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JP3323909B2 - Method of coloring titanium alloy by thermal oxidation - Google Patents
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JP3323909B2 - Method of coloring titanium alloy by thermal oxidation - Google Patents

Method of coloring titanium alloy by thermal oxidation

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JP3323909B2
JP3323909B2 JP22501896A JP22501896A JP3323909B2 JP 3323909 B2 JP3323909 B2 JP 3323909B2 JP 22501896 A JP22501896 A JP 22501896A JP 22501896 A JP22501896 A JP 22501896A JP 3323909 B2 JP3323909 B2 JP 3323909B2
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thermal oxidation
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oxide film
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林 慶 三 小
崎 公 洋 尾
原 照 男 榛
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱酸化によるチ
タンの着色方法に関するものであり、その発色を利用し
たインテリア製品、洋食器、装飾品、工芸品、美術品な
どの着色、あるいは、特定の温度における発色を利用し
た温度センサーなどに利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for coloring titanium by heating and oxidizing, and the coloring of interior products, Western tableware, decorations, crafts, arts, etc., using the coloring, or a specific method. It is used for temperature sensors that use color development at temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】空気中においてTiの表面には自然に酸
化皮膜が生成し、その厚さは0.5〜7nmといわれて
いる。Tiを酸素含有雰囲気中で加熱したり、陽極酸化
を施したりすると酸化皮膜の厚さは数十nmのオーダー
になり、光の干渉作用により種々の発色を示す。Ti以
外の金属基合金でも鋼のテンパーカラーのように酸化発
色を示すものはあるが、Tiは他の金属基合金に比して
より多種色の、よりきれいな発色が得られる。
2. Description of the Related Art An oxide film is naturally formed on the surface of Ti in air, and its thickness is said to be 0.5 to 7 nm. When Ti is heated in an oxygen-containing atmosphere or subjected to anodic oxidation, the thickness of the oxide film is on the order of several tens of nanometers, and exhibits various colors due to light interference. Although some metal-based alloys other than Ti show oxidative coloring, such as the temper color of steel, Ti provides more various colors and more beautiful coloring than other metal-based alloys.

【0003】Tiの酸化着色法については、チタニウム
・ジルコニウム、Vol.23,No.2,p.75〜
78(1975)で、詳しく記明されている。それによ
ると、金属Ti表面に有色の酸化皮膜を形成させるに
は、(1)空気中あるいは酸素中での加熱酸化法、
(2)無機酸で煮沸する化学酸化法、(3)電気化学処
理である陽極酸化法、の3つの方法がある。加熱酸化の
場合には加熱温度や加熱時間を制御することにより、化
学酸化の場合には酸の強度や処理時間を制御することに
より、および陽極酸化の場合には電解液の種類や処理電
圧を制御することにより、皮膜の組成や厚さを変えるこ
とが可能となり、それに伴って種々の色調を得ることが
できる。以下に、これら3つのTiの酸化着色法につい
て詳説する。
[0003] Regarding the oxidation coloring method of Ti, titanium / zirconium, Vol. 23, no. 2, p. 75-
78 (1975). According to the report, to form a colored oxide film on the metal Ti surface, (1) a heating oxidation method in air or oxygen,
There are three methods: (2) a chemical oxidation method of boiling with an inorganic acid, and (3) an anodization method, which is an electrochemical treatment. In the case of thermal oxidation, the heating temperature and heating time are controlled, in the case of chemical oxidation, the strength and treatment time of the acid are controlled, and in the case of anodic oxidation, the type of electrolyte and the treatment voltage are controlled. By controlling, it is possible to change the composition and thickness of the film, and accordingly, various colors can be obtained. Hereinafter, these three oxidation coloring methods of Ti will be described in detail.

【0004】(1)加熱酸化法 空気中での加熱酸化によりTiの酸化皮膜を生成させる
場合、熱処理の温度によって皮膜の組成(TiOx、0
<x≦2)が変化し、それにともなって色調が変化す
る。以下に、純Tiバルク材の空気中での短時間加熱酸
化の一例を示す。300℃以下では酸化皮膜が形成され
ず金属のα−Ti相の銀白色を呈する。300〜400
℃ではTiOで黄金色〜黄色、400〜480℃では褐
色〜紺色、480〜570℃ではTiで青色、5
70〜700℃で紫色、700〜800℃ではTiO
1.9で光沢のない紫色、800〜900℃では光沢の
ある灰色、900℃以上ではTiO(ルチル)となり
灰白色を呈する。しかし、この発色法は再現性が悪く、
報告によって発色に違いがみられる。また、熱処理時間
によっても色調が連続的に変化するため色ムラが生じや
すい。
(1) Thermal oxidation method When a Ti oxide film is formed by thermal oxidation in air, the composition of the film (TiOx, 0
<X ≦ 2), and the color tone changes accordingly. An example of short-time heat oxidation of pure Ti bulk material in air will be described below. At a temperature of 300 ° C. or lower, no oxide film is formed, and the metal α-Ti phase has a silvery white color. 300-400
At ℃, golden to yellow with TiO, brown to dark blue at 400 to 480 ° C, blue with Ti 2 O 3 at 480 to 570 ° C, 5
Purple at 70-700 ° C, TiO at 700-800 ° C
At 1.9 to 900 ° C., it becomes gray with gloss, and at 900 ° C. or higher, it becomes TiO 2 (rutile) and has an off-white color. However, this coloring method has poor reproducibility,
There is a difference in coloration between reports. Further, since the color tone changes continuously depending on the heat treatment time, color unevenness is likely to occur.

【0005】従来のTiの加熱酸化による着色の応用例
としては、顕微鏡組織を構成する各相の酸化速度の違い
による呈色の違いに基づいて、Ti合金の顕微鏡組織の
α相、残留β相、炭化物の識別を加熱酸化によって行っ
た例があるが、色の均一性が悪いと報告されている。ま
た、加熱酸化によるTiおよび種々のTi合金の呈色が
異なることを利用して、Ti合金スクラップの品種判別
を試みた例があるが、発色の再現性が悪いと述べてい
る。これは、加熱酸化は酸化反応が複雑であり、酸化皮
膜の構造も複雑となるからである。このように、加熱酸
化法は、色の均一性や再現性が悪いことから、装飾品な
どの着色法としては不向きとされている。しかし、加熱
酸化法は他の方法に比べて簡単で安価な装置、簡単な操
作および低コストで酸化皮膜形成が可能であり、大量生
産、大型製品の処理にも適している点は魅力がある。加
熱温度による色の変化を利用した温度センサーとしての
利用法も考えられるが、温度に対する発色の関係の再現
性が乏しいこと、また色の均一性が悪く色ムラを生じや
すいため色の判断が難しいなどの問題がある。
[0005] As an application example of conventional coloring by thermal oxidation of Ti, there is an α phase and a residual β phase in the microstructure of a Ti alloy based on a difference in coloration due to a difference in oxidation rate of each phase constituting the microstructure. In some cases, carbides are identified by heat oxidation, but it is reported that color uniformity is poor. In addition, there is an example in which the type of Ti alloy scrap is discriminated by utilizing the difference in coloration of Ti and various Ti alloys due to thermal oxidation, but it is described that color reproduction is poor. This is because the thermal oxidation has a complicated oxidation reaction and a complicated oxide film structure. As described above, the thermal oxidation method is not suitable as a coloring method for decorative articles and the like because of poor color uniformity and reproducibility. However, the heat oxidation method is attractive in that it can form an oxide film with a simpler and cheaper device, simple operation and lower cost than other methods, and is suitable for mass production and processing of large products. . It can be used as a temperature sensor that uses the color change due to heating temperature, but it is difficult to judge the color because the reproducibility of the relationship between color and temperature is poor, and the color uniformity is poor and color unevenness tends to occur. There is such a problem.

【0006】酸化皮膜を生成させる方法ではないが、同
じ加熱着色法として窒化法がある。Tiを窒素ガス雰囲
気中で750℃以上に加熱すると、表面にTiNの薄い
皮膜が形成され黄金色を呈する。酸化法が多種類の色を
呈するのと異なり、窒化法では黄金色の系統にのみ着色
する。窒化法は元来、表面硬化法のひとつとして、耐摩
耗性の改善を目的として行われてきたものであるが、着
色法として見た場合、表面窒化物層の生成により肌が荒
れること、光沢を得ようとして表面を研磨すると着色窒
化物層が薄いため黄金色が薄れること、窒化物層の厚み
を増そうと高温長時間の処理を行うと表面にしわが発生
する、などの欠点がある。
Although it is not a method of forming an oxide film, there is a nitriding method as the same heating coloring method. When Ti is heated to 750 ° C. or more in a nitrogen gas atmosphere, a thin film of TiN is formed on the surface and has a golden color. Unlike the oxidation method, which exhibits a variety of colors, the nitridation method only colors the golden system. The nitriding method was originally used as one of the surface hardening methods to improve the abrasion resistance.However, when viewed as a coloring method, the formation of a surface nitride layer resulted in rough skin and gloss. When the surface is polished in an attempt to obtain a nitride layer, the colored nitride layer is thin, so that the golden color is reduced. When the treatment is performed at a high temperature for a long time to increase the thickness of the nitride layer, the surface has wrinkles.

【0007】(2)化学酸化法 Tiを無機酸中で煮沸すると着色する。例えば、0.1
wt%以下の硫酸中で24時間煮沸すると青紫色に、
0.2wt%以下の塩酸中で24時間煮沸すると黄金色
に、および30wt%硝酸中で24時間煮沸すると淡い
黄金色にそれぞれ着色する。化学酸化による皮膜は膜の
質が劣るといわれ、耐食性の点でも加熱酸化に劣るとさ
れている。また、皮膜の形成に長時間を要すること、色
の種類が少ないことの問題があり、着色法としては実用
上適切な方法ではないとされている。また、強酸を使用
することから作業性にも問題がある。
(2) Chemical oxidation method Ti is colored when boiled in an inorganic acid. For example, 0.1
When boiled in sulfuric acid of less than wt% for 24 hours, it becomes bluish purple,
It is colored golden when boiled in hydrochloric acid of 0.2 wt% or less for 24 hours, and pale golden when boiled in 30 wt% nitric acid for 24 hours. It is said that the film formed by chemical oxidation is inferior in film quality, and is also inferior to thermal oxidation in terms of corrosion resistance. Further, there is a problem that it takes a long time to form a film and there are few kinds of colors, and it is said that this is not a practically appropriate coloring method. In addition, there is a problem in workability because a strong acid is used.

【0008】(3)陽極酸化法 適当な電解質溶液中でTiを陽極とし、Pt、Ti、ス
テンレス鋼などを陰極として直流電流を流すと、陽極の
チタン表面の酸化皮膜が成長し、いわゆる陽極酸化皮膜
が形成される。定電圧で陽極酸化を行うと時間の経過と
ともに電流が次第に減少し、2〜3分程度で極微小な電
流しか流れなくなる。すなわち、定電圧で陽極酸化を行
うと、その電圧に見合った絶縁耐圧をもった酸化皮膜が
形成されて、酸化皮膜の成長はとまる。したがって、陽
極酸化電圧に固有の厚さの酸化皮膜ができるため、干渉
色の色調をコントロールできる。例えば、Ti板を1%
リン酸水溶液中で陽極酸化した場合、10Vでくすんだ
金色、20Vで紫色、30Vで青色、40Vで淡青色、
50Vで淡黄色、60Vで明るい金色、70Vでサーモ
ンピンク、80Vで淡紫色、90Vで青緑色、100V
で若草色を発色する。このように陽極酸化法は発色のコ
ントロールが容易であるため、インテリア製品(照明器
具、壁材)、洋食器、装飾品などの着色には主として陽
極酸化法が利用されている。
(3) Anodizing method When a direct current is passed in a suitable electrolyte solution using Ti as an anode and Pt, Ti, stainless steel or the like as a cathode, an oxide film on the titanium surface of the anode grows, so-called anodic oxidation. A film is formed. When anodic oxidation is performed at a constant voltage, the current gradually decreases with time, and only a very small current flows in about 2 to 3 minutes. That is, when anodic oxidation is performed at a constant voltage, an oxide film having a withstand voltage corresponding to the voltage is formed, and the growth of the oxide film stops. Therefore, since an oxide film having a thickness specific to the anodizing voltage is formed, the color tone of the interference color can be controlled. For example, 1%
When anodized in phosphoric acid aqueous solution, 10V dull gold, 20V purple, 30V blue, 40V light blue,
Light yellow at 50V, bright gold at 60V, salmon pink at 70V, light purple at 80V, bluish green at 90V, 100V
Develops a bright green color. As described above, since the color development of the anodizing method is easy, the anodizing method is mainly used for coloring interior products (lighting fixtures, wall materials), western tableware, decorative articles, and the like.

【0009】Ti粉末の有色酸化皮膜形成に関しては、
化学酸化法や陽極酸化法といった湿式処理をともなう方
法は実用上困難であり、加熱酸化法に限られる。しか
し、Ti粉末を加熱酸化しても形成される酸化皮膜の色
は褐色系に限られ、上述したバルク材のように青色系な
どの多種類の発色は得られなかった。このような理由か
ら、Ti粉末の酸化皮膜形成による着色に関する研究
例、応用例は従来なかった。
Regarding the formation of a colored oxide film on Ti powder,
Methods involving wet processing such as chemical oxidation and anodic oxidation are practically difficult, and are limited to thermal oxidation. However, even when the Ti powder is heated and oxidized, the color of the oxide film formed is limited to a brownish color, and a variety of colors such as a blue color as in the above-described bulk material cannot be obtained. For these reasons, there has been no research example or application example regarding coloring by forming an oxide film on Ti powder.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】Tiに有色酸化皮膜を
生成させる場合、加熱酸化法は簡単で安価な装置および
低コストで酸化皮膜形成が可能であり、大量生産および
大型製品の処理にも適しているが、空気中での酸化反応
が複雑であり、酸化皮膜の構造も複雑となるため、発色
のコントロールが困難であった。したがって、一定の条
件において再現性よく発色させること、色ムラのない均
一な色の皮膜を生成させることが困難であるという問題
があった。また、粉末Tiを加熱酸化させてもバルク材
のような多種類の発色は得られないという問題があっ
た。
When a colored oxide film is formed on Ti, the heat oxidation method can form an oxide film with a simple and inexpensive apparatus and at low cost, and is suitable for mass production and processing of large products. However, the oxidation reaction in the air is complicated, and the structure of the oxide film is also complicated, so that it is difficult to control the coloring. Therefore, there has been a problem that it is difficult to form a color with good reproducibility under a certain condition and to form a film having a uniform color without color unevenness. Further, there is a problem that even if the powdered Ti is heated and oxidized, it is not possible to obtain various kinds of colors such as a bulk material.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、Tiと、Tiよりも加熱酸化されにくい
金属元素のうち少なくとも1種以上の5原子%以上95
原子%以下から構成され、機械的合金化法により表面に
微細結晶相やアモルファス相を析出させた合金材料を使
用することにより、加熱酸化によるTiの有色酸化皮膜
の発色をコントロールしやすくし、一定の条件において
再現性よく発色させること、色ムラのない均一な色の皮
膜を生成させることを可能とする、加熱酸化によるチタ
ン系合金の着色方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides at least 5 atomic% of at least one of Ti and at least one metal element which is less likely to be thermally oxidized than Ti.
By using an alloy material composed of less than atomic% and having a fine crystalline phase or amorphous phase precipitated on the surface by mechanical alloying, it is easy to control the coloring of the colored oxide film of Ti by thermal oxidation, and it is constant This is a method of coloring a titanium-based alloy by thermal oxidation, which enables the color to be formed with good reproducibility under the above conditions and to form a film having a uniform color without color unevenness.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本発明をTi−Fe合金
を例に説明する。Ti−Fe合金を加熱酸化すると、酸
化のごく初期には表面に露出しているTiとFeが同時
に酸化される。純Ti金属よりもTi−Feなどの合金
の方が結晶構造に歪みが多いため初期酸化の際に酸素と
の反応が容易に進み、均一な皮膜が形成されやすいと考
えられる。表面がある程度の厚さをもった酸化皮膜に覆
われると、酸化皮膜/合金界面の酸素ポテンシャルは雰
囲気のそれに比べて著しく低くなる。その場合、Fe酸
化物のすぐ下にはFeより安定な酸化物を形成するTi
が存在しているので、次のような反応によってTiはF
eOを還元して自らはTiOxとなりうる。 xFeO + Ti = xFe + TiOx
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below using a Ti-Fe alloy as an example. When the Ti—Fe alloy is heated and oxidized, Ti and Fe exposed on the surface are oxidized at the very beginning of the oxidation. It is considered that an alloy such as Ti—Fe has more crystal structure distortion than pure Ti metal, so that the reaction with oxygen proceeds easily at the time of initial oxidation and a uniform film is easily formed. When the surface is covered with an oxide film having a certain thickness, the oxygen potential at the oxide film / alloy interface becomes significantly lower than that of the atmosphere. In that case, immediately below the Fe oxide, Ti, which forms an oxide more stable than Fe,
Is present, Ti becomes F by the following reaction.
eO can be reduced to TiOx by itself. xFeO + Ti = xFe + TiOx

【0013】この反応により酸化皮膜/合金界面には次
第にTiOxが多くなり、ついにはTiOxが合金表面
を覆うにいたる。このようにして、Tiよりも加熱酸化
されにくい金属元素、例えばFeをTiと合金化させる
ことによってその酸化皮膜をより均一に生成させること
が可能となる。
By this reaction, TiOx gradually increases at the oxide film / alloy interface, and eventually TiOx covers the alloy surface. In this way, it is possible to form an oxide film more uniformly by alloying a metal element, for example, Fe, which is less susceptible to thermal oxidation than Ti, with Ti.

【0014】しかし、合金化することによってα相、β
相、金属間化合物相など多種類の結晶相が析出する。こ
のような合金を加熱酸化した場合、組織を構成する各相
の酸化速度の違いにより発色が違うため色ムラが発生す
る。この問題を解決するために本発明では、表面あるい
は全体に微細結晶相やアモルファス相を析出させた合金
材料を使用することにより、色ムラの発生を抑制するこ
とができる。
However, by alloying, α phase, β
Various types of crystal phases, such as a phase and an intermetallic compound phase, are precipitated. When such an alloy is heated and oxidized, color unevenness occurs due to a difference in color development due to a difference in the oxidation rate of each phase constituting the structure. In order to solve this problem, in the present invention, the occurrence of color unevenness can be suppressed by using an alloy material in which a fine crystalline phase or an amorphous phase is precipitated on the surface or the whole.

【0015】合金の表面あるいは全体に微細結晶相およ
び/またはアモルファス相を析出させる方法としては、
機械的合金化法がある。一般に、機械的合金化法では粉
末が製造できる。
As a method for precipitating a fine crystalline phase and / or an amorphous phase on the surface or the whole of the alloy,
There is a mechanical alloying method. Generally, a powder can be produced by a mechanical alloying method.

【0016】Tiよりも加熱酸化されやすい金属元素を
合金化すると、合金化元素が酸化皮膜を形成するため、
Tiの酸化物による有色皮膜は得られなくなる。したが
って、Tiに合金化する金属元素としては、Tiよりも
加熱酸化されにくい元素が有効である。本発明による効
果はTiよりも加熱酸化されにくい元素との合金化によ
り発現するが、Va、VIa、 VIIa、VIII、Ib族の金
属元素との合金化でよりよい効果が得られる。
When a metal element that is more easily oxidized by heating than Ti is alloyed, the alloying element forms an oxide film.
A colored film of Ti oxide cannot be obtained. Therefore, an element which is less likely to be oxidized by heating than Ti is effective as a metal element to be alloyed with Ti. The effect of the present invention is exhibited by alloying with an element that is less likely to be thermally oxidized than Ti. However, a better effect can be obtained by alloying with a Va, VIa, VIIa, VIII, or Ib group metal element.

【0017】合金は二元系に限定されるものではなく、
Tiよりも加熱酸化されにくい複数の元素との多元系合
金についても有効である。合金に含まれる元素は、Ti
よりも加熱酸化されにくい元素に限定するものでなく、
本発明の効果を妨害しない程度、たとえば不純物程度の
量であれば、Tiよりも加熱酸化されやすい元素を含ん
でも良い。
The alloy is not limited to a binary system,
It is also effective for multi-element alloys with a plurality of elements that are less likely to be thermally oxidized than Ti. The element contained in the alloy is Ti
It is not limited to elements that are less likely to be oxidized by heating than
If the amount does not hinder the effects of the present invention, for example, an amount of an impurity, it may contain an element which is more easily oxidized by heating than Ti.

【0018】Tiに対する合金化元素の割合が多くなる
と、発色の素となるTi酸化物で十分に表面を覆うこと
ができなくなる。少なすぎると上述のような反応が起こ
りにくくなる。したがって、Tiと合金化する金属元素
の割合は、5原子%以上95原子%以下、好ましくは1
0原子%以上90原子%以下である。
When the ratio of the alloying element to Ti increases, the surface cannot be sufficiently covered with Ti oxide, which is the element for coloring. If the amount is too small, the above-mentioned reaction hardly occurs. Therefore, the ratio of the metal element alloyed with Ti is 5 to 95 atomic%, preferably 1 to 95 atomic%.
It is at least 0 atomic% and at most 90 atomic%.

【0019】皮膜を形成させる温度範囲は合金組成によ
り異なるが、300℃以上が好ましい。皮膜を形成させ
る雰囲気は、もっとも一般的な空気中でよいが、酸素を
含む雰囲気中であれば特に限定するものではない。
The temperature range in which the film is formed depends on the alloy composition, but is preferably 300 ° C. or higher. The atmosphere in which the film is formed may be the most general air, but is not particularly limited as long as it is an atmosphere containing oxygen.

【0020】Ti粉末を加熱酸化させてもバルク材のよ
うな多種類の発色は得られないが、本発明の方法を適用
することにより、温度条件の変化により多種類の発色が
可能となる。粉末の場合、粒径5〜100μm程度でも
っとも鮮やかな発色を示すので望ましいが、特に限定す
るものではない。
Even if the Ti powder is heated and oxidized, it is not possible to obtain a variety of colors as in the case of a bulk material. However, by applying the method of the present invention, a variety of colors can be formed by changing the temperature conditions. In the case of a powder, it is desirable because it shows the brightest color with a particle size of about 5 to 100 μm, but is not particularly limited.

【0021】本発明におけるTi系合金の粉末を使用し
て焼結成型体を作製し、加熱酸化を施すことによって、
成型体の表面を着色することができる。本発明における
Ti系合金の粉末を鋳造品の表面に固定し、加熱酸化を
施すことによって、鋳造品の表面を着色装飾することが
できる。
A sintered compact is produced using the Ti-based alloy powder according to the present invention, and is subjected to thermal oxidation, whereby
The surface of the molded article can be colored. The surface of the cast product can be colored and decorated by fixing the Ti-based alloy powder in the present invention to the surface of the cast product and subjecting it to thermal oxidation.

【0022】純Tiの加熱酸化では、温度に対する発色
の関係の再現性が乏しい、色の均一性が悪く色ムラを生
じやすいため発色の精密な判断が難しい、などの問題が
あったが、本発明におけるTi系合金を使用すれば、こ
れらの問題を解決できるので温度センサーとして使用す
ることが可能である。
The thermal oxidation of pure Ti has problems such as poor reproducibility of the relationship of color development with temperature, poor color uniformity, and easy color unevenness, making precise determination of color development difficult. These problems can be solved by using a Ti-based alloy according to the present invention, so that it can be used as a temperature sensor.

【0023】[0023]

【実施例】以下に、本発明を実施例によりさらに説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】実施例1 熱処理を施した合金粉末を機械的合金化法により作製し
た。粒径約40μmのTi粉と粒径約5μmのFe粉を
出発原料とし、振動型ボールミルで、減圧アルゴンガス
雰囲気中で200時間のミリングを行った。これにより
Feを10、20、30、40、50、60、70、8
0、90原子%含む組成のTi−Fe合金粉末を作製し
た。合金粉末はアモルファス相あるいは微細結晶相であ
った。比較例として、純Ti粉末(純度99.5%)も
用意した。これらの粉末を空気中抵抗加熱炉内で加熱
し、酸化皮膜を生成させた。
Example 1 A heat-treated alloy powder was produced by a mechanical alloying method. Using Ti powder having a particle size of about 40 μm and Fe powder having a particle size of about 5 μm as starting materials, milling was performed for 200 hours in a reduced-pressure argon gas atmosphere using a vibrating ball mill. This allows Fe to be 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 8
A Ti—Fe alloy powder having a composition containing 0 and 90 atomic% was prepared. The alloy powder was in an amorphous phase or a fine crystalline phase. As a comparative example, a pure Ti powder (purity: 99.5%) was also prepared. These powders were heated in a resistance heating furnace in air to form an oxide film.

【0027】市販の純Ti粉末の400℃、30分間の
加熱酸化では黄褐色の酸化皮膜が生成し、600℃30
分間の加熱酸化では褐色の酸化皮膜が生成した。700
℃以上では表面は灰色となり、青色系の粉末は得られな
かった。一方、Feを10〜90原子%含むTi−Fe
合金粉末試料の400℃、30分間の加熱酸化により、
不透明な濃い青色の酸化皮膜が生成した。
Heat oxidation of commercially available pure Ti powder at 400.degree. C. for 30 minutes produces a yellow-brown oxide film.
A brown oxide film was formed by heat oxidation for one minute. 700
Above ° C, the surface became gray and no blue powder was obtained. On the other hand, Ti-Fe containing 10 to 90 atomic% of Fe
By heating and oxidizing the alloy powder sample at 400 ° C. for 30 minutes,
An opaque dark blue oxide film formed.

【0028】実施例2 実施例1と同様にして、Tiよりも酸化されにくい、V
a族のV、VIa族のCr、 VIIa族のMn、VIII族のC
oとNi、Ib族のCuをそれぞれ合金化させたTi系
合金粉末を機械的合金化法により作製し、400℃30
分間の加熱酸化を施したところ、Ti−Fe合金と同様
に不透明な濃い青色の酸化皮膜が生成した。同様の方法
で、Tiよりも加熱酸化されやすいAlを合金化させた
Ti系合金を作製し、400℃30分間の加熱酸化を施
したところ、色の変化はほどんど見られず、灰色のまま
だった。
Example 2 As in Example 1, V is less oxidized than Ti.
V of group a, Cr of group VIa, Mn of group VIIa, C of group VIII
A Ti-based alloy powder in which o, Ni, and Cu of the group Ib are alloyed is produced by a mechanical alloying method.
When heat oxidation was performed for a minute, an opaque dark blue oxide film was formed as in the case of the Ti—Fe alloy. In a similar manner, a Ti-based alloy was prepared by alloying Al, which is more susceptible to thermal oxidation than Ti, and subjected to thermal oxidation at 400 ° C. for 30 minutes. was.

【0029】実施例3 実施例1に示した機械的合金化法によりTi50Fe50
金粉末を作製した。この粉末を原料とし真空中で放電プ
ラズマ焼結法により直径15mm厚さ5mmの焼結成型
体を作製した。この焼結成型体を空気中にて450℃で
30分間加熱酸化させたところ、成型体の表面全体を色
ムラのない均一な青色に着色することができた。
Example 3 A Ti 50 Fe 50 alloy powder was produced by the mechanical alloying method shown in Example 1. Using this powder as a raw material, a sintered compact having a diameter of 15 mm and a thickness of 5 mm was produced by a discharge plasma sintering method in a vacuum. When this sintered compact was heated and oxidized in air at 450 ° C. for 30 minutes, the entire surface of the molded body could be uniformly colored blue without color unevenness.

【0030】実施例4 チタン系合金粉末を鋳型内壁に塗布して鋳造した後、鋳
造品表面を加熱酸化により発色させる鋳造品表面の装飾
方法に係るプロセスを、図1に示した。ここでは、実施
例1に示した機械的合金化法によりTi50Fe50合金粉
末1を作製した。この合金粉末をエタノールに懸濁さ
せ、内径20mmの円柱鋳型2の内壁に塗布した。この
鋳型に約700℃のAl溶湯3を流し込んだ。合金粉末
は鋳造品表面に均一に隙間なく固定された。鋳造品を空
気中にて450℃で30分間加熱酸化させたところ、鋳
造品表面に固定された合金粉末は均一な青色に発色し
た。
Example 4 FIG. 1 shows a process relating to a method for decorating a surface of a cast product in which a titanium-based alloy powder is applied to the inner wall of a mold and cast, and then the surface of the cast product is colored by heating and oxidation. Here, Ti 50 Fe 50 alloy powder 1 was produced by the mechanical alloying method shown in Example 1. This alloy powder was suspended in ethanol and applied to the inner wall of a cylindrical mold 2 having an inner diameter of 20 mm. Al molten metal 3 at about 700 ° C. was poured into this mold. The alloy powder was fixed uniformly on the casting surface without any gap. When the casting was heated and oxidized at 450 ° C. for 30 minutes in air, the alloy powder fixed on the surface of the casting developed a uniform blue color.

【0031】実施例5 実施例1に示した機械的合金化法により作製したTi50
Fe50合金粉末を、空気中で種々の温度で加熱酸化して
発色を確認した。その結果、300℃以下では色の変化
はなく灰色、300℃〜400℃で褐色、400℃〜5
00℃で鮮やかな青色の発色を示し、500℃以上では
灰色となった。温度と発色の関係の再現性は良好であ
り、色ムラがないため発色の判断も容易であった。
Example 5 Ti 50 produced by the mechanical alloying method shown in Example 1
The Fe 50 alloy powder was heated and oxidized at various temperatures in the air to confirm color development. As a result, there was no change in color at 300 ° C or lower, gray, brown at 300 ° C to 400 ° C, 400 ° C to 5 ° C.
It showed a vivid blue color at 00 ° C, and became gray at 500 ° C or higher. The reproducibility of the relationship between the temperature and the color development was good, and there was no color unevenness, so it was easy to determine the color development.

【0032】一方、市販の純Ti粉末では300℃以下
では色の変化はなく灰色、300℃〜600℃で黄褐色
〜褐色、600℃以上では灰色となった。色の変化は鈍
く、くすんだ色であり、本発明による合金に見られたよ
うな鮮やかな青色系の発色はなかった。これにより、本
発明により作製された合金は温度センサーとしての使用
が可能であることが確認された。
On the other hand, commercially available pure Ti powder did not change color at 300 ° C. or lower and became gray, yellowish brown to brown at 300 ° C. to 600 ° C., and gray at 600 ° C. or higher. The color change was dull and dull, without the vivid blue coloration seen in the alloys according to the invention. Thus, it was confirmed that the alloy produced according to the present invention can be used as a temperature sensor.

【0033】[0033]

【発明の効果】従来、加熱酸化法は空気中での酸化反応
が複雑であり、酸化皮膜の構造も複雑となるため、発色
のコントロールが困難であり、色ムラが出やすい、すな
わち均一な色の皮膜を再現性よく生成させるのが困難で
あったが、本発明により、色ムラのない、発色性の良い
鮮やかな色の酸化皮膜を再現性よく生成させることが可
能となった。また、本発明により、従来主に利用されて
きた陽極酸化法よりも格段に簡単で安価な装置および低
コストで高水準の酸化皮膜形成が可能となり、大量生産
および大型製品の処理もできるようになった。さらに、
純Ti粉末を加熱酸化させてもバルク材のような多種類
の発色は得られないが、本発明の方法を適用することに
より、温度条件の変化により多種類の発色が可能とな
り、これにより本発明により作製された合金は温度セン
サーとしての使用が可能である。
According to the conventional heat oxidation method, the oxidation reaction in air is complicated, and the structure of the oxide film is also complicated, so that it is difficult to control the color development, and color unevenness is likely to occur, ie, uniform color. Although it was difficult to form a film with good reproducibility, the present invention made it possible to generate a vivid color oxide film with good color development without color unevenness with good reproducibility. Further, according to the present invention, it becomes possible to form a high-level oxide film at a much simpler and cheaper device and at a lower cost than the anodic oxidation method which has been mainly used in the past, so that mass production and processing of large products can be performed. became. further,
Even if pure Ti powder is heated and oxidized, it is not possible to obtain many kinds of colors as in the case of bulk material, but by applying the method of the present invention, it becomes possible to form many kinds of colors by changing the temperature conditions. Alloys made according to the invention can be used as temperature sensors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施態様を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Ti系合金粉末 2 鋳型 3 Al溶湯 4 着色したTi系合金粉末 REFERENCE SIGNS LIST 1 Ti-based alloy powder 2 mold 3 molten aluminum 4 colored Ti-based alloy powder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 26/00 C23C 26/00 E (72)発明者 榛 原 照 男 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 技術開発本部内 審査官 有田 恭子 (56)参考文献 特開 平1−136958(JP,A) 特開 平1−123042(JP,A) 特開 昭59−43882(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 8/12,8/16 C22C 14/00,38/00,45/10 C22F 1/18 C23C 26/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C23C 26/00 C23C 26/00 E (72) Inventor Teruo Haihara 1618 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki Nippon Steel Corporation Technology Kyoko Arita, Examiner in the Development Division (56) References JP-A-1-136958 (JP, A) JP-A-1-123042 (JP, A) JP-A-59-43882 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 8 / 12,8 / 16 C22C 14 / 00,38 / 00,45 / 10 C22F 1/18 C23C 26/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Tiを5原子%以上95原子%以下含み、
残部がTiよりも加熱酸化されにくい1種または2種以
上の元素から構成され、機械的合金化法により表面に微
細結晶相および/またはアモルファス相を析出させたチ
タン系合金材料に加熱酸化を施し、均一色の有色酸化皮
膜を形成させることを特徴とする、加熱酸化によるチタ
ン系合金の着色方法。
(1) containing at least 5 atomic% and at most 95 atomic% of Ti;
The remainder is composed of one or more elements that are less susceptible to thermal oxidation than Ti, and is thermally oxidized to a titanium-based alloy material having a fine crystalline phase and / or an amorphous phase precipitated on the surface by mechanical alloying. A method for coloring a titanium-based alloy by thermal oxidation, wherein a colored oxide film having a uniform color is formed.
【請求項2】Tiより加熱酸化されにくい元素がFeで
あることを特徴とする、請求項1に記載の加熱酸化によ
るチタン系合金の着色方法。
2. The method for coloring a titanium-based alloy by thermal oxidation according to claim 1, wherein the element that is less susceptible to thermal oxidation than Ti is Fe.
【請求項3】請求項1または2に記載のチタン系合金材
料のうち粉末状のものを原料として含む粉末焼結成型体
を作製し、該成型体表面に固定された該Ti系合金粉末
部分が加熱酸化により発色することを特徴とする、焼結
成型体表面の装飾方法。
3. A powder-sintered molded body containing a powdery material among the titanium-based alloy materials according to claim 1 as a raw material, and the Ti-based alloy powder portion fixed on the surface of the molded body. A method for decorating the surface of a sintered molded product, wherein the color is developed by thermal oxidation.
【請求項4】請求項1または2に記載のチタン系合金材
料のうち粉末状のものを鋳型の内壁に塗布して鋳造し、
鋳造品表面に固定された該Ti系合金粉末部分が加熱酸
化により発色することを特徴とする、鋳造品表面の装飾
方法。
4. A powdery titanium alloy material according to claim 1 or 2, which is applied to the inner wall of a mold and cast.
A method for decorating a surface of a casting, wherein the portion of the Ti-based alloy powder fixed to the surface of the casting is colored by heat oxidation.
【請求項5】請求項1または2に記載のチタン系合金
が、特定の温度範囲で有色酸化皮膜を形成することを利
用した温度センサー。
5. A temperature sensor using the titanium-based alloy according to claim 1 to form a colored oxide film in a specific temperature range.
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