WO2014013977A1 - 合金材料研磨用組成物及びそれを用いた合金材料の製造方法 - Google Patents

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均 森永
玉井　一誠
舞子 浅井
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    • C09K3/1409—Abrasive particles per se

Definitions

  • the present invention relates to a composition for polishing an alloy material and a method for producing an alloy material using the same.
  • Alloy materials are used in various applications because they have better mechanical strength, chemical resistance, corrosion resistance, and heat resistance than pure metal materials.
  • the alloy material is subjected to processing such as polishing (see Patent Documents 1 and 2).
  • An object of the present invention is to provide an alloy material polishing composition capable of suppressing surface roughness and defects on a polished surface of an alloy material, and a method for producing an alloy material using the same.
  • an alloy material polishing composition for use in polishing an alloy material, wherein the alloy material comprises a first metal species as a main component.
  • a second metal species that is different from the first metal species and has a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the first metal species, and the alloy material polishing composition is bonded to carbon
  • An alloy material polishing composition containing a compound having a functional group capable of capturing the second metal species is provided.
  • the alloy material polishing composition may further contain abrasive grains, in which case the compound is preferably immobilized on the abrasive grains.
  • the main component of the alloy material is preferably any one of magnesium, aluminum, titanium, chromium and iron.
  • the main component of the alloy material is preferably aluminum, and the alloy material preferably contains 1.0% by mass or more of at least one metal element selected from iron, copper and zinc.
  • the alloy material polishing composition of the present embodiment is used for polishing an alloy material.
  • the alloy material contains a first metal species as a main component and a second metal species that is different from the first metal species and has a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the first metal species.
  • alloy materials include aluminum alloys, titanium alloys, stainless steel, nickel alloys, and copper alloys.
  • the aluminum alloy contains aluminum as a main component and further contains at least one selected from, for example, silicon, iron, copper, manganese, magnesium, zinc, and chromium.
  • the content of metals other than aluminum in the aluminum alloy is, for example, 0.1 to 10% by mass.
  • Examples of aluminum alloys include alloy numbers 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, and 8000 as described in Japanese Industrial Standard (JIS) H4000: 2006, for example. Things.
  • the titanium alloy is mainly composed of titanium, and further contains, for example, aluminum, iron, and vanadium.
  • the content of metals other than titanium in the titanium alloy is, for example, 3.5 to 30% by mass.
  • Examples of titanium alloys include those of 11 to 23 types, 50 types, 60 types, 61 types, and 80 types described in JIS H4600: 2012.
  • Stainless steel contains iron as a main component and further contains at least one selected from, for example, chromium, nickel, molybdenum, and manganese.
  • the content of metals other than iron in the stainless steel is, for example, 10 to 50% by mass.
  • Examples of stainless steel include SUS201, SUS303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304NI, SUS305, SUS305JI, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS347, and SUS347, SUS384, as described in JIS G4303: 2005.
  • the nickel alloy contains nickel as a main component and further contains at least one selected from, for example, iron, chromium, molybdenum, and cobalt.
  • the content of metals other than nickel in the nickel alloy is, for example, 20 to 75% by mass.
  • Examples of the nickel alloy include those of alloy numbers NCF600, NCF601, NCF625, NCF750, NCF800, NCF800H, NCF825, NW0276, NW4400, NW6002, and NW6022, as described in JIS H4551: 2000.
  • the copper alloy contains copper as a main component and further contains at least one selected from, for example, iron, lead, zinc, and tin.
  • the content of metals other than copper in the copper alloy is, for example, 3 to 50% by mass.
  • Examples of copper alloys include alloy numbers C2100, C2200, C2300, C2400, C2600, C2680, C2720, C2801, C3560, C3561, C3710, C3713, C4250, C4430, as described in JIS H3100: 2006, for example. , C4621, C4640, C6140, C6161, C6280, C6301, C7060, C7150, C1401, C2051, C6711, and C6712.
  • the main component of the alloy material is preferably any one of magnesium, aluminum, titanium, chromium and iron, more preferably aluminum.
  • the alloy material preferably contains 1.0% by mass or more of at least one metal element selected from iron, copper, and zinc.
  • the alloy material polishing composition can capture a metal other than the main component having a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the second metal species, that is, the main component metal in the alloy material, in the functional group bonded to carbon Contains compounds. This compound is used for the purpose of suppressing surface roughness and defects on the polished surface of the alloy material.
  • the functional group of the compound can capture at least the metal species having the highest standard electrode potential among the second metal species.
  • the standard electrode potential is expressed by the following equation when all chemical species involved in the oxidation reaction are in the standard state.
  • E0 is the standard electrode potential
  • ⁇ G0 is the standard Gibbs energy change of the oxidation reaction
  • K is its parallel constant
  • F is the Faraday constant
  • T is the absolute temperature
  • n is the number of electrons involved in the oxidation reaction. Accordingly, since the standard electrode potential varies depending on the temperature, the standard electrode potential at 25 ° C. is adopted in this specification.
  • the standard electrode potential of the aqueous solution system is described in, for example, the revised 4th edition chemical handbook (basic edition) II, pp 464-468 (edited by the Chemical Society of Japan).
  • the functional group of the compound is preferably an anionic group, more preferably has a higher ability to capture the second metal species than the hydroxyl group, and is stable in the state of capturing the second metal species.
  • the functional group is preferably a sulfo group or two or more carboxyl groups. That is, the compound in the alloy material polishing composition is preferably a compound having a sulfo group bonded to carbon or a compound having two or more carboxyl groups bonded to carbon.
  • the compound may have only one type of functional group or may have multiple types of functional groups.
  • the compound in which the functional group bonded to carbon can capture the second metal species may be used singly or in combination of two or more.
  • Examples of the compound in the alloy material polishing composition include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, and ammonium salt.
  • the compound in the alloy material polishing composition include, for example, polystyrene sulfonic acid and its salt, polyacrylic acid and its salt, iminodiacetic acid (iminodiacetic acid) and its salt, and citric acid and its salt Is mentioned.
  • Polystyrene sulfonic acid and its salt are preferably water-soluble.
  • the solubility of polystyrene sulfonic acid and its salt is preferably 20 [g / 100 g-H 2 O] or more at 20 ° C., for example.
  • the weight average molecular weight of polystyrene sulfonic acid and its salt is preferably in the range of 5000 to 1200000, for example.
  • the polystyrene sulfonic acid and its salt may be, for example, those having a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a carboxyl group introduced therein, or a copolymer of styrene sulfonic acid or its salt and other vinyl monomers. It may be.
  • polyacrylic acid and its salt have water solubility.
  • the solubility of polyacrylic acid and its salt is preferably 40 [g / 100 g-H 2 O] or more at 20 ° C., for example.
  • the weight average molecular weight of the polyacrylic acid and its salt is preferably in the range of 2000 to 200000, for example.
  • the polyacrylic acid and its salt may be, for example, those having a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a sulfo group introduced therein, or a copolymer of polyacrylic acid or its salt and other vinyl monomers. It may be.
  • the compound in the alloy material polishing composition is polystyrenesulfonic acid and its salt, polyacrylic acid and its salt, iminodiacetic acid and its It is preferable that the salt is at least one selected from citric acid and salts thereof.
  • the content of the compound in the alloy material polishing composition is preferably 0.01% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more. As this content increases, it becomes possible to further suppress surface roughness and defects on the polished surface of the alloy material.
  • the content of the compound in the alloy material polishing composition is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. As this content decreases, the polishing rate of the alloy material improves.
  • the alloy material polishing composition may contain abrasive grains.
  • the abrasive grains improve the polishing rate of the alloy material by physically polishing the surface of the alloy material.
  • abrasive grains include, for example, silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, manganese oxide, silicon carbide, and silicon nitride.
  • An abrasive grain may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more types.
  • silicon oxide or aluminum oxide is preferable as the abrasive, more preferably silicon oxide, still more preferably colloidal silica or fumed silica, and particularly preferably colloidal silica. When these are used, it becomes easy to obtain a smoother and better polished surface.
  • the compound capable of capturing the second metal species by the functional group bonded to carbon is immobilized on the abrasive grains. In this case, the dispersibility of the abrasive grains is improved.
  • the compound is fixed to the abrasive grains by chemically bonding the compound to the surface of the abrasive grains.
  • a method for immobilizing the compound on colloidal silica will be described as an example. If the compound having a sulfo group is immobilized on colloidal silica, for example, the method described in “Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003) it can. Specifically, a silane coupling agent having a thiol group such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is coupled to colloidal silica, and then the thiol group is oxidized with hydrogen peroxide so that the compound having a sulfo group is exposed to the surface. Colloidal silica immobilized on the silica can be obtained.
  • colloidal silica for example, “Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel”, Chemistry Letters, 3 -229 (2000).
  • a silane coupling agent containing a photoreactive 2-nitrobenzyl ester is coupled to colloidal silica and then irradiated with light to obtain colloidal silica having a carboxyl group-containing compound immobilized on the surface. be able to.
  • the pH of the alloy material polishing composition is preferably 7.0 or more. In this case, it is easy to obtain a good polished surface by improving the stability of the abrasive grains in the alloy material polishing composition.
  • the average primary particle diameter of the abrasive grains contained in the alloy material polishing composition is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and further preferably 15 nm or more. As the average primary particle diameter of the abrasive grains increases, the polishing rate of the alloy material improves.
  • the average primary particle diameter of the abrasive grains contained in the alloy material polishing composition is preferably 400 nm or less, more preferably 300 nm or less, and even more preferably 200 nm or less. As the average primary particle diameter of the abrasive grains decreases, it is easy to obtain a surface with less surface roughness and low defects and low roughness.
  • the measurement of the average primary particle diameter of an abrasive grain can be calculated from the measured value of the specific surface area by a nitrogen adsorption method (BET method).
  • the content of abrasive grains in the alloy material polishing composition is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more. As the abrasive grain content increases, the polishing rate of the alloy material increases.
  • the content of abrasive grains in the alloy material polishing composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. As the content of the abrasive grains decreases, it is easy to obtain a polished surface with less scratches in addition to a reduction in the manufacturing cost of the alloy material polishing composition. Further, as the content of abrasive grains decreases, the amount of abrasive grains remaining on the surface of the alloy material after polishing decreases, so that the alloy material after polishing can be easily cleaned.
  • the manufacturing method of the alloy material includes a polishing step of polishing the alloy material using the alloy material polishing composition.
  • the alloy material polishing composition can be used in the same apparatus and conditions as those normally used for polishing metal materials. When a polishing pad is used, the alloy material is physically polished by friction between the polishing pad and the alloy material and friction between the alloy material polishing composition and the alloy material.
  • Examples of the polishing apparatus include a single-side polishing apparatus and a double-side polishing apparatus.
  • a holding plate called a carrier is used to hold the alloy material, and while supplying the alloy material polishing composition, the surface plate with the polishing pad is pressed against one side of the alloy material to rotate the surface plate. . Thereby, one side of the alloy material is polished.
  • the carrier material is used to hold the alloy material, and while supplying the alloy material polishing composition from above, the surface plate with the polishing pad attached is pressed against both surfaces of the alloy material to rotate the surface plate. Thereby, both surfaces of the alloy material are polished.
  • the polishing conditions include a polishing load and a polishing linear velocity.
  • the polishing load increases because the mechanical processing characteristics improve.
  • the polishing load decreases, surface roughness of the polished surface is suppressed.
  • the polishing load applied during polishing using the alloy material polishing composition is, for example, preferably 20 to 1,000 g / cm 2 , more preferably 50 to 500 g / cm 2 .
  • the polishing linear velocity is generally affected by the number of rotations of the polishing pad, the number of rotations of the carrier, the size of the alloy material, the number of alloy materials, and the like.
  • the polishing linear velocity is preferably, for example, 10 to 300 m / min, and more preferably 30 to 200 m / min.
  • a sufficiently high polishing rate can be obtained, and an appropriate frictional force can be imparted to the alloy material.
  • the polishing pad is not particularly limited, and for example, any of non-woven fabric type, suede type, those containing abrasive grains, and those not containing abrasive grains may be used.
  • the metal species in the alloy material is eluted in the alloy material polishing composition.
  • the second metal species having a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the first metal species are likely to precipitate. Due to the precipitation of the second metal species, fine scratches may be formed on the polished surface of the alloy material. Further, the precipitate itself may form defects on the polished surface or cause surface roughness.
  • the composition for polishing an alloy material of the present embodiment contains a compound in which the functional group bonded to carbon can capture the second metal species, so that the precipitation of the second metal species is suppressed. Thus, the adverse effect on the polished surface of the alloy material due to the precipitate of the second metal species is reduced.
  • the alloy material polishing composition contains a second metal species, that is, a compound capable of capturing a metal other than the main component having a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the main component metal in the alloy material. ing. Thereby, surface roughness and defects of the polished surface of the alloy material can be suppressed.
  • a second metal species that is, a compound capable of capturing a metal other than the main component having a standard electrode potential higher than the standard electrode potential of the main component metal in the alloy material.
  • the alloy material polishing composition may further contain abrasive grains, in which case the compound is preferably immobilized on the abrasive grains. Thereby, the dispersibility of an abrasive grain improves.
  • the alloy material polishing composition of the present embodiment contains 1.0% by mass or more of such an alloy material, more specifically, aluminum as a main component and at least one metal element selected from iron, copper, and zinc. It is particularly effective to use for polishing the alloy material.
  • the embodiment may be modified as follows.
  • the alloy material polishing composition may further contain a compound capable of capturing the second metal species, in addition to the compound capable of capturing the second metal species by the functional group bonded to carbon.
  • a compound capable of capturing the second metal species include, for example, polycarboxylic acids, polyphosphonic acids, polysaccharides, cellulose derivatives, water-soluble polymers such as ethylene oxide polymers and vinyl polymers, water-soluble copolymers, and salts and derivatives thereof. Is mentioned. These compounds are also used for the purpose of imparting hydrophilicity to the surface of the alloy material or improving the dispersibility of the components in the composition.
  • the alloy material polishing composition may further contain an additive such as a dispersant for improving the dispersibility of the abrasive grains or a dispersion aid for improving the redispersibility of the aggregates of the abrasive grains, if necessary.
  • an additive such as a dispersant for improving the dispersibility of the abrasive grains or a dispersion aid for improving the redispersibility of the aggregates of the abrasive grains, if necessary.
  • the composition for polishing an alloy material may further contain a preservative, an antifungal agent, a rust preventive agent and the like as necessary.
  • the alloy material polishing composition may be a one-part type or a multi-part type composed of two or more parts.
  • Each component contained in the alloy material polishing composition may be filtered through a filter immediately before production.
  • the alloy material polishing composition may be used after being filtered through a filter immediately before use. By performing the filtration treatment, coarse foreign substances in the alloy material polishing composition are removed, and the quality is improved.
  • the material and structure of the filter used for the above filtration process are not particularly limited.
  • the filter material include cellulose, nylon, polysulfone, polyethersulfone, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polycarbonate, and glass.
  • any type of filter such as a depth filter, a pleated filter, and a membrane filter may be used.
  • a used alloy material polishing composition used for polishing an alloy material may be collected and reused (circulated). More specifically, the used alloy material polishing composition discharged from the polishing apparatus may be once collected in a tank and supplied from the tank to the polishing apparatus again. In this case, since it is less necessary to treat the used polishing composition as a waste liquid, it is possible to reduce the environmental load. Further, the cost for polishing the alloy material can be reduced by reducing the amount of the alloy material polishing composition used.
  • the reduced amount of at least one of the components in the alloy material polishing composition consumed or lost by being used for polishing the alloy material is replenished.
  • the components to be replenished may be added individually to the used alloy material polishing composition, or may be added to the used alloy material polishing composition in the form of a mixture containing two or more components in any concentration. It may be added.
  • the alloy material polishing composition may be prepared by diluting a stock solution of the alloy material polishing composition with water.
  • a preliminary polishing step may be performed before polishing of the alloy material using the alloy material polishing composition.
  • a finish polishing step may be performed after polishing of the alloy material using the alloy material polishing composition.
  • an alloy material polishing composition was prepared by diluting abrasive grains with water.
  • an alloy material polishing composition was prepared by further adding a specific compound.
  • “Silica A (surface modified product)” described in the “Type” column in the “Abrasive” column of Table 1 is colloidal silica to which a compound having a sulfo group is immobilized, and “Silica B (untreated product)” ””” Indicates colloidal silica that is not surface-modified.
  • the “primary particle diameter” column in the “abrasive grain” column of Table 1 shows the average primary particle diameter of the abrasive grains in each alloy material polishing composition.
  • the “content” column in the “abrasive” column of Table 1 shows the content of abrasive grains in each alloy material polishing composition.
  • the “Compound” column of Table 1 the type and content of a specific compound in each alloy material polishing composition are shown.
  • the “pH” column of Table 1 shows the pH of each alloy material polishing composition.
  • Aluminum alloy having the following composition was prepared as an alloy material.
  • the above aluminum alloy was polished under the conditions shown in Table 2 using the alloy material polishing compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. And while calculating
  • polishing rate was calculated from the difference in the weight of the alloy material before and after polishing. The results are shown in the “Polishing rate” column of Table 1.
  • the surface roughness Ra of the alloy material after polishing was measured using a surface shape measuring instrument (trade name: ZYGO New View 5000 5032, manufactured by Zygo).
  • the surface roughness Ra is a parameter indicating the average amplitude in the height direction of the roughness curve, and indicates the arithmetic average of the height of the alloy material surface within a fixed visual field.
  • the measurement range by the surface roughness shape measuring machine was 1.4 mm ⁇ 1.1 mm. The results are shown in the “Surface roughness Ra” column of Table 1.
  • the surface roughness Ra in Examples 1 to 6 was smaller than that in Comparative Examples 1 to 3. From these results, by using the alloy material polishing compositions of Examples 1 to 6, an alloy material having a polished surface with a smaller surface roughness Ra, that is, an alloy material in which the surface roughness of the polished surface is small and defects are suppressed. It can be seen that can be obtained.

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Description

合金材料研磨用組成物及びそれを用いた合金材料の製造方法
　本発明は、合金材料研磨用組成物及びそれを用いた合金材料の製造方法に関する。
　合金材料は、純金属材料よりも機械的強度や耐薬品性、耐食性、耐熱性に優れるため各種用途に用いられている。合金材料には、例えば研磨等の加工が施される（特許文献１，２参照）。
特開平０１－２４６０６８号公報 特開平１１－０１０４９２号公報
　本発明の目的は、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を抑制することの可能な合金材料研磨用組成物及びそれを用いた合金材料の製造方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様では、合金材料を研磨する用途に用いられる合金材料研磨用組成物であって、前記合金材料は、主成分の第１金属種と、前記第１金属種とは異なる種類でかつ前記第１金属種の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する第２金属種とを含有し、前記合金材料研磨用組成物は、炭素に結合した官能基が前記第２金属種を捕捉可能である化合物を含有する合金材料研磨用組成物が提供される。
　合金材料研磨用組成物は更に砥粒を含有してもよく、その場合、前記化合物は前記砥粒に固定化されていることが好ましい。
　前記合金材料の主成分はマグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム及び鉄のいずれか一種であることが好ましい。
　前記合金材料の主成分はアルミニウムであることが好ましく、前記合金材料は、鉄、銅及び亜鉛から選ばれる少なくとも一種の金属元素を１．０質量％以上含有することが好ましい。
　本発明の第２の態様では、前記第１の態様の合金材料研磨用組成物を用いて合金材料を研磨する研磨工程を有する合金材料の製造方法が提供される。
　本発明によれば、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を抑制することができる。
　以下、本発明の一実施形態を説明する。
　本実施形態の合金材料研磨用組成物は、合金材料を研磨する用途に用いられる。合金材料は、主成分の第１金属種と、第１金属種とは異なる種類でかつ第１金属種の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する第２金属種とを含有する。
　合金材料の例としては、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、ニッケル合金、及び銅合金が挙げられる。
　アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、及びクロムから選ばれる少なくとも一種をさらに含有する。アルミニウム合金中のアルミニウム以外の金属の含有量は、例えば０．１～１０質量％である。アルミニウム合金の例としては、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｈ４０００：２００６に記載されているような、合金番号２０００番台、３０００番台、４０００番台、５０００番台、６０００番台、７０００番台、及び８０００番台のものが挙げられる。
　チタン合金は、チタンを主成分とし、例えば、アルミニウム、鉄、及びバナジウムをさらに含有する。チタン合金中のチタン以外の金属の含有量は、例えば３．５～３０質量％である。チタン合金の例としては、例えば、ＪＩＳ　Ｈ４６００：２０１２に記載の１１～２３種、５０種、６０種、６１種、及び８０種のものが挙げられる。
　ステンレス鋼は、鉄を主成分とし、例えば、クロム、ニッケル、モリブデン、及びマンガンから選ばれる少なくとも一種をさらに含有する。ステンレス鋼中の鉄以外の金属の含有量は、例えば１０～５０質量％である。ステンレス鋼の例としては、例えば、ＪＩＳ　Ｇ４３０３：２００５に記載されているような、ＳＵＳ２０１，ＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３０３Ｓｅ，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３０４ＮＩ，ＳＵＳ３０５，ＳＵＳ３０５ＪＩ，ＳＵＳ３０９Ｓ，ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，ＳＵＳ３２１，ＳＵＳ３４７，ＳＵＳ３８４，ＳＵＳＸＭ７，ＳＵＳ３０３Ｆ，ＳＵＳ３０３Ｃ，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３０Ｆ，ＳＵＳ４３４，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４１６，ＳＵＳ４２０Ｊ１，ＳＵＳ４２０Ｊ２，ＳＵＳ４２０Ｆ，ＳＵＳ４２０Ｃ，ＳＵＳ６３１Ｊ１が挙げられる。
　ニッケル合金は、ニッケルを主成分とし、例えば、鉄、クロム、モリブデン、及びコバルトから選ばれる少なくとも一種をさらに含有する。ニッケル合金中のニッケル以外の金属の含有量は、例えば２０～７５質量％である。ニッケル合金の例としては、例えばＪＩＳ　Ｈ４５５１：２０００に記載されているような、合金番号ＮＣＦ６００，ＮＣＦ６０１，ＮＣＦ６２５，ＮＣＦ７５０，ＮＣＦ８００，ＮＣＦ８００Ｈ，ＮＣＦ８２５，ＮＷ０２７６，ＮＷ４４００，ＮＷ６００２，ＮＷ６０２２のものが挙げられる。
　銅合金は、銅を主成分とし、例えば、鉄、鉛、亜鉛、及び錫から選ばれる少なくとも一種をさらに含有する。銅合金中の銅以外の金属の含有量は、例えば３～５０質量％である。銅合金の例としては、例えば、ＪＩＳ　Ｈ３１００：２００６に記載されているような、合金番号Ｃ２１００，Ｃ２２００，Ｃ２３００，Ｃ２４００，Ｃ２６００，Ｃ２６８０，Ｃ２７２０，Ｃ２８０１，Ｃ３５６０，Ｃ３５６１，Ｃ３７１０，Ｃ３７１３，Ｃ４２５０，Ｃ４４３０，Ｃ４６２１，Ｃ４６４０，Ｃ６１４０，Ｃ６１６１，Ｃ６２８０，Ｃ６３０１，Ｃ７０６０，Ｃ７１５０，Ｃ１４０１，Ｃ２０５１，Ｃ６７１１，Ｃ６７１２のものが挙げられる。
　合金材料の主成分はマグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム及び鉄のいずれか一種であることが好ましく、より好ましくはアルミニウムである。合金材料の主成分がアルミニウムである場合、合金材料は鉄、銅及び亜鉛から選ばれる少なくとも一種の金属元素を１．０質量％以上含有することが好ましい。
　合金材料研磨用組成物は、炭素に結合した官能基が第２金属種、すなわち合金材料中の主成分金属の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する主成分以外の金属を捕捉可能である化合物を含有する。この化合物は、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を抑制する目的で使用される。合金材料が複数の第２金属種を含有する場合、前記化合物の官能基は、第２金属種のうち少なくとも、最も高い標準電極電位を有する金属種を捕捉可能であることが好ましい。
　なお、標準電極電位とは、酸化反応に関与するすべての化学種が標準状態にあるときに次式で表される。
　Ｅ０＝－△Ｇ０／ｎＦ＝（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎＫ
　ここで、Ｅ０は標準電極電位、△Ｇ０は酸化反応の標準ギブスエネルギー変化、Ｋはその平行定数、Ｆはファラデー定数、Ｔは絶対温度、ｎは酸化反応に関与する電子数である。従って、標準電極電位は温度により変動するので、本明細書中においては２５℃における標準電極電位を採用している。なお、水溶液系の標準電極電位は、例えば改訂４版化学便覧（基礎編）ＩＩ、ｐｐ４６４－４６８（日本化学会編）等に記載されている。
　前記化合物の官能基は、アニオン性基であることが好ましく、第２金属種を捕捉する能力が水酸基よりも高く、かつ、第２金属種を捕捉した状態が安定したものであることがより好ましい。より具体的には、官能基は、スルホ基、又は二つ以上のカルボキシル基であることが好ましい。すなわち、合金材料研磨用組成物中の前記化合物は、炭素に結合したスルホ基を有する化合物、又は、炭素に結合した二つ以上のカルボキシル基を有する化合物であることが好ましい。
　前記化合物は、官能基を一種類のみ有していてもよく、複数種類の官能基を有していてもよい。炭素に結合した官能基が第２金属種を捕捉可能である化合物は、一種類を単独で用いてもよく、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
　合金材料研磨用組成物中の前記化合物の例としては、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩、並びにアンモニウム塩が挙げられる。
　合金材料研磨用組成物中の前記化合物のその他の例としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、イミノジ酢酸（イミノ二酢酸）及びその塩、並びにクエン酸及びその塩が挙げられる。
　ポリスチレンスルホン酸及びその塩は水溶性を有することが好ましい。ポリスチレンスルホン酸及びその塩の溶解度は、例えば２０℃で２０［ｇ／１００ｇ－Ｈ２Ｏ］以上であることが好ましい。ポリスチレンスルホン酸及びその塩の重量平均分子量は、例えば５０００～１２０００００の範囲であることが好ましい。ポリスチレンスルホン酸及びその塩は、例えば、水酸基、カルボキシル基等の親水性基を導入されたものであってもよいし、スチレンスルホン酸又はその塩とそれ以外のビニル系モノマーとを共重合したものであってもよい。
　ポリアクリル酸及びその塩は水溶性を有することが好ましい。ポリアクリル酸及びその塩の溶解度は、例えば２０℃で４０［ｇ／１００ｇ－Ｈ２Ｏ］以上であることが好ましい。ポリアクリル酸及びその塩の重量平均分子量は、例えば２０００～２０００００の範囲であることが好ましい。ポリアクリル酸及びその塩は、例えば、水酸基、スルホ基等の親水性基を導入されたものであってもよいし、ポリアクリル酸又はその塩とそれ以外のビニル系モノマーとを共重合したものであってもよい。
　合金材料研磨用組成物中の前記化合物は、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を更に抑制するためには、ポリスチレンスルホン酸及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、イミノ二酢酸及びその塩、並びにクエン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
　合金材料研磨用組成物中の前記化合物の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．１質量％以上である。この含有量が増大するにつれて、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を更に抑制することが可能となる。
　合金材料研磨用組成物中の前記化合物の含有量は、１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５質量％以下である。この含有量が減少するにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。
　合金材料研磨用組成物は砥粒を含有してもよい。砥粒は、合金材料の表面を物理的に研磨することにより合金材料の研磨速度を向上する。
　砥粒の例としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素が挙げられる。砥粒は、一種類を単独で用いてもよく、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
　中でも、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムが砥粒として好ましく、より好ましくは酸化ケイ素であり、更に好ましくはコロイダルシリカ又はフュームドシリカであり、特に好ましくはコロイダルシリカである。これらを用いた場合には、より平滑で良好な研磨面を得ることが容易となる。
　合金材料研磨用組成物が砥粒を含有する場合、炭素に結合した官能基が第２金属種を捕捉可能である前記化合物は砥粒に固定化されていることが好ましい。この場合、砥粒の分散性が向上する。砥粒への前記化合物の固定化は、砥粒の表面に化合物を化学的に結合することにより行われる。
　ここで、コロイダルシリカに前記化合物を固定化する方法を一例として説明する。スルホ基を有する化合物をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で行うことができる。具体的には、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基を有するシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホ基を有する化合物が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。カルボキシル基を有する化合物をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel”, Chemistry Letters, 3, 228-229 (2000)に記載の方法で行うことができる。具体的には、光反応性２－ニトロベンジルエステルを含むシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に光照射することにより、カルボキシル基を有する化合物が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。
　合金材料研磨用組成物のｐＨは、７．０以上であることが好ましい。この場合、合金材料研磨用組成物中の砥粒の安定性が向上することにより、良好な研磨面が得られ易くなる。
　合金材料研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上であり、更に好ましくは１５ｎｍ以上である。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。
　合金材料研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、４００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ以下である。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、表面荒れが少なく低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。
　なお、砥粒の平均一次粒子径の測定は、窒素吸着法（ＢＥＴ法）による比表面積の測定値より算出することができる。
　合金材料研磨用組成物中の砥粒の含有量は、１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは２質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。
　合金材料研磨用組成物中の砥粒の含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、合金材料研磨用組成物の製造コストが低減することに加えて、よりスクラッチの少ない研磨面を得ることが容易である。また、砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨後の合金材料の表面に残存する砥粒の量が少なくなる結果、研磨後の合金材料の洗浄が容易となる。
　次に、研磨された合金材料を製造する合金材料の製造方法について説明する。
　合金材料の製造方法は、合金材料研磨用組成物を用いて合金材料を研磨する研磨工程を有する。合金材料研磨用組成物は、金属材料の研磨で通常に用いられるのと同じ装置及び条件で使用することができる。研磨パッドを使用した場合には、研磨パッドと合金材料との間の摩擦、及び合金材料研磨用組成物と合金材料との間の摩擦により、合金材料は物理的に研磨される。
　研磨装置の例としては、例えば、片面研磨装置及び両面研磨装置が挙げられる。片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて合金材料を保持し、合金材料研磨用組成物を供給しながら、研磨パッドを貼付した定盤を合金材料の片面に押しつけて定盤を回転させる。これにより、合金材料の片面が研磨される。両面研磨装置では、キャリアを用いて合金材料を保持し、上方より合金材料研磨用組成物を供給しながら、研磨パッドが貼付された定盤を合金材料の両面に押し付けて定盤を回転させる。これにより合金材料の両面が研磨される。
　研磨条件には、研磨荷重及び研磨線速度が含まれる。一般に研磨荷重が高くなるにつれて、機械的な加工特性が向上するために研磨速度が高まる。また、一般に研磨荷重が低くなるにつれて、研磨面の表面荒れが抑制される。合金材料研磨用組成物を用いた研磨の際に適用される研磨荷重は、例えば、２０～１，０００ｇ／ｃｍ２であることが好ましく、より好ましくは５０～５００ｇ／ｃｍ２である。
　研磨線速度は、一般に研磨パッドの回転数、キャリアの回転数、合金材料の大きさ、合金材料の数等の影響を受ける。線速度が高い場合は合金材料に加わる摩擦力が大きくなるため、合金材料が機械的に研磨されやすくなる。研磨線速度は、例えば、１０～３００ｍ／分であることが好ましく、より好ましくは、３０～２００ｍ／分である。線速度が上記の範囲内にある場合、十分に高い研磨速度が得られることに加え、合金材料に対して適度な摩擦力を付与することができる。
　研磨パッドは、特に限定されず、例えば、不織布タイプ、スウェードタイプ、砥粒を含むもの、砥粒を含まないもののいずれを用いてもよい。
　次に、合金材料研磨用組成物及びそれを用いた合金材料の製造方法の作用について説明する。
　合金材料研磨用組成物を用いて合金材料を研磨した場合、合金材料中の金属種が合金材料研磨用組成物中に溶出する。溶出した金属種のうち、第１金属種の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する第２金属種は析出し易い。第２金属種の析出により、合金材料の研磨面に微細な傷が形成されるおそれがある。また、析出物自体が研磨面上で欠陥を形成したり表面荒れを発生させたりするおそれもある。この点、本実施形態の合金材料研磨用組成物は、炭素に結合した官能基が第２金属種を捕捉可能である化合物を含有しているため、第２金属種の析出が抑制されることにより、第２金属種の析出物による合金材料の研磨面に対する悪影響が低減される。
　以上詳述した本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
　（１）合金材料研磨用組成物は、第２金属種、すなわち合金材料中の主成分金属の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する主成分以外の金属を捕捉可能である化合物を含有している。これにより、合金材料の有する研磨面の表面荒れや欠陥を抑制することができる。
　（２）合金材料研磨用組成物は更に砥粒を含有してもよく、その場合、前記化合物が砥粒に固定化されていることが好ましい。これにより、砥粒の分散性が向上する。
　（３）合金材料がマグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム及び鉄のいずれか一種を主成分とする場合、主成分金属の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する金属種が合金材料中に多く含まれるために、それらの金属種の析出に起因した研磨面の表面荒れや欠陥の発生が起こりやすい。したがって、本実施形態の合金材料研磨用組成物は、このような合金材料、さらに言えばアルミニウムを主成分とし、鉄、銅及び亜鉛から選ばれる少なくとも一種の金属元素を１．０質量％以上含有する合金材料の研磨に用いることが特に有効である。
　前記実施形態は次のように変更されてもよい。
　・合金材料研磨用組成物は、炭素に結合した官能基が第２金属種を捕捉可能である化合物とは別に、第２金属種を捕捉可能な化合物をさらに含有してもよい。そのような化合物の例としては、例えば、ポリカルボン酸、ポリホスホン酸、多糖類、セルロース誘導体、エチレンオキサイド重合体、ビニルポリマーなどの水溶性重合体、水溶性共重合体やそれらの塩、誘導体等が挙げられる。これらの化合物は、合金材料の表面に対する親水性の付与、又は、組成物中の成分の分散性の向上を目的としても使用される。
　・合金材料研磨用組成物は、砥粒の分散性を向上させる分散剤や、砥粒の凝集体の再分散性を高める分散助剤のような添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。また、合金材料研磨用組成物は、必要に応じて防腐剤、防黴剤、防錆剤等をさらに含有してもよい。
　・前記合金材料研磨用組成物は、一剤型であってもよいし、二剤以上から構成する多剤型であってもよい。
　・前記合金材料研磨用組成物に含有される各成分は、製造の直前にフィルターによりろ過処理されたものであってもよい。また、前記合金材料研磨用組成物は、使用の直前にフィルターによりろ過処理して使用されるものであってもよい。ろ過処理が施されることによって、合金材料研磨用組成物中の粗大異物が取り除かれて品質が向上する。
　上記のろ過処理に用いるフィルターの材質及び構造は特に限定されるものではない。フィルターの材質としては、例えば、セルロース、ナイロン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート、ガラス等が挙げられる。また、デプスフィルター、プリーツフィルター、及びメンブレンフィルターのいずれのタイプのフィルターを使用してもよい。
　・合金材料の研磨に使用された使用済みの合金材料研磨用組成物を回収して再利用（循環使用）してもよい。より具体的には、研磨装置から排出される使用済みの合金材料研磨用組成物をタンク内にいったん回収し、タンク内から再度研磨装置へと供給するようにしてもよい。この場合、使用済みの研磨用組成物を廃液として処理する必要が減るため、環境負荷の低減が可能である。また、合金材料研磨用組成物の使用量が減ることにより合金材料の研磨にかかるコストの低減も可能である。
　合金材料研磨用組成物を循環使用する場合には、合金材料の研磨に使用されることより消費又は損失された合金材料研磨用組成物中の成分のうちの少なくともいずれかの減少分の補充を行うことが好ましい。補充する成分は個別に使用済みの合金材料研磨用組成物に添加してもよいし、あるいは、二以上の成分を任意の濃度で含んだ混合物のかたちで使用済みの合金材料研磨用組成物に添加してもよい。
　・前記合金材料研磨用組成物は、合金材料研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。
　・合金材料研磨用組成物を用いた合金材料の研磨の前に予備研磨工程を行ってもよい。合金材料研磨用組成物を用いた合金材料の研磨の後に、仕上げ研磨工程を行ってもよい。
　次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
　表１に示すように、実施例１及び２並びに比較例１及び２では、砥粒を水で希釈することで、合金材料研磨用組成物を調製した。実施例３～６及び比較例３では、更に特定の化合物を加えることで合金材料研磨用組成物を調製した。
　表１の“砥粒”欄中の“種類”欄に記載の“シリカＡ（表面修飾品）”は、スルホ基を有する化合物が固定化されたコロイダルシリカであり、“シリカＢ（未処理品）”は、表面修飾されていないコロイダルシリカを示す。表１の“砥粒”欄中の“一次粒子径”欄には、各合金材料研磨用組成物中の砥粒の平均一次粒子径を示す。表１の“砥粒”欄中の“含有量”欄には、各合金材料研磨用組成物中の砥粒の含有量を示す。表１の“化合物”欄には、各合金材料研磨用組成物中の特定の化合物の種類及び含有量を示す。表１の“ｐＨ”欄には、各合金材料研磨用組成物のｐＨを示す。
　合金材料として、以下の組成を有するアルミニウム合金を用意した。
　Ｓｉ　０．１１％
　Ｆｅ　０．２２％、Ｆｅの標準電極電位：－０．４４０Ｖ
　Ｃｕ　０．９％、Ｃｕの標準電極電位：＋０．３４０Ｖ
　Ｍｎ　０．２７％、Ｍｎの標準電極電位：－１．１８０Ｖ
　Ｍｇ　３．３％、Ｍｇの標準電極電位：－２．３５６Ｖ
　Ｚｎ　４．８％、Ｚｎの標準電極電位：－０．７６３Ｖ
　Ｃｒ　０．１３％、Ｃｒの標準電極電位：－０．７４０Ｖ
　Ｔｉ　０．０８％、Ｔｉの標準電極電位：－１．６３０Ｖ
　Ａｌ≧９０％（残部）、Ａｌの標準電極電位：－１．６７６Ｖ
　表１中の“化合物”欄に記載した“イミノジ酢酸”、“クエン酸”、及び“ポリスチレンスルホン酸”は、上記アルミニウム合金中の少なくともＣｕを捕捉する能力を有し、“リン酸系界面活性剤”は上記アルミニウム合金に含有される金属種を捕捉する能力を有していない。
　上記のアルミニウム合金を実施例１～６及び比較例１～３の各合金材料研磨用組成物を用いて、表２に示す条件で研磨した。そして、各合金材料研磨用組成物によるアルミニウム合金の研磨速度を求めるとともに、研磨後の合金材料の表面粗さを測定した。
　＜研磨速度の算出＞
　研磨前後の合金材料の重量の差から研磨速度を算出した。その結果を表１の“研磨速度”欄に示す。
　＜表面粗さの測定＞
　研磨後の合金材料の表面粗さＲａを表面形状測定機（商品名：ＺＹＧＯ　Ｎｅｗ　Ｖｉｅｗ　５０００　５０３２、Ｚｙｇｏ社製）を用いて測定した。なお、表面粗さＲａは、粗さ曲線の高さ方向の振幅の平均を示すパラメータであって、一定視野内での合金材料表面の高さの算術平均を示す。表面粗さ形状測定機による測定範囲は１．４ｍｍ×１．１ｍｍとした。その結果を表１の“表面粗さＲａ”欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　表１に示すように、実施例１～６の場合の表面粗さＲａは、比較例１～３の場合よりも小さい値となった。この結果から、実施例１～６の合金材料研磨用組成物を用いることで、表面粗さＲａのより小さい研磨面を有する合金材料、すなわち研磨面の表面荒れが少なく欠陥が抑制された合金材料を得ることができることが分かる。

Claims (5)

  1. 　合金材料を研磨する用途に用いられる合金材料研磨用組成物であって、前記合金材料は、主成分の第１金属種と、前記第１金属種とは異なる種類でかつ前記第１金属種の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する第２金属種とを含有し、
    　前記合金材料研磨用組成物は、炭素に結合した官能基が前記第２金属種を捕捉可能である化合物を含有することを特徴とする合金材料研磨用組成物。
  2. 　更に砥粒を含有し、前記化合物が前記砥粒に固定化されている、請求項１に記載の合金材料研磨用組成物。
  3. 　前記合金材料の主成分がマグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム及び鉄のいずれか一種である、請求項１又は請求項２に記載の合金材料研磨用組成物。
  4. 　前記合金材料の主成分がアルミニウムであり、
    　前記合金材料は、鉄、銅及び亜鉛から選ばれる少なくとも一種の金属元素を１．０質量％以上含有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の合金材料研磨用組成物。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の合金材料研磨用組成物を用いて合金材料を研磨する研磨工程を有することを特徴とする合金材料の製造方法。
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