JPH0747838B2 - チタンまたはその合金の通電量制御による着色法 - Google Patents

チタンまたはその合金の通電量制御による着色法

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JPH0747838B2 JP1174286A JP17428689A JPH0747838B2 JP H0747838 B2 JPH0747838 B2 JP H0747838B2 JP 1174286 A JP1174286 A JP 1174286A JP 17428689 A JP17428689 A JP 17428689A JP H0747838 B2 JPH0747838 B2 JP H0747838B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、近年装飾性、耐食性材料として需要の高まっ
ているチタンまたはその合金の着色を、従来の電圧制御
による陽極酸化着色法とは異なる、通電量制御によって
調節する新しい着色法を提供するものである。
[従来の技術] チタンはその軽量性、高比強度、さらに耐食性にも優れ
ていることから宇宙航空機用材料、原子力発電、化学工
業用材料等として成長を遂げており、さらに最近は新し
い利用分野として屋根、ビルのカーテンウォールおよび
インテリアなどの建材分野に進出している。特に建材分
野においては陽極酸化法などで表面を着色することによ
り意匠性を高めることが不可欠であり、着色皮膜に関す
る研究も数多く行われている。
チタンの着色法は、従来、所定の電解液中でチタンを陽
極として陽極酸化を行い金属チタンの表面に薄い酸化皮
膜を生成させ、その結果生じる干渉色を利用するもので
ある。干渉色は陽極酸化によって生成する酸化皮膜の厚
さにより様々に変化し、さらに酸化皮膜と化成電圧の間
には直接関係が成り立つことから、化成電圧を制御する
ことにより細かい色調制御が可能である。現在実用化さ
れている方法は上記の特徴を利用したものである。
すなわち、それらの研究のうちで最も汎用されている陽
極酸化法は、リン酸、硫酸、ホウ酸等の電解水溶液中で
チタンを陽極として直流電圧を負荷することによりチタ
ン表面に酸化皮膜を生成、成長させることによって行
う。この場合、印加電圧によって皮膜厚さが異なり、そ
れぞれの厚さによって光の干渉が異なるため様々な色を
呈するようになる。例えばリン酸電解液の場合、印加電
圧25Vでは色調はブルーでありさらに印加電圧を上げる
にしたがい酸化皮膜が厚くなり色調はイエロー→ピンク
→パープル→グリーンと多彩に変化し、印加電圧120Vで
は赤みを帯びたバイオレット色になる。従って色調の制
御は電圧を制御することによって行っているが様々な色
調を得るためには電源として耐電圧の高いものが必要で
り、少なくとも150V以上の耐電圧電源設備を有する必要
があった。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来の技術で記したように、チタンで様々な色彩を
得るためには、高耐電圧設備を有することが不可欠であ
った。一方、現在工業化されている、例えばアルミニウ
ムの陽極酸化では、酸化皮膜の生成、成長に用いる電源
の耐電圧は20〜30Vと低い値である。従って耐電圧の低
い電源設備でチタンの着色が可能であれば、このような
現在保有する電源設備を活用することも可能であり、広
い応用が期待できる。
本発明はこのような低い電圧で着色制御ができるチタン
またはその合金の着色法を提供しようとするものであ
る。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための本発明の構成は、金属チタン
またはその合金を電解液中で陽極酸化し、所定の化成電
圧に達した後、一旦通電を中断し、その後所定の電流密
度で再度通電を行うことにより、電圧上昇を伴うことな
く、通電量により色調を制御するチタンまたはその合金
の着色法である。
本発明者らはチタンの陽極酸化機構、酸化皮膜の構造に
ついて広く研究を行った結果、リン酸水溶液中では、化
成電圧10V付近で電圧の上昇なしに通電量を変化させて
チタン表面の着色の制御が可能であることを見出し本発
明にいたった。すなわち、直流電源を用い一対電流密度
で陽極酸化を行い化成電圧が酸素発生の始まる20Vに到
達した時点で一旦電流を切ることにより陽極酸化を中断
(以下この電圧を一時中断電圧と呼ぶ。)し、その後再
び定電流を印加し陽極酸化を継続すると電圧は中断前の
20Vには回復せずほぼ10V付近で一定となる。しかし、そ
れにもかかわらず、電流を流し続け通電量を増加させて
いくとチタン表面は様々な色彩に変化するようになる。
さらに検討を重ねた結果、一時中断電圧を15Vとした場
合には、再度電流を印加しても電圧が上昇し、上記のよ
うに一定電圧に落ち着く現象は認められない。しかしこ
の場合でも印加電圧を再び20Vまで上げ、その電圧で再
び電流を遮断し、再度電流を印加すると電圧は約10Vま
で回復したのち一定で推移する。さらに定電流を印加し
続けると前記と同様通電量と共に色彩が変化する。この
場合リン酸水溶液で約20V付近ではチタン表面から酸素
の発生が認められる。さらに一時中断電圧15Vでは酸素
発生が認められずしかもその後の電流印加により電圧が
上昇し続けることから、一時中断電圧は各種電解水溶液
での酸素発生電圧以上とする必要がある。
同じ現象はリン酸水溶液に限らず、他の電解液、すなわ
ちホウ酸、硫酸水溶液でも同様である。例えばホウ酸水
溶液の場合は、一時中断電圧は約15Vであり、その後定
電流を印加し陽極酸化を継続すると電圧は中断前の15V
には回復せず、ほぼ10V付近で一定となる。しかし、電
流を流し続け、通電量を増加させていくとリン酸溶液の
場合と同様チタン表面は様々な色彩に変化する。この場
合も、一時中断電圧が15V未満では、再度電流を印加し
ても電圧が上昇し一定電圧に落ち着く現象は認められ
ず、また酸素発生も認められないことから、一時中断電
圧は酸素発生電圧以上であることが必要なことが解る。
次に硫酸の場合では、一時中断電圧は約10Vとリン酸、
ホウ酸水溶液に比べ低い電圧である。しかしこの場合も
その後の電流印加によって電圧上昇なしに色彩が変化す
るのはリン酸、ホウ酸と同様である。
このような陽極酸化処理により発色するのは純チタンば
かりではなく、従来から陽極酸化法が可能であったチタ
ンを主たる元素として含むチタン合金、例えば現在、高
強度材料として最も使用されているTi−6Al−4V、Ti−8
Al−1Mo−1V合金などでも可能である。すなわち、チタ
ンを主たる元素として含み、しかも他の添加元素がチタ
ンに固溶していればそれらは本方法による色調制御を妨
げるものではない。また、チタンと同様陽極酸化が可能
な金属、例えばAl、Zrなどとの合金でも本方法は有効で
ある。しかしこの場合でもチタンを主たる元素として含
む必要がある。
以上詳述した通り本発明は、定電流を印加しながら酸素
の発生する電圧まで陽極酸化皮膜を成長させた後一旦電
源を遮断し、再度定電流を印加することにより、電圧を
上昇させる事なく通電量の変化だけによって様々な色彩
を得ることを特徴とする着色法である。
なお、定電流は電解液の種類、濃度などに応じて適当に
選ぶものであり、また最初の印加電流と後の印加電流と
は同じである必要はなく、必要に応じて変えてもよい。
次に発明の効果について述べる。建材装飾分野において
最も一般的に使用している材料はアルミニウムでありア
ルミニウムも通常陽極酸化法により表面処理を行ってい
る。しかしアルミニウムの陽極酸化時の電圧は10〜20V
であり、電源設備の耐電圧は20〜30Vとしている。従っ
て従来のチタンの陽極酸化法はこれらの設備では広い範
囲にわたり色調を変化させることは不可能であった。し
かし、本発明により例えばアルミニウム陽極酸化設備を
電解液を変えるだけでチタンまたはその合金の陽極酸化
に使用できる可能性を示しており、また新たに備する上
でも電源の耐電圧を低く設計できるなど極めて有効な方
法である。
[実施例] 次に実施例によって本発明を具体的に説明する。
実施例1 アセトンで脱脂したチタン箔(厚さ100μm、純度99.8
%)を75Vol%HNO3+25Vol%HF溶液中で化学研磨したの
ち、蒸溜水中で十分洗浄し温風で乾燥した試料を用い、
25℃、0.4Mリン酸水溶液中において、定電流密度10A/m2
で陽極酸化を行い、化成電圧がガス発生の始まる20Vに
到達した時点で一旦電流を切り陽極酸化を中断したの
ち、再び10A/m2を印加し陽極酸化を継続した。その時の
電圧の経時変化を第1図に示す。陽極酸化を中断した
後、再び電流を印加しても電圧は陽極酸化中断前の20V
には回復せず点線で示したように10V付近でほぼ一定と
なり、試料表面からはガス発生が認められた。また、こ
のとき試料表面を仔細に観察したところ、再陽極酸化時
において化成電圧は10Vとほぼ一定に保たれているにも
かかわらず、試料の色調は20V皮膜の茶褐色から、30秒
経過後は赤褐色、60秒経過後は赤紫色、さらに5分後は
青色へと通電量の増加と共に変化することが確認され
た。以上のとおり電圧を上昇させる事なく通電量を制御
することにより色調を制御することができた。
実施例2 実施例1と同じチタン箔を、実施例1と同じ条件で化学
研磨し、同じ電解液中で定電流密度10A/m2で陽極酸化を
行い、化成電圧が15Vに到達した時点で一旦電流を切り
陽極酸化を中断したのち、再び10A/m2を印加し陽極酸化
を継続した。
その時の電圧の経時変化を第2図に示す。15Vで通電を
一旦停止した場合には再度通電しても電圧が上昇するこ
とが解る。
しかし再び化成電圧20Vで通電を中止し、その後電流を
印加すると電圧は20Vには回復せず点線で示したように1
0V付近でほぼ一定となり、試料表面からはガス発生が認
められた。また、このときも化成電圧は10Vとほぼ一定
に保たれているにもかかわらず、試料の色調は20V皮膜
の茶褐色から、30秒経過後は赤褐色、60秒経過後は赤紫
色、さらに5分後は青色へと通電量の増加と共に変化す
ることが確認された。以上の事により電圧を上昇させる
事なく通電量を制御することにより色調を制御すること
ができた。
実施例3 アセトンで脱脂したチタン箔(厚さ100μm、純度99.8
%)を、75Vol%HNO3+25Vol%HF溶液中で化学研磨した
のち、蒸留水中で十分洗浄し温風で乾燥した試料を用
い、25℃、0.1M(NH42O・5B23(ホウ酸アンモニウ
ム)水溶液中において定電流5mA/cm2で陽極酸化を行
い、化成電圧がガス発生の始まる15Vに到達した時点で
一旦電流を切り陽極酸化を中断したのち、再び5mA/cm2
を印加し陽極酸化を継続した。そのときの電圧の経時変
化を第3図に示す。陽極酸化を中断したのち、再び電流
を印加しても電圧は陽極酸化中断前の15Vには回復せず
点線で示したように10V付近でほぼ一定となり、試料表
面からはガス発生が認められた。また、このときの試料
表面を仔細に観察したところ、再陽極酸化時に於て化成
電圧は10Vとほぼ一定に保たれているにもかかわらず、
試料の色調は15V皮膜の橙色から30秒経過後には褐色、6
0秒経過後には紫色、更に4分経過後には青色へと通電
量の増加と共に変化することが確認された。以上の通り
電圧を上昇させることなく通電量を制御することにより
色調を制御することができた。
実施例4 アセトンで脱脂したチタン箔(厚さ100μm、純度99.8
%)を75Vol%HNO3+25Vol%HF溶液中で化学研磨したの
ち、蒸留水で十分洗浄し、温風で乾燥した試料を用い、
25℃、20%VolH2SO4水溶液中において定電流10mA/cm2
陽極酸化を行い、化成電圧がガス発生電圧以上の10Vに
到達した時点で一旦電流を切り陽極酸化を中断したの
ち、再び10mA/cm2を印加し陽極酸化を継続した。そのと
きの電圧の経時変化を第4図に示す。陽極酸化を中断し
たのち、再び電流を印加しても電圧は陽極酸化中断前の
10Vには回復せず点線で示したように7V付近でほぼ一定
なり、試料表面からはガス発生が認められた。またこの
ときの試料表面を仔細に観察したところ、再陽極酸化時
に於て化成電圧は7Vとほぼ一定に保たれているにもかか
わらず、試料の色調は10V皮膜の黄橙色から60秒経過後
には赤褐色、2分経過後には赤紫色、更に10分経過後に
は青色へと通電量の増加と共に変化することが確認され
た。以上の通り電圧を上昇させることなく通電量を制御
することにより色調を制御することができた。
実施例5 各種チタン合金をアセトンで十分脱脂した後それぞれ3
種類の溶液で陽極酸化を行い、一時中断電圧を測定した
結果を下の表(単位はV)に示す。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、アルミニウムの
陽極酸化に用いる耐電圧の低い電源設備を利用して、広
い範囲にわたり色調を変化できるチタンの陽極酸化が可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1における電圧−時間曲線、 第2図は実施例2における電圧−時間曲線である。 第3図は実施例3における電圧−時間曲線である。 第4図は実施例4における電圧−時間曲線である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属チタンまたはその合金を電解液中で陽
    極酸化し、所定の化成電圧に達した後、一旦通電を中断
    し、その後所定の電流密度で再度通電を行うことによ
    り、電圧上昇を伴うことなく、通電量により色調を制御
    することを特徴とするチタンまたはその合金の着色法。
JP1174286A 1989-07-07 1989-07-07 チタンまたはその合金の通電量制御による着色法 Expired - Lifetime JPH0747838B2 (ja)

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