JPS6366917B2 - - Google Patents

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JPS6366917B2
JPS6366917B2 JP20880584A JP20880584A JPS6366917B2 JP S6366917 B2 JPS6366917 B2 JP S6366917B2 JP 20880584 A JP20880584 A JP 20880584A JP 20880584 A JP20880584 A JP 20880584A JP S6366917 B2 JPS6366917 B2 JP S6366917B2
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JP
Japan
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titanium
plating
room temperature
titanium alloy
aluminum
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JPS6187893A (en
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Yoshinori Takakura
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Mitsubishi Electric Corp
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はチタニウム又はチタニウム合金への
表面処理方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to a method for surface treatment of titanium or a titanium alloy.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、チタニウム又はチタニウム合金はア
ルミニウム又はアルミニウム合金と同じく化学的
には非常に活性であり、種々の化学物質と反応し
やすいためステンレス鋼と同じように非常に不働
態化しやすい。通常、表面にきわめて薄く保護性
の強い酸化膜が形成され、種々の酸化性の強い
酸、アルカリ、その他の化学薬品に対して優れた
耐食性、耐薬品性を有することが知られている。
Traditionally, titanium or titanium alloys, like aluminum or aluminum alloys, are chemically very active and react easily with various chemicals, and therefore, like stainless steel, they are very easy to passivate. Usually, an extremely thin and highly protective oxide film is formed on the surface, and it is known to have excellent corrosion resistance and chemical resistance against various strongly oxidizing acids, alkalis, and other chemicals.

又、チタニウム又はチタニウム合金は高い比強
度(強度と密度との比)を有し、かつ適当なじん
性、耐熱性、熱安定性、加工性を有している。従
つて、化学プラント材料、航空宇宙機器用材料と
して主要な地位を占めるに至つている。
Further, titanium or a titanium alloy has high specific strength (ratio of strength to density), and has appropriate toughness, heat resistance, thermal stability, and workability. Therefore, it has come to occupy a major position as a material for chemical plants and aerospace equipment.

しかしながら、チタニウム又はチタニウム合金
は耐摩耗、熱放射性及び電気伝導特性等が劣るた
めにその用途が制約されている。
However, titanium or titanium alloys have poor wear resistance, heat radiation properties, electrical conductivity, etc., which limits their use.

即ち、チタニウム又はチタニウム合金が、例え
ば主に優れた耐熱性と高い比強度(強度と密度と
の比)とを利用して宇宙空間を飛行する人工衛星
搭載部品に用いられる場合には衛星内部の温度を
適正に保つために熱放射性が要求された)、電波
回路部品として用いられる場合には良電導性が要
求される。これらの要求を満足させるためにチタ
ニウム又はチタニウム合金からなる基材表面に金
を被覆する方法が知られている。
In other words, when titanium or titanium alloys are used, for example, in components mounted on artificial satellites that fly in space, mainly taking advantage of their excellent heat resistance and high specific strength (ratio of strength to density), Thermal radiation properties were required to keep the temperature at an appropriate level), and good electrical conductivity was required when used as radio wave circuit components. In order to satisfy these requirements, a method is known in which the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy is coated with gold.

かかる方法としては、例えば(ア)電解によつて金
めつきをする方法、(イ)蒸着、スパツタリング等の
乾式めつきによる方法、(ウ)レーザーにより合金層
を形成する方法等が挙げられる。
Examples of such methods include (a) a method of gold plating by electrolysis, (b) a method of dry plating such as vapor deposition or sputtering, and (c) a method of forming an alloy layer using a laser.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のような従来のチタニウム又はチタニウム
合金への表面処理方法では次に述べるような問題
点が挙げられる。
The conventional surface treatment method for titanium or titanium alloy as described above has the following problems.

即ち、上記(ア)の方法によれば、蒸気脱脂、ブラ
スト処理、エツチング、活性化等の工程を経て無
電解ニツケルめつき、金めつきを行うものである
が、チタニウム又はチタニウム合金からなる基材
表面は上記の加工工程中、空気又は、水と接触す
ると薄い酸化皮膜が生成され不働態状態となり、
めつき皮膜の密着性が不充分となる。この密着性
を改善するために無電解ニツケルめつき後温度
450℃以上で熱処理してチタニウム又はチタニウ
ム合金からなる基材表面と加熱合金化している
が、温度450℃以上という比較的高温が必要であ
り、又、熱処理によつてチタニウム又はチタニウ
ム合金からなる基材表面と合金化した無電解ニツ
ケルめつきの活性化が難しく金めつき後の歩留り
が悪く、品質的に不安定である。
That is, according to method (a) above, electroless nickel plating and gold plating are performed through steps such as vapor degreasing, blasting, etching, and activation, but the base plate made of titanium or titanium alloy is When the surface of the material comes into contact with air or water during the above processing steps, a thin oxide film is formed and the material becomes passive.
The adhesion of the plating film becomes insufficient. In order to improve this adhesion, the temperature after electroless nickel plating is
The surface of the base material made of titanium or titanium alloy is formed by heat treatment at 450°C or higher, but a relatively high temperature of 450°C or higher is required. It is difficult to activate electroless nickel plating that is alloyed with the material surface, resulting in poor yield after gold plating and unstable quality.

上記(イ)の方法では、電導性のよい銅、金を蒸着
又はスパツタリング等の装置を用いてチタニウム
又はチタニウム合金からなる基材表面を被覆する
のであるが、皮膜が厚く生成せず、しかも皮膜の
密着性も安定したものが得られず実用に供するこ
とができない。
In the method (a) above, copper or gold with good conductivity is coated on the surface of the substrate made of titanium or titanium alloy using equipment such as vapor deposition or sputtering. It is not possible to obtain a stable adhesion and it cannot be put to practical use.

上記(ウ)の方法では、チタニウム又はチタニウム
合金からなる基材表面にめつき、蒸着、スパツタ
リング等により皮膜を形成し、その後レーザーに
より表面温度を融点以上に加熱、表面層を溶融さ
せて合金層を形成するものであるが、レーザー出
力又は移動速度によつても違うが溶融幅は0.1〜
0.3mmという程度のものであり、大きな部品加工
には実用に供することができない。
In the method (c) above, a film is formed on the surface of a base material made of titanium or a titanium alloy by plating, vapor deposition, sputtering, etc., and then the surface temperature is heated to above the melting point with a laser to melt the surface layer and form an alloy layer. However, the melting width varies depending on the laser output or moving speed, but the melting width is 0.1~
It is only about 0.3mm, so it cannot be used practically for machining large parts.

という問題点があつた。There was a problem.

この発明は上記した問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は比較的簡便な方法
により、基材表面の任意の部分に優れた電気伝導
性を有し、かつ優れた熱放射性を有する処理層を
付与する方法を提供するにある。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide excellent electrical conductivity to any part of the surface of a base material and excellent thermal radiation properties by a relatively simple method. The object of the present invention is to provide a method for applying a treatment layer having a treatment layer.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るチタニウム又はチタニウム合金
への表面処理方法は、鋭意検討を重ねた結果、チ
タニウム又はチタニウム合金からなる基材表面上
にアルミニウムをイオンプレーテイング法により
厚く付け、その後常法によりアルミニウムの前処
理を行なつて銅、金めつきを被覆することによ
り、上記目的が達成できることをみいだし、本発
明を完成するに到つた。
As a result of extensive research, the surface treatment method for titanium or titanium alloy according to the present invention has been developed by depositing a thick layer of aluminum on the surface of a base material made of titanium or titanium alloy by ion plating method, and then applying aluminum to the surface by a conventional method. It has been found that the above object can be achieved by coating copper and gold plating through treatment, and the present invention has been completed.

即ち、本発明のチタニウム又はチタニウム合金
への表面処理方法は、チタニウム又はチタニウム
合金からなる基材表面を機械的方法により所要の
表面粗さに仕上げ、ついでイオンプレーテイング
装置を使つてアルミニウムを厚く付け、その後ア
ルミニウム用の脱脂、酸洗い、亜鉛置換、銅スト
ライク処理等の前処理を行なつて銅めつきを行な
い、さらに金めつきを行なうことを特徴とするも
のである。
That is, the surface treatment method for titanium or titanium alloy of the present invention involves mechanically finishing the surface of a base material made of titanium or titanium alloy to a desired surface roughness, and then applying a thick layer of aluminum using an ion plating device. After that, pretreatment such as degreasing, pickling, zinc substitution, and copper strike treatment for aluminum is performed, and then copper plating is performed, and further gold plating is performed.

以下において、本発明を更に詳しく説明する。 In the following, the invention will be explained in more detail.

本発明の表面処理方法は、先ずチタニウム又は
チタニウム合金からなる基材表面を機械的方法に
より所要の表面粗さに仕上げる。かかる機械的方
法としては、例えば、ドライ・ホーニング装置、
液体ホーニング装置、サンドブラスト装置がある
が、最も適しているのはドライ・ホーニング装置
である。
In the surface treatment method of the present invention, first, the surface of a base material made of titanium or a titanium alloy is finished to a desired surface roughness by a mechanical method. Such mechanical methods include, for example, dry honing equipment,
There are liquid honing equipment and sandblasting equipment, but the most suitable is dry honing equipment.

かかる処理は、例えば、300から400メツシユの
ガラスビーズを2Kg/cm2から5Kg/cm2の空気圧で
基材表面の任意の部分に吹き付けるのである。基
材表面に吹き付ける際は、所要とする部分に均等
に吹き付けることが好ましい。かかる処理によつ
て残つたガラスビーズを除去するために、2Kg/
cm2から5Kg/cm2の空気圧で乾いた空気を吹き付
け、可能な限りガラスビーズを取り除く。その
後、純水の入つたガラス製の容器に入れ、超音波
洗浄を常温で約20分間行ない、ついで純水の流水
中でよく洗浄し、さらに純水をアルコールにして
超音波洗浄を常温で約20分間行なう。
In such a treatment, for example, 300 to 400 meshes of glass beads are sprayed onto any part of the surface of the substrate at an air pressure of 2 kg/cm 2 to 5 kg/cm 2 . When spraying onto the surface of the base material, it is preferable to spray evenly onto the required areas. In order to remove the glass beads left by such treatment, 2 kg/
Blow dry air at an air pressure of cm 2 to 5 Kg/cm 2 to remove as much glass beads as possible. After that, place it in a glass container filled with pure water, perform ultrasonic cleaning at room temperature for about 20 minutes, then thoroughly wash it under running pure water, and then use alcohol in the pure water and perform ultrasonic cleaning at room temperature for about 20 minutes. Do this for 20 minutes.

かかる処理後、チタニウム又はチタニウム合金
からなる基材表面に汚点が残らないようにチツ素
ガスを2Kg/cm2〜5Kg/cm2の圧力で吹き付け、温
度70〜90℃で20分間乾燥する。
After this treatment, nitrogen gas is sprayed at a pressure of 2 kg/cm 2 to 5 kg/cm 2 so that no spots remain on the surface of the substrate made of titanium or titanium alloy, and the substrate is dried at a temperature of 70 to 90° C. for 20 minutes.

本発明の表面処理方法は、ついでチタニウム又
はチタニウム合金からなる基材表面にめつきする
のを容易にするためにイオンプレーテイング装置
を使つてアルミニウムを被覆するのである。
In the surface treatment method of the present invention, aluminum is then coated using an ion plating device to facilitate plating on the surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy.

かかる処理に先だつてチタニウム又はチタニウ
ム合金からなる基材表面のゴミ付着を除去し、清
浄な状態を保つための所要の処理を行なつた後、
装置に入れて、イオンプレーテイングによるアル
ミニウム皮膜生成前に表面に付着した水分の除去
を加熱によつて除去することが望ましい。次に真
空槽を10-4TORR迄排気し、不活性ガスを充てん
しイオンプレーテイングするチタニウム又はチタ
ニウム合金からなる基材表面に数100Vの負の電
圧を印加し、アルミニウム蒸発用るつぼとの間に
グロー放電を起こさせるのである。グロー放電に
よつてチタニウム又はチタニウム合金からなる基
材表面がクリーニングされ、つぎの放電でアルミ
ニウムが部分的にイオン化して、負に帯電したチ
タニウム又はチタニウム合金からなる基材表面に
ひきつけられて大きなエネルギーを持つて蒸着さ
れるので密着のよいアルミニウムの皮膜が得られ
る。この場合、次にめつきを行うので膜厚を20か
ら30ミクロンにすることが好ましい。
Prior to such treatment, after removing dust adhering to the surface of the base material made of titanium or titanium alloy and performing the necessary treatment to maintain a clean state,
It is desirable to remove moisture adhering to the surface by placing it in a device and heating it before forming an aluminum film by ion plating. Next, the vacuum chamber was evacuated to 10 -4 TORR, filled with inert gas, and a negative voltage of several 100 V was applied to the surface of the titanium or titanium alloy substrate to be ion-plated. This causes a glow discharge to occur. The glow discharge cleans the surface of the base material made of titanium or titanium alloy, and the aluminum is partially ionized in the next discharge and is attracted to the negatively charged surface of the base material made of titanium or titanium alloy, generating a large amount of energy. Since the aluminum film is vapor-deposited by holding it in place, an aluminum film with good adhesion can be obtained. In this case, since plating is performed next, the film thickness is preferably 20 to 30 microns.

本発明の表面処理は、ついで常法によりアルミ
ニウムの前処理を行なつて銅、金めつきを所要の
膜厚付着させるのである。
In the surface treatment of the present invention, aluminum is then pretreated by a conventional method to deposit copper or gold plating to a desired thickness.

かかる処理は、例えば脱脂、酸洗い、亜鉛置
換、銅ストライク等のアルミニウムの前処理工程
を経て良電気伝導を得るために銅めつきを行な
い、さらに金めつきを行なうのである。
Such treatment involves pre-treatment of aluminum, such as degreasing, pickling, zinc substitution, and copper strike, followed by copper plating to obtain good electrical conductivity, and then gold plating.

かかる処理において、銅めつき皮膜の比抵抗値
は1.72×10-6Ω−cm、金めつき皮膜の比抵抗値は
2.2×10-6Ω−cmであるために、電波回路部品に
適用する場合、使用する周波数に従つて下記の関
係により銅めつき膜厚を厚くし、金めつき膜厚は
銅めつきの腐食防止及び熱放射特性を得るために
適用するのであるから可能な限り薄くした方がよ
い。
In this treatment, the specific resistance value of the copper plating film was 1.72×10 -6 Ω-cm, and the specific resistance value of the gold plating film was 1.72×10 -6 Ω−cm.
2.2×10 -6 Ω-cm, so when applied to radio circuit components, the thickness of the copper plating should be increased according to the following relationship according to the frequency used, and the thickness of the gold plating should be adjusted to prevent corrosion of the copper plating. Since it is applied to obtain prevention and heat radiation properties, it is better to make it as thin as possible.

又、銅めつき、金めつき浴は光沢剤の含まない
ものを適用することによつて、良電気伝導性効果
が増大する。
Furthermore, by applying a copper plating or gold plating bath that does not contain a brightening agent, the effect of good electrical conductivity is increased.

〔作用〕[Effect]

この発明においてはイオンプレーテイング法に
よつてチタニウム又はチタニウム合金からなる基
材表面にアルミニウムを付着させるので、その後
のめつき処理方法がいちじるしく容易となる。
In the present invention, since aluminum is attached to the surface of the base material made of titanium or a titanium alloy by the ion plating method, the subsequent plating process is considerably facilitated.

又、この発明において、常法によりアルミニウ
ムの前処理を行なつた後、銅めつきを行ない、さ
らに金めつきを行なつているので優れた電気伝導
性及び熱放射特性が得ることができる。
Further, in this invention, aluminum is pretreated by a conventional method, and then copper plating is performed and then gold plating is performed, so that excellent electrical conductivity and heat radiation characteristics can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下において実施例を掲げ、この発明を更に詳
しく説明する。
The present invention will be described in more detail below with reference to Examples.

実施例 直径20mm厚さ10mmを有する純チタニウムからな
る基材を次に示す工程に従つて処理した。
Example A substrate made of pure titanium having a diameter of 20 mm and a thickness of 10 mm was treated according to the following steps.

(1) トリクレン脱脂 温度80〜90℃ 時間90秒間
浸漬した。
(1) Triclean degreasing Immersed at a temperature of 80 to 90°C for 90 seconds.

(2) ドライホーニング #300メツシユのガラスビーズを空気圧3
Kg/cm2で吹き付けた。その後、乾いた空気を空
気圧3Kg/cm2で吹き付け表面に付着したガラス
ビーズを除去した。
(2) Dry honing #300 mesh glass beads with air pressure 3
Sprayed at Kg/ cm2 . Thereafter, glass beads adhering to the surface were removed by blowing dry air at an air pressure of 3 kg/cm 2 .

(3) 純水に浸漬し、超音波洗浄 常温、時間20分
間 (4) 純水の流水洗 常温、時間 適宜 (5) アルコールに浸漬し超音波洗浄 常温、時間
20分間 (6) チツ素ガス吹き付ける。
(3) Immerse in pure water and perform ultrasonic cleaning at room temperature for 20 minutes (4) Rinse with running pure water at room temperature for time as appropriate (5) Immerse in alcohol and perform ultrasonic cleaning at room temperature for time
Spray nitrogen gas for 20 minutes (6).

(7) 乾燥 温度70〜90℃ 時間20分間 (9) イオンプレーテイング装置に入れ、基材を温
度300℃に予熱し、その後真空槽を10-4TORR
迄排気し、アルゴンガスを封入後基材に150V
の負の電圧を印加し、アルミニウムを25ミクロ
ン蒸着した。
(7) Drying Temperature: 70 to 90℃ Time: 20 minutes (9) Place the substrate in an ion plating device and preheat it to a temperature of 300℃, then heat the vacuum chamber to 10 -4 TORR
After evacuating and filling with argon gas, apply 150V to the base material.
A negative voltage of 25 μm was applied to deposit 25 microns of aluminum.

(10) アルカリ洗浄 温度50〜70℃ 時間20秒 (11) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (12) 硝酸浸漬 常温 時間10〜20秒 (13) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (14) 亜鉛置換 常温 時間40〜60秒 (15)流水洗 常温 時間20〜30秒 (16) 希硫酸浸漬 常温 時間10〜20秒 (17) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (18) 亜鉛置換 常温 時間40〜60秒 (19) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (20) 銅ストライクめつき 温度20〜35℃ 電流
密度3A/dm2 時間5分 (21) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (22) 銅めつき 温度50〜70℃ 電流密度2A/d
m2 時間15分 (23) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (24) 金ストライクめつき 常温 電圧5V 時間
5〜15秒 (25) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (26) 金めつき 温度60〜80℃ 電流密度0.5/d
m2 時間6分 (27) 流水洗 常温 時間20〜30秒 (28) 純水洗 常温 時間60〜90秒 (29) 純温洗 温度80〜100℃ 時間60〜90秒 (30) 乾燥 温度40〜60℃ 時間30〜60分 以上の処理をして得ためつき品の密着強度は使
用条件に十分耐え得るものであり、Gier Dunkle
DB100により測定した赤外線放射率は0.05%であ
つた。
(10) Alkaline cleaning Temperature 50-70℃ Time 20 seconds (11) Running water washing Room temperature Time 20-30 seconds (12) Nitric acid immersion Room temperature Time 10-20 seconds (13) Running water washing Room temperature Time 20-30 seconds (14) Zinc Replacement Room temperature Time 40-60 seconds (15) Rinse with running water Room temperature Time 20-30 seconds (16) Dilute sulfuric acid immersion Room temperature Time 10-20 seconds (17) Rinse room temperature Time 20-30 seconds (18) Zinc replacement Room temperature Time 40- 60 seconds (19) Washing under running water at room temperature Time 20-30 seconds (20) Copper strike plating Temperature 20-35℃ Current density 3A/dm 2 hours 5 minutes (21) Washing under running water Room temperature Time 20-30 seconds (22) Copper plating Temperature 50-70℃ Current density 2A/d
m 2 hours 15 minutes (23) Washing under running water Room temperature Time 20-30 seconds (24) Gold strike plating Room temperature Voltage 5V Time 5-15 seconds (25) Washing under running water Room temperature Time 20-30 seconds (26) Gold plating Temperature 60 ~80℃ Current density 0.5/d
m 2 hours 6 minutes (27) Washing with running water Room temperature Time 20-30 seconds (28) Pure water washing Room temperature Time 60-90 seconds (29) Pure warm washing Temperature 80-100℃ Time 60-90 seconds (30) Drying Temperature 40- The adhesion strength of the product obtained by processing at 60℃ for 30 to 60 minutes or more is sufficient to withstand the usage conditions, and Gier Dunkle
The infrared emissivity measured by DB100 was 0.05%.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明の表面
処理方法によれば、従来湿式めつき方法では困難
とされていたチタニウム又はチタニウム合金から
なる基材表面処理が乾式めつき法と湿式めつき法
との組合せにより容易となり、今迄制約されてい
た用途の道を切り開いたものである。又、チタニ
ウム又はチタニウム合金の優れた比強度に加え電
気的良伝導性及び熱放射特性を有し、今後高成長
が期待されている航空宇宙用機器用材料として重
要な地位を占めるものと確信する。
As is clear from the above description, according to the surface treatment method of the present invention, surface treatment of a substrate made of titanium or titanium alloy, which was considered difficult with conventional wet plating methods, can be performed using both dry plating method and wet plating method. By combining it with the above, it became easier, opening up a way of application that had been restricted until now. Furthermore, in addition to the excellent specific strength of titanium or titanium alloys, it has good electrical conductivity and heat radiation properties, and we are confident that it will occupy an important position as a material for aerospace equipment, which is expected to see high growth in the future. .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 チタニウム又はチタニウム合金からなる基材
表面を機械的方法により所要の表面粗さに仕上
げ、ついでアルミニウムを乾式めつきによつて20
〜30μm付着させ、その後常法によりアルミニウ
ムの前処理を行なつて、銅めつきを行ない、さら
に金めつきを行なうことを特徴とするチタニウム
又はチタニウム合金への表面処理方法。
1 The surface of a base material made of titanium or titanium alloy is finished to the required surface roughness by a mechanical method, and then aluminum is coated with 20% by dry plating.
A method for surface treatment of titanium or titanium alloy, characterized in that a thickness of ~30 μm is deposited, and then aluminum is pretreated by a conventional method, copper plating is performed, and further gold plating is performed.
JP20880584A 1984-10-04 1984-10-04 Surface treatment of titanium or titanium alloy Granted JPS6187893A (en)

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JPS6187893A JPS6187893A (en) 1986-05-06
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