CN102239013A

CN102239013A - 表面处理方法

Info

Publication number: CN102239013A
Application number: CN2009801487290A
Authority: CN
Inventors: 古川雄一; 河原文雄
Original assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; MEC International Co Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-11-09
Also published as: JP4554704B2; JP2010137155A; US20110223339A1; WO2010067786A1; DE112009004336T5

Abstract

本发明提供一种表面处理方法，该方法能够简化操作，并尽量减小每个被处理后表面之间的误差。通过使用毛刷将含有富勒烯类的醇涂布在覆膜有碳膜的物体的表面上，从而在表面上形成含有富勒烯类的覆膜，其中，所述碳膜包含选自碳纳米卷、碳纳米管以及碳纳米丝中的至少一种纳米碳类。

Description

表面处理方法

技术领域

本申请要求2008年12月10日申请的日本专利申请第2008-314991号的优先权。上述申请中的全部内容均以参照的形式而被援引至本说明书中。本说明书中提供了一种涉及提高物体的表面特性(抗磨损性、滑动特性或防水性等)的表面处理方法的技术。

背景技术

已知一种表面处理方法(例如，日本专利申请公开2008-105082号公报)，其通过将含有纳米碳类的碳膜覆膜在物体的表面上，从而提高物体的表面特性(例如，抗磨损性、滑动特性、防水性等)。

另外，例如在日本专利申请公开2007-144499号公报中，公开了如下的技术，即，在铸造用的金属模中，为了抑制金属模和被成型品之间的脱模阻力，从而在金属模表面上形成以富勒烯类为主要成分的碳膜。

发明内容

本发明所要解决的课题

本申请的发明人发明了如下技术，即，首先用碳膜对金属模表面进行覆膜，然后再涂布富勒烯类，其中，所述碳膜包含选自碳纳米卷、碳纳米管以及碳纳米丝中的至少一种纳米碳类。其详细内容记载于日本专利申请第2008-198588号中。虽然富勒烯类对表面特性的提高较为有效，但是存在容易从金属模表面脱落的缺点，而根据本发明，通过使富勒烯类在从表面起以纤维状延伸的纳米碳类之间被捕捉，从而能够抑制富勒烯类从金属模表面脱落的现象。由此，不再需要为了维持较高的表面特性而频繁地再次涂布富勒烯类。

当将富勒烯类涂布在碳膜的表面上时，只需单纯地将富勒烯类的粉末直接涂布在物体的表面上即可。但是，发明人发现，当将富勒烯类的粉末分别直接涂布在多个物体时，无法获得固定的表面特性。即便在为了长时间维持较高的表面特性而再次涂布富勒烯类的情况下，在再次涂布的前后也会产生表面特性上的差异。即，在直接涂布富勒烯类的粉末的方法中，在每次涂布时表面特性会有误差。因此，发明人发明了一种方法，即，在一度将被实施表面处理的物体(以下，称为被处理物体)加热到大约300℃后，使用附着有富勒烯类的粉末的布，将富勒烯类的粉末涂布在形成于被处理物体的表面上的碳膜之上。在该方法中，使用充分地附着有富勒烯类的粉末的布，并且以250±50kPa左右的压力尽量均匀地将富勒烯粉末涂布在整个纳米碳膜表面上。由此，每个非处理物体中表面特性的误差将减小。

但是，在上述方法中，必须一度对非处理物体进行加热。而且，在涂布富勒烯类的粉末时，必须以预定的压力使其分布均匀。本说明书所提供的技术是鉴于上述的情况而实施的发明。在本说明书中提供一种将富勒烯类涂布在含有纳米碳类的覆膜之上的表面处理方法，其能够以简便的方法来抑制每次涂布富勒烯类时所产生的表面特性的误差。

用于解决课题的方法

本说明书所提供的技术中的表面处理方法为，首先用碳膜对物体的表面进行覆膜，所述碳膜包含选自碳纳米卷、碳纳米管以及碳纳米丝中的至少一种纳米碳类。接下来，将含有富勒烯类的液体涂布在该碳膜的表面上。

在上述的表面处理方法中，富勒烯类和液体一起在物体的表面上均匀地分散开。因此，富勒烯类在物体的表面上均匀地扩散。其结果为，能够在每次涂布富勒烯类时，抑制表面特性的误差。根据本说明书所提供的技术的表面处理方法，不再需要对被处理物体进行加热，也不再需要以预定的压力来使富勒烯类均匀分散。

优选为，在第2工序中涂布的液体为醇类。富勒烯类容易分散于醇类中。因此，能够容易地制作出含有富勒烯类的溶液。另外，在常温下，涂布了醇类之后，醇类将挥发从而只有富勒烯类残留在表面上。因此，不需要对醇类进行擦拭。

发明效果

根据本说明书所提供的技术中的表面处理方法，能够以简单的方法而抑制每次涂布时所产生的表面特性的误差。

附图说明

图1为用于对挥发性的定量评价的方法进行说明的概要图。

图2为纳米碳膜形成工序的处理曲线图。

图3为试验件2的表面的SEM图像。

图4为比较试验件1的表面的SEM图像。

实施例

为了确认本说明书所提供的技术的表面处理方法的有效性而进行了实验。作为通过表面处理而获得的表面特性的指标，选择了防水性。在实验中，通过以下的计测方法而将防水性定量化。即，如图1所示，使水滴从实施了表面处理的试验件X的上方滴落，并对附着于试验件X的表面上的水滴10的表面10a和试验件X的表面12a之间的角度θ进行了测定。结果显示，角度θ越大，防水性越高。成为表面处理对象的试验件X为金属性。具体而言，试验件X为SKD61(合金工具钢钢材：JIS G4404)制的平板。作为涂布了含有富勒烯类的液体的试验件X，准备了五种试验件1～5。另外，为了进行比较准备了比较试验件1、2。在各个试验件1～5和比较试验件1、2的表面上，实施了由如下所示的工序所组成的表面处理。各个试验件1～5和比较试验件1、2分别准备了十个。

第1工序(纳米碳膜形成工序)：在试验件1～5和比较试验件1、2的表面上，通过下述方法而形成了纳米碳膜。另外，下述方法已被公开在日本专利公开2008-105082号公报中。该方法为，在SKD61制的钢材上形成碳膜(纳米碳膜)的方法，其中，所述碳膜包含碳纳米卷、碳纳米管、碳纳米丝等的纳米碳类。

将各个试验件放入气氛炉内，在通过真空泵减压并清除空气后，使氮气(N₂)流通，从而使气氛炉内形成为N₂环境。接下来，按照图2所示的处理曲线图，在使反应气体流通的同时，经过0.5小时而升温至480℃。反应气体中使用了硫化氢(H₂S)气体、乙炔(C₂H₂)气体、氨气(NH₃)。在从升温开始起经过0.5小时后达到480℃的时间点处，停止硫化氢气体的供给，并在又经过0.5小时后，停止乙炔气体的供给。在氨气的流通下，于480℃的状态下进一步保持4.5小时之后，停止氨气的供给，并切换至氮气，且开始降温。通过上述的处理，在试验件的表面上形成了纳米碳膜。另外，此时在试验件的基体材料和纳米碳膜之间形成了氮化层以及渗硫层。

第2工序(富勒烯类涂布工序)：在试验件1中，用毛刷将含有重量百分比为1％的富勒烯类的醇类(在本实施例中为异丙醇，以下简称为“醇”)涂布在形成了碳膜的表面上。在试验件2～4中，用毛刷将分别含有重量百分比为5％、10％、30％的富勒烯类的醇涂布在形成了碳膜的表面上。在试验件5中，用手动喷雾器将含有重量百分比为5％的富勒烯类的醇涂布在形成了碳膜的表面上。试验件1～5的涂布全部在常温下实施。

在比较试验件1中，将富勒烯类粉末直接涂布在形成了碳膜的表面上。更加具体而言，在一度将比较试验件1加热到300℃后，将附着有富勒烯类的粉末的布压紧在比较试验件1的表面上。以此方式，将富勒烯类的粉末涂布在形成于被处理物体的表面上的纳米碳膜之上。另外，此时使富勒烯类的粉末充分地附着在布上，并且以250±50kPa左右的压力均匀地将富勒烯粉末涂布在整个纳米碳膜表面上。在比较试验件2上未涂布富勒烯类。

表1表示了实验结果。表1内的各个数值表示了图1的θ的数值。

(表1)

括号内表示富勒烯的含有量数值表示角度(单位：度)

如表1所示，在试验件1至3中，和涂布了富勒烯类的粉末的比较试验件1的情况相比较，防水性的误差大致相同或者较小。这些误差与未涂布富勒烯类的比较试验件2、即形成有碳膜时的误差大致相同。尤其是，在富勒烯类的重量百分比最小的试验件1中，误差最小。与其他的试验件相比，试验件4的误差较大。其原因在于，由于在试验件4中富勒烯类的重量百分比较大，因此富勒烯类未被很好地分散于醇中的缘故。当使用富勒烯类的重量百分比较大的醇时，通过使富勒烯类很好地分散于醇中，能够对误差进行抑制。另外，在试验件5中，除了第二个试验件之外，误差和试验件1至3大致相同。

另外，如表1所示，在使醇中含有富勒烯类并进行了涂布的情况下，与涂布富勒烯类的粉末的比较试验件1的情况相比较，θ的数值较大。即，使醇中含有富勒烯类并进行涂布的情况与涂布富勒烯类的粉末的情况相比，表面的防水性较高。

图3图示了试验件2的表面的SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)图像。图4表示了比较试验件1的表面的SEM图像。图3、4的右下区域的白色线段表示100μm的长度。在图3中，可观察到由覆膜在试验件表面上的纳米碳类形成的碳膜的凹凸。相对于此，在图4中，碳膜的凹凸较少。由此能够推断出，在涂布了包含于醇中的富勒烯类的表面上，通过碳膜的凹凸而使得防水性提高。

在对试验件1至5所实施的表面处理方法中，能够缩小每次涂布富勒烯时的表面特性上的误差。在上述的表面处理方法中，仅使用毛刷或者喷雾器来涂布分散于醇中的富勒烯类即可。即，不需要对被处理物体进行加热，也不需要以预定的压力使富勒烯类均匀分散。在上述的表面处理方法中，与涂布富勒烯类的粉末的情况相比能够减少富勒烯类的量。

在对试验件1至5所实施的表面处理方法中，作为用于包含富勒烯类的液体使用了醇。在上述的表面处理方法中，作为醇类使用了异丙醇。但是，在本说明书所提供的表面处理方法中，作为用于包含富勒烯类的液体，也可以使用其他种类的醇类。富勒烯类容易分散于醇中。因此，能够容易地制作出含有富勒烯类的溶液。另外，在常温下，在涂布了醇之后醇将挥发，从而仅富勒烯类残留在表面上。因此，不需要对醇进行擦拭。另一方面，当在高温环境下实施富勒烯类的涂布工序时，在醇充分地扩散在表面上之前，醇就挥发了。因此，在高温环境下，优选使用挥发性低于醇的液体。只需根据涂布富勒烯类时的温度环境，而适当地选择用于包含富勒烯类的液体的种类即可。例如，刚铸造好的金属模的温度较高。此时，作为包含富勒烯类的液体，优选使用在水中适量混合界面活性剂而形成的液体。通过这种液体，能够防止在液体充分地扩散在表面上之前液体就挥发了的现象，并且高温时的涂布性也较为优异。

在上述的实施例中，采用了使用喷雾器涂布醇和使用毛刷涂布醇这两种方法。使用毛刷涂布的情况与使用喷雾器涂布的情况相比较，能够防止醇的飞散，并且能够提高成品率。

关于本说明书中所提供的技术，希望注意以下事项。包含选自碳纳米卷、碳纳米管以及碳纳米丝中的至少一种纳米碳类的碳膜、以及含有富勒烯类的液体中，也可以包含碳以外的物质。

富勒烯是指，具有闭壳结构的碳簇，通常情况下，碳数量为60～130的偶数。作为具体示例有，C₆₀、C₇₀、C₇₆、C₇₈、C₈₀、C₈₂、C₈₄、C₈₆、C₈₈、C₉₀、C₉₂、C₉₄、C₉₆以及具有比上述物质更多的碳的高阶碳簇。本说明书所提供的技术中的富勒烯类，除了包括上述的富勒烯外，还包括在富勒烯分子中用其他的分子或者官能团进行了化学改性的富勒烯衍生物。在富勒烯类的涂布工序中，也可以将含有上述的富勒烯类和其他物质的液体涂布在物体表面上。

对实施例的几个技术性特征列举如下。

(1)优选为，在将含有富勒烯类的液体涂布在表面上的涂布工序(第2工序)中，使用毛刷来进行涂布。

(2)优选为，含有富勒烯类的液体的主要成分为醇类。

以上，虽然对本说明书所提供的技术的具体示例进行了详细说明，但是这些具体示例仅仅为例示，并不用于限定本发明权利要求的范围。在本发明权利要求的范围所记载的技术中，包含对以上所例示的具体示例进行各种变形、变更后的技术。

Claims

1.一种表面处理方法，包括：

第1工序，用碳膜对物体的表面进行覆膜，所述碳膜包含选自碳纳米卷、碳纳米管以及碳纳米丝中的至少一种纳米碳类；

第2工序，将含有富勒烯类的液体涂布在碳膜的表面上。

2.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，

液体为醇类。