼中のＣｒ、
Ｍｏ濃度がＣｒ＋３Ｍｏ（％）　値で１１．０以上であ
る耐食鋼板であり、そして（４）　前記耐食鋼板の表面
粗さが１μｍ　以下で、かつ前記金属チタンめっき皮膜
の厚さの１０分の１以下であることを特徴とする耐食性
に優れたチタンめっき耐食鋼板である。なお、ここで言
う「表面粗さ」とは、表面平均粗さのことでＪＩＳ　Ｂ
０６０１−１０８２に従って測定した中心線平均粗さを
指す。

【００１０】

【作用】以下、本発明をその作用効果とともに詳述する
。まず、前述のように、金属チタンめっき皮膜の成膜プ
ロセスはイオンプレーティング法とする。具体的な処理
条件その他は特に制限されず、慣用のものを利用すれば
よい。イオンプレーティング法によるチタン皮膜は真空
蒸着法などに比べて皮膜欠陥が少ないことがすでに知ら
れている。その理由は明白ではないが、蒸発原子の一部
をイオン化させることにより、基板に吸着した原子がか
なりの運動エネルギーを持つために、吸着原子の表面拡
散などにより、緻密な皮膜が形成されるためと思われる
。

【００１１】イオンプレーティング法により蒸着する金
属チタンめっき皮膜の膜厚を０．３　μｍ　以上とした
のは、現在のイオンプレーティング法では、工業的に、
チタン膜厚０．３　μｍ　未満で皮膜ミクロ欠陥を１０
０　％なくすことは非常に困難であるためである。また
、チタン皮膜の膜厚の上限は、前述のように生産性およ
び経済性の観点から１０μｍ　とすることが適当である
。なお、ここで「金属チタン」としては純チタンはもち
ろん、各種チタン合金が包含される。耐塩水耐食性を示
す限り特に制限されない。

【００１２】次に基板である耐食鋼板の表面平均粗さで
あるが、表面平均粗さは、１μｍ　以下でかつ蒸着する
チタン皮膜の膜厚の１０分の１以下、望ましくは２０分
の１以下とする。基板である耐食鋼板の表面平均粗さが
、蒸着するチタン皮膜の１０分の１を超えると、チタン
皮膜にはミクロ欠陥が多数存在し、チタン被覆材の耐食
性は未処理材よりも低下するのに対し、１０分の１以下
であると皮膜ミクロ欠陥は減少し、耐食性は未処理材よ
りも向上する。さらに２０分の１以下では皮膜ミクロ欠
陥は激減し、耐食レベルはチタンと同等となる。

【００１３】基板である耐食鋼板の表面粗さが粗いと皮
膜欠陥が増大するが、その理由としては、■基板の表面
積の増加により膜厚が減少する、■基板の山部、谷部お
よび斜面で皮膜がランダムな方位に成長する、■谷部お
よび斜面へのつき回り性の悪さなどが考えられる。また
、金属チタンめっき皮膜は、皮膜欠陥が多いと耐食性が
未処理材より劣化し、皮膜欠陥が少ないと塩素イオンの
存在下でも優れた耐食性を示すが、その理由は、基板で
ある耐食鋼板が基板露出部ではチタン皮膜より電気化学
的に卑であるために腐食が促進されるが、基板が平滑で
皮膜欠陥が少なくなりチタンが基板のほとんど全てを覆
うようになると被覆材はチタンの耐食性を示すようにな
るためと思われる。

【００１４】本発明において、基板の表面粗さを１μｍ
　以下としたのは、表面粗さが１μｍ超の場合被覆材の
耐食性を向上させるには、チタン膜厚１０μｍ　以上が
必要であり、これは生産性および経済性の観点から無意
味と判断されるからである。また、基板の粗さを制御す
る方法は特に限定しないが、圧下率を高めた圧延による
方法や電解研磨などを用いると平滑な基板表面が得られ
る。めっき母材としては、鋼中のＣｒ、Ｍｏ濃度がＣｒ
＋３Ｍｏ（％）　値で１１．０以上である耐食鋼板を用
いるが、これは、この値が１１．０未満の場合にはチタ
ン皮膜にミクロ欠陥がわずかでも生じると発銹が顕著に
なるからである。このような耐食鋼板として、具体的に
は、ＳＵＳ４３０などのクロム系ステンレス鋼およびＳ
ＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼が例示
される。代表的鋼組成範囲は次のように示すことができ
る。

【００１５】Ｃ：０．００２〜０．１　％、Ｓｉ：０．
００１〜１．０　％、Ｍｎ：　０．０５〜１．０　％ Ｃｒ：９．０〜２５％、Ｎｉ：０．１〜１５％、Ｍｏ：
０〜５．０　％なお、かかる耐食鋼板それ自体はすでに
市販されており、本発明にあってもそれらを使用すれば
よいのであるが、表面粗さが１μｍ　以下の鋼板を用い
る必要があり、望ましくは０．３　μｍ　以下、更には
　０．２μｍ　以下の鋼板が好ましい。次に、本発明を
実施例を用いて詳述するが、これはあくまでも本発明の
例示であり、これにより本発明が不当に限定されるもの
ではない。

【００１６】

【実施例】実施例１ 本例では、酸洗および電解研磨によって基板の表面粗さ
を種々に変化させたＳＵＳ４３０鋼板　（Ｃｒ＋３×Ｍ
ｏ（％）　の値は約１９〜２２）　へチタン蒸着（　チ
タンめっき皮膜厚さ３．０μｍ）を行ってチタン被覆材
を得た。このようにして得た各チタン被覆材について複
合腐食試験を行い、その結果を図１にグラフで示す。

【００１７】チタン蒸着は電子ビーム溶解−高周波励起
方式イオンプレーティング法で行い、そのときの蒸着条
件は、 高周波出力　　　　　　：　　　２５Ｏ　Ｗ基板バイア
ス電圧：　　　−２５０　Ｖ基板温度　　　　　　　　
：　　　特に加熱せず雰囲気　　　　　　　　　　：　
　　１００　％アルゴン　　１×１０−４Ｔｏｒｒとし
た。複合腐食条件は、 ■塩水噴霧（５％食塩水、３５℃、４時間）■乾燥　（
湿度＜３０％、６０℃、２時間）■湿潤　（湿度＞９０
％、６０℃、２時間）を５サイクル繰り返して行った。

【００１８】腐食試験後の評価はＪＩＳ　Ｈ８６１７　
記載のレイテイングナンバー標準図表を基準に行った。 評点は１０点が耐食性において最も優れており、点数が
減少するに従い耐食レベルは低下する。純チタン材それ
自体の耐食性は評点が１０である。未処理材がほゞ８で
あるから、９以上で改善がみられる。本例のように被覆
材の金属チタンめっき皮膜の膜厚が３μｍである場合、
基板であるＳＵＳ４３０　鋼板の表面粗さが０．３　μ
ｍ　以下になって初めてこのチタン被覆材の耐食性は未
処理より向上し、さらに表面粗さが０．１５μｍ　以下
で耐食レベルは純チタン材と同等となった。

【００１９】実施例２ 基板表面平均粗さを０．０３〜０．５　μｍ　の範囲で
変化させた、板厚が０．５　ｍｍである各種ステンレス
鋼板および炭素鋼板を被処理材として、電子ビーム溶解
−高周波励起方式イオンプレーティング法により、膜厚
が０．２５〜１０μｍ　であるチタンめっきを行い、得
られた各チタン被覆材に実施例１と同条件の複合腐食試
験を行った。鋼組成とともにチタン蒸着の処理条件およ
び評価結果をまとめて表１に示す。なお、ＳＵＳ４３０
、４１０　、３０４　、３１６　はいずれもＣｒ＋３×
Ｍｏ（％）　が１１％以上であった。

【００２０】なお、腐食試験後の評価は、実施例１の場
合と同様に、ＪＩＳ　Ｈ８６１７　記載のレイテイング
ナンバー標準図表を基準に行った。評点は１０点が最も
優れており、点数が減少するに従い耐食レベルは低下す
る。未処理材より改善がみられれば合格とした。蒸着は
溶剤脱脂　（超音波洗浄）　により洗浄した被処理材を
、アルゴン　１００％雰囲気でガス圧５×１０−４Ｔｏ
ｒｒ、基板バイアス電圧−５００Ｖで３０分イオンボン
バード処理後、高周波出力２５０Ｗ、基板バイアス電圧
−２５０Ｖ、アルゴン１００　％雰囲気でガス圧１×１
０−４Ｔｏｒｒ〜５×１０−４Ｔｏｒｒの条件下でイオ
ンプレーティングを行った。なお、基板の加熱は特に行
わなかった。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例３ Ｔｉめっき鋼板の耐食性と基板耐食性の相関を明らかに
すべく、基板の耐食性を支配する鋼中のＣｒ、Ｍｏ濃度
を変化させた基板を用いてめっき後の耐食性を評価した
。表面粗さは基板表面の表面粗さで０．０５μｍ　程度
とほぼ一定とし、金属チタンめっき皮膜の膜厚は１μｍ
　とした。蒸着の条件は高周波出力２５０Ｗ、基板バイ
アス電圧−２５０Ｖ、アルゴンガス圧１×１０−４Ｔｏ
ｒｒ　（一定）　である。検討結果をまとめて表２に示
す。フェライト系、オーステナイト系のいかんによらず
、鋼中Ｃｒ、Ｍｏ量がＣｒ＋３×Ｍｏ（％）　値で１１
％以上である場合には、Ｔｉめっき耐食鋼板が良好な耐
食性を発揮していることが明らかである。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から、本発明にかかるチタンめっき耐
食鋼板に相当する試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８、Ｎｏ．１０
　〜Ｎｏ．１６　は、耐食性に優れたチタンめっき耐食
鋼板を得ることができた。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、蒸
着後に後処理を施すことあるいは複層めっきを行うこと
などを要さずに、より簡便にかつ安価な手段でもって耐
食性に優れたチタンめっき耐食鋼板が得られる。かかる
効果を有する本発明の実用上の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるチタンめっき耐食鋼板における
基板表面粗さと塩素イオン含有腐食雰囲気における耐食
性との相関を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　母材である耐食鋼板と、該耐食鋼板の
   表面上に設けた金属チタンめっき皮膜とから成る耐食鋼
   板であって、（１）　前記金属チタンめっき皮膜は、イ
   オンプレーティング法により、形成されており、（２）
   　前記金属チタンめっき皮膜の膜厚が、０．３　μｍ　
   以上、１０μｍ　以下であり、（３）　母材である前記
   耐食鋼板が、鋼中のＣｒ、Ｍｏ濃度がＣｒ＋３Ｍｏ（％
   ）　値で１１．０以上である耐食鋼板であり、そして（
   ４）　前記耐食鋼板の表面粗さが１μｍ　以下で、かつ
   前記金属チタンめっき皮膜の厚さの１０分の１以下であ
   ることを特徴とする耐食性に優れたチタンめっき耐食鋼
   板。