JP2005240144A - チタン系金属製品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面に鏡面部を有するチタン系金属製品の製造方法。前記チタン系金属製品を、無水系電解液に浸漬し、40〜200mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨し、次いで、前記高電流密度電解工程での電流密度より低い電流密度であって、5〜40mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨することを含む。
【選択図】なし
Description
森田直久、歯科技術・器械Vol.9 No.2 p218〜239(1990)
即ち、上記目的を達成するための手段は、以下の通りである。
[請求項1]表面に鏡面部を有するチタン系金属製品の製造方法であって、前記チタン系金属製品を、無水系電解液に浸漬し、40〜200mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨し(以下、「高電流密度電解工程」という)、次いで、前記高電流密度電解工程での電流密度より低い電流密度であって、5〜40mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨すること(以下、「低電流密度電解工程」という)を含むことを特徴とする、前記製造方法。
[請求項2]前記高電流密度電解工程を、0.5〜10分間行う、請求項1に記載の製造方法。
[請求項3]前記低電流密度電解工程を、3〜15分間行う、請求項1または2に記載の製造方法。
[請求項4]前記チタン系金属が、純チタン、チタン合金またはチタン系形状記憶合金である請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
[請求項5]前記無水系電解液が、炭素数1〜6のアルコールを1種または2種以上含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
[請求項6]前記無水系電解液が、エチルアルコール、iso−プロピルアルコール、無水塩化アルミニウムおよび無水塩化亜鉛を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
[請求項7]前記無水系電解液が、エチルアルコールおよび塩化リチウムを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
本発明の製造方法の被研磨体である「チタン系金属製品」は、純チタンからなる製品のほか、チタンとその他の少なくとも1種の金属からなる製品を含む。本発明において使用されるチタン系金属は、純チタン、チタン合金およびチタン系形状記憶合金から選ばれる1種であることが好ましい。
チタン系金属製品の鏡面部は、チタン系金属製品の表面の一部および全部のいずれであってもよい。
一方、比較的低電流密度で電解研磨を行うと、安定性の高い鏡面を形成することができるが、長時間を要する。また、比較的低電流密度で電解研磨を行った場合、表面に皮膜が形成された後、自然に剥離する部分と滞留する部分とができ、その結果、研磨面が不均一になる。そのため、均一な鏡面にするためには、超音波処理等の皮膜除去工程を行う必要がある。
この点について、より詳細に説明する。
チタン系金属製品の電解研磨においては、皮膜を形成する反応と皮膜を除去する反応とが同時に進行していると考えられる。陰極と陽極(被研磨物)に電圧を加えると、陽極面近傍に粘液層が生じ、電圧を加えた直後(初期)には、この粘液層は薄いため、皮膜の生成が皮膜除去よりも優位に進行する。一方、時間が経ち粘液層が十分厚くなると、皮膜を剥離する反応も進行し、研磨効果が現れる。つまり、チタン系金属製品の電解研磨は、皮膜の生成→剥離により進行すると考えられる。
先に述べたように、比較的高電流密度での電解研磨を長時間行うと、曇り面が生じるが、曇り面が生じる前に電解研磨を停止すると、研磨が不十分な部分が残ってしまう。そこで、再度高電流密度での電解研磨を行い、研磨が不十分な部分の研磨を行うことも考えられる。しかし、研磨が不十分な部分には、皮膜が剥離せずに残っているため、その部分に更に高電流密度での電解を行うと、その初期において皮膜の上に更に皮膜を形成することになり、剥離困難な皮膜が形成され、鏡面を得ることができない。
更に、このように高低2種類の電流密度での電解研磨を行った場合にチタン表面に生成される皮膜は、特に振動を加えなくても電解中に剥離したり、電解停止後に軽く液を撹拌するだけで剥がれるものである。よって、本発明の製造方法は、表面皮膜を除去するための超音波処理を行わなくても、鏡面仕上がりのチタン系金属製品が得られるというメリットも有する。
電解研磨実験装置の構成を、図1に示す。
電源は、直流電源((株))エー・アンド・ディ、AD−8723、0〜30V)を用いた。電解槽には300mlのガラス製ビーカーを用い、電極(陰極)は純チタン板(厚さ0.2mm)、を円筒状に曲げ、ビーカーの壁面に沿わせるように配置した。そして、電解槽を超音波洗浄器(アズワン(株)、VC−1、超音波振動子:PZT電歪型振動子、出力:45W)の洗浄槽の中に入れた。
電解液として、以下に示す組成のアルコール系電解液を使用した。液温を15℃に調整した。
エチルアルコール 210ml
iso−プロピルアルコール 90ml
塩化アルミニウム 18g
塩化亜鉛 75g
図2に示すような研磨試料を準備した。
上記試料を使用して、電流密度70mA/cm2(極間電圧25V)での電解研磨を3分間行い、次いで電流密度20mA/cm2(極間電圧7V)での電解研磨を所定時間行った。その際の試料表面の状態を、図3に示す。
図3に示すように、電流密度70mA/cm2での電解研磨を3分行うことにより光沢面が形成され、その後、電流密度20mA/cm2での電解研磨を行うことにより、全面均一な光沢面が形成された。しかも、この条件において電解中に研磨面に形成する皮膜は、特に振動を与えなくても電解中に剥離したり、電解を止めて軽く液を撹拌するだけで剥がれるものであった。
実施例1と同様の条件で、電流密度70mA/cm2での電解研磨を3分間行い、次いで電流密度20mA/cm2での電解研磨を3分間行った後、電解を休止してステンレス棒による液撹拌を行い皮膜を除去する工程を1サイクルとして、これを、1サイクル、3サイクル、5サイクル行った。その結果、研磨前の試料表面の表面粗さRaは0.27μmであったのに対し、1サイクル後に得られた研磨面の表面粗さ(Ra)は0.16μm、3サイクル後は0.12μm、5サイクル後は0.08μmであり、サイクルを繰り返すことによって表面粗さが低減することが確認された。なお、表面粗さ(Ra)は、表面粗さ・輪郭形状測定機SV−C624((株)ミツトヨ)において、JIS B0601−1994に基づき算術平均粗さとして測定した。
実施例1と同様の装置、電解液、および研磨試料を用いて、電流密度20mA/cm2での電解研磨のみを行った。但し、この方法では、研磨面に皮膜が形成された後、自然に剥離する部分と滞留する部分ができ、不均一に研磨が進行してしまうため、15分の電解研磨を行い、次いで電解を休止して2分間超音波振動を加える工程を1サイクルとした。結果を図4に示す。
図4に示すように、低電流密度のみによる電解研磨では、1サイクルでは端部に一部光沢が見られる程度であり、2サイクルでは中央部に白い部分が残り、3サイクル(51分)でほぼ全面が光沢面となった。3サイクル終了後の研磨面の表面粗さRaは0.17μmであった。
実施例1と同様の装置、電解液、および研磨試料を用いて、電流密度70mA/cm2での電解研磨のみを行った。結果を図5に示す。電解研磨開始後3分までは比較例1と同様に端部から光沢面が広がっていったが、5分後には斑点状に白く曇る部分が現れ、10分後にはほぼ全面が白〜灰色の曇り面となった。また、この条件では、電解研磨開始後3分で白い曇り部分が生じたり、5分後にほぼ全面が白い曇り面になる場合もあった。
Claims (7)
- 表面に鏡面部を有するチタン系金属製品の製造方法であって、前記チタン系金属製品を、無水系電解液に浸漬し、40〜200mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨し(以下、「高電流密度電解工程」という)、次いで、前記高電流密度電解工程での電流密度より低い電流密度であって、5〜40mA/cm2の範囲の電流密度で電解研磨すること(以下、「低電流密度電解工程」という)を含むことを特徴とする、前記製造方法。
- 前記高電流密度電解工程を、0.5〜10分間行う、請求項1に記載の製造方法。
- 前記低電流密度電解工程を、3〜15分間行う、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記チタン系金属が、純チタン、チタン合金またはチタン系形状記憶合金である請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記無水系電解液が、炭素数1〜6のアルコールを1種または2種以上含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記無水系電解液が、エチルアルコール、iso−プロピルアルコール、無水塩化アルミニウムおよび無水塩化亜鉛を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記無水系電解液が、エチルアルコールおよび塩化リチウムを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
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