チタンの陽極酸化をDIYする方法(リン酸編)

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チタンといえば酸化被膜によってとても鮮やかな色の外観にすることができるというとても面白い性質があります。

この特性を利用してアクセサリーやコップなどをチタンで作っているものも多くあります。

そんなチタンの酸化皮膜を自宅で綺麗につける方法をご紹介します。

今回はリン酸という薬品を使って電気を流す陽極酸化という手法を使う方法です。

チタンの陽極酸化とは

冒頭で述べましたようにチタンは酸化皮膜の厚さによって様々な色に見えます。

これは光の干渉が原因でこのような現象が起こっていますが、この酸化被膜の厚さをコントロールすれば思いの色を発色させることができるのです。

この厚さをコントロールする方法が様々ありますが、一般的に行われている方法が電気を利用する陽極酸化という方法です。

電気を流すとその電圧によって酸化皮膜の厚さが一定の厚さになります。

その原理を利用するものなのですが、その電圧などの条件がネット上にはほとんどなく、また、専門書もなかなか少ないです。

自分でやろうと思ってもどうすればいいのか分からないので色々自分で試すしかないのですが、せっかくならブログで公開して同じように陽極酸化を自分で行おうとされている人の時間を節約していただければなと思っております。

準備するもの

チタンの陽極酸化に必要なものは以下のようなものがあります。

  • 整流器
  • 溶液
  • 陽極
  • 陰極
  • 溶液を入れる容器

この中で溶液というのが様々な種類があり、今回はリン酸というものを使用した結果をこの記事にまとめています。

硫酸を使用する方法もありますが、そちらは別の記事にまとめています。

溶液以外のものは全て共通しており、溶液以外のものは全てこちらの硫酸の記事にまとめておりますので溶液以外のことが気になるという方はこちらの記事も合わせてご覧ください。

リン酸

リン酸もネットで購入することができます。

私は以下のものを購入しました。

ネット通販で購入できるものの濃度がよくわからないですが、おそらくほとんどが”85%以上”という表記だと思います。

ネットでも色々と検索してみましたが、リン酸といえば85%?のような感じだったので、これで問題ないのかなぁと思われます。

陽極酸化の方法

実際にどのように作業するのかですが、細かい解説も前述の硫酸編の方にまとめておりますのでそちらの方をご確認ください。

溶液の準備

溶液の関しては濃度の調整が必要になります。

リン酸を使用する場合、どのくらいの濃度にするべきかグーグルで検索できる論文を色々とみてみましたが、10%〜20%というのが良さそうだったので今回は10%に調整することにしました。

参考文献:チタンの陽極酸化

元々の濃度が85%以上ということでしたが、85%と考え、計算すると8.5倍に希釈すれば良いということにあります。

200ml調整してビーカーに入れたいので23mlのリン酸をとり、そこに200mlになるように水道水を入れました。

試した条件

このような条件で以下の電圧設定、時間で実際にチタンを陽極酸化してみました。結果は表と写真でまとめています。

No.電圧時間結果
110V10分若干黒っぽい黄色
216V5分濃い紫。黒っぽい。赤みも強いか
320V10分濃い青紫
438V10分水色
560V10分黄色。1よりも白っぽい
680V10分茶。ピンクっぽくも見える。
7100V8分マット調のリングを使用。鮮やかな色がつかなかった。
8114V10分マット調のリングを使用。鮮やかな色がつかなかった。
各種電圧とその外観変化

それぞれの条件でできた色の写真はこちらです。

溶液の捨て方について

使用し終わった溶液は基本的には別の瓶の入れて保存しておいた方が良いでしょう。

もし廃棄したいということであれば自宅の排水溝には流さずに少量であれば古布などの染み込ませて燃えるゴミで廃棄、大量であれば購入した業者に廃棄を依頼してほしいと市の水道局の方から回答いただきました。

私は廃棄が必要になったら古布に染み込ませて廃棄しようと思っています。

りんは川などに流れると微生物や藻などの栄養素となり、川などの生態系を崩してしまう恐れがあり、その濃度は厳しく管理されています。

少しだからといって自宅の排水溝からは流さないようにしましょう。

まとめ

いかがだったでしょうか。

硫酸とリン酸を混ぜて使うという論文もありましたので、りん酸と硫酸を混ぜた場合も試してみたいと考えており、これは今後、記事にまとめようと思います。

また、硫酸とどのような違いがあるのかも今後まとめていこうと思います。

No.7と8で書きましたが、鏡面光沢加工をしていないチタンのリングを使ってみたところ全く綺麗な色にならず、灰色っぽい色にしかならなかったので、基本的に鏡面光沢にしたものを使用した方が良さそうです。

チタンの指輪を鏡面光沢にする方法についてはこちらの記事でご紹介しておりますので、ぜひこちらも合わせてご覧ください。

今後も様々な条件を実験しようと考えており、その度に上記の表を更新していこうと思っておりますので定期的に訪問していただけると嬉しいです。

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