JPH0924337A - 撥水性ステンレス及びその製造方法 - Google Patents

撥水性ステンレス及びその製造方法

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JPH0924337A
JPH0924337A JP7173121A JP17312195A JPH0924337A JP H0924337 A JPH0924337 A JP H0924337A JP 7173121 A JP7173121 A JP 7173121A JP 17312195 A JP17312195 A JP 17312195A JP H0924337 A JPH0924337 A JP H0924337A
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JP
Japan
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stainless steel
metal oxide
oxide layer
film
water
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JP7173121A
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English (en)
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Nozomi Matsukawa
望 松川
Sanemori Soga
眞守 曽我
Kazufumi Ogawa
一文 小川
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステンレス基材表面に化学吸着膜を吸着させ
る際、吸着工程で発生する塩酸により、ステンレス表面
の自然不働態膜が損傷をうけ、耐久性が低下する。本発
明は、耐食性の低下を防ぎ、耐久性に優れた撥水性ステ
ンレスを提供するものである。 【構成】 Cr、Moの添加量(Cr%+3.3×Mo
%)が25以下のステンレス基材表面に金属酸化物層を
形成し、前記金属酸化物層の表面にフッ化アルキル系化
学吸着膜を形成した撥水性ステンレス。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は表面改質ステンレスに関
する。特に撥水性を付与したステンレスに関する。
【0002】
【従来の技術】金属表面に撥水性を付与する方法として
は表面にフッソ樹脂を塗布するのが一般的であるが、ピ
ンホールがなく十分な耐久性を有する膜とするには樹脂
膜の膜厚が100μm程度必要であり、そのため熱伝導
率や、外観が劣ってしまう。そこで、例えば特開昭63ー1
92867号公報に示されるようフッ素樹脂を基材の上に直
接プラズマ重合することにより薄く緊密な膜をつけた
り、特開昭61ー250179号公報や特開平5ー106057号公報の
ように着色膜の上に透明なフッ素樹脂膜を付けることに
より外観を保持することなどが行われているが、いずれ
にせよ膜厚は数μmは必要であり、また透明樹脂でも、
色調だけでなく金属の風合いも維持するのは困難であ
る。
【0003】一方、塗膜一般に関して言えることである
が、塗膜と素材との密着性が塗膜の耐久性に非常に重要
な役割を果たす。しかし、フッ素樹脂においてはフッ素
樹脂に防水、防汚性を与えているその表面エネルギーの
低さが、同時にその密着性を上げるのを妨げている。そ
こで特開平5ー163562号公報のように界面を荒したり、特
開昭62ー174378号公報や特開平1ー142071号公報や特開平2
ー111865号公報のようにアミノ基含有シランカップリン
グ剤やセラミック/含シランカップリング剤プライマや
Si酸化膜を界面に導入することにより密着性を上げる
ことなどが行われている。
【0004】また、密着性が高く分子レベルの膜厚の撥
水膜を付ける方法として、トリクロロシラン等をもつ反
応性フッ化アルキル系化学吸着膜を非水系の溶媒を用い
て吸着することも行われている(特願平3ー24023号公
報、特願平4ー194266号公報、特開平4-255343号公報、特
開平4-288349号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ化
アルキル系化学吸着膜はその膜厚が分子レベルであるた
めに、基材が1分子層腐食しただけで膜に損傷を受け
る、特に基材がステンレスである場合、化学吸着膜をス
テンレス表面に吸着させる吸着工程で発生する塩酸によ
りステンレス表面の自然不働態膜が損傷を受け、耐久性
が低下すると考えられる。ステンレス基材の塩素イオン
存在下での耐食性を考える場合、組成と孔食電位との相
関からCrとMoの添加量を(Cr%+3.3×Mo
%)と換算した値がその指標として用いられる。(ステ
ンレスのおはなし、P59、日本規格協会発行参照)フ
ッ化アルキル系化学吸着膜処理においては、この指標が
25を下回ると耐食性の低下が見られ、20を下回ると
著しい低下が起こるという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明は(Cr%+3.3×Mo%)が25以下の
ステンレス基材の表面にに金属酸化物層、その上に前記
金属酸化物層と共有結合で結ばれたフッ化アルキル系化
学吸着膜という構成を有している。
【0007】
【作用】本発明の構成においてフッ化アルキル系化学吸
着膜は金属酸化物層の水酸基と脱水縮合過程を経て共有
結合を形成し、それにより密着性を確保するのと同時
に、フッ素樹脂の撥水性と、界面の水酸基の数を減らす
ことにより、膜−空気界面、膜−金属酸化物界面に水が
吸着し腐食が起こるのを防ぐ。また、汚れが付着し、不
純物イオンによる腐食が起こるの抑制する。一方、金属
酸化物層は吸着工程で保護膜が失われるのを防ぎ、ま
た、それ自身の耐久性でフッ化アルキル系化学吸着膜が
剥離するのを抑制する。これらの相互の効果、特にフッ
化アルキル系化学吸着膜吸着工程における耐食性の低下
を防ぐことにより、耐久性に優れた撥水性ステンレスを
提供する。
【0008】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明の詳細を説明す
る。
【0009】本発明で用いるステンレス基材はCr、お
よびMOの添加量(Cr%+3.3×MO%)が25以下
のものに対して効果的であり、より好ましくは20以下
である。
【0010】ステンレス基材はその表面の、おもにクロ
ムの酸化物からなる不働態層により、耐食性を付与され
ている。この不働態膜は塩素イオンに弱く、特に塩酸に
対しては耐食性は殆どない。
【0011】塩素イオン存在下での耐食性を考える場
合、組成と孔食電位との相関から指標(Cr%+3.3
×Mo%)が用いられる。様々な組成のステンレスに対
して反応性フッ化アルキル系試薬を反応させると、ハロ
ゲンイオン、特に塩素イオンが、不働態膜を破壊するこ
とになり、耐食性に劣る領域のステンレスでは不働態膜
のピンホール上、あるいは不働態膜がなくなった上に化
学吸着膜が形成されることになる。フッ化アルキル系化
学吸着膜自身は単分子レベルの膜厚であるため、液相の
水が吸着するのを抑制する作用はあるものの、水分子、
酸素分子は透過して、界面が酸化し剥離する。あるいは
この様な界面で新たな水酸基が発生し、界面へ水が吸着
する。その結果、密着性が低下し腐食する。
【0012】フッ化アルキル系化学吸着膜をステンレス
板材、NAR160、SUS304、R445M、SU
S316、NARFC−4、(それぞれ指標(Cr%+
3.3×Mo%)が16.5、18.5、24.64、
25.75、28.6に相当)に反応させ、同じステン
レス基材の上に予め金属酸化膜を形成した上に化学吸着
膜を形成した基材と比較すると、指標が25を下回る領
域で差がみられ、20を下回る領域で著しい差がみられ
た。
【0013】本発明における金属酸化物層は、使用され
る環境において不働態を形成するものであればよく、こ
の様なものとして例えばSiO2、TiO2、Cr23
Fe 34、Cr23/Fe34、Al23、Ni34
Cu2Oが考えられる。
【0014】本発明の撥水性ステンレスの製造方法は金
属酸化物層の形成工程と、その金属酸化物層表面に撥水
性のフッ化アルキル系化学吸着膜を、反応性フッ化アル
キル試薬を用いて形成する工程からなり、試薬はステン
レス基材上の水酸基と反応性よく脱水縮合過程をへて共
有結合を形成するものであればよい。この様な試薬とし
て(化2)でしめされる官能基のうち少なくとも一つを
有する反応性フッ化アルキルが望ましい。ハロゲンとし
ては反応性の点から特にClが望ましいが、Br、Iで
も同様の化学吸着膜が出来る。金属としては反応性、フ
ッ化アルキルとの結合性から特にSiが好ましいが、T
i、Zr、Ge、Snでも同様に化学吸着膜が出来る。
【0015】
【化2】
【0016】本発明におけるフッ化アルキル系化学吸着
膜形成工程としては基材表面と試薬が反応する際に余分
な水が存在しない条件であればよく、この様な工程とし
て、無水溶媒中で基材と試薬を反応させ、溶媒を除去す
る方法が望ましい。
【0017】本発明における金属酸化物形成工程として
は、ステンレス基材と密着性、緊密性が高い膜が出来る
工程であればよく、硫酸と無水クロム酸またはクロム酸
塩との混合水溶液に浸漬する方法や、テトラクロロシラ
ン、ヘキサクロロジシロキサン、オクタクロロトリシロ
キサンなどの試薬の脱塩酸反応、脱水縮合反応による方
法や、直接ステンレス基材上にスパッタして形成する方
法などが上げられる。硫酸と無水クロム酸またはクロム
酸塩との混合水溶液に浸漬する場合、膜の緊密性を上げ
るために硫酸あるいはリン酸とクロム酸との混合水溶液
中で電解する処理をしてもよい結果がえられる。また、
テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシロキサン、オク
タクロロトリシロキサン等の反応においては、塩酸が発
生するために、膜を厚く形成し、膜形成後に水洗を行う
とより好ましい結果がえられる。
【0018】(実施例1)以下、本発明の実施例の一つ
について説明する。
【0019】ステンレス基材としてサイズ100×10
0mmのSUS304(18.5Cr−8.5Ni−0
Mo)板材、SUS316(17.5Cr−12.5N
i−2.5Mo)板材のBA(光輝焼鈍)、研磨仕上げ
(No.4)品を用いた。基材を温度80℃中の2.5
mol/lのCrO3、5mol/lのH2SO4水溶液
中へ12分、17分、20分、24分浸漬し酸化膜を成
長させた後、2.5mol/lのCrO3、0.025
mol/lのH3PO4水溶液中で基材を陰極として、
0.2Aの電流で10分間電解した。処理後の基材と、
金属酸化膜未処理の基材を、乾燥雰囲気下で沸点約15
0℃のトリ(パーフルオロアルキル)アミン系の無水溶
媒に1.0体積%の(化3)を溶解した液に1時間浸漬
した後、溶媒を蒸発乾燥した。空気中に取り出し、純水
で洗浄した後、余分な試薬を除去し、水に対する接触角
を協和界面自動接触角計CA−Z型を用い液滴法で測定
した。何れも100度を越え最大で130度を示した。
これらの基材を密閉容器中で120℃に加熱した純水に
浸漬することにより耐食性を評価した。結果を(表1)
に示す。
【0020】
【表1】
【0021】指標(Cr%+3.3×Mo%)であらわ
すと、SUS304は18.5、SUS316は25.
75となっており、指標(Cr%+3.3×Mo%)が
20を下回るステンレスにおいて、金属酸化膜処理材の
耐食性が未処理材より優れているという結果がでた。指
標(Cr%+3.3×Mo%)が25を上回っているS
US316においてはその差はごくわずかか、殆ど見ら
れなかった なお、金属酸化膜処理の処理液浸積時間を5分、10
分、15分、基材の表面仕上げを2B(酸洗後調質圧
延)に換えた試験でも(表1)と同様の結果が出た。
【0022】この金属酸化膜処理でできる金属酸化膜は
定性的には自然不働態膜より耐食性は劣っているが、出
来る膜の厚さがはるかに厚いため未処理品より優れた耐
食性を持つ。フッ化アルキル系化学吸着膜の耐食性が膜
−基材界面の数分子層に依っていることを考えると、フ
ッ化アルキル化学吸着膜とこの処理による金属酸化膜は
相補的に互いを保護し、耐食性を著しく向上させてい
る。
【0023】
【化3】
【0024】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について説明する。
【0025】ステンレス基材としてNAR160(1
6.5Cr−0Mo)、R445M(22Cr−0.8
Mo)、NARFC−4(22Cr−2Mo)の2B板
材を用いた。基材を乾燥雰囲気下で、パーフルオロカー
ボン系の無水溶媒に2.0体積%のヘキサクロロジシロ
キサンを溶解した液に1時間浸漬した後、溶媒を蒸発乾
燥した。空気中に取り出し、純水で洗浄し、金属酸化膜
を形成した。続いて実施例1と同様の方法、条件でフッ
化アルキル化学吸着膜を形成した。120℃純水浸積試
験の結果を(表2)に示す。
【0026】
【表2】
【0027】NAR160、R445M、NARFC−
4の指標(Cr%+3.3×Mo%)はそれぞれ16.
5、24.64、28.6である。指標が25を下回る
と金属酸化膜層の効果がみられ、20を下回ると著しい
効果が現れた。
【0028】なお、金属酸化膜形成工程を膜厚100Å
のTiO2、Al23、Ni34、Cu2Oをスパッタ法
で行ったものにおいても同様の結果がえられた。
【0029】
【発明の効果】以下のように、本発明においては、ステ
ンレス基材の上に金属酸化物層、その上にフッ化アルキ
ル系化学吸着膜を形成することにより、金属酸化物層が
フッ化アルキル系化学吸着膜形成工程での基材の耐食性
の低下を防ぎ、また上記2層が互いを相補的に保護する
ことにより、耐食性に優れた撥水性ステンレスを実現で
きるものである。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr、Moの添加量(Cr%+3.3×M
    o%)が25以下のステンレス基材表面に金属酸化物層
    を形成し、前記金属酸化物層の表面にフッ化アルキル系
    化学吸着膜を形成した撥水性ステンレス。
  2. 【請求項2】金属酸化物層がSiO2、TiO2、Cr2
    3、Fe34、Al23、Ni34,Cu2Oの少なく
    とも1つである、請求項1記載の撥水性ステンレス。
  3. 【請求項3】ステンレス基材表面に金属酸化物層を形成
    する工程と、前記金属酸化物層表面の活性水素と下記
    (化1)で示される官能基のうち少なくとも一つを有す
    る反応性フッ化アルキルを縮合反応させ、前記金属酸化
    物層表面にフッ化アルキル系化学吸着膜を形成する工程
    からなる撥水性ステンレス製造方法。 【化1】
  4. 【請求項4】フッ化アルキル系化学吸着膜を形成する工
    程が、ステンレス基材をフッ化アルキルシランを含んだ
    無水の溶液に浸漬し、溶液を洗浄もしくは蒸発乾燥さ
    せ、フッ化アルキル系化学吸着膜を形成する工程からな
    る請求項3記載の撥水性ステンレスの製造方法。
  5. 【請求項5】金属酸化物層を形成する工程が、ステンレ
    ス基材を硫酸と無水クロム酸またはクロム酸塩との混合
    水溶液に浸漬した後、水洗乾燥する工程からなる請求項
    3記載の撥水性ステンレスの製造方法。
  6. 【請求項6】金属酸化物層を形成する工程が、ステンレ
    ス基材をテトラクロロシラン、ヘキサクロロジシロキサ
    ン、オクタクロロトリシロキサンの少なくとも一つを含
    んだ無水の溶液に浸漬した後、溶液を洗浄もしくは蒸発
    乾燥させる工程からなる請求項3記載の撥水性ステンレ
    ス製造方法。
  7. 【請求項7】金属酸化物層を形成する工程がステンレス
    基材表面にスパッタリング法もしくは蒸着法で金属酸化
    物層を形成する工程からなる請求項3記載の撥水性ステ
    ンレス製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11142619A (ja) * 1997-11-13 1999-05-28 Nitto Denko Corp ノングレア層及びノングレアシート
JP2001139886A (ja) * 1999-11-17 2001-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 防汚性反射体とこれを有する調理機器
US8911061B2 (en) 2012-09-14 2014-12-16 Ricoh Company, Ltd. Nozzle plate, nozzle plate production method, liquid discharge head, and image forming apparatus
WO2022044246A1 (ja) * 2020-08-28 2022-03-03 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド

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