JPS6283479A - 着色模様鋼板の製造方法 - Google Patents

着色模様鋼板の製造方法

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JPS6283479A
JPS6283479A JP22277085A JP22277085A JPS6283479A JP S6283479 A JPS6283479 A JP S6283479A JP 22277085 A JP22277085 A JP 22277085A JP 22277085 A JP22277085 A JP 22277085A JP S6283479 A JPS6283479 A JP S6283479A
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/73Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B44CPRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/005Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects by altering locally the surface material
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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] 本発明は、装飾的な模様を着色した鋼板の製造方法に関
する。
[従来の技術] ステンレス鋼等の含クロム合金鋼は種々の方法で着色さ
れている。例えば特開昭51−120939号公報等に
は化成処理によりステンレス鋼の表面に干渉被膜を作り
、青、金、赤、紫、緑に着色する方法が示されている。
しかしながら従来の着色方法は鋼板の全面を一色に着色
するものであり、色分は模様に着色することは通常困難
であったために、工業規模での着色模様ステンレス鋼板
の生産は行われていなかった。
[発明が解決しようとする問題点コ 本発明は含クロム合金鋼の表面に、模様の形状に打抜い
た穿孔遮蔽板を通して、照射部と非照射部が所要の模様
を構成するようにレーザー光を照射し、次にこれを酸化
処理して、照射部と非照射部をその表面組成の差異に基
づく酸化膜成長速度の違いを利用して、その厚みの差に
よる干渉色によって色分けに着色することにより着色模
様鋼板を製造することを目的としている。
[問題点を解決するための手段] 本発明は酸化力を有する酸もしくはその塩の水溶液を合
金鋼表面に接した状態でレーザー光を照射することを特
徴としている。接液方法としては、浸漬、スプレーある
いは塗布などの方法が適宜選択される。酸化性酸もしく
はその水溶液に接した状態の含クロム鋼表面にレーザー
光を照射すると、公知の直接照射からは予見し得ない全
く新しい表面化学反応が生じることは、本発明者らによ
って発見され、すでにその一部に関しては特許出願がな
されている(特願昭6O−120967)。すなわちこ
の特願昭60−120967は、溶液に硝酸、クロム酸
もしくはその塩等の水溶液を用い、合金鋼が溶液と接し
た状態でレーザー光を照射すると、照射された部分でク
ロムが表面に濃化する事を要旨としたものである。この
現象は、硝酸または硝酸塩、クロム酸またはクロム酸塩
、過マンガン酸または過マンガン酸塩等の1種以上を含
む水溶液の場合に限られ、通常の塩酸や硫酸等の非酸化
性酸では起らないか、起ってもその濃化程度は僅かであ
る。一方例えば硝酸塩のごとき酸化性酸の金属塩の水溶
液を用いて上記のごとくにレーザー光を照射すると、金
属塩からの金属イオンの析出は殆ど起らないで、照射さ
れた部分の合金鋼の表面には、合金鋼中の特定成分の顕
著な濃化が起きる。
穿孔遮蔽板とはレーザー光を通過させる開孔部とレーザ
ー光を通過させない遮蔽部からなるスクリーンであって
、開孔部と遮蔽部が所望の模様の形を構成するように配
置された板である。
その−・例を第1図に示す。1は開孔部、2は遮腋部で
ある。この穿孔遮蔽板は紙、アルミニウム、ステンレス
ホイル、あるいは薄鋼板など、それ自身が光を遮断する
ものであれば、いずれでもよい。
穿孔遮蔽板はレーザー発信の出力端から合金鋼の表面に
至る間のレーザー光の通路に任意に位置することができ
、従って溶液内、溶液外を問わず1、又合金鋼に密着し
て保持してもよい。
着色する酸化処理の方法としては、レーザー光が照射さ
れたクロム濃化部分と、レーザー光が照射されなかった
部分が別の色に着色できる化学処理の方法が適当である
。本発明の方法でレーザー光を照射した含クロム鋼板を
、大気中で、たとえば約700℃に加熱すると、クロム
濃化部分と他の部分を別の色に着色することができる。
もちろん、この温度と時間とは、必要とする色に応じて
任意に選ぶことができる。又Cry3およびI−(2S
o4を主成分とする溶液中に鋼板を浸漬しても、クロム
濃化部分と他の部分を別の色に着色することができる。
含クロム合金鋼がクロムを7%以−L含有するクロム鋼
またはニッケルクロム鋼の場合には、レーザー光の照射
によって顕著なりロム濃化が起きるために、クロム濃化
部分と非照射部分を別の色に着色することができる。
[作用] 酸化性酸もしくはその塩の水溶液に接した状態の含クロ
ム鋼にレーザー光を照射した場合に表面のクロムが濃化
するメカニズムを以下第2図を用いて説明する。第2図
のAは、クロ11系ステンレス鋼(SUS4.30)を
10%硝酸の水溶液に浸漬し、ガラス製窓を通して外部
より鋼表面にレーザー光を照射(2,2J 、照射時間
3nsecX6回)した後、引−ヒげて水洗し、その表
面の組成をオージェ電子分光(AES)によって測定し
た結果で、比較のため無処理の結果を図中にBで示した
。図から分かるように、レーザー光照射によって表面の
クロムが著しく濃化し、その濃度は原子濃度にして2倍
以上の約28原子%にもなっている。これはレーザー光
の照射によって本来存在した合金表面被膜が瞬間的に破
壊され、母相の鉄の選択的溶解が起こり、同時に溶液の
酸化力によって短時間(0,1秒以下)に新しい酸化膜
(不働態被膜)が再生され、結果的にクロ11の濃化し
た表面被膜が形成されるものであることを示している。
上記の現象は、クロ11を5〜6重址%含むクロム鋼を
硝酸水溶液中でレーザー光を照射した場合にも起り、レ
ーザー光が照射された部分の表面クロム濃度はSt、J
S410 (13%クロム鋼)の表面クロム濃度と同等
以上となる。
酸化力のある水溶液中の含クロム鋼にレーザー光を照射
すると、クロム以外にもニッケル、チタン、モリブデン
、ニオブ、珪系が照射部の表面に濃化してくる。
本発明に用いられる水溶液は酸化力のある酸もしくはそ
の塩であって、通常は硝酸、硝酸す1−リウム、硝酸ア
ンモニウム、硝酸カリウム、亜硝酸、亜硝酸ナトリウム
、亜硝酸カリウム等の硝酸系水溶液、クロム酸、クロム
酸アンモニウム、クロム酸ナトリウム、重クロム酸、重
クロム酸すI−リウムあるいは重クロム酸アンモニウム
等のクロム酸系水溶液、及び過マンガン酸、過マンガン
酸カリ等の水溶液が用いられる。而して硝酸塩の場合は
前記のアルカリ金属塩やアンモニウム塩の他に、ニッケ
ル、鉄、クロム等の金属塩を用いてもよい。
また水溶液の濃度は特に規定する必要はないが、濃度が
低く過ぎると酸化力がなくなるため、例えば硝酸系では
2%以−1−5望ましくは5%以上がよい。クロム酸、
過マンガン酸でも5%以上が望ましい。
1ノーザーの光源については表面層のみを励起する必要
から短時間に高エネルギーを集中できるパルスレーザ−
が好ましく、ルビーレーザー、YAGレーザ−、ガラス
レーザー、CO2レーザーなどを用い、Qスイッチング
してピーク値が大きく、パルス時間11の短いものがよ
い。例えばパルスレーザ−光のパルス時間巾が200m
5ec以下で、そのエネルギー密度が0.05ジュール
以−ヒあればよいが、勿論目的とする表面製化度を得る
ために、照射を繰返すことは任意である。また表面製化
度は照射エネルギーに比例して増大する。
穿孔遮蔽板はレーザー光の透過率が小さい材料を用い、
所望の転写すべき図形を打抜きで開孔した板状のものが
用いられる。アルミニウム薄板等が適当であるが白色の
用紙でも使用できる。打抜いた図形の大きさは、鋼板」
二の所望の転写図形と同一の寸法のものでもよいが、レ
ーザー光をレンズや曲面鏡によって集束又は発散させる
場合は、穿孔遮蔽板」二の図形を縮小し、又は拡大して
鋼板上に転写することができる。又照射の方法や穿孔遮
蔽板の位置により、レーザー光の回折等によってボカシ
色分は模様となるように照射することもできる。更にレ
ーザー光の照射の途中で穿孔遮蔽板を動かしたり、又打
抜き図形が異なるものと差し替えると、鋼板の表面には
クロム濃化の程度が2水準以−トの模様を転写すること
ができる。
着色するための酸化処理の方法としては、レーザー光の
照射によるクロム濃化部分と、レーザー光が遮蔽された
ために照射がなかった部分が別の色に着色できる方法で
行う。含クロム鋼の着色には多くの方法があるが、J−
、記のクロム濃化部分における濃化層の厚みが薄いため
にクロム濃化の影響が維持される着色方法が適当である
。含クロム鋼を加熱すると酸化膜の厚みによって干渉色
に発色することは広く知られている。本発明者らはレー
ザー光を穿孔遮蔽板を通して照射し、クロム濃化部を模
様状に配した17%クロム鋼の鋼板を、大気巾約700
℃に3分間加熱したところ、実施例1−に示したごとく
、クロム濃化部は赤紫色に着色したが、照射を受けなか
った部分は青色に着色し美麗な色分は模様鋼板をつくる
ことができた。これは上記の方法によるレーザー光の照
射によるクロム濃化部は非照射部に比べて、大気中に加
熱した場合に発生する酸化被1摸の成長が遅いことを示
すもので、更に加熱時間、温度を変えることによって照
射部と非照射部での色の絹合せが異なる各種の色分は模
様鋼板が製造できることが分かった。
着色する酸化処理の別の方法を実施例2に示した。
5US304  (18−8ステンレス)鋼をCr O
3及びH2SO,を主成分とする約75°Cの水溶液中
に浸漬すると、鋼板表面にクロムを含む被膜が形成され
、浸漬時間の経過により被膜が厚くなり、上記被膜は厚
さによって異った干渉色を呈する事は公知である。本発
明者らは、本発明のレーザー光の照射後の試料をCrO
3250g/Q、H2SO4500g / Qの水溶液
に75℃で10分浸漬したところ、クロム濃化部は金色
、照射を受けなかった部分は緑色を呈し、色彩の異なる
色分は模様鋼板を製造することができた。この方法にお
いてもやはり、浸漬時間、温度などを変えることにより
各種の色の組合せが製造できる。
[実施例コ 次に本発明の実施例を示す。
(1)SUS430鋼表面をダイヤモンドペースト(3
μm)で研磨し、脱脂後3%I−I N O3溶液中に
浸漬し、星型の穴をあけた穿孔遮蔽板を通してYAGレ
ーザ−(IJ/パルス・2パルス)照射した。照射後の
試料を水洗乾燥後、電気炉で700℃に3分間加熱し、
放冷した。試料表面に酸化被膜が形成され、干渉により
試料は赤紫色を呈した。星型にレーザーが照射された部
分はうすい青色を呈し、あざやかな模様かうき出た。
(2)  5US304光輝焼鈍板を脱脂後5%HNO
3中に浸漬し、五角形の模様を打抜いた穿孔遮蔽板を通
して、ルビーレーザー(2,2J/パルス、1パルス)
照射した。照射後の試料を250g/Q  CrO2,
500g / Q  H7,S O、s溶液に75°C
で10分間浸漬した。レーザー光の当らなかった部分は
緑色に、当った部分は金色に着色された。第3図はその
結果を示すもので、白地部分は緑色、黒塗り部分は金色
である。
(3)   5US410鋼を600番エメリー紙で研
磨し、アルファベットの文字を打抜いた穿孔遮蔽板をは
りつけ、1%過マンガン酸カリウム溶液中でYAGレー
ザー照射(0,8J/パルス5回)し、実施例2と同様
の溶液で7分間浸漬し着色した。レーザー照射しないま
わりの部分は濃い青に着色し、レーザー照射した部分は
金属光沢を残したままであった。
(4)  5US304鋼を脱脂後1%クロム酸+1%
クロム酸アンモニウム溶液に浸漬し、第1図に示した模
様を打抜いた穿孔遮蔽板を通してルビーレーザー照射(
実施例2と同条件)し、実施例2と同条件で着色した。
レーザー照射部は緑、照射されなかった部分は紫を呈し
た。
[効果コ 含クロム鋼は、酸化等により表面に干渉被膜を形成させ
着色する方法は知られているが、全体を単一色に着色す
るものであり、色分は模様に着色することは困難であっ
た。本発明はそれを解決したものであり、含クロム鋼に
対して任意の模様を任意の色に着色できることとなり、
含クロム鋼に意匠性を賦与せしめることができ、その利
用範囲を大幅に拡大できる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に使用されるスクリーンの一例を示す平
面図、 1、図面で黒塗り部分は開孔部 2、図面で白地部分は遮蔽部 第2図は本発明におけるレーザー照射による鋼表面のク
ロム濃化状態を示す説明図 A、硝酸中でのレーザー照射後の表面クロムの濃化(A
ESによる測定結果) B、照射前 第3図は本発明により製造された着色鋼板の一例を示す
説明図である。 3、図面で黒塗り部分は金色に着色部(レーザー光の照
射部分) 4、図面で白地部分は緑色に着色部(レーザー光を遮蔽
した部分) である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 酸化性酸もしくはその塩の水溶液に接した状態の含
    クロム合金鋼に、穿孔遮蔽板を通してレーザー光を照射
    し、含クロム合金鋼の表面にレーザー光を照射した部分
    と非照射部分を作り、次に酸化処理により、照射部分と
    非照射部分を色分け着色する着色模様鋼板の製造方法。 2 酸化性酸もしくはその塩の水溶液が、硝酸または硝
    酸塩、クロム酸またはクロム酸塩あるいは過マンガン酸
    または過マンガン酸塩の1種以上を含む水溶液である特
    許請求の範囲第1項に記載の着色模様鋼板の製造方法。 3 含クロム合金鋼が、クロムを7重量%以上含有する
    クロム鋼またはニッケルクロム鋼である特許請求の範囲
    第1項および第2項に記載の着色模様鋼板の製造方法。 4 酸化処理が大気中での加熱による干渉色発色処理で
    ある特許請求の範囲第1項、第2項、第3項に記載の着
    色模様鋼板の製造方法。 5 酸化処理がCrO_3およびH_2SO_4を含む
    溶液中への浸漬工程を含む干渉色発色処理である特許請
    求の範囲第1項、第2項、第3項に記載の着色模様鋼板
    の製造方法。
JP22277085A 1985-06-04 1985-10-08 着色模様鋼板の製造方法 Granted JPS6283479A (ja)

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US06/869,783 US4692191A (en) 1985-06-04 1986-06-02 Method of improving functions of surface of alloy steel by means of irradiation of laser beam, and alloy steel and structure made by the method
EP86107537A EP0204318B1 (en) 1985-06-04 1986-06-03 Method of improving functions of surface of alloy steel by means of irradiation of laser beam, and alloy steel and structure made by the method
DE8686107537T DE3681503D1 (de) 1985-06-04 1986-06-03 Verfahren zur verbesserung der oberflaecheneigenschaften eines legierten stahles durch laserstrahlung und legierter stahl und nach diesem verfahren hergestellter gegenstand.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014109034A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 構造部材の表面処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014109034A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 構造部材の表面処理方法

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