TW201341176A - 金屬材料、金屬材料之表面處理方法、以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法、導電性材料之表面處理裝置及導電性材料之表面處理方法 - Google Patents

金屬材料、金屬材料之表面處理方法、以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法、導電性材料之表面處理裝置及導電性材料之表面處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明的金屬材料，係具備有金屬材料基材2、與在金屬材料基材2表面上所形成的改質層；其中，改質層係在10μm2範圍內平均具備有3個以上從金屬材料基材2表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且從金屬材料基材2表面突出的突起部3。改質層較佳係具備有：從金屬材料基材2表面突出的基部、以及在基部端部所形成的前端部；且在10μm2範圍內平均具備有1個以上從金屬材料基材2表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且具有基部外徑較小於前端部外徑之細腰構造的突起部。藉此便可提供具有親水特性及發光特性等新穎機能的金屬材料。

Description

金屬材料、金屬材料之表面處理方法、以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法、導電性材料之表面處理裝置及導電性材料之表面處理方法
本發明係關於金屬材料、金屬材料之表面處理方法、以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法、導電性材料之表面處理裝置、及導電性材料之表面處理方法。
近年，強烈期待對金屬材料賦予新穎機能。具體而言，意味著除諸如強度、加工性、耐蝕性等金屬材料原本便具有之有利特性外，諸如親水特性、撥水特性、發光特性等相關金屬表面新穎機能，開拓金屬材料的新穎利用領域，受大幅期待。就從此種背景，最近有就將鍍敷層、氧化層、表面硬化層、提升表面粗糙度的改質層等改質層，形成於金屬表面上的研究如火如荼地展開。舉一例而言，有如：以金屬表面為陽極氧化而形成微細構造的技術(參照非專利文獻1)、利用電解加工形成表面微細構造的技術(參照非專利文獻2)等。
[先前技術文獻] [非專利文獻]
非專利文獻1：高橋英明、坂入正敏、菊地龍也、JHA Himendra表面技術Vol.60(2009)No.3 p.14
非專利文獻2：電解加工對微細加工的應用與理論 夏恒 表面技術 Vol.61(2010)No.4 294
為能對金屬材料表面賦予親水特性、撥水特性、發光特性的新穎機能，就從1μm以下的微觀觀點，必需設計表面改質層的構造與組成。然而，至習知為止的研究係以加工性、耐蝕性等機能的提升為目的，因為依微米等級設計表面改質層的構造與組成，因而新機能的顯現嫌不足。例如提升表面粗糙度的方法，有提案使具有消光結構(dull structure)的輥押抵於金屬材料表面上的方法。但是，依照該方法所形成金屬材料表面的凹凸係具有微米等級以上的大小。因而，金屬材料表面具有利用油保持，而提升加工性及使表面外觀呈均勻的效果，但並無顯現出新機能。又，就提高汽車外板塗裝密接性的方法，有提案在金屬材料表面上形成磷酸鹽結晶的方法。但是，依照該方法所形成磷酸鹽結晶的粒徑具有數微米大小。所以，金屬材料表面並沒有顯現出新機能。
另一方面，現有報告的微細構造形成技術中，如非專利文獻1所記載技術，對金屬表面施行陽極氧化而形成微細構造的技術係形成微細的孔，限定所能賦予的機能。又，因為表面成為氧化層，因而表面物性便被氧化物種所限定。又，如非專利文獻2所記載方法之使用電解加工的方法，為形成表面微細構造必需使被處理表面與對向電極間之距離非常縮短，但此項控制非常困難。
本發明係有鑑於上述問題而完成，其目的在於提供：具有親水特性與發光特性等新穎機能的金屬材料。
再者，本發明另一目的在於提供：能在不需要耗費較多 勞力與費用之情況下，對金屬材料表面賦予高撥水特性的金屬材料之表面處理方法、及以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法。
再者，本發明另一目的在於提供：能依低成本且有效率地製造對表面既定地方或橫跨表面廣泛面積施行處理，而形成奈米等級微細構造之導電性材料的導電性材料之表面處理裝置及表面處理方法。
本發明的金屬材料，係具備有金屬材料基材、與在上述金屬材料基材表面上所形成的改質層；其中，上述改質層係在10μm2範圍內平均具備有3個以上從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且從上述金屬材料基材表面突出的突起部。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述改質層係具備有：從上述金屬材料基材表面突出的基部、以及在上述基部端部所形成的前端部；且在10μm2範圍內平均具備有1個以上從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且具有上述基部外徑較小於上述前端部外徑之細腰構造的突起部。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述突起部從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為500nm以下。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述突起部所形成的位置係在上述金屬材料基材的面內方向上未具週期性。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述改質層係具備有從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑500nm以下的凹部。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述金屬材料 基材係由合金鋼形成。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述金屬材料基材係由鋼材形成。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述金屬材料基材的組成與上述突起部的組成係不同。
本發明的金屬材料係就上述發明，其中，上述金屬材料基材與上述突起部係連續性連接。
本發明第1態樣的金屬材料之表面處理方法，係包括有：使具有被處理表面且由金屬材料所構成並當作陰極電極用的被處理材、與陽極電極浸漬於電解溶液中之步驟；藉由在上述陰極電極與上述陽極電極之間，施加70V以上且被處理材不會氧化或熔解之範圍的電壓，而在上述被處理表面上形成微細構造的步驟；從上述電解溶液中取出上述被處理材，並洗淨該被處理材的步驟；以及對經洗淨的上述被處理材之上述被處理表面施行撥水處理的步驟。
本發明第2態樣的金屬材料之表面處理方法，係包括有：使具有被處理表面且由金屬材料所構成並當作陰極電極用的被處理材、與陽極電極浸漬於電解溶液中的步驟；藉由在上述陰極電極與上述陽極電極之間施加70V以上且200V以下的電壓，而在上述被處理表面上形成微細構造的步驟；從上述電解溶液中取出上述被處理材，並洗淨該被處理材的步驟；以及對經洗淨的上述被處理材之上述被處理表面施行撥水處理的步驟。
本發明的以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法，係包括有：使具有被處理表面且當作陰極電極用之被處理材的金屬材料、與陽極電極浸漬於電解溶液中之步驟；藉由在上述陰極電極 與上述陽極電極之間施加70V以上且200V以下的電壓，而在上述被處理材的金屬材料表面上形成微細構造之步驟；從上述電解溶液中取出上述金屬材料，並洗淨該金屬材料的步驟；以及對經洗淨的上述金屬材料之上述被處理表面施行撥水處理的步驟。
本發明的導電性材料之表面處理裝置，係具備有：在電解溶液中相互離隔浸漬的陽極電極、與由導電性材料構成的陰極電極；介設於上述陽極電極與上述陰極電極之間，並具有限定上述陰極電極被處理部分之開口部的遮蔽物；以及在上述陽極電極與上述陰極電極之間施加電壓的電源。
本發明的導電性材料之表面處理裝置係就上述發明，其中，具備有使上述開口部的位置及/或上述陽極電極與上述陰極電極間之相對位置變化的機構。
本發明的導電性材料之表面處理裝置係就上述發明，其中，上述電源係在陽極電極與陰極電極之間施加60V以上且300V以下的電壓。
本發明的導電性材料之表面處理裝置係就上述發明，其中，上述遮蔽物係被覆於陰極電極表面且具有上述開口部之絕緣性耐熱材料。
本發明的導電性材料之表面處理裝置係就上述發明，其中，上述導電性材料係金屬材料。
本發明的導電性材料之表面處理方法，係利用本發明的導電性材料之表面處理裝置，對導電性材料的表面施行處理。
根據本發明的金屬材料，可提供具有親水特性及發光特 性等新穎機能的金屬材料。
根據本發明的金屬材料之表面處理方法、及以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法，能在不需要耗費較多勞力與費用之情況下，對金屬材料表面賦予高撥水特性。
根據本發明的導電性材料之表面處理裝置及表面處理方法，能依低成本且有效率地製造於表面既定地方或橫跨表面廣泛面積，形成奈米等級微細構造的導電性材料。
1‧‧‧金屬材料
2‧‧‧基材
3‧‧‧突起部
11‧‧‧容器
12‧‧‧電解溶液
13‧‧‧陽極電極
14‧‧‧被處理材(陰極電極)
15‧‧‧導線
16‧‧‧電源
17‧‧‧溫度計
21‧‧‧表面處理裝置
22‧‧‧改質處理槽
23‧‧‧電解溶液
24‧‧‧陽極電極
25‧‧‧陰極電極(被處理材)
26‧‧‧直流電源
27‧‧‧箱
28‧‧‧開口部
28a‧‧‧傾斜部
圖1A係本發明一實施形態的金屬材料構成平面圖。
圖1B係圖1A的A-A線剖面圖。
圖2係在冷軋鋼板表面上形成的突起部一例之SEM照片圖。
圖3係突起部外徑的計算方法說明示意圖。
圖4係突起部的細腰構造說明示意圖。
圖5係在冷軋鋼板上所形成具有細腰構造的突起部一例之SEM照片圖。
圖6係在冷軋鋼板上所形成具有細腰構造的突起部一例之剖面TEM照片圖。
圖7係在不銹鋼表面上所形成凹部一例的SEM照片圖。
圖8係在不銹鋼表面上所形成凹部一例的SEM照片圖。
圖9係具有與基材組成呈不同組成的突起部一例之剖面TEM照片圖。
圖10係在冷軋鋼板上連續性形成突起部的樣子之剖面TEM照片圖。
圖11係本發明一實施形態的金屬材料之表面處理流程之流程圖。
圖12係本發明一實施形態的金屬材料之表面處理方法中，所使用裝置的一構成例示意圖。
圖13係經表面處理過的SUS316L不銹鋼表面之SEM照片圖。
圖14係對圖13所示不銹鋼表面施行撥水處理後，從橫方向所觀察到在表面上滴下蒸餾水的狀態圖。
圖15係本發明一實施形態的導電性材料之表面處理裝置之構成示意圖。
圖16係圖15所示表面處理裝置的變化例示意圖。
圖17係圖15所示表面處理裝置的變化例示意圖。
圖18係開口部的構成圖。
圖19A係對陽極電極與陰極電極之間施加150V時，開口部長度方向左邊的次級電子影像圖。
圖19B係對陽極電極與陰極電極之間施加150V時，開口部長度方向中央處的次級電子影像圖。
圖19C係對陽極電極與陰極電極之間施加150V時，開口部長度方向右邊的次級電子影像圖。
圖20係開口部大小設為5mm×5mm及5mm 並施行處理後，陰極電極外觀圖。
圖21係開口部大小設為5mm 並施行處理後，陰極電極表面的SEM影像圖。
圖22係未施行表面處理的陰極電極表面之SEM影像圖。
〔金屬材料〕
圖1A、1B分別所示係本發明一實施形態的金屬材料構成平面圖、及圖1A中之A-A線剖面圖。如圖1A、1B所示，本發明一實施形態的金屬材料1係具備有：基材2、以及在基材2的表面上所形成當作改質層用的突起部3。基材2係由金屬材料形成。金屬材料係可例示如；含不銹鋼的合金鋼、含有Fe與C及視需要在3質量%以下程度之微量合金元素的冷軋鋼板等鋼材、軟質鋼板、拉伸強度2GPa等級的高強度鋼板、熱軋鋼板等。基材2的形狀並無特別的限定，可利用板狀、棒狀、線狀、或管狀等形狀。又，基材2亦可為由複數構件進行熔接者。又，當基材2係板狀的情況，其板厚並無限定，從100μm以下的金屬箔起至厚度達3mm以上的厚鋼板均可使用。
突起部3係利用從基材2的表面之垂直方向觀看時，平均直徑R為1μm、較佳為500nm以下從基材2的表面突出之微細構造形成。圖2所示係在冷軋鋼板表面上所形成突起部一例的掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)照片圖。圖中，箭頭所示係突起部3。該突起部3係藉由分別以冷軋鋼板及白金電極為陰極電極及陽極電極，並在濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中依135V通電30分鐘而形成。此情況，如圖3所示，從冷軋鋼板表面的垂直方向觀看時之突起部3的平均直徑R，係想像具有與由突起部3之輪廓所包圍面積為相同面積的圓C，藉由計算出該圓C的直徑R便可求得。藉由此種突起部3在10μm2範圍內平均形成3個以上，便可對基材2的表面賦予發光特性與親水特性。藉由提高親水特性，在金屬表面上便不易形成液滴，結果具有不易附著有機物等髒污的潔淨化作用，可期待使用於反射強度不易降低的光反射板等各種用途。突起部3的面內分佈並無限定，就未具有特別週期性之事在製造上較為有利。例如為製造 出具有突起部3呈列狀週期性的表面，便需要過多的步驟，導致製造上較為不利。
如圖4所示，當突起部3係具有基部3a外徑Lrmin較小於前端部3b外徑Lrmax的構造(即細腰構造)時，相較於未具有細腰構造的情況下，基材2的比表面積與內部空隙在表觀上變大。所以，可更加提升會對比表面積造成影響的親水特性等。又，具有細腰構造的突起部3可期待對基材2表面賦予表面的化學反應與其促進機能、以及提升與在基材2表面上所形成薄膜層間之密接性的效果。所以，具有基部3a外徑Lrmin較小於前端部3b外徑Lrmax之細腰構造的突起部3，最好在10μm2範圍內平均形成1個以上。因為親水特性係比表面積越大則越高，因而突起尺寸越小、突起數越多則越有利，又具有細腰之突起構造的表面，因為比表面積會更加變大，因而更加提升親水特性。
具有細腰構造的突起部3係利用下述方法便可確認：(1)利用FIB(Focused Ion Beam，聚焦離子束加工)法等製作金屬材料表面的剖面試料，再利用SEM或穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope：TEM)觀察該剖面試料的方法；(2)使金屬材料傾斜並利用SEM進行觀察的方法等。圖5所示係冷軋鋼板上所形成具有細腰構造的突起部3一例之SEM照片圖。此係使試料呈70度傾斜並拍攝的影像。圖6所示係在冷軋鋼板上所形成具有細腰構造的突起部3一例之剖面TEM照片圖。具有細腰構造的突起部係指如下所示數式(1)，基部3a外徑Lrmin為前端部3b外徑Lrmax大小的90%以下，較佳係如下示數式(2)，基部3a外徑Lrmin為前端部3b外徑Lrmax大小的80%以下之構造。圖5所示例子，Lrmin/Lrmax的值係0.38，圖6所示例子， Lrmin/Lrmax的值係0.62。基部3a的外徑Lrmin係從金屬材料基材表面的垂直方向觀看基部3a時，基部3a的最小外徑；而前端部3b的外徑Lrmax係從金屬材料基材表面的垂直方向觀看時，前端部3b的最大外徑。
[數1]Lrmin/Lrmax≦0.9......(1)
[數2]Lrmin/Lrmax≦0.8......(2)
基材2的表面上，除突起部3之外，最好形成從基材2表面的垂直方向觀看時之平均直徑在1μm以下、較佳係500nm以下的凹部。藉由除突起部3之外尚形成凹部，便可更加大金屬材料的表面積，因而可更加提升金屬材料表面的發光特性與親水特性。又，藉由在凸部以外存在有凹部，便可使保持更多的潤滑油與機能性液體並能保持更久，因而可對基材2的表面賦予新穎機能。
圖7與圖8所示係在不銹鋼表面上所形成凹部一例的SEM照片圖。圖7所示係從金屬材料表面正上方所觀察到的金屬材料樣子，圖8所示係使金屬材料呈60度傾斜時所觀察到的金屬材料樣子。圖7與圖8所示凹部，係藉由分別以SUS430不銹鋼及白金電極當作陰極電極及陽極電極，並在濃度0.1mol/L的K2CO3水溶液中，依115V通電30分鐘而形成。圖中的箭頭係表示凹部。由圖7與圖8中得知，在不銹鋼表面上到處形成具有200nm至500nm左右大小的凹部。
形成突起部3的物質係可具有與基材2相同組成、亦可為不同組成，可配合目的而分開使用。圖9所示係具有基材2組成為不同組成的突起部3一例之剖面TEM照片圖。圖9所示例子，基材2 係利用SUS316不銹鋼形成，突起部3中的Cr濃度變為較小於基材2中的Cr濃度。根據此種構造，能期待在活用SUS316不銹鋼的特點之下，可更有效地活用Ni的觸媒機能。若舉一例而言，以Ni為有效成分的水蒸氣改質觸媒會有能直接利用的可能性。此情況，已知Cr會使觸媒性能降低，因而可期待降低Cr的影響。又，因為本發明的突起構造係比表面積較大，因而熱交換性優異。此現象亦有利作為觸媒反應基材。
基材2與突起部3最好呈連續體。藉由基材2與突起部3係呈連續體，便可提高突起部3的強度。圖10所示係在冷軋鋼板上連續性形成突起部的樣子之剖面TEM照片圖。雖未圖示，經針對突起部3的區域R1與基材2的區域R2進行結晶方位解析，結果突起部3係單結晶，具有與基材2大致相同的結晶方位。此種連續構造係對機械作用與化學作用呈安定，除突起部3不易脫落之外，針對突起部3中不被喜好的異種物質與異種元素之情況亦屬有效。又，此種連續構造係藉由將易氧化性合金元素(例如Cr)含有量較少的鋼材或金屬，使用為基材2便可形成。
具有此種構造的金屬材料1之製造方法一例，利用電解溶液中的放電便可進行製造。具體而言，分別將被處理材與白金等鈍性金屬當作陰極電極與陽極電極，在電解溶液中對電極施加60至140V左右的直流電壓。施加電壓的範圍係依照被處理材而異，一邊利用SEM確認被處理材的表面構造便可輕易容易決定。藉由處理時間與施加電壓在適合範圍內進行變化，便可控制突起部的平均直徑。具體而言，相同素材的情況，施加電壓越大，則處理時間越長，具電解溶液液面的位置越深，便越能增加突起部的平均直徑。
但，若施加電壓成為完全電漿狀態的值，鐵或不銹鋼等的表面便會過度熔解、或遭氧化。不易形成微細的突起構造。為賦予細腰構造，必需在表面不會遭過度熔解或氧化的範圍內，選定放電能量密度較高的條件。其中一例，提高設定施加電壓、或依使電場集中的方式縮小處理對象區域便屬有效。此情況，亦是藉由由利用SEM觀察處理表面的結果、與處理條件進行比較便可決定較佳條件。又，圖9所示Ni呈濃化、而缺乏Cr的突起構造係藉由提高設定放電電壓便可形成。其他，先製作突起構造，接著再於溶液中供應元素，便可對表面賦予新的元素。所謂「完全電漿狀態」係指在放電時，混雜著橙色的發光、或以橙色為主體的發光，覆蓋著陰極電極表面的狀態。
〔實施例1〕
將軟質冷軋鋼板(CRS、大小2mm×20mm×0.7mm)及Pt分別當作陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中，對陰極電極及陽極電極通電入不同的通電電壓而製作試料。然後，利用SEM觀察經通電後的軟質冷軋鋼板表面，評價表面上所形成突起部的平均直徑與密度。此時，因為依照距水溶液液面的深度，所觀察到何種程度的處理會有不同，因而相關其中一部分試料便依距液面的深度不同部分，從軟質冷軋鋼板上切取樣品，並施行表面觀察。突起部的平均直徑係從任意選取的12μm×9μm範圍中，任意選擇20個突起部的直徑之平均值；密度係上述範圍內的突起部數量除以108μm2(=12μm×9μm)再乘上10μm2，而求得平均10μm2的突起部個數結果。評價結果係如下表1所示。表1所示實驗No.1-7的試料係在上述水溶液中施行通電前的軟質冷軋鋼板。由表1所示實驗No.1-1至1-6的試料、與實驗No.1-7的試料之比較得知，藉由通電處理，確認到便可獲得本發明具 有突起部的改質層。又，藉由降低施加電壓，確認到可縮小突起部的平均直徑、且能增加突起部的密度。又，如實驗No.1-6的試料所示，藉由縮短液面距處理表面間的距離，亦可縮小突起部的平均直徑、且能增加突起部的密度。
〔實施例2〕
將SUS316不銹鋼(大小25mm×2.5mm×0.8mm)及Pt分別當作陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中，對陰極電極及陽極電極通電入不同的通電電壓而製作試料。然後，利用SEM觀察經通電後的SUS316不銹鋼表面，就表面上所形成突起部的平均直徑與密度施行與實施例1同樣的評價。此時，因為依照距水溶液液面的深度，所觀察到何種程度的處理會有不同，因而相關其中一部分試料便依距液面的深度不同部分，從軟質冷軋鋼板上切取樣品，並施行表面觀察。又，測定通電後的SUS316不銹鋼表面之光致發光。裝置係使用日本分光(股)製FP6200，依開始波長350nm、結束波長600nm、激發波長435nm施行測定。具體而言，從通電後的不銹鋼表面所獲得光致發光光譜，確認到在由通電前的不銹鋼表面所獲得光致發光光譜中，沒有看到之以波長430nm附近為中心的發光尖峰。此處，本實施例於光致發光測定時，測定該發光尖峰的強度。將本實施例內獲得最 大發光強度的實驗No.2-5之發光尖峰高度設為10，並將未處理且未觀測到該發光尖峰的實驗No.2-7之發光尖峰高度設為0施行評價。評價結果如以下表2所示。如表2所示，本發明具有突起部的不銹鋼表面(實驗No.2-1至2-5之試料)，相較於未處理且未具有突起部的不銹鋼表面(實驗No.2-7之試料)、或突起遠超過1000nm的實驗No.2-6之試料，確認到具有高發光特性。發光特性係突起部的尺寸越小則會變為越大，突起部的平均直徑在500nm以下能獲得特別高的發光特性。由此項結果可期待本發明具有突起部的不銹鋼可利用為顯示元件、及利用可見光區域光之元件的金屬材料。
〔實施例3〕
使用SUS316不銹鋼(厚度1mm×寬2.5mm×長度30mm)。利用Dia Wrap ML-150P對表面施行鏡面研磨。將該不銹鋼及Pt分別使用為陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.1mol/L的K2CO3水溶液300cm3中，對陰極電極及陽極電極通電入不同通電電壓15分鐘而製作試料。實驗後的電極(SUS316不銹鋼)經利用蒸餾水充分清洗後，充分乾燥，再施行距液面的深度為30mm、28mm、26mm等3處的部分表面之接觸角測定實驗。利用微量吸管滴下1μl的蒸餾水(和光純藥工業公司製)，利用照相機(Canon公司製EOS Kiss X2)從正橫向拍攝各個水滴，從照片 測定液滴的高度(h)、接觸長度(l)，從θR=2tan-1(2h/l)求取各個接觸角(θR)並計算出平均值，設定為具液面的深度30mm部分之接觸角。
待接觸角測定實驗結束後，使其充分乾燥，針對表面上所形成突起部的平均直徑與密度施行與實施例1同樣地評價。又，為評價所獲得試料的表面積對平滑表面會有何種程度的增加，便將平滑表面的表面積設為1時的試料表面積當作比表面積，並根據以下的假設進行計算。即，假設具有依上述所求得平均直徑的半球狀突起係依上述所求得密度存在於平滑表面上，並計算出相對於平滑表面係成為幾倍。結果如以下表3所示。如表3所示，本發明範圍內的實施例相較於未處理且未具有本發明改質層的試料(實驗No.3-1)、或改質層性狀逾越本發明範圍外的試料(實驗No.3-6)，得知接觸角較小、親水特性獲提升。
〔實施例4〕
將軟質冷軋鋼板(大小1.5mm×20mm×0.7mm)及Pt分別當作陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中，通電電壓設為110V，對陰極電極及陽極電極通電30分鐘而製作試料。本實施例中，為使電場集中，便將試料寬度設為與實施例1、2不同的1.0mm。然後，經通電後，相關距液面的深度15mm部分，依照與實施例3同樣的方法測定1個地方的接觸角。結果係接觸角45°。又，接觸角測定 後，經乾燥，利用SEM觀察相同部分的表面，針對表面上所形成突起部的平均直徑與密度依照與實施例1同樣地施行評價。代表性SEM照片係如圖5所示。評價結果，從上面所看到的突起平均直徑係350nm。又，評價具有細腰構造的突起之密度。具有細腰構造的突起之密度，係計數在與評價突起部平均直徑與密度部分(範圍)為相同的部分中，具有細腰構造的突起數量，並與突起部的密度同樣，計算出平均10μm2的平均數而求得。結果，確認到平均存在有3個。
〔實施例5〕
將軟質冷軋鋼板(大小1.5mm×20mm×0.7mm)及Pt分別當作陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中，通電電壓設為95V並對陰極電極及陽極電極通電10分鐘而製作試料。然後，經通電後，相關距液面的深度15mm部分處，依照與實施例3同樣的方法測定1個地方的接觸角。結果係接觸角60°。又，在接觸角測定後，經乾燥，利用SEM觀察相同部分的表面，針對表面上所形成突起部的平均直徑與密度、及具有細腰構造的突起之密度，依照與實施例1同樣地施行評價。評價結果確認到從上方看到的突起平均直徑係350nm，具有細腰構造的突起在10μm2內平均存在有1個。
〔實施例6〕
將6質量%C-2質量%Si-2質量%Cr鋼施行軋延加工，針對剖面經評價25g的維氏強度，結果為900，確認到屬於2GPa級的超高強度鋼。將該鋼材切斷為大小1mm×20mm×0.7mm者、及Pt分別當作陰極電極及陽極電極，浸漬於濃度0.1mol/L的K2CO3水溶液中，通電電壓設為110V，對陰極電極與陽極電極通電30分鐘。然後，經通電後，利用SEM觀察距液面的深度18mm部分處之軟質冷軋鋼板表面，並針對表 面上所形成突起部的平均直徑與具有細腰構造的突起之密度進行評價。評價結果確認到從上方看到的突起之平均直徑係400nm，具有細腰構造的突起在10μm2內平均存在有2個。
〔金屬材料之表面處理方法〕
圖11所示係本發明一實施形態的金屬材料之表面處理流程之流程圖。圖12所示係本發明一實施形態的金屬材料之表面處理方法中，所使用裝置一構成例的示意圖。如圖11所示，本發明一實施形態的金屬材料之表面處理，首先將屬於金屬材料且當作陰極電極用的被處理材、與陽極電極浸漬於電解溶液中，藉由對陰極電極與陽極電極之間施加電壓，而在被處理材的表面上形成微細構造(步驟S1)。具體而言，如圖12所示，在容器11內的電解溶液12中浸漬著陽極電極13與被處理材14，再經由銅絲線等導線15，從電源16對陽極電極13與被處理材14施加電壓，而在被處理材14的表面上形成微細構造。
電解溶液12並無特別的限定，係具有導電性，且當施行被處理材14的表面處理時，不易發生例如：被處理材14表面遭過度蝕刻、附著或析出於陽極電極13與被處理材14表面上、形成沉澱物等情況的溶液。此種電解溶液12的電解質係可例示如：碳酸鉀(K2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、碳酸銨((NH4)2CO3)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氯化銨(NH4Cl)、硫酸的鈉鹽、硫酸的鉀鹽、硫酸的銨鹽、硝酸的鈉鹽、硝酸的鉀鹽、硝酸的銨鹽、檸檬酸鈉(NaH2(C3H5O(COO)3))等檸檬酸的鈉鹽、檸檬酸的鉀鹽、檸檬酸的銨鹽、硝酸、及鹽酸等。
電解溶液12係在能對被處理材14表面進行改質之前提 下，可設為任意的pH與濃度。例如當將碳酸鉀水溶液使用為電解溶液12時，濃度並無特別的限定，可設為0.001mol/L以上、較佳係0.005mol/L以上。理由係若電解溶液12的濃度過低，當對陽極電極13與被處理材14之間施加電壓時，便會有較難維持良好放電狀態的情況。電解溶液12的濃度上限並無特別的設定，例如可設為0.5mol/L以下。又，電解溶液12的pH係在不會引發電極的過度腐蝕與蝕刻之情況下，可設為任意值，例如可設定為pH10至12。
陽極電極13係利用當放電時呈熱性與化學性安定的材料形成。此種陽極電極13係可例示如Pt、Ir、石墨等。
被處理材14係在屬於金屬材料之前提下，其餘並無特別的限定，若屬於鋼鐵材料，便可使用冷軋材、熱軋材、或鑄造材、及其加工物(包括熔接等)。又，鋼種並無特別的限定，可利用碳鋼、低合金鋼、或不銹鋼等。又，亦可利用以電鍍鋅鋼板為代表的鍍敷鋼板。又，被處理材14的形狀並無特別的限定，可利用板狀、線狀、棒狀、管狀、或加工零件。又，被處理材14必需浸漬於電解溶液12中，至少必需設為較距液面1mm更深。
放電條件係可利用會在被處理材14表面上形成凹凸的部分電漿狀態起至完全電漿狀態的範圍。但，必需利用較被處理材14會熔解的電壓更低之電壓範圍實施。具體而言，從提升放電電壓時在昏暗地方能肉眼確認的發光開始，直到剛從呈現橙色點發光的電壓使材料全體出現赤熱之前的狀態。施加電壓係當被處理材14大小設為1mm×1mm×20mm時，較佳大約在70至200V範圍內，更佳係80至150V範圍內。該電壓範圍係適用於包括不銹鋼等合金鋼在內的幾乎所有鋼鐵材料。然而，因為該電壓範圍係依照被處理材14的種類與配置 而有所變化，因而藉由利用SEM觀察經變更電壓條件施行處理的被處理材14表面便可決定。
放電電壓的必要條件係在鋼鐵材料表面上會形成微細突起的電壓。未滿下限電壓時便無法在表面上形成微細突起，因而利用SEM確認有無微細突起便可決定。若超過上限，會導致被處理面遭熔解。所以，可將表面會熔解的電壓決定為上限。然而，更佳係不會使表面遭氧化。此情況，表面會遭氧化的電壓係利用SEM及SEM所附設的X射線能量散佈分析儀(EDS)進行調查便可輕易決定。當依與被處理材14氧化物相同程度的X射線強度檢測到氧時，便可判斷表面遭氧化。又，相對於被處理材14的氧化物(例如冷軋鋼板或低合金鋼時便指Fe的氧化物)，經依Fe的L射線強度予以規格化(normalization)之氧的X射線強度下，被處理材14依氧的Fe-L射線強度予以規格化之X射線強度必需在1/3以下。上述表面調查係變更電壓並進行30分鐘放電後，取出被處理材14，經水洗、乾燥後，再導入SEM並進行觀察而實施。
放電處理時間必需設為3秒以上。但，放電處理時間亦可為例如60分鐘等的較長時間，可是若放電處理時間過於長久，便會有導致被處理材14遭受損耗的情況，因而最好不要達30分鐘以上的處理時間。得知在較佳的電壓範圍中，施加電壓越大，則最終步驟後的表面撥水特性越高。所以，最佳條件係選擇較佳條件範圍中接近上限的施加電壓。
圖13所示係處理厚度0.8mm的SUS316L不銹鋼板之例子。該SUS316L不銹鋼板切斷為寬2mm、長30mm，利用銅絲線進行導通而形成陰極電極。陽極電極係使用由長度50cm的Pt絲線依相互 不會接觸的方式彎折成形為面狀者。SUS316L不銹鋼板與銅絲線間之連接部，係依加熱壓接耐熱樹脂，銅絲線不會接觸到電解溶液的方式，將電極的20mm長度部分浸漬於電解溶液中。電解溶液係使用濃度0.1mol/L的K2CO3水溶液，電壓設定為130V，並施行10分鐘放電，結束後馬上施行水洗。
結果如圖13所示，確認到在SUS316L不銹鋼板的表面上形成平均直徑1μm以下的微細突起構造。又，經利用EDS進行元素分析，確認到SUS316L不銹鋼板的表面並沒有遭氧化。又，若超過160V的施加電壓，SUS316L不銹鋼板的前端會遭熔斷。因而，施加電壓的上限值便可求得160V。又，經利用EDS施行元素分析，確認到若140V以下的施加電壓，則SUS316L不銹鋼板的表面不會遭氧化，因而得知在該實驗條件與試驗材之下，施加電壓的較佳上限值係140V。另一方面，施加電壓的下限值係從突起構造的有無可決定為80V。最佳的施加電壓係可決定為140V。
請重返參照圖11。如上述，若在被處理材14表面上形成微細構造，接著便從電解溶液12中取出被處理材14，並洗淨被處理材14(步驟S2)。然後，最後對經洗淨過的被處理材14之被處理表面施行撥水處理(步驟3)。洗淨方法係在去除表面之電解溶液目的下實施，可採取例如浸漬於純水中、或施行噴霧的方法等。不限於純水，若表面的微細構造不會遭破壞，則亦可使用弱酸或鹼溶液。此時，亦可施行電解。洗淨後亦可施行乾燥，依照後續的撥水處理亦會有未施行乾燥便直接進入下一步驟的情況。撥水處理方法係可採用：塗佈撥水噴霧的方法、在液相或氣相中使吸附氟系樹脂等具撥水機能之有機物的方法等。本實施形態中，將Collonil公司製NANOPRO(成分：氟碳樹 脂、矽樹脂)吹抵於被處理材14的表面上，經12小時以上的乾燥，而對被處理材14的表面施行撥水處理。藉此便完成一連串的表面處理。
圖14所示係對圖13所示試料表面施行撥水處理，且從橫方向觀察蒸餾水滴下狀態的結果。觀察結果測定到的水接觸角係152°，確認到實現超撥水。未施行撥水處理的試料之水接觸角係51°。又，對未在溶液中施行電漿放電的材料實施同樣的撥水處理，結果水接觸角為125°。所以，確認到為獲得超撥水表面，溶液中電漿放電與撥水處理二者均屬必需。
〔實施例1〕
市售厚度0.8mm不銹鋼SUS316L鋼板切斷為寬2mm、長度30mm，利用浸漬於稀鹽酸中而脫脂後，經由銅絲線而導通便形成陰極電極。陽極電極係使用依不會使長度50cm的0.5mm 之Pt絲線不會相互接觸方式彎折成形為面狀者。陰極電極與銅絲線間之連接部係依利用加熱壓接耐熱樹脂，銅絲線不會接觸到電解溶液的方式，將電極的20mm長度部分浸漬於電解溶液中。電解溶液係設為濃度0.1mol/L的K2CO3水溶液，施加電壓係設定為60至180V範圍內，施行10分鐘放電，結束後馬上利用純水施行水洗並使乾燥。然後，將Collonil公司製NANOPRO吹抵於被處理材表面，使進行12小時以上的乾燥而施行撥水處理，調查水潤濕性。水潤濕性係使用微量吸管依電極面呈等間隔滴下蒸餾水的方式，每次滴下蒸餾水1μm計6處，使用Cannon公司製數位相機EOS Kiss X2從正橫向拍攝，從所獲得照片測定接觸角，利用6處的平均進行評價。蒸餾水係使用和光純藥工業公司製蒸餾水049-16787。表4所示係試驗結果。如表4所示，發明例相較於未處理材之下，確認到均呈較高的接觸角。特別係施加電壓120至140V 範圍內的發明例3、4、5，實現接觸角達150°以上的超撥水，且確認到施加電壓設為140V的發明例5係153.6°，呈現最高的接觸角。
〔導電性材料之表面處理裝置〕
本發明發明者等係將依低成本且有效率地製造表面有形成奈米等級微細構造的導電性材料為目的，亦針對習知認為不可能形成奈米等級微細構造的液中電漿放電利用可能性進行深入鑽研。結果，本發明發明者等發現藉由將導電性材料使用為陰極電極且部分性引發液中電漿放電，便可在導電性材料的表面上形成奈米等級的微細構造。又，本發明發明者等針對在導電性材料表面的特定部分處形成奈米等級微細構造之方法進行檢討，發現藉由將導電性材料的被處理部分一起與陽極電極浸漬於電解液中，並在導電性材料與陽極電極之間設置具有開口部的遮蔽物，便可在導電性材料表面的特定部分處形成奈米等級的微細構造。又，本發明發明者等發現藉由使遮蔽物的開口部及/或陽極電極與導電性材料間之相對位置變化，便可在導電性材料表面上連續性或離散性形成奈米等級的微細構造。
圖15所示係本發明一實施形態的導電性材料之表面處理裝置構成示意圖。如圖15所示，本發明一實施形態的導電性材料之表面處理裝置21，係具備有：改質處理槽22、儲存於改質處理槽22內的電解溶液23、在電解溶液23中呈相互離隔浸漬之陽極電極24與由具有導電性被處理材構成的陰極電極25、以及連接於陽極電極24與陰極電極25的直流電源26。陰極電極25係被由絕緣素材構成的箱27所覆蓋，在箱27中形成有限定陰極電極25之被處理部分用的開口部28。箱27係配置呈上部較高於電解溶液23液面的位置狀態。箱27的上部係可呈開放、亦可設有使陰極電極25與直流電源26相連接之導線通過用的孔或蓋。
改質處理槽22係可使用由對電解溶液23呈安定的材質所構成之已知槽，例如玻璃、鐵氟龍(註冊商標)、或聚乙醚酮(PEEK)製的槽。又，改質處理槽22亦可使用陶瓷製的槽。後述圖16所示表面處理裝置21亦可使用金屬性的槽。
電解溶液23係具有導電性，且當對陽極電極24與陰極電極25之間施加電壓，而在被處理表面(陰極電極25的表面)上形成奈米等級微細構造時，不易發生例如：被處理表面遭過度蝕刻、附著或析出於陽極電極24與陰極電極25表面上、形成沉澱物等情況的溶液。此種電解溶液23係可使用含有從例如：碳酸鉀(K2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、碳酸銨((NH4)2CO3)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氯化鎂(MgCl2)、氯化銨(NH4Cl)、鋰的硫酸鹽、鈉的硫酸鹽、鎂的硫酸鹽、鉀的硫酸鹽、銨的硫酸鹽、鋰的硝酸鹽、鈉的硝酸鹽、鎂的硝酸鹽、鉀的硝酸鹽、銨的 硝酸鹽、鋰的檸檬酸鹽、檸檬酸鈉(NaH2(C3H5O(COO)3))等鈉的檸檬酸鹽、鎂的檸檬酸鹽、鉀的檸檬酸鹽、銨的檸檬酸鹽、硫酸、硝酸、鹽酸、及檸檬酸所構成群組中選擇至少1種的水溶液。
電解溶液23係在能實施陰極電極25的表面處理之前提下，可設定為任意的pH與濃度，例如當將碳酸鉀水溶液使用為電解溶液23時，濃度並無特別的限定，可設為0.001mol/L以上、較佳係0.005mol/L以上。理由係若電解溶液23的濃度過低，當對陽極電極24與陰極電極25之間施加電壓時，便會有較難維持良好放電狀態的情況。濃度的上限並無特別的設定，例如可設為0.5mol/L以下。又，電解溶液23的pH係在不會引發電極的過度腐蝕與蝕刻之情況下，可設為任意值，例如可設定為pH5至12。
陽極電極24係由當對陽極電極24與陰極電極25之間施加電壓而在被處理表面上形成奈米等級微細構造時，在電解溶液23中會呈離子化而溶解，不會阻礙到析出於陰極電極25上而形成奈米等級微細構造的電極材構成之不溶性陽極電極。此種陽極電極24係可使用例如：白金(Pt)電極、鈀(Pd)電極、銥(Ir)電極、表面由Pt、Pd、Ir所被覆的電極、或石墨電極等。
陰極電極25係利用電壓施加使表面被改質處理的被處理材，由金屬材料、合金材料等具導電性的材料(導電性材料)構成。具有當作陰極電極25機能的被處理材，係可例如：碳鋼材、合金鋼材、不銹鋼材、鎳材等。又，陰極電極25(被處理材)的形狀並無特別的限定，可為板狀、帶狀、具有導電性材料部的零件。被處理材亦可任意利用砂紙等對表面施行鏡面研磨之後，使用為陰極電極25。
直流電源26係將屬於被處理材的陰極電極25表面之改 質處理所必要電壓(例如60V以上、300V以下的電壓)，施加給陽極電極24與陰極電極25之間者。直流電源26係可使用已知的電源。
本實施形態中，陰極電極25係利用箱27覆蓋，但亦可如圖16所示，將陽極電極24利用有形成開口部28的箱27覆蓋。又，亦可非利用具有開口部28的箱27限定陰極電極25的被處理部分，而是如圖17所示，至少將陰極電極25浸漬於電解溶液23中的表面，利用耐熱性樹脂、玻璃等絕緣性耐熱材料被覆，並在耐熱材料其中一部分處，形成為限定陰極電極25之被處理部分用的開口部28。
開口部28的形狀與大小並無特別的限定，箱27亦可具有複數開口部。當開口部28設有複數個的情況，開口部28並不限定於與陰極電極25的同一面上。例如可在陰極電極25的表面側與背面側設置開口部28。又，如圖18所示，亦可在開口部28的上側(液面側)端部設置傾斜部28a。藉由傾斜部28a的設計，便可使從被處理部分所產生之氣體效率佳地竄逃於電解溶液23中。
表面處理裝置21亦可具有為加熱電解溶液23用的加熱器等加熱手段、或為測定電解溶液23溫度用的溫度計。又，陰極電極25的設置角度係可垂直於電解溶液23的液面，惟並不僅侷限於此。又，在促進陰極電極25表面之電漿產生目的下，亦可設置朝陰極電極25表面上供應氫、氬、水蒸氣等氣體的機構。
具有此種構成的表面處理裝置21，依如下述製造經表面改質過的導電性材料。以下，針對利用該表面處理裝置21的導電性材料之表面處理方法進行說明。
〔導電性材料之表面處理方法〕
在製造利用表面處理裝置21施行表面改質的導電性材料時，首 先，將箱27浸漬於改質處理槽22內所儲存的電解溶液23中之後，使陽極電極24與陰極電極25相離隔浸漬，而構建執行陰極電極25之表面改質處理的系統(表面改質處理系)。此時，陰極電極25係浸漬於箱27中，從箱27的開口部28可看到欲處理的部分。陰極電極25的表面改質處理便從開口部28對露出於電解溶液23側的部分實施。圖16所示表面處理裝置21的構成係將陽極電極24放入箱27中，並依使箱27的開口部28與陰極電極25之被處理部分呈對向的方式設置箱27。因為若欲處理部分離開口部28越遠，則所處理部分會變為較開口部越大，因而開口部28與陰極電極25欲處理部分間的間隔(距離)，通常較佳係5mm以下、更佳係1mm以下。
其次，對陽極電極24與陰極電極25之間施加既定電壓，而對陰極電極25表面施行改質處理(表面改質處理步驟)。所謂「既定電壓」係預先能由實驗決定的電壓，可依照以下的方法決定。即，首先使對表面改質處理系統施加的電壓與處理時間在期待範圍內變化。當處理時間未指定的情況，最好施行15分鐘。又，使電壓變化的範圍最好係50至300V左右。其次，利用SEM觀察被處理的表面，當確認表面有形成平均1μm以下的突起構造、表面未遭氧化(厚度數奈米程度的自然氧化層除外)、未遭熔解，便決定條件。表面是否遭氧化係可使用SEM內的EDS進行確認。
電壓範圍係依照陰極電極25的種類而多少有變化，較佳係60V至300V範圍內、更佳係80至180V範圍內。下限電壓係對應於產生電漿的電壓。上限電壓係依照因成為高溫而導致表面遭氧化、或表面熔解而導致微細突起構造消失的現象而決定。依上述便可決定較佳電壓範圍，當欲短時間處理時、或欲加大突起構造時，最好 設定較高的施加電壓。
針對具體例進行說明。本具體例中，圖15所示表面改質處理系統係陰極電極25使用不銹鋼板(SUS316)而構建。開口部28的大小設為25mm×4mm。然後，將0.1mol/L碳酸鉀(K2CO3)水溶液當作電解溶液23並通電15分鐘。利用SEM觀察處理後的不銹鋼板表面，結果求得下限電壓為80V。又，得知上限電壓係250V。在陽極電極24與陰極電極25之間施加150V時，開口部28長度方向的(a)左邊、(b)中央處、及(c)右邊之次級電子影像，分別如圖19A、圖19B、圖19C所示。
如圖19A、圖19B、圖19C所示，可確認到在不銹鋼板的表面上有形成直徑1μm以下的微細突起構造。又，因為開口部28長度方向的左邊、右邊及中央處均有發現同樣的突起構造，因而可確認到開口部全面均有施行適當地處理。又，確認到在較佳電壓範圍內的電壓越低，則突起構造的大小便越減少，越增加突起構造的數量。因而，只要配合必要的表面特性再調整施加電壓便可。例如當欲獲得發光特性時，因為突起構造越小越好，因而只要設定較低的施加電壓便可。
微細突起的形成原理雖尚未明朗，但可推測藉由在陰極電極25的附近引發部分性液中電漿放電而形成。即，該方法中，若對陽極電極24與陰極電極25之間施加的電壓未滿下限電壓，便不會引發部分性液中電漿放電，導致無法形成微細突起；若超過上限電壓以上，便會因完全電漿的產生而導致陰極電極25表面遭熔解，反不利於微細突起的形成。
液中電漿放電判斷係利用電壓的施加而使陰極電極25 附近的電解溶液23溫度局部性達沸點以上，當在陰極電極25附近產生氣相時，藉由氣相中產生電漿放電而引發的。所以，電壓的施加亦可從室溫開始進行，但若將電解溶液23全體或陰極電極25附近的溫度形成80℃起至100℃範圍之後才實施的話，便更具效果。理由係使陰極電極25附近的溫度有效率地上昇，便可有效率地引發液中電漿放電。電壓的施加時間係可為任意時間，例如設為1秒以上、30分鐘以下。因為電壓的施加時間越短，則所形成微細突起的尺寸越小，因而電壓的施加時間只要配合所需表面形狀與特性再適當選擇便可。
由以上說明中得知，根據此種表面處理方法，便可在不使用高價位裝置及高度技術之情況下，僅依靠控制著對在電解溶液23中所浸漬陽極電極24與陰極電極25之間施加的電壓，便可依低成本且有效率地製造表面有形成奈米等級微細構造的導電性材料。表面上有形成奈米等級微細構造的導電性材料，會因該微細構造而能發揮各種機能。藉由固定箱27而移動陰極電極25、或固定陰極電極25而移動箱27，便可利用陰極電極25針對廣泛面積施行表面改質。又，藉由一邊施行處理一邊連續性移動，便可獲得連續性的處理表面。又，藉由使呈階梯狀移動、或重複移動與放電，便可獲得離散性圖案。特別係圖16所示表面處理裝置21，因為陰極電極25不必利用箱27覆蓋，因而藉由將陰極電極25形成大型試料或帶狀試料，便可擴大應用於連續處理設備及連續處理方法。
〔實施例1〕
製作厚度1.7mm氧化鋁板上設有各種大小開口部(5mm×5mm、5mm 、10mm 、10mm×2mm、及20mm×1mm等5種)的箱27。開口部28的上端面係如圖18所示加工成30度傾斜。陰極電極25係使 用厚度1mm的SUS316不銹鋼，Pt係使用為陽極電極24，浸漬於濃度0.3mol/L的K2CO3水溶液中，便構建得圖15所示表面改質處理系統。對陰極電極25與陽極電極24間施加電壓。然後，利用SEM觀察經電壓施加後的SUS316不銹鋼表面。開口部28的大小設為5mm×5mm與5mm ，經處理後的陰極電極25之外觀照片一例，如圖20所示。施加電壓係160V，施加時間係15分鐘。如圖20所示，可確認到陰極電極25的表面被處理成開口部28的形狀。
開口部28大小設為5mm ，經處理後的陰極電極25之表面SEM影像一例，如圖21所示。如圖21所示，可確認到陰極電極25表面上有形成當未施行表面處理時的表面(參照圖22)上所沒有的直徑1μm以下之微細突起構造。又，即便使用其他的開口部28形狀，仍可依90至200V的施加電壓形成微細突起構造，但得知若達220V以上則微細突起構造會減少。此現象可推定係因表面熔解所造成。又，經對圖20所示陰極電極25的全面施行同樣的撥水處理，相較於未施行表面處理的表面之下，可獲得高撥水性能。又，使用雙面具有5mm 及5mm×5mm開口部28的箱27，施加170V(施加時間為15分鐘)的實驗，利用SEM觀察可確認到雙面均有形成微細突起構造，表背面可同時施行表面改質處理。
〔實施例2〕
將不銹鋼板(SUS316)當作陰極電極，利用設有1mm(縱向)×20mm(橫向)開口部28的氧化鋁(厚度1.7mm)製箱27覆蓋著陽極電極24，便構建得圖16所示表面改質處理系統。將開口部28某一面設置成距陰極電極25離開1mm。電極間的施加電壓設為140V與220V。對電極間施加5分鐘電壓，接著將不銹鋼板朝上方(縱向)移動 5mm，再度施加5分鐘電壓。重複朝上方移動與電壓施加計10次。施行電極間的施加電壓為140V之情況、與220V之情況的2種實驗。結果，任一情況均可獲得具有依5mm間隔存在微細突起構造之區域的不銹鋼板。
〔實施例3〕
將鍍鋅鋼板當作陰極電極，利用設有1mm(縱向)×20mm(橫向)開口部28的氧化鋁(厚度1.7mm)製箱27覆蓋著陽極電極24，便構建得圖16所示表面改質處理系統。將開口部28某一面設置成距陰極電極25離開1mm。電極間的施加電壓設為120V，一邊對電極間施加電壓，一邊使鍍鋅鋼板依1mm/分的速度朝下方(縱向)移動20mm。便可製作20mm×20mm面積經處理過的鍍鋅鋼板。針對該表面實施亞甲藍脫色反應試驗，結果相較於未施行表面處理的表面之下，可獲得特別高的光觸媒效果。
〔實施例4〕
將厚度0.8mm的市售冷軋鋼板切斷為長80mm×寬6mm，並當作陰極電極。依長度方向成為軸的方式朝寬度方向施行彎曲加工，而加工成寬度方向剖面形成曲率半徑10mm的弧狀。除與電極間之連接部之外，其餘均於陰極電極25表面塗佈耐熱樹脂，並在經彎曲加工的其中一面上，依寬2mm及4mm形成長度25mm的開口部28。對與Pt陰極電極25之間施加150V電壓。不管哪一試料均在開口部28的表面上形成有平均直徑1μm以下的微細突起構造。
(產業上之可利用性)
根據本發明，可提供具有親水特性與發光特性等新穎機能的金屬材料。
根據本發明，可提供在不需要耗費較多勞力與費用之情況下，便能對金屬材料表面賦予較高撥水特性的金屬材料之表面處理方法、及以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法。
根據本發明，可提供能依低成本且有效率地製造橫跨表面既定地方或表面廣泛面積施行處理，而形成奈米等級微細構造之導電性材料的導電性材料之表面處理裝置、及表面處理方法。
1‧‧‧金屬材料
2‧‧‧基材
3‧‧‧突起部

Claims (18)

  1. 一種金屬材料，係具備有：金屬材料基材；以及改質層，係形成於上述金屬材料基材的表面上；上述改質層係在10μm2範圍內平均具備有3個以上從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且從上述金屬材料基材表面突出的突起部。
  2. 如申請專利範圍第1項之金屬材料，其中，上述改質層係具備有：從上述金屬材料基材表面突出的基部、以及在上述基部端部所形成的前端部；且在10μm2範圍內平均具備有1個以上從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為1μm以下，且具有上述基部外徑較小於上述前端部外徑之細腰構造的突起部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之金屬材料，其中，上述突起部從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為500nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之金屬材料，其中，上述突起部所形成的位置係在上述金屬材料基材的面內方向上未具週期性。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之金屬材料，其中，上述改質層係具備有從上述金屬材料基材表面的垂直方向觀看時之平均直徑為500nm以下的凹部。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之金屬材料，其中，上述金屬材料基材係由合金鋼形成。
  7. 如申請專利範圍第6項之金屬材料，其中，上述金屬材料基材係由鋼材形成。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬材料，其中，上述金屬 材料基材的組成與上述突起部的組成係不同。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬材料，其中，上述金屬材料基材與上述突起部係連續性連接。
  10. 一種金屬材料之表面處理方法，係包括有：使具有被處理表面且由金屬材料所構成並當作陰極電極用的被處理材、與陽極電極浸漬於電解溶液中之步驟；藉由在上述陰極電極與上述陽極電極之間施加70V以上且被處理材不會氧化或熔解之範圍的電壓，而在上述被處理表面上形成微細構造的步驟；從上述電解溶液中取出上述被處理材，並洗淨該被處理材的步驟；以及對經洗淨的上述被處理材之上述被處理表面，施行撥水處理的步驟。
  11. 一種金屬材料之表面處理方法，係包括有：使具有被處理表面且由金屬材料所構成並當作陰極電極用的被處理材、與陽極電極浸漬於電解溶液中的步驟；藉由在上述陰極電極與上述陽極電極之間施加70V以上且200V以下的電壓，而在上述被處理表面上形成微細構造的步驟；從上述電解溶液中取出上述被處理材，並洗淨該被處理材的步驟；以及對經洗淨的上述被處理材之上述被處理表面施行撥水處理的步驟。
  12. 一種以金屬材料作為基材的撥水材料之製造方法，係包括有：使具有被處理表面且當作陰極電極用之被處理材的金屬材 料、與陽極電極浸漬於電解溶液中之步驟；藉由在上述陰極電極與上述陽極電極之間施加70V以上且200V以下的電壓，而在上述被處理材的金屬材料表面上形成微細構造之步驟；從上述電解溶液中取出上述金屬材料，並洗淨該金屬材料的步驟；以及對經洗淨的上述金屬材料之上述被處理表面施行撥水處理的步驟。
  13. 一種導電性材料之表面處理裝置，係具備有：在電解溶液中相互離隔浸漬的陽極電極、與由導電性材料構成的陰極電極；介設於上述陽極電極與上述陰極電極之間，並具有用以限定上述陰極電極被處理部分之開口部的遮蔽物；以及在上述陽極電極與上述陰極電極之間施加電壓的電源。
  14. 如申請專利範圍第13項之導電性材料之表面處理裝置，其中，具備有使上述開口部的位置及/或上述陽極電極與上述陰極電極間之相對位置變化的機構。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之導電性材料之表面處理裝置，其中，上述電源係在陽極電極與陰極電極之間施加60V以上且300V以下的電壓。
  16. 如申請專利範圍第13至15項中任一項之導電性材料之表面處理裝置，其中，上述遮蔽物係被覆著陰極電極表面且具有上述開口部之絕緣性耐熱材料。
  17. 如申請專利範圍第13至16項中任一項之導電性材料之表面處理裝 置，其中，上述導電性材料係金屬材料。
  18. 一種導電性材料之表面處理方法，係利用申請專利範圍第13至17項中任一項之導電性材料之表面處理裝置，對導電性材料的表面施行改質。
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