JPH0645915B2

JPH0645915B2 - 部材表面の装飾方法

Info

Publication number: JPH0645915B2
Application number: JP62280631A
Authority: JP
Inventors: 恒文松永; 茂千葉; 和郎嶋村
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH01123042A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は部材表面の装飾方法に係り、特に部材表面に美
麗な色調の着色面を容易に形成することができる装飾方
法に関する。

［従来の技術］従来より、金属の着色方法としては、陽極酸化法又は高
温酸化法が行なわれている。

陽極酸化法は、金属を適当な酸溶液に浸漬して陽極処理
を行なって酸化皮膜を形成させる方法であって、Ｔｉ、
ステンレス鋼、Ａｌ等に適用されている。陽極酸化法に
よる皮膜は種々の色に発色させることができ、染料を用
いて染色することもできる。

一方、高温酸化法は、高温処理を行なって酸化皮膜を形
成させることにより発色させるものであり、主にＴｉや
ステンレス鋼等の金属に適用されている。

［発明が解決しようとする問題点］従来の高温酸化法は、陽極酸化法に比し処理操作が簡単
であるという利点を有するが、次のような欠点があっ
た。

例えば、高温酸化による着色を行なうことができる金属
であるＴｉを高温酸化処理する場合、発色する色は処理
温度に依存し、低温から高温に至る間に金→青→薄青→
緑白色→白色と変化するが、比較的低温処理による青色
でも５００〜６００℃の温度を要し、緑白色、白色では
相当の高温を要する。また、再現性にも難があった。

即ち、Ｔｉ等の着色原理は、第３図に示す如く、母材１
０の表面に形成した酸化膜１１における光Ｒの吸収と干
渉によって起こる。しかして、色の変化はこの作用の程
度に依存し、実際には酸化膜１１の厚さに依存する。こ
のため、着色させる色調によっては、酸化膜を厚くする
べく、処理温度を上げる必要がある。また、陽極酸化法
を併用せざるを得ない場合もある。

このため、高温酸化法では、高温処理により被処理部材
が「なまる」ことがあり、強度等が低下して機械的特性
が損なわれ、要求特性を満足し得ないという問題が生じ
易い。

一方、陽極酸化法で、このような問題はないものの、従
来の結晶質金属又は合金の陽極酸化においては、必要と
する電流、電圧値が高く、また、処理温度が７０〜９０
℃程度と高い。さらに、陽極からの溶出を防止するため
に、条件に制限があった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記従来の問題点を解決し、被装飾部材表面
に陽極酸化法又は高温酸化法によって容易に美麗な着色
を付与する部材表面の装飾方法を提供するものである。

本発明の部材表面の装飾方法は、被装飾部材表面に装飾
被膜を形成して装飾する方法において、該被装飾部材表
面に、Ｔｉ：１０〜７５原子％Ｆｅ：３０〜５０原子％Ｎｉ：３〜１０原子％Ｃｒ：７〜２０原子％を含む非晶質合金のコーティング膜を形成した後、該コ
ーティング膜に陽極酸化法又は高温酸化法により着色を
付与することを特徴とする。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において、被装飾部材表面に形成するコーティン
グ膜を構成する非晶質合金、即ち、装飾用アモルファス
合金は、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｒを上記範囲で含むも
のであるが、合金組成が上記範囲を逸脱すると、良好な
アモルファス構造をとることができない。

一般にアモルファス合金は、その合金組成をＭ−Ｘまた
はＭ−Ｘ−Ｙ（Ｍ：ベースとなる金属又は合金、Ｘ：耐
食性あるいは着色性を与える金属、Ｙ：半金属）とする
と、Ｍとしては例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はこれらの合
金、ＸとしてはＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂの１
種又は２種以上、ＹとしてはＰ、Ｂ、Ｃなどが用いら
れ、これらを適当な割合で含有するものが知られてい
る。

本発明に係る装飾用アモルファス合金は、着色効果の面
から特に上記特定組成のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉ系合金
に限定されるが、勿論本発明の要旨を越えない範囲で、
Ｃｕ、Ｗ、Ｎｂ、Ｐ、Ｂ、Ｃ等の他の元素を含んでいて
も良い。

このような組成のアモルファス合金は、スパッタデポジ
ション法によりターゲットにＳＵＳ３０４の円板とその
円板の上にＴｉの薄くて小さい円板を置くことによって
容易に得ることができる。なお、本発明者らは、このよ
うな、複合ターゲットにより、Ｔｉの円板の数や大きさ
を変えて、アモルファス組成の範囲を調べた結果、Ｔｉ
の含有量が約１０原子％から約７５原子％の間で、アモ
ルファス構造をとることを知見し、この知見に基いて本
発明を完成させたものである。

このような装飾用アモルファス合金のコーティング膜を
部材表面に形成し、形成されたアモルファスコーティン
グ膜を陽極酸化又は高温酸化することにより、部材表面
に容易に美麗な着色を付与することができる。

以下、本発明による装飾用アモルファス合金のコーティ
ング膜の着色方法について説明する。

まず、陽極酸化法による着色方法について説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）及び第２図は本発明の部材表面の
装飾方法を説明する図であって、第１図（ａ）、（ｂ）
は部材の断面図、第２図は陽極酸化法を説明する模式的
な断面図である。

この方法においては、まず部材１の表面に本発明に係る
装飾用アモルファス合金のコーティング膜（以下「アモ
ルファスコーティング膜」という）２を形成する（第１
図（ａ））。

アモルファスコーティング膜２を形成する部材１の材質
としては特に制限はなく、金属、セラミックス、樹脂等
のいずれでも良い。金属としても、Ｔｉ、Ｔｉ系合金の
他、従来では直接着色することが難しかった金属など各
種の金属又は合金に適用することが可能である。

形成するアモルファスコーティング膜２の膜厚が薄い
と、均一な着色が得られない。従って、形成するアモル
ファスコーティング膜２の厚さは、十分な均一着色を得
ることができる厚さとし、一般には２００Å以上、特に
５００Å以上とするのが好ましい。アモルファスコーテ
ィング膜は厚過ぎても効果に差異はなく、本発明におい
ては４０μｍ以下、特に０．１μｍ〜２０μｍとするの
が好ましい。

アモルファスコーティング膜２の形成方法は特に限定さ
れないが、スパッタリング法によれば容易に均一にコー
ティングすることができる。

このようにして形成したアモルファスコーティング膜の
着色方法は陽極酸化法、高温酸化法のいずれでもよい。
以下、その着色方法について説明する。まず陽極酸化法
による場合は、陽極酸化によりアモルファスコーティン
グ膜２の表面を酸化させ、酸化膜層３を成長させる（第
１図（ｂ））。この陽極酸化処理により、アモルファス
コーティング膜２中の主成分の酸化膜層３が形成され
る。

陽極酸化法は、従来一般に行なわれている方法を適用す
ることができる。即ち、第２図に示す如く、アモルファ
スコーティング膜を形成した部材２１を電解液２０中に
浸漬し、白金、黒鉛、ステンレス等の陰極２２間に通電
して陽極酸化を行なう。

この場合、電解液２０としては、通常用いられている電
解質の溶液を適用することができる。電解液としては、
例えば下記のものを用い得る。

硫酸／クロム酸溶液リン酸／硫酸／クロム酸溶液リン酸ナトリウム溶液リン酸／クロム酸溶液ホウ酸アンモニウム溶液酒石酸アンモニウム溶液マロン酸アンモニウム溶液リン酸アンモニウム溶液陽極酸化により得られる酸化膜層３の色調は、電解液の
種類、濃度、陽極酸化の電圧、時間等によって、自由に
変化させることができる。

陽極酸化の処理条件は、アモルファスコーティング膜の
種類や所望とする着色の色調等により異なるが、アモル
ファス合金は同じ組成の結晶質合金に比べ活性であるの
で酸化され易く、従って本発明の装飾用アモルファス合
金を用いる方法によれば、従来の結晶質金属又は合金の
陽極酸化処理よりも５〜３０％低い電圧及び短い時間
で、しかも常温にて行なうことができる。その上、結晶
質金属又は合金では溶出してしまうような電解液でもア
モルファス合金は陽極から溶け出すことがないので、陽
極酸化条件を広い範囲で設定することができる。

陽極酸化法により形成された酸化膜層３は極めて均一な
層であるため、第１図（ｂ）に示す如く、光Ｒの吸収と
干渉の作用により均一かつ美麗に発色する。

一方、高温酸化法による場合には、前記と同様にして、
第１図（ａ）に示す如く、まず部材１の表面にアモルフ
ァスコーティング膜２を形成する。

形成したアモルファスコーティング膜２は次いで高温酸
化によりその表面を酸化させ、酸化物層３を成長させる
（第１図（ｂ））。この高温酸化処理により、アモルフ
ァスコーティング膜２中の主成分の酸化膜層３が形成さ
れる。

高温酸化の処理条件は、アモルファスコーティング膜の
種類や所望とする着色の色調等により異なるが、本発明
に係る装飾用アモルファス合金を用いることにより、従
来の結晶質金属又は合金の高温酸化に比し、処理温度は
５０℃以上低くすることができる。例えば、従来法で純
Ｔｉに青色の着色を得る場合、５００〜６００℃の処理
温度が必要であったのに対し、Ｔｉ系合金アモルファス
コーティング膜では、４００℃程度の温度で処理するこ
とにより、容易に同じ色を得ることができる。

形成された酸化膜層３は陽極酸化法の場合と同様に極め
て均一な層であるため、第１図（ｂ）に示す如く、光Ｒ
の吸収と干渉の作用により均一かつ美麗に発色する。

なお、本発明の方法に従って、装飾用アモルファス合金
に、陽極酸化法又は高温酸化法により着色を付与する方
法においては、一つの部材に一種類の組成のアモルファ
スコーティング膜を設けて酸化処理しても良く、また一
つの部材に組成の異なるアモルファスコーティング膜を
設けても良い。例えば部材表面の一部をＴｉ系合金アモ
ルファスコーティング膜とし、他の部分を他の組成のア
モルファスコーティング膜とする。このようにすれば一
つの部材表面に二以上の色彩を付すことが可能となる。
なお、組成の異なるものとしては、同一組成系において
元素の含有量を異ならせるようにしても良く、この一例
としてＴｉ系合金でＴｉ含有量を異ならせたものが挙げ
られる。

また、形成したアモルファスコーティング膜の全体を酸
化するようにしても良く、部分的に酸化したり、酸化の
程度を変えるようにしても良い。

即ち、陽極酸化法においては、アモルファスコーティン
グ膜を形成した部材の全体を電解液中に浸漬して陽極酸
化処理することも、一部分のみを陽極酸化することもで
きる。例えば、部材の一部を電解液に浸漬して、あるい
は、一部を残して他の部分にマスキング材を取り付けて
電解液に浸漬するなどして、一部のみを陽極酸化するこ
とができる。このようにしても、一つの部材に二以上の
色彩を付すことができる。

また、部分的にアモルファスコーティング膜が形成され
た部材を電解液に浸漬して陽極酸化処理した場合には、
アモルファスコーティング膜の部分は着色し、一方、ア
モルファスコーティング膜を形成していない部分では、
部材の基材が溶出してエッチングされて凹部が形成され
る。このようにすることにより、浮き出し彫りになった
ネームプレートや浮き出し彫り模様のある装飾品を作る
ことができる。

高温酸化法においても、アモルファスコーティング膜を
形成した部材の全体を均一温度に加熱して酸化処理する
ことも、部分的に加熱温度を異ならせることもできる。
例えば部材の一部を４００℃に加熱し、他の部分を５０
０℃に加熱する如き加熱処理である。このようにして
も、一つの部材に二以上の色彩を付すことができる。こ
のような加熱温度を異ならせるための加熱法としてレー
ザなど高エネルギー密度ビームをアモルファスコーティ
ング膜表面に照射する方法が挙げられる。この場合、ビ
ームの出力を増減することによって加熱温度を調節でき
る。

また、ビーム部材とを相対的に移動させ、この移動速度
を増減することによっても加熱温度を調節できる。ビー
ムと部材とを相対的に移動させる装置としてＮＣ装置を
用いれば種々の模様を正確に描くことができる。

なお、加熱温度を異ならせるための加熱法としては、電
気ヒータやガスバーナー等の高温輻射熱源などの他の熱
源を採用しても良いことは明らかであり、該熱源の出力
を増減することにより加熱温度を調節することができ
る。

なお、アモルファスコーティング膜の形成は、部材の表
面を均一に（例えば鏡面に）仕上げておいてから行なっ
ても良く、部材表面の一部分を他の部分とは異なるよう
に表面仕上げを行ってアモルファスコーティングを施し
ても良い。例えば、部材の一部を梨地処理し他の部分を
鏡面処理した後アモルファスコーティングすることがで
きる。このようにすれば、性状の異なる表面では互いに
異なった色調等となり、一つの部材の表面に色調等の異
なる部分を形成することができる。

このような本発明の装飾用アモルファス合金のコーティ
ング膜を陽極酸化又は高温酸化して着色させる方法は各
種の部材に適用できる。その一例として、眼鏡、時計ケ
ース、時計バンド、キーホルダー、ネクタイピン、カフ
スボタン、ボタン、ゴルフクラブ、ネームプレート、ネ
ックレス、ブレスレット、イヤリング、ブローチ等が挙
げられるが、勿論これら以外の部材にも適用できる。

［作用］アモルファス合金は、同じ組成の結晶質合金に比べて活
性で酸化しやすい。しかも、アモルファス単一相である
ため、通常の金属に見られるような粒界部の酸化層の不
均一部がない。

従って、本発明に係る装飾用アモルファス合金を部材表
面にコーティングし、このコーティング膜を陽極酸化法
で酸化して着色を付与する場合には、従来法に比し、低
温で、低電位、低電流のもとに、かつ短時間の陽極酸化
処理で均一かつ美麗に着色した酸化膜層を形成すること
ができる。

この場合には、従来法のように金属部材そのものを陽極
酸化するのではなく、アモルファスコーティング膜を形
成し、このアモルファスコーティング膜を陽極酸化によ
り着色させるので、下地の金属部材の材質に制限がな
く、陽極からの溶け出しの問題がないため、陽極酸化処
理条件を広い範囲で設定することができ、これらの点か
ら幅広い金属又は合金に適用することができる。なお、
陽極酸化法では高温酸化法と異なり、高温処理を要しな
いので、部材強度の低下等の問題を解消することができ
る。

また、高温酸化法で酸化して着色を付与する場合には、
低温で（例えば処理温度を５０〜１００℃低下させるこ
とができる。）かつ短時間の高温酸化処理で均一な酸化
層を形成することができるので、高温酸化処理条件を緩
和することができ、被処理部材の高温劣化を防止するこ
とができる。しかも、均一かつ美麗な着色を得ることが
できる。

この場合においても、従来法のように金属部材そのもの
を高温酸化するのではなく、アモルファスコーティング
膜を形成し、このアモルファスコーティング膜を高温酸
化により着色させるので、下地の金属部材の材質に制限
がなく、処理温度の低下の点からも、幅広い金属又は合
金に適用することができる。なお、高温酸化法では、陽
極酸化法と異なり、被膜に結晶水等が含まれることがな
く、硬質の被膜とすることができる。

特に本発明に係る特定組成の装飾用アモルファス合金
は、上記酸化処理が容易で均一で淡く透明感のある美麗
な色調が得られる。

［実施例］以下、実施例について説明する。

実施例１金属部材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、
その表面にスパッタリング法により第１表に示す厚さの
アモルファスコーティング膜（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉ
系アモルファス合金）を形成した。次に、この膜に陽極
酸化処理を施して、着色の状況を調べた。

第１表より、アモルファスコーティング膜厚が５００Å
以上であれば均一な着色が得られることが明らかであ
る。

なお、アモルファス合金組成は、スパッタリング条件及
び陽極酸化条件は下記に示す通りとした。

アモルファス合金組成（原子％）Ｆｅ：３６Ｃｒ：１０Ｎｉ：４Ｔｉ：５０スパッタリング条件出力：７００ＷＡｒ圧：５×１０^-3Ｔｏｒｒ陽極酸化条件電解液：前出の電解液単独又は混合液温度：常温電圧：１Ｖ〜１０Ｖ電流密度：１ｍＡ〜１００ｍＡ時間：１０秒〜３時間実施例２アモルファスコーティング膜厚を１μｍとし、その組成
を第２表に示す通りとしたこと以外は、実施例１と同様
にして処理を行ない着色の状態を調べた。結果を第２表
に示す。

第２表より、本発明の装飾用アモルファス合金によれば
均一な着色が得られることが明らかである。

実施例３金属部材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、
その表面にスパッタリング法により第３表に示す厚さの
アモルファスコーティング膜（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉ
系アモルファス合金）を形成した。次に、この膜に高温
酸化処理を施して、着色の状況を調べた。

第３表より、アモルファスコーティング膜厚が２００Å
以上であれば均一な着色が得られることが明らかであ
る。

なお、アモルファス合金組成は、スパッタリング条件及
び高温酸化条件は下記に示す通りとした。

アモルファス合金組成（原子％）Ｆｅ：３６Ｃｒ：１０Ｎｉ：４Ｔｉ：５０スパッタリング条件出力：７００ＷＡｒ圧：５×１０^-3Ｔｏｒｒ高温酸化条件雰囲気：空気温度：４００℃又は５００℃ 時間：１時間実施例４アモルファスコーティング膜厚を１μｍとし、その組成
を第４表に示す通りとしたこと以外は、実施例３と同様
にして処理を行ない着色の状態を調べた。結果を第４表
に示す。

第４表より、本発明の装飾用アモルファス合金によれば
均一に着色可能であることが明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の部材表面の装飾方法は、部
材表面に、特定組成のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｔｉアモルフ
ァス合金のコーティング膜を形成し、該アモルファスコ
ーティング膜を陽極酸化又は高温酸化することによっ
て、従来の結晶質金属又は合金の陽極酸化法に比し、低
温、低電位、低電流かつ短時間の処理で着色させること
ができる。また、陽極酸化処理条件を広い範囲で設定で
きる。

従来の高温酸化法に比し、低温かつ短時間の処理で着
色させることができる。

均一美麗な着色を与えることができる。

あらゆる部材に処理することができ適用範囲が広い。

等の効果が奏され、工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の部材表面の装飾方法を
説明する部材の断面図、第２図は陽極酸化法の一例を示
す模式的な断面図、第３図は従来の着色法を説明する断
面図である。１……金属部材、２……アモルファスコーティング膜、３……酸化膜層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 45/02 Ｚ 45/10 Ｃ２３Ｃ 8/10 7516−4Ｋ 14/12 9271−4Ｋ 28/00 ＡＣ２５Ｄ 11/34 ３０１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被装飾部材表面に装飾被膜を形成して装飾
する方法において、該被装飾部材表面に、Ｔｉを１０〜
７５原子％、Ｆｅを３０〜５０原子％、Ｎｉを３〜１０
原子％、Ｃｒを７〜２０原子％含む非晶質合金のコーテ
ィング膜を形成した後、該コーティング膜に陽極酸化法
又は高温酸化法により着色を付与することを特徴とする
部材表面の装飾方法。