JPH02107798A - ステンレス鋼の着色方法 - 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、ステンレス鋼の着色方法、特に電解水溶液に
浸漬させながらパルス電位を印加して行うステンレス鋼
の着色方法に関する。

（従来の技術） 近年、ステンレス鋼の用途は著しく拡大し、日常生活用
品にも多量に使用されるようになってきており、それに
要求される特性も多岐に亘っている。日常生活品にステ
ンレス鋼が汎用されるようになると、ステンレス鋼本来
の耐食性ばかりでなく今度は装飾的機能も求められるよ
うになり、そのために各種の着色法が開発され、そのう
ちのいくつかはすでに実用化されている。

特に、安価なステンレス鋼としてのフェライト系ステン
レス鋼には汎用品としてその用途拡大が求められており
、そのための手段としての着色法についても多く検討さ
れている。したがって、本明細書においては、以下、ス
テンレス鋼として「フェライト系ステンレス鋼」を例に
とって説明する。

ところで、ステンレス鋼の着色技術としては、塗料を塗
布する場合はともがくとして、化学的着色法と電気化学
的着色法とに大別される。化学的着色法の代表例は硫酸
−クロム酸水溶液浸漬着色法であり、ｌＮＣ０着色法と
も呼ばれている。特公昭５２−３２６２１号参照。

しかしながら、この方法は着色処理に長時間を要するば
かりでなくクロム酸溶液を使用するため廃液処理等が問
題であって高価な着色法といえる。

その他、米国特許第１，０８９，４９６号および特公昭
４９−１６１７８号に開示されているように酸性または
アルカリ性の水溶液中において電解、着色する電解着色
法、米国特許第６４１，０９１号および米国特許２．４
３１．９８６号に開示されているように溶融塩浴中に浸
漬して着色する熔融塩性などの方法もＩ！されているが
、まだ実用性ある方法とは言えない。

なお、特開昭６２−６０８９２号、同６２−１２４２９
４号、そして同６２−１５８８９８号等においてもステ
ンレス鋼の着色法が開示されているが、これらはいずれ
もＭｎ、Ｖ、Ｃｒ等の重金属の化合物を含有する電解液
を使用するとともに、交番電流電解を行うものであって
、排液処理の問題が依然残るとともに、撮作が煩雑にな
ることは避けられなかった。

（発明が解決しようとする課題） ここに、本発明の目的は、無公害のステンレス鋼の着色
方法を提供することである。

本発明の別の目的は、短時間で着色が可能であって、し
かも設定条件を変えるだけで各種色彩を発現できる簡便
なステンレス鋼の着色方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、そのような課題解決にあたって、電解着
色法に注目して検討を重ね、その結果、般には浸漬して
も着色することはできない硫酸水溶ン夜等の電解水溶液
を浸漬浴として使用し、印加電位としてパスル波電位を
使用したところ、その設定条件如何によっては各種の着
色が可能であることを知り、本発明を完成した。

すなわち、ステンレス鋼の硫酸水溶液中での陽極酸化に
より不働態化電位領域で生成した表面不働態皮膜は厚さ
５０オングストローム以下の透明なものである。また過
不（ｉｔ［域で分極しても着色しない。つまり、クロム
酸を添加しない硫酸水溶液中において過不働！ぶ電位で
の陽極酸化を行ったところ、皮膜の着色は行われなかっ
た。そこで、その理由について検討したところ、クロム
の過不働態反応速度が速いため着色皮膜が得られなかっ
たものと考えられたため、今度は、同し条件下において
定電位パルス波を加えながら分極したところ着色皮膜が
形成され、しかも電解条件を変更することによりその色
彩を各種に変更できることが判明し、本発明に至った。

したがって、本発明は、最も広義には、電解水溶液中に
ステンレス鋼片を浸漬して該ステンレス鋼片を一方の電
極としてパルス電位を印加することを特徴とするステン
レス鋼の着色方法である。

より特定的には、本発明は、硫酸、硝酸、リン酸等の電
解水溶液中にステンレス鋼片を浸漬し、該ステンレス鋼
片を一方の電極として、陽極パルス電位、次いで陰極パ
ルス電位を交互に繰り返えし印加するとともに、そのと
きのパルス電位を−０゜２〜１．５Ｖ　（ｖｓ、　５Ｃ
Ｅ）、パルス時間を０．００１〜１．０秒間とするとと
もに印加時間を５０秒ないし３時間とすることを特徴と
するステンレス鋼の着色方法である。

上記ステンレス鋼としては代表的にはフェライト系ステ
ンレス鋼であるが、クロムを含む材料であるかぎり、オ
ーステナイト系あるいはマルテンサイト系のいずれであ
っても同様の効果は当然期待され本発明により着色され
る。

また、上記電解水溶液としては、後述するように、本発
明の処理条件下でクロムの）容出が行われる限り特に制
限なく、例えば硫酸、硝酸、リン酸等の電解水溶液が包
含される。なお、本発明にあっては着色用にＭｎ、■な
どの重金属の化合物を電解水溶液に添加する必要はない
。

このように、本発明によれば、定電位パルス法により、
つまり陽極パルス電位での過不働態化溶解と陰極パルス
電位でのＣｒ酸化物の還元析出によりＣｒ含有着色皮膜
が生成するのであって、その場合、パルス電位、パルス
時間あるいは処理時間を変えることにより、青色、金色
、紫色、緑色、そして黒色と順次彩色を変更することが
できる。

（作用） 次に、本発明の着色法について着色条件を上述のように
限定した理由を次に説明する。

まず、添付図面にはパルス電位の波形概念を模式的に示
すが、５ＣＥ（飽和カロメル電極）を基準にした電位は
、ゼロから陽極パルス電位に到達してから所定時間経過
後、ステンレス鋼表面の不働態皮膜が安定になる電位（
Ｅｏ）を経て陰極パルス電位に切り換えられ、所定時間
経過後再び陽極パルス電位に切り換えられ、以後これを
繰り返す。このときの陽極パルス電位印加開始から次の
陽極パルス電位印加までの時間をパルス時間（ｔ）と称
する。

浸漬浴としての電解水？８液についてであるが、これは
硫酸、硝酸、リン酸などの水溶液であるいわゆる電解水
溶液であれば特に制限されない。本発明の具体的態様に
よれば、この電解水溶液、例えば硫酸水溶液の液温度は
、０〜１００℃に限定するが、この範囲を越えた温度領
域では電解処理に際しての分極が迅速に進行しないこと
から、本発明の具体的態様にあっては液温度を上記範囲
に限定する。好ましくは２５〜８０℃である。

電解水溶液は、陽極電解に際しＣｒを溶出させる必要が
あり、その限りにおいてその濃度は制限されないが、実
用上の観点からはＣｒ’（９出を容易にさせるために硫
酸水溶液の場合０．１〜１８　ｋｍｏｌ／ｍ″の濃度の
硫酸水溶液を使用するのが良い。余り希薄であると溶出
は速度が遅くなる。−力筒濃度側ではそのような問題は
ないが、実際上余り高濃度の溶液は得られない。好まし
くは、０．５〜５　ｋｍｏｌ／ｍ’である。

定電位パルス波の陰極パルス電位は、−０，２Ｖがら０
．５Ｖの範囲とするが、特に陰極電位をＯＶがら０．５
ｖに増加するにつれて皮膜の形成速度が減少する。パル
ス電位を０．４Ｖ　（ｖｓ、　５ＣＥ）を越えて高くす
ると、着色皮膜形成のための還元反応が起こらず、着色
皮膜が得られない。

パルス時間は、０．００１〜１．０秒間とするが、この
ＬＮ囲より短時間側ではＣｒの溶出、析出が十分に行わ
れず、一方長時間側ではＣｒの溶出が過度に行われ、着
色皮膜は生成されない、好ましくは０．０１　ｓ〜０．
２ｓである。この範囲で特に光沢ある皮膜が得られる。

処理時間は、５０分間ないし３時間であり、あまり長時
間の処理では皮膜が厚くなりすぎて母材との付着特性が
むしろ劣化する傾向がある。

ステンレス鋼中のクロム成分に関する反応式は下記のよ
うに表記される。これから０．５ｖ〜０．８５　Ｖから
プラスの方へ過小Ｉｔｌ１Ｍ化反応が、この電位からマ
イナスの方へ還元反応が起こるものと考えられる。

Ｃｒｙ（ｈ＋　４Ｈｚ’０＝Ｃｒ２０７”−＋　８１１
”＋６ｅ　　・・・＋１１このような還元反応は表面皮
膜の生成反応であると考えられる。したがって、Ｃｒの
過不働態化反応電位域とクロム酸イオンの還元電位域が
見られるような条件では、ステンレス鋼のパルス電位域
を変化させることによって着色皮膜が得られる。

次に、実施例によって本発明の作用効果についてさらに
具体的に説明する。

実施例１ 供試材として５ＵＳ４３０鋼の焼鈍済みの棒材を使用し
た。かかる棒材がら試験片を切り出し、表面の研磨、脱
脂処理をおこなってから参照電極にＳＣＥ電極を使用し
、対極として白金線を使用し、硫酸水／８液に浸潤して
着色試験を行った。

着色試験は、まず試験片を一方の′ＩＭ極とし、ボテン
ショスクノトで試験片電極の電位を一定に制ｉ１Ｌ、そ
こに定電位パルス波を加えた。

生成した着色皮膜はオージェ（口木電子＠製、ＪＡＭＰ
　−１０５）分析に供した。

８０℃、５　ｋＩｌｏｔ／ｍ’の硫酸水溶液中で陽極パ
ルス電位０．９ｖの場合、時間とともに青色、金色、緑
色、黒色の着色皮膜が試験片表面に得られた。しかし、
ｔ　＝Ｏ，Ｓ秒以上となると、着色皮膜が得られテ「＜
なった。また、ｔが０．０１秒以下になると着色速度が
非常に遅くなることが分かった。

実施例２ 本例では実施例１を繰り返したが、陽極パルス電位を０
．９ｖの一定値とし、陰極パルス電位を変えた。硫酸水
溶液の濃度は５　ｋｍｏｌ／ｍ３、／＆湯温度８０℃で
あった。陰極パルス電位が０．４Ｖ、　０．３Ｌ　ＯＶ
と変わると共に試験片表面では金属光沢（皮膜なし）、
薄灰色皮膜、黄色皮膜が形成された。各電流波形を比べ
てみると、陰極パルス電位が０．４Ｖの時、電流マイナ
ス波が非常に小さ（、陰極パルス電位が０．３Ｌ　ＯＶ
になると共に電流マイナス波が大きくなる傾向にあった
。それと同時に着色皮膜が現れた。

これは生成したクロム酸イオンが還元されて表面皮膜に
なりやすいためと考えられる。また、着色皮膜の生成と
同時に皮膜表面のＣｒ含有率も高くなり、それにしたが
ってＣｒの過不働態化反応が生じやすくなるためにプラ
ス電流も上がるものと考えられる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、従来よりとかく
問題のあったステンレス冒の着色が硫酸水溶液などの電
解水溶液に浸潤して定電位パルス波を印加するだけで容
易に行うことができ、しかも着色の程度も処理条件に変
更するだけで種々変更できるのであって、その実用上の
意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

添付図面はパルス電位の波形概念の模式的説明図である
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解水溶液中にステンレス鋼片を浸漬して該ステ
   ンレス鋼片を一方の電極としてパルス電位を印加するこ
   とを特徴とするステンレス鋼の着色方法。
2. （２）硫酸、硝酸、またはリン酸水溶液中にステンレス
   鋼片を浸漬し、該ステンレス鋼片を一方の電極として、
   陽極パルス電位、次いで陰極パルス電位を交互に繰り返
   えし印加するとともに、そのときのパルス電位を−０．
   ２〜１．５Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ）、パルス時間を０．００
   １〜１．０秒間とするとともに印加時間を５０秒ないし
   ３時間とすることを特徴とするステンレス鋼の着色方法
   。