經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料的制造方法及表面處理材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料的制造方法及表面處理材料。【背景技術】
[0002] 氧化鈦可以將光能轉換成化學能或電能。因此，期待將氧化鈦應用到分解各種有 害物質的光催化劑、或作為下一代太陽能電池備受關注的染料敏化太陽能電池。氧化鈦的 結晶構造有金紅石型、板鈦礦型及銳鈦礦型這3種。在上述3種中，已知銳鈦礦型氧化鈦在 光催化劑特性、染料敏化太陽能電池的光電轉換特性方面優異。
[0003] 目前，已知有在金屬鈦或鈦合金（以鈦為主成分的合金）的表面制造氧化鈦皮膜 的手法。另外，已知有在磷酸等對鈦不具有蝕刻作用的無機酸的稀薄溶液中將金屬鈦或鈦 合金進行陽極氧化處理的手法。但是，在這些手法中，已知僅形成不顯示結晶構造的非結晶 型氧化鈦，該非結晶型氧化鈦不能完全顯示光催化劑特性或染料敏化太陽能電池的光電轉 換特性。
[0004] 另外，目前，探討了通過陽極氧化處理來制造銳鈦礦型氧化鈦皮膜的方法。專利文 獻1中提案有將鈦板在對鈦不具有蝕刻作用的磷酸等稀薄酸性溶液中進行陽極氧化處理 后，在氧化性氣氛下進行加熱處理的方法。專利文獻2中提案有在由對鈦具有蝕刻作用的 硫酸等構成的電解浴中浸漬鈦，并在進行陽極氧化后，在該電解浴中添加氟化銨，進一步進 行陽極氧化的方法。專利文獻3中提案有在鈦的表面形成鈦氮化物后，在含有對鈦具有蝕 刻作用的無機酸等的電解液中浸漬鈦，通過施加火花放電發生電壓以上的電壓來進行陽極 氧化的方法。
[0005] 另外，目前探討了使用氮化鈦的具有耐磨損性的摩擦滑動部件的制造。在專利文 獻4中，為制作高取向的氮化鈦，提案有將金屬鈦通過電弧放電離子化并且同時使其與氮 氣反應，從而在基材的表面形成氮化鈦的結晶薄膜的方法。
[0006] 即，作為現有技術，僅已知有如下方法，即，在鈦的表面形成鈦氮化物之后，在含有 對鈦有蝕刻作用的無機酸等的電解液中施加火花放電發生電壓以上的電壓來進行陽極氧 化的方法；或者將鈦板在對鈦不具有蝕刻作用的磷酸等稀薄酸性溶液中進行陽極氧化處理 后，在氧化性氣氛下進行加熱處理的方法。
[0007] 但是，在這些方法中，存在工序復雜而不實用的問題；陽極氧化使用對鈦有蝕刻作 用的危險性高的強酸，需要高電流及高電壓的問題；在進行處理時產生有害的氣體或霧，處 理繁雜的問題。 現有技術文獻 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開平8-246192號公報 專利文獻2 :日本特開平11-315398號公報 專利文獻3 :日本特2005-240139號公報 專利文獻4 :日本特平11-124665號公報
【發明內容】
發明所要解決的課題
[0009] 本發明的目的在于，不采用作為現有技術的問題點的復雜工序或繁雜處理而制造 作為耐磨損性部件、發揮高功能的光催化劑材料、光電轉換元件用材料等的有用材料。 用于解決課題的技術方案
[0010] 本發明者們為解決上述課題而進行了刻意探討，從而發現：通過進行在實施了 (1)在金屬鈦材料或鈦合金（以鈦為主成分的合金）材料的表面形成鈦氮化物的工序之后， 實施（2)在氧化性氣氛中進行加熱處理的工序這樣的表面處理方法，能夠制造具有耐磨損 性的有用材料。另外，發現：通過進行在實施了（1)在金屬鈦材料或鈦合金（以鈦為主成分 的合金）材料的表面形成鈦氮化物的工序之后，實施（2)在對鈦不具有蝕刻作用的電解液 中進行陽極氧化而形成鈦的氧化皮膜的工序，之后實施（3)在氧化性氣氛中進行加熱處理 的工序這樣的表面處理方法，能夠制造作為耐磨損性部件、發揮高功能的光催化劑材料、光 電轉換元件用材料等有用的材料。
[0011] 而且，實施了該表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料能夠適用于耐磨損性部件、 發揮高功能的光催化劑材料、光電轉換元件用材料等。另外，實施了該表面處理的材料為滑 動性及耐磨損性優異的材料。
[0012] 即，本發明為經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料的制造方法、金屬鈦材料或 鈦合金材料的表面處理方法。另外，本發明為作為光催化劑材料或光電轉換元件用材料等 有用材料的制造方法、滑動性及耐磨損性優異的材料的制造方法及由該制造方法制造的表 面處理材料。
[0013] 項1. 一種金屬鈦材料或鈦合金材料的制造方法，制造用于選自由光催化劑材料、 光電轉換元件用材料、耐滑動性部件及耐磨損性部件構成的組中的用途的經表面處理的金 屬鈦材料或鈦合金材料，其特征在于，包含： (1) 通過在加熱溫度為750°C以上的選自由氨氣氣氛下的加熱處理及氮氣氣氛下的加 熱處理構成的組中的1種處理方法，在金屬鈦材料或鈦合金材料的表面形成鈦氮化物的工 序； (2) 將工序（1)中得到的表面形成有鈦氮化物的金屬鈦材料或鈦合金材料在對鈦不具 有蝕刻作用的電解液中施加10V以上的電壓，由此進行陽極氧化來形成鈦的氧化皮膜的工 序；及 (3) 將工序（2)中得到的表面形成有鈦的氧化皮膜的金屬鈦材料或鈦合金材料在選自 大氣氧化氣氛、混合氧氣和氮氣而成的氣氛或氧氣氣氛的氣氛中以400°C以上的溫度進行 加熱處理的工序。
[0014] 項2.根據上述項1所述的制造方法，其特征在于，所述氮氣氣氛下的加熱處理在 氧捕集劑的存在下實施。
[0015] 項3.根據上述項1或2所述的制造方法，其特征在于，所述陽極氧化所使用的對 鈦不具有蝕刻作用的電解液為含有選自由無機酸、有機酸及它們的鹽構成的組中的至少1 種化合物的電解液。
[0016] 項4.根據上述項3所述的制造方法，其特征在于，選自由所述無機酸、有機酸及它 們的鹽構成的組中的至少1種化合物為選自磷酸及磷酸鹽構成的組中的至少1種化合物。
[0017] 項5.根據上述項1~4中任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述工序（2) 的陽極氧化所施加的電壓為50~300V。
[0018] 項6.根據上述項1~5中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述工序（3)的 氣氛中進行的加熱處理的溫度為400°C~700°C。
[0019] 項7.根據上述項1~6中任一項所述的制造方法，其特征在于，通過所述陽極氧 化形成的鈦的氧化皮膜為結晶性氧化鈦皮膜。
[0020] 項8.根據上述項7所述的制造方法，其特征在于，所述結晶性氧化鈦皮膜為銳鈦 礦型氧化鈦皮膜。
[0021] 項9. 一種經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料，其通過上述項1~8中任一項 所述的制造方法制造，用于選自由光催化劑材料、光電轉換元件用材料、耐滑動性部件及耐 磨損性部件構成的組中的用途。
[0022] 項10. -種光催化劑材料或光電轉換元件用材料，其含有上述項9所述的經表面 處理的金屬鈦材料或鈦合金材料。
[0023] 項11. 一種摩擦滑動部件或耐磨損性部件，其含有上述項9所述的經表面處理的 金屬鈦材料或鈦合金材料。
[0024] 項12. -種制造方法，制造經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材料，其特征在于， 包含： (1)在金屬鈦材料或鈦合金材料的表面形成鈦氮化物的工序、及（2)將工序（1)中得到 的表面形成有鈦氮化物的金屬鈦材料或鈦合金材料在氧化性氣氛中進行加熱處理的工序。
[0025] 項13.根據上述項12所述的制造方法，制造經表面處理的金屬鈦材料或鈦合金材 料，其特征在于，包含： (1) 在金屬鈦材料或鈦合金材料的表面形成鈦氮化物的工序； (2) 將工序（1)中得到的表面形成有鈦氮化物的金屬鈦材料或鈦合金材料在對鈦不具 有蝕刻作用的電解液中進行陽極氧化而形成鈦的氧化皮膜的工序；及 (3) 將工序（2)中得到的表面形成有鈦的氧化皮膜的金屬鈦材料或鈦合金材料在氧化 性氣氛中進行加熱處理的工序。
[0026] 項14.根據上述項12或13所述的制造方法，其特征在于，所述形成鈦氮化物的工 序通過選自由PVD處理、CVD處理、噴鍍處理、氨氣氣氛下的加熱處理及氮氣氣氛下的加熱 處理構成的組中的1種處理方法進行。
[0027] 項15.根據上述項14所述的制造方法，其特征在于，上述氮氣氣氛下的加熱處理 在氧捕集劑的存在下實施。
[0028] 項16.根據上述項13所述的制造方法，其特征在于，所述陽極氧化中使用的對鈦 不具有蝕刻作用的電解液為含有選自無機酸、有機酸及它們的鹽構成的組中的至少1種化 合物的電解液。
[0029] 項17.根據上述項16所述的制造方法，其特征在于，選自由所述無機酸、有機酸及 它們的鹽構成的組中的至少1種化合物為選自由磷酸及磷酸鹽構成的組中的至少1種化合 物。
[0030] 項18.根