JPS63237816A - 着色チタン材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、建材や装飾材としての使用に好適な、表面が
半光沢又は無光沢で、着色したチタン材とその製造方法
に関するものである。

（従来の技術と問題点〕 従来、チタンやチタン合金はその優れた化学的安定性、
機械的強度、軽量性、耐熱性等を利用して熱交換器や反
応槽等の化学装置、電解槽や電極等の電解装置、或いは
航空機や船舶等の機械運輸装置など比較的特殊な用途に
使用されてきている。近年、チタンやチタン合金はその
特性に着目されて建築物や装飾品等に使用される機会が
増している。即ち、建築材として海水や塩害にも耐える
耐候性や耐久性を有し、メンテナンスフリーの屋根材や
壁材として注目されている。又、チタン自体の稀少性か
ら種々の装飾品材として使用されている。

このように、チタン材の需要は多方面にわたってきてい
るが、一般用としては、装飾材を除き、着色等の美観や
外観上の配慮は殆ど払われていない、これら金属チタン
の着色は、一般に１μｍ以下程度の酸化物被覆膜の形成
によって得られ、その代表的な形成方法として、陽極酸
化による電気化学的方法及び酸化雰囲気中での加熱によ
る表面熱酸化法が知られている。これらの方法による着
色チタンはその着色層が極めて薄いため、透明度が高く
、光沢表面を呈するので重量感、質感に乏しく、美観上
必ずしも満足し得るものではなかった。

又、表面が平滑であり着色酸化被膜が薄いのできすが目
立ちやすく、建材等大型材の着色には適した方法とは言
えない。尚、表面の平滑さをなくすために、従来からブ
ラスト処理が行われているが、薄板、特に厚さが０．５
龍以下では処理時に大きな歪が生じてしまい実用的でな
いこと、又、大型材では均一なブラスト処理が困難で、
色むらの原因となる等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、建材等の大型材にも適用が可能な半光沢また
は無光沢で、表面梨地状の着色チタン材を製造する方法
を提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕 本発明は、着色チタン材の製造方法において、金属チタ
ン表面を遷移金属を含む電解浴中で火花放電加工し、該
表面を梨地化すると共に、遷移金属を含むチタン酸化物
の着色被膜を形成することを特徴とするものである。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明において、チタン（材）とは金属チタンの他、Ｎ
ｂ、、Ｔａ、Ｚｒ、Ｖ、ＭＯ１Ａ１等少量の他の金属を
含むチタン基合金を含むものである。

金属チタン材を電解浴中において、陽掘として通電する
と、最初微少電流が流れ、表面にチタンの酸化物被膜が
形成され不働態化が生じる。この時の酸化物被膜の厚さ
は１μｍ以下であり、膜厚により種々の色調を呈する。

従来の着色法はこの段階にとどまっており、重量感や質
感の乏しいものとなりがちであった。

この状態にて、更に電圧を大きくしていくと、チタンの
表面から火花を発しながら電流が流れるようになる。こ
れが火花放電現象である。その際同時にチタン表面に酸
化チタンを主とする層が形成される。

このような火花放電では、チタンの表面に均一で厚い酸
化チタンの層が形成されると同時に、表面の一部を溶解
して梨地化する作用があることを見出した。

又、通常、火花放電による酸化物被膜の色は、電解浴の
種類にもよるが、灰白色のルチル又はアナターゼに代表
される酸化チタンの色調である。ところが、電解浴中に
遷移金属を含ませてζ−火花放電加工を行うと、チタン
の表面の反応が微妙に制御され、又、遷移金属が酸化チ
タンの格子の中にとりこまれるためか、種々の色調に発
色することを見出し、本発明に至った。

火花放電加工を行う電解浴液は、種々のものを使用する
ことができ、それぞれの液によって特徴のある表面を作
る。無光沢で比較的荒い梨地を望む場合は、炭酸塩又は
硫酸塩の水溶液が望ましい、又、半光沢でより金属的な
質感を望む場合には、任意の無機酸塩中に蔗糖又は有機
酸等の有機物を加えればよい。

本発明において用いられる遷移金属の種類は、目的とす
る色調によって適宜選択することが出来る。

例えば、銅イオンを炭酸カルシウム溶液に加えて電解浴
とすると、赤褐色を呈するチタン表面が得られ、コバル
トイオンを硫酸液中に加えて電解浴とすると黄緑色とな
る。　遷移元素としては、一般に原子番号２１Ｓｃから
３０Ｚｎ迄、３９Ｙから４８Ｃｄ迄、５７Ｌａから８０
Ｈｇ迄、及び８９＾Ｃ以上の元素を言い、これらは数種
類の安定な原子価を有し、それらの化合物は着色してい
ることが多い。従って、本発明において、これらの遷移
金属の中から適宜選択した金属の少なくとも一種を含む
電解ｐ中にてチタンを火花放電加工し、所望の色調を呈
する着色チタン材を得ることが出来る。

火花放電加工を行う際の電解電圧は、電解浴の種類によ
っても異なるが、通常２０〜１５０ｖの範囲であり、好
ましくは約４０〜１２０ｖである。

尚、ハロゲンイオンを電解浴中に含ませると、火花放電
加工に必要とする電圧はかなり低くなり、均一な処理が
多少難しくなるが、より粗な梨地が得られるので目的に
よっては有効である。

火花放電加工に必要とする電流は、通常５〜２００Ａ／
ｄｍ”であり、好ましくは約１０〜１００Ａ／ｄｍ”で
ある。５Ａ／ｄｍ”未満では火花放電加工として不十分
で、光沢のある金属性の表面となりやすい、又、２００
Ａ／ｄｍ”を越えると、チタンの溶出が優勢となり実用
的でなくなる。

通電処理時間は１０秒〜５分位が適当であり、１０秒よ
り短いと均質な被膜が得られず、表面の梨地化も不十分
である。５分より長いとチタンの溶出が大きくなり過ぎ
る。

以上のようにして、チタン表面が半光沢又は無光沢な着
色チタン材を容易に得ることができる。

得られた着色チタン材は、必要に応じて更に加熱処理を
加えることができる。前記処理したチタン材の発色は、
酸化チタン並びにこれに混入した遷移金属の酸化物構造
に由来して着色したものであり、加熱処理により酸化物
の状態をわずかでも変えることによって微妙な色調の変
化を与えることができる。

該加熱処理の温度は目的により異なるが通常３００〜７
００℃が適当であり、３００℃未満では色の変化は殆ど
起こらない。７００℃を越えると基体チタンのグレイン
の成長が顕著となり、余り好ましくない、加熱処理の雰
囲気は酸化の状態を変える有効な手段であり、目的に応
じて酸化性、中性及び還元性のいずれかに適宜選定する
ことが出来る。

以上のようにして作製したチタン材上の着色酸化物被膜
は、厚さが通常５μｍ以上あり、又、１００μｍ以上と
することもできるもので、基材チタンとの密着性は極め
て良好である。

従って本発明は、チタン材の着色のみでなく、耐食性を
も向上させる効果を有するものである。即ち、チタン材
でしばしば問題となる間隙腐食は、この着色酸化物被膜
の形成により、はぼ完全に防止され、例えば従来不可能
であったチタン材同士の重ね合わせ使用にも本発明によ
るものは、そのまま使用出来る。

〔実施例〕

以下。本発明を実施例により具体的に示すが、本発明は
これらに限定されるものではない。

実施例　１ 縦５０ｍ横５０鶴厚さｌ龍の市販級純チタン板の表面を
中性洗剤にて洗浄した後、更にトリクロルエチレン蒸気
中にて脱脂した。

電解浴として１００ｇ／　ｊ！炭酸カルシウム水溶液１
７！を用意し、これに４０ｇの硫酸銅を懸濁させた。こ
の液を攪拌しながら恒温装置により３０℃に保持し、上
記チタン板を陽極とし、同様に処理した同じ大きさのチ
タン板を陰極として、５　ｍの間隔で液中に対向配置し
た。

陽陰極間に電圧を印加し、２５　Ａ　（１００Ａ／ｄ１
）”に相当）で６０秒間通電を行った。その時の電圧は
、約７０Ｖであった。　かくして放電加工を行ったチタ
ン材を取り出し、水洗後乾燥して表面が黒褐色を呈する
梨地状のチタン板が得られた。

実施例　２ 実施例１と同様にしてチタン板を用意した。

電解浴として、１００ｇ／　ｌ炭酸カルシウム水溶液Ｉ
Ｎを用意し、これに３０ｇの硫酸コバルトを懸濁させ、
攪拌しながら４０℃に保持した。

上記チタン板を陽極とし、同様に処理したチタン板を陰
極として５ｍｍの間隔に対向させて液中に固定した。陽
陰極間に電圧を印加し、２５Ａで１２０秒間通電を行っ
た。電圧は７５Ｖであった・ かくして、無光沢で薄縁色の濃淡むらのあるチタン着色
板が得られた。

更にこれを３２０℃の加熱炉中で１時間処理とたところ
、より色むらの模様のはっきりしたチタン板となった。

実施例　ｊ 電解浴として２００ｇ／　ｌ硫酸ニッケル水溶液１Ｎを
用意し、攪拌しながら６０℃に保持した。

実施例１と同様のチタン板を陽極及び陰極とし、１０龍
の間隔に対向させて上記浴中に固定した、陽陰極間に電
圧を印加し、２５Ａで９０秒間通電し、電圧はｌｌ０Ｖ
であった。

得られたチタン板は、表面が無光沢で濃いうぐいす色を
呈するものであった。

〔発明の効果〕

本発明は、チタン又はチタン合金材を遷移金属を含む電
解浴中で火花放電加工することにより、表面が梨地化さ
れると共に、遷移金属を含むチタン酸化物の均一な着色
被膜が形成されるので、無光沢又は半光沢の所望の色調
を呈し、且つ優れた耐久性を有する着色チタン材を容易
に得ることができる。

又、更に加熱処理を行うことにより、着色チタン材に微
妙な色調の変化を与えることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属チタン表面を遷移金属を含む電解浴中で火花
   放電加工し、該表面を梨地化すると共に、遷移金属を含
   むチタン酸化物の着色被膜を形成することを特徴とする
   着色チタン材の製造方法。
2. （２）遷移金属が銅、コバルト又はニッケルである特許
   請求の範囲第（１）項に記載の方法。
3. （３）火花放電加工を１０〜２００Ａ／ｄｍ＾２の電流
   密度で行う特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
4. （４）着色被膜を形成した後、３００〜７００℃の温度
   で熱処理を行う特許請求の範囲第（１）項に記載の方法
   。