JPH04143294A - ステンレス鋼材の着色方法 - 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〕 この発明は、ステンレス鋼材の表面上に耐食性および耐
磨耗性の優れた着色被膜を形成するための方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼材の表面に対する着色は、ステンレス鋼材
の表面上に、着色被膜を形成すること（こより行われて
おり、このような着色被膜の形成方法として、次の方法
が知られている。

（１１特公昭５２−３２６２１号公報に開示された、下
記力Ａらなる、クロム合金材の表面上に着色被膜を形成
するための方法、クロム酸またはクロム酸塩と硫酸とを
含有する電解液中において、前記クロム合金材に陽極電
解処理を施して、クロム合金材の表面上に着色被膜を形
成する（以下、先行技術ｌという）。

（２）特公昭５３−３１８１７号公報に開示された、下
記からなるステンレス鋼材の処理方法、２５〜８５０ｇ
／ｊ７のクロム酸、および、０，１〜ｌＯｇ／ｌの硫酸
を含有する、２０〜８０℃の温度の電解液中において、
その表面上に多孔質の着色被膜を有するステンレス鋼材
に、０．６〜３０Ａ／ｄｍ’の電流密度により、陰極電
解処理を施して、前記ステンレス鋼材の着色被膜を硬化
する（以下、先行技術２という）。

（３）特開昭６１−１３９６８１号公報に開示された、
下記からなるステンレス鋼材の硬化着色被膜の形成方法
：２〜５ｍ０１／１の６価クロムおよび２．５〜７゜２
ｍｏｌ／ｆの硫酸を含有する、３０〜９０℃の温度の水
溶液中にステンレス鋼材を浸漬して、ステンレス鋼材の
表面上に着色被膜を形成し、次いで、前記水溶液と同一
成分の水溶液中において、前記着色被膜が形成されたス
テンレス鋼材に、０．５　Ａ／ｄｍ”の電流密度により
陰極電解処理を施して、前記ステンレス鋼材の着色被膜
を硬化する（以下、先行技術３という）。

（４）特開昭６３−８１９８号公報に開示された、下記
からなる着色ステンレス鋼材の製造方法＝２モル以上の
６価クロムおよび２．５モル以上の硫酸を含有する電解
液中において、ステンレス鋼材に対し、０．０１〜３．
ＯＡ／ｄｍ２の電流密度による陽極電解と、０．０３〜
５．ＯＡ／ｄｍ２の電流密度とによる陰極電解とからな
る、繰り返し数１００Ｈｚ以下の交番電流電解処理を施
して、ステンレス鋼材の表面上に着色被膜を形成する（
以下、先行技術４という）。

〔発明が解決しようとする課題〕

先行技術１および２の出願人は同一であって、この両者
は、通常、組み合わされて実施され、両者を合わせて一
般にｌＮＣ０法と呼ばれている。

即ち、ｌＮＣ０法の場合には、先行技術ｌによってステ
ンレス鋼材に着色被膜を形成したのち、先行技術２によ
って着色被膜の硬化処理を施さなければならない。従っ
て、先行技＃Ｉｌによる着色被膜の形成工程と、先行技
術２による着色被膜の硬化工程の２工程が必要となるの
で、工程の複雑化および製品コストの上昇は避けられな
い問題がある。

先行技術３および４は、先行技術ｌと２とからなるｌＮ
Ｃ０法の上述した間層点を解決するためになされたもの
である。しかしながら、先行技術３の場合には、６価ク
ロムおよび硫酸を含有する水溶液中における、ステンレ
ス鋼材に対する着色被膜の形成処理と、上記水溶液中に
おける、着色被膜の硬化処理とが必要なために、上記処
理に長時間を必要とする。

近年、ステンレス鋼材の表面に着色を施すに当たり、コ
ストの低減のために、着色の高遠度化が望まれているが
、引用例３によっては、このような、着色の高速度化を
図ることはできない。

先行技術４の場合にも、その実施例から明らかなように
、着色被膜の形成に約２０分を要している。従って、先
行技術３と同様に着色の高速度化を図ることができない
問題がある。更に、先行技術４においては、形成された
着色被膜の膜厚が薄（、その色が、青色、金色、黒色等
の場合には、被膜の耐磨耗性は十分であるが、形成され
た着色被膜の膜厚が厚く、その色が、赤紫（赤）色、緑
色等の場合には、着色被膜の耐磨耗性が不十分になる問
題がある。

従って、この発明の目的は、ステンレス鋼材の表面上に
、１工程で短時間に、優れた耐磨耗性および耐食性を有
する着色被膜を形成することができる方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上述した問題を解決すべく、鋭意研究を
重ねた。その結果、次の知見を得た。即ち、ステンレス
鋼材を、所定濃度の硫酸およびクロム酸を含有する所定
温度の電解液中に浸漬すれば、過不動態溶解反応によっ
て、ステンレス鋼材の表面上に、多孔性の酸化被膜即ち
着色被膜が形成される。このときに、所定の電流密度で
、ステンレス鋼材に陰極電解処理を施せば、Ｃｒ”→Ｃ
ｒ、０゜の反応により、ステンレス鋼材の表面上にクロ
ム酸化物が析出する。このようにして析出されたクロム
酸化物は、上述した多孔質の着色被膜の孔を埋める。従
って、着色被膜の形成と同時に着色被膜の硬化が図られ
、耐食性および耐磨耗性の優れた着色被膜を形成するこ
とができる。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、３〜７　ｍｏｌ／ｆの硫酸および１〜５ｍｏｌ／ｌの
クロム酸を含有する、８５〜１２０℃の温度の電解液中
において、０．５〜５０Ａ／ｄｍ’の範囲内の電流密度
で、ステンレス鋼材に陰極電解処理を施して、前記ステ
ンレス鋼材の表面上に、耐食性および耐磨耗性の優れた
着色被膜を形成することに特徴を有するものである。

〔作用〕

次に、この発明の原理について説明する。クロム酸およ
び硫酸を含有する電解液中にステンレス鋼材を浸漬する
と、ステンレス鋼材に部分アノード反応と部分カソード
反応とが生ずる。部分アノード反応は、ステンレス鋼材
の過不動態溶解反応であり、この過不動態溶解反応によ
って、ステンレス鋼材の表面上に酸化被膜即ち着色被膜
が形成される。一方、部分カソード反応は、クロム酸化
物の析出反応（Ｃｒ’＋→Ｃｒ＊Ｏｓ　）であり、この
析出反応によって上記着色被膜の硬化が行われる。

図面は、上述した２つの反応を示すグラフである。図面
において、横軸は、クロム酸および硫酸を含有する電解
液中にステンレス鋼材を浸漬したときに生ずる電位を示
し、縦軸は、そのときの電流値を示す。線Ａは、部分ア
ノード反応速度即ち部分アノード電流値を示し、線Ｂは
、部分カソード反応速度即ち部分カソード電流値を示す
。

図面から明らかなように、部分アノード反応速度即ち部
分アノード電流値Ａと、部分カソード反応速度即ち部分
カソード電流値Ｂとは、外部電流が０のとき即ち電位Ｅ
、のとき、線Ａと線Ｂとが交差する点ａにおいて釣り合
っている。

この状態において、ステンレス鋼材にカソード電流を印
加すると、電位はＥｌに移る。電位Ｅｌにおいては、部
分カソード反応即ち被膜の硬化反応は著しく促進され、
部分カソード反応速度はｂ点に移動する。一方、部分ア
ノード反応即ち着色被膜の形成反応は低下し、部分アノ
ード反応速度は０点に下がる。

そこで、水溶液中の硫酸の含有量および水溶液の温度を
高めて、部分アノード反応を促進せしめる。この結果、
部分アノード反応速度即ち部分アノード電流値Ａは、点
線で示すＡ゛に移動し、部分アノード反応速度は０点か
らＣ°点に高まる。

従って、十分なアノード反応速度が得られ、着色被膜の
形成反応および着色被膜の硬化反応が、共に促進される
。なお、水溶液中の硫酸の含有量および水溶液の温度を
高めるほど、部分アノード反応即ち着色被膜の形成反応
は促進される。

上述したことから、この発明においては、ステンレス鋼
材の表面上に着色被膜を形成する部分アノード電流値即
ち着色被膜の形成速度を適正にするための条件を、次の
ように定めた。

（１）電解液中の硫酸の含有量： ３ｍｏｌ／ｉ’以上、好ましくは４ｍｏｌ／ｊ’以上（
２）電解液の温度： ８５℃以上、好ましくは９０℃以上 （３）陰極電解電流密度： ５０Ａ／ｄｍ”以下、好ましくは１２Ａ／ｄｍ２以下ま
た、着色被膜を硬化する部分カソード電流値即ち着色被
膜の硬化速度を適正にするための条件を、次のように定
めた。

（１）　　電解液中のクロム酸の含有量：１＋ｏｌ／１
以上、好ましくは２ｍｏｌ＃以上（２）電解液の温度： ８５℃以上、好ましくは９０℃以上 （３）陰極電解電流密度： ０．５　Ａ／ｄｍ”以上、好ましくは２　Ａ／ｄｍ”以
上更に、着色被膜に色むらが生じないようにするための
条件を、次のように定めた。

（１）電解液中の硫酸の含有量ニ アｍｏｌ／ｆ以下、好ましくは６ｍｏｌ／ｉ’以下（２
）電解液中のクロム酸の含有量： ５ｍｏｌ、ｌ以下、好ましくは４ｍｏｌ／　ｌ以下（３
）電解液の温度： １２０℃以下、好ましくは１１０”Ｃ以下上記条件に基
づき、この発明においては、ステンレス鋼材に施す陰極
電解のための電解液中の、硫酸およびクロム酸の含有量
、電解液の温度および陰極電解のための電流密度を、以
下に述べるように限定した。

即ち、陰極電解のための電解液中の硫酸の含有量は、３
〜７ｍｏｌ／ｌの範囲内に限定すべきである。硫酸の含
有量が３ｍｏｌ／ｆ未満では、所望の着色被膜を形成す
ることができない。一方、硫酸の含有量が７ｍｏｌ／ｉ
’を超えると、着色被膜に色むらが発生する。好ましい
硫酸の含有量は、４〜６ｍｏｌ／ｌの範囲内である。

陰極電解のための電解液中のクロム酸の含有量は、１〜
５ｍｏｌ／Ｉ！の範囲内に限定すべきである。

クロム酸の含有量が１ｍｏｌ／１未満では、着色被膜の
硬化が不十分になる。一方、クロム酸の含有量が５ｍｏ
ｌ／ｌを超えると、着色被膜に色むらが発生する。好ま
しいクロム酸の含有量は、２〜４ｍｏｌ／ｌの範囲内で
ある。

陰極電解のための電解液の温度は、８５〜１２０℃の範
囲内に限定すべきである。電解液の温度が８５℃未満で
は、着色被膜の硬化が不十分になる。

方、電解液の温度が１２０℃を超えると、電解液の蒸発
が生じ、着色被膜に色むらが発生する。好ましい温度は
、９０〜１１０℃の範囲内である。

陰極電解の電流密度は、０．５〜５０Ａ／ｄｍ”の範囲
内に限定すべきである。電流密度が０．５　Ａ／ｄｍ”
未満では、着色皮膜の硬化が不十分になる。一方、電流
密度が５ＯＡ／ｄｍ”を超えると、所望の着色被膜を形
成することができなくなる。好ましい電流密度は、２〜
１２Ａ／ｄｍ’の範囲内である。

次に、この発明の方法を、実施例により、比較例と対比
しながら説明する。

〔実施例〕

厚さ１ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ　３０４）を、１
０％ＮａＯＨ液中に３０分浸漬することによって脱脂し
、次いで、水洗した。このように脱脂され次いで水洗さ
れたステンレス鋼板に対し、第１表に示す、この発明の
範囲内の条件で、直流定電流による陰極電解処理を施し
て、ステンレス鋼板の表面上に着色被膜を形成した。な
お、陽極としては白金を使用した。このようにして、そ
の表面上に着色皮膜が形成されたこの発明の供試体（以
下、「本発明供試体」という）Ｎｌｌｌ−１１を調製し
た。

比較のために、第２表に示す、この発明の範囲外の条件
で、上述したステンレス鋼板の表面上に着色被膜を形成
し、比較用の供試体（以下、［比較用供試体」という）
Ｎｃｌ〜１１を調製した。

第１表および第２表に、着色被膜の形成に要した時間、
着色被膜の色調、着色被膜の耐食性および耐磨耗性を併
せて示す。なお、着色被膜の形成に要した時間が１０分
未満のものには○印を付し、そして、１０以上のものに
はＸ印を付した。

着色被膜の耐食性および耐磨耗性は、以下に述べる性能
試験によって調査した。

（１）　　耐食性試験 上述した本発明供試体および比較用供試体の各々から縦
２０ｍ１１１．横３０ｍｍのサンプルを切り出し、この
サンプルを、４０℃の温度の１０％ＰｅＣ１＊溶液中に
８時間浸漬した。そして、サンプルに生じた変色および
穴明きの有無を目視によって調べ、下記により評価した
。

Ｏ：変色および穴明きなし、 △：変色あり、しかし、穴明きなし、 ×：変色および穴明きあり。

（２）耐磨耗性試験 上述した本発明供試体および比較用供試体の各々の表面
を、３Ｈの鉛筆の芯により５０回擦って着色被膜に生じ
た変色の有無を目視によって調べ、そして、下記により
評価した。

○：変色なし、 △：やや変色あり、 ×：極めて変色あり。

電解液の温度がこの発明の範囲を外れて低い比較用供試
体隘１は、着色被膜の形成に２５分を要し、そして、電
解液中の硫酸の含有量がこの発明の範囲を外れて少ない
比較用供試体魚２は、着色被膜の形成に３０分を要しな
。

陰極電解処理のための電流密度がこの発明の範囲を超え
て多い比較用供試体鬼３は、着色皮膜を形成することが
できなかった。

陰極電解処理のための電流密度がこの発明の範囲を外れ
て少ない比較用供試体魚４、および、電解液中のクロム
酸の含有量がこの発明の範囲を外れて少ない比較用供試
体嵐５は、いずれも耐磨耗性に劣り、且つ、耐食性もや
や劣っていた。

電解液中の硫酸の含有量がこの発明の範囲を外れて多い
比較用供試体隅６、電解液中のクロム酸の含有量がこの
発明の範囲を外れて多い比較用供試体魚７、および、電
解液の温度がこの発明の範囲を外れて高い比較用供試体
隘８は、いずれも着色被膜に色むらが発生した。

先行技術ｌおよび２からなるｌＮＣ０法に準じて、着色
被膜の形成と、着色被膜の硬化とからなる２工程により
着色被膜を形成した比較用供試体鬼９、先行技術３に準
じて、着色被膜の形成後、その硬化を行うことにより着
色被膜を形成した比較用供試体魚１０、および、先行技
術４に準じて、交番電流電解により着色被膜を形成した
比較用供試体＆１１は、いずれも、着色被膜の形成に１
０分以上を要した。更に、先行技術９の耐食性はやや劣
っていた。

これに対して、本発明供試体魚１〜１１は、いずれも着
色被膜の形成時間が最大４分であって極めて短く、着色
被膜に色むらは生ぜず、耐食性および耐磨耗性に優れて
いた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、ステンレス鋼材
の表面上に、ｌ工程で短時間に高い耐磨耗性および耐食
性を有する着色被膜を形成することができる、工業上有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

図面は、 この発明の原理を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３〜７ｍｏｌ／ｌの硫酸および１〜５ｍｏｌ／ｌの
   クロム酸を含有する、８５〜１２０℃の温度の電解液中
   において、０．５〜５０Ａ／ｄｍ＾２の範囲内の電流密
   度で、ステンレス鋼材に陰極電解処理を施して、前記ス
   テンレス鋼材の表面上に、耐食性および耐磨耗性の優れ
   た着色被膜を形成することを特徴とするステンレス鋼材
   の着色方法。 ２、前記電解液中の前記硫酸の含有量が４〜６ｍｏｌ／
   ｌであり、前記クロム酸の含有量が２〜４ｍｏｌ／ｌで
   あり、前記電解液の前記温度が９０〜１１０℃であり、
   そして、前記陰極電解の電流密度が２〜１２Ａ／ｄｍ＾
   ２である、請求項１記載の方法。