[发明专利]在大气环境中难以发生变色的显色的纯钛或钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及被用于室外用途(屋顶、墙壁等)的钛，涉及在大气环境中难以发生变色的显色的纯钛和钛合金(以下简称为显色钛)。

背景技术

纯钛和钛合金(以下简称为钛)，由于在大气环境中显示极优异的耐腐蚀性，因此被用于海滨地区的屋顶、墙壁之类的建材用途中。钛开始用于屋顶材料等后已经过大约十几年的时间，但迄今还没有报道发生腐蚀的例子。然而，根据使用环境长期被使用的钛表面有时变色成暗的金色。

因为变色被限定于极表面层，因此并不损坏钛的防腐蚀功能，但从设计性的观点考虑，有时成为问题，为了消除变色必须使用氢氟酸-硝酸混合液等酸擦拭钛表面，或通过使用研磨纸、研磨剂的轻度研磨来除去变色部分，在处理象屋顶那样大面积的钛表面的场合，从操作性的观点考虑存在问题。

对于钛发生变色的原因，还并未充分弄清，但已教导我们由于浮游在大气中的Fe、C、SiO₂等附着在钛表面从而发生变色的情况，和由于钛表面的氧化钛的膜厚增加从而发生变色的可能性。另外，作为减轻变色的方法，如特开2000-1729号公报所公开的那样，报道了：使用钛表面有10nm以下的氧化膜，并且使表面碳浓度为30at(原子)％以下的钛是有效的。

然而，本发明者们为了防止变色而对在日本各地发生变色的钛制屋顶材料进行表面分析、以及使用促进变色的试验细心地研究造成变色的氧化膜厚度和表面的碳浓度的影响的结果发现，与特开2000-1729号公报不同，氧化膜厚度比较厚的场合对提高耐变色性有效。另外，关于碳，还发现由于在表面富集的碳形成碳化物从而促进变色。

其结果，提出了氧化膜厚度比较厚、且降低了表面的碳化物浓度的钛(第142届秋季演讲大会，材料和工艺、CAMP-ISIJ Vol.14(2001)-1336，1337，1338，1339)。另外，对于通过使钛表面的氧化膜增厚而利用了干涉作用的显色钛，如上述那样通过降低钛表面上的碳浓度、形成氧化钛层，可大幅度地提高耐变色性。但是，在苛刻的酸雨环境中，有氧化钛层变质的情况，因此正需求耐变色性更优异的显色钛。

发明内容

如上所述，虽然第142届秋季演讲大会，材料和工艺、CAMP-ISIJVol.14(2001)-1336，1337，1338，1339所公开的钛的耐变色性良好，但是对于通过使钛表面氧化膜的厚度变化而使颜色变化的显色钛，希望在气温高、酸雨的苛刻环境中使耐变色性进一步提高。

本发明的目的是，鉴于这样的现状，提供如屋顶和墙壁材料那样在大气环境中使用钛的场合也显示优异的耐变色性，经过长期设计性也不劣化的、在大气环境中难以发生变色的显色钛。

本发明是以所述见解为基础而完成的，其方案如下。

(1)一种在大气环境中难以发生变色的显色的纯钛或钛合金，其特征在于，在从形成于钛表面上的氧化钛层的表面起40nm的范围中的平均磷含量为5.5原子％以下，并且在从钛表面起100nm的深度的范围中的平均碳浓度为3～15原子％。

(2)如上述(1)所述的在大气环境中难以发生变色的显色的纯钛或钛合金，其特征在于，在从形成于钛表面上的氧化钛层的表面起30nm的范围中的平均硫含量为0.2～5原子％。

(3)如上述(1)或(2)所述的在大气环境中难以发生变色的显色的纯钛或钛合金，其特征在于，在钛表面上形成的氧化钛层的厚度为40～60nm。

具体实施方式

本发明者们为了提高在苛刻的酸雨环境中的显色钛的耐变色性而潜心进行研究的结果发现，通过降低钛表面的氧化钛层中的磷浓度，并使其含有硫，可显著地提高显色钛的耐变色性。以下利用纯钛的情形详细地说明，但在钛合金的场合也可同样地适用。

显色钛，一般是采用工业上被称为阳极氧化法的方法进行制造。所谓阳极氧化法，是将钛浸渍在水溶液中，以钛为阳极，在其与适当材质的阴极之间施加电压，通过使电压变化而改变钛表面的氧化钛层的厚度，来制造各种各样的色调的显色钛的方法。但是由阳极氧化法制得的显色钛，担心的是在平均气温高、雨水的pH低的苛刻的酸雨环境中，采用阳极氧化法形成的氧化钛层变质、变色。

本发明者们发现，要防止这样的变质，降低氧化钛层中的磷含量可极其有效地发挥作用。因为氧化钛层的变质是氧化钛层的表面所涉及的现象，因此必须使从氧化钛层的表面起40nm的范围中的氧化钛层中的磷含量控制在5.5原子％以下。

对于磷在氧化钛层的变质中的影响，虽然也还有不明之处，但推测通过使之含有超过5.5原子％的磷含量，在高温的雨水溶液中或pH值低的酸雨中，氧化钛层容易溶解。