JPH02225698A - チタン及びチタン合金の陽極酸化処理方法 - 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） 本発明はチタン及びチタン合金の陽極酸化処理方法に関
し、詳しくは高電圧での電解を可能とし、チタン及びチ
タン合金に緻密で厚い酸化皮膜を形成する陽極酸化処理
方法に関するものである。

（従来の技術） チタンを電解液中で陽極酸化処理すると、その表面にＴ
　ｉ　Ｏ＊の陽極酸化皮膜が形成される。そして、この
陽極酸化皮膜の厚さに対応し、各種の色調の自然発色皮
膜が得られる。

これらの陽極酸化処理を行ったカラーチタンは、新しい
利用分野例えばビルのカーテンウオール、インテリア、
各種の装飾用等に適用することが検討されている。

また、他の利用分野としては、チタン表面の保護と美観
の向上、あるいは陽極酸化皮膜の耐電圧、耐熱性等から
回路基板への応用が考えられる。また、チタンが高誘電
体物質であることから電子工業材料としての応用につい
て開発研究等が行なわれている。そしてこれらの要求を
満足するためのミクロン単位の厚い陽極酸化皮膜を生成
させる電解方法の開発が要望されている。

チタンの陽極酸化処理に使用される電解液の種類として
は一般的にはリン酸、硫酸、ホウ酸およびこれらの塩類
の水溶液が用いられている。こうした陽極酸化処理用電
解液としては、例えば２．５重量％リン酸水溶液あるい
は２．５重量％リン酸−３，５重量％硫駿混合水溶液な
どが用いられている。

一方、さらに耐圧性の良い陽極酸化皮膜を得るために非
水溶性浴または溶融塩中で電解する方法も試みられてい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで電解処理により陽極酸化皮膜を好ましい厚さに
形成するには、電解電圧を高くする必要がある。しかし
、上述した従来の陽極酸化処理液を用いた場合、一定の
電流密度で通電すると、電解液中での電極間の電解電圧
は次第に上昇し、ある一定の電圧までは時間の経過に比
例して酸化皮膜は成長するが、ある電解電圧以上では局
部的に絶縁破壊を起こし、溶液中でも試料表面に火花が
発生する。従来のリン酸、硫酸混合液を用いた陽極酸化
処理では生成される酸化皮膜の絶縁破壊電圧は２００Ｖ
程度と低く、この時点で火花放電を生じ十分な陽極酸化
皮膜厚が得られない、そのため実際はこの絶縁破壊の発
生する前までしか電解電圧を高めることはできない、し
たがって酸化皮膜の成長もそこで停止してしまうことと
なる。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは陽極酸化皮膜の生成状態に与える電解液と
してのリン酸、シュウ酸、スルホン酸などのスルホン基
を有する酸、硫酸その他の酸の影響について、陽極酸化
皮膜の生成速度と細孔の緻密さとの関係、酸化皮膜の絶
縁破壌電圧と電解電圧との関係について種々検討を加え
た結果、リン酸とシュウ酸及びスルホン酸などのスルホ
ン基を有する酸の特定組成の電解液が火花放電の発生す
る電圧が高いことを見出し、この知見に基づき本発明を
完成するに至った。

すなわち本発明は、チタン及びチタン合金の陽極酸化処
理するに当り電解液として、リン酸０．０５〜１．５重
量％シュウ酸０．０５〜１．５重量％及びスルホン基を
有する酸０．０２〜１重量％を含有する混合水溶液を用
いることを特徴とするチタン及びチタン合金の陽極酸化
処理法を提供するものである。

以下、本発明に用いる陽極酸化処理液の成分限定理由１
作用ならびに上記処理液を用いた陽極酸化処理方法につ
いて説明を加える。

まずリン酸は０．０５〜１８５重量％含もものとする。

すなわちリン酸濃度が０．０５重量％未満では電気型導
度が低くなり、正常な陽極酸化皮膜は形成されず、１．
５重量％を越えた濃度では陽極酸化皮膜の生成速度が高
まるが、同時に陽極酸化皮膜の細孔（通電孔）が大きく
粗となる。リン酸濃度が０．０５〜１．５重量％の範囲
で陽極酸化皮膜の生成速度は増加し、細孔の緻密な陽極
酸化皮膜が形成される。この緻密な細孔は酸化膜の絶縁
破壊電圧を高めることを可能にする。

シュウ酸は０．０５〜１．５重量％とする。シュウ酸は
陽極酸化皮膜を良質にする効果があり、リン酸単独水溶
液以上に電解電圧を高めることができる。その濃度が０
．０５重量％未満では上記効果がなく、濃度が１．５重
量％を越えると細孔（通電孔）が粗となり、電解電圧を
低下させる。

なおリン酸単独水溶液でも電解は可能であるが、陽極酸
化皮膜の生成速度が低い、シュウ酸を添加することによ
り、陽極酸化皮膜の生成速度を高めることができる。

スルホン基を有する酸は、０．０２〜１重量％とする。

スルホン基を有する酸は陽極酸化皮膜を成長させる効果
があるが、濃度が１重量％を越久ると、陽極酸化皮膜の
細孔が粗となり、電解電圧を低下させてしまう。また濃
度が０，０２重量％未満では上記効果は望めない。この
スルホン基を有する酸としては無機、有機のいずれでも
よく例えばスルホン酸、スルホサリチル酸、スルファミ
ン酸、スルファニル酸等が挙げられる。

次に以上の混合水溶液を用いた陽極酸化処理方法につい
て説明すると、純チタン又はチタン合金材を常法により
前処理を行い、その後上記電解液中で電解を行う。

上記水溶液を用いれば陽極酸化皮膜の絶縁破壊電圧を従
来２００Ｖ程度であったものを４５０Ｖ程度まで高める
ことが可能となり、結果として従来以上の高電圧電解に
より緻密で厚い陽極酸化皮膜が得られる。本発明方法は
本出願人が先に出願した方法（平成元年１月２０日付特
許出願）におけるリン酸−シュウｒＩＩ混合水溶液の場
合に比べさらに高電圧電解を可能としたことに加え同じ
品質の陽極酸化皮膜を低電圧、短時間電解で形成するこ
とを可能とした。

上記本発明の水溶液を電解液として使用する際の条件と
しては、電圧は定電圧電解法では直流の場合は３５０〜
４５０Ｖが好ましい、電解液の温度は１０〜３０℃が好
ましく、またその電解時間は５〜２０分が好ましい。ま
た定電流電解法では電流密度は直流の場合は０．５〜４
Ａ／ｄｒｄが好ましい、１を解法の温度は１０〜３０℃
が好ましく、その電解時間は２〜３０分が好ましい。

以上の条件であれば従来にない膜厚２〜１０μｍの酸化
皮膜を得ることができる。

（実施例） 以下に実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

チタン素材として１．０ｍｍ厚の純チタン（ＪＩＳ一種
）焼鈍材を用いた。前処理とじて２０重量％硝酸と２重
量％フッ化水素酸の混合液に浸漬したのち水洗、メタノ
ール洗浄を行なった後、第１表に示す各電解液によって
定電圧電解で陽極酸化処理を行ったところ、形成された
陽極酸化皮膜厚は第１図のグラフに示す結果となった。

第１表 第１図の結果より明らかなように、従来例（Ｂ）２．５
％リン酸−３，５％硫酸混合水溶液を使用した場合には
、１００〜２００■の範囲内で火花放電が発生し、厚い
陽極酸化皮膜は形成されない。また比較例の（Ｃ）５％
リン酸単独液、（Ｄ）３％リン酸−３％シュウ酸混合水
溶液では、３００Ｖ程度までしか電解電圧を高めること
ができないため、厚い陽極酸化皮膜は得られない。

これに対し、本発明である（Ａ）１％リン酸−１％シェ
ウ酸−０．５％スルホサリチル酸混合水溶液を用いた場
合、第１図に示すごとく４００〜４５０■程度まで電解
電圧を高めることが可能であり、その膜厚は３μｍに達
した。また本発明によれば（Ｄ）１％リン酸−１％シュ
ウ酸混合液よりも低電解電圧でより厚い陽極酸化皮膜を
形成させる゛ことができることがわかる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明方法によれば、チタン及びチ
タン合金表面に従来になく膜厚の厚い緻密な酸化皮膜を
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表に示した各電解液を用いたときの電解電
圧と陽極酸化皮膜厚との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チタン及びチタン合金を陽極酸化処理するに当り電解液
   として、リン酸０．０５〜１．５重量％シュウ酸０．０
   ５〜１．５重量％及びスルホン基を有する酸０．０２〜
   １重量％を含有する混合水溶液を用いることを特徴とす
   るチタン及びチタン合金の陽極酸化処理法。