TWI447265B

TWI447265B - 表面處理金屬材料之製造方法

Info

Publication number: TWI447265B
Application number: TW100143292A
Authority: TW
Inventors: Masayasu Nagoshi; Kaoru Sato; Seiichi Watanabe; Souki Yoshida
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2014-08-01
Also published as: TW201229316A; JP5696447B2; US20130243975A1; EP2644746A1; CN103249868B; US8968839B2; KR20130086238A; KR101545416B1; CN103249868A; EP2644746B1; EP2644746A4; WO2012070687A1; JP2012111998A

Description

表面處理金屬材料之製造方法

本發明係關於經表面處理過的金屬材料之製造方法，特別係關於製造具有優異滑動性之表面處理金屬材料的方法。

近年，對諸如鋼鐵材料、合金材料等金屬材料要求各種機能。具體而言，就例如汽車零件、家電製品的製造中所使用金屬材料領域，便要求能施行複雜加工而製造高式樣性製品的加工性良好金屬材料。

此處，一般金屬材料的加工性會因諸如金屬材料的拉伸、加工硬化指數(n值)、蘭弗得值(r值，Lankford value)等而受大幅影響，除該等因子之外，金屬材料表面的滑動性亦對金屬材料的加工性構成較大影響。即，表面摩擦係數越小的滑動性優異金屬材料，加工性越高，而表面摩擦係數越大的滑動性差之金屬材料，加工性越低。

此處，在提供加工性良好金屬材料之目的下，有提案對金屬材料施行表面處理，而提升金屬材料表面滑動性的各種方法。具體而言，就能提升金屬材料表面滑動性的金屬材料之表面處理方法，有提案諸如：使用工輥對高張力冷軋鋼板的表面賦予既定粗糙度的方法(例如參照專利文獻1)、或在鋅系鍍敷鋼板表面上形成既定P氧化物皮膜的方法(例如參照專利文獻2)。

[先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2008-238268號公報

專利文獻2：日本專利特開平4-88196號公報

但是，專利文獻1所記載使用工輥的表面處理方法，在金屬材料表面處理時會造成工輥磨損，因該磨損而導致對金屬材料表面賦予的粗糙度會出現經時變化，因而有較難獲得安定具有所需滑動性金屬材料的問題。又，專利文獻2所記載形成P氧化物皮膜的表面處理方法，因為金屬材料表面由氧化物皮膜覆蓋，因而對諸如化成處理等二次處理會造成不良影響，且因為有使用磷，因而會有對環境的負荷較大之問題。

緣是，本發明目的在於提供：能在金屬材料表面未由氧化物皮膜覆蓋的情況下，依低環境負荷製造安定且具有優異滑動性之金屬材料的表面處理金屬材料之製造方法。

本發明者等係在表面未形成氧化物皮膜之情況下，對金屬材料安定地賦予優異滑動性之目的下，經深入鑽研。結果，本發明者等發現當對電解溶液中所設置陰極電極與陽極電極之間，施加既定電壓，而使電解溶液中產生電漿放電時，藉由將金屬材料(被處理材)設置於電解溶液的液面上方，便可在金屬材料的表面上形成細微凹凸，俾可安定地對金屬材料賦予優異滑動性，遂完成本發明。

即，本發明目的在於有利於解決上述問題，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，係包括有：在電解溶液中浸漬陽極電極與陰極電極，在較上述電解溶液的液面更靠上方處進一步配設當作被處理材用的金屬材料後，再對上述陽極電極與陰極電極之間，施加呈完全電漿狀態的電壓以上之電壓，而對上述金屬材料表面施行處理的表面處理步驟。

此處，本發明中所謂「較電解溶液的液面更靠上方」，係指較對陽極電極與陰極電極之間施加電壓前的電解溶液液面更靠上方。又，「當作被處理材用的金屬材料」係可為使延伸至較電解溶液液面更靠上方處的金屬製陰極電極自身(即，與陰極電極呈一體的構件)，亦可為獨立於陰極電極另外設置的構造。又，所謂「完全電漿狀態」係指在放電時，混雜著橙色的發光、或以橙色為主體的發光覆蓋著陰極電極表面的狀態。所以，「呈完全電漿狀態的電壓」係當將含有碳鋼或合金鋼的鋼鐵材料、或不鏽鋼等，會因大氣加熱而被高溫氧化的材料使用為陰極電極之情況時，可規定為在施加30分鐘電壓時，電解溶液中所浸漬陰極電極的表層至少有1μm厚度被氧化之電壓。陰極電極表層被氧化的厚度係利用SEM觀察陰極電極的截面，藉由測定氧化層的平均厚度便可判斷。此處，氧化層係利用SEM的反射電子影像可清晰地與基底區分，氧化層的平均厚度係可針對平行於陰極電極表面的10μm長度之截面，擷取氧化層厚度平均值便可評價。而，當陰極電極表層有存在空隙等的情況，被氧化的厚度亦包括該空隙等在內。

此處，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，較佳上述金屬材料係與上述陰極電極呈電氣式連接配設。

再者，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，較佳係上述金屬材料係獨立於上述陰極電極另外設置所構成。

再者，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，較佳係對上述陽極電極與陰極電極之間施加100V以上且300V以下的電壓。

再者，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，較佳係將上述電解溶液液面與上述金屬材料間之距離，設定在2mm以上且30mm以下範圍內。

再者，本發明的表面處理金屬材料之製造方法，較佳上述金屬材料係冷軋鋼板。

根據本發明的表面處理金屬材料之製造方法，對在較電解溶液液面更靠上方配設的被處理材之金屬材料表面施行處理，便可在金屬材料表面未覆蓋氧化物皮膜的情況下，依低環境負荷製造安定且具優異滑動性的金屬材料。

以下，參照圖式，針對本發明實施形態進行詳細說明。本發明的表面處理金屬材料之製造方法，特徵在於：將陽極電極與陰極電極浸漬於電解溶液中，在較電解溶液液面更靠上方處進一步配設當作被處理材用之金屬材料後，再藉由對陽極電極與陰極電極之間施加既定電壓，便在屬於被處理材的金屬材料表面上形成細微構造，而製造安定且具優異滑動性的表面處理金屬材料。

此處，本發明表面處理金屬材料之製造方法一例並無特別的限定，例如可使用圖1(a)所示表面處理裝置10實施。圖1(a)中，浸漬於液中的部分依虛線標示。

圖1(a)所示表面處理裝置10係具備有：表面處理槽11、在表面處理槽11內儲存的電解溶液12、在電解溶液12中呈相互遠離浸漬的陽極電極13與陰極電極14、以及經由導線17、18電氣式連接於該等陽極電極13與陰極電極14的直流電源16。陰極電極14係由金屬材料構成，該金屬材料係延伸至較電解溶液12液面更靠上側。而，在構成陰極電極14的金屬材料位於較電解溶液12液面更靠上方的部分，在本例的製造方法中成為被表面處理的被處理材15。即，表面處理裝置10中，陰極電極14與被處理材15係呈一體構成。

此處，表面處理槽11係可使用由對電解溶液12呈安定素材構成的已知表面處理槽，例如玻璃、鐵氟龍(註冊商標)或聚乙醚酮(PEEK)製的表面處理槽。

電解溶液12係在具有導電性，且當對陽極電極13與陰極電極14之間施加電壓，而對被處理材15表面施行處理時，在陽極電極13與陰極電極14的表面上不易出現附著物或析出物、或者不易形成沉澱物之溶液的前提下，可使用任意液體。具體而言，電解溶液12並無特別的限定，可使用含有從例如：碳酸鉀(K₂ CO₃ )、碳酸鈉(Na₂ CO₃ )、碳酸氫鈉(NaHCO₃ )、碳酸銨((NH₄ )₂ CO₃ )、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鎂(Mg(OH)₂ )、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH₄ OH)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氯化鎂(MgCl₂ )、氯化銨(NH₄ Cl)、鋰的硫酸鹽、鈉的硫酸鹽、鎂的硫酸鹽、鉀的硫酸鹽、銨的硫酸鹽、鋰的硝酸鹽、鈉的硝酸鹽、鎂的硝酸鹽、鉀的硝酸鹽、銨的硝酸鹽、鋰的檸檬酸鹽、檸檬酸鈉(NaH₂ (C₃ H₅ O(COO)₃ )等鈉的檸檬酸鹽、鎂的檸檬酸鹽、鉀的檸檬酸鹽、銨的檸檬酸鹽、硫酸、硝酸、鹽酸及檸檬酸所構成群組中選擇至少1種的水溶液等。

此處，電解溶液12係在能實施被處理材15之金屬材料表面處理的前提下，可設為任意的pH與濃度。例如當將碳酸鉀水溶液使用為電解溶液12時，其濃度並無特別的限定，例如可設為0.001mol/L以上、較佳係0.005mol/L以上。理由係若濃度過低，當對陽極電極13與陰極電極14之間施加電壓時，會有較難維持適當放電狀態的情況。濃度上限雖無特別設定，但可設為例如0.5mol/L以下。又，電解溶液12的pH係在不會引發電極過度腐蝕與蝕刻之前提下，可設為任意值，例如設為pH5~12。

如後所詳述，本發明的製造方法係藉由電解溶液的飛沫、蒸氣、或該等二者到達被處理材的表面，而在被處理材表面上形成細微構造，藉由該細微構造的形成，推測可提升屬於被處理材的金屬材料之滑動性。

陽極電極13係可使用例如：白金(Pt)電極、鈀(Pd)電極、銥(Ir)電極、表面經Pt或Pd或Ir塗佈過的電極、或石墨電極等。表面處理裝置10中，與構成陰極電極14的金屬材料同樣，構成陽極電極13的電極材料亦是延伸至較電解溶液12液面更靠上側。本發明製造方法亦可使用使陽極電極完全浸漬於電解溶液中的表面處理裝置。

陰極電極14與被處理材15係由單一金屬材料構成，陰極電極14係由該金屬材料浸漬於電解溶液12中的部分構成，被處理材15係由金屬材料位於較電解溶液12液面更靠上方的非浸漬部分構成。所以，表面處理裝置10中，陰極電極14與被處理材15係由單一金屬材料構成，因而陰極電極14與被處理材15便被電氣式連接(即，可導通地連接)。本發明製造方法，亦可將由相互不同材料構成的陰極電極與被處理材予以連接而呈一體化者，使用為陰極電極與被處理材。

此處，成為陰極電極14與被處理材15的金屬材料，係可舉例如：冷軋不鏽鋼板、冷軋碳鋼板、高強度冷軋鋼板等冷軋鋼板；或高強度熱軋鋼板、熱軋厚鋼板等熱軋鋼板；或諸如Au等貴金屬材料類。成為陰極電極14與被處理材15的金屬材料之形狀並無特別的限定，可為板狀、細絲(絲線)狀、細方塊狀。又，金屬材料的非浸漬部分(被處理材15)表面亦可任意利用諸如砂紙等施行鏡面研磨。

直流電源16係經由導線17而電氣式連接於陽極電極13，且經由導線18電氣式連接於金屬材料(陰極電極14與被處理材15)。直流電源16係將被處理材15的表面處理時所必要電壓(例如100V以上且300V以下的電壓)，施加給陽極電極13與陰極電極14之間。直流電源16係可使用已知的電源。

而，具有如上述構造的表面處理裝置10，依照本發明表面處理金屬材料之製造方法一例，例如可依如下述製造經表面處理過的金屬材料。

首先，使陽極電極13、與由金屬材料其中一部分構成的陰極電極14，在表面處理槽11中所儲存的電解溶液12中呈相遠離地浸漬，構建成對位於較電解溶液12液面更靠上方處，且由金屬材料構成的被處理材15施行表面處理之系統(表面處理系統)。

其次，對陽極電極13與陰極電極14之間，施加既定電壓V₁ 以上的電壓V(0＜V₁ ≦V)，而在電解溶液12中引發電漿放電，俾對位於較電解溶液12液面更靠上方處，且由金屬材料構成的被處理材15表面施行處理(表面處理步驟)。

此處，所謂「既定電壓V₁ 」係指表面處理系統呈完全電漿狀態的電壓。而，「呈完全電漿狀態的電壓」係當將含有諸如碳鋼或合金鋼的鋼鐵材料、或諸如不鏽鋼等會因大氣加熱而高溫氧化的材料，使用為陰極電極的情況，可規定為施加30分鐘電壓時，在電解溶液中所浸漬陰極電極的表層至少1μm厚度會被氧化的電壓。具體而言，表面處理系統呈完全電漿狀態的電壓V₁ ，例如一邊使對表面處理系統施加的電壓依每次5V或10V呈階段性增加，一邊施加電壓30分鐘，重複此操作，利用實驗性求取陰極電極前端部(使浸漬於電解溶液中的部分)，表層至少1μm厚度被氧化區域的面積率[=(至少1μm厚度被氧化區域的面積/浸漬部面積)×100(單位：%)]達50%以上的電壓，便可決定。

呈完全電漿狀態的電壓V₁ 之大小，係依照表面處理系統而有所差異，一般呈完全電漿狀態的電壓V₁ 之大小，大多係達100V以上。具體而言，當被處理材15係SUS316L的情況，電壓V₁ 便為115V，當被處理材15係冷軋鋼板的情況，電壓V₁ 便為117V。所以，就從施加呈完全電漿狀態的電壓V₁ 以上的電壓，俾確實對被處理材15表面施行處理的觀點，較佳係對陽極電極13與陰極電極14間施加的電壓設為100V以上、更佳係110V以上。而，對陽極電極13與陰極電極14之間所施加的電壓，就從防止陰極電極14發生熔斷的觀點，較佳係設為300V以下。

依如上述，若對陽極電極13與陰極電極14之間，施加會呈完全電漿狀態的電壓V₁ 以上之電壓V，便會在位於較電解溶液12液面更靠上方處且由金屬材料構成的被處理材15表面上，形成如圖2所示細微構造，俾提升金屬材料的滑動性。具體而言，如圖2的中央處所示的表面之SEM照片，例如在距電解溶液12液面朝上方未滿2mm的範圍內，形成平面觀尺寸為數μm等級的細微凹凸形狀，而安定地提升滑動性。又，在距電解溶液12液面朝上方例如2mm以上且30mm以下的範圍內，如圖2右側所示的表面之SEM照片、及圖3所示表層截面的SEM照片，形成在細微凹凸形狀間隙中存在有直徑未滿1μm(奈米等級)微粒子的特異構造，而更加安定地提升滑動性。滑動性安定地提升之原因，雖尚未明朗，但可推測係因細微凹凸形狀而產生荷重分散、以及防止因微粒子移動與氧化而造成的凝聚所致。

而，在電解溶液12中浸漬的陰極電極14表面，會因呈完全電漿狀態電壓V₁ 以上的電壓V施加而被氧化，形成如圖2左側所示凹陷形狀。

此處，被處理材15表面的細微凹凸形狀之形成、及奈米等級微粒子的形成之各機制，雖原理上尚未明朗，但可推測係依如下述所致。即，當對陽極電極13與陰極電極14之間，施加呈完全電漿狀態電壓V₁ 以上的電壓V，而在電解溶液12中引發電漿放電時，推測藉由電解溶液12的飛沫、蒸氣、或該等二者接觸到被處理材15，而在表面上形成細微凹凸形狀所致。又，推測因電解溶液12中的放電而使陰極電極14其中一部分熔融形成的奈米等級微粒子，會因電解溶液12的飛沫、蒸氣(氣泡)、或該等二者而被揚起並附著，導致在表面上形成奈米等級微粒子。所以，本發明表面處理金屬材料之製造方法，必需將被處理材配設於較電解溶液液面更靠上方，且對陽極電極與陰極電極之間施加電壓V₁ 以上的電壓V。

電解溶液12中的電漿放電係可認為當因電壓的施加，而使陰極電極14附近的電解溶液12溫度形成局部性達沸點以上，而在陰極電極14附近產生氣相時，藉由在該氣相中產生電漿放電而引發。又，如上述，推測本發明表面處理金屬材料之製造方法，藉由使被處理材15表面接觸到電解溶液12的飛沫、蒸氣、或該等二者，便在被處理材15的表面上形成細微構造，俾安定地提升屬於被處理材的金屬材料之滑動性。所以，表面處理步驟中，對陽極電極13與陰極電極14之間的電壓施加，較佳係使用諸如加熱器等加熱手段(未圖示)，使電解溶液12溫度在90℃至100℃範圍內實施。理由係使陰極電極14附近的溫度有效率上升，便可有效率地引發電解溶液12中的電漿放電。又，理由係可有效率地產生電解溶液12的飛沫、蒸氣。而，表面處理步驟中，電壓的施加時間係可設為任意時間，例如5秒以上、且60分鐘以下。

根據上述本發明表面處理金屬材料之製造方法一例，僅對陽極電極與陰極電極之間施加既定電壓，便在屬於被處理材的金屬材料表面上形成細微凹凸形狀與奈米等級微粒子，便可安定地提升金屬材料的滑動性。所以，可在金屬材料表面未積極覆蓋氧化物皮膜(但，自然氧化膜除外)的情況下，依低環境負荷製造安定且具優異滑動性的金屬材料。

此處，本發明表面處理金屬材料之製造方法一例，係除上述構成的表面處理裝置10之外，亦可使用如圖1(b)所示表面處理裝置20實施。圖1(b)中，浸漬於液中的部分係依虛線標示。

圖1(b)所示表面處理裝置20係具備有：表面處理槽21、在表面處理槽21內儲存的電解溶液22、在電解溶液22中呈相互遠離浸漬的陽極電極23與陰極電極24、以及經由導線27、28電氣式連接於該等陽極電極23與陰極電極24的直流電源26。表面處理裝置20的陽極電極23與陰極電極24係電極全體均浸漬於電解溶液22中。此處，本發明的製造方法，陽極電極23、陰極電極24亦可部分性浸漬於電解溶液中。而，當使由金屬材料構成的陰極電極部分性浸漬於電解溶液中的情況，位於較電解溶液液面更靠上方處的陰極電極其中一部分亦會成為被處理材。

再者，表面處理裝置20中，在未對陽極電極23與陰極電極24之間施加電壓的狀態下，距電解溶液22液面朝上方距離h之位置處，配設由金屬材料構成的被處理材25。陰極電極24與被處理材25係任意經由導線28而電氣式連接。即，表面處理裝置20係與陰極電極24及被處理材25呈相互獨立的另外設置構成。

此處，表面處理裝置20的表面處理槽21、電解溶液22、陽極電極23、直流電源26、及導線27、28，分別可使用前述表面處理裝置10的表面處理槽11、電解溶液12、陽極電極13、直流電源16、及導線17、18的同樣物。

陰極電極24係由具導電性的電極材料構成，陰極電極24的電極材料亦可使用與被處理材25相同的材料，亦可使用不同的材料。具體而言，陰極電極24係可使用諸如冷軋不鏽鋼板、冷軋碳鋼板等冷軋鋼板；或諸如熱間壓延鋼板、含貴金屬類的金屬或各種合金等。

被處理材25係利用已知的固定器具(未圖示)固定於距電解溶液22液面距離h的位置處。又，被處理材25係連接於將陰極電極24與直流電源26予以連結的導線28，而陰極電極24與被處理材25係經由導線28呈電氣式連接。表面處理裝置20係對被處理材25靠電解溶液22側的表面施行處理，而安定地提升該經處理過的面之滑動性。被處理材25係可使用諸如冷軋不鏽鋼板、冷軋碳鋼板、高強度冷軋鋼板等冷軋鋼板；或諸如高強度熱軋鋼板、熱軋厚鋼板等熱軋鋼板；或諸如Au等貴金屬材料類。又，被處理材25與導線28係可使用螺絲或熔接而相連接。

此處，電解溶液22液面至被處理材25間之距離h，並無特別的限定，較佳係設為例如2mm以上且30mm以下(2mm≦h≦30mm)。理由係若將距離h設為2mm以上且30mm以下，便可對被處理材25靠電解溶液22側的表面良好地施行處理，俾可獲得安定且具優異滑動性的金屬材料。

再者，被處理材25的配設位置並無特別的限定，較佳係位於電解溶液22中會引發放電地方的上方，例如被處理材25可配設於陰極電極24周圍的電解溶液22上方、或陽極電極23與陰極電極24之間的電解溶液22上方。理由係飛沫、蒸氣較容易碰抵被處理材，俾可實行穩定的處理。

表面處理裝置20就從對被處理材25表面更良好地施行處理之觀點，便將陰極電極24與被處理材25利用導線28電氣式連接。但是，本發明表面處理金屬材料之製造方法，若在電解溶液中引發電漿放電時，使電解溶液的飛沫、蒸氣、或該等二者接觸到被處理材，亦可未將陰極電極與被處理材進行電氣式連接。而，藉由將陰極電極24與被處理材25電氣式連接，便可對被處理材25表面更良好地施行處理之原因，雖尚未明朗，但可推測經由電解溶液的飛沫、蒸氣，而使被處理材與陽極電極間呈通電，藉此便會促進被處理材表面上的細微凹凸形狀形成。

具有如上述構造的表面處理裝置20，與前述表面處理裝置10同樣的，依照本發明表面處理金屬材料之製造方法一例，例如依如下述便可製造經表面處理過的金屬材料。

具體而言，首先在表面處理槽21中所儲存的電解溶液22中，使陽極電極23與陰極電極24呈遠離浸漬。接著，將被處理材25配置於距電解溶液22液面距離h的位置處，且將被處理材25與陰極電極24經由導線28進行電氣式連接，構建成對位於較電解溶液22液面更靠上方處，且由金屬材料構成的被處理材25施行表面處理之系統(表面處理系統)。

然後，對陽極電極23與陰極電極24之間，施加呈完全電漿狀態的電壓V₁ 以上之電壓V(0＜V₁ ≦V)，而在電解溶液22中引發電漿放電，俾對位於較電解溶液22液面更靠上方處，且由金屬材料構成的被處理材25表面施行處理(表面處理步驟)。呈完全電漿狀態的電壓V₁ 係可與前述利用表面處理裝置10製造表面處理金屬材料的情況同樣的決定。又，對陽極電極23與陰極電極24間所施加的電壓，係可設定為與前述利用表面處理裝置10製造表面處理金屬材料時的同樣大小。

表面處理裝置20係藉由對陽極電極23與陰極電極24之間施加電壓V₁ 以上的電壓V，便與表面處理裝置10同樣的，在由金屬材料構成的被處理材25表面(靠電解溶液22側的表面)上形成細微構造，俾可安定地提升金屬材料的滑動性。又，表面處理裝置20係與陰極電極24及被處理材25呈相互獨立的另外設置構成，且電解溶液22至被處理材25間的距離h呈一定，因而可對被處理材25表面施行更均勻處理。又，表面處理裝置20係與陰極電極24及被處理材25呈相互獨立的另外設置構成，因而可輕易地僅更換被處理材25，且可對各種形狀的被處理材表面施行處理。

本發明表面處理金屬材料之製造方法並不僅侷限於上述例子，本發明表面處理金屬材料之製造方法亦可追加適當變更。

以下，利用實施例1~2針對本發明進行更詳細說明，惟本發明並不受下述實施例1~2的任何限定。

[實施例1] (試驗例1~4)

使用圖1(a)所示表面處理裝置，使對陽極電極與陰極電極之間所施加的電壓，依如表1所示進行變化，並對被處理材表面施行處理。

具體而言，被處理材與陰極電極形成一體的金屬材料，係使用厚度0.8mm、寬3mm、長度70mm的細方塊狀冷軋鋼板(含有：C：0.018質量%、Si：0.010質量%、Mn：0.140質量%)，陽極電極係使用篩網狀白金(Pt)電極(將直徑0.5mm、長度約640mm的Pt絲線，在縱40mm×橫100mm範圍內依不會相互接觸的方式呈鋸齒配置)。又，電解溶液係使用預先加熱至95℃的碳酸鉀(K₂ CO₃ )0.1mol/L水溶液。在將金屬材料與陽極電極其中一部分(長度12mm)浸漬於電解溶液中的狀態下，對陽極電極與陰極電極(金屬材料)間施加90~120V電壓60分鐘，而製作表面處理金屬材料，並作為試體材料(試驗例2~4)。又，比較係準備無處理的金屬材料(冷軋鋼板)，並作為試體材料(試驗例1)。

各試體材料的表面狀態及滑動性，係依照以下方法進行評價。結果如表1所示。

調查在陰極電極為使用上述冷軋鋼板，陽極電極為使用篩網狀Pt電極，電解溶液為使用K₂ CO₃ 之0.1mol/L水溶液的表面處理系統中，呈完全電漿狀態的電壓V₁ ，結果為117V。

＜表面狀態評價＞

針對各試體材料，利用低加速SEM(加速電壓：1kV)觀察距電解溶液液面距離h位置處的表面狀態，調查表面是否有形成細微凹凸形狀。又，利用SEM所附設的X射線能量散佈分析儀(EDS)評價各試體材料的表層組成，調查距試體材料表面1μm為止的表層部分是否有氧化。

＜滑動性評價＞

各試體材料表面(距電解溶液液面距離h位置處的試體材料寬度方向中心處)摩擦係數，係使用CSM公司製奈米磨耗量測儀進行評價。

具體而言，將直徑1.5mm金屬球(材質SUJ2)依5nN荷重押抵於試體材料表面，並在直徑0.5mm圓周上使依速度5mm/S旋轉，俾使金屬球在試體材料上滑動合計9m。然後，將拉伸荷重對押抵荷重的比率視為摩擦係數並求取，且記錄使滑動9m期間的摩擦係數平均值與標準偏差(摩擦係數振動σ)。另外，平均摩擦係數與摩擦係數振動二者越小的試體材料，滑動性越安定優異。

由試驗例1~3及試驗例4得知，施加呈完全電漿狀態電壓V₁ 以上之電壓的試驗例4，在屬於被處理材的金屬材料表面上有形成細微凹凸形狀，平均摩擦係數與摩擦係數振動二者均較小，可獲得良好且具安定滑動性的金屬材料。又，亦得知試驗例4的被處理材並沒有形成厚度達1μm以上的氧化物層。另一方面，得知施加未滿呈完全電漿狀態電壓V₁ 之電壓的試驗例1~3，在金屬材料表面上並沒有形成細微凹凸形狀，平均摩擦係數與摩擦係數振動二者均較大，獲得滑動性差的金屬材料。

[實施例2] (試驗例5~11)

使用圖1(a)所示表面處理裝置，對陽極電極與陰極電極之間施加125V電壓60分鐘，而製作表面處理金屬材料並作為試體材料。被處理材與陰極電極呈一體的金屬材料、陽極電極及電解溶液，係使用與試驗例2~4的同樣物。

試體材料的各位置滑動性等係依照與試驗例1~4同樣的方法進行評價。結果如表2所示。又，試體材料的全體照片及試體材料的各位置表面之SEM照片係如圖2所示，距電解溶液液面5mm位置(試驗例7)的試體材料表層之截面SEM照片(反射電子影像)係如圖3所示。處理前的被處理材(相當於試驗例1的無處理冷軋鋼板)表面，係呈如圖4所示狀態。

由試驗例5~10與試驗例11得知，在較電解溶液液面更靠上方配設的被處理材表面上有形成細微凹凸形狀，平均摩擦係數與摩擦係數振動二者均較小，可獲得相較於無處理冷軋鋼板(試驗例1)之下，呈良好且具安定滑動性的金屬材料。又，由試驗例5與試驗例6~10得知，若將電解溶液液面距被處理材的距離設為2mm以上，便會在細微凹凸形狀的間隙中形成存在有直徑未滿1μm(奈米等級)微粒子的特異構造(參照圖2與圖3)，俾更加安定地提升滑動性。又，由試驗例11得知，雖浸漬於電解溶液中的陰極電極表面會形成凹陷形狀，平均摩擦係數較小，但摩擦係數振動變大，無法安定地獲得良好滑動性。又，由試驗例11亦得知，不同於試驗例5~10的被處理材，將會在陰極電極表面上形成厚度達1μm以上的氧化物層。

由圖3可推測上述細微凹凸形狀係由屬於被處理材的金屬材料自身所形成。又，使用穿透式電子顯微鏡(TEM)解析由試驗例6~10所形成微粒子，結果得知微粒子係由金屬與氧化物的混合物構成。

(產業上之可利用性)

根據本發明表面處理金屬材料之製造方法，對配設於較電解溶液液面更靠上方當作被處理材用的金屬材料表面施行處理，便可在金屬材料表面未覆蓋氧化物皮膜的情況下，依低環境負荷製造安定且具優異滑動性的金屬材料。

10．．．表面處理裝置

11．．．表面處理槽

12．．．電解溶液

13．．．陽極電極

14．．．陰極電極

15．．．被處理材

16．．．直流電源

17．．．導線

18．．．導線

20．．．表面處理裝置

21．．．表面處理槽

22．．．電解溶液

23．．．陽極電極

24．．．陰極電極

25．．．被處理材

26．．．直流電源

27．．．導線

28．．．導線

圖1係使用依照本發明的代表性表面處理金屬材料之製造方法，製造經表面處理過之金屬材料時，能適用的表面處理裝置構造說明圖。圖1(a)係被處理材的金屬材料係由與陰極電極呈一體構件的情況，圖1(b)係被處理材的金屬材料係由陰極電極外的另外設置構成之情況。

圖2係使用圖1(a)所示表面處理裝置，依照本發明製造方法所製得表面處理冷軋鋼板及陰極電極的照片，以及表面處理冷軋鋼板及陰極電極的各部位之表面狀態放大掃描式電子顯微鏡(SEM)照片(次級電子影像)。

圖3係依照本發明製造方法所製得表面處理冷軋鋼板的表層截面形狀之SEM照片(反射電子影像)。

圖4係在未使用圖1(a)所示表面處理裝置實施表面處理的情況下，無處理冷軋鋼板表面狀態的SEM照片(次級電子影像)。