JPS61177399A - チタンおよびチタン合金の表面処理方法 - 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］ この発明は、チタンやチタン合金で構成されるチタン基
材の表面に酸化皮膜や窒化チタン皮膜等の着色性皮膜が
形成され、その表面が黄金色系に着色されたチタン基材
の表面にさらに塗膜を形成し、チタン基材表面に着色さ
れた色彩を濃色化すると共に、その表面を保護するチタ
ンおよびチタン合金の表面処理方法に関するものである
。

［従来技術とその問題点］ 従来、チタンやチタン合金で構成されるチタン基材の表
面表面を着色するにあたっては、一般に陽極酸化法や窒
化法と呼ばれる方法が用いられ、これらはチタン基材の
表面に酸化皮膜や窒化チタン皮膜を形成し、これらの皮
膜によってその表面を着色するようになっている。

しかし、陽極酸化法によって形成された酸化皮膜は、摩
擦に弱く簡単に剥がれてしまうため、充分な着色が行な
えず、また、このような酸化皮膜による着色は、光の干
渉によるものであるため、その皮膜の表面に油膜や指紋
が付着すると、ぞの色調が変化するという欠点があった
。

さらに、このような酸化皮膜による着色においては、そ
の皮膜の１厚よって色彩が変化するため、一定の色彩に
着色するにはその膜厚を一定化させなければならず、作
業が非常に困難であっだ。

一方、窒化法によって形成された窒化チタンの皮膜は、
酸化皮膜に比べ耐摩擦性が高く、色彩も一定化するが、
充分な耐摩擦性を持つとは言えず、そのままの状態で使
用することは困難であった。

このため従来は、酸化皮膜や窒化チタン皮膜によって着
色されたチタン基材の表面に、スプレー塗装等によって
塗膜を形成してその表面を保護していた。

しかし、従来の塗膜は、密着性や耐候性等の点で充分な
ものとはいえず、また、酸化皮膜による色彩を一定化さ
せたり、その色調の変化を抑制したりすることができな
いという問題があった。加えて、従来の塗膜の場合、酸
化皮膜や窒化チタン皮膜によって着色された表面の色彩
が淡色化されてしまい、美しい色彩に着色することがで
きないという問題もあった。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、上記のような従来における問題を解決せん
としてなされたものであり、以下に述べる方法によって
、チタンおよびチタン合金の表面処理を行なうものであ
る。

この発明においては、まずチタンやチタン合金で構成さ
れるチタン基材の表面に、酸化皮膜や窒化チタン皮膜等
の着色性皮膜を形成し、その表面を黄金色系に着色する
のである。

ここで、チタン基材の表面に形成する着色性皮膜の種類
やその形成方法は、どのようなものであってもよく、要
は、チタン基材の表面を黄金色系に着色できるものであ
ればよいのである。

例えば、従来の陽極酸化法による場合には、チタン基材
を陽極に用い、陰極に白金、チタン。

ステンレス、鉛、アルミニウム等を使用し、硫酸や燐酸
等の電解質溶液中でこれらに直流電流を流し、チタン基
材の表面に膜厚が１３２Ａ〜２７２Ａ程度の酸化皮膜を
形成するのである。

ここで、酸化皮膜の膜厚を１３２〜２７２Ａ程度とした
のは、この範囲の膜厚において、チタン基材の表面が黄
金色系に着色されるようになるためである。

また、従来の窒化法による場合は、チタン基材を窒素ガ
ス雰囲気中で７５０℃以上に加熱し、チタン基材の表面
に窒化チタン皮膜を形成し、この皮膜により表面を黄金
色に着色するのである。

加えて、この出願人が同日付けの他の出願において明ら
かにした方法で、すなわち、チタン基材を陽極に用い、
陰極に白金、チタン、ステンレス、鉛、アルミニウム箸
を使用し、アミン塩溶液からなる電解液中において直流
電流を流し、チタン基材の表面に窒化チタン皮膜を形成
してその表面を黄金色に着色するようにしてもよい。こ
こで電解液に用いるアミン塩は、可溶性でこれに含まれ
る窒素がチタンと反応して窒化チタンの皮膜を形成する
ものであればよく、トリエチルアミン、ジエチルアミン
等の第１乃至第３級脂肪族アミン、アリルアミン等の脂
肪族不飽和アミン、シクロヘキシルアミン等の脂肪環式
アミン、アニリン、トルイジン、ペンジジン、アミンフ
ェノール、１−および２−ナフチルアミン等の芳香族ア
ミンの仙、ジメチルホルムアミド、エタノールアミン、
エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、ペンタ
エチレンへキサジン、エチレンイミン、ヒドラミド等の
各種アミンを用いることができる。このようなアミン塩
溶液を使用する場合、その濃度が０，０１ｐｐｍ以下で
は充分な窒化チタン皮膜を形成できず、また酸性下では
チタンと反応する窒素の解離が困難であるため、通常そ
の濃度を０，０１ｐｐｍ以上とし、ｌ）Ｈ７，０〜１２
．０の範囲に調整して用いることが望ましい。また、こ
こで印加する直流電圧が、５Ｖ以下では窒化チタン皮膜
の形成が困難であり、一方、３００Ｖ以上ではガス等が
発生するため、一般に５〜３００Ｖの範囲で使用するこ
とが望ましい。

このようにしてチタン基材の表面を着色性皮膜によって
黄金色系に着色した後は、このチタン基材の表面にさら
に塗膜を形成し、この塗膜によりこの表面を保護すると
共にこの表面に着色された色彩を濃色化するのである。

ここで、チタン基材の表面に塗膜を形成するにあたって
は、ポリマーを第３級アミンもしくは第４級アンモニウ
ム塩で水溶化した溶液、またはポリマーにアミン基を有
するポリアミンを酸で水溶化した溶液を水溶性電着塗料
として用い、この水溶性電着塗料溶液中において、１記
チタン基材を陽極または陰極とし、これに直流電流を流
して電気泳動塗装を行なうのである。

そして、これによりチタン基材の表面に窒化チタンと樹
脂（ポリマー）とが一体化された塗膜を形成し、この塗
膜に含まれる樹脂によってその表面を保護すると共に、
これに含まれる窒化チタンによって表面の色彩を濃色化
するのである。ここにおいて、水溶性電着塗料溶液とし
てポリマーを第３級アミンもしくは第４級アンモニウム
塩で水溶化した溶液や、ポリマーにアミン基を有するポ
リアミンを酸で水溶化した溶液を用いるようにしたのは
、これらに含まれる窒素によって着色されたチタン基材
の表面見さらに窒化チタンを形成すると共に、これらに
含まれるポリマーによってこのチタン基材の表面を被装
するためである。

ここで、チタン基材を陽極に用いてその表面に塗膜を形
成する場合には、水溶性電着塗料溶液としてポリマーを
第３級アミンもしくは第４級アンモニウム塩で水溶化し
た溶液を用い、陰極側に白金、チタン、ステンレス、鉛
、アルミニウム等を使用し、上記のように直流電流を流
し、電気泳動塗装を行なうのである。ここで、ポリマー
を水溶化するために第３級アミンや第４級アンモニウム
塩を用いたのは、第１級及び第２級のアミンではポリマ
ーを充分に水溶化しすることができず、電着塗料溶液と
しての安定性が悪くなり、適切な電気泳動塗装を行なう
ことができなくなるためである。なお、ここで使用する
第３級アミンは、電着塗料に含まれるポリマーを水溶化
し得るものであればよく、トリエチルアミン等の脂肪族
第３級アミン、トリアリルアミン等の脂肪族不飽和第３
級アミン等を用いることができ、またこれは、第４級ア
ンモニウム塩においても同様である。

一方、チタン基材を陰極に用いてこの表面に塗膜を形成
する場合には、水溶性電着塗料溶液としてポリマーにア
ミノ基を有するポリアミンを酸で水溶化した溶液を用い
、陽極側に白金。

チタン、ステンレス、鉛、アルミニウム等を使用し、上
記の場合と同様に直流電流を流し、電気泳動塗装を行な
うのである。この場合は、ポリアミン中の窒素によって
着色されたチタン基材の表面に窒化チタンが形成される
と共に、そのポリマーによってその表面が被装されるの
である。また、ここで使用する酸は、ポリアミンを水溶
化し得るものであればどのような酸であってもよい。

次に、直流電流を流して電気泳ｆ７１塗装を行なう場合
において、直流電流の電圧が２０Ｖ以下では、１着塗料
溶液に含まれるポリマーの泳動が困難で、チタン基材の
表面を樹脂で充分に保護することができず、一方、電圧
が１５０■以上では、チタン基材の表面においてガスが
発生する等により、これらの表面が粗雑化するため、通
常、直流電流の電圧を２０〜１５０■にして行なうので
ある。

［作　用］ この発明に関する発明者の実験的知得によれば、チタン
やチタン合金の表面に酸化皮膜や窒化ブタン皮膜等の着
色性皮膜が形成されて表面が黄金色系に着色されたチタ
ン基材を陽極、陰極いずれか一方の電極として用い、上
記の水溶性電着塗料溶液中において、これに直流電流を
流すと、その表面において水溶性電着塗料溶液に含まれ
るアミンの窒素がチタンと反応して窒化チタンを形成す
ると共に、水溶性電着塗料溶液に含まれるポリマーがそ
の表面に被着し、窒化チタンと樹脂とが一体化された塗
膜がこのチタン基材の表面に形成されると考えられる。

そして、この塗膜中の窒化チタンによって、チタン基材
の表面に着色された黄金色の色彩が濃色化され、さらに
この塗膜中の樹脂によって、その表面が保護されると考
えられる。

［実　施　例］ 以下、この発明の実施例について説明する。

チタンまたはチタン合金で構成されるチタン基材の表面
処理を行なうにあたっては、先ず、チタン基材の表面に
前処理を行なうのである。

ここで行なう前処理としては、その表面を脱脂するだけ
のもの、脱脂に加え酸エツチングまで行なうもの、酸エ
ツチングに加えさらに化学研磨や電解研磨まで行なうも
の等があり、どのような前処理を行なうかは、表面処理
によりどのような表面状態の製品を得るかによって適宜
選択して行なうのである。例えば、表面をぼかした状態
の６のを得る場合には、脱脂するだけの前処理を行ない
、また、表面が鏡面のようになったものを得る場合には
、化学研磨や電解研磨までの前処理を行なうのである。

そして、このように前処理が施されたチタン基材の表面
に、前述したように、従来の陽極酸化法や窒化法等によ
って、酸化皮膜や窒化チタン皮膜等の着色性皮膜を形成
し、チタン基材の表面を黄金色系に着色するのである。

この場合、チタン基材の表面に着色される色彩は、必ず
しも美しい黄金色である必要はなく、赤味や青味等を帯
びたものであってもよい。

そして、このように着色性皮膜が形成され、その表面が
黄金色系に着色されたチタン基材を陽極、陰極いずれか
一方の電極に用い、水溶性電着塗料溶液中において、こ
れに直流電流を流して電気泳動塗装を行ない、その表面
にさらに窒化チタンと樹脂とが一体となった塗膜を形成
し、この塗膜中に含まれる窒化チタンによって、その表
面の色彩を濃色化すると共に、塗膜中の樹脂によってそ
の表面を保護するのである。

ここで、チタン基材を陽極に用いる場合は、水溶性電着
塗料溶液として、一般にアクリル樹脂系のポリマーを第
３級アミンや第４級アンモニウム塩で水溶化した溶液を
用い、白金、チタン、ステンレス、鉛、アルミニウム等
を陰極として使用し、これに２０〜１５０Ｖの直流電流
を流して電気泳動塗装を行ない、着色されたチタン基材
の表面に上記のような塗膜を形成するのである。

−・方、チタン基材を陰極に用いる場合は、水溶性電着
塗料溶液として、一般にポリエステル。

アルキド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ変成樹脂、マレ
イン化ブタジェン等のポリマー中に複数のアミノ基を含
むポリアミンを酸で水溶化した溶液を用い、白金、チタ
ン、ステンレス、鉛。

アルミニウム等を陽極として使用し、上記の場合と同様
に直流電流を流して電気泳動塗装を行ない、着色された
チタン基材の表面に塗膜を形成するのである。

これらにおいて使用する水溶性電着塗料溶液は、一般に
その濃度が５垂量％以下では適当な膜厚の塗膜を形成す
ることができず、また１５重伍％以上では溶液の安定性
が悪くなり、適切な電気泳動塗装を行なえなくなるため
、その濃度を５〜１５重Ｇ％の範囲にして使用すること
が望ましい。

そして、このようにしてチタン基材の表面に形成された
塗膜を焼付けるのである。

次に、チタンやチタン合金で構成されたチタン基材の表
面に、従来の陽極酸化法により、酸化皮膜を形成してそ
の表面を黄金色系に着色した俊、このチタン基材の表面
に、この発明による処理方法によって塗膜を形成し、チ
タン基材表面に着色された色彩を濃色化した例について
説明する。

先ず、従来の陽極酸化法に基づき、チタン基材の表面に
酸化皮膜を形成してその表面を着色するにあたっては、
前処理を施したチタン基材を陽極に用い、白金、チタン
、ステンレス、鉛。

アルミニウム等を陰極に使用し、硫酸や燐酸からなる電
解液中において、約１０Ｖの直流電圧を印加し、チタン
基材の表面に酸化皮膜を形成してその表面を黄金色に着
色した。このように着色されたチタン基材表面の色彩に
ついて、その明度を測定した。その明度を明度値Ｌ＊で
表わすと、３０〜４０の値を示した。

次に、このように表面が酸化皮膜によって着色されたチ
タン基材の表面に塗膜を形成するにあたっては、着色さ
れたチタン基材を陽極に用い、陰極にアルミニウムを用
い、トリエチルアミン等の第３級アミンで水溶性にした
アクリル樹脂溶液中において、約１００Ｖの直流電流を
流して電気泳動塗装を行ない、チタン基材の表面に塗膜
を形成した。　　。

そして、このように塗膜が形成されたチタン基材表面に
おける色彩の明度を上記の場合と同様にして測定した。

その明度を明度値Ｌ＊で表わすと、２０〜３０の値を示
した。

この結果から明らかなように、チタン基材表面に塗膜が
形成されたものは、その明度値し＊が略１０位減少して
おり、濃色化されていることが理解できる。

なお、ここでは単に一例を示しただけであるが、チタン
基材の表面に着色性皮膜を形成するにあたって、着色性
皮膜の種類やその形成方法を変更した場合であっても、
また、着色された一チタン基月の表面に塗膜を形成する
にあたって、水溶性電着塗料溶液に含まれるポリマーや
これを水溶化させる第３級アミン、第４級アンモニウム
塩の種類を変更したり、チタン基材を陰極に用いたりし
た場合であっても略同様の結果が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明に係るチタンおよびチタ
ン合金の表面処理方法は、チタンやチタン合金で構成さ
れるチタン基材の表面に酸化皮膜や窒化チタン皮膜等の
着色性皮膜を形成し、その表面を黄金色系に着色した後
、このチタン基材を陽極または陰極いずれか一方の電極
として用い、上記のような水溶性１着塗料溶液中におい
て、これに直流電流を流して電気泳動塗装を行ない、着
色されたチタン基材の表面にさらに窒化チタンと樹脂と
が一体となった塗膜を形成するようになっている。この
結果、着色性皮膜によって着色されたチタン基材表面の
色彩が赤味や青味を帯びている場合であっても、塗膜中
に含まれる窒化チタンにより、その色彩が美しい黄金色
に補正されて色彩が一定化すると共に、その色彩が濃色
化されるのである。また、この塗膜中において窒化チタ
ンと一体化された樹脂によってチタン基材の表面が保護
されるため、チタン基材表面における密着性や耐候性等
が向上し、摩擦等に対する抵抗が強くなると共に、その
表面に指紋や油膜が付着して色調が変化するということ
もなくなるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）チタンやチタン合金で構成されるチタン基材の表面
   に酸化皮膜や窒化チタン皮膜等の着色性皮膜を形成して
   その表面を黄金色系に着色した後、このチタン基材を電
   極として用い、ポリマーを第３級アミンもしくは第４級
   アンモニウム塩で水溶化した溶液、またはポリマーにア
   ミノ基を有するポリアミンを酸で水溶化した溶液を水溶
   性電着塗料をとし、この水溶性電着塗料溶液中において
   、上記チタン基材に直流電流を流して電気泳動塗装を行
   ない、チタン基材の表面に塗膜を形成することを特徴と
   するチタンおよびチタン合金の表面処理方法。 ２）前記チタン基材を陽極に用い、水溶性電着塗料溶液
   にポリマーを第３級アミンもしくは第４級アンモニウム
   塩で水溶化した溶液を使用することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のチタンおよびチタン合金の表面処
   理方法。 ３）前記チタン基材を陰極に用い、水溶性電着塗料溶液
   としてポリマーにアミノ基を有するポリアミンを酸で水
   溶化した溶液を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のチタンおよびチタン合金の表面処理方法。 ４）直流電流の電圧を２０〜１５０Ｖにして電気泳動塗
   装を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項いずれか１項に記載のチタンおよびチタン
   合金の表面処理方法。