JPS63134656A - 耐候性に優れたクロム被覆ステンレス鋼 - 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】 産業上の利用分野 この発明はＰＶＤ法により密着性の優れたクロム皮膜を
施した加工性、耐候性に優れ、かつまたクロムめっきと
の装飾合致性に優れた外装用ステンレス鋼に関するもの
である。

従来の技術 従来より、ステンレス鋼は表面処理を施さず素地のまま
でも使える耐食性構造材料として広く使用されてきた。

しかし、海岸地区など厳しい環境で長期間使用されると
ステンレス鋼表面にいわゆるしみあるいは赤さびを生じ
、これにより木来望まれるステンレス鋼表面の美麗さが
失われてしまうことがある。

建材など、特に外装に用いられるステンレス鋼について
は美観上表面の美麗さをいつまでも保ち、長期間にわた
って表面品質が保護されることが望まれる。このような
観点から、ステンレス鋼の耐候性をもっと向上させるこ
とが必要となっている。

従来より、ステンレス鋼自身の耐食性を向上させる目的
で、クロム成分を増加するあるいはニッケル、モリブデ
ンなどの元素を添加することが行なわれ、種々な高耐食
ステンレス鋼が開発されてきた。しかしながら、上記の
方法は製造コストが高くなり、かつ必要とする強度、靭
性を確保する事が難しい等の欠点が避けられない。

ステンレス鋼の高耐食性を担う基本元素はクロムである
事はよく知られている。そこでステンレス鋼表面を湿式
めっきによりクロム被覆し、その耐食性をさらに向上さ
せるという方法が用いられている、しかしながら、ステ
ンレス鋼表面はその耐食性を担う不働態皮膜で覆われて
いるために、かえってクロムめっきを施し難く、密着性
、均一性の点で問題であった。そこでめっき直前に酸性
浴中で陰極電解処理、あるいは浸漬処理するなども の全処理が行なわれている。さらにステンレス鋼表面の
不（＠態化を防止し、めっきクロムの変形を幾分かでも
吸収することにより密着性を向上させるために、まず銅
イオンを含有する酸性溶液中で表面に薄い銅皮膜を析出
させ、その後ニッケルめっきとクロムめっきとを積層さ
せる方法が考えられている（特公昭５０−３５０１０号
）。

しかしながら上記湿式めっき法はいずれの場合にもステ
ンレス鋼をめっき浴すなわち水溶液に浸漬することから
、ステレンス鋼の不ｆＬＱ化を完全には防止しがたく、
従っていかに努力しても未だ加工を加えると問題を生じ
すぐ剥離を生じてしまう、建材、厨房機器などに用いら
れるステンレス鋼は、施工時において、例えば屋根、窓
枠などの接合部分あるいは端部など強く加工されること
があり、実際にステンレス鋼が用いられる過程を考慮す
れば、加工された場合にもクロム層の剥離を起こさない
優れた密着性を有する事が必須条件である。また湿式め
っきの場合、めっき中にめっき浴の組成が変化し、クロ
ム層の膜質が場所により変化するなどのバラツキが生じ
やすく、まためっき浴中の不純物が混入し膜質が劣化す
るなどの問題点があった。

さらに最近ステンレス鋼が、厨房機器や便所まわりの配
管など多用されるようになるにつれて、従前より使用さ
れていた湿式クロムめっきとの装飾合致性が要求される
ようになってきた。すなわちステレンス鋼の表面色彩、
光沢などがクロムめっきと同一であることが望まれてい
る。

発明が解決しようとする問題点 本発明はＰＶＤ法により密着性、加工性及び耐候性に優
れ、かつ湿式クロムめっきとの装飾合致性に優れたクロ
ム被覆を施したステンレス鋼の開発を意図したものであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は、ステンレス鋼表面にＰＶＤ法によりクロム皮
膜を成膜速度０．１〜２００人／ｓｅｃ、厚み０．０１
〜ＩｐＬｍで被覆したことを特徴とする密着性、加工性
、耐候性に優れ、かつまたクロムめっきとの装飾合致性
に優れたクロム被覆ステンレス鋼に関するものである。

なお被〒の対象となるステンレス鋼については、特に限
定するものではなく、クロム系又はニッケル系のいずれ
でもよく、又フェライト系、オーステナイト系であって
もよい。

すなわち、まずステンレス鋼表面をイオンボンバード、
あるいはスパッタエツチングにより真空下においてクリ
ーニング、不働態皮膜除去を行ない、引き続きＰＶＤ法
によりクロムをコーティングすることにより、均一で耐
候性に優れ、かつステンレス鋼とクロム層との密着性及
びクロムめっきとの装飾合致性にも優れたクロム被覆ス
テンレス鋼を開発したものである。

以下それぞれの条件について述べる。

まずクロム皮膜の厚みについて述べると、実験によれば
湿式クロムめっきに比して本発明によるクロムコーティ
ングはよりち密であり、そのため薄＜シても耐食性に対
してはより効果がある。具体的には０．０１ｇｍ以上あ
れば効果がある。より万全を期すには当然ながら厚いほ
ど良い。しかしながら一方で厚くなるほど曲げ加工時に
表面にかかる応力ひいては界面にかかる応力が大となる
ために剥離しやすくなる。実際にＩＪＬｍを超えるとそ
の厚さのために加工時に剥離しやすくなる。またクロム
めっきとの装飾合致性では表面が一様にクロムでコーテ
ィングされれば良く、この点からも０．０１　ｇ　ｍ以
上あれば充分である０以上から膜厚は０．０１４　ｍ以
上１ｐｍまでが良い。

またコーティング前に金属表面を清浄にするための前処
理が極めて重要である。特に密着性に対する効果は大で
ある。この目的のためには、従来より用いられている脱
脂、酸性浴中への浸漬処理、陰極電解処理などが有用で
あるが、特に真空層内でのイオンボンバードあるいは逆
スパツタリングによるクリーニングが極めて有効である
。すなわち前述のようにステンレス鋼の表面には、その
高耐食性の源であるいわゆる不ｉ＠態膜といわれる不活
性膜が存在し、これが故に湿式クロムめっきなどの密着
性を大きく損うのである。光輝焼鈍などの酸化膜もまた
同様である。水溶液を用いる湿式クロムめっきでは１例
えば不働態膜を液中でいったんとり去ったとしても存在
する水のためにまた不働態膜を容易に生成してしまいそ
のために密着性を与えることが困難となる。これに対し
て本発明による方法は水はもちろん空気をも排除した真
空中で行なうためにいったん表面の不働態膜をとり去れ
ば活性な基地鋼を表出させることができる。すなわちイ
オンボンバードあるいは逆スパンタリングによりその不
働態膜をとり去ることができ、その後すぐクロムコーテ
ィングを施すことが可能となる。

以上のｍＩ処理により密着性が向上し、クロム被覆ステ
ンレス鋼としての優れた特性を発揮できる。

クロム皮膜はスパッタリング、イオンブレーティング真
空蒸着などのＰＶＤ法により生成できるが、密着性の観
点からはイオンブレーティング法が望ましい。

生成されるクロムコーティングの性質はコーティング前
の表面前処理条件はもちろんＰＶＤ法の操作条件と密接
に関わっている。ここでいうＰＶＤ法はいわゆる広義の
イオンブレーティング、スパッタリング法及び真空蒸廂
である。スパッタリング法ではアルゴンなどの不活性ガ
ス中のプラズマ反応により生じたイオンによりクロムタ
ーゲットをスパッタし、基板にクロムを被覆することが
できる。またイオンブレーティング法においても上記ス
パッタリング法と同様にクロムを蒸発、イオン化させる
ことによりクロムコーティングができる。

イオンブレーティング法では原材料を加熱、蒸発させる
方法としてＨＣＤ、　ＴＩＬ子ビーム加熱（ＥＢ）　、
抵抗加熱など種々な方法があるがどの方法によっても良
い、またイオン化の方法としてＲＦ励起、）１００、熱
電子照射、バイアスプローブなどの方法があるがいずれ
の方法でも有効である。

生産性を考えるとコーティング速度が速いほど能率が良
い、しかしながらコーティング速度は直接にその膜質に
影響する。すなわち速いコーティング速度では一般に粗
大粒子で被覆されやすくそのために一様な均質膜を得る
のが難しく、完全な被覆を達成するにはかなりの量をコ
ーティングしなくてはならない、このために＃候性や加
工性に劣るコーテイング膜となりがちである。そこで我
々はコーティング速度を重要な要素として種々実験を行
なったところ、真空蒸着を含むイオンブレーティング、
スパッタリングの場合にも０．１〜２００　Ａ　／ｓｅ
ｃのコーティング速度でクロムの良い膜を得ることがで
きることがわかった。０．１人／ｓｅａ未満ではその速
度が余りにも遅く生産性からいって実用にたえない、ま
たこのような低速度の場合部分によってはイオンのスパ
ッターエッチにより局部的に全く被覆されないことがあ
り、安定したコーティングを行うには０．１人／ｓｅｃ
以上が必要である。また０、０１／ｇｍの膜ｎを得るに
も１０００ｓｅｃを必要とし、長時間のコーティングの
ために被覆膜中にガスをとりこみすぎることがありコー
テイング膜の残留応力となりやすいこともある。

一方、コーティング速度があまり早すぎると前述のごと
く粗大粒子の膜となり易く、耐候性や曲げ加工性に劣る
こととなる。そのために上限は２００人／ｓｅｃがせい
ぜいである。さらにこの間のより好ましい条件は目的に
より変えることができる。

基板温度は高くなるほどコーテイング膜の密着性が向上
する。しかしあまり高すぎると導入ガス中に不純物とし
て入りやすい０２ガスの影響もあってわずか酸化をうけ
ることがある。これにより密着性をかえって損なうこと
もある。このことから真空蒸着を含むイオンブレーティ
ング、スパッタリングとの常温〜５００’Ｃ！が好まし
い。

以下真空蒸着を含むイオンブレーティングあるいはスパ
ッタリングによるコーティング法の詳細について述べる
。

イオンブレーティングにはすでに述べたように種々の蒸
発、イオン化方法があるが、いずれの方法によってもコ
ーティング速度が前述の範囲であれば良質の膜が得られ
る。より好しくは０，５〜５０人／ｓｅｅのコーティン
グ速度で最適の膜が得られる。

またイオンブレーティング法では、皮膜形成原子のエネ
ルギーが高く、金属基板に当該原子が激しく衝突し、基
板金属のスパッタリング、クリーニングあるいは界面近
傍の原子が界面相互に移動し、明確な界面が消滅し、密
着性が著しく向上する。このためにはクロムイオンをバ
イアス電源により加速する喜が好ましい。

チャンバー操作圧力は通常１×１０″８〜１Ｘ１０−３
ＴＯＲＲの範囲で選択することができる。何らイオン化
をしない場合は単に真空蒸着と同様となり、この場合は
１０１〜ｌ０−５ＴＯＲＲのより高真空を維持しなけれ
ばならない、しかし高周波放電などでイオン化を施す場
合放電の安定性を維持するためにｌ×ｔｏ−５〜Ｉ　Ｘ
　１０−３　ＴＯＲＲの圧力が好ましい。基板に直流負
電位を印加させるとその効果は著しく密着性を大巾に向
上させるとともに膜質はち密となり耐候性も向上する。

またクロムめっきとの装飾合致性においても負電位印加
を行なうと光反射率が向上し明るい湿式クロムめっきと
の対応が良い、しかし負電位をかけると激しくイオンが
基板に衝突するためにエッチされる量も増大し、その結
果コーティング速度を減することとなる。以上から負電
位を印加したとしてもせいぜい５００　Ｖまでである。

スパッタリングにおいてもいくつかの方法があるが基本
的にその原理は同じであり、コーティング速度が既述の
条件であれば良質の膜が得られる。しかし耐候性、密着
性、装飾合致性いずれをもとくに満足する範囲としてよ
り好しくは０．５〜５０Å／ｓｅｃである０本法の場合
放電によるプラズマ発生のためにやはりＡｒなどの不活
性ガスを導入することがコーテイング膜へのガスの取り
こみを減するためには圧力は低い右が良いが、これはプ
ラズマの安定性との関係で決められるべきである。

通常はｌ　Ｘ　１０−５〜Ｉ　Ｘ　１Ｏ−３ＴＯＲＲ（
７）Ｒ囲であれば良い、直流、あるいは高周波、いずれ
の放電形式でもクロムのコーティングには使用でき、そ
の出力が高い程コーティング速度が速くなる。これはし
かし前述のコーティング速度の条件により決定される。

以上述べたＰＶＤ法によれば、良くコントロールされた
クロムを均一かつピンホールなどの欠陥の少ない、従っ
て耐食性に優れたコーティングが可能となる。この様な
均一かつち密な皮膜は十分な耐食性を示す膜厚が薄く、
かつピンホール、クラッタなどの欠陥が少なく、また下
地金属との密着性がよいために下地金属の変形、加工時
にもクロム皮膜がよく追従し、従って加工時においても
クロム皮膜の劣化がおこらない特徴がある。

実施例１ マグネトロンＲＦスパッタリングにより５Ｌ１９４３０
にクロム皮膜した場合の実施例を示す、コーティングは
操作圧力５　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ　（アルゴン）　、
　ＲＦ出力ＩＫＷ、基板温度は室温で行なった。この時
の成膜速度は５〜１０λ／ｓｅａの範囲である。膜厚は
０．１ｐｍである。

基板前処理の効果を見るためにＲＦＰイオンボンバード
処理ならびにスパッタエツチング（逆スパツタ）を１分
、５分、２０分間それぞれ表１に示した条件で行なった
基板を用いた。

密着性を見るためにクロム被覆ステンレス鋼を３０ＩＩ
ｍ巾に切断し、中心部にて２を曲げを行ない、その後曲
げ部を走査電子顕微鏡にて観察し、クロム皮膜の′Ａ離
の程度を調べた。

表１は以上の結果をまとめたものである。比較材として
従来の湿式めっき法により厚みＱ、１ｇｍで被覆した試
片についても調査した。

本発明による真空槽内でのイオンボンバード処理あるい
はスパッタエツチングした後のスパッタリング法による
クロム被覆材は加工時においても皮膜の割れが比較材と
較べて極めて少なく湿式めっきの場合よりも良好な密着
性を示した。

実施例２ マグネトロンＲＦスパッタリングによりクロム被覆した
場合の実施例を示す、基板ＳＵＳ　４３０の前処理とし
ては実施例１でよい結果を示したＲＦイオンボンバード
、出力５００Ｗ、時間２０１１ｉｎの条件で行なった。

ここではスパッタリング時の製造条件の影響を明らかに
する目的で、基板温度を室温から５００℃まで、膜厚を
０．０１ｍ１牌ｍまで、成膜速度をおよそ０．１〜２０
０人／ｓｅｃの範囲で変化させた。

なお成膜速度はＲＦ比出力０．１〜５ＫＷの範囲で変化
させ、また低い成膜速度には基板をターゲットを通る５
００ｍｍφの円周上で回転させ、高い成膜速度には基板
をターゲット直上に固定させて行なった。なおガスはア
ルゴンを用い、操作圧力は１×１０−’　〜９　Ｘ　１
Ｏ−３Ｔｏｒｒの範囲で行なった。

加工性は５を曲げを行なった後、スコッチテープを曲げ
部にはりつけ、すばやくテープを剥した時に、テープに
どの程度クロム皮膜が付着するかで評価した。また耐候
性は、大気暴露試験により評価した。厳しい環境をシュ
ミレートする目的で１日３回３．５％食塩水を試験片表
面に噴霧した。

暴露期間はｌｉ！！間である。以上の結果を表２にまと
めた。

クロム皮膜材の耐候性はいずれの場合にも比較材である
ステンレス網素地よりも優れていた。特に１４ｍの厚み
の条件ではさびは全く発生しなかったが、テープ剥離試
験ではわずかに剥離が見られた。加工性、耐候性両者を
総合して判断すると基板温度２００℃、膜厚０．１給ｍ
、成膜速度５人／ｓｅＣの記号２０の条件が最もよい。

また一般に操作圧力が低い法が良質のクロム皮膜が形成
される傾向が見られた。

クロム被覆材の外観はいずれも良好なりロム金属色調、
光沢をもち、　ＳＵＳ　４３０基板よりもはるかにクロ
ムめっきとの装飾合致性が良かった。

実施例３ 真空蒸着を含むイオンブレーティングによりクロム被覆
した場合の実施例を示す。基板ＳＵＳ　４３０はＲＦイ
オンボンバードを２０ｍｍ行ない、その後電子ビーム加
熱方式によりクロム被覆を施した。イオン化のためのプ
ラズマ発生にはＲＦ課励起方式を用い、そのＲＦ比出力
５００Ｗで行なった。なお、イオン化を行なわないで、
いわゆる通常の真空蒸着の条件でのクロム皮膜も行なっ
た。基板温度は室温から５００℃まで、膜厚は０．０１
〜Ｉｇｍまで、成膜速度はおよそ０．１〜２００人／ｓ
ｅｃの範囲で変化させた。なお成膜速度はＥＢガンの出
力を変化させ、また場合によっては基板と蒸発源の距離
を変化させて所定の値になるよう調整した。操作圧力は
１０’　Ｔｏｒｒ＝　１Ｏ−３７ｏｒｒノ範囲である。

イオン化した場合にはそのイオンの加速を行なわせるた
め、バイアス電圧をＯ〜５００ｖの範囲で変化させた。

加工性、密着性、耐候性は実施例２と同様な方法で評価
した。結果を表３に示す。

イオンブレーティング法では一般に加工性において優れ
た特性を示した。特に成膜速度がおよそ０．５〜５０人
／ｓｅｃのものがよく、またバイアス電圧を付加させた
ものがよい。耐候性では０．ＯＩＩＬｍの膜厚でわずか
にじみの発生が見られたが、いずれの場合でもＳＯＳ　
４３０素地のままよりも優れた特性を示した。

クロム被覆材の外観は、製造条件により多少変化するも
のの、いずれもクロム金属の色調、光沢をもち、ＳＯＳ
　４３０３板よりもクロムめっきとの装飾合致性が良か
った。

表２ 発明の効果 本発明によるクロム皮膜ステンレス鋼は、以上に示した
通り従来の湿式めっき法による場合よりも加工時におい
ても優れた密着性を有し、またステンレス鋼素地のまま
よりもはるかに良好な耐候性をもつことから、建材、厨
房機器などで用いられるステンレス鋼の要件を満たし、
美麗な表面を長期間にわたり保つことができる。

さらに１本発明によるクロム被覆ステンレス鋼は、以上
の優れた特性の上に、クロム全屈の色調、光沢をもつこ
とから、１８式クロムめっき部材との装飾合致性にも優
れ、厨房機器や便所まわりの配管など従前より使用され
ている湿式クロムめっき部材と併用して用いることがで
きる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレス鋼表面にＰＶＤ法によりクロム皮膜を
   厚み０．０１〜１μｍ被覆したことを特徴とする密着性
   、加工性、耐候性に優れ、かつクロムめっきとの装飾合
   致性に優れたクロム被覆ステンレス鋼。
2. （２）成膜速度が０．１〜２００Å／ｓｅｃである特許
   請求の範囲第（１）項記載のクロム被覆ステンレス鋼。