JPS63199894A - チタン及びチタン合金の電解発色法 - 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】 〈産業Ｆの利用分野〉 この発明は、チタンまたはチタン合金の陽極酸化法によ
る表面発色仕上げに関するものである。

〈従来の技術〉 従来、チタンやチタン合金の表面に皮膜を形成して、こ
れ等の表面を発色させる方法としては、一般に陽極酸化
法と呼ばれる方法が用いられている。この方法は、Ｆ＆
酸や燐酸等を電解質溶液として用い、この電解質溶液中
に於いて、表面処理を施すチタンやチタン合金を陽極と
し、陰極として白金、チタン、ステンレス、鉛等を用い
、これ等に直流Ｍｌ波を流して陽極のチタンまたはチタ
ン合金の表面に酸化皮膜を形成し、この酸化皮膜による
光の干渉によって、これ等の表面を発色させるようにし
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 然るに、このような従来の方法で形成された酸化皮膜は
、その陽極電解電圧が、硫酸電解質溶液では２０ｖｌ！
、ｈ、燐酸電解質溶液では？Ｏｖ以上になると陽極表面
に於いて多量の酸素ガスが発生するため、発色皮膜が不
鮮明な色調となり発色ムラの原因ともなっている。また
、その電圧が５０ｖ以上になると、第２図に示す通り、
電圧制御によって所定電圧までは電流が上昇するが、そ
の後下降し、再び一ヒ昇する等繰り返した後電流が一定
となる現象がみられる。この一度下降した電流が再び上
昇する原因は、発色皮膜の絶縁破壊によるためと考えら
れ、発色ムラの原因でもある。また１以上の理由から高
電圧処理による電解発色が困難であるため発色皮膜の色
相が限定されるという問題がある。また、チタンやチタ
ン合金の表面の発色を行なう他の方法としては、一般に
窒化法と呼ばれる方法が存在しており、これはチタンや
チタン合金を窒素ガス雰囲気中で７５０℃以上に加熱し
、これ等の表面に窒化チタンの皮膜を形成してゴールド
色に発色するようになっている。このようにして得られ
た窒化チタンの皮膜は、上記の酸化皮膜に比べ耐摩耗性
が高く、色彩も一定化するが、この方法では、チタンや
チタン合金を高温で加熱する必要があり、ランニングコ
ストが高くなると共に大量生産が行なえないという問題
があった。

加えて、他の色相に発色することが困難である問題があ
った。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、上記のような従来の陽極酸化法や窒化法に
於ける問題点を解決せんとしてなされたものであり、電
解発色を行なうチタンまたはチタン合金を陽極に用い、
二塩基酸または二塩基酸以上の有機酸を１種から３種含
有する電解液中に於いて陽極酸化法により発色皮膜を形
成し、且つ、電解電圧の高低により、各種の色相に発色
するようにしたものである。

く作用〉 本発明に係る方法に於いては、Ｌ述の如く、二塩基酸及
び二塩基酸以上の有機酸を電解液に用いたので酸素過電
圧が上昇し、電解中の酸素の発生が減少し、酸素発生の
多い従来技術のような不均一化反応が抑制され、均一な
発色皮膜を得ることが出来る。

更に、本発明のスロースタート法は初期電圧をご〈小さ
いところから立ち上がらせるため、初期の皮膜が均一で
緻密に生成されるので、従来の如く加工層の違いによっ
て部分的に結晶粒が不均一になっているチタン素材の表
面に一時的に５０ｖ以りの高電圧をかけることによって
発色皮Ｍ　カｍ　公的に絶縁破壊を起こして色むらを生
ずることがなく、チタン素材の表面を常に均一な発色に
させることが出来る。

〈実施例〉 次に本発明に係る方法の一実施例を具体的に説明すると
次の通りである。

チタンまたはチタン合金の電解発色処理を施すに当たり
、先ず素材表面に前処理を行なう０通常は脱脂、酸エツ
チング処理を行なうが、特にその表面が鏡面状の製品を
得る場合には、酸エツチングに加え更に化学研磨又は電
解研磨を行なう、これ等の前処理の施された素材を陽極
に用い、陰極には白金、チタン、ステンレス、鉛等を使
用する。二塩基酸または二塩基酸以上の有機酸を１種ま
たは２種から３種含有する電解液中に於いて、電圧が５
〜２００ｖの直流電流を通電し、電解液とチタンまたは
チタン合金とを反応させて発色皮膜を形成する。このよ
うにして得られた電解発色皮膜は必要に応じて塗装を行
ない、これを焼き付は乾燥して発色皮膜を保護する事も
可能である。

ここで、電解液に用いる二塩基酸または二塩基酸以上の
有機酸は、可溶性でありチタンやチタン合金と反応して
皮膜をその表面に形成し得るものであれば良く、マロン
酸、コハク酸、アジピン醜等の飽和ジカルボン酸、マレ
イン酸、フマル酸等の不飽和ジカルボン酸、リンゴ酸、
酒石酸、クエン酸、ジグリコール酸等の多塩基オキシ酸
、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香
族多塩基酸等が用いられる。これ等の有機酸の使用によ
って、陽極のチタンまたはチタン合金の表面からのガス
発生を抑え、均一でしかも鮮明な発色皮膜が得られる。

尚、本発明に於いては、電解液中にこれ等の有ａ酸の１
種から３種のものが含有されていれば良く、スルファミ
ン酸、ホウ酸。

硫酸、燐酸等の無機酸を併用しても良い、これ等の有機
酸を単独で、または２〜３種の混合した水溶液を用いる
場合の電解液濃度は、各々０．５〜１００ｇ／ｌの範囲
であり、また有機酸の１〜３種と無機酸の１〜３種を混
合した水溶液を用いる場合の電解液濃度は有機酸は０．
１〜５０ｇ／ｌ、無機酸は１０〜２００ｇ／ｌの範囲で
あることが好ましい。

次に陽極電解電圧が５ｖ以下では電解発色皮膜の形成が
遅くなり、２００ｖ以上では陽極のチタンまたはチタン
合金の表面にガスが発生するため一般に５〜２００ｖの
範囲の電圧であることが好ましい。又５Ｑｖ以上の高電
圧で処理する場合に於いては、第１図に示す如く、所定
電圧までの所要時間を１５〜６０秒の間で制御するスロ
ースタートによって過大電流による発色皮膜の絶縁破壊
を防止し、大面積のチタンまたはチタン合金にも色むら
のない、しかも従来の色相より広い範囲の電解発色加工
が可能となる。スロースタート法による電圧制御に於い
て、所定電圧までの所要時間が１５秒以下では絶縁破壊
防止及び色むら防止の効果がなく、８０秒以上では発色
皮膜の形成が遅くなるため、１５〜６０秒の範囲が好ま
しい、また、浴温度は１０〜５０℃、処理時間は１〜６
０分が通常用いられる。浴温度は５０℃を超えると発色
皮膜が電解液に浸食され皮膜が脆弱化し汚れの原因とな
りやすい、処理時間は１分より短ければ皮膜の形成が不
充分であり、６０分を超えると酸化皮膜が厚くなり電気
抵抗が増加するため通電量にむらが生じ皮膜厚さの不均
一の原因となる。

実施例１ ０．４Ｘ　　１００Ｘ　１００ｍｍの大きさの純チタン
板を通常の煮沸脱脂した後水洗いし、チタン表面に付着
している油脂性の汚れを除去する。続いてフッ酸５０ｇ
／ｌ　と硝酸５００ｇ／ｌとの混合水溶液に浸漬しエツ
チングと活性化を施し、水洗後次の電解質組成の電解液
中にて陽極電解酸化を行ない、化成電圧５０ｖ以Ｅの処
理ではスロースタート法によって３０秒間で所定電圧に
達する様電圧を調整した。

電解質組成 りエン酸　　　　５０ｇ／ｌ スルファミン酸　３０ｇ／ｌ 硫＃　　　　　　　１０ｇ／ｌ 電解条件 陰極　　　　　　鉛板 浴温　　　　　　３０℃ 時間　　　　　　１５分 化成電圧　　　　１０．５０．１００．１５０ｖその結
果、次の表１に表わす色調の皮膜を得た。これ等の発色
皮膜は鮮明で色相も均一であることが確認された。

表１ 実施例２ ０．８Ｘ　　１００Ｘ　１００ｍｍの大きさのＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖのチタン合金を、実施例１と同様にして脱脂
。

エツチング及び活性化を施し、続いて次の電解質組成の
電解液中にて陽極電解酸化を行ない、化成電圧８０ｖ以
上の処理ではスロースタート法によって４５秒間で所定
電圧に達する様電圧を調整した。

電解質組成 りんご酸　　　　５０ｇ／ｌ しゅう酸　　　　３０ｇ／ｌ 電解条件 ｒＡ極　　　　　　ステンレス板 浴温　　　　　　２０℃ 時間　　　　　　３０分 化成電圧　　　　１０．８０．１２０．１８０　ｖその
結果１次の表２に表わす色調の皮膜を得た。これ等の発
色皮膜は色相も均一であり、指で擦っても汚れの付着は
なく、又、アクリルウレタン塗料による塗装コーティン
グを行なっても色調変化のないことが確認された。

（以下余白） 表２ 実施例３ ０．３Ｘ　　１００Ｘ　１００＋ａｍの大きさのＴ　ｔ
　−６Ａ　Ｉ　−２５ｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏのチタン合金
を実施例１と同様にして脱脂、エツチング及び活性化を
施し、その後クロム酸４００ｇ／ｌ　、フッ酸１８０１
の電解液中で電解研磨を行ない、水洗後続いて次の電解
質組成の電解液中にて陽極電解酸化を行ない、化成電圧
７０Ｖ以上の処理ではスロースタート法によって５０秒
間で所定電圧に達する様電圧を調整した。

電解質組成 マレイン酸　　　３０ｇ／ｌ 電解条件 陰極　　　　　　チタン板 浴温　　　　　　１５℃ 時間　　　　　　１５分 化成電圧　　　　５．３０．７０．１００゜１５０、２
００ｖ その結果　次の表３に表わす色調の皮膜を得た。チタン
表面は鏡面で、鮮明な発色皮膜が得られ色相も均一であ
ることが確認された。

表３ 実施例４ ０．８Ｘ　　ｌ０ＱＸ　１００ｍ■の大きさのＴＴｉ−
８Ａｌ−１Ｏ−Ｉ　Ｖのチタン合金を、実施例１と同様
にして脱脂、エツチング及び活性化を施し、続いて次の
電解質組成の電解液中にて陽極電解酸化を行ない、化成
電圧８０ｖ以−トの処理ではスロースタート法によって
１５秒間マ所定電圧に達する様電圧を調整した。

電解質組成 酒石酸　　　　５０ｇ／ｌ ホウ酸　　　　１０ｇ／ｌ 電解条件 陰極　　　　　　ステンレス板 浴温　　　　　　４０℃ 時間　　　　　　２０分 化成電圧　　　　５．４０．８０．１２０゜１５０、１
８０．２００　ｖ その結果、次の表４に表わす色調の皮膜を得た。これ等
の発色皮膜は色相も均一であり、指で擦っても汚れの付
着はなく、又、アクリルウレタン塗料による塗装コーテ
ィングを行なっても色調変化のないことが確認された。

表４ 実施例５ ０．４Ｘ　　１００Ｘ　１００＋ｕ＋の大きさのＴｉ−
５Ａｌ−２，５Ｓｎのチタン合金を、実施例１と同様に
して脱脂、エツチング及び活性化を施し、続いて次の電
解質組成の電解液中にて陽極電解酸化を行ない、化成電
圧８０ｖ以上の処理ではスロースタート法によって６０
秒間で所定電圧に達する様電圧を調整した。

電解質組成 マロン酸　　　　５０ｇ／ｌ コハク酸　　　　１０ｇ／ｌ 燐１％２　　　　　１００ｇ／ｌ 電解条件 陰極　　　　　　白金板 浴温　　　　　３０℃ 時間　　　　　　１０分 化成電圧　　　　５．３０．８０．　ＥＩｏ。

１２０、１５０．１８０　ｖ その結果、次の表５に表わす色調の皮膜を得た。これ等
の発色皮膜は鮮明で色相も均一であることが確認された
。

（以下余白） 表５ 実施例６ ０．４Ｘ　　ｌ０ＱＸ　１００■の大きざの純チタンを
、実施例１と同様にして脱脂、エツチング及び活性化を
施し、続いて次の電解質組成の電解液中にて陽極電解酸
化を行ない、化成電圧５０ｖ以上の処理ではスロースタ
ート法によって２０秒間で所定電圧に達する様電圧を調
整した。

電解質組成 酒石酸　　　　２０ｇ／ｌ クエン酸　　　　１０ｇ／ｌ スルファミン酸　３０ｇ／ｌ 硫酸　　　　　　１０ｇ／ｌ 電解条件 陰極　　　　　　鉛板 浴温　　　　　　１０℃ 時間　　　　　　１０分 化成電圧　　　　ＩＱ、　５０．１００゜１５０、２Ｑ
Ｏｖ その結果、次の表６に表わす色調の皮膜を得た。これ等
の発色皮膜は鮮明で色相も均一であることが確認された
。

（以下余白） 表６ 〈発明の効果〉 本発明に係る方法は上述の如き構成と作用とを有するの
で、本方法を実施したものは従来の酸化皮膜よりも色調
が鮮明で、しかも高電圧処理によって各種の色相が得ら
れることから、スポーツ関係、ＩｆＦｌ久消費材、雑貨
、装飾品や美術品等に利用出来、又大面積材料にも色む
らのない均一発色が得られることから、建材分野に於い
ても広く利用することが出来る等の特徴を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に於ける電圧、電流と時間との関係の一
例を示すグラフ、第２図は硫酸電解液に於ける電圧、電
流と時間との関係の一例を示すグラフである。 特許出願大　　　日本化学産業株式会社代理人　　　　
　弁理士　牛用　周吉 第１図 第２図 一時藺（わ°）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン及びチタン合金を陽極に用い、二塩基酸ま
   たは二塩基酸以上の有機酸を１〜３種含有する電解液中
   に於いて陽極酸化法により、上記チタンまたはチタン合
   金の表面に発色皮膜を形成することを特徴とするチタン
   及びチタン合金の電解発色法。
2. （２）電解液として用いる有機酸の濃度範囲を０．１〜
   １００ｇ／ｌにしたことを特徴とした特許請求の範囲第
   １項記載のチタン及びチタン合金の電解発色法。
3. （３）通電する直流電流の電圧を５〜２００ｖとし、５
   ０ｖ以上の電圧処理では所定電圧までの所要時間を１５
   〜６０秒の間で制御してスロースタートさせることを特
   徴とした特許請求の範囲第１項記載のチタン及びチタン
   合金の電解発色法。