JPH0765184B2 - 表面処理金属材およびその製法 - Google Patents

表面処理金属材およびその製法

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JPH0765184B2
JPH0765184B2 JP2326560A JP32656090A JPH0765184B2 JP H0765184 B2 JPH0765184 B2 JP H0765184B2 JP 2326560 A JP2326560 A JP 2326560A JP 32656090 A JP32656090 A JP 32656090A JP H0765184 B2 JPH0765184 B2 JP H0765184B2
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純司 川福
淳 加藤
貢基 池田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、表面が金属酸化物又はSi酸化物よりなる黒色
皮膜で強固に被覆・保護された表面処理金属材およびそ
の製法に関するものであり、この表面処理金属材は、各
種電気部品、家庭用電気製品、建築材料等として有用で
ある。
なお本発明は、以下の説明によって明らかにされる様に
化学量論量に対して酸素量の不足する特定の酸化物によ
って被覆された金属材に関するものであって、被覆され
るべき金属材の種類や形状等は一切制限されないが、以
下の説明では最も一般的な鋼板を使用する場合を主体と
して説明を進める。
[従来の技術] 鋼板を家庭用電気製品等の外板用等として使用する場
合、表面を黒く着色させることがある。かかる黒色鋼板
の製法して汎用されているのは、冷延鋼板あるいは耐食
性改善のためにZn系めっき等を施した鋼板に、りん酸塩
処理等の化成処理を施したプレコート鋼板に、黒色の有
機染料や無機顔料の配合された有機系塗料を塗布して黒
色の塗膜を形成する方法である。
しかしながら上記の方法は、プレコート処理が繁雑で処
理経費がかさむという欠点を有しているばかりでなく、
表面を黒色にするための手段が有機系塗料を用いる方法
であるから引掻き等の外力によって傷つき易く、しかも
一旦傷がつくと塗膜下腐食や塗膜膨れを起こすといった
難点がある。また上記以外の黒色皮膜形成法として、ス
テンレス鋼板、AlまたはAl合金板、TiまたはTi合金板等
の表面を、陽極酸化などの化学的処理によって発色させ
る方法もあるが、この方法で黒く発色させることは、他
の色に発色させるのに比べて非常に困難であり、処理コ
ストが高くつく。しかも黒く発色せしめ得る金属は限ら
れており、いずれも鋼板に比べて高価であるため汎用性
に欠ける。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は素材金属の種類には全く制限されず且つ
耐傷付き性等の物性に優れた黒色皮膜を有する表面処理
金属材、およびその様な表面処理金属材を簡単且つ安価
に製造することのできる方法を提供しようとするもので
ある。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決することのできた本発明に係る表面処理
金属材の構成は、めっき層の再上層部に、下記条件を満
たす厚さ0.5μm以上の金属酸化物層又はSi酸化物層が
形成されたものであるところに要旨が存在する。
金属酸化物又はSi酸化物層の組成式をMxOn 金属酸化物又はSi酸化物の化学量論的組成式をMxOy としたとき(但し、Mは金属又はSiを表わす) n≦0.8y そして上記特性を備えた表面処理金属材は、表面の清浄
化された被めっき金属材を真空蒸着室へ導入し、まず酸
素と親和性の高い金属を蒸発させ、ついで金属酸化物又
はSi酸化物の蒸気を発生させて、各蒸気を被めっき金属
材の表面に蒸着させ、蒸着めっき層の最上部に上記条件
を満たす厚さ0.5μm以上の金属酸化物層又はSi酸化物
層を形成することによって得ることができる。
[作用] 先に述べた様に、本発明において黒色皮膜の形成される
被めっき金属材の種類には一切制限がなく、高炭素鋼、
低酸素鋼、ステンレス鋼、高合金鋼、AlまたはAl合金、
TiまたはTi合金、銅または銅合金全ての金属材を対象と
することができ、その形状も板状、棒状、線状、管状等
あらゆる形状のものに適用することができるが、以下に
おいては代表的な鋼板を主体にして説明する。
本発明者らは鋼板の耐食性改善法として、かねてより真
空蒸着法による酸化物系セラミックス被覆の研究を行な
っている。そしてその一連の研究の中で、被覆層を構成
する酸化物の原子比率について調査した結果、酸化物を
構成する金属元素又はSiと酸素の原子比率が理論組成か
らある範囲で外れたものでは、当該酸化物によって被覆
された鋼板が黒色になることを見出した。即ち表面被覆
層を構成する酸化物の組成を組成式をMxOn(Mは金属又
はSiを表わす)とし、一方当該酸化物の化学量論的組成
をMxOyとしたとき酸素量不足の度合が「n≦0.8y」であ
る酸化物は黒色を呈し、これを0.5μm以上の厚さで被
覆した鋼板は、そのままで黒色鋼板として利用し得るこ
とが明らかとなった。金属酸化物又はSi酸化物(以下、
単に酸化物ということがある)が酸素不足の状態で黒色
を呈する理由は理論的に解明された訳ではないが、酸素
不足によって酸化物被覆層内における結晶格子に歪が生
じ(場合によっては非晶質となり)、可視光線吸収特性
が変化したためと考えられる。
ちなみに仮に酸素不足であったとしても、その不足の程
度が「0.8y<n,<y」では酸化物が黒色とならずに干渉
色もしくは茶褐色系か無色に近いものとなり、本発明の
目的を達成することができない。但し、酸素量が少なく
なり過ぎると金属色となって黒色が薄くなるばかりでな
く耐食性も低下してくるので「0.3≦n」にするのがよ
く、より好ましいのは「0.4y≦n≦0.7y」の範囲であ
る。また当該酸化物の厚さが薄過ぎる場合は、被覆不足
の部分が残って耐食性が悪くなるばかりでなく、着色不
足の部分ができて色調むらが生じ、商品価値が著しく損
なわれるので、酸化物層の厚さは0.5μm以上、より好
ましくは1μm以上にしなければならない。尚厚さの上
限は特に定めないが、必要以上に厚くすることは経済的
に不利であるばかりでなく、厚くなり過ぎるとプレス成
形等の加工に際して酸化物層に亀裂が入ったりパウダリ
ング現象を起こし易くなるので、通常は20μm程度以
下、より好ましくは10μm以下に抑えるのがよい。
酸化物被覆を構成する酸化物の種類は特に限定されず、
その様な酸化物でも前記条件を満たすものである限り殆
んどは黒色を呈するが、耐食性や被覆強度等を考慮に入
れると、代表的な酸化物としてはSiO2-x、Al2O3-x、TiO
2-x、MgO1-x、MoO3-x、NiO1-x、Cr2O3-x、WO3-x、ZnO
1-x(但し、1−x、2−x、3−xは、各酸化物の酸
素含有量が前記組成式の関係を満たすものとする)等が
例示され、これらは単独で使用し得るほか、2種以上を
併用することもできる。
ところで上記の様な要件を満たす酸化物皮膜の形成方法
は特に限定されないが、酸化物皮膜の均一性や素地鋼板
への密着性、更には生産性や処理コスト等を考慮に入れ
ると次に示す方法が工業的に有利な方法として例示され
る。
即ち、表面を清浄化した鋼板を真空蒸着室へ導入し、該
鋼板の表面にまず酸素と親和性の高い金属を蒸着せし
め、次いでその上に金属酸化物又はSi酸化物のを蒸着さ
せる方法である。
この方法は、下記(1)、(2)の方法によって更に具
体化することができる。
(1) 第1図に示す如く、予め表面を清浄化した帯状
鋼板1を、真空蒸着室2内を通して連続的に走行させ
る。該真空蒸着室2における帯状鋼板1の走行軌跡下側
には、帯状鋼板1の走行方向Aに沿って2つの蒸発槽3
a、3bを配置し、上流側の蒸発槽3aには酸素との親和性
の高い金属又はSi4aを装入すると共に、下流側の蒸発槽
3bには酸化物層を形成するための金属又はSi4bを装入し
ておき、電子線加熱、抵抗加熱、高周波加熱、レーザー
ビーム加熱等任意の加熱手段(図では電子銃5を用いた
電子線6による加熱を利用した例を示している)で各金
属4aと金属又はSi4bを加熱蒸発させる。そして金属4bの
蒸発領域に向けて酸素及び/または酸素イオンビーム8
を供給しながら、これらの蒸気を鋼板1に蒸着させる。
そうすると鋼板1にはまず酸素との親和性の高い金属4a
が蒸着した後、その上に金属又はSi4bと酸素との反応に
より生成した酸化物が蒸着する。尚、図中9はサポート
ロール、10は真空排気口を示す。
(2) 第2図に示す如く、予め表面を清浄化した帯状
鋼板1を、真空蒸着室2を通して連続的に走行させる。
該真空蒸着室2における帯状鋼板1の走行軌跡下側に
は、帯状鋼板1の走行方向Aに沿って2つの蒸発槽3a,3
bを配置し、上流側の蒸発槽3aには酸素との親和性の高
い金属4aを装入すると共に、下流側の蒸発槽3bには酸化
物層を形成する酸化物7を装入しておき、これらを任意
の加熱手段(上記と同じ)で加熱することにより、金属
4aと酸化物7を蒸発させる。そうすると、鋼板1にはま
ず酸素との親和性の高い金属4aが蒸着した後、その上に
酸化物7が蒸着する。
たとえば上記(1),(2)に示した様な方法で蒸着め
っきを行なうと、鋼板1表面にはまず酸素との親和性の
高い金属4aが蒸着し、その上には該金属4aの蒸気と酸化
物の蒸気が混合した状態で蒸着し、酸化物を構成する酸
素の一部が金属4aに奪われ、或は蒸着後の酸化物中の酸
素の一部が金属4a側に拡散移行し、酸化物層中の酸素量
は化学量論的組成の酸素量よりも少なくなる。従って、
酸化物層の酸化物が前記条件を満たす様に金属4aと金属
又はSi4bあるいは酸化物7の蒸発量あるいは酸素もしく
は酸素イオンの吹き込み量をコントロールすれば、酸素
不足の酸化物よりなる黒色皮膜を容易に得ることができ
る。ここで使用される酸素との親和性の高い金属4aとし
ては、たとえばAl,Mg,Tiあるいは希土類元素等が好まし
いものとして賞用される。
蒸発のための加熱源が限定されないことは先に述べた通
りであるが、中でも電子線加熱法はメンテナンス性が良
く、また蒸発源に直接照射して高速加熱できると共に加
熱エネルギーの調整が容易であり、蒸発量を容易にコン
トロールすることができるので、最も好ましい加熱法の
一つである。
また本発明で採用される蒸着法とは広義の真空蒸着法を
意味するもので、イオンプレーティング法、スパッタリ
ング法、CVD法等を包含するものであり、特にイオンプ
レーティング法を採用すると蒸発物の拡散および運動エ
ネルギーが高められて、酸素親和性金属4aと酸化物蒸気
もしくは酸化物層との反応が加速され、表層部の黒色化
が促進されるばかりでなく、めっき層の鋼板に対する密
着性が向上し、さらにはめっき層のピンホール欠陥等も
少なくなるので好ましい。尚、第1、2図の例では2つ
の蒸発槽を用いて蒸発させる例を示したが、3個もしく
はそれ以上の蒸発槽を設けて酸素親和性金属や酸化物を
2種以上組合せた複合酸化物層を形成することも勿論可
能である。
かくして得られる本発明の表面処理鋼板は、耐引掻性等
に優れた強固な黒色皮膜を有するものであって、めっき
層と素地鋼板との密着性も良く、且つ耐食性にも優れた
ものであり、そのままでも最終製品として利用できる
が、必要によっては更にクロメート処理等を施して耐食
性や外観等を一層高めることも可能である。またクリア
コート処理を施せば光沢を更に高めることができ、艶消
しタイプのクリアコート処理を行なえば深味のある黒色
皮膜を得るとができ、これらの付加的処理を施すことも
当然本発明の技術的範囲に含まれるものである。
[実施例] 実施例1 Alキルド鋼およびステンレス鋼(SUS304)よりなる鋼板
を被めっき材として、第1、2図で示した装置を用いて
下記の条件で黒色を呈する表面処理鋼板を連続的に製造
した。
被めっき材:Alキルド鋼板またはステンレス鋼板 めっき材の前処理:アルカリ電解脱脂後に真空中に導入
し、電子線照射による加熱およびArイオンボンバードメ
ントによる鋼板表面の活性化処理 めっき前の被めっき材温度:300〜350℃ 蒸発槽A(第1,2図中の3aに相当):アルミナ系セラミ
ックス蒸発槽 蒸発槽B(第1,2図における3bに相当):グラファイト
系蒸発槽 蒸発原料A(第1,2図中の4aに相当):Al(純度99%以
上) 蒸発原料B(第2図中の7に相当):SiO2(99%以上) 蒸発原料の加熱蒸発源:ピアス型電子銃(最大出力300k
W) 電子線の走査方法等:磁場による電子線の変更、蒸発原
料表面上の走査(スキャニング)および蒸発槽間のジャ
ンピング 蒸着室の真空度:5×10-2〜1×10-1Pa 実施例2 めっき条件を下記の通りとした以外は実施例1と同様に
して、黒色を呈する表面処理鋼板を製造した。
被めっき材: 被めっき材の前処理: めっき前の被めっき材温度: 蒸発原料の加熱蒸発源: 蒸着室の真空度: 以上は実施例1と同じ 蒸発槽A(第1,2図の3aに相当):グラファイト系蒸発
槽 蒸発槽B(第1,2図の3bに相当):アルミナ系セラミッ
クス蒸発槽 蒸発原料A(第1,2図の4aに相当):Mg(純度99.5%以
上) 蒸発原料B(第2図の7に相当):NiO(純度99.5%以
上) 上記実施例1、2で得た各蒸着めっき鋼板について目視
検査および色差計を用いて明度・色調を測定し、黒色度
を判定した。
結果を第1表に一括して示す。
第1表からも明らかである様に、本発明で規定される要
件を満たす実施例の表面処理鋼板の黒色度は非常に良好
であるのに対し、本発明の規定要件の何れかを欠く比較
例の表面処理鋼板の黒色度は不良である。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、めっき層の最上部
に酸素不足状態の酸化物皮膜を形成することによって、
黒色で優れた密着性を示す表面処理金属材を提供し得る
ことになった、しかもこの表面皮膜は耐食性においても
優れたものであり、腐食環境下においても優れた耐食性
を示し、前述の如き様々の用途に幅広く活用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1、2図は実施例で採用した真空蒸着法を示す概略縦
断面説明図である。 1:鋼板、1:真空蒸着室 3a,3b:蒸発槽 4a,4b:蒸発原料 5:電子銃、6:電子線 7:蒸発原料(酸化物) 8:酸素または酸素イオンビーム 9:サポートロール 10:真空排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−77586(JP,A) 特開 平2−217460(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素との親和性の高い金属めっき層の表面
    に、下記条件式を満たす厚さ0.5μm以上の金属酸化物
    層又はSi酸化物層が形成されたものであることを特徴と
    する黒色を呈する表面処理金属材。 金属酸化物又はSi酸化物の組成式をMxOn 金属酸化物又はSi酸化物の化学量論的組成式をMxOy としたとき(但し、Mは金属又はSiを表わす) n≦0.8y
  2. 【請求項2】表面の清浄化された被めっき金属材を真空
    蒸着室へ導入し、まず酸素と親和性の高い金属を蒸発さ
    せ、ついで金属酸化物又はSi酸化物の蒸気を発生させ
    て、各蒸気を被めっき金属材の表面に蒸着させ、蒸着め
    っき層の最上部に請求項(1)で定める条件式を満たす
    厚さ0.5μm以上の金属酸化物層又はSi酸化物層を形成
    することを特徴とする黒色を呈する表面処理金属材の製
    法。
JP2326560A 1990-11-27 1990-11-27 表面処理金属材およびその製法 Expired - Lifetime JPH0765184B2 (ja)

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