鋳造用語集

テンパーカラー
Temper Colour

広義では、金属を加熱した際に表面に形成される非常に薄い酸化皮膜によって現れる干渉色のことである。
日本語では「焼戻し色」「焼け色」などと呼ばれる。
テンパーカラーとは、「熱そのものに色が付く現象」ではなく、熱によって成長したナノメートル～サブマイクロメートル程度の薄い酸化皮膜が、光を干渉させることで生まれる色であり、狭義では限定的に鉄鋼やステンレス鋼にできた薄膜干渉を指す。
厳密な意味では、他の金属の場合には、単に「薄膜干渉」という。

テンパーカラーが発生する仕組み

鉄鋼、ステンレス、チタンなどの金属を大気中で加熱すると、表面の金属が酸素と反応して薄い酸化皮膜を形成する。
この酸化皮膜が非常に薄い場合、酸化物そのものの色ではなく、光の干渉（薄膜干渉）によって色が現れる。
入射した光の一部は酸化皮膜の表面で反射し、残りは皮膜を通過して金属との界面で反射する。この2つの反射光には、酸化皮膜の中を往復した分だけ光路差が生じる。
その結果、特定の波長の光が強め合い、別の波長が弱め合うため、
淡黄色 → 金色 → 褐色 → 紫色 → 青色
などの色として見えるようになる。
身近な例では、シャボン玉や水面の薄い油膜が虹色に見える現象と基本的に同じ原理である。

なぜ加熱温度によって色が変わるのか

加熱温度が高くなったり、加熱時間が長くなったりすると、一般に酸化皮膜が厚くなる。
つまり、
加熱 → 酸化皮膜形成 → 膜厚増加 → 光路差の変化 → 干渉する波長の変化 → 色の変化
という関係である。
そのため鉄鋼では、テンパーカラーを材料がどの程度加熱されたかを推測する目安として古くから利用してきた。
例えば炭素鋼では、条件によって多少異なるが、おおよそ次のような変化が見られる。

ただし、「この色なら必ずこの温度」と断定することはできない。 色は加熱時間、酸素濃度、表面粗さ、材質、合金成分、油脂などの表面汚染にも影響されるためである。

「焼戻し色」と呼ばれる理由

英語の「temper」は、鋼の焼きもどし（tempering）に由来する。
焼き入れした鋼を再加熱して焼戻しを行うと、加熱温度に応じて表面の酸化皮膜が変化し、黄色、紫、青などの色が現れる。
温度計が現在ほど普及していなかった時代には、職人がこの色を観察して焼戻し温度を判断していた。
例えば刃物や工具では、求める硬さや靭性に合わせて焼戻し温度を調整する必要がある。その際に金属表面の色を一種の温度計として利用していたのである。

ステンレスの「焼け色」も同じ原理

ステンレス鋼を溶接すると、溶接部の周辺に、
金色 → 紫色 → 青色
のような虹色の領域が現れることがある。
これも酸化皮膜の厚さによって生じる干渉色であり、広い意味ではテンパーカラーと同じ原理である。溶接分野では「ヒートティント（heat tint）」と呼ばれることが多い。
ただしステンレスでは、単なる装飾的な色ではなく、加熱によって表面酸化状態や不動態皮膜が変化していることを示すため、耐食性が重要な製品では酸洗いや電解研磨などによって除去・再不動態化する場合がある。

スズの場合

スズ表面に薄い酸化皮膜を形成させ、その膜厚による薄膜干渉で色調が変化する現象は、テンパーカラーと非常によく似た原理で説明できる。
ただし「テンパーカラー」という言葉は、本来は特に鋼の焼戻しに伴って現れる酸化色に対して使われてきた名称である。
したがってスズについて用語集で説明する場合、

「スズ表面に形成された薄い酸化皮膜による干渉色であり、鋼で見られるテンパーカラーと同様の原理で発色する」
と表現するのがより正確である。
また、スズは融点が231.93℃と低いため、鉄鋼のテンパーカラーのように200～300℃以上へ自由に加熱して色を作ることはできない。この点は、スズの酸化発色を扱う際に非常に重要である。