JP2004043925A

JP2004043925A - 耐指紋性を有する金属材料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004043925A
Application number: JP2002205359A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Kano; 狩野　忍; Koji Enoki; 榎　幸司; Kenji Hara; 原　健治
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【目的】表面に、指紋を付着し難く、付着しても消除しやすくする物質を含む層を、有機物バインダを用いることなくを形成することにより、素材なみあるいはそれ以上の耐食性，加工性および耐薬品性を有する耐指紋性に優れた金属材料を提供する。
【構成】金属材料表面に大気中でＳｉのブラスト処理とＴｉのブラスト処理を施し、金属材料表面にＳｉ，ＳｉＯ_２およびＴｉ，ＴｉＯ_２が固着した表面層を形成する。
【効果】ＳｉおよびＳｉＯ_２含有皮膜による指紋難付着性と、ＴｉＯ_２の光触媒作用に基づく指紋消除機能の両特性により耐指紋性に優れた金属材料が得られる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐指紋性に優れた表面層を有する金属材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼板は、耐食性に優れ、美麗な外観を長期にわたって維持できるため、外装材，内装材，表装材，厨房機器等として広範な分野で使用されている。しかし、鏡面，準鏡面，ＢＡ，ＨＬ，ダル等の光沢を有する仕上げ材は、成形時，取扱い時あるいは使用中等に付着する指紋や手垢が非常に目立ちやすく、美麗な表面が保持できないため、適用される表面仕上げ材が限定される傾向にある。
指紋，手垢付着等による外観の劣化は、フッ素樹脂，アクリル樹脂，エポキシ樹脂等を用いてステンレス鋼板をクリア塗装することにより抑制されるので、ステンレス鋼板表面に有機複合皮膜を形成して耐指紋性を高めることも提案されているが、この技術でも指紋を完全に消失させることは困難である。また、有機塗膜中に光触媒粒子を混入させて、親水性を高め、汚れ成分を分解して耐指紋性を向上させようとする技術も提案されているが、耐指紋性の点では十分ではない。
【０００３】
また、冷延鋼板の耐食性を高め、併せて耐指紋性を向上させるために、表面処理皮膜中にシリカを含有させる技術も提案されている。例えば、特開平７−２９２４９５号公報では、亜鉛系めっき鋼板表面に形成するクロメート皮膜中にシリカを含有させており、特開平８−２６７６５５号公報では、冷延鋼板表面にクロメート皮膜を形成した後、クロメート皮膜上にシリカを含有する塗膜を形成している。また、特開２０００−８７２５９号公報では、ステンレス鋼板表面にシリカを含有する酸化物皮膜を形成した後、その上に光触媒粒子を含有する光触媒層を形成している。このような技術から、耐指紋性におけるシリカの有用性は窺えるが、まだ十分ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機塗膜を用いると、塗膜自身の硬度が低いために疵が付きやすいばかりでなく、塗膜の接着力も低いため剥がれやすい。また、被覆ステンレス鋼の加工性も低下する。さらに、光触媒粒子を混入させた有機塗膜では、塗膜自身が劣化し、変色・褪色するという問題点もある。
また、皮膜中にシリカを含有させることで、耐指紋性作用は期待できるが、シリカの固定方法に手間がかかる。
無機質および有機質いずれの被覆塗膜についても、程度の差はあるが、加工性，曲げ性，耐疵付き性等は、ステンレス鋼素材に比べ劣る傾向にある。また耐食性についても塗膜の劣化等により、長期的に良好な耐食性を得ることは困難である。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ステンレス鋼を含めた金属材料表面に、指紋を付着し難く、付着しても消除しやすくする物質を含む層を、有機物バインダを用いることなく形成することにより、素材なみあるいはそれ以上の耐食性，加工性および耐薬品性を有する耐指紋性に優れた金属材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐指紋性を有する金属材料は、その目的を達成するため、金属材料表面に、Ｓｉ，Ｓｉ酸化物，ＴｉおよびＴｉ酸化物を固着した層が形成されていることを特徴とする。
また、その金属材料は、表面に大気中で、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施す、もしくは、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施すことにより得られる。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、金属材料表面に指紋や手垢等が付着しづらく、付着しても消えやすい表面状態について、種々検討を続けてきた。
その結果、ＳｉおよびＴｉを大気中でブラスト処理することにより、金属材料表面にＳｉおよびＴｉとそれらの酸化物が固着した表面層を形成し、Ｓｉ（あるいはＳｉＯ_２）の指紋難付着性と、ＴｉＯ_２の指紋消除機能の両特性を有する表面層を得たものである。
【０００８】
ＴｉやＳｉ等の金属粉体を高速の噴射速度でブラスト処理すると被投射材表面において、粉体の運動エネルギーが衝突による熱エネルギーに変換され、粉体および被投射材表面の温度が上昇する。Ｔｉ粉末をブラスト処理すると、温度上昇に伴いＴｉが表層で拡散すると同時に、大気中の酸素による酸化反応により半溶融状態となり、ＴｉとＴｉ酸化物（ＴｉＯ_２等）の合金層（皮膜）が形成されるものと推測される。また、Ｓｉ粉末をブラスト処理した際にも、同様の機構によりＳｉとＳｉ酸化物（ＳｉＯ_２等）の合金層（皮膜）が形成されるものと推測される。
【０００９】
衝突エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、図１に示されるように、ＴｉやＳｉおよびそれらの酸化物は、被投射材表面に拡散され合金層皮膜が形成されることになる。ＴｉおよびＳｉは、活性吸着による付着を経て、また熱の影響も受けて、母材中への拡散による皮膜層の形成と、その表層での酸化反応によるＴｉおよびＳｉ酸化物（主にＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２等）の形成が同時進行し、ＴｉやＳｉおよびそれらの酸化物が母材中に食い込んだ皮膜層が形成されていると推測される。
本発明では、金属材料表面にＴｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が拡散して形成された極薄い拡散合金層を「合金層皮膜」と称することとする。
なお、大気中でのブラストでは、ＴｉやＳｉの酸化物としてはＴｉＯやＳｉＯ等不定比化合物も生成しているので、本明細書中でＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２と表記した酸化物は、不定比化合物を含めたものである。
【００１０】
金属材料表面にＳｉまたはＳｉＯ_２が拡散した合金層皮膜が形成されると指紋が目立ち難いという傾向が生じてくる。この理由は、ＳｉまたはＳｉＯ_２が拡散した合金層皮膜が指紋と類似した光の吸収を示し、また、光の乱反射が抑制されるために目立ち難くなるものと推測される。
【００１１】
金属材料表面にＴｉを大気中でブラスト処理すると、Ｔｉの一部が酸化されＴｉＯ_２を形成してＴｉＯ_２が拡散した合金層皮膜が光触媒機能を発揮するようになる。したがって付着した皮脂のような有機物もＴｉＯ_２の光触媒作用によって分解・消除されやすくなると推測される。この光触媒機能は、酸化チタンにそのバンドギャップ以上のエネルギ−を有する波長の光を照射した場合、光励起により伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が生じ、生じた正孔は強い酸化力を有するので、酸化チタン表面に接触した有機物がその酸化還元作用によって分解されるものである。
上記のように、Ｓｉあるいはその酸化物を拡散させた合金層皮膜の作用による指紋の付着し難さと、Ｔｉの酸化物を拡散させた合金層皮膜の作用による指紋の分解・消除作用が相俟って、耐指紋性が向上するものと推測される。
【００１２】
金属材料表面にＴｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が母相に拡散して形成された合金層皮膜を有しているので、単に無機質皮膜を付着したものと比べて密着性が高い。したがって曲げ加工性や耐疵付き性も優れている。金属材料表面を耐食性，耐薬品性に優れた無機質皮膜で覆った形態となっているので、金属材料表面が露出されておらず、耐薬品性も向上することになる。
【００１３】
【実施の態様】
本発明の、Ｔｉ，Ｓｉおよびそれらの酸化物が拡散して形成された極薄い拡散合金層を形成する金属材料としては、特に制限はない。冷延炭素鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム合金板等が使用できる。
ＴｉおよびＳｉをブラスト処理する金属材料には、基本的には特別な前処理を施す必要はないが、表面に疵，汚れあるいはスケール等が存在している場合には、アルミナ等の硬質な研掃材を用いて除去しておくことが好ましい。
ブラスト処理するＳｉとしては、各種特性への影響を考慮すると純度９９％以上のものを使用することが好ましい。ブラスト処理による皮膜形成を可能とするためには、その粒径は１００〜３００μｍ程度にすることが好ましい。噴射圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度が望ましい。
ブラスト処理するＴｉとしては、各種特性への影響を考慮すると純度９９％以上のものを使用することが好ましい。ブラスト処理による皮膜形成を可能とするためには、その粒径は１００〜３００μｍ程度にすることが好ましい。噴射圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度が望ましい。
【００１４】
【実施例】
実施例１：
被投射材としてＳＵＳ３０４鋼板の１５０ｍｍ角のＢＡ仕上げ材を用い、直径１０ｍｍの噴射ノズルを有する直圧式ブラスト装置を使用して０．３ＭＰａの空気圧で、純度９９．９％で中心粒径２５０μｍのＳｉをブラスト処理し、引き続き同じ装置，圧力で、純度９９．９％で中心粒径２００μｍのＴｉをブラスト処理した。その処理時間の合計は約１０分程度であった。
ブラスト処理後、処理面をＥＰＭＡで元素分析して、表面にＳｉ，ＴｉおよびＯが存在することを確認した。また、ＥＰＭＡによる断面観察および元素分析にて約３〜５μｍの合金層皮膜が形成されていることが確認できた。
【００１５】
ブラスト処理を行ったステンレス鋼板について各種特性を調査した。
なお比較材として、同じステンレス鋼板のＢＡ材を適用した。
各特性の評価手法、評価基準、ならびに評価結果は次の通りである。
評価用サンプルは１００ｍｍ×１５０ｍｍの寸法に切り出して試験に供した。
なお、耐指紋性については、実指紋の付着後、表１の条件にて、紫外光，蛍光灯、および太陽光の３種類の光を７２時間照射した。その照射前後の指紋の付着状況の変化を目視にて確認した。
なお、表１中、「ＣＣＴ」と表記した塩乾湿複合サイクル試験は、塩水噴霧（５％ＮａＣｌ，１０分）→乾燥（６０℃，３０％ＲＨ，６０分）→湿潤（５０℃，９５％ＲＨ，１８０分）を１サイクルとするものである。
【００１６】

【００１７】

【００１８】
実施例２：
Ｓｉのブラスト処理とＴｉのブラスト処理の順番を入れ替える他は実施例１と同じ条件で処理を行った。
そして、実施例１と同じ手法で各種特性について調査した。
その結果、表１に示す耐指紋性のうち、紫外線を照射したものでは、耐指紋性は優れていたが、太陽光および蛍光灯を照射したものでは良程度に留まっていた。
実施例１および２の結果から、耐指紋性を向上させるという観点からは、ブラスト処理する際には、Ｔｉをブラストした後Ｓｉをブラストするよりも、Ｓｉをブラストした後Ｔｉをブラストした方が有効であることが確認された。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、金属材料表面に大気中において、ＳｉおよびＴｉを投射材としてブラスト処理すると、金属材料表面にＳｉおよびその酸化物皮膜による指紋難付着性と、ＴｉＯ_２の光触媒作用に基づく指紋消除機能の両特性による耐指紋性に優れた金属材料が得られる。
素材金属材料としてステンレス鋼を使用すると、指紋や手垢等が付着し難く、付着しても消えやすい表面状態が得られる他、合金皮膜層の構成成分により極めて高い耐食性を有し、加工性，耐疵付き性および耐薬品性等にも優れるので、ステンレス鋼の用途を大幅に拡大することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳｉおよびＴｉをブラスト処理した金属材料表面の断面構造を模式的に説明する図

Claims

表面に、Ｓｉ，Ｓｉ酸化物，ＴｉおよびＴｉ酸化物を固着した層が形成されていることを特徴とする耐指紋性を有する金属材料。
金属材料表面に、大気中で、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施すことを特徴とする耐指紋性を有する金属材料の製造方法。
金属材料表面に、大気中で、Ｔｉ粒子を用いたブラスト処理を施した後、Ｓｉ粒子を用いたブラスト処理を施すことを特徴とする耐指紋性を有する金属材料の製造方法。