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JP6281412B2 - Metal structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、金属部材の表面に、当該表面を被覆するように耐酸性膜を設けてなる金属構造体、および、そのような金属構造体の製造方法に関し、たとえば高温、強酸性の環境で使用される自動車用部品等に適用されるものである。   The present invention relates to a metal structure in which an acid-resistant film is provided on the surface of a metal member so as to cover the surface, and a method for producing such a metal structure, for example, in a high-temperature, strongly acidic environment. Applied to automotive parts and the like.

従来より、防食、防錆等の目的で使用される金属部材としては、一般に、金属自体を、Cr(クロム)やNi(ニッケル)等が添加された鉄系金属としたものが知られている。しかし、このようなCrやNiを添加した金属は、高コストであったり、硬いために加工しにくかったりする、という問題があった。   Conventionally, as metal members used for the purpose of anticorrosion, rust prevention and the like, generally, the metal itself is an iron-based metal added with Cr (chromium), Ni (nickel) or the like is known. . However, such a metal added with Cr or Ni has a problem that it is expensive and difficult to process because it is hard.

そこで、従来では、たとえば金属部材の表面を、フッ素系樹脂等でコーティングすることが行われているが、このような樹脂系のコーティングは、自動車部品等が使用される高温環境に対して耐久性が不十分である。   Therefore, conventionally, for example, the surface of a metal member has been coated with a fluorine-based resin or the like, but such a resin-based coating is durable against a high-temperature environment in which automobile parts are used. Is insufficient.

一方で、ALD(原子気相成長法)で形成されたピンホールレスのAlxTiyOz膜(ここでx、y、zは相対原子数)を、ガスバリア層として用いた有機ELが提案されている。(特許文献1参照)。   On the other hand, an organic EL using a pinholeless AlxTiyOz film (here, x, y, z is the relative number of atoms) formed by ALD (Atomic Vapor Deposition) as a gas barrier layer has been proposed. (See Patent Document 1).

特開2007−194168号公報JP 2007-194168 A

本発明者は、上記特許文献1に記載のAlxTiyOz膜が、高温環境であっても耐酸性に優れた膜であることから、金属部材の耐酸性膜として用いることを検討した。しかし、この場合、本発明者の実験検討によれば、耐酸性試験にて数千時間程度で錆が発生してしまい、大幅な耐酸性の向上は見られなかった。   The present inventor has studied the use of the AlxTiyOz film described in Patent Document 1 as an acid-resistant film for a metal member because it is a film having excellent acid resistance even in a high-temperature environment. However, in this case, according to the experiment by the present inventors, rust was generated in about several thousand hours in the acid resistance test, and no significant improvement in acid resistance was observed.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、金属部材の表面を耐酸性膜で被覆してなる金属構造体において、耐酸性膜による大幅な耐酸性の向上を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and aims to achieve a significant improvement in acid resistance by an acid resistant film in a metal structure formed by coating the surface of a metal member with an acid resistant film. To do.

請求項1に記載の発明は、本発明者が鋭意行った実験検討の結果、実験的に見出されたものである。   The invention described in claim 1 has been found experimentally as a result of experimental studies conducted by the inventors.

すなわち、請求項1に記載の発明によれば、金属部材(10)と、金属部材の表面(11)に当該表面を被覆するように設けられた耐酸性膜(20)と、を備え、耐酸性膜は、金属部材の表面側から順に、アモルファス状態の薄膜でありx、y、zを相対原子数とするAlxTiyOz膜(21)、結晶状態の薄膜であるTiO膜(22)を交互に複数回繰り返して積層してなるものであり、AlxTiyOz膜において相対原子数xとyの総和(x+y)を100atom%としたとき、当該(x+y)に対する相対原子数yの比率が33atom%以上99atom%以下であることを特徴とする金属構造体が提供される。 That is, according to the invention described in claim 1, the metal member (10) and the acid resistant film (20) provided on the surface (11) of the metal member so as to cover the surface are provided. In order from the surface side of the metal member, the conductive film is an amorphous thin film, and an AlxTiyOz film (21) having x, y, and z as relative atoms, and a TiO 2 film (22) that is a crystalline thin film are alternately arranged. The AlxTiyOz film is repeatedly laminated, and when the total number of relative atoms x and y (x + y) is 100 atom% in the AlxTiyOz film, the ratio of the relative atom number y to (x + y) is 33 atom% or more and 99 atom%. A metal structure is provided that is characterized by:

本発明者の実験によれば、耐酸性膜をこの請求項1に記載の構成とすれば、耐酸性試験における錆発生時間を数万時間以上とすることができ、大幅な耐酸性の向上が実現できることが確認されている。   According to the inventor's experiment, when the acid-resistant film is configured as described in claim 1, the rust generation time in the acid resistance test can be tens of thousands of hours or more, and a significant improvement in acid resistance can be achieved. It has been confirmed that this can be realized.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の実施形態にかかる金属構造体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the metal structure concerning embodiment of this invention. 図1に示される金属構造体の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the metal structure shown by FIG. AlxTiyOz膜における100y/(x+y)(単位:atom%)と、耐酸性試験によるTiの溶けだし量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between 100y / (x + y) (unit: atom%) in an AlxTiyOz film | membrane, and the amount of dissolution of Ti by an acid resistance test.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.

まず、本実施形態にかかる金属構造体について、図1を参照して述べる。この金属構造体は、たとえば、高温、強酸性の環境で使用される自動車用部品等に適用されるものである。本実施形態の金属構造体は、金属部材10と、金属部材10の表面11に当該表面11を被覆するように設けられた耐酸性膜20と、を備えて構成されている。   First, the metal structure according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This metal structure is applied to, for example, automotive parts used in a high-temperature, strongly acidic environment. The metal structure of the present embodiment includes a metal member 10 and an acid-resistant film 20 provided on the surface 11 of the metal member 10 so as to cover the surface 11.

金属部材10は、ステンレス(SUS)等の鉄系金属、つまりFe(鉄)を主成分とする金属よりなる。そして、耐酸性膜20は、金属部材10の表面11側から順に、AlxTiyOz膜21、TiO膜22を交互に複数回繰り返して積層してなる交互積層膜として構成されている。 The metal member 10 is made of an iron-based metal such as stainless steel (SUS), that is, a metal mainly composed of Fe (iron). The acid resistant film 20 is configured as an alternately laminated film in which the AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22 are alternately and repeatedly laminated in order from the surface 11 side of the metal member 10.

つまり、耐酸性膜20は、金属部材10の表面11に、まずAlxTiyOz膜21を形成し、次にその上にTiO膜22を形成し、この繰り返しによる積層を2回以上行うことにより形成されたものである。ここで、耐酸性膜20においては、総膜厚や繰り返しによる積層数は、使用環境や金属構造体の構成等に応じて適宜設計変更されるものであるため、特に、限定するものではない。 That is, the acid-resistant film 20 is formed by first forming the AlxTiyOz film 21 on the surface 11 of the metal member 10 and then forming the TiO 2 film 22 on the AlxTiyOz film 21 and then repeating the lamination two or more times. It is a thing. Here, in the acid resistant film 20, the total film thickness and the number of stacked layers are not particularly limited because the design is appropriately changed according to the use environment, the structure of the metal structure, and the like.

AlxTiyOz膜21は、アモルファス状態の薄膜であって、x、y、zを相対原子数とするものであり、アルミナ(Al)とチタニア(TiO)とが混合された膜である。一方、TiO膜は、結晶状態の薄膜である。 The AlxTiyOz film 21 is an amorphous thin film having x, y, and z as the relative number of atoms, and is a film in which alumina (Al 2 O 3 ) and titania (TiO 2 ) are mixed. On the other hand, the TiO 2 film is a thin film in a crystalline state.

ここで、限定するものではないが、1層のAlxTiyOz膜の膜厚は7nm以上であり、1層のTiO膜の膜厚は4nm以下であることが望ましい。この望ましい膜厚の理由については後述する。この耐酸性膜20は、1層のAlxTiyOz膜21、1層のTiO膜をそれぞれALD(原子気相成長法)により成膜して、積層していくことで形成されている。 Here, although not limited thereto, it is desirable that the film thickness of one AlxTiyOz film is 7 nm or more, and the film thickness of one TiO 2 film is 4 nm or less. The reason for this desirable film thickness will be described later. The acid resistant film 20 is formed by laminating one AlxTiyOz film 21 and one TiO 2 film by ALD (Atomic Vapor Deposition).

また、本実施形態の耐酸性膜20では、AlxTiyOz膜21において相対原子数xとyの総和(x+y)を100atom%としたとき、当該(x+y)に対する相対原子数yの比率が33atom%以上99atom%以下とされている。つまり、100y/(x+y)で表される比率が33atom%以上99atom%以下であり、以下、この比率を単に「yの比率」ということにする。   Further, in the acid resistant film 20 of the present embodiment, when the sum (x + y) of the relative number of atoms x and y in the AlxTiyOz film 21 is 100 atom%, the ratio of the relative number of atoms y to (x + y) is 33 atom% or more and 99 atom%. % Or less. That is, the ratio represented by 100y / (x + y) is 33 atom% or more and 99 atom% or less, and hereinafter this ratio is simply referred to as “y ratio”.

[製造方法等]
次に、本実施形態の金属構造体の製造方法について述べる。この金属構造体は、上述したように、耐酸性膜20におけるAlxTiyOz膜21、および、TiO膜22を、それぞれALDにより成膜することで製造される。このALDによる製造方法の一例について、図2を参照して述べる。
[Manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the metal structure of this embodiment is described. As described above, this metal structure is manufactured by forming the AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22 in the acid resistant film 20 by ALD. An example of this ALD manufacturing method will be described with reference to FIG.

まず、図2(a)に示されるように、金属部材10を用意する。そして、この金属部材10をALDにおける図示しない反応容器の内部、具体的には真空チャンバ内に設置する。そして、反応容器の内部の温度および金属部材10の温度が、成膜温度になるように、ここでは450℃になるように加熱を行う。   First, as shown in FIG. 2A, a metal member 10 is prepared. Then, the metal member 10 is installed in a reaction container (not shown) in the ALD, specifically, in a vacuum chamber. Then, heating is performed so that the temperature inside the reaction vessel and the temperature of the metal member 10 become 450 ° C. here so as to be the film formation temperature.

次に、図2(b)に示されるように、金属部材10の表面に、まず、ALDにより、1層のAlxTiyOz膜21を成膜する(AlyTiyOz成膜工程)。具体的には、AlClとHOとを交互に反応容器に導入する第1の工程と、TiClとHOとを交互に反応容器に導入する第2の工程とを繰り返し行うことにより、所定膜厚とされた1層のAlxTiyOz膜21を成膜する。 Next, as shown in FIG. 2B, first, an AlxTiyOz film 21 is formed on the surface of the metal member 10 by ALD (AlyTiyOz film forming step). Specifically, the first step of alternately introducing AlCl 3 and H 2 O into the reaction vessel and the second step of alternately introducing TiCl 4 and H 2 O into the reaction vessel are repeatedly performed. Thus, a single AlxTiyOz film 21 having a predetermined thickness is formed.

このとき、AlxTiyOz膜21における相対原子数xとyとの比率の調整、すなわち、yの比率を33〜99atom%とすることは、第1の工程のサイクル数と第2の工程のサイクル数との比率を変えることにより、適宜行える。たとえば、第1の工程のサイクル数を多くすれば、Tiの相対原子数yが小さくなり、第1の工程のサイクル数を少なくすれば、Tiの相対原子数yが大きくなる。   At this time, the adjustment of the ratio between the relative number of atoms x and y in the AlxTiyOz film 21, that is, the ratio of y is 33 to 99 atom% is the number of cycles in the first step and the number of cycles in the second step. This can be done as appropriate by changing the ratio. For example, if the number of cycles in the first step is increased, the relative number of atoms y of Ti decreases, and if the number of cycles in the first step is decreased, the number of relative atoms y of Ti increases.

次に、図2(c)に示されるように、ALDにより、AlxTiyOz膜21の上に、1層のTiO膜22を成膜する(TiO成膜工程)。具体的には、TiClとHOとを交互に反応容器に導入する工程を繰り返し行うことで、所定膜厚とされた1層のTiO膜22を形成するものである。 Next, as shown in FIG. 2C, a single TiO 2 film 22 is formed on the AlxTiyOz film 21 by ALD (TiO 2 film forming step). Specifically, by repeating the process of alternately introducing TiCl 4 and H 2 O into the reaction vessel, a single TiO 2 film 22 having a predetermined thickness is formed.

その後は、上記したAlxTiyOz成膜工程とTiO成膜工程とを交互に繰り返し行うことで、AlxTiyOz膜21とTiO膜22とが交互に繰り返し積層された交互積層膜としての本実施形態の耐酸性膜20が形成され、本実施形態の金属構造体ができあがる。 After that, the AlxTiyOz film forming step and the TiO 2 film forming step are alternately repeated, whereby the acid resistance of the present embodiment as an alternately laminated film in which the AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22 are alternately laminated. The conductive film 20 is formed, and the metal structure of this embodiment is completed.

なお、通常のALDと同様に、耐酸性膜20の総膜厚は、上記したAlxTiyOz成膜工程とTiO成膜工程との繰り返し回数で制御される。また、AlxTiyOz膜21の1層の膜厚は、上記AlyTiyOz成膜工程における第1の工程および第2の工程の繰り返し回数で制御され、TiO膜22の1層の膜厚は、上記TiO成膜工程の繰り返し回数により制御される。
[耐酸性試験による検討等]
ところで、本実施形態の交互積層膜としての耐酸性膜20において、yの比率を33atom%以上99atom%以下とした構成を採用したことは、次に述べるような本発明者が行った実験検討を根拠とするものである。その検討結果について、以下に述べることとする。
Note that the total film thickness of the acid-resistant film 20 is controlled by the number of repetitions of the AlxTiyOz film forming process and the TiO 2 film forming process as in the case of normal ALD. The thickness of one layer of AlxTiyOz film 21 is controlled by the number of repetitions of the first step and the second step in the AlyTiyOz deposition step, one layer of the film thickness of the TiO 2 film 22, the TiO 2 It is controlled by the number of repetitions of the film forming process.
[Examination by acid resistance test]
By the way, in the acid-resistant film 20 as the alternate laminated film of the present embodiment, the configuration in which the ratio of y is 33 atom% or more and 99 atom% or less is adopted by the experimental study conducted by the present inventor as described below. It is the basis. The results of the study will be described below.

まず、金属部材10の表面に形成する耐酸性膜20として、膜厚100nm〜200nmのAlxTiyOzの単一膜を用いたサンプルAを作成した。そして、このサンプルAについて耐酸性試験を行った。   First, as an acid resistant film 20 formed on the surface of the metal member 10, a sample A using a single film of AlxTiyOz having a film thickness of 100 nm to 200 nm was prepared. The sample A was subjected to an acid resistance test.

この耐酸性試験は、塩酸、硫酸がそれぞれ少なくとも0.1%以上、具体的にはpHが1〜2.5程度含有された水溶液(以下、酸性溶液という)を耐酸性膜20の表面に接触させ、80℃の高温環境で放置するものである。そして、耐酸性膜20が減っていき、下地の金属部材10に錆が生じた時間を錆発生時間とするものである。   In this acid resistance test, an aqueous solution (hereinafter referred to as an acidic solution) containing at least 0.1% or more of hydrochloric acid and sulfuric acid, specifically about pH 1 to 2.5, is brought into contact with the surface of the acid resistant film 20. And left in a high temperature environment of 80 ° C. And the acid-resistant film | membrane 20 reduces and the time when rust generate | occur | produced in the metal member 10 of a base | substrate is made into rust generation | occurrence | production time.

ここで、サンプルAでは、yの比率を33atom%〜99atom%としたが、錆発生時間が数千時間以内で錆の発生が確認された。この耐酸性試験による錆発生時間は、たとえば自動車用部品としては数万時間程度が目標値であることから、耐酸性膜20をAlxTiyOzの単一膜としたサンプルAによれば、耐酸性の向上が不十分であることが確認された。   Here, in the sample A, the ratio of y was set to 33 atom% to 99 atom%, but rust generation was confirmed within a few thousand hours. The rust generation time by this acid resistance test is a target value of, for example, about tens of thousands of hours for automobile parts. Therefore, according to Sample A in which the acid resistant film 20 is a single film of AlxTiyOz, the acid resistance is improved. Was confirmed to be insufficient.

そこで、本発明者は、まず、耐酸性膜20として、膜厚100〜200nmの結晶性の膜であるTiOの単一膜を用いたサンプルBを作成し、上記同様の耐酸性試験を行った。このTiOに着目した理由は、TiOは、AlxTiyOzよりも耐酸性に優れるためである。 Therefore, the present inventor first creates a sample B using a single film of TiO 2 , which is a crystalline film having a film thickness of 100 to 200 nm, as the acid resistant film 20 and performs the acid resistance test similar to the above. It was. The reason for focusing on the TiO 2 is TiO 2 is to excellent acid resistance than AlxTiyOz.

しかし、このサンプルBによる耐酸性試験の結果、錆発生時間が数百時間以内で錆の発生が確認された。これは、TiO膜が結晶性の膜であるがゆえに、酸性溶液が結晶粒界から染み込み、金属部材10まで到達しやすいためであると推定される。 However, as a result of the acid resistance test using Sample B, the occurrence of rust was confirmed within several hundred hours of rust generation time. This is presumably because the TiO 2 film is a crystalline film, so that the acidic solution penetrates from the crystal grain boundary and easily reaches the metal member 10.

そこで、本発明者は、さらに、AlxTiyOzがアモルファスの膜であることから、このAlxTiyOz膜21とTiO膜22とが交互に積層された交互積層膜を耐酸性膜20とすることに着目した。すなわち、本発明者は、本実施形態の耐酸性膜20を採用することに着目した。 Therefore, the present inventor has further paid attention to the fact that the AlxTiyOz is an amorphous film, and therefore the alternate laminated film in which the AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22 are alternately laminated is used as the acid resistant film 20. That is, the inventor has focused on adopting the acid resistant film 20 of the present embodiment.

これは、本実施形態の耐酸性膜20によれば、TiO膜22の結晶粒界をアモルファスであるAlxTiyOz膜21で閉塞するような形となり、上記TiO膜22の結晶粒界からの酸性溶液の染み込みを抑制できると考えたことによる。 According to the acid resistant film 20 of the present embodiment, the crystal grain boundary of the TiO 2 film 22 is closed by the amorphous AlxTiyOz film 21, and the acidity from the crystal grain boundary of the TiO 2 film 22 is determined. This is because it was thought that the penetration of the solution could be suppressed.

ただし、TiO膜22自身は酸性溶液で溶けないけれど、本発明者の検討によれば、AlxTiyOz膜21においてAl成分が多いと、Alが酸性溶液に溶けることで、TiもAlとともに溶けだすことが確認されている。このようにAlxTiyOz膜21においてTiが酸性溶液に溶けだしてしまうと、AlxTiyOz膜21による上記TiO膜22の結晶粒界の閉塞効果が低減してしまう。 However, although the TiO 2 film 22 itself does not dissolve in an acidic solution, according to the study of the present inventors, if the Al component in the AlxTiyOz film 21 is large, Al dissolves in the acidic solution, and Ti also begins to dissolve together with Al. Has been confirmed. When Ti is thus dissolves in an acidic solution in such a AlxTiyOz film 21, occlusion effect of the grain boundaries of the TiO 2 film 22 by AlxTiyOz film 21 it will be reduced.

そのため、上記した本実施形態の交互積層膜としての耐酸性膜20においては、Tiの溶けだし量が問題無い程度の組成比とされたAlxTiyOz膜21を用いる必要がある。そこで、本発明者は、Tiの溶けだし量とAlxTiyOz膜21における組成比との関係を調べた。その結果が図3に示されるグラフである。   Therefore, it is necessary to use the AlxTiyOz film 21 having a composition ratio with which there is no problem with the amount of dissolved Ti in the acid-resistant film 20 as the alternate laminated film of the present embodiment. Therefore, the inventor examined the relationship between the amount of Ti melted and the composition ratio in the AlxTiyOz film 21. The result is a graph shown in FIG.

図3の結果は、上記サンプルAと同様、金属部材10の表面に、膜厚100nmのAlxTiyOzの単一膜を形成し、さらに、yの比率を変えて上記同様の耐酸性試験を行ったものである。   The result of FIG. 3 shows that the same acid resistance test as described above was performed by forming a single film of AlxTiyOz with a film thickness of 100 nm on the surface of the metal member 10 and changing the ratio of y in the same manner as the sample A above. It is.

ここで、図3において、横軸に、yの比率すなわち100y/(x+y)(単位:atom%)を採り、縦軸にTiの溶けだし量を示している。このTiの溶けだし量は、通常の元素分析により求めたものであり、yの比率が50atom%のときのTiの溶けだし量を1と規格化したものである。   In FIG. 3, the horizontal axis represents the ratio of y, that is, 100y / (x + y) (unit: atom%), and the vertical axis represents the amount of Ti melted out. The amount of Ti melted out was determined by ordinary elemental analysis, and the amount of Ti melted out when the y ratio was 50 atom% was normalized to 1.

このTiの溶けだし量は、小さいほど良いものであり、Tiの溶けだし量が1のときは、ほとんど溶けだしが無い程度であり、AlxTiyOz膜21による上記TiO膜22の結晶粒界の閉塞効果に影響しないものである。ここで、図3において黒菱形プロットで示されているデータは、図3の左側から順に、yの比率が、25atom%、33atom%、50atom%、75atom%、83atom%、87.5atom%のデータである。 The smaller the amount of Ti melted out, the better. When the amount of Ti melted is 1, the amount of Ti melted is almost undissolved, which affects the effect of blocking the crystal grain boundaries of the TiO 2 film 22 by the AlxTiyOz film 21. It is something that does not. Here, the data indicated by the black rhombus plot in FIG. 3 is data in which the ratio of y is 25 atom%, 33 atom%, 50 atom%, 75 atom%, 83 atom%, and 87.5 atom% in order from the left side of FIG. It is.

図3に示されるように、yの比率が33atom%以上では、Tiの溶けだし量が実質的に1であり、問題無いレベルが実現されることがわかる。ここで、AlxTiyOz膜の構成を確保するために、yの上限は99%以下とする。なお、図3では、yの比率は87.5atom%まではTiの溶けだし量が実質的に1であることが確認されている。   As shown in FIG. 3, it can be seen that when the y ratio is 33 atom% or more, the amount of Ti melted is substantially 1, and a problem-free level is realized. Here, in order to secure the configuration of the AlxTiyOz film, the upper limit of y is 99% or less. In FIG. 3, it is confirmed that the amount of dissolution of Ti is substantially 1 until the y ratio is 87.5 atom%.

それに対して、図3に示されるように、yの比率が33atom%未満、具体的には25atom%の場合には、Tiの溶けだし量が6まで大幅に増加しており、このような大きな値では、AlxTiyOz膜21による上記結晶粒界の閉塞効果に影響が生じる。つまり、yの比率が33atom%〜99atom%ならば、Tiの溶けだし量を、問題無いレベルまで劇的に低減できることが確認された。   On the other hand, as shown in FIG. 3, when the ratio of y is less than 33 atom%, specifically, 25 atom%, the amount of Ti melted is greatly increased to 6, and such a large value is obtained. Then, the effect of closing the crystal grain boundary by the AlxTiyOz film 21 is affected. In other words, it was confirmed that when the y ratio was 33 atom% to 99 atom%, the amount of Ti melted out could be dramatically reduced to a problem-free level.

そこで、この図3に示される結果から、yの比率が33atom%以上99atom%以下のAlxTiyOz膜21を用いて、TiO膜22とともに、上記交互積層膜としての本実施形態の耐酸性膜20とした。そして、耐酸性膜20の総膜厚が100〜200nmであるサンプルCを作成し、上記同様の耐酸性試験を行った。 Therefore, from the results shown in FIG. 3, the AlxTiyOz film 21 having a y ratio of 33 atom% or more and 99 atom% or less is used together with the TiO 2 film 22 and the acid-resistant film 20 of the present embodiment as the above-described alternate laminated film. did. And the sample C whose total film thickness of the acid-resistant film | membrane 20 is 100-200 nm was created, and the acid resistance test similar to the above was done.

ここで、サンプルCにおいて、1層のAlxTiyOz膜21の膜厚は7nmとし、1層のTiO膜22の膜厚は4nmとした。そして、耐酸性試験の結果、AlxTiyOz膜21におけるyの比率が33atom%以上99atom%以下の範囲では、錆発生時間が数万時間以上であることが確認された。 Here, in the sample C, the film thickness of the single AlxTiyOz film 21 was 7 nm, and the film thickness of the single TiO 2 film 22 was 4 nm. As a result of the acid resistance test, it was confirmed that the rust generation time was tens of thousands of hours or more when the y ratio in the AlxTiyOz film 21 was in the range of 33 atom% to 99 atom%.

このことについて、さらに言うならば、本実施形態の耐酸性膜20において、1層のAlxTiyOz膜21の膜厚を7nmまで薄くしても、上記したTiO膜22の結晶粒界の閉塞効果が発揮されると言える。以上が、本実施形態の耐酸性膜20において、yの比率を33atom%以上99atom%以下とした構成を採用した根拠である。 More specifically, in the acid-resistant film 20 of this embodiment, even if the thickness of the single AlxTiyOz film 21 is reduced to 7 nm, the above-described effect of blocking the crystal grain boundaries of the TiO 2 film 22 is obtained. It can be said that it is demonstrated. The above is the reason why the acid resistant film 20 of the present embodiment adopts a configuration in which the ratio of y is 33 atom% or more and 99 atom% or less.

なお、上記したように、耐酸性膜20として、膜厚100nm〜200nmのAlxTiyOzの単一膜を用いたサンプルAを作成して耐酸性試験を行った場合、yの比率を33atom%以上99atom%以下としたが、数千時間で錆が発生した理由は、次のようなものであると推定される。   Note that, as described above, when the acid resistance test was performed by preparing the sample A using a single film of AlxTiyOz having a thickness of 100 nm to 200 nm as the acid resistant film 20, the ratio of y was 33 atom% or more and 99 atom%. The reason for the occurrence of rust in several thousand hours is estimated as follows.

AlxTiyOz膜は、アルミナとチタニアとが混合された混合膜であるため、金属部材10の表面に成膜した場合、金属部材10の結晶粒界に存在する不純物によって、膜欠陥が生じやすい。すると、このAlxTiyOz膜における膜欠陥から、上記酸性溶液が染み込んで、金属部材10にて錆を発生させると考えられる。   Since the AlxTiyOz film is a mixed film in which alumina and titania are mixed, when the film is formed on the surface of the metal member 10, film defects are likely to occur due to impurities present at the crystal grain boundaries of the metal member 10. Then, it is considered that the acidic solution permeates from the film defect in the AlxTiyOz film and causes the metal member 10 to generate rust.

それに対して、本実施形態の交互積層膜による耐酸性膜20によれば、AlxTiyOz膜21よりも格子定数の大きいTiO膜22を介在させているので、AlxTiyOz膜21における上記膜欠陥が抑制されると推定される。そのため、本実施形態によれば、錆発生時間の大幅な向上が実現されていると考えられる。 On the other hand, according to the acid resistant film 20 of the alternate laminated film of the present embodiment, since the TiO 2 film 22 having a larger lattice constant than the AlxTiyOz film 21 is interposed, the film defects in the AlxTiyOz film 21 are suppressed. It is estimated that. Therefore, according to the present embodiment, it is considered that a significant improvement in rust occurrence time has been realized.

[効果等]
以上のように、本実施形態によれば、耐酸性膜20を、AlxTiyOz膜21とTiO膜22との交互積層膜とし、且つ、AlxTiyOz膜21におけるyの比率を33atom%以上99atom%以下とすることで、大幅な耐酸性の向上を実現することができる。
[Effects]
As described above, according to this embodiment, the acid resistance film 20, the alternate lamination film of a AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22, and the following 99 atom% or more 33Atom% ratio of y in AlxTiyOz film 21 By doing so, a significant improvement in acid resistance can be realized.

また、上述したが、本実施形態によれば、1層のTiO膜22の膜厚は、4nm以下であることが望ましい。これは、当該膜厚が4nmよりも厚いと、TiO膜22の結晶粒界からの染み込みの影響が大きくなったり、膜応力が大きくなって剥離を発生したりしやすくなるためである。 Further, as described above, according to the present embodiment, it is desirable that the film thickness of the single TiO 2 film 22 is 4 nm or less. This is because if the film thickness is thicker than 4 nm, the influence of the penetration of the TiO 2 film 22 from the crystal grain boundary becomes large, or the film stress becomes large, and peeling easily occurs.

また、1層のAlxTiyOz膜21の膜厚は、7nm以上であることが望ましい。上述のように、実験的に、当該膜厚が7nmならば、AlxTiyOz膜21による上記TiO膜22の結晶粒界の閉塞効果が発揮されることは確認されている。 Further, it is desirable that the thickness of the single layer AlxTiyOz film 21 be 7 nm or more. As described above, it has been experimentally confirmed that when the film thickness is 7 nm, the effect of blocking the crystal grain boundaries of the TiO 2 film 22 by the AlxTiyOz film 21 is exhibited.

この閉塞効果については、1層のAlxTiyOz膜21の膜厚が厚くなるほど、効果的に発揮されることは明らかである。そのため、1層のAlxTiyOz膜21の膜厚は7nm以上であることが望ましい。   It is obvious that the blocking effect is more effectively exhibited as the thickness of the single AlxTiyOz film 21 increases. Therefore, it is desirable that the thickness of the single AlxTiyOz film 21 be 7 nm or more.

そして、耐酸性膜20の総膜厚は、限定するものではないが、たとえば100nm〜200nm程度とされる。なお、上述したが、交互積層膜である耐酸性膜20においては、総膜厚や積層数は特に、限定するものではなく、使用環境や金属構造体の構成等に応じて適宜設計変更すればよい。   And although the total film thickness of the acid-resistant film | membrane 20 is not limited, For example, it shall be about 100 nm-200 nm. In addition, as described above, in the acid resistant film 20 which is an alternately laminated film, the total film thickness and the number of laminated layers are not particularly limited, and may be appropriately changed depending on the use environment, the structure of the metal structure, and the like. Good.

また、本実施形態では、耐酸性膜20におけるAlxTiyOz膜21、および、TiO膜22は、それぞれ上記したようなALD(原子気相成長法)により成膜することが望ましい。これは、下地の金属部材10の表面11が単一の平坦面ではなく、凹凸形状等を有する複雑な形状であっても、ピンホールレスの成膜を実現しやすいためである。 In the present embodiment, the AlxTiyOz film 21 and the TiO 2 film 22 in the acid resistant film 20 are preferably formed by ALD (Atomic Vapor Deposition) as described above. This is because even if the surface 11 of the underlying metal member 10 is not a single flat surface but has a complicated shape having a concavo-convex shape or the like, it is easy to achieve pinhole-less film formation.

(他の実施形態)
なお、金属部材10としては、表面11に耐酸性膜20を成膜できるものであればよく、上記した鉄系金属以外の金属よりなるものであってもよい。また、金属構造体の適用については、上記した自動車用部品に限定されるものではなく、その他の金属部品等に適用してもよいことはもちろんである。
(Other embodiments)
The metal member 10 only needs to be capable of forming the acid-resistant film 20 on the surface 11 and may be made of a metal other than the iron-based metal described above. In addition, the application of the metal structure is not limited to the above-described automobile parts, and it is needless to say that the metal structure may be applied to other metal parts.

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily indispensable except for the case where it is clearly indicated that the element is essential and the case where the element is clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.

10 金属部材
11 金属部材の表面
20 耐酸性膜
21 AlxTiyOz膜
22 TiO
Surface of 10 the metal member 11 a metal member 20 acid-resistant film 21 AlxTiyOz film 22 TiO 2 film

Claims (4)

金属部材(10)と、
前記金属部材の表面(11)に当該表面を被覆するように設けられた耐酸性膜(20)と、を備え、
前記耐酸性膜は、前記金属部材の表面側から順に、アモルファス状態の薄膜でありx、y、zを相対原子数とするAlxTiyOz膜(21)、結晶状態の薄膜であるTiO膜(22)を交互に複数回繰り返して積層してなるものであり、
前記AlxTiyOz膜において相対原子数xとyの総和(x+y)を100atom%としたとき、当該(x+y)に対する相対原子数yの比率が33atom%以上99atom%以下であることを特徴とする金属構造体。
A metal member (10);
An acid-resistant film (20) provided on the surface (11) of the metal member so as to cover the surface,
The acid-resistant film is, in order from the surface side of the metal member, an amorphous thin film, an AlxTiyOz film (21) having x, y and z as relative atoms, and a TiO 2 film (22) which is a crystalline thin film. Are alternately laminated a plurality of times,
In the AlxTiyOz film, when the sum of relative atoms x and y (x + y) is 100 atom%, the ratio of the relative atom number y to (x + y) is 33 atom% or more and 99 atom% or less. .
1層の前記TiO膜の膜厚は、4nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の金属構造体。 2. The metal structure according to claim 1, wherein the film thickness of the one layer of the TiO 2 film is 4 nm or less. 1層の前記AlxTiyOz膜の膜厚は、7nm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属構造体。   3. The metal structure according to claim 1, wherein a film thickness of the one layer of the AlxTiyOz film is 7 nm or more. 請求項1に記載の金属構造体の製造方法であって、
前記耐酸性膜における前記AlxTiyOz膜、および、前記TiO膜を、それぞれALD(原子気相成長法)により成膜することを特徴とする金属構造体の製造方法。
It is a manufacturing method of the metal structure according to claim 1,
The AlxTiyOz film in the acid-resistant film, and a method for producing a metal structure, characterized in that said TiO 2 film is deposited by ALD (atomic vapor deposition), respectively.
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