TWI734838B - 表面處理金屬構件、加熱器具 - Google Patents

Abstract

本發明之課題為，以提供即使於高溫環境下亦可長期防止因氧化導致的變色之表面處理金屬構件作為目的。 　　本發明之解決手段為，一種表面處理金屬構件，其係於金屬層(11)之表面形成有塗覆層(12)的表面處理金屬構件，其特徵為，金屬層(11)係含有鋁的不鏽鋼材，塗覆層(12)係由含有矽化合物、鋁化合物、鋯系化合物之任一種的單層所構成，或者金屬層(11)係含有鋁的不鏽鋼材，塗覆層(12)係具有含有矽化合物的第1層(21)、與層合於第1層(21)上且含有鋁化合物的第2層(22)。

Description

表面處理金屬構件、加熱器具

[0001] 本發明係關於如煤氣爐、烤架、三腳架、點火器、鍋等之調理器具等般在加熱時被使用於接觸直火的器具之金屬構件，或如加熱器零件或乾燥燒成爐、火爐、排氣管、鍋爐配管等般在高溫環境下使用之金屬構件中，藉由防止高溫導致之金屬的氧化，而可長期有效地防止其變色之表面處理金屬構件，以及使用其之加熱器具。

[0002] 不鏽鋼係具有厚度數nm～數十nm左右之極薄之保護性高的鈍態皮膜，而一邊保有美麗的金屬光澤一邊呈現優異的耐蝕性、耐熱性。因此，以往係作為構成如煤氣爐、烤架、三腳架、煤氣燈等般在加熱時接觸直火的器具之加熱器具，或如加熱器零件或乾燥燒成爐、鍋爐配管等般在高溫環境下使用之機器的材料所使用。 　　[0003] 但，此不鏽鋼在如上述般之高溫環境下，有著其表面會變色並著色之所謂的回火色發生的情況。如此之不鏽鋼的變色係起因於藉由高溫，該不鏽鋼會氧化而形成氧化物層。在此氧化物層之厚度與光的波長一致的情況下，反射光會干擾而被認為是色差。若如此之因氧化導致的變色顯現於作為金屬構件之不鏽鋼表面，則給予外觀或設計性急遽劣化的印象。尤其是三腳架或煤氣爐、煤氣燈等之加熱器具係有從購入時起即使沒有經過多少天，僅是觸及直火即顯現如此之變色的情況，給予用完就急遽老舊的印象。 　　[0004] 因此，以往便對在高溫環境下可防止起因於不鏽鋼的氧化之變色的技術加以研究。首先，於專利文獻1中揭示有於表面具有鹼矽酸鹽皮膜的不鏽鋼材中，於鋼質地與鹼矽酸鹽皮膜之間介在厚度5～100nm之反應層的技術。期待透過此反應層，來抑制對於覆蓋鋼材表面之鹼矽酸鹽皮膜之原子的擴散，制止成為回火色之發生要因的Cr-Fe-O系氧化物層的生成，而防止變色。 　　[0005] 又，於專利文獻2中係揭示有於不鏽鋼的表面形成由聚矽氮烷所構成之矽酸化合物膜的技術。此矽酸化合物由於是氧的擴散為緩慢的氧化物，因此期待在不鏽鋼之表面附近產生之氧化的進行被抑制，藉此而防止變色。 　　[0006] 又，於專利文獻3中係揭示有以氮化矽膜所成之氣體阻隔薄膜的技術。藉由化學氣相沉積法所堆積的氮化矽膜係透明且具有高氣體阻隔性。此專利文獻3之揭示技術係用以將氣體阻隔性高的透明膜進行成膜之技術，藉由成膜於金屬上而可期待氧化防止的效果。 　　[0007] 又，於專利文獻4中係揭示有將氧化鋁薄膜使用於氧化抑制被膜的技術性思想。氧化鋁薄膜係兼具優異的成膜性、緻密性、熱安定性、電絕緣性等，而可期待在高溫環境下防止基於不鏽鋼的氧化之變色。 　　[0008] 然而，依據專利文獻1-4之揭示技術，雖然確實在高溫下可防止基於不鏽鋼之氧化的變色，但隨著長時間之高溫使用，基材之氧化會緩緩進行，尤其是在如超過700℃般之超高溫區域下，係有對於回火色之耐久性為不足的問題點。 　　[0009] 又，於專利文獻5、專利文獻6中係揭示有藉由於不鏽鋼中含有Al而抑制氧化的技術。雖然藉由於不鏽鋼中含有Al而形成來自Al之氧化被膜，藉此氧化確實被抑制，但該氧化抑制效果係限於防止高溫下之因氧化導致之氧化增量或脆化，仍無法達到在高溫環境下防止外觀上之變色。 　　[0010] 又，於專利文獻7中係揭示有於不鏽鋼的表面，以1μm以下的厚度被覆由二氧化矽系化合物所成之氧化物層的技術。此二氧化矽系化合物由於是氧的擴散為緩慢的氧化物，因此期待在不鏽鋼之表面附近產生之氧化的進行被抑制，藉此而防止變色。 　　[0011] 然而，依據專利文獻7之揭示技術，雖然確實在高溫下可防止起因於不鏽鋼之氧化的變色，但於加熱時在700℃以上之環境下使用的不鏽鋼中，係有無法充分防止因氧化導致的變色，又，無法抑制塗膜之破裂或白化等之因氧化導致的變色以外之外觀異常的問題點。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0012] 　　專利文獻1：日本特開2008-231551號公報 　　專利文獻2：日本特開2015-44300號公報 　　專利文獻3：日本特開2004-292877號公報 　　專利文獻4：日本特開2013-216760號公報 　　專利文獻5：日本特開2002-339048號公報 　　專利文獻6：日本特表2005-504176號公報 　　專利文獻7：日本特開2006-63427號公報

[發明所欲解決之課題] 　　[0013] 因此，本發明係鑑於上述之問題點而研究出者，其目的在於，提供可長期防止於高溫環境下之因氧化導致的變色之表面處理金屬構件，以及使用其之加熱器具。亦即，本發明之目的為提昇因塗膜導致之回火色抑制的耐久性。 　　[0014] 又，本發明之目的在於，提供即使於700℃以上之高溫環境下，亦可防止因氧化導致的變色，且可防止塗膜之破裂或白化等之因氧化導致的變色以外之外觀異常或基材之耐蝕性的降低之表面處理金屬構件，以及使用其之加熱器具。 [用以解決課題之手段] 　　[0015] 本發明者們為了解決上述之課題，發明了於含有鋁的不鏽鋼材之表面形成有單層之塗覆層的表面處理金屬構件，塗覆層係含有矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之任一種的表面處理金屬構件，以及使用其之加熱器具。 　　[0016] 第1發明之表面處理金屬構件係於金屬層之表面形成有塗覆層的表面處理金屬構件，其特徵為，上述金屬層係含有鋁的不鏽鋼材，上述塗覆層係由含有矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之任一種的單層所構成。 　　[0017] 第2發明之表面處理金屬構件係於第1發明中，上述塗覆層係由含有矽酸化合物作為上述矽化合物、氧化鋁化合物作為上述鋁化合物、氧化鋯化合物作為上述鋯化合物之任一種的單層所構成。 　　[0018] 第3發明之表面處理金屬構件係於金屬層之表面形成有塗覆層的表面處理金屬構件，其特徵為，上述金屬層係含有鋁的不鏽鋼材，上述塗覆層係具有含有矽化合物之第1層、與層合於上述第1層上且含有鋁化合物的第2層。 　　[0019] 第4發明之表面處理金屬構件係於第3發明中，上述第1層係由含有矽酸化合物作為上述矽化合物，上述第2層係含有氧化鋁化合物作為上述鋁化合物。 　　[0020] 第5發明之表面處理金屬構件係於第4發明中，上述第1層係作為其前驅物之塗料為結晶粒子分散液。 　　[0021] 第6發明之表面處理金屬構件係於第1發明～第5發明之任一發明中，上述塗覆層係呈現透明性。 　　[0022] 第7發明之加熱器具，其特徵為，具有可加熱的金屬構件，於該金屬構件使用如第1發明～第6發明中任一發明之表面處理金屬構件。 [發明效果] 　　[0023] 依據由上述構造所構成的本發明，可藉由構成塗覆層之矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之氣體阻隔性而抑制基材之氧化。又，依據本發明，藉由於構成金屬層之不鏽鋼中含有鋁，相對於不含有鋁的不鏽鋼，在高溫環境下長時間暴露的情況時，可使直到肉眼可檢測因氧化導致的變色為止的時間更長期化，而可提昇所謂的耐久性。此耐久性之提昇係具有依據基材彼此之氧化變色防止耐久性之差所無法類推之程度的顯著效果者。 　　[0024] 進而，依據本發明，由於可長時間保持金屬光澤狀態，因此可提供設計性優異的加熱器具。 　　[0025] 又，依據由上述構成的本發明，藉由構成第2層的鋁化合物，而在因位於直火的附近導致之高溫環境下，可防止外觀上的異常產生。除此之外，依據本發明，藉由使第1層發揮作為Fe元素之擴散的阻隔層之功能，而可防止其擴散至第2層的內部。因此，成為於鋁化合物中不會引起因Fe氧化所導致之氧化自體的構成，即使於超過700℃之高溫環境下，亦可防止因氧化導致之變色，又，因腐蝕導致之變色。 　　[0026] 進而，依據本發明，藉由於構成金屬層之不鏽鋼中含有鋁而成，相較於對不含有鋁的不鏽鋼施行了本案發明之第1層、第2層者，或於含有鋁之耐熱不鏽鋼上不施行塗覆者，在超過700℃之高溫環境下長時間暴露的情況時，直到肉眼可檢測因氧化導致的變色為止的時間成為顯著地長時間。如此般，產生因氧化導致之變色防止的耐久性顯著地提昇之作用。

[0028] 第1實施形態 　　以下，針對適用本發明之表面處理金屬構件的第1實施形態，一邊參照附圖一邊詳細地進行說明。 　　[0029] 適用本發明之表面處理金屬構件的第1實施形態係於例如第1圖(a)所示般之加熱調理時被使用作為接觸直火之加熱器具的三腳架3等。三腳架3係被使用於系統廚具中之煤氣爐2。三腳架3係以從煤氣爐2之周圍朝向中心延長之如同爪般的形狀構成的情況居多，並供水壺或鍋等之加熱用器具載置。三腳架3由於位於從煤氣爐出火之直火的附近，因此在700℃以上之高溫環境下的情況居多，於接觸直火的情況時，在高達1000℃以上之高溫環境下使用的情況居多。 　　[0030] 第1圖(b)顯示構成如此之三腳架3的表面處理金屬構件之B-B'剖面圖。構成此三腳架3的表面處理金屬構件係具備有：作為該基材之金屬層11、與以覆蓋此金屬層11的表面之方式被膜、層合而成的塗覆層12。 　　[0031] 金屬層11係例如以不鏽鋼為首之金屬所構成。此金屬層11即使是在該不鏽鋼中也必須含有鋁。不鏽鋼係藉由所添加之Cr與空氣中的氧鍵結而形成厚度數nm～數十nm左右之極薄之保護性高的鈍態皮膜。此鈍態皮膜係呈現優異的耐蝕性、耐熱性。亦即，三腳架3，針對鏽的產生，係可藉由形成有此鈍態皮膜的金屬層11而防止。 　　[0032] 順帶一提，作為此金屬層11之不鏽鋼的例子係使用至少含有鋁的不鏽鋼等。此時，鋁相對於不鏽鋼全重量的含量雖無特別限制，但例如較理想係設為1～12重量%，更理想係設為2～4重量%。 　　[0033] 塗覆層12係以含有矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之任一種的單層所構成。 　　[0034] 在塗覆層12係以含有矽化合物之層所構成的情況時，作為該矽化合物的例子係只要具有Si之化合物則包含全部的概念，例如，經脫水縮合之四乙氧化矽、或聚矽氮烷、矽氧烷、矽酸鹽、氮化矽、碳化矽等。但，此矽化合物並不限定於該等之例。 　　[0035] 在塗覆層12係以含有鋁化合物之層所構成的情況時，作為該鋁化合物的例子係Al₂ O₃ 、氮化鋁、富鋁紅柱石、尖晶石等。但，此鋁化合物並不限定於該等之例。 　　[0036] 在塗覆層12係以含有鋯化合物之層所構成的情況時，作為該鋯化合物的例子係ZrO₂ 、安定化氧化鋯、鋯石等。但，此鋯化合物並不限定於該等之例。 　　[0037] 塗覆層12係藉由以呈現透明性的材料所構成，而成為可於表面積極地展現自身被覆的金屬層11之金屬色。但，塗覆層12當然亦可以呈現透明性的材料以外所構成。 　　[0038] 構成塗覆層12之矽化合物、鋁化合物、鋯化合物係可藉由發揮作為抑制空氣中的氧使金屬基材氧化之阻隔層的功能，而防止所謂的因氧化之變色導致之回火色發生。 　　[0039] 針對具有由上述構成的表面處理金屬構件之三腳架3的作用進行以下說明。在將載置於三腳架3的調理用容器以煤氣爐2所產生之直火進行加熱的情況，三腳架3係位於直火的附近，依據情況而直接接觸直火。其結果，三腳架3係成為置於超過1000℃的高溫環境下。又，即使在不直接接觸直火的情況中，於該直火的附近亦處於700℃以上的高溫環境下。 　　[0040] 於該情況中，塗覆層12係經由矽化合物、鋁化合物、鋯化合物來抑制空氣中的氧到達金屬基材，藉此可防止在高溫環境下進行氧化，而可防止變色。進而，藉由於構成金屬層11之不鏽鋼中含有鋁而成，相較於對不含有鋁的不鏽鋼施行了本案發明之塗覆層12者，或於含有鋁之耐熱不鏽鋼上不施行塗覆者，在超過700℃之高溫環境下長時間暴露的情況時，直到肉眼可檢測因氧化導致的變色為止的時間成為顯著地長時間。如此般，產生因氧化導致之變色防止的耐久性顯著地提昇之作用。 　　[0041] 另外，在本發明被適用於如直接接觸火之三腳架3般的器具之情況以外，雖不直接接觸火，但可適用於要求高溫下之耐久性的對象物。本發明除了三腳架3以外亦不限定在適用於如煤氣爐或烤架、點火器、鍋等般之加熱器具的情況，只要是在高溫環境下使用的金屬構件，則可適用於任何的器具。例如，於如第3圖所示般之煤氣燈5或加熱器零件、火爐、排氣管、鍋爐配管等當然可適用本發明。假設，於第3圖所示之煤氣燈中，亦於構成構成其表面之金屬構件的金屬層11之上層形成有塗覆層12。並且，此金屬層11係以含有鋁的不鏽鋼材所構成。 　　[0042] 又，依據本發明，即使以單層構成由矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之任一種所構成的塗覆層12，亦可藉由被覆於含有鋁的不鏽鋼材，而展現因氧化導致之變色防止效果。因此，尤其若是在不直接接觸火的部位以提昇因氧化導致之變色防止的耐久性為目的，則相較於在以2層以上構成塗覆層12的情況，可減低材料成本，亦可謀求因減低層合步驟所致之製造勞力的減輕，甚至製造時間的縮短化。 　　[0043] 又，本發明並不限定於該等，亦可適用於具有被加熱至高溫之金屬構件的任何器具。於該情況中係於以含有鋁的不鏽鋼材所構成之該金屬構件的上層形成塗覆層12。 　　[0044] 以下，針對為了確認適用本發明之表面處理金屬構件的效果而進行的實驗性檢驗，詳細地進行說明。 　　[0045] 於此實驗性檢驗中，首先，如表1所示般地製成複數種樣品，進行了水鍋變色試驗。 　　[0046]

[0047] 樣品係由僅以金屬層11構成，且於其表面不層合任何塗覆層12的比較例1～4、於不含鋁的金屬層11上以單層層合有含有上述之成分的塗覆層12的比較例5～11、於包含鋁的金屬層11上以單層層合有含有上述之成分的塗覆層12本發明例1～7、以及於金屬層11上層合有2層含有上述之成分的塗覆層12的比較例12、13所構成。 　　[0048] 比較例1至11及本發明例1至7之樣品的塗佈量大約為1000mg/m² 。比較例12、13的塗佈量係矽化合物主體膜A大約為1000mg/m² ，鋁化合物主體膜大約為400mg/m² 。 　　[0049] 針對比較例1、2以及5～12，作為金屬層11係使用不含鋁的不鏽鋼(SUS 304)、不含鋁的不鏽鋼(SUS 430)，針對本發明例1～7以及比較例2、3、13，作為金屬層11係使用相對於不鏽鋼全重量而含有4重量％之鋁的不鏽鋼(15Cr-4Al-LC,N)、作為金屬層11係使用相對於不鏽鋼全重量而含有2重量％之鋁的不鏽鋼(18Cr-2Al-Ti)。 　　[0050] 於比較例5、6以及本發明例1、2中，作為矽化合物主體膜A係塗佈有以濃度10％之平均直徑25nm以上的二氧化矽為主體之結晶分散液作為塗覆層12。 　　[0051] 於比較例7以及本發明例3中，作為矽化合物主體膜B係塗佈有濃度20％之聚矽氮烷作為塗覆層12。 　　[0052] 於比較例8、9以及本發明例4、5中，作為鋁化合物主體膜係塗佈有以濃度3％、平均直徑200nm以上的氫氧化鋁奈米粒子分散液作為塗覆層12。 　　[0053] 於比較例10、11以及本發明例6、7中，作為鋯化合物主體膜係塗佈有以平均直徑10nm以上的鋯奈米粒子分散液作為塗覆層12。 　　[0054] 於比較例12、13中係設為使上述之矽化合物主體膜A層合於金屬層之正上方，並於此矽化合物主體膜A之正上方層合上述之鋁化合物主體膜的2層構造。 　　[0055] 針對上述之各樣品進行了以水鍋變色試驗所致之實驗性檢驗。針對水鍋變色試驗，於設有施行了比較例1至13及本發明例1至7之塗裝的三腳架之加熱器上，放置裝入2L的水之鍋(直徑24cm)，反覆進行以4.4kW之高熱量燃燒器並以1小時連續加熱，遵照JIS K5600-4-3(僅使用有光源之LED(Ohm Electric LEDPL48W))，目視評估變色。針對此水鍋變色試驗係在地板牆壁全部為白色(SCI值為90.61)的房間內進行，觀察位置之照度為約2300Lux。 　　[0056] 另外，於表1中，作為於金屬層11不含鋁的金屬之代表係採用SUS304為例、作為含有鋁的金屬之代表係採用含有4重量％之鋁的不鏽鋼 (15Cr-4Al-LC,N)為例，並以倍率表示含鋁之金屬的變色防止耐久性提昇效果。此變色防止耐久性提昇效果係以 　　變色防止耐久性提昇效果＝(含有4重量％之鋁的不鏽鋼之供試體的變色開始時間(h))/(SUS304之樣品的變色開始時間(h))。 　　將此變色防止耐久性提昇效果被確認為3倍以上，進而變色防止耐久性超過310h者作為◎，將雖含鋁基材的效果被確認為3倍以上，但變色防止耐久性低於310h者作為○，將含鋁基材的效果無法確認者作為×，來進行綜合評估。 　　[0057] 於水鍋變色試驗中，進行了在上述之條件下的目視評估。首先，針對作為比較例1～4之不含鋁的SUS304、SUS430以及含有4重量％之鋁的不鏽鋼、含有2重量％之鋁的不鏽鋼，以不進行塗覆的狀態進行水鍋變色試驗，來測定變色開始時間。其結果，變色開始時間無關於基材皆為2分鐘。由此，在不進行任何塗覆的狀態下，含鋁基材的變色防止耐久性提昇效果並無法確認，而綜合評估成為×。 　　[0058] 接著，針對作為比較例5～7之不含鋁的SUS304、SUS430，針對作為本發明例1～3之含有4重量％之鋁的不鏽鋼、含有2重量％之鋁的不鏽鋼，在本發明例之塗覆條件下進行矽化合物主體膜A以及矽化合物主體膜B之塗覆，針對各者進行水鍋變色試驗，而測定變色開始時間。其結果，比較例5～7之變色開始時間全部為110小時，但本發明例1～3全部在470小時時點也沒確認到變色。 　　[0059] 由此得知藉由使包含矽化合物的塗覆層12層合於含有鋁的金屬層11上，相較於層合於不含鋁的金屬層11上之時，變色防止耐久性提昇效果成為至少4倍以上，其耐久性，亦超過於不含鋁的金屬層11中變色防止耐久性最佳的2層膜之比較例12的310小時，因此綜合評估成為◎。 　　[0060] 接著，針對作為比較例8、9之不含鋁的SUS304、SUS430，針對作為本發明例4、5之含有4重量％之鋁的不鏽鋼、含有2重量％之鋁的不鏽鋼，在本發明例之塗覆條件下進行鋁化合物主體膜之塗覆，針對各者進行水鍋變色試驗，而測定變色開始時間。 　　[0061] 其結果，比較例8、9之變色開始時間分別為10小時、4小時，但本發明例4、5任一者在145小時時點也沒確認到變色。由此得知藉由使包含鋁化合物的塗覆層12層合於含有鋁的金屬層11上，相較於層合於不含鋁的金屬層11上時，變色防止耐久性提昇效果成為至少14.5倍以上，含鋁基材的效果雖可確認，但由於其耐久性未超過310小時，因此綜合評估成為○。 　　[0062] 接著，針對作為比較例10、11之不含鋁的SUS304、SUS430，針對作為本發明例6、7之含有4重量％之鋁的不鏽鋼、含有2重量％之鋁的不鏽鋼，在本發明例之塗覆條件下進行鋯化合物主體膜之塗覆，針對各者進行水鍋變色試驗，測定變色開始時間。 　　[0063] 其結果，比較例10、11之變色開始時間任一者皆為45分鐘，但本發明例6、7之變色開始時間分別為4小時、18小時。 　　[0064] 由此得知藉由使包含鋯化合物的塗覆層12層合於含有鋁的金屬層11上，相較於層合於不含鋁的金屬層11上時，變色防止耐久性提昇效果成為5倍以上，含鋁基材的效果雖可確認，但由於其耐久性未超過310小時，因此綜合評估成為○。 　　[0065] 接著，針對作為比較例12、13之不含鋁的SUS304、含有4重量％之鋁的不鏽鋼，在本發明例之塗覆條件下，進行使上述之矽化合物A層合於金屬層之正上方，並於此矽化合物A之正上方層合上述之鋁化合物主體膜的塗覆，針對各者進行水鍋變色試驗，測定變色開始時間。 　　[0066] 其結果，比較例12之變色開始時間為310小時，比較例13之變色開始時間分別為1700小時。 　　[0067] 由此得知藉由使具有包含矽化合物的塗覆層與包含鋁化合物的塗覆層之2層構造的塗覆層12層合於含有鋁的金屬層11上，相較於層合於不含鋁的金屬層11上時，變色防止耐久性提昇果成為5.5倍，其耐久性亦超過310小時，因此，綜合評估成為◎。 　　[0068] 又，亦針對製造容易性進行評估。製造容易性係針對對於包含鋁之金屬層11(15Cr-4Al-LC,N)，分別層合塗覆層的本發明例1、本發明例3、本發明例4、本發明例6、比較例13進行評估。製造容易性的評估指標係計測在將塗覆層進行塗覆上的時間，並且針對實際之塗覆的勞力之負擔取得作業者以3階段進行評估：製造時間長且製造勞力之負擔為大的情況係×，製造時間為中等程度且製造勞力之負擔為中等程度的情況係△，製造時間短且製造勞力之負擔為輕鬆的情況係○。另外，比較例3係由於未施行塗覆層，因此是評估對象外而為“-”。 　　[0069] 其結果，本發明例1、本發明例3、本發明例4、本發明例6任一者製造容易性皆為○，相對於此，比較例13係必須塗覆2層，而製造容易性為△。 　　[0070] 由以上內容得知水鍋變色試驗之綜合評估為○以上，且製造容易性為○者皆為本發明例1、3、4、6。 　　[0071] 由以上之實驗結果得知，僅為金屬層11時依據含鋁之有無，變色防止之耐久性的差異雖無法確認，但含有鋁作為金屬層11，且進一步於此金屬層11之上層形成有由含有矽化合物、鋁化合物、鋯化合物之任一種的單層所構成的塗覆層12之本發明例，相較於在作為金屬層11而不含鋁者之上層形成有上述之塗覆層12的情況，變色防止耐久性係顯著提昇。 　　[0072] 進而得知，在塗覆層12為包含矽化合物之單層的情況，可以單層發揮超過在不含鋁之金屬層上層合有2層膜的比較例之變色防止耐久性。 　　[0073] 又得知，比較例13亦相同地顯示含鋁基材的效果，並可更加提昇耐久性，但，因以2層層合而導致材料成本變得過大，具有就因層合步驟增加導致之製造勞力的增大、製造時間之長期化的觀點而言比本發明例更差的缺點。 　　[0074] 第2實施形態 　　以下，針對適用本發明之表面處理金屬構件的第2實施形態，一邊參照附圖一邊詳細地進行說明。 　　[0075] 第2實施形態之表面處理金屬構件係於例如第1圖(a)所示般之加熱調理時被使用作為接觸直火之加熱器具的三腳架3等。三腳架3係被使用於系統廚具中之煤氣爐2。三腳架3係以從煤氣爐2之周圍朝向中心延長之如同爪般的形狀構成的情況居多，並供水壺或鍋等之加熱用器具載置。三腳架3由於位於從煤氣爐出火之直火的附近，因此在700℃以上之高溫環境下的情況居多，於接觸直火的情況時，在高達1000℃以上之高溫環境下使用的情況居多。 　　[0076] 第1圖(b)顯示構成如此之三腳架3的表面處理金屬構件之B-B'剖面圖。構成此三腳架3的表面處理金屬構件係具備有：作為該基材之金屬層11、與以覆蓋此金屬層11的表面之方式被膜、層合而成的塗覆層12。 　　[0077] 金屬層11係例如以不鏽鋼為首之金屬所構成。此金屬層11即使是在該不鏽鋼中也必須含有鋁。不鏽鋼係藉由所添加之Cr與空氣中的氧鍵結而形成厚度數nm～數十nm左右之極薄之保護性高的鈍態皮膜。此鈍態皮膜係呈現優異的耐蝕性、耐熱性。亦即，三腳架3，針對鏽的產生，係可藉由形成有此鈍態皮膜的金屬層11而防止。 　　[0078] 順帶一提，作為構成此金屬層11之不鏽鋼的例子係使用至少含有鋁的不鏽鋼等。此時，鋁相對於不鏽鋼全重量的含量雖無特別限制，但例如較理想係設為4重量%。 　　[0079] 塗覆層12係如第4圖所示般具有：層合於金屬層11之表面的第1層21、與層合於此第1層21上且形成最表面的第2層22。 　　[0080] 第1層21係以含有矽化合物的層所構成。構成第1層21之矽化合物係只要包含Si之化合物則包含全部的概念。又，矽化合物亦可為作為矽酸化合物而具體化者。此矽酸化合物係只要具有Si與O之鍵的化合物則包含全部的概念，作為該例子係經脫水縮合的四乙氧化矽、或SiO₂ 、聚矽氮烷、矽氧烷、矽酸鹽等。但，此矽化合物並不限定於該等之例。此第1層21係藉由以呈現透明性的材料所構成，而成為可於表面積極地展現自身被覆的金屬層11之金屬色。但，第1層21當然亦可以呈現透明性的材料以外所構成。 　　[0081] 第1層21主要是可抑制金屬層11中之Fe元素擴散至第2層22的動作。亦即，第1層21可發揮作為對於此Fe元素之移動之阻隔的功能，甚至可防止Fe元素到達第2層22。其結果，可防止此Fe元素在700℃以上，甚至超過1000℃之高温環境下進行氧化一事。並且，可防止因此Fe元素氧化導致之黑點產生一事。 　　[0082] 此第1層21的塗佈量，較佳係以SiO₂ 換算值之合計為超過300mg/m² 、未達3000mg/m² 構成。但，此第1層21並不限定於藉由該塗佈量構成的情況，亦可設為任何的塗佈量。 　　[0083] 假設，在此第1層21之塗佈量為300mg/m² 以下的情況時，由於膜厚會過薄，因此會導致干擾色產生，而無法維持安定的外觀。又，若接觸達到1200℃之溫度的火焰，則會變色而產生黑點。另一方面，在以第1層21之塗佈量為3000mg/m² 以上層合的情況時，反而會導致作為此阻隔層之第1層21的膜厚過厚，金屬層11之內部所含有的氣體不散逸，其係以白濁模樣顯現而成為使外觀或設計性降低的原因。 　　[0084] 第1層21之矽化合物係可為作為其前驅物之塗料為結晶粒子分散液，亦可為由非結晶之塗料所得者。在此矽化合物之前驅物的塗料為結晶粒子分散液的情況時，由於金屬層11中之Fe元素不得不以迂迴的方式移動其結晶，因此在通過作為阻隔層之第1層21之上的移動量變大，甚至可防止Fe元素之往第2層22的擴散。但，即使第1層21之矽化合物為由非結晶之塗料所得到者，也當然可以抑制Fe元素之擴散的方式發揮作用。 　　[0085] 另外，亦可於第1層21與金屬層11之間介在其他層。 　　[0086] 第2層22係以含有鋁化合物的層所構成。作為構成第2層22之鋁化合物的例子係Al₂ O₃ 、(氮化鋁、富鋁紅柱石、尖晶石)等。作為此鋁化合物，較理想係使用結晶狀之Al₂ O₃ 。但，此鋁化合物並不限定於該等之例。此第2層22係藉由以呈現透明性的材料所構成，而可於表面積極地展現自身被覆的金屬層11之金屬色。但，第2層22當然亦可以呈現透明性的材料以外所構成。 　　[0087] 構成第2層22之鋁化合物係於700℃以上，甚至超過1000℃般的高溫區域中不會產生結晶轉移等，又，於該高溫區域中幾乎無外觀不良產生。亦即，此第2層22在因位於直火的附近導致之高溫環境下幾乎無外觀上的異常產生。除此之外，於第2層22中，係藉由使第1層21發揮作為Fe元素之擴散的阻隔層之功能，可防其擴散至內部。因此，成為於鋁化合物中不會引起因Fe氧化所導致之氧化自體的構成，可防止所謂的因氧化之變色導致的回火色發生。 　　[0088] 此第2層22之塗佈量，尤其是在鋁化合物的情況中，較理想係以Al₂ O₃ 換算值之合計為超過100mg/m² 、未達2500mg/m² 所構成。但，此第2層22並不限定於藉由該塗佈量構成的情況，亦可設為任何的塗佈量。 　　[0089] 假設，在以此第2層22之塗佈量為2500mg/m² 以上層合的情況時，膜厚會過厚，於上述之高溫環境下，亦有因金屬層11與第2層22之線膨脹係數的差異，導致該第2層22剝離，又，導致塗膜破裂產生的情況。 　　[0090] 針對具有由上述之構造所構成的表面處理金屬構件之三腳架3的作用進行以下說明。在將載置於三腳架3的調理用容器以煤氣爐2所產生之直火進行加熱的情況，三腳架3係位於直火的附近，依據情況而直接接觸直火。其結果，三腳架3係成為置於超過1000℃的高溫環境下。又，即使在不直接接觸直火的情況中，於該直火的附近亦處於700℃以上的高溫環境下。 　　[0091] 於該情況中，第2層22係可經由鋁化合物，而抑制對於超過此700℃之高溫環境下的外觀不良。又，雖金屬層11中之Fe元素在此高溫環境下會擴散，但朝向第1層21之擴散係經由構成其之矽化合物而被抑制。其結果，可抑制此擴散的Fe元素想要通過第1層21進入第2層22的動作。其結果，可藉由使Fe元素不進入第2層22而防止其在高温環境下進行氧化，而可防止變色。尤其，藉由於構成金屬層11之不鏽鋼中含有鋁而成，相較於對不含有鋁的不鏽鋼施行了本案發明之第1層、第2層者，或在含有鋁之耐熱不鏽鋼不施行塗覆者，在超過700℃的高溫環境下長時間暴露的情況時，直到肉眼可檢測因氧化導致的變色為止的時間成為顯著地長時間。如此般，產生因氧化導致之變色防止的耐久性顯著地提昇之作用。 　　[0092] 另外，本發明並不限定於在適用於如三腳架3或烤架等般之加熱器具的情況，只要是在高溫環境下使用的金屬構件，則可適用於任何的器具。例如，於如第3圖所示般之煤氣燈5或加熱器零件、鍋爐配管等當然可適用本發明。假設，於第3圖所示之煤氣燈中，亦於構成構成其表面之金屬構件的金屬層11之上層形成有第1層21，並進一步於其上層形成有第2層22。接著，此金屬層11係以含有鋁的不鏽鋼材所構成。 　　[0093] 又，本發明並不限定於該等，亦可適用於具有被加熱至高溫之金屬構件的任何器具。於該情況中係於以含有鋁的不鏽鋼材所構成之該金屬構件的上層形成第1層21，並進一步於其上層形成第2層22。 　　[0094] 以下，針對為了確認適用本發明之表面處理金屬構件的效果而進行的實驗性檢驗，詳細地進行說明。 　　[0095] 於此實驗性檢驗中，首先，如表2所示般地製成複數種樣品，針對塗裝後之外觀、塗膜破裂、腐蝕程度、白化度、水鍋變色試驗之有無之5個項目進行了檢驗。 　　[0096]

[0097] 樣品係由僅以金屬層11構成，且於其表面不層合任何第1層21、第2層22的比較例1、2、於金屬層11上以2層層合有第1層21與第2層22的比較例3、本發明例所構成。 　　[0098] 其中，比較例1與比較例3，作為金屬層11係使用不含鋁的不鏽鋼(19Cr-0.4Cu-0.4Nb-LC,N)、比較例2與本發明例，作為金屬層11係使用相對於不鏽鋼全重量而含有4重量％之鋁的不鏽鋼(15Cr-4Al-LC,N)。 　　[0099] 於實驗中所塗佈的第1層21係濃度10％、平均直徑25nm以上之二氧化矽成為主體的結晶分散液。 　　[0100] 又，於實驗中所塗佈的第2層22係濃度3％、平均直徑200nm以上之氫氧化鋁奈米粒子分散液。 　　[0101] 針對為了確認適用本發明之表面處理金屬構件的效果而進行的實驗性檢驗，詳細地進行說明。 　　[0102] 針對各項目之評估方法，首先，針對塗裝後的外觀，於塗裝燒成後遵照JIS K5600-4-3(僅使用光源之LED(Ohm Electric LEDPL48W))以目視進行評估，無外觀異狀的情況係作為○，發現外觀異狀的情況係作為×。此塗裝後之外觀評估係在地板牆壁全部為中性灰色(SCI值為47.69)的房間內，觀察位置之照度為約1100Lux的環境、與地板牆壁全部為白色(SCI值為90.61)的房間內，觀察位置之照度為約2300Lux的環境之雙方進行。 　　[0103] 針對塗膜破裂係塗裝燒成後藉由顯微鏡以450倍進行放大觀察，無塗膜破裂的情況係作為○，發現塗膜破裂的情況係作為×。 　　[0104] 腐蝕程度係將JIS K5621 7.12耐複合循環防蝕性的試驗進行2次循環，將發生了腐蝕的情況作為×，將沒發生的情況作為○。 　　[0105] 又，白化係針對以直火進行之加熱後的各樣品，遵照JIS K5600-4-3(僅使用光源之LED(Ohm Electric LEDPL48W))進行目視觀察，發生了白化的情況係作為×，沒發生的情況係作為○。於此目視觀察中係在地板牆壁全部為中性灰色(SCI值為47.69)的房間內進行，觀察位置之照度為約1100Lux。 　　[0106] 又，針對水鍋變色試驗，於設有施行了實施形態2之比較例1至3及本發明例之塗裝的三腳架之加熱器上，放置裝入2L的水之鍋(直徑24cm)，反覆進行以4.4kW之高熱量燃燒器並以1小時連續加熱，遵照JIS K5600-4-3(僅使用有光源之LED(Ohm Electric LEDPL48W))，目視評估變色。針對此水鍋變色試驗係在地板牆壁全部為白色(SCI值為90.61)的房間內進行，觀察位置之照度為約2300Lux。 　　[0107] 於水鍋變色試驗中，在上述之條件下的目視評估之結果，無變色的情況係作為○、變色少的情況係作為△、變色多的情況係作為×。 　　[0108] 另外，針對塗佈量係進行以螢光X射線分析裝置所致之定量分析。作為裝置係使用(股)Rigaku之波長分散桌上型　螢光X射線分析裝置(Supermini200)。 　　[0109] 比較例1、2，塗裝後之外觀、塗膜破裂、白化試驗係由於原本就無塗膜自體，因此為評估對象外。又，於腐蝕試驗中，比較例1為×，比較例2為×。 　　[0110] 相對於此，比較例3、本發明例係塗裝後之外觀、塗膜破裂皆為○，腐蝕試驗、白化試驗皆為○。 　　[0111] 表3係顯示因應於水鍋變色試驗之加熱開始起之時間經過的評估結果。 　　[0112]

[0113] 於水鍋變色試驗結果中，比較例1、2係於加熱開始2分鐘後成為△。又，於水鍋變色試驗結果中，比較例3係於加熱310小時後成為△，但，本發明例係加熱開始起1700小時過後成為△。 　　[0114] 由以上之實驗結果，含有鋁作為金屬層11，且於此金屬層11之上層形成有第1層21、第2層22的本發明例，相較於層合於不含鋁的金屬層11上時，變色防止耐久性提昇效果成為5.5倍而為優異者。另外，於此表3中之實驗性檢驗所示之水鍋變色試驗的條件係引用針對上述之表1的說明。又，表中之各項目的詳細內容亦與表1相同。

[0115]2‧‧‧煤氣爐3‧‧‧三腳架5‧‧‧煤氣燈11‧‧‧金屬層12‧‧‧塗覆層21‧‧‧第1層22‧‧‧第2層

[0027] 　　[第1圖]係顯示適用本發明之表面處理金屬構件的加熱器具之圖。 　　[第2圖]係用以針對構成適用本發明之表面處理金屬構件的各層進行說明之圖。 　　[第3圖]係顯示於構成煤氣燈之表面的金屬構件之上層形成有塗覆層的例子之圖。 　　[第4圖]係用以針對構成適用本發明之表面處理金屬構件的各層進行說明之另一圖。

2‧‧‧煤氣爐

3‧‧‧三腳架

11‧‧‧金屬層

12‧‧‧塗覆層

Claims (4)

1. 一種表面處理金屬構件，其係於金屬層之表面形成有塗覆層的表面處理金屬構件，其特徵為，上述金屬層係含有鋁的不鏽鋼材，上述塗覆層係具有含有矽化合物的第1層，與層合於上述第1層上且含有鋁化合物的第2層，且上述第1層係作為其前驅物之塗料為結晶粒子分散液。
2. 如請求項1之表面處理金屬構件，其中，上述第1層係含有矽酸化合物作為上述矽化合物，上述第2層係含有氧化鋁化合物作為上述鋁化合物。液。
3. 如請求項1或2之表面處理金屬構件，其中，上述塗覆層係呈現透明性。
4. 一種加熱器具，其特徵為，具有可加熱的金屬構件，於該金屬構件使用如請求項1~3中任一項之表面處理金屬構件。

Images