JPS63176479A - ステンレス鋼の着色法 - 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】 （技術分野） 本発明はステンレス鋼の表面に茶褐色、茶色、黄金色な
どの美麗な耐食性の優れた着色皮膜を形成せしめる方法
に関するものである。

（従来技術とその問題点） ステンレス鋼の表面に着色皮膜を形成せしめる方法とし
ては、従来、電解法、無機酸化性塩類による溶融塩法、
焼成法などがあるが、電解法では特別な電気的設備を必
要とするだけでなく、電流密度によって色調が相違する
欠点がある。また、溶融塩法で番さ、高温処理による作
業上の危険がともない高温により被処理物が変型、脆化
するなどの欠陥がある。一方、焼成法では温度の相違に
よる色ムラや変型などの問題が多い。

従来、バナジウム酸塩を含む水溶液にステンレス鋼を浸
漬して着色皮膜を得る方法として、５価バナジウム２０
〜６５９／ｌ、硫酸または硫酸とリン酸、硝酸または塩
酸から選ばれた混酸４５０〜１２００９／Ｊ！を含有す
る加温液にステンレス鋼を浸漬する方法（特公昭５９−
２６６６８号）があるが、この方法では処理液の持ち出
し量がなお多く、また作業中の強酸ミストの発生や上記
した問題点がある。

そのほか、バナジウム塩を含む水溶液にステンレス鋼を
浸漬する方法として［金属表面技術便覧Ｊ（金属技術協
会編、昭４４年版８２６頁）に黒色酸化法として、１ｉ
ｉＩｔ１２５部、バナジウム酸塩１４部（５価バナジウ
ムとして約１３８〜１８２９／を相当）および水２０部
からなる水溶液９゜〜１００℃で処理する方法が提示さ
れているが、この方法では処理液はスラリー状となった
り、温度が低いと完全に固化するため安定した着色処理
が不可能であった。

（発明の目的） 本発明は、バナジウムイオンを含む硫酸浴中で、これま
で提案された方法より、より早く、ステンレス鋼表面に
良好な着色皮膜が得られるだけでなく、単位処理液ｍ当
り多くのステンレス鋼を着色でき、かつ耐食性にすぐれ
、均一で耐候性もよい黒褐色系の安定した着色皮膜を得
る方法を目的とするものである。さらに、特殊な７０口
カーボン系界面活性剤の添加により、処理液の持ち出し
量を低減せしめるだけでなく、界面活性剤の発泡性を利
用して処理中の有害なミストの飛散を防止して作業環境
を良化し、さらに処理液の表面張力、粘性の低下により
着色処理直後のステンレス鋼の水洗性をも向上させるこ
とを目的としている。

（発明の概要） 発明者等は、このような従来のステンレス鋼着色法の欠
陥を除き、しかも、ステンレス鋼の表面に均一で優れた
着色皮膜を得るための種々の方法を試験した結果、硫酸
とバナジウム塩とフロロカーボン系界面活性剤という簡
単な組み合せの水溶液にステンレス鋼を浸漬することに
より、ステンレス鋼の表面に美麗にして耐食性のよい均
一な着色皮膜を得る方法を発見した。

本発明のステンレス鋼の着色方法は、８００〜１５００
ｇ／ｆの硫酸水溶液中に５価バナジウムを６６〜１００
ｇ／４、さらにフロロカーボン系界面活性剤Ｏ１ｏ○１
〜１ｇ／を添加した水溶液に９０〜１２０℃の温度範囲
でステンレス鋼を浸漬することにより良好着色皮膜を得
ることができ、処理液の持ち出し量を減少させ、しかも
フロロカーボン系界面活性剤の泡により液浴表面を覆っ
てミスト飛散を防止することができる。

（発明の構成と作用効果） 先に引用した特公昭５９−２６６６８号公報には、バナ
ジウム酸−を含む水溶液にステンレス鋼を浸漬して着色
皮膜を得る方法として５価バナジウム２０〜６５ｇ／ｉ
硫酸または硫酸とリン酸、硝酸または塩酸から選ばれた
混酸４５０〜１２００ｇ／／！を含有する加′温液にス
テンレス鋼を浸漬する方法が記載されていることを述べ
たが、同公報は、この方法において５価バナジウムの量
７０　ｇ／１以上は溶解不可能または溶解しても処理液
の粘性が増大し、被処理物に処理液が付着して、液の持
ち出しが増大し実用性がないと断定している。

しかし、発明者等は、種々の実験を繰り返した結果、次
の結論を得た０５価バナジウムと酸の組み合せのステン
レス鋼の着色処理において、５価バナジウムの量は溶解
さえすれば高い程、着色時間が短縮できるだけでなく、
液の寿命を延長することができる。０５価バナジウムの
溶解性の問題は５価バナジウム６６〜１００ｇ／、ｆ！
の範囲なら液中の硫酸濃度を増加させることにより沈殿
を生成することなく溶解できる。０５価バナジウムおよ
び硫酸濃度の増加にともなう被処理物に処理液が付着し
て持ち出される問題は、強酸化性、高温雰囲気中でも十
分に耐えるフロロカーボン系界面活性剤の添加により処
理液の表面張力、粘性を低下させることができ、その結
果処理液の持ち出し量を最小限にとどめることができた
。またフロロカーボン系界面活性剤の別の働きである発
泡性により、処理液表面に泡層を形成し、作業中に発生
するミストをこの泡層に吸収して、作業環境を大きく改
善することができる。

本発明は、バナジウムイオンを含む硫酸浴中で、これま
で提案された方法より、より早く、ステンレス鋼表面に
良好な着色皮膜が得られるだけでなく、単位処理液量当
り多くのステンレス鋼を着色でき、かつ耐食性にすぐれ
、均一で耐候性もよい黒褐色系の安定した着色皮膜を得
る。さらに特殊なフロロカーボン系界面活性剤の添加に
より処理液の持ち出し量を低減せしめるだけでなく、界
面活性剤の発泡性を利用して処理中の有害なミストの飛
散を防止して作業環境を良化し、さらに処理液の表面張
力、粘性の低下により着色処理直後のステンレス鋼の水
洗性をも向上させる。

一般に、本発明に通用し得るステンレス鋼の材質は、１
３クロム、１８クロム、１８クロム−８ニツケルのオー
ステナイト系、およびフェライト系等広い範囲にわたる
。

本発明に使用されるバナジウム酸塩としては、ＫＶＯ３
、（ＮＨ４）［Ｖ４０１２　］ＮＨ４Ｖ○ａ　、Ｎａ　
ＶＯ３、Ｎａ　３ＶＯ４などのバナジウム酸のアルカリ
塩またはアンモニウム塩が有効であり、５価バナジウム
量としては６６〜１００ｇ／Ｊ！、である。６６５Ｆ／
を以下でも着色皮膜は生成されるが、表１に記したよう
に、本発明が目的とする着色時間の短縮化と処理液の長
寿命化が達成できない。

表　　１ すなワチ、硫酸濃度１ｏｏｇ／Ｉ！、、８０℃で５価バ
ナジウム濃度５０ｇ／ｉ！、、７０９／１９０ｇ／ｉの
組成液で処理した場合のステンレス鋼の着色時間と単位
処理液量当りの処理面積の結果を示したものである。

この結果から、５価バナジウムを６６ｇ／、ｆ！以上処
理液中に溶解させることによって、ステンレス鋼を短時
間で着色でき、しかも処理液の長寿命がはかれることが
わかる。一方、５価バナジウムの量が１００９／Ｊ！、
以上になると硫酸濃度を最大にしても液は、スラリー状
または固化して実用ヒ好ましくない。

また、硫酸濃度は８００〜１５００ｇ／ｆが最適である
が、８００ｇ／／！以下では着色に長時間を要し、処理
液に沈殿が生成し易い、一方１５００ｇ／Ｊ！以上の濃
度では取り扱い上危険性が増し、作業状困難である。

本発明に使用する７０口カーボン系界面活性剤としては
、一般にパーフルオロアルキル基を有するもので、下記
の一般式を有するものが有効である。

ＣｎＦ２ｎ＋ｌ°Ｑ ［式中Ｑは可溶性原子団を表わす］ ■ＱがＣ００Ｍ、ＳＯａ　Ｍ、５０２−Ｎ−０８２００
０Ｍ　（原子団中Ｍは水素または１価金属イオンまたは
アルカリ金属イオンまたはＮＨ４”等であり、Ｒ１は１
から４ケの炭素原子を有するアルキル基、ｎは６から１
２までの整数を表わす）などのアニオン性７０口カーボ
ン系界面活性剤。

■Ｑが［（ＣＨ２）ＩＩ　Ｎ０ＲＩ　Ｒ２Ｒａ　］　Ｘ
Ｏ（原子団中ＲＩ　Ｒ２Ｒａは水素または１〜３ケの炭
素原子を有するアルキル基またはアルキロール基、Ｘ（
Ｅ）はハロゲン基、ｍは１から４までの整数を表わす）
などのカチオン性フロロカーボン界面活性剤。

回申Ｒ１は１から４ケの炭素原子を有するアルキル基ま
たは水素、Ｒ２Ｒａは１から１ｏケのまたは、８０２−
Ｎ−ｍは１から４までの整数を表わす）などの両性フロ
ロカーボン系界面活性剤。

フロロカーボン系界面活性剤の使用にあたっては、前述
したアニオン性、カチオン性、両性界面活性剤の単独も
しくは、それぞれの混合物でも良いが非イオン（ノニオ
ン）性の界面活性剤は本発明浴が強酸性のため、一部の
分解が起り好ましくない。フロロカーボン系界面活性剤
の本発明浴中での含有量は、０．００１〜’Ｉｆｆ／ｉ
！、で０．００１９／／！以下では、液粘性や表面張力
の低下がほとんど認められず、酸ミストの防止効果もな
い。また、１ｇ／Ｊ！、以上では発泡が激しくなり、着
色皮膜の色ムラ発生の原因となり好ましくない。表２は
本発明のフロロカーボン系界面活性剤の効果を示したも
のである。

表　　２ 本発明におけるステンレス鋼着色処理の処理温度は、８
０〜１２０℃がのぞましく、最も安定した着色皮膜を得
るには９５℃付近が良い。さらに、着色処理のため浸漬
時間は通常１〜１５分間で十分に目的の着色がえられる
が、もし処理温度が８０’Ｃ以下では、着色時間が長く
要する。また１２０℃以上の温度では着色の色調変化が
激しく、均一な色調をえることが困難となる。

着色液に浸漬して得られる皮膜の色調は、液組成の濃度
や処理温度、浸漬時間によって茶色から黄金色まで変化
するが、これらの条件を調節することによって目的とす
る色調の着色皮膜を得ることができる。また更に、この
皮膜上に透明なりリアー塗装をほどこして色調を均一化
すると同時に耐摩耗性を強化することもできる。

本発明は、従来溶解が不可能とされた５価バナジウムの
高濃度化を可能にし、処理時間の短縮と長寿命化をはか
り、かつ高濃度での作業上の障害であったミスト防止、
処理液の持ち出し量の減少、被処理物の水洗性の向上な
どを、７０口カーボン系界面活性剤の利用により解決せ
しめたことは、経済的、工業的価値が大きい。

以下、本発明の実施例をステンレス鋼板に適用した場合
について示す。

〈実施例１〉 メタバナジン酸ナトリウム１６８ｇ／、ｆ！（Ｖ＋５と
して約７０ｇ／４）、硫酸１００（１／ｌメガファック
スＦ−１１６（大日本インキ化学工業［７フロロ力−ボ
ン系界面活性剤）０．００５９／Ｊ！の濃度の１名の水
溶液を９０℃に加熱し表面積１ｄＩＩ１２のステンレス
ｌ　（ＳＵＳ３０４）板を一回に１０枚ずつ５分間浸漬
する操作を同−液にて繰り返したところ、合計１．１ｍ
２までステンレス鋼表面に均一なブロンズ色の着色皮膜
が得られた。このようにして得たステンレス着色板を５
００時間、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−２２３７１）をした
結果、着色面に変色、褪色等の変化は認められなかった
。

比較例 メタバナジン酸ナトリウム１５５ｇ／ｌ（■＋５として
約６５９／ｆ）　、硫１１１０００ｇ／ｌの濃度の水溶
液１ｔを９０℃に加熱し、表面積ｉ　ｄｍ２の５ＵＳ３
０４ステンレス鋼を１回に１０枚ずつ５分間浸漬する操
作を同−液にて繰り返したところ、０．９ｍ２を越えた
ところで全く着色ができなくなった。０．８１１１２ま
で着色したものについて実施例１と同様に塩水噴霧試験
を行った結果、全品のうち約２割の試験片に褪色が認め
られた。

〈実施例２〉 メタバナジン酸アンモン１６２ｇ／ｉ！、（Ｖ”　５と
して約７０ｇ／り　、１１１１２００９／ｆ大日本イン
キ化学工業■メガファックスＦ−１１６０，００５ｇ／
、ｆ！、メガファックスＦ−１６００，０１ｇ／名の濃
度の水溶液を１　ｆ８０℃に加熱し、５ＵＳ３０４ステ
ンレス鋼板を５分間浸漬して着色皮膜を生成したところ
、実施例１と同様な安定した色調と処理面積量が得られ
た。また塩水噴霧試験の結果は着色面に異状は認められ
なかった。

〈実施例３〉 メタバナジン酸アンモン１８４９／Ｊ！（Ｖ”５として
約８０９／Ｊｌ＞、硫酸８５（１／／！、メガファック
スＦ−１６００，１９／Ｊ！、の濃度の水溶液１名を１
００℃に加熱し、実施例１と同様５ｔＪＳ３０４ステン
レス鋼板を浸漬処理したところ合計１．：２１２まで同
−液で均一なブロンズ着色皮膜を得ることができた。さ
らに塩水噴霧試験の結果も全品着色面に異状は認められ
なかった。

〈実施例４〉 メタバナジン酸ナトリウム１６８ｇ／／！（■＋５とし
て約７ｏｇ／ｌ）、硫酸１０００ｇ／１１メガファック
スＦ−１１６（大日本インキ化学工業■製）０．００５
９／ｌの水溶液１１を９０℃に加熱し、５ＵＳ４３０（
１８クロム系）ステンレス鋼板を実施例１と同様に処理
した結果、合計１．１１１１２まで、ステンレス鋼板表
面に均一なブロンズ色の着色皮膜が得られた。この処理
物を塩水噴霧試験５００時間を行った結果、すべて異状
は認められなかった。

〈実施例５〉 メタバナジン酸アンモン１６２５Ｆ／４　（Ｖ”　５と
して約７０９７！、＞１．硫酸１２００ｇ／ｊ！、メガ
ファックスＦ−１６０＜大日本インキ化学工業［１４＞
０．１９／Ｊ！、（Ｄ水ｍＷｉ１！、ｆ８０”ｃｌｃ加
熱し、５ＬＩＳ４０３　（１３クロム系）ステンレス鋼
板を実施例１と同様に処理した結果、合計１．１１Ｉ１
２までステンレス鋼の表面に均一なブロンズ色の着色皮
膜が得られ、塩水噴霧試験の結果、着色面に変色、褪色
等の変化は認められなかった。

゛−ノ′ 手続補正書（方式） ％式％ 事件の表示　昭和６２年特　願第　４１５１、発明の名
称　ステンレス鋼の着色法 補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　　特許出願人名称　　
日本表面化学株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、８００〜１５００ｇ／ｌの硫酸水溶液中に５価のバ
   ナジウムとして６６〜１００ｇ／ｌと、フロロカーボン
   系界面活性剤０．００１〜１ｇ／ｌ添加した溶液にステ
   ンレス鋼を９０〜１２０℃の温度範囲で浸漬することを
   特徴とするステンレス鋼の着色法。